赤道太平洋障碍层的年际演变及其与厄尔尼诺-南方涛动事件的关联

利用2004—2017年BOA_Argo网格数据集系统分析了赤道太平洋障碍层厚度的年际演变及其与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的关联.在年平均意义上,热带太平洋障碍层在暖池区存在明显的年际变动,其厚度变化幅度可达15m以上.多变量经验正交函数分解的主模态表明:西太平洋暖池区降水与障碍层的异常场分布型态吻合,都呈现明显的东(正)西(负)反相位分布,降水的正(负)异常造成了障碍层的正(负)异常;且与ENSO事件高度相关(相关系数0.87),存在显著的2～4年的年际变化主周期信号.针对赤道太平洋障碍层的纬向迁移分析表明:对应于厄尔尼诺(拉尼娜)年,赤道太平洋偏厚的障碍层位置显著东(西)移,且与暖池东部边缘和海表盐度(SSS)锋的纬向迁移大致处于同一位相.在大多数情况下,较厚的障碍层局限于暖池的东部边缘内(170°W以西),位于SSS锋附近或偏西;SSS锋附近的障碍层可能归因于水平平流、强降水及开尔文波.在2015年9月至2016年2月期间,赤道中太平洋的SSS锋消失,对应着厚障碍层的消失,表明厚障碍层的位置与西太平洋暖池东部边缘内SSS锋的纬向位置密切相关.     

我国近海热带气旋迅速加强活动特征及其与ENSO的关系

利用1949—2006年西北太平洋热带气旋资料,对强度迅速加强过程(12小时热带气旋中心附近最大风速增值≥10m/s)发生在我国近海范围内的热带气旋进行了统计分析。总结了近海迅速加强热带气旋地理分布特点,近海迅速加强热带气旋的时间、强度分布特征,以及近海迅速加强热带气旋活动与ENSO的关系,并简要分析了ENSO以及近海热带气旋起源位置对近海迅速加强热带气旋活动的影响机制。     

我国近海热带气旋迅速加强活动特征及其与 ENSO 的关系

利用 1949?2006 年西北太平洋热带气旋资料, 对强度迅速加强过程(12小时热带气旋中心附近最大风速增值≥10 m/ s) 发生在我国近海范围内的热带气旋进行了统计分析。总结了近海迅速加强热带气旋地理分布特点、发生时间和强度分布特征, 以及近海迅速加强热带气旋活动与 ENSO 的关系, 并简要分析了ENSO 以及近海热带气旋起源位置对近海迅速加强热带气旋活动的影响机制。     

冬季北半球Hadley环流圈的增强及其与ENSO关系

对1948—2005年冬季(12月—次年2月)的质量流函数进行了经验正交分析(EOF),结果显示其主要是由两个空间模态组成,即关于赤道非对称和对称模态.进一步分析表明这两个模态具有明显不同的时间变化特征,它们分别代表了冬季北半球Hadley环流圈在年代际和年际尺度上的变化.非对称模态的时间系数(定义为非对称模态的强度指数AMI)呈现出显著的年代际增强趋势,表明该模态对北半球冬季Hadley环流圈在最近几十年的增强具有显著贡献.同时它还与热带海洋,尤其是印度洋到西太平洋暖池地区的海温相关显著.而对称模态时间系数(定义为对称模态强度指数SMI)主要体现了Hadley环流在年际尺度上的变化,它与ENSO之间的相关系数在整个时段都是显著的.结果还显示:冬季北半球Hadley环流与ENSO之间的相关系数在20世纪70年代中后期发生的年代际突变也很可能是由于非对称模态引起的.     

大气环流中ENSO循环的动力统计分析

采用三度空间矢量的EOF分析方法,即将热带地区1948—2003年1月份标准等压面1000,850,700,500,300,200,50hPa上的偏差风场看作一个整体,作复EOF分析,对大气环流中的ENSO循环进行动力统计诊断,用以揭示ENSO循环与Walker环流异常的关系.诊断结果表明:第一模态与ENSO密切相关,其在热带太平洋上的大气中有两条垂直运动大值带,位置相应于当月太平洋上的赤道辐合带和南太平洋辐合带;在El Ni(?)o年,在对流层低层Walker环流有强西风异常而在对流层高层则有强东风异常,该模态是热带太平洋海气相互作用的结果.第二模态最强的垂直运动带的位置与当月印度洋赤道辐合带相吻合,该模态主要体现了热带印度洋海气相互作用的结果;当偏差风场有第二模态空间场的分布,但强度较弱甚至有风向反转时,可有El Ni(?)o现象发生,反之必不发生.第三模态与ENSO循环无关.     

ENSO影响热带大气季节内振荡的年代际变化特征

为了研究厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)现象影响热带大气季节内振荡(ISO)的年代际变化特征,利用奇异值分解(SVD)、小波分析和经验正交函数分析(EOF)等方法对热带大气ISO强度指数、赤道中东太平洋海温及热带大气环流场进行了分析。计算结果显示,20世纪70年代中期以前,ENSO对热带大气ISO的影响较弱;70年代中期以后,ENSO对热带大气ISO的影响加强。造成上述年代际变化的原因与热带大气环流的年代际变化有关,因此,ENSO对热带大气ISO的影响也存在年代际变化。     

热带西太平洋暖池对中国降水和沿海自然灾害的影响

用暖池指数研究了热带西太平洋暖池对中国降水和沿海自然灾害的影响。结果表明,暖池面积指数对中国降水有一定的预报意义,北界指数对中国长江中下游地区及其他一些地区的降水具有很好的预报性,面积指数与中国沿海台风次数的年际变化呈负相关关系,与1950年以后海冰灾害有明显的相关关系,与灾害性海浪的发生频数关系不大,与海啸的发生有一定的关系。     

大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及年际变率的影响

利用一个完全耦合的海气模式, 通过对比分析两组试验中海表温度、盐度、风应力等气候态变化特征以及ENSO强度和频率的变化, 研究热带太平洋气候平均态及年际变率对热盐环流减弱的响应。在北大西洋高纬地区注入1 Sv淡水后, 大西洋经向翻转流(AMOC)减弱约90%, 这直接导致向北的经向热量输送减少, 使北大西洋有明显降温, 南大西洋略有升温。这些变化会经过大气和海洋的远程传播以及局地海气反馈作用, 影响热带太平洋气候平均态: 赤道东西太平洋的SST都略有增温, 但纬向温度梯度和纬向风应力并没有太大变化, 赤道太平洋温跃层的深度和倾斜度也基本保持不变。相应地, ENSO强度和频率也没有明显变化。由此得出结论: 热盐环流减弱会引起全球气候平均态的变化, 但对热带太平洋的年际变率没有太大影响。     

两类开始型厄尔尼诺事件与次表层海温异常的联系

通过资料分析,探究了东太平洋开始型(EP-onset)和中太平洋开始型(CP-onset)厄尔尼诺发生发展过程中赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)的变化情况及其对风场的响应,并将两者进行对比,结果发现:EP-onset型的赤道西太平洋暖池SOTA与赤道中东太平洋的海表温度异常(SSTA)有很好的负相关性,而CP-onset型在爆发前的暖池SOTA与赤道中东太平洋SSTA没有显著相关性.EP-onset型在爆发前,赤道西太平洋暖池区域有较显著的暖水积聚,且其积聚时间较长,强度较强,位置偏西,其发生发展伴随着非常显著的SOTA冷暖循环;而CP-onset型的发生发展没有显著的循环特征,看上去更多是独立事件.分析还表明:EP-onset型和CP-onset型厄尔尼诺在SSTA模态、风应力分布及温跃层结构等方面存在差异.EP-onset型在爆发前,赤道中西太平洋会出现大范围的东风异常,这种东风异常通过密度流、温跃层反馈及海气耦合等机制对其爆发起到关键作用;而CP-onset型在爆发前,赤道地区风异常较小,赤道外尤其是热带中太平洋的西南风异常却较强劲,通过Ekman输送及海气耦合作用等机制对其爆发起到关键作用.     

热带印度洋偶极子区域海表面温度特征与海流相关性分析

为了研究热带印度洋偶极子(IOD)爆发年其耦合作用迅速消亡是否由海流异常引起,利用1958—2007年热带印度洋月均海表面温度(SST)和海流数据,分析IOD的主要特征,并探讨IOD与ENSO和海流异常之间的相关关系。通过对印度洋偶极子指数(DMI)及其经Hilber-t Huang变换后得到的固有模态函数(IMF)与南方涛动指数(SOI)的相关性分析,指出IOD与ENSO之间可能存在相关性,其中,表现出准2a周期振荡的IMF-3与ENSO相关性最好。通过对IOD爆发年DMI的进一步分析,证实IOD具有季节锁相的重要特征,并探讨该季节变化与海流异常的相关关系。结果表明,海流异常在热带印度洋SST的耦合振荡中起重要作用,但是它可能不是引起IOD迅速消亡的原因。     

秋季ENSO与IOD对东亚副热带西风急流的协同影响

利用美国国家环境预测中心/国家大气研究中心1979-2020年的再分析资料、 Ni?o3.4、印度洋偶极子(IOD)和副热带西风急流(SWJ)指数,研究秋季厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和IOD对SWJ的协同影响及其机理.秋季SWJ强度、位置与ENSO和IOD存在显著相关,急流强度指数与Ni?o3.4和IOD指数的相关系数分别为-0.32和-0.31;急流轴指数与Ni?o3.4和IOD指数的相关系数分别为-0.75和-0.34,即当ENSO和IOD位于正(负)位相时, SWJ减弱(加强),急流位置偏南(北). ENSO和IOD事件对SWJ具有协同影响,表现为ENSO和IOD暖位相或冷位相会同时发生,且ENSO和IOD暖事件或冷事件共同发生时对SWJ的影响较其单独作用有放大效应,即当ENSO和IOD正(负)位相共同发生时, SWJ减弱(增强)幅度更大. ENSO和IOD事件可通过大气斜压性和Hadley环流影响SWJ.当ENSO和IOD正事件共同发生时, 200～500 hPa处的经向气温梯度出现负异常,纬向风速随高度增加增大得更慢,使SWJ减弱; Hadley环流在不同ENSO和IOD...     

基于CCA-BP-BPNN释用模型的太平洋SST预报

为了有效提高预报精度,将一种基于神经网络并能综合有效利用全场信息的非线性释用技术应用到海洋SST预测上.通过CCA-BP法建立的典型因子,可以代表气象因子场与SST之间的大部分协方差关系,使气象因子与站点要素相关性大为提高,进而通过神经网络技术(BPNN)建立非线性预报模型.利用该模型尝试对热带太平洋表层海温形势(ENSO)进行预报,并建立了该区域逐点海温的预报方案.试报结果表明,该方法对预测春季海温形势有较好的效果,有效预报时效可达1 a以上;对6 a的3月份热带太平洋表层海温预报,平均绝对误差为0.22 ℃.该方法为海洋SST统计预报提供了一个值得参考的途径.     

海气系统异常与广东夏季旱涝的关系

利用广东境内分布较均匀的15个测站的降水资料,分析了热带东太平洋地区的海温和南海海温的变化对广东夏季(5～8月,下同)降水的影响,旱(涝)年的前期和同期的大气环流差异,以及广东夏季降水的周期性。结果表明,在ENSO年广东偏涝,而在ENSO次年则偏旱;热带东太平洋年平均△SST与广东夏季降水存在显著的反相关关系;旱年的前期(当年的2～3月)南海海温较涝年偏低;亚洲主要大气环流系统的位置和强度的变化趋势在旱年和涝年的前冬以及同期几乎是相反的;广东夏季降水存在准2～3年、6～7年、34年和11年振荡周期。     

北太平洋海面高度低频变化特征及其影响因素

为了解北太平洋海面高度年际、年代际变化特征及其影响,基于1961年1月至2010年12月的简单海洋资料同化(SODA)海面高度再分析资料,采用经验正交函数(EOF)、小波分析、交叉小波等方法研究北太平洋海面高度低频时空变化特征及其影响因素。结果表明:1961-2010年期间,北太平洋沿岸地区和副热带海域海面高度存在明显上升趋势,而中纬度太平洋存在下降趋势;海面高度EOF第一模态为年际变化,呈东西反位相分布;第二模态为年代际变化,以黑潮主轴(约30°N)为界,呈"跷跷板"式分布;海面高度异常与Nino3.4指数在热带太平洋和东太平洋呈正相关,在西太平洋为负相关,且相关性随纬度升高而减弱;海面高度异常与太平洋10年涛动(PDO)指数在大洋中纬度海域显著相关,热带中东太平洋海域二者为正相关;北太平洋海面高度年代际变化和年际变化的主要影响因素分别为PDO振荡、厄尔尼诺/南方涛动现象(ENSO)。     

沃克环流的强度、位置及其对ENSO循环的影响

通过分析1948～2001年Nino 3海区的海农温度距平（SSTA）、南方涛动指数（SOI）以及沃克环流的强度与位置,以及它们之间的内在联系。本文确定了ENSO循环中冷,暖事件的起止年月。结果表明：EI Nino年Nino 3的SSTA异常偏高,SOI为负值,沃克环流减弱东移,其上升支由印度尼西亚移刘日界线附近,其指数也为负,即说明赤道西太平洋地区纬向风距平以辐散为主,而赤道中、东太平洋地区以辐舍为主;La Nina年则刚好相反。并发现西太平洋纬向环流圈强度的变化对赤道太平洋东部海温的变化有重要的控制作用,西太平洋纬圈环流强度的变化超前于赤道东太平洋海温变化2—3个月,约一个季度。西太平洋季风区纬向环流异常变化可能是赤道太平洋东部海温异常的主要原因。     

东亚地区大气环流活动与臭氧总量变化关系分析

利用欧洲中心(ECMWF)再分析资料及NOAA的南方涛动指数(SOI)等数据,分析了1984—2014年北太平洋涛动指数(NPOI)、南方涛动指数的变化趋势,以及各指数与东亚地区臭氧总量变化之间的相关关系.结果表明:1北太平洋涛动指数近31a呈现下降趋势,北太平洋涛动对东亚地区臭氧总量的变化有一定的影响.2南方涛动则主要是通过2个事件,即厄尔尼诺事件和拉尼娜事件来影响副高的强度,进而使得东亚地区臭氧总量发生变化.     

陕西冬季极端气温趋势及与AO和ENSO的关系

为提高冬季极端气温灾害风险预测水平,利用1960—2012年陕西冬季气温数据、AO指数及Ni?o3.4区海温指数等资料,对陕西冬季极端气温变化趋势与AO、ENSO的关系进行了分析.结果表明,陕西极端暖(冷)日数在1960—2012年都呈上升(下降)的趋势;在20世纪80年代中后期有明显转折,转折后冷日数的年际变幅减小,冬季极端冷日数的变幅要大于极端暖日数的变化.相关性分析和概率密度函数(PDF)估计表明,AO和ENSO在不同的年代对陕西冬季的极端气温影响有差异;ENSO和AO位相不同,陕西不同地区极端暖(冷)事件发生的概率也存在差异.通过ENSO、AO在冬季不同位相综合配置下的气温分布和ENSO年冬季气温分布对比表明,陕西冬季极端气温是受ENSO和AO的综合影响,且不同位相的综合配置对陕西冬季不同地区的影响存在差异.     

云南不同气候带气温变化特征

利用云南1961—2008年逐月平均气温观测资料,分析了云南不同气候带气温的时空变化特征.结果表明:①近50年来,云南6个气候带的年平均气温总趋势上升,其中高原气候带增暖最明显.除中亚热带和北亚热带增暖突变发生在90年代外,其余气候带增暖突变都发生在80年代.②云南不同气候带年平均气温存在明显不同的年代际变化.③云南各气候带的气温变化对全球气候变暖有较好的正响应.各个气候带年平均气温在全球气候偏冷期(偏暖期)较多年平均偏低(高).④云南各气候带气温变化与亚洲极涡的强度、面积,西太平洋副高的面积、强度、位置及印缅槽、西藏高原高度和均有非常显著的相关关系.在1961—2008年间亚洲极涡面积减小,强度减弱,冷空气偏弱;西太平洋副高面积增大,强度增强,西伸脊点偏西;印缅槽减弱;西藏高原高度和增加,不利于水汽向云南输送,这些因子的这种变化可能是引起云南各个气候带气温明显增加的主要原因之一.     

主成分分析在线性模型与非线性模型的应用研究

为了解主成分分析在线性模型与非线性模型预报中的应用效果,在2001—2011年热带气旋历史观测资料基础上,采用主成分分析方法,结合线性回归模型和神经网络模型,开展西北太平洋热带气旋的强度预报技术研究试验．根据提取的主要影响因子构造线性回归模型与BP神经网络的输入样本进行不同样本的台风强度预测．计算结果表明,主成分分析通过降低线性回归模型和BP神经网络模型的维数,减少自变量之间的复共线性,减小模型的预报平均绝对误差．     

西北太平洋生成热带气旋的年代际变化

为了分析热带气旋年代际变化的特征和造成这种变化的原因,利用西北太平洋编号台风资料对1949～2003年55 a的西北太平洋热带气旋特点进行分析,发现西北太平洋生成的热带气旋不管是频数还是生成位置都存在明显的年代际变化,根据热带气旋频数的年代际变化,把研究的55 a分成低频时期(LFP)和高频时期(HFP)分别加以考察.结果发现:热带气旋生成的高低频时期海气条件存在明显的差异,HFP的海温、对流、涡散度和切变条件都有利于西北太平洋热带气旋的生成,而LFP则明显存在物理量场的相反异常.这表示HFP的海气环境相比LFP更有利于热带气旋生成,说明了变化的海气条件是引起热带气旋频数和生成位置年代际变化的主要原因.