印度洋海温偶极子和太平洋海温异常

用近百年观测资料分析了赤道印度洋海温（SST）变化,其偶极子型振荡的特征确定存在。这种偶极子型振荡在9－11月最强,而在1－4月最弱;还表现出有年际变化和年代际变化。这个偶极子的正位相型（海温西高东低）一般强于其负位相型（海温东高西低）。尽管在极个别赤道印度洋海温偶极子似乎独立于太平洋厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子（类似反ENSO模）有很好负相关。联系它们的主要物理过程主要是赤道大气纬向（Walker)环流的异常。     

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.     

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.     

ENSO和东亚冬季风之关系在20世纪70年代中期之后的减弱

东亚冬季风(EAWM)的一个主要特征是冬季来源于高纬的冷空气活动,冷空气活动的频繁与否、强弱与否对我国气候影响甚大.EAWM和西伯利亚高压、东亚大槽、高空急流关系密切.ENSO可以在一定程度上调控东亚冬季风,因为ENSO和印度洋及西太平洋区域的海温(SST)的变率紧密相关,而该区域的SST变化可以影响亚洲和太平洋、印度洋区域的海陆之间的热力对比,进而影响东亚冬季风.本文通过分析ENSO,EAWM及海洋和大气的气候变异,发现ENSO和EAWM之关系在20世纪70年代中期以后减弱了,由之前的显著反相关,变成了没有显著相关.进一步的研究表明,20世纪70年代中期之后,ENSO与印度洋-西太平洋气候变率的联系减弱了;另外,EAWM的年际变率也减弱了,与EAWM变率耦合的气候变率从区域上向北方后退了.这些因素可能是造成ENSO和EAWM之关系减弱的主要成因.ENSO和EAWM关系的减弱对我国冬季气候的预测具有深刻影响,需要未来加以深入研究.     

二氧化碳浓度增加情景下耦合气候模式中的ENSO 频率变化及其机制

利用提交给气候变化政府间委员会第四次评估报告的4个耦合气候模式(GFDL/ CM2.0, CNRM/CM3, IPSL/CM4和INM/CM3.0)模拟结果, 分析研究了二氧化碳浓度增加情景导致的厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)频率变化及其机制. 结果表明, 作为对二氧化碳浓度增加的响应, 4个耦合气候模式中ENSO频率均呈现出明显的变化, 其中两个模式(GFDL/CM2.0, CNRM/CM3)频率增加, 而另外两个模式(IPSL/CM4, INM/CM3.0)频率减少. ENSO频率变化的这种模式依赖性源于不同模式热带太平洋气候背景态对二氧化碳浓度增加的响应不同, 其中纬向和垂直平均的上层海洋赤道内外背景温度梯度变化对于ENSO频率变化是关键性的. 二氧化碳浓度增加导致了GFDL/CM2.0和CNRM/CM3模式的赤道内外背景海温梯度增加, 根据ENSO形成的充放电振子理论, 这将导致ENSO事件衰亡过程中赤道内外热容量异常交换增多, 赤道热容量的放电速度增快, ENSO事件时间尺度变短, 从而ENSO频率增加; 相反地, 二氧化碳浓度增加导致了IPSL/CM4和INM/CM3.0模式的赤道内外背景海温梯度减少, 则ENSO频率减小.     

火山爆发与ENSO事件的联系

ENSO(El Nino So- uthern Oscillation)现象是海洋与大气相互作用的一个突出表现。ENSO事件发生时,赤道东太平洋海表温度异常增高,南方涛动指数迅速下降,同时造成全球气候和海洋环境的异常。由于这一事件的出现常常带来严重的气候灾害和世界经济的巨大损失,所以越来越受到气象学家和海洋学家的重视,以ENSO为中心的海气相互作用的研究已成为当前地球科学中发展最快的领域之一。     

华北汛期降水量年际变化与赤道东太平洋海温

华北地区汛期(7和8月)降水量具有明显的年际变化特征. 本文分析了华北汛期降水量的年际变化对应的环流和海温异常, 发现海温异常在赤道东太平洋有显著的信号, 而且华北汛期降水和赤道东太平洋海温对应的东亚高空急流变化具有明显的相似性, 进而给出了赤道东太平洋海温异常影响华北汛期降水年际变化的可能物理机制.     

赤道东太平洋海温异常的年际和年代际变率

用 1950～ 1996年月的海温异常 (SSTA)资料做了年代际空间场的特征分析和用赤道东太平洋NINOC区时间序列做了子波变换 ,发现海温异常明显地存在着年代际变化 (130个月 )、年际变化 (57个月 )和准两年变化 (2 8个月 ) .依此变化规律可以预测 1997/ 1998年的E1Ni o事件 .     

赤道东太平洋海温异常的年际和年代际变率

用 1950～ 1996年月的海温异常 (SSTA)资料做了年代际空间场的特征分析和用赤道东太平洋NINOC区时间序列做了子波变换 ,发现海温异常明显地存在着年代际变化 (130个月 )、年际变化 (57个月 )和准两年变化 (2 8个月 ) .依此变化规律可以预测 1997/ 1998年的E1Ni o事件.     

一套全球海洋再分析资料初步结果分析

基于全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS2.0)的20年(1990～2009年)再分析资料,利用OISST和SODA数据集从整体上进行检验,分析同化产品误差特征表明,同化系统能够有效改进海洋温度和盐度的估计,尤其在赤道东太平洋地区最为显著.垂向温盐总体RMSE相对同化前分别减小0.53℃和0.28psu,相对第一代同化系统BCC_GODAS1.0,温盐各层RMSE均有不同程度的减小.然后利用HadISST数据对比分析了热带太平洋海温异常变化特征.同化结果的Nio3指数与HadISST的海表温度异常有很好的一致性,相关系数高达93.6%;同化结果很好地模拟出了观测HadISST赤道太平洋季节变化特征,而赤道东太平洋地区逐月SSTA标准差季节变化的幅度变化较美国GODAS更接近HadISST;此外,同化在热带太平洋SSTA年际变率的EOF第一主模态所表现的ElNio空间结构,改善了冷舌地区的正异常年际变率强度,第二模态所表现的El Nio Modoki空间结构,改善了赤道东太平洋负异常局限于狭窄赤道地区的问题,并且赤道中太平洋海温正异常向南北高纬地区延伸的幅度和强度都得到加强,与观测HadISST比较吻合.     

天文观测已检测到2002年的弱El Niño事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料, 赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料, 经过带通滤波得到年际变化分量, 发现2002年的ENSO事件实际上已经发生, 日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件. 对资料进行小波分析表明, 年际变化中4~6 a的变化分量与准2 a变化在相位上不同步, 表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件.     

天文观测已检测到2002年的弱El Ni■o事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料,赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料,经过带通滤波得到年际变化分量,发现2002年的ENSO事件实际上已经发生,日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件。对资料进行小波分析表明,年际变化中4～6a的变化分量与准2a变化在相位上不同步,表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件。     

天文观测已检测到2002年的弱El Nino事件

利用现代空间技术观测得到的日长变化(LOD)资料,赤道太平洋海表水温异常变化和南方涛动指数资料,经过带通滤波得到年际变化分量,发现2002年的ENSO事件实际上已经发生,日长年际变化也已经检测到这次ENSO事件.对资料进行小波分析表明,年际变化中4～6a的变化分量与准2a变化在相位上不同步,表明2002年的ENSO事件不会是一次强事件.     

厄尔尼诺-南方涛动研究进展

厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o and Southern Oscillation, ENSO)对全球气候都具有重要的影响,如印度洋季风、秘鲁沿岸的渔业生产以及北美的气候等.过去的研究在ENSO的观测、理论、预报和数值模拟等方面都取得了长足的进展,但依然有很多问题尚待解决.本文简要地回顾了过去在ENSO的相关理论、预报、非对称性以及年代际变化、古气候下的变化以及数值模拟方面的研究:首先回顾了ENSO盛行的几组理论,具体包括Bjerknes正反馈机制、延迟振子理论、充放电振子理论、平流反射振子理论以及西太平洋振子理论.其次,系统地总结了厄尔尼诺常用的预报方法以及预报因子(如暖水体积、西太平洋风场、印度洋-太平洋风场的积分及赤道流场等),并讨论了目前预报仍然存在的局限性;非对称性和年代际变化是ENSO重要的特征,本文详细地阐述了这方面的相关研究进展及存在的问题.再次,介绍了关于ENSO的古气候研究目前所取得的成果以及主要结论,并对数值模拟方面仍然存在的问题及ENSO对其他海盆的影响进行了讨论;最后,对上述相关方面存在的不足以及亟待解决的问题进行了探讨和总结.     

全球变暖背景下中国夏季表面气温与土壤湿度的年代际共变率

利用1961～2004年中国160站地面观测气温和降水月资料, 计算了自校正Palmer干旱指数 (PDSI)作为土壤湿度的代用资料. 首先使用中国40个站点的土壤湿度数据对PDSI进行可靠性验证, 结果表明自校正PDSI可以很好地表示土壤湿度的变化. 在此基础上, 分析了夏季土壤湿度和表面气温的变化趋势及两者的共变率. 分析结果显示, 在中国许多地区, 表面气温和土壤湿度之间存在着显著的年代际气候共变率和强的反馈作用, 这一年代际气候共变率与气候变暖紧密联系. 中国西北的东部, 华北和东北的夏季气候存在显著的由冷湿向暖干发展的年代际变化. 而在中国东南地区和西北西部, 气候发生了显著的由暖干向冷湿转变的年代际现象. 在过去20~30 a, 全球陆地的大部分地区都观测到显著的变暖, 而中国东南地区和西北西部则出现向冷湿发展的年代际变化, 这可能是需要在科学上引起特别关注的气候现象. 对于观测到的气候年代际共变率, 表面气温和土壤湿度的相互反馈作用起着一定的作用. 利用Palmer干旱模型研究发现表面气温的异常对土壤湿度具有显著的影响, 从而亦影响到表面气温和土壤湿度的年代际共变率. 在伴随着人类影响的全球变暖过程中, 中国气候出现年代际干旱或洪涝的可能性也相应增加, 本研究结果为此观点提供了真实的观测证据.     

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.     

江淮梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号分析

江淮梅雨建立具有显著的年际变化特征. 利用NCEP/NCAR再分析数据集以及NOAA提供的全球射出长波辐射和扩展重建海温等资料研究了梅雨建立的年际变化及其前期强影响信号, 并探讨了该信号影响梅雨建立年际变化的可能机制. 结果表明, 前期中太平洋ENSO(CP-ENSO)事件是影响梅雨建立年际变化的强信号, 该信号具有较好的短期气候预测准确率和实用性. 当前期冬季2月和春季呈现CP-ENSO暖(冷)位相时, 梅雨建立最有可能偏晚(早). CP-ENSO主要是通过EAP(或JP)遥相关型影响梅雨建立, 其中位于热带西北太平洋的反气旋环流起着重要作用. CP-ENSO暖(冷)位相年, 热带暖湿气流向江淮流域输送偏晚(早), 赤道附近的中太平洋地区海温产生正(负)异常, 通过海气相互作用, 使得西太平洋副高北跳和印度西南季风建立偏晚(早), 东亚上空大气环流由春到夏的季节性转换因而偏晚(早). 大气环流季节性转换和热带暖湿气流向江淮流域输送偏早(晚)是江淮梅雨建立偏早(晚)的主要原因.     

热带印度洋年代际海洋变率及其动力学解释

根据热带印度洋长时间序列观测资料,分析了热带印度洋存在年代际尺度的海洋变率;揭示强烈的年际尺度海洋异常事件能够深及热带印度洋的季节性温跃层,随之纤维长达１～２ａ的记忆,初步探讨了一种针对热带印度洋年代际海洋变率的动力学解释,即不规则的强烈的年际海洋异常事件能够经过其记忆过程的过滤沉淀,而形成年代际尺度的一类缓变的气候背景。     

近百年西太平洋副热带高压变化的模拟研究

用气候海温强迫CCM3．6模式模拟了30年的副热带高压强度指数，用实测海温强迫CCM3．6模式模拟了1900－2000年期间的副高强度指数。模拟结果与利用统计方法重建的1880－1950年的副高强度指数以及国家气候中心1951－1999年的副高强度指数有很高的相关。两者都显示西太平洋副高具有80年和40年的年代际变率，季节间变率表明副高具有“秋季障碍”，可能与海温的“春季障碍”有关，近百年的副高强度有上升的趋势，可能与全球气候变暖有关。     

江淮梅雨和赤道太平洋区域海温变化的关系

江淮梅雨由江南梅雨和淮河梅雨两个部分组成. 江南梅雨集中在6月下旬, 淮河梅雨出现在7月上中旬. 1998年以来, 江南梅雨、赤道太平洋的表层和次表层海温异常都经历了重大的年代际调整. 进入21世纪以来, 江南梅雨量与淮河梅雨量之间出现了完全相反的趋势变化和准两年振荡. 1999~2000年的强La Niña之前, 海洋增暖在赤道东太平洋. 进入21世纪以来, 赤道太平洋次表层海温距平信号集中在日界线附近露头, 是赤道中太平洋表层海温增暖的早期信号. 2003, 2005和2007年是淮河流域的多降水年, 也是前期冬春赤道中太平洋海温正距平的年份. 一个关系表明, 冬春赤道东(中)太平洋的增暖事件对应江南地区(淮河流域)梅雨量偏多.