1997～1998年El Ni(?)o期间印度洋和西太平洋上层海洋的联系

通过对海面高度场和上层海洋热含量年际变化的分析,揭示了1997～1998El Nino期间热带东印度洋与热带西太平洋上层海洋的内在关系,在1997～1998El Nino事件爆发前期,海面高度距平信号首先在热带西太平洋出现,随后在热带东印度洋海区也出现了负距平。上层海洋热含量的负距平信号在El Nino前期也同样先出现在热带西太平洋,依据热带东印度洋和热带西太平洋年际尺度调整存在的联系,我们采用热带东印度洋海洋上层热含量距平的增长,估算印度尼西亚贯穿流的流量,得到的结果与观测具有相同的量级,这种间接估计表明热带东印度洋在1997～1998El Nino期间的异常,是可以部分经由热带西太平洋距平通过贯穿流而引起的。     

1997～1998年El Ni(n)o期间印度洋和西太平洋上层海洋的联系

通过对海面高度场和上层海洋热含量年际变化的分析，揭示了1997～1998El Nino期间热带东印度洋与热带西太平洋上层海洋的内在关系。在1997～1998ElNino事件爆发前期，海面高度距平信号首先在热带西太平洋出现。随后在热带东印度洋海区也出现了负距平。上层海洋热含量的负距平信号在El Nino前期也同样先出现在热带西太平洋。依据热带东印度洋和热带西太平洋年际尺度调整存在的联系，我们采用热带东印度洋海洋上层热含量距平的增长，估算印度尼西亚贯穿流的流量，得到的结果与观测具有相同的量级。这种间接估计表明热带东印度洋在1997～1998El Nino期间的异常，是可以部分经由热带西太平洋距平通过贯穿流而引起的。     

热带太平洋和热带印度洋次表层海温异常信号的传播与联系

利用太平洋和印度洋表层与次表层月海温距平信号沿不同纬向-时间剖面的传播分析,发现赤道东太平洋海温异常的El Ni(n)o事件和赤道印度洋海温异常的Dipole事件分别与沿赤道太平洋东传的次表层海温异常信号和沿赤道外印度洋西传的次表层海温异常信号同期到达东太平洋和西印度洋有着内在的联系.在赤道和赤道外16°N之间的热带北太平洋,次表层海洋中存在着海温异常信号传播的一条回路,El Ni(n)o事件就发生在暖信号到达赤道东太平洋的时候.次表层海温异常沿赤道太平洋的东传和沿赤道外印度洋的西传分别是El Ni(n)o事件和Dipole事件发生的海洋学早期信号.     

热带西太平洋和东印度洋对ENSO发展的影响

分析了从1955～1998年44a热带西太平洋次表层海温距平资料,指出在这一期间共发生了11次E1 Nino事件,这些事件的初始海温正距平无一例外地都在 "暖池"次表层160 m附近生成,发展到一定强度,到西太平洋出现异常的持续西风距平后,暖的海温距平沿着气候的温跃层向东向海表传播,经过1 a左右的时间,传播到赤道东太平洋海表的E1 Nino 3或1、2海域形成通常认为的El Nino事件.进一步分析1960～1999年的850 hPa风场指出,在热带西太平洋西风距平爆发前,赤道东印度洋已经有距平西风持续维持了2 a左右(西南季风),然后距平西风快速地向东发展产生热带西太平洋的距平西风,或真正的强西风,致使西太平洋出现E1 Nino爆发不可缺少的条件之一,在这40 a中,这一过程对所有的El Nino事件无一例外.同样的分析方法也用到这44 a中的La Nina事件,冷的海温距平也都首先在"暖池"的次表层形成,然后沿着温跃层向东向表层传播,在热带西太平洋出现东风前,印度洋也早已是持续的东风.     

导致西太平洋海温异常的主要因素研究

通过对不同区域海表面温度(SST)资料做超前/滞后相关性分析, 研究导致西太平洋SST异常的主要因素。基于东、西太平洋相互作用理论和印度洋电容器效应理论, 将热带西太平洋SST异常的变化分别与热带东太平洋和印度洋SST异常做超前/滞后相关性分析, 得到每个格点与强迫场之间相关性最显著的月份, 从时间的角度研究西太平洋SST异常变化与东太平洋和印度洋之间的关系。按照上述两种理论, 由于海洋的比热大, 热响应时间较长, 西太平洋SST变化应滞后于东太平洋或印度洋2~3个月。分析结果显示, 在El Nino和La Nina事件下, 西太平洋SST异常变化均超前于东太平洋1~2个月时相关性最显著; 同时, 西太平洋SST异常变化超前于印度洋3~4个月时相关性最显著。 这表明热带东太平洋和印度洋都不是导致西太平洋SST异常变化的主要因素, 西太平洋SST异常可能由多种因素共同作用所导致。     

导致西太平洋海温异常的主要因素研究

通过对不同区域海表面温度(SST)资料做超前/滞后相关性分析,研究导致西太平洋SST异常的主要因素。基于东、西太平洋相互作用理论和印度洋电容器效应理论,将热带西太平洋SST异常的变化分别与热带东太平洋和印度洋SST异常做超前/滞后相关性分析,得到每个格点与强迫场之间相关性最显著的月份,从时间的角度研究西太平洋SST异常变化与东太平洋和印度洋之间的关系。按照上述两种理论,由于海洋的比热大,热响应时间较长,西太平洋SST变化应滞后于东太平洋或印度洋2~3个月。分析结果显示,在El Nino和La Nina事件下,西太平洋SST异常变化均超前于东太平洋1~2个月时相关性最显著;同时,西太平洋SST异常变化超前于印度洋3~4个月时相关性最显著。这表明热带东太平洋和印度洋都不是导致西太平洋SST异常变化的主要因素,西太平洋SST异常可能由多种因素共同作用所导致。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件间的联系

在次表层海温距平极值面上海温距平的分布和变化表明,热带西、东印度洋的海温距平呈偶极子模态,即当西印度洋海温距平为正(负)时,东印度洋海温距平为负(正),偶极子模态的海温距平分布在热带太平洋同样存在,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系,在分析它们和850 hPa纬向风距平后指出,不仅这种海温距平偶极子模态的形成、发展是和这两大洋热带上空Walker环流相互作用的结果,同时正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来.     

Connection between interannual variability of the western Pacific and eastern Indian Oceans in the 1997～1998 El Niño event

In this paper,the sea surface height and the heat content of the upper ocean are analyzed to retrieve the relationship of interannual variabilities between the tropical western Pacific and eastern Indian Oceans during the 1997～1998 El Ni(n)o event.In the prophase of this El Ni(n)o,the negative sea level anomalies (SLA) occurred in the tropical western Pacific (TWP) firstly,and then appeared in the tropical eastern Indian Ocean (TEI).The negative heat content anomalies (HCA) emerged in the TWP before this El Ni?o burst while the SLA signals developed over there.During the mature stage of this El Ni(n)o,two kinds of signals in the TWP and TEI turned to be the maximum negative sequently.Due to the connected interannual adjustment between the TEI and TWP,we adopted a method to estimate the Indonesian Throughflow (ITF) transport by calculating the HCA budget in the TEI.The indirect estimation of the ITF was comparable to the observation values.Therefore,the anomalies in the TEI had been proved as advecting from the TWP through the ITF during the 1997～1998 El Ni(n)o.     

冬季Hadley环流与热带海表面温度的关系及其对中国气候的影响

利用1979-2021年全球海表面温度(SST)、气象再分析资料等数据,探讨冬季Hadley环流(HC)的变率及其与热带SST异常的关系,研究其对中国同期降水量和气温的影响.结果表明, HC的EOF₁模态(46.2%)是上升支在10°S左右的主体位于北半球的非对称模态,包含年代际和年际变率.年代际变率与印度洋(20°S～20°N, 50°～90°E)SST南北不均匀增暖趋势有关(南半球大于北半球);年际变率与El Ni?o事件下印度洋(10°S～10°N, 50°～90°E)异常SST经向梯度沿正方向为0的位置出现在南半球有关. EOF₂模态(16.7%)是关于赤道对称模态,仅体现年际变率,与El Ni?o事件下热带东太平洋(180°E～90°W)异常对称的经向热力结构有关.两个主模态与中国同期降水量和气温均呈正相关.在EOF₁(EOF₂)模态影响下,中国东南沿海地区(南方地区东南部)降水偏多,与110°～120°E异常反环流有关. EOF₁模态下,中国西北-中部地区存在气温正...     

FGCM-1.0耦合模式对热带印度洋偶极子的模拟

分析了由中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)新近发展的耦合气候系统模式(FGCM-1.0)已积分300a的结果中40a模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了热带印度洋海温的气候变率特征,并对气候变率中存在的热带印度洋偶极子(IOD)进行了重点讨论.结果表明:该模式能够模拟出热带印度洋海表温度距平(SS-TA)气候变化的整体一致性和偶极性的特征,可以模拟出IOD出现的不规则年际变化特点;模拟的IOD表现为1至5a周期变化,其中具有统计性检验的周期集中在1至3a之间;模拟的IOD存在季节位相锁定,其主要发生在8至10月份,在10至12月份发展到盛期;该模式较好地模拟出IOD期间热带印度洋东西相反的海面高度距平分布以及表层洋流距平的分布;该模式能够再现IOD期间海表面风应力异常和海-气界面热通量异常的基本分布特征.但FGCM-1.0模式也存在一些不足之处,对热带印度洋SSTA整体一致性变化的模拟偏弱,对SSTA的偶极性变化模拟偏强;模式模拟的IOD的发生和发展要滞后观测约2至3个月.     

印度洋一太平洋海表温度异常的持续性特征

用Reynolds&Smith重构的1950-1998年月平均SST资料分析了印度洋-太平洋海表温度距平SSTA的持续性特征.结果表明SSTA的持续性在空间上分布不均匀,可将有明显差异的SSTA持续性特征的海区分为3类全年各月持续性好的区域,主要包括热带中东太平洋马蹄形海域、赤道中东印度洋、热带西太平洋,持续时间一般在10个月以上;全年各月持续性差的区域,主要包括西北太平洋、东亚沿海和东南太平洋,持续时间一般为3个月左右;各月持续性有季节性变化的区域,主要包括赤道东太平洋,南海.SSTA持续性的整体空间分布存在冬夏两种主要分布型,夏季型SSTA的持续性要比冬季好.冬夏间SSTA持续性最明显的差异出现在赤道东太平洋和东亚沿海、南海区域,由冬季转入夏季时,赤道东太平洋SSTA的持续性由差变好,东亚沿海、南海地区的情况则与之相反.     

我国夏季雨带分布类型的集成估算模型

定义了客观、定量表征我国1951—2005年夏季3种雨带类型变化的指数,分析了它们的年代际和年际尺度的变化特征,在此基础上提出了建立雨带类型估算模型的新方法．利用估算模型分析了大气、海洋等诸多因子对雨带类型不同尺度变化的作用,并检验了估算效果．结果表明,3种雨带类型变化是由显著的年代际和年际尺度变化叠加而成的,其中年际变化主要受El Ni(?)o/La Ni(?)a事件、东亚夏季风和西太平洋副热带高压脊线位置的影响,而年代际变化主要受到PDO, AO,ENSO,Ni(?)o3区海温和夏季风的年代际变化的控制．雨带类型集成估算模型的估算结果表明,文中提出的分尺度估算然后再做集成的估算方法,估算准确率比不进行尺度分离有了明显提高．     

西北太平洋热带风暴年生成数与早期洋盆尺度海温异常的关系

利用JTWC提供的热带气旋最佳路径资料库资料和JEDAC的海表温度观测资料，分析了1955年1月到2000年12月西北太平洋热带风暴年生成频次的长期变化及其与太平洋海温的关系.西北太平洋热带风暴年生成频次长期变化的基本特征是，最多生成频数月份有提早的趋势，除了阶段性变化外还存在增多的趋势.太平洋海温与西北太平洋热带风暴生成频次之间没有同期的相关关系，但年初赤道东西太平洋和中高纬度北太平洋的海温与当年和其后数月热带风暴生成频次有显著的相关关系.前者反映的是年际时间尺度上赤道附近东西部El Nio海温异常模态对热带风暴生成数的影响，后者反映的是年代际时间尺度上北太平洋海温异常对热带风暴数的影响.考虑两个时间尺度海温变化建立的年初海温与当年风暴频次的回归相关高达0.77.     

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)。     

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.     

印度洋-太平洋海表温度异常的持续性特征

用Reynolds＆Smith重构的1950-1998年月平均SST资料分析了印度洋-太平洋海表温度距平SSTA的持续性特征。结果表明:SSTA的持续性在空间上分布不均匀,可将有明显差异的SSTA持续性特征的海区分为3类:全年各月持续性好的区域,主要包括热带中东太平洋马蹄形海域、赤道中东印度洋、热带西太平洋,持续时间一般在10个月以上;全年各月持续性差的区域,主要包括西北太平洋、东亚沿海和东南太平洋,持续时间一般为3个月左右;各月持续性有季节性变化的区域,主要包括赤道东太平洋,南海。SSTA持续性的整体空间分布存在冬夏两种主要分布型,夏季型SSTA的持续性要比冬季好。冬夏间SSTA持续性最明显的差异出现在赤道东太平洋和东亚沿海、南海区域,由冬季转入夏季时,赤道东太平洋SSTA的持续性由差变好,东亚沿海、南海地区的情况则与之相反。     

赤道太平洋海域对CO2加倍的敏感性试验

利用Fast Ocean-Atmosphere Model (FOAM)海气耦合模式,分析了CO2加倍后热带太平洋海气系统的变化趋势并进行了机制研究.结果表明,CO2加倍后,模式中整个赤道海域海洋表面温度升高,但赤道西太平洋海面温度的增幅要强于东赤道太平洋的现象.产生这种增暖趋势的主要原因是由于热带区域160°E以东海...     

上层海洋热力异常对西北太平洋热带气旋气候特征的影响

重点分析了1970-2003年期间西北太平洋的热带气旋活动特征与海洋表面温度、上层海洋的热力异常变化以及对流层低层的大尺度环流特征之间的关系.分析结果发现在西北太平洋海域,热带气旋活动趋势与上层海洋热力异常变化(上层海洋热含量)以及对流层低层的西风异常之间有着显著的相关关系,而与海洋表面温度无显著关系.并在此基础上探讨了这种关系存在的物理机制.     

年际和年代际气候变化的全球时空特征比较

5利用1950－1998年全球海洋同化分析资料和全球大气再分析资料，分析比较了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征。结果表明：1）全球上层海洋年际变化主要为位于热带太平洋的ENSO模态，年代际变化最显区域中纬度海洋、赤道外热带东太平洋和大西洋及南半球高纬度区域；2）全球大气年际和年代际变化均主要位于中高纬地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生在热带海洋的上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前主要表现为大气内部（浑沌）变化，而后主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在20世纪70年代均一致性地经历了一次跃变，其结果导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸及非洲西海岸等海域海表温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部地区和格陵兰岛气温具有变冷趋势，而中纬度北太平洋和南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

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。