我国沿海地区降水量与北太平洋海温场的关联

本文利用月降水资料讨论了我国沿海地区降水量的年变化、年际变化以及各地相关性等气侯学特征。分析了各地汛期降水与北太平洋海温场的关联,得出汛期降水与前期海温的相关场的三类代表型式。     

淮河流域夏季降水异常与北太平洋海温异常的关系

研究淮河流域降水异常与北太平洋海温异常的相关关系,初步探讨北太平洋海温异常对淮河流域降水的可能影响机制。结果表明:淮河流域夏季降水与上年8-10月北太平洋中部关键海区(162．5~177．5°W,36．5~41．5°N)的SSTA存在持续高的正相关关系;淮河流域夏季降水异常对应着一种大范围的海温异常分布型,而关键海区正好位子其相关最显著地区;正是由于北太平洋大范围持续的海温异常引起了次年夏季大气环流的异常,导致了淮河流域夏季降水异常,这也正是海温与降水具有很好相关的内在原因。     

北太平洋海温异常对我国降水影响的数值试验

利用全球大气环流模式 (OSU- AGCM) ,作中纬度北太平洋热源异常强迫的数值试验 ,分析中纬度北太平洋海温异常对降水的影响。结果表明 ,中纬度北太平洋大范围海温降低 ,将造成东北地区季内降水偏多 ,而我国 40°N以南大部分地区降水偏少 ;同时 ,北太平洋中低纬度地区降水将发生显著的变化。通过分析海温异常所造成的大气物理量场的变化 ,就海温异常对降水的影响机制进行了探讨 ,得出一些有益的结果。     

北太平洋夏季大气环流的持续性异常及其对中国天气的影响

对太平洋北部持续性异常的研究表明，正、负异常的形热从发生、发展到消亡的演变过程十分相似，它们都始于东亚及西太平洋区域距平形势的变化，并在北太平洋及东亚地区出现一规则排列的距平异常区域，东亚及整个北半球的大气环流也相应地发生变化。太平洋北部环流的持续性异常对东亚特别是中国夏季的天气异常有重要影响。诊断分析和数值试验表明，夏季太平洋北部大气环流发生持续性异常与太平洋中低纬的海温异常关系密切。     

北太平洋冬季上层海温异常的NPGO模态

利用较高分辨率的全球海洋同化分析系统(SODA)资料, 对冬季北太平洋上层的海温异常做了整层经验正交函数(EOF)分析, 并主要讨论了第二模态的结果。该模态空间结构与经典的北太平洋涡旋振荡(NPGO)一致, 且时间系数与NPGO指数也吻合, 故北太平洋上层海温异常EOF第二模态可称为NPGO模态。这说明NPGO现象不单纯反映在海表面温度异常上, 在上层海温中该现象也存在。在该模态空间场上, 水深100 m以上25°N～30°N的副热带处, 沿纬圈从120°E向东延伸至中东太平洋均为海温正异常带, 其北面则为负异常带, 两者构成双带系统;其中在170°W附近分别有正、负异常大值区, 中心构成南北偶极子;在本州岛以东海域, 从海表直到海洋上层底则有小范围的海温强异常。该模态空间结构的形成与大气NPO模态关系密切, 并与中纬度西风大值带上的风应力异常有关, 是造成NPGO的直接原因。该模态表现出明显的准13年年代际变化, 且对其进行5年滑动平均后发现, 从20世纪70年代中期以来, 该序列的振幅越来越大, 1976/1977年和1988/1989年的两次气候年代际突变均处该序列峰值处。引入了冬季北太平洋上层海温异常的NPGO指数, 其能更好反映海洋上层的NPGO现象及其年代际变化。     

前期北太平洋海温异常对贵州夏季降水的影响

利用1979 2011年夏季贵州83个台站降水月资料及前期北太平洋逐月海温资料,对二者的耦合关系进行了SVD分析,对异常年份进行了合成分析,并对前期海温影响贵州夏季降水的可能机制进行了探讨。结果表明:(1)影响贵州夏季降水的海温关键区,从前一年夏季至当年春季由北太平洋的加利福尼亚冷流区转移到了黑潮区,前一年夏、秋及冬季海温的变化与贵州夏季降水关系更为密切,同期春季与贵州夏季降水的相关最差,且前期北太平洋海温与贵州中东部降水的异性相关更好。(2)贵州夏季降水偏多年,前一年夏季北太平洋海温分布从西北到东南为"+-+"分布,而降水偏少年为"-+-"分布,降水偏多年与El Nino事件关系不密切,而降水偏少年与La Nina事件关系较密切;在北太平洋夏季海温正异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏多,而在负异常年翌年,贵州夏季降水呈全区一致的偏少。(3)前期北太平洋海温异常是影响贵州夏季降水的可能机制,北太平洋海温异常升高可引起向中纬度西太平洋传播的波列,通过加强西风造成西太平洋副热带高压西伸、偏强,有利于贵州降水异常偏多;而北太平洋海温异常降低对贵州降水的影响不如海温异常显著,它可造成西风减弱,使得西太平洋副热带高压东退、偏弱,从而抑制贵州夏季降水。     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

与冬季北太平洋大范围海温异常相联系的海气特征

采用1948—2014年NCEP/NCAR大气再分析资料以及延伸重建海温资料,基于大气海洋间不同的主导关系对冬季北太平洋大范围海温异常进行分类,探究其相应的海气结构特征。结果表明:1)大气影响海洋的个例多于海洋影响大气的个例,即在冬季北太平洋大气强迫海洋占主要地位,但也存在海洋对大气的反馈作用。2)对于大气影响海洋而言,SST(Sea Surface Temperature)暖异常区上空主要伴随着东北—西南走向的相当正压高低压异常(东北高西南低),对应东南风异常以及显著的深厚暖异常,表现出相当正压暖/脊结构,冷异常情况与此相反。SST异常为净热通量异常与风速异常共同作用引起。3)对于海洋影响大气而言,在SST暖异常区上空西部为南北向高低压异常(北高南低),东部为低压异常,对应偏东风异常。在SST冷异常区上空为偶极型的南北向高低压异常(南高北低),对应偏西风异常;位势高度异常表现出相当正压结构且较大气影响海洋时相对偏弱,大气暖(冷)温度异常比较浅薄且主要局限于对流层低层。4)海洋温度结构异常主要表现为,在大气影响海洋时海温异常由表层下传,海洋影响大气时为上下一致的温度异常。     

北太平洋爆发性气旋的气候特征

利用1968—1987年的海平面天气图资料,分析了爆发性气旋的气候特点。主要内容有：爆发性气旋的发生频率,频率的时间分布,地理分布,大风强度及分布方位、气旋爆发前后的大风、中心气压、加深率等要素的变化。     

北太平洋冬季环境背景场分析及优选航线

根据船舶气象导航的原理以及影响航线设计的各种因素,通过对北太平洋冬季大气和海洋环境背景的特征分析,指出船舶在设计航线时,应根据气候状况、海洋环境、天气形势分析结合中短期预报充分利用有利的风、浪、流等天气和海洋条件优选航线,不仅可以规避恶劣天气、确保航行安全,而且大大节约海运时间、降低航运成本.     

影响冬季北太平洋航线设计的天气要素的分析

根据船舶气象导航的原理以及影响航线设计因素的原则，通过对北太平洋冬季爆发性气旋和温带气旋的特征分析以及风场、海浪气候的特点，指出船舶在设计航线时，应根据气候状况、天气形势分析及结合中短期预报设计一条既能充分利用有利的风、浪等因素又能避开大风浪等灾害性天气以达到安全、经济的目的。     

21世纪西北太平洋台风变化预估

对近年多个气候模式考虑不同的人类排放情景作了总结,并对21世纪西北太平洋台风变化作了预估。研究表明,集成多个气候模式考虑人类排放情景,预估到21世纪后期,西北太平洋年总编号台风数可能减少,但强台风数及其降水和风速可能增强。需要强调的是,台风的长期预估是极其困难的,存在极大的不确定性,有待作更深入的研究。     

ENSO与西北太平洋强TC相关关系年代际变化研究

利用美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC),中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)上海台风所,日本气象厅(Japan Meteorological Agency,JMA)的台风最佳路径资料以及美国NCAR/NCEP再分析资料等,深入研究厄尔尼诺—南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation,ENSO)与西北太平洋强热带气旋(Tropical Cyclone,TC),即1 min最大风速大于等于114 kn相关关系的变化。结果表明,ENSO与热带西北太平洋(Western North Pacific,WNP)强TC频数之间的相关关系存在明显年代际变化。在1960—1971年期间(前一阶段),强TC年频数与Ni1o3. 4(11月—次年1月平均)相关性较弱;而在1983—2014年期间(后一阶段)两者的相关性则为强的正相关。并且强TC的年频数、生命史以及生成位置在后一阶段El Ni1o和La Ni1a年之间的差异相比前一阶段都有明显的增大。进一步分析发现:热带太平洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)的西移是造成后一阶段Ni1o3. 4指数与强TC年频数相关性提高的关键因素。在后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年,SSTA的西移使得WNP东南象限的相对湿度明显增加(减少),从而有利于(不利于) TC在此象限生成。又因为位于东南象限的TC比较容易发展成强TC,因此导致后一阶段的El Ni1o(La Ni1a)年有更多(更少)的强TC在西北太平洋的东南象限生成。     

夏季北印度洋海温异常对西北太平洋低层反气旋异常的影响

采用1957—2002年850 hPa风场的ERA-40再分析资料,分析得知西北太平洋低层环流存在着明显的年际变化。这种年际变化表征了西北太平洋夏季风的年际变化,并且会影响东亚夏季风的变化。用Hadley海表面气压以及海表温度资料诊断得到,这种夏季西北太平洋反气旋异常（WPAC,northwest Pacific anomalous anticyclone）的年际变化与北印度洋同期海表温度变化存在很好的相关。用偏相关方法消除N ino3.4信号的同期线性影响,这种同期相关更加显著,而西南热带印度洋的同期海温与WPAC的相关并不显著。数值试验结果表明,北印度洋存在正海温异常时,北印度洋降水偏多,同时伴随着西北太平洋反气旋异常。当只有西南热带印度洋有正海温异常时,北印度洋会出现东风异常且降水减少,而西北太平洋有弱的气旋异常。数值模式结果与观测数据的诊断结果相吻合,说明当夏季北印度洋海表温度为正异常时,可能会产生西北太平洋反气旋异常。     

西北太平洋地区台风环境场的预估研究

本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中19个气候模式的试验数据，预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末（2080～2099年）西北太平洋地区（0°～40°N，100°E～180°）台风环境场和台风生成潜力指数（I_GP）变化。结果表明，相对于1986～2005年参考时段，21世纪末西北太平洋海洋表面温度（SST）增加，垂直风切变（VWS）和向外长波辐射（OLR）均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少，有利于台风生成和发展；由大陆向南海延伸的低压系统减弱，不利于台风活动。总体上，在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性，SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0，在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0，模式间一致性较好；对于VWS和OLR，信噪比小于0.6，模式间差异较大；但在与台风频数显著负相关的地区，对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应，未来西北太平洋I_GP显著增加。     

Dynamic Mechanism of Interannual Sea Surface Height Variability in the North Pacific Subtropical Gyre

In this study, the dynamic mechanisms of interannual sea surface height (SSH) variability are investigated based on the first-mode baroclinic Rossby wave model, with a focus on the effects of different levels of wind stress curl (WSC). Maximum covariance analysis (MCA) of WSC and SSH anomalies displays a mode with significant WSC anomalies located primarily in the mid-latitude eastern North Pacific and central tropical Pacific with corresponding SSH anomalies located to the west. This leading mode can be attributed to Ekman pumping induced by local wind stress and the westward-propagating Rossby wave driven by large- scale wind stress. It is further found that in the middle latitudes, the SSH anomalies are largely determined by WSC variations associated with the North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), rather than the Pacific Decadal Oscillation (PDO). The sensitivity of the predictive skill of the linear first-mode baroclinic model to different wind products is also examined.     

The Oscillation between Tropical Indian Ocean and North Pacific:Evidence and Possible Impact on Winter Climate in China

This paper provides evidence that the variation of boreal winter sea level pressure (SLP) over the North Pacific is out-of-phase with SLP fluctuation over the tropical Indian Ocean on both the interdecadal and interannual time scales.Subsequently,a SLP between tropical Indian Ocean and North Pacific (TIO-NP) oscillation index is defined to indicate the variation of such out-of-phase fluctuation.Moreover,the simultaneous surface air temperature and precipitation anomalies in China are closely related to TIO-NP oscillations.Below-normal surface air temperature anomalies in the northern and the eastern part of China,and less rainfall in southern China,correspond to positive TIO-NP oscillation phase with negative SLP anomalies in tropical Indian Ocean and positive anomalies in North Pacific.The TIO-NP oscillation affects China’s winter climate anomalies,possibly through modulating the northeast East Asia winter monsoon.     

中高纬度印度洋海温与西北太平洋夏季台风生成数的相关性

从独立性、显著性和滞后性角度分析西北太平洋夏季台风生成数(WNPTYF)与前期中高纬度印度洋海表温度(SST)的关系, 结果表明:前期中高纬度印度洋SST与WNPTYF相关显著, 且独立于热带东太平洋SST(或ENSO)对WNPTYF影响;中高纬度印度洋SST年际变化对WNPTYF年际变化的指示能力相当或超过热 带东太平洋, 综合两者的影响预测夏季西北太平洋台风生成数的变化有非常重要的现实意义。进一步的分析表明, 中高纬度印度洋SST对WNPTYF影响有明显的滞后性, 前期相关显著而同期相关不显著。这种滞后性意味着其前期中高纬度印度洋SST对WNPTYF的影响并不是通过SST的持续性, 而很可能是通过南半球大气活动的持续性及异常信号在大气中的传播而影响到夏季的环流, 最终影响WNPTYF异常。这种影响机制有待进一步研究。