近10年台湾海峡海面风场的时空特征变化动态分析

利用台湾海峡ASCAT海面风场数据和气象观测资料,通过EOF和统计方法综合分析台湾海峡海面风场2007—2017年10年的时空模态变化特征,使用Mann-Kendall法和滑动t-检验法对10年间海面风速进行突变检验,对台湾海峡海面风场季节变化时空特征进行分析研究。(1) “狭管效应”在台湾海峡海面风场上呈现明显的季节性特征,其中春季、秋季和冬季海面风场季节性特征显著,夏季表现不明显。受台湾岛地形和季风环流影响,台湾岛南北两端海面易出现风速增强的角流区,岛中央山脉背风区易出现低风速尾流区。(2) 10年间台湾海峡海面月平均风场EOF空间模态受台湾岛地形影响显著,台湾海峡海域为异常值偏差中心,易发生风速突然增幅和风向改变。时间模态大体表现为季节性振荡型变化,振幅在10年中表现为不活跃,呈逐年递减趋势。(3) Mann-Kendall法和滑动t-检验法等方法的突变检验结果表明风速并未发生显著性突变,10年间台湾海峡海面风速特征表现为从正相位向负相位的改变,且随着趋势持续加大,将可能发生风速突变。      

南海海面风场变分融合的初步研究

利用二维变分同化(2DVar)方法,把南海海域(110.12~117.92 °E,10.12~17.92 °N)QuikSCAT散射计风场资料融合到区域高分辨率数值模式(华南中尺度天气预报模式GZMM)风场资料中,并利用独立的观测数据(西沙站海面风场观测值)对融合效果进行了检验。得到结论:(1) 风场单点融合试验表明,风场融合设计方案基本合理;(2) 与独立观测数据的偏差分析表明,融合后的风场在经向和纬向的均方根误差分别为2.59 m/s、2.76 m/s,明显好于模式风场(3.63 m/s、2.81 m/s)和散射计风场(2.79 m/s、2.80 m/s),这说明融合的风场优于模式风场和散射计风场;(3) 与独立观测数据的相关性分析表明,融合后的风场在经向和纬向的相关系数分别为0.80和0.81,好于散射计风场(0.74和0.79),而比模式风场(0.91和0.94)的要差。最后讨论了均方根误差与相关系数不一致的可能原因。      

ENSO与南海台风活动的统计分析

本文对厄尔尼诺年和反厄尔尼诺年的当年和来年,弱南方涛动和强南方涛动的当年和来年的南海台风(包括进入南海的西太平洋台风和南海生成的台风)活动进行了统计分析。结果表明,厄尔尼诺年当年南海台风偏少,来年南海台风偏多,来年9—11月最显著。此外,厄尔尼诺年在广东登陆的台风偏少,在广西登陆的偏多;反厄尔尼诺年相反。厄尔尼诺年来年7—9月登陆两广的台风、强台风偏多。统计资料还表明,厄尔尼诺年登陆我国的台风纬度偏南,反厄尔尼诺年偏北。反厄尔尼诺年来年登陆我国的台风纬度偏南。     

ENSO事件发展的时空特征

本文利用1951—1988年10°S—50°N太平洋SST资料与EOF分析方法对ENSO事件的发展过程与循环的时空特征进行了分析.分析结果表明EOF第一主分量时间系数的变化可以很好地表示SST距平变化与ENSO事件的发生.并且,第一主分量空间函数分布的变化揭示了一种ENSO事件增温是春季首先始于赤道东太平洋沿岸,随后向西传播到赤道中太平洋的增温过程;而第二主分量空间函数分布的变化揭示了另一种ENSO事件可增温首先始于赤道中太平洋,然后向东传播到赤道东太平洋的增温过程.分析结果还表明,ENSO事件的强度是强弱相间,其周期平均大约为4年左右. 本文还比较了80年代热带太平洋SST的变化及所发生的两次ENSO事件与其它年代所发生的ENSO事件的差别.     

南海障碍层的季节变化及其与海面通量的关系

对气候平均态的温度和盐度分析证实,夏、秋季南海南部上层海洋存在障碍层现象.决定障碍层出现的关键因素是净淡水通量,而障碍层的深度和厚度分布则受风场的显著影响,障碍层受混合层和等温层发展的调制.夏季,南海南部上层海洋在东南向Ek-man水平输运以及东侧下降运动双重因素作用下,较淡的水体在南海东南侧堆积,混合层底部高温水脱离混合层保留在等温层中,造成障碍层在南海东南侧最为深厚,达到30 m.最厚障碍层出现的位置和最厚"南海暖水"出现的位置几乎重合,障碍层的"热障"作用促进了"南海暖水"的发展.     

ENSO与南海SST关系的年代际变化

基于NOAA重建的海面温度（sea surface temperature, SST）资料和NCEP再分析大气资料,研究了ENSO（El Niño-Southern Oscillation）与南海SST关系的年代际变化。结果表明：ENSO影响南海SST的冬、夏季“双峰”现象发生了显著的年代际变化,即冬季的“峰值”自20世纪80年代显著减弱,而夏季的“峰值”稳定持续且在20世纪70年代之后增强;冬季“峰值”的减弱可能与冬季西北太平洋反气旋的年代际变化有关,夏季“峰值”的维持和增强可能与20世纪70年代之后印度洋SST“电容器”效应的增强有关。     

南海大气季节内振荡特征及其与ENSO循环的关系

采用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,简称OLR)及扩展重建海表面温度资料,对南海大气季节内振荡(Intra-seasonal Oscillation,简称ISO)特征及其与ENSO循环的关系进行了诊断分析。结果表明:1)南海大气ISO的30~60 d周期在5—10月均显著。一般年南海大气ISO的对流传播在纬向上存在东传和西传,在经向上具有南北半球季节性摆动的特征。以低频动能表征的南海大气ISO强度年代际变化特征明显,近31 a来趋势增强,年变化呈单峰结构,峰值在7—8月。2)南海大气ISO的对流与ENSO循环显著相关,其强度在El Nio(La Nia)年减弱(增强)。与一般年对比,南海大气ISO对流在El Nio和La Nia年均表现为西传减弱、北传显著。北传特征表现为强对流活跃带于春季(4—5月)北跳至北半球(在La Nia年最北可至35°N),但在北半球的传播方向与一般年相比存在显著差异。3)南海大气ISO强度与ENSO循环关系密切,在El Nio(La Nia)年减弱(增强),两者表现为约半年(6~8个月)的滞后相关。Nio3区海表面温度异常序列与南海大气ISO强度的相关在中西太平洋地区和El Nio成熟前的春、秋季最显著,同时相关中心伴随低频动能高值区东移。     

西南地区极端降水时空变化特征及其与强ENSO事件的关系

西南地区因紧邻青藏高原,地形地貌复杂,由于受南亚季风、东亚季风和高原季风的共同影响,其气候呈现出独特性,是我国气候变化的敏感区和脆弱区,也是极端天气气候事件发生最为频繁的地区之一。本文利用1969-2020年93个气象站的逐日气温和降水数据,通过选取11个极端降水指数,采用线性回归分析、M-K突变检验、EOF分析等方法,不仅对西南地区52年极端降水的时空变化特征进行了分析,而且通过计算复合比率对其与强ENSO事件的关系进行了探讨。研究表明：（1）西南地区在1969-2020年整体呈现降水频率和强度增大,极端降水增多的趋势,按地形划分的四个区域也呈现出不同程度的降水特征;（2）在52年各站点空间平均变化率分布上,西南地区各站点的整体连续干旱日增多,连续降水日减少,降水量呈现由西北向东南递减的趋势,但极端降水事件增多,其中横断山脉地区的极端降水事件增加幅度最为明显;（3）极端降水指数的突变年代主要分布在20世纪80年代中期和21世纪前期,EOF分析表明,极强降水量R99p的增长趋势是由西向东减少,5日最大降水量RX5的增长趋势呈现中间减少、两边增多的分布型式;（4）西南地区的极端降水指数与...     

琼州海峡海面风场特征的观测分析

在检验资料可靠性的基础上，利用船载自动站、浮标站与岸基自动站测风资料分析了琼州海峡海面风速空间变化规律，以及秋冬季节的海面风场的日变化特征。结果表明：(1) 琼州海峡海面风速平均比沿岸风速大3～4 m/s，当沿岸风速≥8.0 m/s(5级)时，海面风速比沿岸大5～6 m/s；(2) 海峡海面阵风系数随着风速加大而减小。沿岸风速<5级时，海面平均阵风系数在1.4～1.5之间，风速≥5级时，平均阵风系数为1.35左右；(3) 秋冬季节，海面的平均风速日较差与风一致率均小于沿岸，当海面出现≥10.8 m/s(6级)强风时，海面与沿岸的风速日较差减小，风一致率增加。     

华东地区降水时频变化特征与ENSO关系

利用Morlet小波变换方法分析了近56a来华东地区降水、气温变化以及ENSO的变化,结果表明,华东地区的降水、温度、海温(ΔSST)以及南方涛动指数(ΔSOI)的月距平序列中都存在多时间层次结构,并且各时间尺度周期分量的强度是不同的。同时又采用交叉小波变换方法,分别分析研究了ΔR、ΔT与ΔSST、ΔSOI相关关系,发现华东地区降水与ENSO在准2～4a周期变化上呈正相关关系,在年代际和8a以上年际间呈正负有规律交替且以正相关为主,而气温与ENSO存在多时间尺度特征。     

基于EOF和小波分析的福建近40年旱涝时空变化特征研究

采用经验正交函数分解（EOF）、快速富里叶变换（FFT）、连续（CWT）和正交小波变换（OWT），对近41a来福建省25个代表站不同雨季旱涝指数（Z指数）序列进行了分析。结果表明：（1）福建旱涝在1965—1975年及1990年代具有显著的2-3a周期；（2）在1980年代中期以后南北反向变化具有显著的1a和3-4a周期；（3）中西部与其它区域的反向变化，在1985—1998年间有显著的1-2a周期，在1980年代以后9-13a周期较强；（4）近40年来有干旱趋势，南部（东部）比北部（西部）明显，其中1990年代这种趋势显著。（5）1960年代和1980年代相对湿润，而1970年代和1990年代则相对干旱。     

近70 a北太平洋夏季SST及其与西太副高变化特征的相关

基于1948—2018年美国国家海洋和大气管理局(NOAA)重建海面温度(ERSSTv5)资料集,采用经验正交函数(EOF)分解和交叉小波分析等统计学方法,对北太平洋地区近70 a海表温度(SST)、西太平洋副热带高压(WPSH)的变化特征及其相关性进行分析。第一模态体现了SST显著的年际变化厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象和显著的年代际变化北太平洋年代际振荡(PDO)现象。将WPSH强度距平指数和面积距平指数的均值定义为WPSH综合指数。WPSH综合指数总体呈上升趋势;1977年之前,WPSH强度逐渐减小且振幅较小;1977年之后,WPSH强度逐渐增大且振幅强度较大。通过合成分析发现,WPSH异常偏强年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏暖,WPSH异常偏弱年份对应西北太平洋大部分地区的SST显著偏冷。将其与NOAA的月气候指标的Ni?o3.4和PDO指数分别进行交叉小波谱分析,得出:北太平洋SST的年际信号、年代际信号均与WPSH的变化有很明显的相关,WPSH强度和太平洋中部SST存在显著的4～5 a的年际正相关,且随着时间的后移,SST的变化超前于WPSH的变化。     

欧亚冬季雪盖异常及其与ENSO循环的关系

利用 NOAA- NESDIS提供的 1 973— 2 0 0 0年北半球雪盖面积资料 ,研究了欧亚冬季雪盖的时空特征 ,发现欧亚大陆中高纬地区积雪有明显的整体性分布特征 ,而50°N以南的冬季积雪随纬度的变率较大 ;欧亚大陆中高纬地区冬季积雪呈东西反位相分布。利用小波分析发现 ,冬季欧亚积雪具有显著的 3～ 4 a周期。最后指出 ,欧亚积雪异常引起的下垫面热力异常可能为次年 El Nino事件的爆发提供触发条件。     

前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响

基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代再分析（ERA-5）土壤湿度、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析、美国国家海洋大气管理局（NOAA）气候预测中心降水（CMAP）和全球降水气候计划降水（GPCP）等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。      

南海及周边地区TBB季节内振荡及其与ENSO的联系

文中利用1980～1997年TBB资料,采用小波变换分析方法,对南海及周边地区季节内振荡(ISOs)进行了诊断分析。结果表明:南海及菲律宾以东洋面TBB具有相似的ISOs特征,其年变化表现为单峰型,夏秋季强,冬春季弱,而孟加拉湾地区的ISOs有所不同,呈双峰型,峰值出现5月和11月。南海地区ISOs的周期结构具有复杂性,主要有两个周期段,即以53.8d为峰值的50～70d振荡(ISO1)和以32d为峰值的13～36d振荡(ISO2)。南海地区ISO1的年际变化与周边地区(孟加拉湾、菲律宾以东洋面以及南半球澳大利亚与印度尼西亚之间洋面)ISO1的年变化有显著的正相关,说明这种ISO1的年变化为较大范围的区域现象;而南海地区ISO2的年际变化与周边地区相关性不显著,为局地现象。影响南海地区ISOs的传播具有多向性,ISO1以东传为主,ISO2以西传为主,它们都具有北传的特征。可见,南海地区ISOs既受到来自赤道地区的影响,也受到来自西太平洋和孟加拉湾的影响,同时南海地区局地也可以生成强烈对流活动,从而使得南海地区对流的ISOs变得复杂化。统计结果发现,ENSO与ISO1有密切的联系,但对ISO2的影响不明显。ENSO对ISO1的影响不但表现在南海地区,对孟加拉湾和菲律宾以东洋面上的ISO1有更加明显影响作用,负相关表明ENSO冷事件发生时上述地区ISO1受到压制。可以推测,ENSO通过对热带大气环流(特别是副热带高压)的影响来对南海及周边地区ISO1进行调制。     

基于EOF和小波分析的福建近四十年旱涝时空变化特征研究

采用经验正交函数分解(EOF)、快速富里叶变换(FFT)、连续 (CWT)和正交小波变换(OWT),对近41 a来福建省25个代表站不同雨季旱涝指数(Z指数)序列进行了分析.结果表明:(1) 福建旱涝在1965-1975及1990年代具有显著的2-3 a周期;(2) 在1980年代中期以后南北反向变化具有显著的1 a和3-4 a周期;(3) 中西部与其它区域的反向变化,在1985-1998年间有显著的1-2 a周期,在1980年代以后9-13 a周期较强;(4) 近40年来有干旱趋势,南部(东部)比北部(西部)明显,其中1990年代这种趋势显著.(5) 1960年代和1980年代相对湿润,而1970年代和1990年代则相对干旱.     

江苏省近50 a夏季降水变化及其与ENSO的关系

利用中国气象局2 400余个台站观测资料制作的数据集CN05.1中的降水资料、美国国家大气海洋局气候预测中心(NOAA/CPC)扩展重建的海表温度资料(ERSST v4)及美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的逐日再分析资料NECP-1中的500 hPa位势高度场资料、850 hPa风场资料及海平面气压场资料,采用经验正交函数分解、功率谱分析等方法,探讨了近50 a江苏省夏季降水变化特征及其与ENSO的关系。结果表明:(1)江苏夏季降水呈现出两种典型的空间分布模态,第一模态呈现了全省降水一致变化的空间分布格局;第二模态反映了江苏省降水南北反向变化的特征。(2)两种降水模态对应的时间序列具有不同的周期。第一模态对应的时间序列存在明显的年际振荡(主周期为4～5 a);而第二模态则存在显著的年代际振荡(主周期为16 a)。(3)El Niňo事件次年江苏省夏季降水整体增多;La Niňa年江苏省夏季降水呈现南涝北旱的空间格局。     

热带太平洋海表面高度特征及其与ENSO事件的关系分析

利用1980--2008年Godas的逐月海表面高度（SSH）资料,分析了热带太平洋不同季节海表面高度季节及年际变化特征,并初步探讨了海表面高度异常与ENSO事件的关系。结果表明：1）就赤道地区而言,东太平洋区域海表面最低,西北太平洋和西南太平洋海表面最高,中太平洋区域较低。2）西北太平洋和西南太平洋海表面高度年际异常大,赤道中东太平洋区域在秋季和冬季的异常较大。3）1、4、10月热带太平洋海表面高度年际异常与ENSO事件有良好的对应关系：在E1Nifio事件期问,热带太平洋东部海表面高度增加,西部和西南部减小,不同季节异常区略有区别;7月海表面高度异常与ENSO事件关系不密切。     

近65年ENSO事件强度变化及时频特征研究

利用海洋尼诺指数(ONI)、南方涛动指数(SOI)和多变量ENSO指数(MEI)等ENSO特征值分析了1951年1月—2016年5月近65年ENSO事件的强度与时频特征,并将其强度划分为5个等级。结果表明:近65年共发生22次暖事件（El Ni?o）和13次冷事件（La Ni?a）;对ENSO特征值进行频次分析发现,强El Ni?o月份所占比例比强La Ni?a多;使用连续小波、交叉小波和小波相干分析得出,ENSO循环主要具有2~7 a的周期,还具有10~16 a的年代际变化。      

1979—2017年南海SSTA时空特征及其与沃克环流异常的相关

利用1979—2017年HadISST月平均海面温度资料、ERA-Interim大气资料以及GPCP Version 2.3集合降水资料,分析了南海海面温度距平（SSTA）场的时空分布特征,并从南海降水异常的角度探讨了在ENSO期间,沃克（Walker）环流异常对南海海面温度异常（SSTA）的影响过程。结果表明,南海SSTA场分别存在全海域一致模态、东西反位相的偶极子模态以及纬向三级子正负位相三个主要模态,且三个模态都具有显著的准2 a及4 a左右的年际振荡周期,反映了南海SSTA与ENSO现象的高度相关性。对Walker环流异常的分析表明,Walker环流异常与ENSO事件及南海SSTA存在较好的相关。ENSO事件发生时,Walker环流异常移动通过“云辐射反馈过程”,使得南海海面温度（SST）发生改变,因此Walker环流在ENSO影响南海SST异常过程中起到“大气桥”的作用。