ENSO循环与太平洋—北美型遥相关事件的关系

利用1950～2009年的Nifio3.4指数和冬季5个月逐日太平洋-北美型遥相关（PNA）指数，对ENSO冷、暖位相及中性年份冬季发生的PNA事件进行了统计分析，结果发现PNA事件个数有显著的差异。ENSO暖位相年份冬季的 PNA＋事件个数是 PNA-事件个数的4.13倍，而冷位相年份的 PNA-事件个数是 PNA＋事件个数的2.73倍。PNA 事件指数和 PNA 事件对应的300 hPa 流函数场合成分析结果显示 ENSO 暖（冷）位相年份的PNA＋（PNA-）事件的强度较小，生命史较长，PNA-（PNA＋）事件的强度较大生命史较短，位于北太平洋上空的南北向偶极子结构仅出现在 PNA＋事件过程的成熟阶段。同时，聚类分析也发现，ENSO 暖（冷）位相年份的PNA＋（PNA-）型的比例大于PNA-（PNA＋）型，PNA＋型波列结构中有太平洋区域的南北向偶极子结构，而PNA-波列结构中没有，与合成分析结果一致。通过计算北太平洋的300 hPa基本流发现，ENSO循环暖位相年份的副热带急流位置比ENSO循环冷位相年份的偏北，这解释了ENSO循环冷暖位相年份PNA＋事件和PNA-事件发生频率的差异。由于中性年份也存在PNA事件，ENSO循环对PNA事件的强度与发生频率有一定的调制作用。

基于CMIP3与CMIP5模式对北太平洋大气环流模态的评估分析

以美国国家海洋和大气局-环境科学协作研究所(NOAA-CIRES)二十世纪大气再分析数据集第二套c版(Twentieth-Century Reanalysis Dataset Version 2c;20CR V2c)资料所提取的二十世纪北太平洋大气环流模态作为观测参考值,利用泰勒图方法与谱分析方法,分别对太平洋北美型遥相关(Pacific-North America Teleconnection;PNA)与北太平洋涛动(North Pacific Oscillation;NPO)模态在国际耦合模式比较计划第三阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 3;CMIP3)与CMIP5两套多模式数据集合中的表现进行了从空间型到时间周期的综合评估与对比分析工作,并对PNA的4个异常中心以及NPO的2个偶极子进行简化命名。评估结果表明:整体上CMIP5模式对PNA与NPO的空间型模拟能力要优于CMIP3模式,80%的CMIP5模式都能很好的体现与观测PNA/NPO模态相近的空间分布与振幅,而CMIP3模式只能达到约60%。在模式模拟优秀率上,CMIP5也远高CMIP3约10%。在使用谱分析方法对两套资料对时间模拟能力评估结果表明:CMIP5相比于CMIP3并没有太大的进步,整体合格率与CMIP3持平。其中大部分模式能够很好的模拟出同观测一致的PNA 1~2年和4~6年的年际周期,对其20~25年的年代际周期的模拟相对较差;而对NPO来说,更多模式的功率峰值都在1~2年周期上,而且只有约一半模式能够体现与观测相同的2~4年周期。

阿拉伯半岛-北太平洋型遥相关及其与亚洲夏季风的关系

利用相关分析和经验正交分解方法对过去57aNCEP-NCAR夏季亚洲-北太平洋地区海平面气压场进行了分析,揭示了一种新的遥相关模态,即阿拉伯半岛-北太平洋型遥相关(Arabian Peninsula-North Pacific Oscillation,APNPO).研究表明,APNPO在本质上反映的是对流层低层北太平洋高压和南亚夏季风低压之间的一种共变特征,它的变化与亚洲夏季风的变化之间有着密切的联系.在年际尺度上,APNPO与东亚夏季风(East Asian summer monsoon,EASM)和南亚夏季风(South Asian summer monsoon,SASM)均存在显著的关联;在年代际尺度上,该遥相关与东亚夏季风的关系更为密切:两者均在20世纪60年代中期和70年代末发生了两次明显的年代际突变.通过分析与APNPO相关的环流场,探讨了APNPO与亚洲夏季风联系的物理过程.发现当APNPO偏强时,索马里急流、SASM气流、EASM气流以及南亚高压均得到加强,同时还通过高层的纬向波列在中国东北地区上空形成了一个异常的反气旋性环流.此外,强的APNPO还可加强对亚洲季风区的水汽输送,由此在印度半岛及中国华北地区造成强的水汽辐合.所有的这些大气环流和水汽条件的改变最终导致亚洲夏季风及印度和中国华北地区降水的异常.研究还发现APNPO的变化从春到夏具有较好的持续性,春季的APNPO与亚洲夏季风变化也存在显著的相关关系.从这个意义上讲,春季APNPO变化的超前性对于后期亚洲夏季风降水的预测具有潜在的重要参考价值.

北半球大气遥相关型与区域尺度大气扰动

北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和太平洋—北美型(PNA)等北半球大气遥相关型,可以用大气位势高度的物理分解扰动分量解释.结果发现,AO反映的是北极地区行星尺度纬圈平均扰动分量的变化,PNA与持续性天气尺度扰动分量相联系,NAO是行星尺度纬圈平均扰动与天气尺度扰动共同作用的结果.对行星尺度纬圈平均扰动分量和天气尺度扰动分量用旋转经验正交函数(REOF)展开,不但可以证实人们已经命名的区域性大气涛动,还新发现了北极地区的两对偶极涛动、欧亚涛动(EAO)和"大西洋—欧亚型"(AEA)波列.这些涛动连接了相邻地区的异常天气和异常气候.

中亚副热带西风急流的年代际变化及其与环流和降水的联系

基于1961~2016年美国国家环境预测中心(NCEP)/美国国家大气研究中心(NCAR)提供的大气环流再分析数据和全球降水气候中心(GPCC)提供的逐月降水数据,研究了副热带西风急流与中亚夏季降水的年代际关系。结果表明,副热带西风急流经向位置在1997/1998年发生年代际突变。急流经向位置突变前,当急流偏南时,中亚上空受异常气旋控制,印度半岛上空受异常反气旋控制,在印度半岛和中亚上空反气旋和气旋的共同作用下,将热带印度洋的水汽接力输送至中亚上空,中亚夏季降水偏多;急流经向位置突变后,副热带西风急流位置与中亚夏季降水的关系减弱,当急流偏南时,中亚上空的异常气旋减弱中心西移,印度半岛上的异常反气旋加强并西移,导致热带印度洋到中亚上空的经向输送减弱,水汽不再深入至中亚东部和北部地区。东大西洋—西俄罗斯型遥相关(EA-WR)和中亚副热带西风急流经向位置存在不同的年代际联系,且对其体现为间接影响。中亚副热带急流经向位置突变前,EA-WR负位相对应乌拉尔山脉地区的异常反气旋,反气旋东侧的异常偏北风将高纬冷空气向南输送,导致中亚对流层中上层气温降低,形成异常气旋,对应副热带西风急流位置偏南;副热带急流经向位置突变后,原乌拉尔山附近上空的异常反气旋东移,不再导致中亚上空对流层中高层气温降低,EA-WR和中亚副热带西风急流经向位置的联系也减弱。中亚副热带西风急流经向位置突变前后,太平洋—北美型遥相关(PNA)正位相均能导致中亚上空受异常气旋控制,对应急流位置偏南。

北半球冬季不同PNA和NAO配置与中国降水的联系

使用NCEP/NCAR再分析资料、GPCC(Global Precipitation Climatology Centre)降水资料和中国气象局台站降水资料,系统研究了冬季太平洋-北美型遥相关(Pacific-North America,PNA)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)在年际尺度上的不同配置及其与我国冬季降水的可能联系。结果表明,在年际尺度上,冬季PNA与NAO两种遥相关无显著相关关系,两者的相关系数只有-0. 13。PNA或NAO的正位相期间,我国华南沿海均出现了显著的降水正异常中心。根据两种遥相关的位相和强度,可将两者的配置划分为以下四种:PNA与NAO均为正位相(第一类配置),PNA为正位相但NAO为负位相(第二类配置),PNA与NAO均为负位相(第三类配置),PNA为负位相但NAO为正位相(第四类配置)。与单个PNA或NAO因子相比,PNA与NAO呈现不同极端位相配置类型时大气环流异常更强,但中国降水异常并不是单因子效应的简单叠加。GPCC和台站降水资料都表明,第一类配置时,黄河以南的降水表现为南涝北旱;第二类配置时,西南至华南西部偏旱,而长江出海口偏涝;第三类配置时,黄河以南整体偏旱;第四类配置时,东北东部、西南至华南西部偏涝,东南沿海偏旱。