东部型El Niño事件发展期秋季对中国极端降水的影响

利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Niño事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明:东部型El Niño事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响,造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现,当东部型El Niño事件处于发展期的秋季时,中东太平洋表现为显著的正海温异常,热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地,热带中东太平洋表现为异常的上升气流,西太平洋为异常的下沉气流,在华南地区表现为异常的辐合上升,为降水创造了有利的动力条件;同时,异常海温进一步对西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)位置产生影响,造成西太副高异常偏西,在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常,意味着西南气流的水汽输送增强,这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散,不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。

冬季海温异常影响北太平洋东部型风暴轴的数值试验

最强中心出现在160°W以东地区的北太平洋风暴轴定义为东部型风暴轴,针对这种短期气候异常现象,利用大气环流模式CAM 3.0对其可能的外部强迫机制进行探究,主要关注赤道中东部和黑潮海区正、负海温异常的影响。结果表明:赤道海区负海温异常对风暴轴东部型的出现有重要意义,当该海区海温为负(正)异常且黑潮海区海温正(负)异常时,风暴轴表现为东(西)部型。风暴轴在中、东太平洋地区低层斜压性的增强,是太平洋风暴轴中、东端天气尺度涡动活动增强的主要原因。当出现东部型时,北太平洋东部区域急流强度增强,涡动斜压增长偏强,涡动的热量和动量输送加强,风暴轴和急流的反馈也加强;反之亦然。冬季赤道海区引起的大气响应范围较广,而黑潮海区的影响较为局地,尤其是黑潮海区的负异常主要影响风暴轴入口区域,表现为关于海温异常强迫的符号非对称性。

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。

5月中国土壤湿度异常对7月华南-青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响

利用1979—2019年ERA5再分析资料和站点降水资料,研究了5月中国土壤湿度异常对7月华南和青藏高原东部偶极子型降水年际变化的影响及其可能的物理过程。结果表明,当5月青藏高原土壤湿度偏湿,华中地区土壤湿度偏干时,对应7月华南(高原东部)降水偏多(偏少),两地降水呈偶极子型分布。通过进一步的诊断分析发现,青藏高原(华中地区)土壤湿度正(负)异常可从5月持续至7月,使得7月中国北方地区地表湍流热通量正异常,进而使得对流层中低层大气增暖,中国北方与贝加尔湖之间经向温度梯度和大气斜压性增强,天气尺度的瞬变波活动增强。通过瞬变的涡度强迫有利于中国北方及蒙古地区准正压异常高压和Rossby波波源的形成,相关的Rossby波向东南方向传播至我国南方,使得华南地区出现准正压结构的异常低压,有利于西北太平洋副热带高压东移,南亚高压西移。对应中国北方及蒙古-华南地区对流层中低层为反气旋-气旋式环流异常,进而导致华南地区(高原东部)降水增多(减少)。此外,中国北方-蒙古地区的异常高压与局地偏干的土壤湿度之间的正反馈过程,有利于上述物理过程的维持和增强,进而有利于7月偶极子降水的异常,反之亦然。

El Niño事件发展期对中国东部夏季极端降水的影响

利用1961−2020年的再分析资料和中国台站观测降水数据集,研究了东部型El Niño事件发展期夏季对中国夏季极端降水的影响.结果表明,东部型El Niño在发展期夏季对中国极端降水的影响主要表现在中国东部地区,造成华北和江南地区极端降水减少,江淮地区极端降水显著增多.进一步分析其中的物理过程发现,当东部型El Niño事件处于发展期夏季时,赤道东太平洋出现显著的海表面温度(sea surface temperature,SST)暖异常,西太平洋区域表现为冷异常,导致反气旋性环流异常.同时,西北太平洋区域存在SST暖异常,对应气旋性环流异常.异常的SST分布激发了“正-负-正(+−+)”的东亚-太平洋型(East Asia-Pacific,EAP)波列异常,对应着“负-正-负(−+−)”的降水配置.在2个异常环流的交汇处有显著的辐合上升运动,为江淮地区带去了充足的水汽.而华北地区主要受到反气旋性环流和蒙古高压的共同控制,并受到来自高纬度地区的异常西北风影响,存在显著的辐散下沉运动,降水的动力条件不足.并且,在东部型El Niño事件发展期夏季,西太平洋副热带高压位置异常偏东,不利于江南地区降水的发生及水汽的输送,进一步造成江南地区极端降水减少.以上结果显示东部型El Niño事件在其发展期夏季对中国极端降水存在重要的影响,为区域极端气候预测提供了理论依据.

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。

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。

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。

东部副高型形势下大通地区中—大雨预报方法

本文对东部副高型形势下,有中—大雨和无中—大雨两种情况进行了水汽条件、稳定度条件、能量条件及本站要素的分析比较,从而找出了一些指标,这将有助于提高在东部副高型形势下预报中—大雨的准确率。

北太平洋东部风暴轴的时空演变特征

本文利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)逐日再分析资料(ERA-40),以500hPa位势高度滤波方差为代表,对1957年12月～2001年11月期间44年528个月北太平洋区域(30°N～60°N,120°E～120°W)月平均风暴轴的多中心数目和最强中心位置进行了客观统计,在此基础上,对北太平洋区域进行了分区,通过对比各区域风暴轴的时间演变和结构变化,重点揭示了北太平洋东部地区风暴轴的时空演变特征。主要结论如下:(1)逐月来看,北太平洋风暴轴"多中心"现象普遍存在,概率高达94.7%,最典型的分布呈2～3个中心分布;从季节上来看,春季是"多中心"现象最容易出现的季节,秋季和冬季相对较少,而4个及以上的"多中心"现象则更容易出现在夏季。(2)若把最强中心出现在160°W以东地区的北太平洋风暴轴定义为东部型风暴轴,那么从月份上来看,7月相对最容易出现东部型风暴轴,1月和2月最难;从季节上来看,夏季相对最容易出现东部型风暴轴,冬季最难;总的来看,出现东部型风暴轴的频数大约占总频数的三分之一。(3)从垂直结构上看,在北太平洋160°W以东地区,风暴轴的强度可以最强,但与斜压性密切联系的涡动向极和向上热量通量的最大值却并不是最强。(4)经验正交函数分解(EOF)分析的结果表明,在不同季节、不同区域以及是否单独考虑东部型风暴轴的情况下,风暴轴的变化虽然表现出了一定的差异,但都反映出在北太平洋东部区域风暴轴的变化特征有其独特特点,如在该区域风暴轴的主要变化模态并不一定时时与其他区域的主要变化模态一一对应。北太平洋东部区域风暴轴变化的原因和机制值得进一步深入探讨。

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。

北半球夏季海洋性大陆区域气候与EP型ENSO:直接与间接联系

利用1979—2009年的NECP资料、Hadley海温月平均资料和CMAP降水资料,采用Kao and Yu(2009)的方法定义了夏季EP型ENSO指数EPI,用合成分析的方法分析了东部型ENSO与海洋性大陆降水的关系。结果表明:EPI与MC(Maritime Continent,海洋性大陆)区域降水变化间存在非常弱的负相关。造成这一弱相关的原因是EPI与MC区域降水在某些年份存在同号变化。在剔除Nio4信号后,海洋性大陆区域降水序列与EPI与存在着同号和反号两种关系。反号关系是通常所认为的,当经典的El Nio(La Nia)发生时MC区域降水出现显著地减少(增多)。此时,沿赤道的异常Walker环流建立了EP型ENSO与MC区域气候间的直接联系。而在同号关系时,菲律宾以东异常加热和SPCZ区域异常冷却引起的西北—东南走向的垂直环流圈削弱了MC区域与赤道东太平洋之间的异常Walker环流所建立的直接联系,或者说,赤道东太平洋区域SSTA与MC区域降水异常的形成是通过SPCZ区域SST的反号异常而产生间接联系的。这种机制的揭示为深刻认识ENSO影响海洋性大陆区域甚至东亚地区气候变动的联系提供了新的线索。

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。

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。

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。