东部和中部型El Nio发展年中国区域夏季降水异常特征

分析了东部和中部型El Nio发展年海温分布特征及其对中国夏季降水影响的差异。结果表明:(1)东部型El Nio年的海温正距平中心发展快且强度比中部型El Nio年强。(2)两类El Nio发展年,中国夏季降水分布差异最大的是东北和华北地区,呈相反的分布,华南地区只是变化幅度不同,江淮流域降水一致偏少。(3)Walker环流分布的差异是两类El Nio年夏季降水分布差异的重要原因,其位于西太平洋地区下沉支的强弱以及有无上升支的分布,对西太副高和我国水汽的输送有明显影响。(4)500h Pa位势高度场的遥相关波列以及高低层大气的垂直运动也是造成两类El Nio年中国夏季降水分布差异的重要原因。

东部和中部型El Nino事件对云南冬季降水影响的差异分析

利用1981-2017年云南125个站逐日降水观测资料和NCEP再分析资料,对比分析了两类El Nino事件期间云南冬季的降水差异,发现东部型El Nino有利于冬季云南大部地区降水显著偏多,而中部型El Nino的影响却不明显。进一步从两类事件相应的大气环流等方面分析了造成降水差异的物理原因。研究表明:(1)东部型El Nino年,Walker环流在西太平洋为异常强的下沉气流,西太平洋副热带高压偏强偏西,Hadley环流在20°N为异常上升气流,造成云南水汽输送和辐合加强,中高纬度巴尔喀什湖和贝加尔湖脊发展,冷空气沿高原东侧南下影响云南,冷暖空气在云南频繁交汇,导致云南冬季降水日数明显偏多,相应降水偏多;(2)中部型El Nino年,Walker环流在西太平洋下沉支强度较东部型弱,相应的西太平洋副热带高压较东部型偏弱偏东,Hadley环流在20°N为下沉气流,对云南区域水汽输送影响较弱,同时中高纬度环流不利于冷空气南下影响云南,除对应冬季云南东部降水日数偏少外,对其他地区降水的影响不明显。

夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模对同期中国东部降水的共同影响

利用1961—2013年NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST月平均海表面温度资料,分析了夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模(Indian Ocean Basin M ode,IOBM)的特征,并研究了不同位相配置时二者对同期中国东部气候的共同影响。结果表明:1)太平洋中部型海温异常指数与印度洋海盆模指数几乎相互独立。太平洋中部型海温异常与IOBM同位相变化(记为PPNN事件)和反位相变化(记为PNNP事件)时,热带印太地区海温异常分别呈三级型和偶极型分布。2)不同位相配置对中国东部地区降水异常的影响及其影响机制存在显著差异:当发生PPNN事件时,水汽从海洋性大陆(Maritime Continent,MC)地区向江淮流域输送;热带海温异常引起大气产生Gill型响应,维持了中国东部的环流异常;M C地区通过经向三圈异常垂直环流引起江淮流域降水异常增多。发生PNNP事件时,Gill型环流响应中心西移,长江流域降水偏少,水汽辐散;同时MC地区对流层低层准定常Rossby波能传播也有利于长江流域扰动的维持。这些结果对深刻认识中国东部地区夏半年降水异常成因和印度洋/太平洋海温异常不同分布的作用具有重要意义。

东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

利用1951—2017年NOAA月平均海面温度、NCEP/NCAR的再分析资料以及中国160站月降水观测资料,通过分类合成分析方法研究了东部型(eastern Pacific,EP)和中部型(central Pacific,CP)厄尔尼诺(El Nino)事件当年及次年对山东夏季降水年际变化的影响。结果表明,两类El Nino发生年,山东夏季降水均较常年显著偏少,但EP El Nino对山东夏季降水的影响强度和范围略弱于CP El Nino:EP El Nino发生年夏季,仅鲁西北部分地区以及胶州湾附近降水较常年显著偏少,而CP El Nino当年夏季山东全区降水较常年显著偏少。EP El Nino和CP El Nino次年对山东夏季降水异常的影响呈反位相,且影响大值区空间位置也完全相反:EP El Nino次年夏季山东东部尤其是半岛地区降水较常年异常偏少(青岛地区最为突出),而CP El Nino次年夏季山东中部和北部尤其是西北部地区降水较常年异常偏多。EP El Nino当年和次年夏季、CP El Nino当年夏季500 hPa高度场异常分布形势不利于西北太平洋副热带高压的北上,850 hPa风场为偏北风和偏东风异常,山东水汽输送条件差,水汽无明显辐合,造成大部分地区降水偏少。CP El Nino次年夏季西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏北,850 hPa显著西南风场异常,山东中西部水汽辐合明显,这些是降水偏多的重要原因。

东部型、中部型ENSO影响长江流域降水的调查与分析

本文通过调查1951-2007年发生的多次ENSO事件的太平洋海表面温度变化情况将其分为四种类型,分析这四种事件在不同阶段的夏季环流形势和850h Pa风场,从而讨论西太平洋副热带高压(以下简称副高)和夏季风对长江流域夏季降水情况的影响,结果表明:不同类型的El Ni?o和La Ni?a事件与夏季副高强度、西伸脊点以及脊线位置关系密切,且影响夏季风的强弱变化。东部型El Ni?o主要是副高的变化影响降水,而中部型事件则是通过风场响应来影响降水的变化,且两类事件中雨带都有从长江以北到长江中下游偏南地区的移动过程;东部型La Ni?a时期副高显著减弱东退,使长江流域降水量减少,中部型La Ni?a在发展年因为副高脊线北抬,长江以北出现雨带,在消退年因为副高有北抬且长江中下游有偏南风的风速辐合带,东南地区偏南风加强,有两个雨带分别位于黄河-长江中下游和长江以南。

一种综合监测两类不同分布类型ENSO事件指标的研究

针对1950—2009年的东部型(EP)和中部型(CP)ENSO事件,比较了目前国际上常用的ENSO监测指数对它们的监测能力。结果表明:单一的指数无法同时区分EP和CP型ENSO事件,其中Ni o 3指数只能有效识别EP型ENSO事件,而Ni o 4指数则对CP型事件具有较强的监测能力。据此提出同时以Ni o 3和Ni o 4指数构建指数组的形式来监测不同类型的ENSO事件,结果表明,该指标组能够较全面监测历史上发生的不同分布类型ENSO事件,且能准确判定事件的峰值强度、起止时间和成熟期等其他特征。

冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。

两类厄尔尼诺事件对次年山东夏季降水的影响研究

厄尔尼诺(El Nino)事件可根据海温极大值中心分为东部型El Nino和中部型El Nino。本研究通过观测资料研究了1979-2020年两类El Nino事件对次年山东夏季(6-8月)季节平均和月平均降水异常的影响。结果显示,中部型El Nino次年夏季西北太平洋反气旋较气候态偏北,进而增强东亚夏季风,使得山东夏季平均降水偏多。伴随着反气旋在季节内的北移,降水正异常在晚夏(8月)最为显著,而东部型El Nino次年夏季反气旋较气候态偏南偏弱。同期日本列岛地区由于东亚-太平洋遥相关负位相的出现产生异常气旋,山东地区受气旋西侧干冷北风控制,夏季降水偏少。由于气旋强度在季节内逐渐降低,所以山东干旱在初夏(6月)最显著。这些结果可以为未来山东夏季降水季节预测提供重要参考。

构建描述两种ENSO类型的新指数

利用英国气象局哈得来中心的1950—2011年月平均海表温度资料,采用联合回归-经验正交函数分解方法得到东部太平洋型ENSO(东部型ENSO)和中部太平洋型ENSO0中部型ENSO)的热带太平洋海温分布特点,进而定义了计算相对简单的东部型ENSO指数(I_(EP))和中部型ENSO指数(I_(CP))来分别描述两类ENSO。研究结果表明:首先,构建的I_(EP)和I_(CP)的相关性很小,接近正交,而且I_(EP)和I_(CP)能够反映两类ENSO不一致的偏度和周期,因此,这对指数能够清楚地区分两类ENSO。其次,I_(EP)和I_(CP)这两个指数可以描述厄尔尼诺和拉尼娜事件成熟期主要海表温度异常区的位置。再次,应用I_(EP)和I_(CP)从随机事件概率统计的角度给出两类厄尔尼诺和拉尼娜事件较为严格的定义,以便实时有效地监测两类ENSO。最后,利用新指数对两类ENSO的特征进行研究发现,强厄尔尼诺事件一般属于东部型,而强拉尼娜事件则为中部型,并且中部型拉尼娜事件发生的前期是东部型厄尔尼诺,此外,ENSO的发生演变机制在1976/1977年前后发生了改变。

两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响

利用MERRA-2再分析气溶胶光学厚度及气象观测资料,在剔除人为排放长期变化产生的气溶胶光学厚度扰动的基础上,从气候学角度探讨了两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响。结果表明,东部型厄尔尼诺事件使绝大部分区域气溶胶光学厚度呈正异常分布,尤其对华北至东北的气溶胶污染加剧作用显著;而中部型厄尔尼诺事件使气溶胶光学厚度异常由南至北呈显著的"+-"双极型分布。进一步成因分析发现,虽然两类厄尔尼诺事件都具有削弱冬季风从而减弱北方气溶胶向南传输的作用,但中部型对水平流场的削弱作用不显著,尤其是东北地区没有通过90%的显著性检验。同时二者对北方大气垂直扰动和气溶胶的湿清除作用相反,其中东部型表现为大气垂直扰动和对流有效位能减弱,降水减少,湿清除减弱;而中部型则表现为垂直扰动和对流有效位能增强,降水增多,湿清除增强。对于南方,强东部型事件引发的强降水可能是产生该区域气溶胶污染影响不稳定的主因,而中部型则主要通过气流削弱作用加剧长江中下游地区气溶胶的局地污染。

两种厄尔尼诺类型期高原地区大气环流的对比分析

本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了增温区域不同的两类El-Nino事件各阶段的特征,及其次年夏季高原地区的风场、温度场以及高原上空的南亚高压的高度场分布特征。结果表明:对风场环流的不同影响主要表现在:从垂直剖面图来看EP型整体都是东风增强,而CP型在对流层的中下层为西风增强,上层为东风增强;200h Pa风场EP型高原上空为异常东风,而CP型为一异常切变线,北边异常东北风,南边异常东南风;500h Pa风场EP型表现为异常东北风,CP型为异常东南风。对温度场的不同影响主要表现在:EP型在高原上空对流层中层和高层各有一个负异常中心,而CP型只在中层有一个负异常中心;对南亚高压的不同影响主要表现在:EP型南亚高压中心位置偏东南,而CP型南亚高压中心位置则偏北。

东北近60年盛夏降水特征及其与不同类型厄尔尼诺的联系

为了探讨东北地区盛夏降水的特征及其与不同ENSO的联系,利用1961—2019年国家气象信息中心整编的东北地区204个站日降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和国家气候中心ENSO监测结果进行研究分析。结果表明:(1)盛夏降水20世纪90年代到21世纪初进入枯水期,21世纪10年代降水有所增加。1961—2019年降水以5.386 mm/10 a的速率减少,其主要原因是小雨和中雨减少,且近年来降水减少速率变缓;(2)空间上,降水整体呈减少趋势。小雨呈减少趋势,辽宁降水减少最显著,50个站均呈下降趋势,37个站通过显著性检验。中雨和大雨均呈减少趋势,但不显著。暴雨有超过60%的站呈上升趋势,黑龙江以上升趋势为主;(3)厄尔尼诺次年盛夏,中部型(CP型)降水量整体多于东部型(EP型)。EP型辽宁降水偏多,吉林呈西北—东南降水反相分布,内蒙古降水整体偏多,黑龙江整体偏少,且局部地区显著偏少。CP型辽宁降水亦偏多,且多于EP型,吉林为南北反相分布,黑龙江整体偏多,内蒙古整体偏少,且局部显著偏少。由此可以得出,厄尔尼诺可以作为次年东北地区盛夏降水的一个预测因子。

CMIP5/6气候模式对ElNiño多样性模拟能力的评估

利用第五次和第六次国际间耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project,CMIP)中全球气候模式的历史时期和未来增暖情景模拟结果,结合观测资料,文章对比评估了23个CMIP6模式和32个CMIP5模式对El Niño多样性的模拟能力,并预估了东部(eastern Pacific,EP)型和中部(central Pacific,CP)型El Niño对未来全球变暖的响应特征。结果表明,绝大多数CMIP5/6气候模式能够合理地模拟El Niño的多样性特征,且CMIP6多模式的模拟性能较CMIP5有明显提升。CMIP6模式不仅减弱了EP型El Niño空间模态模拟的离散性,而且还显著提高了CP型El Niño空间模态的模拟能力;CMIP5/6多模式基本能够模拟出两类El Niño的季节锁相性特征,但CP型El Niño衰亡时间较观测明显滞后3个月;同时CMIP5/6多模式模拟的EP型El Niño强度与观测值较为接近,但CP型El Niño的振幅却强于观测。在未来全球变暖背景下,CP型El Niño事件的发生频率相对于EP型事件将趋于降低;EP型和CP型El Niño振幅强度随着全球变暖加剧将被增强,且EP型增强幅度显著强于CP型。

两类厄尔尼诺背景下MJO对太平洋阻塞频率的调节作用

本文基于1979~2019年ERA-interim逐日再分析数据和二维阻塞指数,探究了冬季两类(中部型和东部型)厄尔尼诺背景下热带季节内振荡(MJO)对太平洋地区阻塞频率的调节作用。本研究选取出现频次较高且平均振幅较强的位相3和7进行研究。结果表明,在两类厄尔尼诺背景下MJO第3位相期间,MJO激发的遥相关位置相似,均对应极地地区(白令海地区)正(负)的位势高度异常,从而使高纬度太平洋地区均出现正的阻塞频率异常。在东部型厄尔尼诺背景下MJO第7位相(EP7)期间中高纬太平洋地区存在正的阻塞频率异常。但是在中部型厄尔尼诺背景下MJO第7位相(CP7)期间没有大范围显著的异常阻塞频率。这是因为EP7期间MJO激发的异常Rossby波源位于急流核区的西北部,使得MJO的遥相关可以传至50°N以北,引起中高纬度地区有利于阻塞频率增加的位势高度异常。然而CP7期间MJO激发的异常Rossby波源位于急流核区内部,使得对应的遥相关仅在副热带急流中传播,对高纬度地区的位势高度影响较小,导致该时期内没有大范围显著的阻塞频率异常。最后本文使用ECHAM4.6气候模式验证了上述结论。

厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水分布影响的新研究

基于1961—2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明:(1)厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。(2)东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压(副高)偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。(3)东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋(EAP)遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961—2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型(即东部型和中部型)ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动(NAO)在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。

两类ENSO背景下黑潮及其延伸区海温异常对东北夏季降水的影响:个例对比

利用中国160站月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对比分析了在2009/2010年中部型E1Nino和1997/1998年东部型El Nino背景下,黑潮及其延伸区海温异常对东北地区降水的影响。结果表明:东亚沿岸自南向北异常"反气旋-气旋-反气旋"环流的偏移是导致这两年东北夏季降水不同的关键。2010年这一异常环流型比1998年整体偏东偏北,使得太平洋副热带高压、中纬度西风槽以及东北亚阻塞形势也偏东偏北,造成冷暖空气交汇于东北南部,降水西南多而西北少;1998年异常气旋中心位于松-嫩流域,强烈的辐合上升运动配合偏强的水汽输送,降水表现为区域性增强。观测与数值试验结果表明两类El Nino事件中黑潮及其延伸区异常海温的差异是形成东亚沿岸异常环流位置偏移的主要原因:(1)受2009/2010年中部型El Nino的异常下沉气流比1997/1998年偏北的影响,前者异常暖海温位于黑潮延伸区,后者位于黑潮区;(2)2010年夏季黑潮延伸区的异常暖海温通过加强Rossby波活动使得东亚高空西风急流北进东扩至日本以北,1998年黑潮区暖延伸区冷的海温分布使得急流偏南、偏弱,对应急流南北两侧的异常反气旋、气旋也随之偏北,东北亚阻塞随之偏北偏东。

两类ENSO事件非对称性特征分析

利用1961—2010年多种海、气观测资料,分析了东部型(EP)和中部型(CP)ENSO事件海温异常的非对称性及可能原因,并讨论了两类ENSO事件的非对称性对大气环流的可能影响。结果表明,海温异常非对称性包括空间分布非对称、强度非对称以及持续性非对称。从动力学角度来看,虽然不同事件发展衰减阶段主导的动力作用不尽相同,但就两类事件强度非对称性而言,海洋垂直对流项起关键性的作用。此外,研究发现,无论是通过海温强迫直接影响的赤道地区或是通过遥相关影响的赤道外地区,大气非对称响应都表现出与海温异常非对称较强的一致性,其中东部型ENSO的非对称性分布与事件暖位相分布相似,而中部型ENSO的非对称性分布与事件冷位相分布相似,且东部型ENSO非对称性差异大于中部型ENSO。

中国大陆夏季高温热浪事件的特征及两类El Ni?o事件对其影响

利用中国大陆地面站点资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了中国大陆高温热浪事件的时空分布特征以及两类El Nino现象对高温热浪事件的影响.结果表明,近年来发生在中国大陆的高温热浪事件呈明显的上升趋势,特别是在20世纪末至21世纪初更加明显.在空间分布上,高温热浪的频次、日数和强度的高值区都集中在华中、东南沿海及新疆地区,且随中国雨带的移动而发生位置变化.在东部型El Nino年,中国东北地区以及长江中下游地区高温热浪事件的频次偏低,而华南地区则偏高.在中部型El Nino年,东北以及长江中下游地区高温热浪事件频次偏高,华南、新疆南部地区偏低.两类El Nino现象通过影响阻塞高压、西太平洋副热带高压和大陆暖高压等大尺度系统以及水汽的辐合、辐散来影响高温热浪事件.在东部型El Nino年,中高纬度乌拉尔山、鄂霍次克海阻塞高压活动频繁,使得东北冷涡增强并持续控制东北地区,导致东北地区高温热浪频次偏少;低纬度地区受到西太平洋副热带高压的影响,在其控制下,华南地区高温热浪事件频次偏高.在中部型El Nino年,环流形势则基本相反,使得中国东北、长江中下游地区高温热浪事件频次偏高,华南地区偏低.

1月份两类ENSO的海气环流模态分析

本文对1950~2001年1月份的大气风场和大洋流场做了联合复EOF(Empirical Orthogonal Function)分解,用以探讨1月份两类ENSO(El Nino-Southern Oscillation)的海气环流及耦合情况,所得结果主要有:该分解第1、2模态空间场分别相应于东部型、中部型ENSO,前者在赤道太平洋东部和中部都有海温动力异常,并以东部异常最强,后者仅在中部存在此异常,两模态的时间系数都与ENSO有很好相关,为此第1、2模态可分别称为东部型、中部型ENSO的风场流场(异常)模态。东部型ENSO模态具有3~6年的年际变化和13~14年的年代际变化,中部型则有明显的7年年际变化和12、17年的年代际变化,两者中约13年的周期与冬季北太平洋NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)的周期相同。东、中部型El Nino期间,沃克环流上升支分别从印尼东移至赤道西、中太平洋,并有所减弱;南、北支哈得莱环流则分别位于日界线以东及该线附近,且均有所加强,从而使南、北太平洋副热带高压偏强;而在5°S的南美沿岸则分别有垂直运动上升和下沉异常。在海气耦合上,两类ENSO模态在赤道中太平洋均存在西风异常与海洋赤道Kelvin波和Rossby波的波包解耦合,而海温动力异常对大气的影响则都起到负反馈作用,从而有利于ENSO的维持和稳定。