地球自转速率的年际变化与El Nio事件

分析了地球自转速率、大气角动量、太阳黑子相对数的年际变化及赤道太平洋海面温度变化与El Ni(?)o事件的关系.结果表明,地球自转速率的年际变化对大气角动量的年际变化及El Ni(?)o事件的孕育有较快的响应,当地球自转的年际变化由快向慢转变,即日长值中的年际变化分量由负极大逐渐增加为正值并持续增加,在约半年或稍多时间后,El Ni(?)o事件将显现出来.依得到的规律和对地球自转速率年际变化的分析,预测约在2001年底将可能出现El　Ni(?)o事件,同时结果还表明太阳活动对ElNi(?)o事件的出现可能有一定的影响.     

日长变化观测资料预测El Nino事件

自1982年底,东太平洋赤道带区域海水异常增暖的一次强El Nino事件发生后,地球自转运动与El Nino现象之间关系的研究逐步受到天文学家和地球物理学家的重视,并进行了一些有成效的研究工作。然而,这些研究工作似乎还未涉及对El Nino事件的预测方面。由于El Nino事件的发生,将会使全球出现大范围的灾害性气候,给人类社会造成巨大损失。本文的主要目的就是利用天文观测地球自转的日长变化资料研究预测El Nino事件的可能性和途径。     

大气角动量与地球自转速率的变化

对海洋、大气和固体地球之间的角动量转移问题的研究,具有重要的科学意义。在大地测量和地球物理的基础研究中,这个耦合机制显得特别重要。在《大气角动量与地球自转速率的变化》一文中,对这个领域的研究现况作了介绍。     

地球自转运动与大气、海洋活动

地球自转运动（自转速率变化和地极运动）表征着地球的整体运动状态以及固体地球与大气和海洋各种时空尺度上的相互作用过程,它们在维持总角动量守恒的条件下,,构成了复杂的地球动力学系统,近代空间大地测量技术的应用和发展大大促进了地球自转与大气和海洋活动相互作用的研究。着重综述地球自转运动与大气和海洋活动以及热带海气相互作用方面的研究进展,并展望未来理论研究的课题和方法。     

地球自转速率变化的实时快速预报

地球自转速率变化的实时快速预报具有重要的科学意义和实际应用价值. 然而由于地球自转速率复杂变化(或日长变化)的时变特性, 传统的线性时间序列分析方法往往难以取得良好的预报效果. 采用非线性的人工神经网络技术预报日长变化, 网络的拓扑结构由最小均方误差法确定. 考虑到日长变化与大气环流运动间的密切联系, 在神经网络预报模型中首次引入轴向大气角动量的实时预报值, 进行日长变化1~5 d的实时快速预报. 结果表明, 联合日长变化序列和大气角动量预报序列的神经网络模型, 比起单独采用日长变化资料的模型, 预报精度得到显著的提高.     

El Ni(n~)o事件的前兆现象在日长和海平面观测中的反映

利用1962年以来的日长变化、东太平洋海面水温以及香港验潮站的海平面资料, 分析和揭示即将来临的El Ni(n~)o事件的前兆现象在日长和海平面变化观测中的反映. 研究结果表明, 随着1998年初夏开始的强La Ni(n~)o事件的结束, 又一次新的El Ni(n~)o事件正在孕育过程中, 预计它的形成期将在2000年底前开始, 并可能在2001年底前后达到盛期.     

El Niño事件的前兆现象在日长和海平面观测中的反映

利用1962年以来的日长变化、东太平洋海面水温以及香港验潮站的海平面资料, 分析和揭示即将来临的El Ni(n~)o事件的前兆现象在日长和海平面变化观测中的反映. 研究结果表明, 随着1998年初夏开始的强La Ni(n~)o事件的结束, 又一次新的El Ni(n~)o事件正在孕育过程中, 预计它的形成期将在2000年底前开始, 并可能在2001年底前后达到盛期.     

关于极移的地震激发

1 极移的地震激发研究三维的地球自转变化可分为两个分量,即(1)一维的自转速率的变化,常以日长的变化来表示;(2)两维的地球自转轴指向的变化,亦即极移.在角动量守恒的前提下,地球内部地球物理过程会导致大尺度的物质运动造成“地球物理变化”,这包括固体地球及海洋的潮汐形变、大气波动、水圈的变化、洋流、地震的位错、冰川期后的回弹、地壳和地幔的移动以及地核的活动.本文论述的是极移与地震的关系.地震活动性与地球自转的相互作用,自从100多年前极移发现以来就可能已被注意到了.一方面,非均     

地极运动与北大西洋涛动

地球瞬时自转轴相对于地球表面或历元平极的运动,简称极移.极移的主要特征是周年极移和Chandler极移.80年代以来,随着资料积累和观测精度的提高,人们开始从局限于周年和Chandler极移的研究扩展到对亚季节性、年际乃至几十年时间尺度极移的探讨.北大西洋涛动是英国气象学家Walker确定的全球三大气象涛动之一,其基本特征为:副热带反气旋带至冰岛附近副极区近南北方向、年际时间尺度上的气压振荡.根据固体地球-海洋-大气系统的总角动量守恒定律,大气、海洋的运动和质量再分布必然伴随着地球自转的变化.所以,本文将研究北大西洋涛动对年际时间尺度上地极运动激发的可能性.     

厄尔尼诺事件产生的原因与验证

通过对1950～2002年厄尔尼诺事件资料、地球自转速度变化资料、环南极海冰变化资料、臭氧变化资料、气候振动和大气环流准两年周期资料的模拟验证,我们发现地球自转速度减慢、赤道东太平洋表层海温升高、日食-厄尔尼诺系数增大与厄尔尼诺事件发生时间在一切细节上有惊人的对应关系.这个综合检验结果给出了日食-厄尔尼诺系数预测厄尔尼诺事件的有效性和准确性.地球自转速度减慢、日食-厄尔尼诺系数与厄尔尼诺事件对应关系的发现和最终确认是一项有历史意义的综合检验工作.     

2014～2016年El Ni?o期间全球平均海平面的年际变化及全球水循环的贡献

自1993年以来,卫星测高的结果显示全球平均海平面(global mean sea level,GMSL)以3 mm/a左右的平均速率上升,并伴随着明显的年际变化.2002年成功发射的重力卫星(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)通过高精度测量两颗卫星之间的距离变化(微米级精度)反演全球陆地水时空变化,为全球平均海平面变化的成因分析研究提供了观测基础.综合利用卫星测高、GRACE卫星重力、海水温盐Argo浮标数据,详细分析了2010~2016年La Ni?a和El Ni?o期间GMSL年际变化和年际尺度上陆地水的贡献.结果显示,从2010年开始进入La Ni?a到2011年La Ni?a达到鼎盛期GMSL下降了7.6 mm,其中海水质量减少贡献了5.1 mm;2011~2013年GMSL快速上升了19.2 mm,相应海水质量的增加贡献了12.3 mm;2014~2016年强El Ni?o事件使得GMSL上升了15.1 mm,其中海水质量增加对GMSL的贡献达13.6 mm,该时期海水质量变化是GMSL年际变化的主导因素.同时采用卫星重力正演方法(Forward Modelling,FM)分别研究了澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域、北美地区、南极+格陵兰区域的陆地水储量变化,结果表明:2014~2016年El Ni?o期间全球海水质量的增加主要来自于澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域陆地水减少的贡献.     

全球变暖背景下ENSO特征的变化

利用1895~2014年Had ISST月平均海温资料和CO_2浓度加倍前后600年海气耦合模式CESM试验结果,对比分析了全球变暖前后厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)特征(强度及其中心位置、生命期与频率)的变化及其可能原因.主要结论如下:全球变暖后,在观测和模拟中气候平均的海温增暖中心分别位于热带西太平洋(类拉尼娜型增暖)和热带东太平洋(类厄尔尼诺型增暖),引起热带太平洋低层东风信风相应地增强和减弱,从而改变了热带太平洋最强海气耦合的位置,决定了ENSO演变特征的不同变化.ENSO事件强度中心位置在类拉尼娜型增暖背景态下更倾向于发生在赤道太平洋中部,形成"中太平洋ENSO",而在类厄尔尼诺型增暖背景态下则更偏向赤道东太平洋,形成"东太平洋ENSO".两种气候态的改变都会造成全球变暖后El Ni?o事件生命期的明显延长,其中,类厄尔尼诺型增暖的影响更大,最大可延长约3个月,极端El Ni?o事件生命期的增长更显著.其主要原因是:全球变暖一方面使热带西太平洋异常西风更早出现,有利于El Ni?o事件的提早发生发展,另一方面会减小热带太平洋温跃层的平均深度和热带中东太平洋赤道内外平均海温梯度,分别减慢了海洋次表层负反馈Kelvin波的东传速率和减弱了El Ni?o暖信号的"放电"速率,使El Ni?o事件衰亡速度减缓,持续时间更长.另外,观测和模式结果均表明,ENSO事件强度和频率在全球变暖背景下明显增强和增多,并且类拉尼娜型和类厄尔尼诺型增暖背景态会分别导致极端La Ni?a事件和极端El Ni?o事件频率显著增多.本文研究结果很好地统一了观测和模式中不同气候背景态下ENSO特征变化的现象和机理,为理解和预估全球变暖后ENSO特征的变化及其气候影响奠定了重要的科学理论基础.     

2002年亚洲北部的超强暖冬事件及其超常大气环流

揭示并分析了2001年12月至2002年2月亚洲北部的超强暖冬事件(850 hPa, 气温距平超过 3℃), 以及与之相伴的全球大气环流异常特征. 发现该超强暖冬是20世纪70年代末之后的年代际变化和年际变化共同作用的结果, 而且年际变化起主要作用. 与此次亚洲北部强暖冬事件相伴的大气环流异常有着全球特征, 特别是在东半球异常显著; 同时, 南半球中、高纬区的大气环流异常亦十分明显.     

夏季中太平洋厄尔尼诺现象抑制北极增暖和海冰融化

正国家"千人计划"特聘专家中山大学杨崧教授领导的全球变化研究团队联合南京大学吴其冈教授领衔的冰雪圈-大气相互作用研究组在厄尔尼诺现象(El Ni?o)变异-北极气候变化机制方面取得新的重大突破,在国际上创新性地证明了中部型El Ni?o在年际变率尺度上可以抑制北极夏季的增暖和北极海冰的融化(图1),这为国际海洋与气候学界研究关于El Ni?o模态变异与北极夏季气候的联系打开了一扇新     

El Nio事件的前兆现象在日长和海平面观测中的反映

利用1962年以来的日长变化、东太平洋海面水温以及香港验潮站的海平面资料, 分析和揭示即将来临的El Nino事件的前兆现象在日长和海平面变化观测中的反映. 研究结果表明, 随着1998年初夏开始的强La Nino事件的结束, 又一次新的El Nino事件正在孕育过程中, 预计它的形成期将在2000年底前开始, 并可能在2001年底前后达到盛期.     

冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件

众多研究表明,ENSO事件不仅仅是热带地区大气和海洋异常年际变化现象,并且与中高纬度地区的气候异常变化相关联,一方面通过对两维定常行星波的强迫导致中高纬度地区的遥响应;另一方面,中高纬度的大气环流异常对ENSO事件的发生也具有触发作用.海冰变化可以引起盐度突变层的灾变和热盐环流的突然停止,可以导致半球乃至全球大气环流异常,最新研究表明,海冰面积变化周期与ENSO事件的周期有较好的一致性.本文讨论了冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件的关系,认为该海域海冰面积异常可以引起北半球大气环流异常响应,尤其是当海冰面积变化超前大气变化3年时,可以诱发大气高度场产生PNA型异常;ENSO事件都发生在海冰面积变化速度为极值点的冬季.     

地球动力学扁率与南极涛动年际变化的小波相干分析

地球动力学扁率J2的变化反映了全球大尺度的地球各圈层动力学变化及相互作用.对于J2的年际变化与全球大气、海洋运动、陆地水变化的相关性问题,前人的研究表明J2的年际变化信号主要来自地球高纬度(±75°以上)地区的物质质量重新分布和迁移,其可能与ENSO(EI Nio-Southern Oscillation)现象有关.利用交叉小波与小波相干方法对1979~2011年的J2和刻画南极涛动(Antarctic Oscillation,称AAO)的南极涛动指数(AAOI)以及表征ENSO现象的SOI(Southern Oscillation Index)时序在2~8 a尺度的年际变化信号进行分析,结果表明:在1986~2010年间J2的4~6 a尺度的年际变化与AAO显著相关(相关系数0.8),通过95%置信度检验,且J2信号与AAO信号之间存在一定的位相时差,即J2信号位相滞后AAO信号约0~5个月;而在相同的时间段和尺度上J2与SOI之间没有表现出更好的或类似于J2与AAO信号之间的关系特征.此现象可能与南极涛动和南方涛动两者分别反映的大尺度的大气运动及其空间分布特征的不同有关.     

≈37 kaBP大气中宇宙成因同位素含量增加的古里雅冰芯证据

证实了≈37 kaBP青藏高原古里雅冰芯记录中宇宙成因同位素36Cl含量峰值的存在,并认为该峰值是36Cl在大气中产生速率增加导致的,而不是净积累速率变化影响的结果. 与其他地区10Be及36Cl记录的对比,指出宇宙成因同位素这一时期的峰值事件具有全球性,可作为冰芯等沉积物定年的时标. 发现这一峰值事件与气候变冷相伴出现.     

同El Nino发生相联系的热带大气系统动能的变化

作者之一首先在1988年指出E1 Nino事件的前期征兆在赤道西太平洋,其后的进一步研究更明确指出,东亚冬季风异常与El Nino有相互作用.通过资料分析和GCM的数值模拟,我们最近又指出热带大气季节内振荡与El Nino也存在明显的相互作用.1 观测资料分析结果就时间尺度而论,我们可以将热带大气运动大致分为三类系统,即天气尺度(3～10d)系统,主要是大范围积云对流的活动;低频系统,主要是季节内(30～60d)振荡;准定常(>90d)系统,包括ENSO循环.1982～1983年及1986～1987年分别发生了El Nino事件,用ECMWF     

热带印度洋偶极子与ENSO事件关系的年代际变化

利用3种百年尺度的海温资料以及来自NCEP/NCAR的大气场资料, 本文探讨了热带印度偶极子和太平洋ENSO事件关系的年代际变化. 在1948~1969阶段, 正(负)位相的偶极子与暖(冷)ENSO事件表现出较多的相对独立性, 但是1970年之后, 它们经常同时发生. ENSO影响偶极子事件的整个生命史, 而偶极子主要影响ENSO事件的发展阶段. 通过分析海温背景场、低层风场以及沿赤道的垂直速度的年代际变化, 本文揭示出偶极子与ENSO关系的年代际变化可能是1970年以后与增强的Walker环流相伴随的海洋性大陆上空加强的垂直运动所导致的. 1970年以后异常增暖的海洋性大陆周围的海水导致了低层风场的异常辐合以及上空对流活动的加强, 从而使得热带东印度洋和西太平洋之间的海水交融加强, 由此, 热带印度洋偶极子事件和太平洋ENSO事件的相互影响相互联系变得更加紧密.