福建沙县马尾松树轮宽度与夏季亚洲-太平洋涛动指数的关系

根据采自福建沙县萝卜岩保护区的树轮样本,建立了一个长度为207年的树轮宽度标准化年表。通过相关分析发现,树轮宽度标准化年表序列与夏秋干旱季节温度存在显著的负相关。同时,还发现树轮宽度标准化年表序列与夏季亚洲-太平洋涛动指数(I_(APO))具有良好的相关性,相关系数为0.60(P<0.01),这种关系实质上指示了夏秋干旱季节,气旋降水和高温对树木生长的影响。利用树轮宽度标准化年表可较好地重建夏季I_(APO),重建值对实测值的解释方差为42.70%,F=13.66。交叉检验表明重建结果是稳定可靠的。夏季I_(APO)重建序列具有102年、13.0年、9.8年、5.1年、2.9年、2.6年、2.3年、2.2年、2.0年的周期变化,与影响福建地区的较大尺度气候环流周期变化具有良好的一致性。通过对比分析,发现本研究所重建的夏季I_(APO)序列与另一夏季I_(APO)重建序列具有良好的同步性。

6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲-太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号。研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因。观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高。进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡。此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因。这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径。

夏季亚洲-太平洋涛动与中国近海热带气旋活动的关系

采用联合台风警报中心的台风最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-PacificOscillation,简称APO)与东亚近海-西北太平洋大气环流的关系,并进一步探讨了APO与中国近海热带气旋(tropical cyclone,简称TC)活动的关系。研究表明:(1)夏季APO强弱与同期西北太平洋及中国东部近海TC活动存在密切关系,即在APO强(弱)年,西北太平洋TC活动偏西(东)和偏北(南),中国东部近海TC明显增多(减少);(2)当APO偏强(弱)时,中国东部近海大气环流有(不)利于TC的维持和发展,表现为低层存在异常气旋性(反气旋性)环流,对流层高低层纬向风垂直切变减小(增大),且对流加强(减弱);(3)APO强弱也影响着TC引导气流的方向:在APO强(弱)年,西北太平洋副热带高压(以下简称副高)偏北和偏东(偏南和偏西),副高南侧偏东气流减弱(加强),有利于TC的向西北行或在偏北(南)纬度西行,进入中国东部近海的TC增多(减少);(4)APO强弱也影响着南海—热带西太平洋TC源地上空的大气环流,在APO强(弱)年,南海—热带西太平洋季风槽偏北、偏西(偏南、偏东),热带西太平洋TC活动偏北和偏西(偏南和偏东),有利于进入中国东部近海TC的增多(减少)。

夏季亚洲-太平洋涛动的耦合模式模拟

亚洲-太平洋涛动是夏季欧亚大陆东部(15°—50°N,60°—120°E)与北太平洋上空(15°—50°N,180°—120°W)温度场反相变化的现象。亚洲-太平洋涛动指数由对流层上层(500—200 hPa)温度定义,反映了亚洲-太平洋纬向热力差异。基于一个全球海-气耦合模式FGOALS_gl的20世纪气候模拟试验结果,讨论了其对20世纪亚洲-太平洋涛动指数变化的模拟能力。结果表明,较之ERA-40再分析资料(1960—1999年),模式很好地刻画出上层温度场的平均态和主导模态的空间型。从趋势上看,模式对北太平洋上空温度的年代际变化和趋势模拟较好,但未能模拟出亚洲东部陆地上空的降温趋势。从频谱分析结果看,模拟的亚洲-太平洋涛动指数2—3,a的年际变率与再分析资料相当,5-7 a周期的变率较弱。模式能够较好地模拟出与亚洲-太平洋涛动指数相关的亚洲季风区气候异常。在20世纪模拟中,外强迫因子会改变耦合系统的年际变率,在自然因子强迫下亚洲-太平洋涛动指数的功率谱向低频方向增强,人为强迫因子的作用则相反。自然强迫因子和人为强迫因子在不同时期对亚洲-太平洋涛动年际和年代际变率的作用不同。在年际变率中人为强迫因子能够控制亚洲-太平洋涛动的变率使其不致过大;在年代际变率中人为强迫因子会增强自然强迫下亚洲-太平洋涛动的变率。模式上层温度的主导模态受ENSO调制,可能影响亚洲-太平洋涛动的年际变率。因此,模式对ENSO模拟能力的缺陷是制约模式对流层上层温度及亚洲-太平洋涛动指数变率的重要因素。

秋季亚洲-太平洋涛动与中国近海热带气旋活动的关系

采用联合台风警报中心的台风最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了秋季(9—10月)亚洲-太平洋涛动(APO)强度的年际变化与东亚-太平洋大气环流的关系,探讨了APO与西北太平洋和中国近海热带气旋(TC)活动的关系。结果表明:秋季APO年际变化与同期西北太平洋和中国近海TC活动关系紧密,即当APO偏强(弱),西北太平洋TC活跃区明显偏西(东),中国近海TC偏多(少);APO可以通过影响中国近海对流层纬向风垂直切变、低层辐合和对流层中层引导气流等,从而影响西北太平洋和中国近海TC活动;当APO偏强(弱)时,东亚大槽偏弱(强),东亚冬季风偏弱(强),使得侵入中国近海和热带西北太平洋的冷空气活动偏弱(强),有(不)利于这些海域TC的生成和发展;此外,在APO偏强时,西太平洋副热带高压脊偏西,其南侧偏东气流加强,有利于TC在偏强的偏东气流引导下向西移动或者其转向点偏西;而在APO弱年,副热带高压脊偏弱和偏东,偏东引导气流减弱,不利于TC西行或有利于其转向点偏东。

亚洲-太平洋涛动与中国南方地区1月降水异常的关系

利用NCEP、ERA-40再分析资料和中国160个观测站逐月降水资料,分析了同期和前期亚洲-太平洋涛动(APO)与中国南方地区冬季1月降水异常的关系,并讨论了相应的联系机制。研究发现,1月亚洲-太平洋涛动指数能够很好地反映同期中国南方地区降水异常。亚洲-太平洋涛动的异常变化可能影响对流层低层位势高度场,进而通过影响亚洲中、低纬度地区的对流层低层风场与中国南方地区降水紧密联系。当亚洲-太平洋涛动指数偏低(高)时,对应在东亚南部及其邻近海域对流层低层位势高度偏高(低),东太平洋位势高度偏低(高)。相应地,南海以及华南沿海地区为异常西南(东北)风控制,且该异常风向北逐渐减弱,进而在中国南方地区辐合(辐散),这既有(不)利于暖湿气流向中国南方地区输送,同时也造成了该地区的水汽辐合(辐散),从而导致降水偏多(少)。亚洲-太平洋涛动具有很好的持续性,上一年10月亚洲-太平洋涛动异常可一直持续至当年1月,表现出连续的显著相关特征。因此,其与中国南方地区1月降水异常也具有显著联系,可以作为指示1月中国南方地区降水多寡的一个前兆因子。

小五台山油松树轮宽度重建近百年夏季亚洲-太平洋涛动指数

夏季亚洲-太平洋涛动指数(I APO)能够很好地指示中国东部季风区夏季降水变化。利用树轮宽度指数作为代用资料,结合气象资料分析表明油松径向生长与春、夏两季的气温和降水呈现明显的相关关系。在此基础上,利用树轮指数序列重建了近百年(1914—2006年)夏季I APO序列。重建结果表明,重建序列在低频信息1914—2006年间存在3个正位相阶段和4个负位相阶段,其中,1914—1948年间I APO整体趋势一直处在负位相;1948—1965年间I APO整体趋势一直处在正位相;60年代中期以来I APO基本处在负位相,仅在70年代中期、90年代左右出现短暂的正位相。对比分析表明,重建的夏季I APO序列与另一夏季I APO重建序列具有良好的同步性。

亚洲-太平洋涛动与华南后汛期降水的联系机制

采用1961—2015年NCEP/NCAR再分析资料和华南地区降水资料,分析了7—9月亚洲-太平洋涛动(APO)与热带西太平洋环流系统以及垂直运动、水汽输送等条件的关系,探讨了其与华南7—9月汛期强度的联系机制.研究表明:(1)7—9月APO强度的年际变化与同期华南降水雨强存在显著负相关,即APO偏强(弱)年华南汛期少(多)雨.(2)在APO偏强(弱)年,副高偏北偏东(偏南偏西),副高南侧偏东气流减弱(加强),不(有)利于热带气旋西行影响华南,华南易少(多)雨.(3)在APO偏强(弱)年,东亚副热带夏季风偏强(弱),冷空气偏北偏弱(偏南偏强),不(有)利于华南及近海的热带气旋发展,华南易少(多)雨.(4)在APO偏强(弱)年,热带西太平洋纬向风垂直切变明显增大(减小),垂直上升运动减弱(加强),不(有)利于热带气旋的生成,且热带西太平洋水汽条件易使得热带气旋偏北偏东(偏南偏西)生成,华南易少(多)受热带气旋影响和少(多)雨.

近千年亚洲-太平洋涛动指数与东亚夏季风变化

为研究东亚夏季风的长期变化规律,重建了近一千年来反映亚洲与太平洋纬向热力差异的季风指数,即亚洲-太平洋涛动指数(IAPO).在小冰期,重建IAPO在世纪尺度上的变化与我国东部旱涝关系紧密,并且这种关系与在现代观测资料中的一致,这说明重建的IAPO总体上能够指示小冰期时在世纪尺度上的东亚夏季风变化和我国东部降水异常.

亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析,初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation,APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系,发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系,夏季APO偏强(弱)时,西北太平洋热带气旋偏多(少).研究进一步揭示,APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常,而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因.当APO处于正位相时,西太平洋副热带高压减弱,位置偏东偏北;西北太平洋地区高层大气异常辐散,低层大气异常辐合;纬向风垂直切变减弱.这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件,因此,西北太平洋热带气旋频数偏多.反之亦然.

亚洲-太平洋涛动变化与北太平洋海温异常的联系

通过对观测资料的分析,初步探讨了夏季(6～8月平均)亚洲-太平洋涛动(APO)变化和北太平洋海表温度(SST)异常的关系,发现APO强弱的年际变化与北太平洋SST之间存在显著的正相关关系(1954～2003年间年际变化的相关系数为0.58).夏季APO偏强(弱)时,北太平洋SST往往偏高(低).与APO异常相关联的动力和热力条件佐证了APO和北太平洋SST的同位相变化关系.当APO处于正位相时,高空东亚西风急流减弱,北太平洋对流层低层为异常反气旋型环流控制.此外,北太平洋区域感热潜热通量出现负异常,海洋得到热量,同时,暖水向北的异常平流输送增强.这些变化均有利于北太平洋SST增暖,反之亦然.

夏季亚洲—太平洋涛动与大气环流和季风降水

利用ERA-40再分析资料和数值模拟,分析了在亚洲—太平洋区域的大气遥相关以及与亚洲季风降水和西北太平洋热带气旋活动气候特征的关系,探讨了青藏高原加热和太平洋海表温度(SST)对遥相关的影响,结果表明:亚洲—太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation,APO)是夏季对流层扰动温度在亚洲与太平洋中纬度之间的一种"跷跷板"现象,当亚洲大陆中纬度对流层偏冷时,中、东太平洋中纬度对流层偏暖,反之亦然;这种遥相关也出现在平流层中,只是其位相与对流层的相反。APO为研究亚洲与太平洋大气环流相互作用提供了一个途径。APO指数也是亚洲—太平洋对流层热力差异指数,它具有年际和年代际的多时间尺度变化特征,在1958—2001年亚洲与太平洋之间的对流层热力差异呈现出减弱趋势,同时也有显著的5.5a周期。APO形成可能与太阳辐射在亚洲陆地和太平洋的加热差异所造成的纬向垂直环流有关,数值模拟进一步表明:夏季青藏高原加热可以造成高原附近对流层温度升高、上升运动加强,太平洋下沉运动加强、温度下降,从而形成APO现象;而太平洋年代际涛动和赤道东太平洋的厄尔尼若现象对APO的影响可能较小。当夏季APO异常时,南亚高压、欧亚中纬度西风急流、南亚热带东风急流以及太平洋上空的副热带高压都出现显著变化,并伴随着亚洲季风降水及西北太平洋热带气旋活动异常。过去40多年来的长江中上游地区夏季变冷与APO有关,可能是全球大气环流年代际变化在该区域的一种反映。APO异常信号可以传播到南、北两极。此外,亚洲—太平洋之间的这种遥相关型也出现在其他季节。

BCC__CSM1.1(m)模式对于夏季亚洲—太平洋涛动的模拟

亚洲—太平洋涛动是北半球夏季亚洲大陆和北太平洋副热带地区对流层中高层扰动温度场上大尺度的东西反相的遥相关现象,其异常变化与亚洲—太平洋地区夏季风气候有着密切的联系.基于欧洲中心的ERA-40再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1(m)气候系统模式多年的数值模拟结果,本文主要评估了BCC_CSM1.1(m)模式对于夏季亚洲—太平洋涛动的空间分布、指数的时间演变及与其变化所对应的亚洲地区夏季环流异常等方面的模拟能力,结果表明:BCC_CSM1.1(m)模式能够较好地模拟出北半球夏季对流层中高层扰动温度在亚—太地区中纬度存在的西高东低"跷跷板"现象;模式能够模拟出夏季亚洲—太平洋涛动指数的年际变率,但是不能模拟出该指数在20世纪60—70年代明显下降的年代际趋势;模式还能较好地模拟出亚洲—太平洋涛动高低指数年亚洲—太平洋地区夏季环流的异常:指数偏高年份,南亚高压增强,高空西风急流带和热带东风急流均加强,索马里越赤道气流增强,南亚热带季风和东亚副热带季风均增强,东亚季风低压槽加强,西北太平洋副热带高压增强,南亚和东亚北部降水增加,菲律宾地区、中国长江流域—朝鲜半岛—日本一带地区降水减少,反之亦然.

冬季亚洲—太平洋涛动年际变率与东亚气候异常

利用1948-2011年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1951—2010年我国160站降水量资料,研究了冬季亚洲-太平洋区域的大气遥相关及其与东亚冬季风和降水的关系。结果表明:冬季在亚洲-西太平洋与中、东太平洋中低纬度对流层上层扰动温度之间存在类似于夏季的亚洲-太平洋涛动(APO)现象,即当东亚中低纬度对流层中、上层偏暖时,中东太平洋中低纬度对流层中上层温度偏冷,反之亦然。冬季APO可以反映冬季亚洲一太平洋东西向热力差异强度变化,与夏季相比,冬季APO遥相关在亚洲的中心位置略偏南、偏东,且冬季APO与大气环流关系与夏季也有所不同;当冬季APO指数偏高时,对流层上层东亚大槽位置偏西,而东亚热带地区的高压向北伸展,导致我国南方对流层为深厚的异常反气旋系统所控制,此时南方地区对流层低层盛行异常的偏东北气流,并伴随水汽辐散和异常下沉运动,南方降水偏少;冬季APO指数与ENSO有紧密联系。

卑尔根气候模式中亚洲—太平洋涛动和影响西北太平洋热带气旋频数的环流背景的关系

利用挪威卑尔根的全球大气-海洋-海冰耦合模式的300年气候态数值积分结果,结合观测资料,分析了夏季亚洲-太平洋涛动(APO)的年际变化对与西北太平洋热带气旋生成频数相关联的大尺度环流背景的影响。模式结果表明,当夏季APO异常偏强(弱)时,西太平洋副热带高压位置偏东(西)偏北(南),南亚高压位置偏北(南),西北太平洋低层大气异常辐合(辐散),高层大气异常辐散(辐合),对流活动加强(减弱)。这种环流背景条件有(不)利于西北太平洋热带气旋的发生发展,西北太平洋热带气旋频数因而偏多(少)。

夏季亚洲—太平洋涛动与东亚气候异常的关系

为研究夏季亚洲-太平洋涛动(APO)与东亚气候异常的关系,利用1948-2016年NCEP/NCAR月平均再分析资料和1948-2012年CRU降水资料以及合成分析、M-K突变检验等方法。结果表明:在对流层中高层扰动位势高度场上,亚洲-太平洋地区中高纬度存在类似于APO的遥相关现象,即当夏季APO偏强的时候,亚洲大陆中高纬度对流层上空扰动位势高度偏高,而太平洋中高纬度对流层上空扰动位势高度偏低,此时亚洲上空南亚高压范围更大。当APO指数(APOI)偏高(低)时,东亚夏季风偏强(弱)。此外,夏季APO在1972年出现了一次突变性减弱。APO减弱后,南亚高压范围增大,东亚夏季风减弱,中国江淮地区降水量增加而中国东南沿海地区、日本和印度半岛降水量减少;与此同时,中国大部分地区、蒙古以及中亚部分地区气温较突变前有所降低,而在中国沿海地区、日本以及韩国气温呈现上升趋势。

夏季亚洲——太平洋涛动对我国降水的影响

通过对NCEP\NCAR再分析资料和中国160站的降水观测资料的分析,初步了解了夏季(6-8月)亚洲-太平洋涛动的基本特征以及它与我国降水间的关系,结果表明:当亚洲大陆对流层中上层温度较高(低)时,太平洋区域对流层中上层的温度便会较低(高),由亚洲大陆和太平洋地区对流层中上层的扰动温度差值可计算出亚洲-太平洋涛动指数,以此来反映亚洲陆地和太平洋地区间纬向和经向的热力差异及它们的变化特征。通过夏季APO与降水间的相关分析发现,当夏季APO指数较高(低)时中国长江以北地区的降水明显增多(减少),而长江中下游地区的降水则明显减少(增多)。

夏季亚洲-太平洋遥相关季节演变与大气环流和降水

利用1981—2007年逐日大气再分析资料和降水资料以及统计分析方法,研究了夏季(5—9月)亚洲与太平洋区域的大气遥相关,并分析了其季节演变与夏季亚洲-太平洋大气环流和亚洲季风区降水的联系。结果表明:在5—9月逐日对流层上层扰动温度场上,亚洲与北太平洋中纬度存在着类似于亚洲-太平洋涛动的遥相关现象,即在季节尺度上,当亚洲大陆中纬度对流层上层偏暖时,北太平洋中纬度对流层上层偏冷,反之亦然;亚洲与太平洋对流层上层温度的反位相变化特征也出现在对流层中下层和平流层低层。亚洲-太平洋涛动指数不仅可以指示夏季亚洲与太平洋中纬度纬向热力差异的变化特征,也可以较好地指示亚洲与热带印度洋经向热力差异的变化特征。亚洲-太平洋涛动指数最大值常出现在7月中旬到8月初,并且从1981年到2007年该最大值出现时间有偏早趋势。当夏季亚洲-太平洋涛动指数偏高(低)时,亚洲大陆上空的南亚高压和其下方的亚洲大陆低压系统偏强(弱),太平洋副热带高压偏强(弱)并偏北(南),亚洲—非洲上空的热带东风急流和低层的西南风偏强(弱),从印度到中国华南的广大地区、中国华北以及东北亚等地降水偏多(少)。

夏季亚洲-太平洋热力差异年代-百年尺度变化与太阳活动

利用重建的近千年亚洲-太平洋涛动指数和太阳辐照度时间序列,用统计方法研究了夏季亚洲与其周边的海陆热力差异在年代-百年际时间尺度上的变化特征及其与太阳辐照度的关系,结果表明：亚洲季风区热力差异存在着90a左右、10-13和3-7a的周期振荡;在百年尺度上,热力差异表现出3次明显突变,它们分别发生在1305-1315年、1420-1430年以及1625-1635年.海陆热力差异与太阳辐照度之间有显著正相关,并且在250,120-160,60-70a以及15a变化周期上,二者的联系更显著.热力差异的3次突变分别对应着太阳辐照度的明显减弱或加强,并且滞后太阳辐照度突变时间12-22a,可能反映了太阳辐射对亚洲季风气候百年尺度突变的一种影响;在年代尺度上,热力差异突变与太阳辐照度关系不紧密,说明太阳活动可能不是影响亚洲-太平洋热力差异年代际突变的主要因子.与亚洲-太平洋热力差异比较,北半球年平均表面气温的年代际突变与太阳活动的关系更紧密,而气温百年尺度的突变与太阳活动关系较弱.

Impact of the Asian-Pacific Oscillation on early autumn precipitation over Southeast China:CMIP6 evaluation and projection

本文对32个CMIP6模式对8月亚洲-太平洋涛动(APO)与我国东南初秋(9月)降水及大气环流联系的模拟能力进行了评估,并就SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,未来2021-2040年(近期),2041-2060(中期)和2081-2100(长期)期间二者联系的变化进行了预估.基于模式对APO与我国东南初秋降水之间显著正相关关系的再现能力,选取3个模式作为“最优”模式集合(BMME)研究表明,BMME较好地模拟了与APO相关的我国东南初秋降水和大气环流异常,且在再现APO与我国东南部降水的正相关关系,以及东亚高空急流(EAJ)经向位移与APO和我国东南部初秋降水之间的负相关关系方面均优于单个模式.总体而言,未来不同SSP情景下尽管APO与EAJ之间仍呈负相关关系,但APO与我国东南初秋降水以及EAJ与我国东南降水的关系将呈减弱确实.此外,不同模式预估结果之间存在明显差异,仅对未来APO-EAJ关系的预估表现出较好的一致性。