苏拉威西海海面高度多频率季节内变化及其机制分析

本文利用1993-2022年卫星高度计观测数据,分析苏拉威西海海面高度多频率季节内变化信号的时空特征,利用罗斯贝标准模理论给出动力解释。谱分析显示,苏拉威西海海面高度变化存在很强的30~90 d的季节内信号,其平均功率谱密度为半年内信号平均功率谱密度的13倍。这些季节内信号具有离散、不连续的谱峰周期,其中54.0 d和64.4 d的峰值最大,分别为30~90 d信号平均谱值的28倍和23倍。罗斯贝标准模态理论分析显示,近封闭的苏拉威西深海盆存在离散的罗斯贝标准模态。卫星高度计观测的季节内变化与罗斯贝标准模态结果的二维空间结构演化、周期以及西传速度一致,罗斯贝标准模态解的叠加呈现出与海面高度变化相似的方差分布,这说明苏拉威西海海盆的固有振荡是其季节内变化特征形成的重要机制之一。

龙目和翁拜海峡海流季节内变化特征与机制分析

基于INSTANT(International Nusantara Stratification And Transport)观测资料的分析,龙目和翁拜海峡不同深度流量的季节内变化具有不同的显著周期。根据这一特征,龙目海峡水体输送可分为150 m以浅和150~300 m两层,其显著周期分别为30~70 d和30~40 d,前者由第二斜压模Kelvin波引起,而后者受第一斜压模Kelvin波影响;翁拜海峡水体输送可分为4层,300 m以浅为准40 d和50~75 d振荡,300~600 m为30~45 d和55~75 d振荡,600~1 000 m为30~40 d、准50 d、60~75 d振荡,1 000~1 200 m为30~40 d振荡以及较弱的20 d以下高频振荡。起源于赤道中印度洋的季节内Kelvin波的传播过程是引起龙目和翁拜海峡海洋季节内变化的重要因素,它在水平向东传播的同时,在垂直方向也会引起位相的传播,且率先抵达深层。据估算,海洋季节内变化从赤道中印度洋传播至龙目和翁拜海峡的速度约为1.59~2.95 m/s,由第一和第二斜压模Kelvin波构成。苏门答腊-爪哇岛沿岸风对季节内Kelvin波的传播也有重要影响。

MJO与中间层-低热层风场潮汐DE3季节内变化性的关联

本文结合TIMED-TIDI卫星与流星雷达子午链风场观测数据,分析了中间层-低热层(MLT)区域非迁移潮汐DE3的季节内变化性及其与对流层MJO的可能关联.结果揭示了DE3风场潮汐广泛存在显著的宽频带季节内变化信号,且强度存在季节依赖.纬向风DE3潮汐(DE3-U)季节内变化在北半球冬季具有较强幅值,可达季节平均的1~2倍,而在其他季节通常在20%以内.结合MJO指数进一步讨论了不同季节下DE3-U对MJO的响应.统计结果表明,在影响较大的北半球冬季,DE3-U通常在MJO第4—6位相时有更大的幅值(+10%~+40%),而在其余位相时更小(-10%~-40%).这表明对流层与MJO相关的对流活动通过潜热释放的纬向变化可影响高空大气非迁移潮汐的强度.

东、黄海海表面温度季节内变化特征的EOF分析

基于1998—2004年的TRMM/TMI卫星遥感海面温度(SST)数据,在初步分析东、黄海SST的季节分布特征的基础上,采用EOF方法分析了SST的季节内变化特征,进而对SST季节内变化的可能机制进行了探讨。EOF分析获得的前4个模态的累积方差贡献率为57.07%,其结果基本反映了东、黄海SST变化的主要物理过程。其中,EOF的第一模态的方差贡献率占30.17%,其空间模态揭示了以东海北部为中心的、整个海域SST变化趋于一致的特征,这一模态的显著变化周期为6.3周;第二模态的方差贡献率占14.36%,其空间模态呈现东南海域与西北海域SST的反相变化趋势,显著变化周期为8.7周和10.6周;第三模态的方差贡献率占7.02%,其空间SST变率最大的区域位于黄海海域,显著变化周期为6.8,8.7,10.2周等;第四模态的方差贡献率占5.52%,其空间SST变率最大的区域位于东、黄海近海,显著变化周期为6.8周。东、黄海SST季节内变化与此海区大气中的季节内振荡是紧密相关的。

中国冬季气温不同年代际的季节内变化特征及成因分析

利用1951~2020年中国观测站气温资料、NCEP/NCAR再分析资料和统计方法,分析了不同年代际时间尺度背景下我国冬季气温的季节内变化特征及相联系的大气环流异常。结果表明,1986年前、后为两个年代际时间尺度阶段,各阶段内前冬(12月)与后冬(1~2月)气温异常反位相年的比例均高于同位相年。1986年之前,季节内的优势空间模态为前冬全国冷(暖)转为后冬南方暖(冷)的可能性大,即南方地区季节内变率大;而1986年之后的优势空间模态为前冬北方冷(暖)转为后冬全国明显暖(冷)的可能性大,即北方地区季节内变率大。冬季气温的季节内变化显著受到冬季风系统关键环流季节内变化的影响。对应优势模态的正异常年份,1986年之前,欧亚中高纬地区对流层环流异常信号从前冬到后冬显著性减弱,其中西北太平洋地区对流层中高层的环流调整更明显,副热带高度场增强,热带东风急流北扩,前冬到后冬的环流调整有利于前冬全国大范围偏冷而后冬我国南方地区气温升高,造成南方地区季节内反位相变率增大。1986年之后,欧亚高中低纬地区的环流异常从前冬到后冬显著性增强,欧亚中高纬度环流发生较大调整,而低纬度的环流变化不大,北方地区前冬冷到后冬全国明显转暖,造成北方地区季节内反位相变率大。即副热带环流和中高纬度环流分别在两个年代际尺度阶段南方和北方的冬季气温季节内变率中起到主导作用。

西藏夏季降水的季节内变化特征及其影响系统

利用西藏地区1980-2013年夏季降水量资料、NCEP再分析资料等,分析了西藏地区夏季降水主模态季节内变化特征,尤其是盛夏7和8月降水异常对应的大尺度环流特征和影响系统。结果表明:西藏夏季降水存在明显的季节内变化,6和7月降水主模态的时间系数变化具有较好的持续性,而7和8月降水主模态的时间系数的相关关系明显减弱。西藏地区7和8月降水偏多年,西藏地区上游低层纬向风场均呈西风异常,但是水汽来源有差异;同时欧亚中高纬地区对流层中高层环流存在显著差异。西藏7月降水与南亚高压强度存在显著负相关关系,南亚高压偏强/弱时,降水偏少/多。西藏8月降水与南亚高压的位置关系更密切,南亚高压偏南/北,降水偏多/少。

El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风季节内变化的比较

基于1979~2013年多种再分析资料,合成分析了El Ni?o发展年和La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,东亚夏季风在两种情况下呈现出不同的季节内变化特征。在El Ni?o发展年,初夏期间高纬度地区出现偏北风异常,造成东亚地区位势高度场偏低,西太平洋副热带高压偏东,但均不显著。盛夏期间,El Ni?o强迫造成中太平洋对流增强,副热带西太平洋出现气旋异常,位势高度显著降低,副热带高压明显偏东。与此不同的是,La Ni?a年春季暖池海温偏高,造成夏季对流偏强,西太平洋地区位势高度场偏低,副热带高压减弱东退。此外,La Ni?a年东亚夏季风的季节内变化较为复杂,6月异常较弱,7月达到最强,8月又开始减弱。因此,虽然El Ni?o发展年和La Ni?a年夏季平均副高异常有一定的相似性,但季节内变化则有很大差异,其成因也完全不同。

强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化:1998年和2016年的对比分析

本文对比分析了1998年和2016年这两个强El Ni?o衰减年东亚夏季风的季节内变化。结果表明,在6～7月期间,由于热带印度洋海温偏高、对流偏强,造成西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压(副高)偏西偏强,长江流域降水偏多,华南偏少,东亚夏季风异常具有典型的ElNi?o衰减年特征。但两年的8月份有很大差异,虽然1998年8月与6～7月相似,但2016年8月份则完全不同。受乌拉尔地区异常反气旋的影响,源自西伯利亚东部的北风异常穿越东亚并直抵暖池地区,造成副高分裂并减弱东退,同时激发暖池对流发展,而对流的发展则进一步促使副高减弱。因此,2016年8月东亚夏季风异常与1998年8月相反,中国北方夏季降水异常也呈现很大差异。另外,1998年热带大西洋偏暖,并通过热带环流变化影响到东亚夏季风异常,其强迫作用与热带印度洋类似。而2016年大西洋海温异常较弱,对东亚夏季风影响也较弱。因此,El Ni?o对东亚夏季风的影响不仅与其强度有关,还与ElNi?o衰减之后造成的印度洋和大西洋海温异常有关。本文的分析结果表明,即使在强El Ni?o衰减年夏季,由于El Ni?o之间的个性差异以及其他因子的影响,东亚夏季风季节内变化仍然能呈现出显著差异,特别是在8月份。因此,在预测东亚夏季风异常时,宜将6～7月和8月分别考虑。此外,为进一步提高东亚夏季风预测水平,除传统的季度预测外,还需要进一步加强季节内尺度的预测。

TOGA—COARE IOP海—气通量和SST季节内变化的分析

利用TOGA—COARE计划的强化观测资料,对《实验3号》科学考察船第一和第二两个航次期间暖池区内感热、潜热和海面净热通量、动量通量和混合层深度、SST变化进行计算和初步分析。指出:上述各量都存在明显的季节内时间尺度变化。从对计算结果的对比分析得出:SST的变化与垂直混合、潜热输送和云对短波辐射的调节作用有比较密切的关系。可以认为,海洋SST季节内时间尺度的变化可能与大气的动力和热力强迫有直接的关系。

冬季东太平洋峡谷风的季节内变化及相联系的海气特征

基于高分辨的卫星资料和再分析资料,本文采用合成分析、相关分析和带通滤波等方法研究了季节内时间尺度上东太平洋峡谷风的变化,并首先发现冬季东太平洋峡谷风存在4~16 d的季节内变化周期。进一步分析表明在该时间尺度上峡谷风异常与局地海温异常之间的关系存在由负相关到正相关的明显转变,在峡谷风强度达到最大之前及最大时,峡谷风异常与局地海温异常之间的关系主要表现为大气对海洋的强迫作用,北风分量的加强使中高纬度干冷空气进入峡谷风地区,海表面的净热通量损失使得海温降低。在峡谷风强度达到最大之后其与局地海温异常的关系则转变为海洋对大气的强迫作用,冷海温异常可一直持续到峡谷风强度达到最大后的第六天。冷海温异常的维持使得湍流混合受到抑制,导致其上的海表面风速减小。此外,峡谷风的季节内变化可能与东太平洋至北美上空的大气环流异常及其演变有关。在湾区峡谷风达到最大之前,北太平洋海平面气压正异常逐渐东移南下并在其最大时到达墨西哥湾上空,使得北美高压增强,湾区两侧气压差增大,对应湾区峡谷风达到最大。

南海海表面温度的季节内变化特征

基于TRMM/TMI卫星遥感海表面温度(SST)数据,采用谐波分析方法和经验正交函数分解(EOF)方法对南海SST的季节内变化规律进行了分析,探讨了其对声速变化规律的影响。结果表明:南海SST季节内空间分布的第一模态呈现南北负正反对称分布;第二模态的空间分布为以越南外海的负值为中心。分析相应的时间系数功率谱可知其显著周期为5、6、8、11、12周。分析表明SST的季节内振荡与纬向风分量、经向风应力有密切关系。探讨潜热通量可发现其显著周期为54～69天,存在显著的季节内变化;冬夏季变化的最大区域分别集中在越南外海和南海北部,且第一模态的时间函数与潜热通量的最大相关系数可达到40%,相关系数的大值区域主要集中在越南上升流区域。南海海表声速较大但随季节变化不明显,与温度同相变化与盐度反相变化。

El Ni?o对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响

基于1979-2012年候平均再分析资料,合成分析了El Nino对东亚夏季风和夏季降水季节内变化的影响。结果表明,在El Nino衰减年夏季,西太平洋副热带高压（副高）明显偏强,位置偏向西南。副高的这种异常特征随夏季的季节进程有明显变化,初夏异常较弱,盛夏期间异常达到最强。此外,根据东亚夏季风降水呈现阶段式北进的特征,将夏季分为华南前汛期、江淮梅雨期、华北和东北雨期以及华南后汛期来分析东亚夏季风和降水的季节内变化。在上述各个时期,大气对流层低层表现为一致的环流异常型,副高及其以南区域为异常反气旋,其北部为异常气旋。这种异常环流型加强了副高南部偏东风及其北部偏北风,增强了热带水汽输送和高纬度地区冷空气的入侵,二者结合造成主汛期地区降水增加。需要强调的是,上述环流异常型随东亚夏季风逐步向北推移,导致东亚各地区的主汛期降水增加,非主汛期降水减少,降水分布更为集中。

不同PDO位相下El Nino发展年和La Nina年东亚夏季风的季节内变化

基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Nina年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Nina年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Nina年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,西北太平洋副热带高压(简称副高)明显东退。La Nina年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。

印度尼西亚贯穿流及其周边海域季节内变化研究综述

印度尼西亚贯穿流（Indonesian Throughflow, ITF）是全球气候系统和热盐环流的一个重要组成部分,是太平洋与印度洋在低纬度进行水体及热量交换的唯一通道,对维持全球大洋物质、动量和能量平衡有重要作用[1]。最近的研究表明, ITF还可能是热带印度洋年际异常信号进入赤道太平洋的重要海洋信号通道,对热带印-太气候变异有着显著影响[2]。此外, ITF及其附近海域也是大气季节内振荡（Madden- Julian Oscillation, MJO）最为活跃的区域[3]。MJO一方面引起表层海温的剧烈变化,影响印度季风的爆发及持续[4],进而通过降水调节ITF及其周边海域海表温盐分布,引起ITF表层流速变化；另一方面,在季风转换期,赤道中印度洋 MJO 激发产生赤道Kelvin 波继而向东传播,并在印度洋东边界以沿岸Kelvin 波的形式沿苏门答腊-爪哇岛链继续传播,最远可以穿过龙目海峡抵达望加锡海峡,影响 ITF 在该海峡处的流量[5]。早先,由于缺乏ITF海域高时间分辨率的观测资料,针对 ITF 变化的研究多集中在季节到年际尺度,仅有少数数值模拟结果讨论了ITF海域的季节内变化。随着观测资料不断丰富,特别是INSTANT（International Nusantara Stratification and Transport）国际计划的实施,积累了ITF海域大量的温盐及海流高时间分辨率的连续观测资料。对这些观测资料的分析显示,在ITF主要流经海峡（如龙目、翁拜、望加锡海峡）,存在明显的海洋季节内信号,该信号在望加锡海峡处最大可以减弱2 Sv（1 Sv=106 m3/s）的南向海水输送[6]。印尼群岛海域地形复杂,在考虑印尼群岛部分海域水深较浅和群岛区域复杂的岸线形状这些客观条件情况下,短时间尺度的海流波动对局地的海水混合以及 ITF 的水团输运产生的影响是不容小觑的,因此,加强这一区域季节内时间尺度的信号的研究是很有必要的。

El Nino衰减年夏季西太平洋副热带高压的季节内变化

本文分析了El Nino衰减年夏季西太平洋副热带高压(副高)的季节内变化,发现其季节内变化存在两种模态,一种是6~8月的一致偏西,另一种是6~7月偏西,而8月逆转为偏东,其中偏西模态的异常要远大于偏东模态。对偏西模态而言,由于热带北大西洋海温正异常的强迫影响,激发出一个从北大西洋经过欧亚大陆高纬度到东亚的遥相关,抑制了暖池地区的对流,东亚地区位势高度增加,从而导致副高加强西伸。在偏东模态下,热带印度洋海温异常演变与偏西模态类似,但强度偏低,同时热带北大西洋海温正异常在4月达到峰值后衰减,导致两大洋对8月暖池地区对流的抑制作用减弱。此外,由于6~7月暖池海温持续升高,在局地海气相互作用下,8月暖池对流发展,位势高度场降低,从而造成副高减弱东退。因此,副高8月异常主要取决于热带北大西洋海温异常。在预测El Nino衰减年副高异常变化时,要综合考虑两大洋海温异常的影响。

棉兰老流与棉兰老潜流季节内变化研究

通过分析HYCOM(HYbrid Coordinate Ocean Model)数据,得出棉兰老流(MC)位于0~800m深度,紧贴岸界,最大流速发生在次表层。棉兰老潜流(MUC)位于400m深度以下,127°E以东离岸侧,最大流速发生在1 600m深度处。MUC的流核数目在12个月的分布不尽相同,大概在1~3个,其中存在2个流核的月份最多;MUC各个流核在不同月份的核心强度有明显变化,5月份流核核心速度最大,可达10cm·s^(-1);MUC各个流核的纬向剖面面积也有明显的季节变化,2月份的剖面面积最大。从季节内变化上看,MUC与MC都存在较明显的季节内变化信号,周期在100d左右。MC的季节内变化是由海表面涡旋引起的,而MUC的季节内变化是由温跃层以下的涡旋引起的。

东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理

利用1979—2013年ERA-interim再分析资料,通过均方差分析、功率谱分析、带通滤波及合成分析等统计方法系统地分析了东亚季风区冬季经向风的季节内变化及其可能机理。结果表明,东亚季风区冬季经向风异常在我国华南一带变化显著,振荡周期为10~20 d(准双周振荡)。在准双周尺度上,水平方向上,850 h Pa异常北风主要呈现从高纬向低纬传播的特点,60°N附近异常经向风向东南方向传播,副热带30°N附近弱的异常经向风向东传播,二者在华南汇合,随后分为两支中心,分别向南和向东继续传播,我国华南一带存在基本气流向准双周尺度波动的能量转换,因此异常经向风在华南会显著增强;垂直方向上,对流层上层、中层、下层的经向风呈现强—弱—强的异常中心特征,对流层下层850 h Pa和上层200~300 h Pa均存在经向风大值中心;我国东部上空300 h Pa上,副热带地区波动比850 h Pa更明显,60°N附近波动向东南方向移动,同样在我国东部地区合并,波动辐合导致波动能量增强。

黑潮源区次表层的低频季节内变化

根据黑潮源区吕宋岛附近(18°N,122.5°E)投放的ADCP测得的流速,发现次表层流动与海表黑潮(Kuroshio,KC)流动并不一致,除了流动方向不同外,次表层吕宋潜流(Luzon Undercurrent,LUC)在500~1000 m深度存在一个低频季节内周期变化(120 d),这一变化并非由海表黑潮的季节性变化引起。针对这一现象,结合混合坐标海洋模式(Hybrid Coordinate Ocean Model,HYCOM)数据,使用涡动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)分析并追踪100~200 d周期温盐和流速变化异常,最终得出结论:吕宋潜流季节内变化存在两个频率的周期,较高频季节内变化(80 d)是由表层黑潮区的中尺度涡传递到次表层产生的,而低频季节内变化(100 d以上)由136°E附近的中尺度涡旋经过6~7个月的运动到达吕宋岛沿岸产生的。

青藏高原雪盖的季节内变化及其影响

回顾了青藏高原雪盖的季节内变化及其影响研究的新进展。高原大部分地区雪盖不稳定且持续时间短,导致高原雪盖具有显著的季节内快速变化特征。局地气温和降水的季节内变化是控制高原雪盖季节内变化的直接原因,这种直接关系是区域大气环流季节内活动的结果。高原雪盖季节内变化还与大尺度大气环流的季节内活动有关,热带季节内振荡、北极涛动和北大西洋涛动引起的大气季节内过程可解释部分高原雪盖季节内变率。高原雪盖季节内变化通过雪-反照率效应迅速对大气施加影响,雪盖造成的冷异常通过大气平流过程影响高原及其下游地区,造成东亚高空急流和东亚大槽增强。由于高原雪盖季节内变化的重要影响,数值预报中高原雪盖的初始场和预报场会影响次季节预报技巧。

超长La Niña事件背景下东亚夏季风的季节内变化:1999~2000年和1984~1985年的对比分析

基于多种再分析资料和观测资料,对比分析了两次超长La Nia事件中东亚夏季风的季节内变化。选取的两次事件分别发生在1984~1985年和1999~2000年,但强度有明显差异,其中前者为中等强度事件,而后者则为强事件。在两次事件过程中,暖池对流偏强,西太平洋副热带高压(副高)偏东偏弱,但季节内变化有很大差异。对强事件而言,6月对流开始发展,异常值在7月达到最大,8月稍弱,这与La Nia年合成结果一致,表明La Nia信号主导了东亚夏季风的季节内变化。与此不同的是,在1984~1985年事件中,6月和8月对流偏强,7月偏弱,呈双峰型异常变化。分析表明,当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,减弱了太阳辐射,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,暖池地区局地海气相互作用在中等强度La Nia事件中起到关键作用。因此,在两次超长La Niña事件中,东亚夏季风的季节内变化过程和影响因子有很大差异。此外,由于副高偏东,中国东部夏季降水总体上偏少。