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。     

热带印度洋海温变化对东亚地区臭氧层分布的影响

利用英国Hadley中心的海温和NASA的臭氧混合比的月平均再分析资料,计算表征热带印度洋海温变化的主模态(IOB、IOD)的IOBI指数和IODI指数,分析了1980—2015年间热带印度洋海温异常与东亚地区平流层臭氧混合比之间的相关关系,探讨了热带印度洋海温变化对东亚臭氧层分布的影响.结果表明:(1)热带印度洋海温变化对东亚地区平流层臭氧分布有明显的影响,并且与IOB、IOD的时间变化规律相一致;(2)IOBI、IODI与东亚平流层臭氧变化具有一定的相关关系,特别是在春、秋季节时,平流层低层(70 h Pa)和中层(40h Pa)高度处两者间的相关性尤为显著.     

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.     

ENSO、NAO、IOD和PDO对珠江流域降水的影响研究

通过旋转经验正交分解法,将珠江流域季节和年降水分为时间分量和相应的空间特征,研究了珠江流域降水与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋10 a涛动(PDO)的遥相关关系。同时,通过分析季节和年降水发生天数及强度的变化与ENSO、NAO、IOD和PDO指数的关系,探讨了上述气候指标对降水的影响机制。研究结果表明:1 ENSO和NAO是导致珠江流域季节降水和年降水发生变化的主要因素。春季降水与NAO和PDO成正相关,与ENSO和IOD成负相关;夏季降水与NAO成负相关;秋季降水与ENSO和IOD成正相关;冬季降水与ENSO和NAO成正相关;年降水与NAO和IOD成正相关。2 ENSO、NAO、IOD和PDO对珠江流域季节和年降水的影响主要是通过改变降水天数与降水强度来达到的,同时这种影响具有季节的差异性。     

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。     

中等复杂程度全球热带海洋模式模拟的热带印度洋海表温度变率

利用一个中等复杂程度全球热带海洋模式模拟研究了表面强迫异常引起的热带印度洋海表温度(SST)变率．利用1958—1998年表面分析资料作为强迫场，积分海洋模式41年作为控制试验，并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验，与控制试验作比较．通过3组试验模拟的上层海洋变率状况的比较，分析了动量和热量通量异常对热带印度洋SST变率的影响，并比较了其影响的相对重要性．结果表明，模拟的热带印度洋SST变率的主要模态表现为与热带太平洋ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷特征，次级模态为热带印度洋SST偶极子模态．通过3组试验结果的比较表明，动量通量和热量通量异常强迫对热带印度洋SST变率第一模态均有贡献，但热量通量异常强迫的影响比动量通量异常强迫的作用大．热带印度洋偶极子模态主要受动量(风应力)异常强迫影响，热量通量异常强迫主要起阻尼作用．     

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.     

北半球对流层气候异常对热带印度洋海温偶极子型振荡的响应及动力机制解释

利用诊断和数值模拟的方法,探讨了印度洋海温偶极子型振荡(Indian Ocean Dipole,IOD)和北半球对流层气候异常之间的遥相关模态及动力机制.研究结果显示:北半球对流层位势高度异常场存在和IOD变化密切联系的遥相关作用中心,该作用中心呈正负相间的Rossby波列形状分布,该Rossby波列从印度东北部出发,向东北方向发展,进入北半球中高纬度和北极地区.在北极地区该遥相关的特征最为明显.研究结果还进一步显示了大气行星波的能量传播是IOD和北半球对流层气候异常之间遥相关的一种可能的联系方式.     

北半球对流层气候异常对热带印度洋海温偶极子型振荡的响应及动力机制解释

利用诊断和数值模拟的方法,探讨了印度洋海温偶极子型振荡（Indian Ocean Dipole,IOD）和北半球对流层气候异常之间的遥相关模态及动力机制。研究结果显示：北半球对流层位势高度异常场存在和IOD变化密切联系的遥相关作用中心,该作用中心呈正负相间的Rossby波列形状分布,该Rossby波列从印度东北部出发,向东北方向发展,进入北半球中高纬度和北极地区。在北极地区该遥相关的特征最为明显。研究结果还进一步显示了大气行星波的能量传播是IOD和北半球对流层气候异常之间遥相关的一种可能的联系方式。     

热带印度洋海面温度与高度的相关性分析

基于海面温度与海面高度异常的月均数据,采用EOF、SVD和功率谱分析等方法,对热带印度洋海面温度与海面高度进行特征分析,研究两者在时空结构上的相关性。利用EOF方法分析出海面温度第二模态与海面高度第一模态的空间结构类似,呈现偶极型。相关分析与功率谱表明,两模态的时间序列存在滞后相关和类似的周期结构。SVD结果显示,第一耦合模态的相关系数达0.7左右,且左右场的空间形态呈现东西反相。这表明,海面高度偶极型与海面温度的单极型和偶极型存在着相关。同时,海面高度指数也表现与偶极子指数类似的结构特征。针对上述诊断分析事实特征,对海面温度和海面高度偶极子形成的物理机制进行了初步分析,总结了前人所做的一些工作,指出其中可能的影响因素。     

A dynamic view of the tropospheric teleconnection between IOD and the Pacific Ocean

The tropospheric teleconnection pattern between the Indian Ocean Dipole （IOD） and the Pacific Ocean was studied using GISST and NECP/NCAR reanalysis data. Results show that a structure of Rossby wave train extends from the tropical Indian Ocean over southern subtropical regions of Australia and Pacific Ocean to the tropical Pacific Ocean, where a strong correlation between IOD and geopotential height （GH） anomaly of Pacific Ocean exists. Energy propagating pathways of the planetary wave with wave numbers 1-3 are qualitatively in agreement with the Rossby wave train, which implies that the energy propagation of the stationary planetary wave could be responsible for the tropospheric teleconnection between IOD and tropical Pacific Ocean.     

Seasonal characteristics of the Indian Ocean Dipole during the Holocene epoch

The Indian Ocean Dipole (IOD)--an oscillatory mode of coupled ocean-atmosphere variability--causes climatic extremes and socio-economic hardship throughout the tropical Indian Ocean region. There is much debate about how the IOD interacts with the El Ni?o/Southern Oscillation (ENSO) and the Asian monsoon, and recent changes in the historic ENSO-monsoon relationship raise the possibility that the properties of the IOD may also be evolving. Improving our understanding of IOD events and their climatic impacts thus requires the development of records defining IOD activity in different climatic settings, including prehistoric times when ENSO and the Asian monsoon behaved differently from the present day. Here we use coral geochemical records from the equatorial eastern Indian Ocean to reconstruct surface-ocean cooling and drought during individual IOD events over the past approximately 6,500 years. We find that IOD events during the middle Holocene were characterized by a longer duration of strong surface ocean cooling, together with droughts that peaked later than those expected by El Ni?o forcing alone. Climate model simulations suggest that this enhanced cooling and drying was the result of strong cross-equatorial winds driven by the strengthened Asian monsoon of the middle Holocene. These IOD-monsoon connections imply that the socioeconomic impacts of projected future changes in Asian monsoon strength may extend throughout Australasia.     

A dipole mode in the tropical Indian Ocean

For the tropical Pacific and Atlantic oceans, internal modes of variability that lead to climatic oscillations have been recognized, but in the Indian Ocean region a similar ocean-atmosphere interaction causing interannual climate variability has not yet been found. Here we report an analysis of observational data over the past 40 years, showing a dipole mode in the Indian Ocean: a pattern of internal variability with anomalously low sea surface temperatures off Sumatra and high sea surface temperatures in the western Indian Ocean, with accompanying wind and precipitation anomalies. The spatio-temporal links between sea surface temperatures and winds reveal a strong coupling through the precipitation field and ocean dynamics. This air-sea interaction process is unique and inherent in the Indian Ocean, and is shown to be independent of the El Ni?o/Southern Oscillation. The discovery of this dipole mode that accounts for about 12% of the sea surface temperature variability in the Indian Ocean--and, in its active years, also causes severe rainfall in eastern Africa and droughts in Indonesia--brightens the prospects for a long-term forecast of rainfall anomalies in the affected countries.     

Spatial teleconnection pattern between Indian Ocean Dipole and the southern high-latitude sea level pressure field

Sea level pressure (SLP) anomalies over the southern high latitudes associated with the Indian Ocean Dipole Mode (IOD) are investigated. Partial correlation and composite analysis depict, for the first time, the seasonal spatial variability in the relationship of SLP field in Southern Ocean with IOD. Results suggest that the IOD signal exists in the southern high latitudes and it is enhanced in boreal autumn, an active season of IOD. On interannual to subdecadal timescales, the spatial teleconnection pattern exhibits a wavenumber-3 pattern around the circumpolar Southern Ocean and the lead-lag correlation analysis shows that there are about 3 months of SLP anomalies in southern high latitudes lagging IOD, which indicates that the response time is almost instantaneous.     

热带太平洋和印度洋海温对东南亚降水的影响

 应用谱分析的方法,讨论了东南亚降水分别与热带印度洋和太平洋海温的关系.得出热带印度洋和太平洋海温变化对东南亚降水影响的最佳落后时间长度.同时找出了上述2片海域对东南亚降水影响的几个关键区,它可以作为东南亚旱涝预报的强信号因子.     

Decadal variability of the IOD-ENSO relationship

Using three kinds of over 100-year sea surface temperature （SST） datasets as well as three-dimensional wind data from NCEP/NCAR, this paper documents the decadal variability of the Indian Ocean Dipole （IOD）-EI Nino/Southern Oscillation （ENSO） relationship. During 1948--1969, positive （negative） IOD and warm （cold） ENSO events were more independent of each other. But after 1970, they tended to occur in the same year. ENSO would influence the whole life span of IOD, and IOD also affects the developing phase of ENSO. Considering the climatological background SST, low-level winds and also equatorial vertical circulations, it is revealed that the decadal variability of the IOD-ENSO relationship may be caused by the enhanced Walker circulation with increased rising motion over the Maritime Continent after 1970. Warmer SST around the Maritime Continent gives rise to anomalous low-level convergence and intensified convection there, which apparently increases the SST linkage between the eastern Indian Ocean and the western Pacific and thereby the interaction between the IOD and ENSO event.     

Connection between interannual variability of the western Pacific and eastern Indian Oceans in the 1997 - 1998 El Nino 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 Nino event. In the prophase of this El Nino, 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 Nino burst while the SLA signals developed over there. During the mature stage of this El Nino, 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 adv     

热带太平洋海平面年际和年代际变化研究进展

回顾热带太平洋对海平面长期趋势有重要影响的海平面年际和年代际变化的相关研究,总结包括近期提出的中部型厄尔尼诺在内的2种类型厄尔尼诺对热带太平洋海平面年际变化的影响,揭示了热带太平洋海平面年代际变化与信风年代际变化之间的紧密联系。指出赤道信风的增强对近期热带太平洋海平面变化格局的形成有决定性作用,厄尔尼诺强度的减弱对这种格局有贡献,而拉尼娜的影响有待深入研究。研究资料的局限性导致年代际变化的定量研究成果较少,在研究海平面年际和年代际变化时应用的热通量评估模型有待改进。