两类El Nio事件对我国河西走廊地区水文气象要素的影响

在两类El Nio事件下,通过滑动平均,对河西走廊地区降水量、气温及出山径流量与ElNio的相关性进行了研究,并用距平法分析了1959-2005年期间两类El Nio事件对研究区气温、降水量和出山径流量变化的具体影响。结果表明,整个河西地区受El Ni珘no较强影响,在第一类El Nio事件年,高温少雨、出山径流量偏少;第二类El Nio事件年该地区低温多雨、出山径流量较丰。相比高海拔山区,气温在低海拔地区对El Nio响应程度更高,降水对El Nio的响应在山区和低海拔平原区差别不大,均表现出较高的敏感性。与出山径流量相比,降水量和气温对El Nio的响应更高一些。

两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水低频特征及低频水汽输送途径差异

利用1961年1月—2014年12月Hadley气候预测研究中心的全球海表温度(SST)资料,NECP/NCAR逐日风场、比湿等再分析资料,国家气象信息中心提供的中国753站逐日降水、160站逐月降水资料,对比分析了东部(EP)型和中部(CP)型两类El Nino事件次年夏季长江-黄河流域降水(简记为EP型和CP型降水)低频特征,以及与之相关的低频水汽输送差异。结果表明,1)平均而言,EP型降水主要有10~20d(最显著)以及20~30d(次显著)低频周期;CP型降水主要有10~20d的低频显著周期。与之相关的纬、经向水汽通量最显著低频周期也为10~20d。2)影响EP、CP型低频降水共同的低频水汽环流系统主要有:菲律宾群岛附近的异常反气旋式水汽环流和渤海湾附近(日本东南侧)的异常气旋式(反气旋式)水汽环流。另外,影响EP(CP)型低频降水的还有来自巴尔喀什湖东北部异常气旋式水汽环流(孟加拉湾、苏门答腊岛以西的异常气旋式水汽环流对和贝加尔湖西、东两侧的异常气旋式、反气旋式环流)。3)EP型降水暖湿水汽主要源自南海,冷湿水汽主要源自西北太平洋,冷空气来自巴尔喀什湖东北部和贝加尔湖西北侧。CP型降水暖湿水汽少量来自阿拉伯海和印度洋,大量来自热带西太平洋,冷空气主要来自贝加尔湖西北侧。

两类El Nino不同衰减型的演变特征及其与我国夏季降水的联系

利用中国气象局743站日降水、NCEP-/NCAR大气环流、英国气象局Hadley中心全球月平均海表温度(SST)等资料,探讨了两类El Ni?o不同衰减型的演变特征及其对衰减阶段夏季(6-8月)我国降水异常分布的可能影响。根据海表温度异常(SSTA)沿赤道(5°S^5°N)的演变特征,EP-El Ni?o存在两种衰减型:自东向西(E-W)衰减(大于0.5℃的海温正距平首先在南美沿岸消失,并向西扩展)和自西向东(W—E)衰减(大于0.5℃的海温正距平首先在赤道中太平洋消失,并向东扩展);CP-El Ni?o存在3种衰减方式:对称(S)衰减(赤道中太平洋暖海温的发展和衰减关于某一峰值对称)、延迟(P)衰减(衰减阶段紧接着呈现EP-El Ni?o分布)、突然(A)衰减(衰减阶段紧接着发生EP-La Ni?a事件)。对于EP-El Ni?o,在华北、华南、长江和黄河(简称两河)之间及两河的上游地区,E-W与W-E衰减阶段夏季降水呈现完全相反的异常分布特征。E-W衰减阶段夏季两河之间及上游地区偏旱的可能性显著增大,华北地区降水异常偏多,长江以南略偏多;而W-E衰减阶段夏季,两河之间及上游地区降水偏多,降水异常大值中心主要位于沿江地区,华南大部和华北地区降水明显偏少。对于CPEl Ni?o的3种衰减方式:夏季降水异常大值带在S衰减方式下主要位于黄河和淮河之间;在P方式衰减时,出现在长江流域;而在A型衰减时,主要位于黄河下游地区。S和A衰减方式下,东北大部尤其东北北部降水偏少,而处于P衰减时,东北大部降水明显偏多;在西南地区,S衰减时夏季降水总体偏多,A衰减时情况相反;在西北北部地区,A衰减时偏旱,而S和P衰减时降水总体偏多。不同的衰减方式均对应不同的降水异常空间分布,区分衰减型使得两类El Ni?o次年我国夏季降水异常显著区的分布范围和信号强度均较未区分衰减型时有较好的改善,为我国汛期降水短期气候预测工作提供了重要依据。

CMIP5多模式模拟两类El Nino海表盐度分布及与降水的关系

利用CMIP5提供的25个工业革命前控制试验(piControl)模拟数据评估了热带太平洋两类El Ni?o(即东部EP和中部CP型El Ni?o)的海表盐度(SSS)空间结构差异及其与海表温度(SST)和降水的关系。结果表明:(1)大部分模式能够模拟出EP和CP型空间结构,两类El Ni?o中的SST、降水和SSS的空间技巧评分依次减小,其中,EP型SST和降水水平分布的模拟能力强于CP型,SSS则为CP型强于EP型,CP型模拟的SST、SSS和降水异常中心位置较EP型偏西且强度偏弱;(2)CP型SST、降水和SSS三者空间分布的线性一致性比EP型好,即在CP型中,SST影响降水,进而影响SSS,同时SSS对SST调制的反馈机制较显著,而对于EP型,由于海洋水平平流和非局地效应等因素,使得SST与SSS空间对应较差;(3)依据多模式模拟的SSS空间技巧评分高低将CMIP5模式分为两类,技巧评分低(高)的模式模拟的SST、SSS和降水异常值的中心位置偏西(偏东),引起中心位置偏移的原因与模式模拟赤道太平洋冷舌的位置有关,即赤道太平洋冷舌西伸显著,导致发生El Ni?o时SST异常变暖西伸显著,进而使得降水异常和SSS异常位置偏西。同时,技巧评分低的模式还易出现向东南延伸的负SSS异常,原因是双赤道辐合带的东南分支过于明显,即降水偏多,导致SSS偏淡。SSS变化会影响ENSO的发生发展。因此,探讨两类El Ni?o盐度分布的差异及相关物理场的关系,为提高模式的气候模拟和预测提供有益的借鉴。

印度洋偶极子与两类ElNi?o的关联及其可能机理

通过合成三种具有代表性的两类ENSO指数，将El Nino事件划分为东部（EP）和中部（cP）型。利用EOF、相关分析、合成分析等方法探究了印度洋偶极子（IOD）与两类El Nino事件的关联及其产生的可能机理。研究表明，源于热带太平洋一印度洋尺度海气相互作用的IOD事件由两种型态构成，其分别与EP和CP型El Nino事件相联系。与EP型El Nino相联系的IOD事件（第一类IOD）在赤道印度洋50～150m的温跃层附近信号最强，并关于赤道呈南强北弱的准对称海温异常分布；与cP型El Nino相联系的IOD事件（第二类IOD）则在热带南印度洋海表层信号最强。在产生机理方面，EP型El Nino发展时，异常Walker环流在赤道印度洋海表面产生较强的东风应力，使赤道印度洋东部冷水上翻，西部暖水堆积；同时，赤道外南强北弱的异常反气旋环流造成旋度中心区域暖水堆积，形成第一类IOD事件。CP型El Nino发展时，异常Walker环流较弱，中心西移，赤道印度洋东风应力距平较弱，偶极子信号在赤道印度洋不显著；苏门答腊岛南部出现异常反气旋，其东侧偏南风和西侧偏北风分别将高纬冷水和低纬暖水向15～25°s的热带南印度洋输送；同时热带南印度洋东、西部风场分别有较强的辐散、辐合，使东部海温降低、西部升高，形成第二类IOD事件。

两类El Nio对应的印度洋偶极子事件的比较研究

利用多种大气和海洋再分析资料,采用合成分析及2.5层简化海洋模型数值模拟等方法,研究了1951—2012年期间,与东部和中部型El Nio事件相伴随的热带印度洋海温偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)出现时,热带印度洋海温异常增暖及其上空海气耦合特征的物理机制。结果表明:夏秋季节,伴随东部型El Nio而发生的IOD事件(EP-IOD)和伴随中部型El Nio而发生的IOD事件(CP-IOD)中,热带印度洋海温正异常的强度与空间分布具有很大差异。对于EP-IOD事件,夏季,海温正异常中心最先出现在热带西北印度洋;随后秋季,海温正异常向东南发展并扩大至热带中南印度洋,强度较强。对于CP-IOD事件,夏季和秋季,海温正异常中心都位于热带中南印度洋,呈东西向带状分布,但海温正异常强度较EP-IOD事件中弱。进一步分析表明,在EP-IOD事件中,夏季,热带西北印度洋海区西南季风偏弱,通过影响夹卷混合过程导致热带西北印度洋海温上升;秋季,热带西北印度洋上空的异常偏东风导致垂向夹卷混合的正异常,对热带西北印度洋增暖的维持起到重要作用;热带中南印度洋的增暖主要受赤道东南印度洋西传的暖性Rossby波影响。而在CP-IOD事件中,夏秋两季,热带中南印度洋海区出现显著的西北风异常,其上空风速的负异常是增温的主要原因;同时赤道东南印度洋西传的暖性Rossby波对热带中南印度洋的增暖也起到重要作用。

两类El Nino事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Nino)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Nino事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Nino事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型El Nino事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Nino事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。