近20a孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发早晚的影响

基于美国NOAA现代极高分辨率辐射仪（Advanced Very High Resolution Radiometer）提供的1993—2012年逐日海表温度（SST）资料,利用季节经验正交函数（S-EOF）和相关分析等统计方法,研究了孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发的影响。结果表明,孟加拉湾的（6~14°N,85~95°E）海区海表温度变化对南海夏季风爆发早晚具有重要指示意义,该海区海表温度异常（SSTA）与南海夏季风的爆发日期存在密切的正相关,通过了0.05信度的显著性检验,即当孟加拉湾海表温度正（负）异常时,南海夏季风晚（早）爆发。应用德国马普气象研究所的ECHAM5全球大气环流模式在孟加拉湾关键海区进行了敏感性数值试验,发现在关键海区降低其5月海表温度02℃的情况下,南海夏季风爆发日期相应提前5 d左右,而在升高02℃情况下,南海夏季风推后10 d左右爆发。在孟加拉湾5月海表温度降低的情况下,促使80~100°E的越赤道气流增强,南海区域西风分量增强,进而促使南海夏季风提前爆发。

ENSO循环的两个不同位相期印度洋海表温度异常的特征分析

通过对 ENSO循环的两个不同位相中印度洋地区海表温度变化特征的分析 ,指出印度洋地区的海温变化与赤道东太平洋地区的海温变化有较好的相关关系 ,是ENSO循环的重要组成部分。对应于赤道东太平洋暖位相期 ,印度洋地区的海温分布为东冷西暖 ;与此相反 ,在赤道东太平洋冷位相期 ,印度洋地区的海温分布为东暖西冷。进一步的分析还发现 ,印度洋东、西部地区海温变化纬向差异最明显的区域位于印度洋赤道以南 0～ 2 5°S附近 ,且这种差异具有明显的年季变化特征 ,在整个夏季风期间差异较大 ,而冬季风期间较小 ,其中冷位相期间的纬向差异比暖位相期间的纬向差异大。代表印度洋纬向差异的 IDM(偶极指数 )变化与赤道东太平洋地区的海温变化有很好的正相关关系。

夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI(记为I_(EM))。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)逐月降水资料(CMAP),通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI(I_(EPN))。据此,由I_(EPN)和I_(EM)可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_(EM)处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现"负-正-负"的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_(EPN)处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现"西负东正"分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现"西正东负"分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。

2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程,研究1997-1998与20152016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies,SSTA)的差异及成因。结果显示,北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布,而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明,1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少,以及吸收太阳辐射的增加外,海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)负位相有关,其可引起亚速尔高压减弱,产生西南风异常,通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature,SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱,海表增暖,沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与19971998厄尔尼诺事件不同,2015-2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO,而是出现弱NAO正位相,热带北大西洋为弱的东风异常,使海表发生一定的冷却,形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

基于1951-2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式,针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份,研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明,北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因,北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部,后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA,西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来,当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时,北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA,使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋–太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。

阿留申低压四种环流指数的分析和比较

分析和比较了20世纪90年代以来不同学者提出的阿留申低压(AleutianLow,AL)四种强度指数(Ii,i=1,4)、两种中心位置指数(λi、φi,i=3、4)的时频特征及其与同期北半球太平洋海面温度、气温、降水的相关联系。结果表明:1)强度指数Ii、i=2,4演变特征最相似;20世纪70年代中期之前AL偏弱,之后AL偏强;近年来又出现AL偏弱趋势。因I1为5个月平均场中AL的强度指数,故它与Ii、i=2,4差别较大。2)两种中心位置指数地理分布区域(λc3,φc3)大于(λc4,φc4),这与平均时段长短及中心位置指数定义差别有关。λc4由偏西转向偏东较λc3提早约5a,它与Ii、i=2,4的一致性更好。3)在强ElNin～o事件中,AL加强、中心位置偏东,强LaNin～a事件则相反。强度指数I2、I4和位置指数λc4反映上述关系较好。4)AL偏强、偏东年,中纬北太平洋区域低温、少雨,北太平洋东北部至北美西北部气温偏高、降水偏多,而北美南部气温偏低、降水偏少;反之亦然。

秋季黄河中下游降水主模态及2021年极端降水的气候背景

为探讨2021年秋季黄河中下游极端降水的气候背景,基于中国160站降水资料、NCEP/NCAR大气环流和NOAA海表温度(SST)再分析资料,分析了黄河中下游秋季降水主模态的时空特征及2021年极端降水的可能成因。经验正交函数分解表明,秋季黄河中下游降水主模态在空间分布上西至甘肃省东南部,东至山东省西部,主体位于黄河中下游地区,2021年是黄河中下游降水主模态的典型表现。采用黄河中下游秋季降水指数(ARYR)表征主模态时间变化,其年际、年代际变化分别与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和太平洋年代际振荡(PDO)存在相关,拉尼娜年和PDO负位相时降水偏多。秋季黄河中下游降水偏多主模态与北太平洋SST异常偏高的区域和强度相关密切,选取关键区定义中纬度北太平洋SST(MNPSST)指数,当MNPSST偏高时,海洋性大陆(MC)区域存在强的上升运动,黄河中下游地区出现显著的低(高)空辐合(散),指数偏低则降水偏少。其中2021年MNPSST指数为1951年以来最高,2021年MC对流区北侧的中国南海北部有较强上升运动,中纬度北太平洋偏东气流异常偏强,水汽通量异常分为偏南和偏东两支到达黄河流域中游和下游。中纬度北太平洋SST正异常是2021年秋季黄河中下游极端降水的重要影响因子之一。