ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

关于东亚冬季风指数的一个讨论——东亚中、低纬冬季风的差异

利用NCEP再分析资料和NOAA海表温度等资料,分析了东亚冬季风在不同纬度上的表现。根据我们定义的东亚中纬度冬季风(The mid latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-M)和低纬度冬季风(The low latitudinal East Asian winter monsoon, 简称EAWM-L)指数,探讨了它们对应的影响系统,并重点分析了它们与海温异常之间联系的异同。研究主要发现:(1)EAWM-L和EAWM-M指数所反映的东亚冬季大气环流形势不尽相同。在对流层低层,EAWM-L与中国南海、菲律宾附近环流异常的关系密切,EAWM-M与贝加尔湖阻塞高压的关系更为密切;在对流层中层,EAWM-M同样与贝加尔湖阻塞高压异常的联系相对更为紧密,而EAWM-L指数则与东亚大槽的关系更为紧密。在对流层高层,副热带西风急流强度变化通过调制次级环流进而与EAWM-L联系起来,而EAWM-M强弱变化主要与副热带西风急流北界的位置有关。(2)EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的联系都很紧密,而EAWM-M变化与冬季热带印度洋海温异常的联系更为密切,与赤道中东太平洋海温异常的关系相对偏弱。EAWM-L与冬季赤道中东太平洋和热带印度洋海温异常的紧密联系在年际和年代际尺度上都是存在的,而EAWM-M与冬季热带印度洋海温异常的紧密联系主要体现在年代际尺度上。     

夏季东亚高空副热带西风急流季节内异常的环流特征及前兆信号

位于东亚中纬度上空的东亚高空副热带西风急流是东亚季风环流系统中的重要成员,我国夏季降水雨带的季节内变化受东亚高空副热带西风急流位置季节内异常变化影响。根据1979~2008年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST V3月平均海表温度资料,利用统计分析和物理量诊断方法对夏季东亚高空副热带西风急流位置季节内异常的东亚大气环流特征及外强迫信号的物理过程进行了探讨。研究指出:6月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受欧亚大陆中高纬东传的Rossby波列位相变化影响,春季北大西洋海温异常是欧亚大陆中高纬度Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;7月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季西太平洋热带海温异常是西太平洋热带向副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号;8月东亚高空副热带西风急流位置异常主要受南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化影响,春季印度洋海温异常是南亚大陆向东亚大陆热带、副热带传播的Rossby波列位相变化的最显著的外强迫信号。     

太平洋—印度洋海温与我国东部旱涝型年代际变化的关系

对我国东部各区域的夏季降水的正交小波分解表明,其大于28年的分量可以很好地表示华北和长江中下游地区在20世纪70年代前后旱涝相反的年代际变化特征。合成分析表明,北太平洋、热带印度洋海温和东亚高空急流与我国东部夏季旱涝型的年代际变化密切相关。东亚高空急流和西太平洋副热带高压在70年代前后的年代际差异对旱涝型发生年代际变化起到重要作用;北太平洋和热带印度洋海温的年代际变化近百年来是协同一致的,二者有可能共同对旱涝型的变化产生影响。进一步分析指出,北太平洋—热带印度洋海温的变化与急流和副高的南北位置在年际和年代际尺度上都密切相关。可见,北太平洋-热带印度洋海表温度异常(SSTA)对于我国东部旱型涝的年代际变化确实具有重要的预示作用。     

夏季东亚高空西风急流气候特征分析

利用NCEP/NCAR全球再分析风场资料定义了西风急流强度指数和位置指数,然后利用EOF方法对西风急流进行了进一步的分析,分析了高空西风急流的空间分布特征,从强度和位置两方面分析了西风急流与东亚环流及其与海温的关系。分析表明： EOF第一模态反映了东亚高空急流的位置指数,第二模态反映了高空急流的强度指数。东亚高空急流与对流层大气环流包括南亚高压,西太平洋副热带高压,东亚夏季风存在着密切关系,其气候变化与热带副热带东太平洋、印度洋海温密切相关。     

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋）海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常（SSTA）对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120 ?E和150 ?E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖（冷）背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈“＋、－、＋”（“－、＋、－”）“三明治”式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋（气旋）,然后可能通过“大气桥”的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋（反气旋）联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强（减弱）。      

华南秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系

采用1961—2014年逐月全球标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)数据集、ORA-S4海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对华南地区秋季干旱的年代际转折及其与热带印度洋热含量的关系进行了研究。结果表明:华南秋季SPEI主要表现为全区一致变化型,且具有明显的年代际变化特征,在1988年发生了年代际转折,转折后(前)为偏旱(涝)期。进一步分析表明,华南秋季SPEI与同期热带西印度洋海洋热含量变化呈显著的正相关关系,即当秋季热带西印度洋热含量偏低时,华南地区SPEI偏小,易发生干旱。热带西印度洋热含量异常影响华南秋季干旱的可能机制为:秋季热带印度洋热含量变化表现为""型的东西向偶极子分布,即当热带西印度洋热含量偏低时,热带东印度洋热含量将会偏高;而热带东印度洋热含量偏高将会使热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高、外逸长波辐射偏小、降水增多,凝结潜热释放增强,产生偏强的东亚Hadley环流,使华南地区存在异常下沉运动,不利于产生降水;热带东印度洋—西太平洋海表温度偏高,还会使西北太平洋副热带高压位置偏西、面积偏大,西北太平洋存在气旋性环流异常,使华南地区受偏北气流异常控制,从而削弱了向华南地区的水汽输送。热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化是热带西印度洋热含量异常影响华南秋旱年代际变化的重要环节,因此用NCAR CAM5.1全球大气环流模式进行了热带东印度洋—西太平洋海表温度年代际变化的敏感性试验,证实该区海表温度年代际升高对华南秋季年代际干旱具有重要作用。     

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

热带海洋海气相互作用的区域差异

用NCEP/NCAR40年再分析1000hPa月平均风场资料及COADS月平均海表温度资料，对热带西、中、东太平洋、热带大西洋和印度洋五个区域的海气异常作了奇异值分解（SVD）。比较区域间SVD的主要参数和分析第一奇异向量及其时间系数表明，热带海气相互作用可区分为三类；热带东、中太平洋属‘单元型’，ENSO是唯一重要的过程，热带西太平洋、印度洋属‘二元型’，除了ENSO过程，还应存在唯一重要的过程；热带西太平洋，印度洋属‘二元型’，除了ENSO过程还应存在另一重要过程，热带大西洋属‘多元型’，其构成复杂，ENSO循环则不明显。     

基于CMIP5资料的热带太平洋和印度洋海温变化与降水变化的关系及其成因分析

利用第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,简称CMIP5)月平均资料,从季节变化角度,对热带太平洋、印度洋海温变化与降水变化的关系及其成因进行了初步分析。20个模式集合平均结果表明:在全球增暖背景下,热带太平洋年平均的海温变化与降水变化符合"warmer-get-wetter"型特征,而季节平均与年平均存在明显的差异;冬季和春季,海温增暖最大区和降水增加区之间存在东西向和南北向的位置偏差;夏季和秋季,二者只存在明显的南北位置偏差,且与冬季和春季的情况相反。热带印度洋的冬季和春季海温变化与降水变化也存在位置偏差。两个热带大洋季节平均的降水变化均是"warmer-get-wetter"和"wet-get-wetter"两个机制共同作用的结果。     

NUMERICAL SIMULATION OF SSTA IMPACTS UPON THE INTERDECADAL VARIATION OF THE CROSS-EQUATORIAL FLOWS IN EASTERN HEMISPHERE

Impacts of regional sea surface temperature(SST)anomalies on the interdecadal variation of the cross-equatorial flows(CEFs)in Eastern Hemisphere are studied using numerical simulations with a global atmospheric circulation model(NCAR CAM3)driven with 1950-2000 monthly SSTs in different marine areas(the globe,extratropics,tropics,tropical Indian Ocean-Pacific,and tropical Pacific)and ERA-40reanalysis data.Results show that all simulations,except the one driven with extratropical SSTs,can simulate the interdecadal strengthening of CEFs around Somali,120oE,and 150oE that occurred in the midand late-1970s.Among those simulated CEFs,the interdecadal variability in Somali and its interdecadal relationship with the East Asian summer monsoon are in better agreement with the observations,suggesting that changes in the SSTs of tropical oceans,especially the tropical Pacific,play a crucial role in the interdecadal variability of CEFs in Somali.The interdecadal change of CEFs in Somali is highly associated with the interdecadal variation of tropical Pacific SST.As the interdecadal warmer(colder)SST happens in the tropical Pacific,a"sandwich"pattern of SST anomalies,i.e."+,-,+"("-,+,-"),will occur in the eastern tropical Pacific from north to south with a pair of anomalous anticyclone(cyclone)at the lower troposphere;the pair links to another pair of anomalous cyclone(anticyclone)in the tropical Indian Ocean through an atmospheric bridge,and thus strengthens(weakens)the CEFs in Somali.     

A note on the relationship between temperature and water vapor over oceans, including sea surface temperature effects

An ideal and simple formulation is successfully derived that well represents a quasi-linear relationship found between the domain-averaged water vapor, Q (mm), and temperature, T (K), fields for the three tropical oceans (i.e., the Pacific, Atlantic and Indian Oceans) based on eleven GEOS-3 [Goddard Earth Observing System (EOS) Version-3] global re-analysis monthly products. A Q ? T distribution analysis is also performed for the tropical and extra-tropical regions based on in-situ sounding data and numerical simulations [GEOS-3 and the Goddard Cumulus Ensemble (GCE) model]. A similar positively correlated Q ? T distribution is found over the entire oceanic and tropical regions; however, Q increases faster with T for the former region. It is suspected that the tropical oceans may possess a moister boundary layer than the Tropics. The oceanic regime falls within the lower bound of the tropical regime embedded in a global, curvilinear Q ? T relationship. A positive correlation is also found between T and sea surface temperature (SST); however, for one degree of increase in T, SST is found to increase 1.1 degrees for a warmer ocean, which is slightly less than an increase of 1.25 degrees for a colder ocean. This seemingly indicates that more (less) heat is needed for an open ocean to maintain an air mass above it with a same degree of temperature rise during a colder (warmer) season [or in a colder (warmer) region]. Q and SST are also found to be positively correlated. Relative humidity (RH) exhibits similar behaviors for oceanic and tropical regions. RH increases with increasing SST and T over oceans, while it increases with increasing T in the Tropics. RH, however, decreases with increasing temperature in the extratropics. It is suspected that the tropical and oceanic regions may possess a moister local boundary layer than the extratropics so that a faster moisture increase than a saturated moisture increase is favored for the former regions. T,Q, saturated water vapor, RH, and SST are also examined with regard to the warm and cold “seasons” over individual oceans. The Indian Ocean warm season dominates in each of the five quantities, while the Atlantic Ocean cold season has the lowest values in most categories. The higher values for the Indian Ocean may be due to its relatively high percentage of tropical coverage compared to the other two oceans. However, Q is found to increase faster for colder months from individual oceans, which differs from the general finding in the global Q?T relationship that Q increases slower for a colder climate. The modified relationship may be attributed to a possible seasonal (warm and cold) variability in boundary layer depth over oceans, or to the small sample size used in each individual oceanic group.     

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。     

A DIAGNOSIS OF THE INTERANNUAL VARIABILITY OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND SURFACE WIND FIELD IN THE TROPICAL OCEANS AND ITS CORRELATIVE CHARACTERS WITH ENSO CYCLE*

Utilizing the NCEP/NCAR reanalysis monthly datasets,and based on the filter and standard deviation calculation,the interannual variability of sea surface temperature (SST) and 1000 hPa wind field for the tropical Pacific,Indian and Atlantic Oceans is investigated for the past 20 years (1979-1998).The characters of space-time evolution in SST anomalies (SSTA) for each ocean and corresponding wind anomaly field are acquired by using rotated principal component (RPC) and linear regression analysis methods.Using the method of correlation analysis.the characters of three tropical oceans correlated with ENSO are investigated.The contemporary correlation between the SSTA in the Indian Ocean and in the equatorial eastern Pacific is positive,and there is a weak negative correlation between the SSTA in the equatorial east Atlantic Ocean and in the equatorial eastern Pacific.The lead-lag correlation analysis indicates that the SSTA in the equatorial Indian Ocean lags the dominant Pacific ENSO mode by 3 months,and the SSTA in the equatorial Atlantic Ocean leads ENSO mode by 6 months.The ENSO-correlated components in tropical Indian Ocean and tropical Atlantic Ocean display much the same amount of total variance in each ocean,i.e..14% in the Indian Ocean and 12% in the Atlantic Ocean and the maximums are all above 40%.     

全球50 km分辨率SNU-AGCM模式模拟热带气旋活动

为了验证50 km分辨率的SNU-AGCM模式(Seoul National University Atmospheric General Circulation Model)模拟TC活动的能力, 利用Hadley中心月平均海温资料驱动模式, 模拟了1980—2009年全球热带气旋的活动特征。与观测资料对比分析, 两组利用不同对流参数化方案的试验, 都能够模拟与观测类似的TC结构以及全球TC活动的主要特点, 包括全球生成总频数、各海区路径分布和TC活动的季节变化。但是各个海域TC生成的年平均频数与观测还存在明显差异。模式中西北太平洋和南太平洋两组试验平均的TC频数较观测分别偏多21.5%和31.3%;而北大西洋、南北印度洋分别偏少11.4%、41.1%和50%。模拟的东北太平洋TC比观测少了将近88%, 而观测中TC极少的南大西洋在两组试验中平均每年却有1.5个TC生成。模拟的TC频数较观测的差异主要与模拟的北印度洋季风、西北太平洋季风槽、垂直风切变、850 hPa相对涡度与观测的差异有关。     

CONVECTIVE ANOMALIES IN TROPICAL OCEAN AREAS AND LONG-LEAD FORECAST OF SUMMER RAINFALL IN SHANDONG

This study focuses on deep convection anomalies in tropical regions in winter-spring period and their possible influence on the following summer rainfall in Shandong province. On the basis of monthly precipitation wet and dry summers in Shandong are defined according to a precipitation index. Then monthly OLR data, observed by NOAA satellites, are used to diagnose the features of deep convection for both wet and dry summers. It is found that negative anomalies seem dominant prior to wet summers, while large areas of positive anomalies appear prior to dry summers in tropical oceans. The differences are remarkable especially in the western, middle and eastern tropical Pacific as well as in the tropical Indian Ocean. Correlative analysis confirms the relations between OLR and precipitation. Subtropical High, which plays an essential role in summer rainfall, is also connected with the deep conviction. Altogether eight EOF-CCA forecast models are established on the basis of the above study. The assessment of the models relies on the gauge observing precipitation in 1997 and 1998. The results show that models using spring OLR data appear to be more practicable than those using winter OLR data, and the models established with OLR in western Pacific and the Indian Ocean perform better than the others.