印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模影响的初步模拟研究

印尼海域是联系热带太平洋和印度洋的纽带,为了讨论印度尼西亚贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模的影响,利用一个准全球海洋环流模式,设计了打开、关闭印度尼西亚通道的数值试验对该问题进行初步探讨。试验结果表明,印尼贯穿流对热带太平洋、印度洋海温和海流的模拟有重要影响。在海洋表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模所起作用不大,这时海洋的外强迫(大气风场、太阳辐射等)起主要作用;而在次表层,印尼贯穿流对热带太平洋-印度洋海温异常综合模起着重要的作用。

2022年夏季热带印度洋-太平洋海温异常对长江中下游高温异常的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、ERSST v5海表温度资料和大气环流模式,分析了2022年夏季热带印度洋-太平洋海温异常对长江中下游地区高温事件的影响机理及相对贡献。研究表明,此次高温异常事件受La Ni a事件和负位相IOD事件的共同影响,长江中下游地区的温度异常为1.52℃、为近40年来最高,温度正异常的极大值位于河南和湖北两省交界处的西侧。热带印度洋和太平洋海温异常引起了长江中下游约0.39℃的增温,对长江中下游地区此次高温异常的贡献为25.66%。La Ni a事件和负位相IOD事件可通过增强西太平洋副热带高压,进而有利于维持长江中下游地区的异常下沉运动,为高温事件的发生提供了有利条件。

热带太平洋-印度洋海温异常综合模及其影响

已有研究表明,由于大气瓦克环流和印度尼西亚灌穿流的影响,太平洋和印度洋的海温异常既有紧密关系、又有各自的一些特点,单独考虑太平洋的ENSO模并不能完全说明海温异常对气候的影响.本文从统一综合考虑太平洋和印度洋海温异常(SSTA)的形势及特征出发,提出了太平洋-印度洋海温异常综合模概念;并进一步比较研究了各个异常模态的不同特征,以及它们对中国气候和印度夏季降水的不同影响.为进一步确认资料分析结果,还用大气环流模式进行了数值模拟试验.其结果清楚地表明,必须考虑和研究太平洋-印度洋海温异常综合模及其影响,从而为短期气候预测提供更好科学依据.

季节内印度洋-西太平洋对流涛动对次季节-季节尺度大气可预报性的影响

利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变下S2S尺度可预报期限空间分布的变化规律。结果表明:(1)与RMM指数相比,季节内IPCO指数可预报性更强,可预报期限达到31天左右,比RMM指数高出2周以上;(2)印度洋-西太平洋区域S2S尺度大气可预报性最强,可预报期限达到30天以上,其中季节内IPCO是该地区的主要可预报性来源之一,其贡献达到6天,占总可预报期限的25%以上;(3)随着季节内IPCO的演变,印度洋-西太平洋地区S2S尺度大气可预报性有空间结构变化,表现为可预报期限异常的传播和振荡。S2S尺度大气可预报期限正负异常沿季节内IPCO传播路径,一支以赤道中西印度洋为起点北传至印度半岛,一支向东传播,经过海洋性大陆到赤道西太平洋后向北传播,到达日本南部。同时,可预报性异常的传播在在东印度洋和西太平洋表现出反向变化的特征,形成东西两极振荡,当季节内IPCO向正位相发展时,东印度洋具有更强的可预报性,西太平洋具有更弱的可预报性,反之亦然。季节内IPCO的发展(衰退)可使东印度洋(西太平洋)S2S尺度大气可预报性更强,表明模式预报技巧对此具有更大的提升空间。

印度洋海温异常对西太平洋副热带高压的影响——大气中的两级热力适应

利用热力适应理论讨论了印度洋海温异常影响中国天气和西太平洋副热带高压异常的物理机制。结果表明 :通过第一级热力适应 ,印度洋上的海温异常形成低层气旋式环流 ,并在其东侧的偏南气流中产生对流性降水 ;然后通过第二级热力适应 ,在 50 0 h Pa上导致西太平洋副热带高压加强西伸、2 0 0 h Pa上南亚高压异常增强。从而证明两级热力适应是导致印度洋海温异常影响中国天气气候异常的重要物理机制。

太平洋-印度洋海温异常模态及其指数定义的初步研究

通过对太平洋地区海温场的经验正交函数分解,分析其第一特征向量场发现,春夏秋冬四季在印度洋中西部大范围地区、赤道中东太平洋的大范围地区的海面温度西太平洋地区的相反,这一特征向量在四个季节的方差贡献率均大于33%,说明这一海温场的空间分布结构是稳定的,我们称之为太平洋-印度洋海温异常模态。并对这种模态经过认真分析比较和研究后定义了该模态的指数。

热带太平洋—印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响

从综合考虑热带太平洋和印度洋海温异常特征出发 ,研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模对南亚高压的影响。当热带太平洋—印度洋海温异常综合模为正位相 (西印度洋和东太平洋海温距平为正 ,东印度洋—西太平洋海温距平为负 ) ,南亚高压偏弱 ,位置偏东偏南 ;当热带太平洋—印度洋海温异常综合模为负位相 (西印度洋和东太平洋海温距平为负 ,东印度洋—西太平洋海温距平为正 ) ,南亚高压偏强 ,位置偏西偏北。热带太平洋—印度洋海温异常综合模影响南亚高压主要通过三种机制 :一是通过影响亚洲季风从而影响了降水潜热形成的大气加热场分布 ,在正 (负 )位相年 ,青藏高原大气热源为负 (正 )异常 ,因此青藏高原上空空气上升减弱 (加强 ) ,南亚高压偏弱 (偏强 ) ;南海季风和热带辐合带加强 (减弱 ) ,菲律宾附近的大气热源加强 (减弱 ) ,有利于上空青藏高原东南侧反气旋 (气旋 )式的距平环流 ,因此南亚高压偏东偏南 (偏西偏北 )。二是热带太平洋—印度洋海温的纬向热力对比引起赤道纬向垂直 (Walker)环流异常 ,必将引起高空纬向风异常 ,在正 (负 )位相年 ,南亚高压南部的印度洋高空会出现西 (东 )风异常 ,导致南亚高压偏弱 (偏强 )。三是综合模的正 (负 )异常加强 (减小 )西印度洋经度范围的区域Hadley环流 ,

热带太平洋—印度洋温跃层海温异常联合模及其演变

利用SODA次表层海温再分析资料和卫星遥感海面高度异常数据,分析了热带太平洋和印度洋温跃层海温之间的联系,提出了太平洋—印度洋温跃层海温异常联合模(PITM)的概念、并定义了该联合模指数.结果表明,联合模指数具有准两年和3~5年的年际变化周期以及2011—2012年的年际变化周期,并具有季节锁相和振幅不对称等特征.联合模的演变过程与温跃层海温异常(TOTA)的发展和传播过程紧密相联:在太平洋,TOTA一般从西太平洋出发沿赤道(5°S—5°N)向东传播,到达东太平洋之后折向北,再沿10°N—14°N纬度带向西传播到达太平洋西岸并向赤道西太平洋扩展,形成一条回路;南太平洋也有类似回路但信号较弱;在印度洋,则主要沿8°S—12°S纬度带向西传播,到达西岸后折向北,然后迅速沿赤道(1.25°S—1.25°N)向东扩展,也形成一条回路.对NCEP/NCAR再分析风场资料的合成分析则表明,联合模的演变过程与大气环流尤其是纬向垂直环流(Walker环流)的变化密切相关,联合模的正位相对应着赤道印度洋区域顺时针的Walker环流以及赤道太平洋区域逆时针的Walker环流;而联合模的负相位则有相反的情况.此外,联合模演变过程中,TOTA的传播发展与850hPa异常纬向风的传播发展有很好的相关.

热带印度洋--太平洋热力异常联合模及其指数定义研究

根据1955-2003年的全球海洋上层热含量资料,利用经验正交函数(EOF)分解法分析了热带印度洋—太平洋上层热含量距平场的时空变化。结果表明,无论在印度洋还是在太平洋,上层热含量距平场都存在着一种显著的东西向偶极型振荡,其年际变化与ENSO循环有密切的联系。据此定义了热带印度洋-太平洋热力异常联合模指数,功率谱分析和10 a滑动的t检验结果表明,该联合模具有显著的年际和年代际变化,并在1976年前后经历了一次由冷到暖的气候跃变。进一步分析还发现,该联合模的变化特征能较好地反映太平洋ENSO事件和印度洋偶极子事件的基本信息。

热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响

基于我国160个台站的降水资料和西太平洋副热带高压指数,利用典型相关分析和合成分析等方法,研究了热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响,并探讨了该联合模与西太平洋副热带高压的关系。结果表明,该联合模对我国夏季降水有一年到半年的超前影响,且以冬季联合模对次年夏季降水的影响最显著。当冬季联合模出现正异常时,次年夏季我国四川地区、长江流域、华北南部降水偏多,而华北北部和江南大部分地区降水偏少;反之亦然。进一步分析表明,冬季热带印度洋-太平洋热力异常联合模对我国夏季降水的影响可能是通过夏季西太平洋副热带高压的变动来实现的。

热带太平洋和热带印度洋次表层海温异常信号的传播与联系

利用太平洋和印度洋表层与次表层月海温距平信号沿不同纬向-时间剖面的传播分析,发现赤道东太平洋海温异常的El Nino事件和赤道印度洋海温异常的Dipole事件分别与沿赤道太平洋东传的次表层海温异常信号和沿赤道外印度洋西传的次表层海温异常信号同期到达东太平洋和西印度洋有着内在的联系.在赤道和赤道外16°N之间的热带北太平洋,次表层海洋中存在着海温异常信号传播的一条回路,El Nino事件就发生在暖信号到达赤道东太平洋的时候.次表层海温异常沿赤道太平洋的东传和沿赤道外印度洋的西传分别是El Nino事件和Dipole事件发生的海洋学早期信号.

热带太平洋和印度洋海温异常对东亚冬季风影响的一个物理机制

本文利用NCEP/NCAR提供的大气环流资料和海表温度异常资料,在分析热带太平洋和印度洋海温异常与冬季大气环流之间关系的基础上提出了一个综合反映热带太平洋和印度洋海温异常的综合指数。分析表明,冬季太平洋和印度洋海温异常指数的值越大(小),东亚冬季风指数的值越大(小),东亚地区将出现异常的南(北)风的响应,东亚冬季风将越弱(强)。应用加热强迫影响热带环流的简单模式研究了热带太平洋印度洋异常海温对东亚冬季风影响的物理机制。结果表明,当冬季热带太平洋和印度洋海温异常指数处于正(负)位相时,西太平洋区域强迫出异常南(北)风。这是使得东亚冬季风偏弱(强)的重要原因之一。冬季热带太平洋和印度洋海温异常对东亚冬季风影响最为显著的关键区是赤道西太平洋。

热带太平洋—印度洋海温异常综合模的数值模拟

通过数值模拟及结果的合成分析,对热带太平洋-印度洋异常海温综合模态的三维热力结构、动力结构及其发生发展的可能机制进行了研究。数值模拟结果的分析表明,太平洋、印度洋海温异常的综合模态在表层、次表层的表现都很明显,即在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高),该模态还存在着显著的年变化特征、年际变化特征以及年代际变化特征。数值模拟的合成分析结果表明,异常的海表风应力引起表层洋流异常,表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水环流的异常,海洋环流异常导致的平流热输送异常是海温形成异常综合模态的主要原因之一,垂直输送是形成次表层海温综合模态的主要原因。平流热输送过程对海表温度变异的贡献是:在事件发生到盛期阶段促进了次表层海温异常综合模态的形成,在盛期到消亡阶段次表层的平流过程阻碍其进一步发展;短波辐射是海洋的主要热力来源,海表面异常的净短波辐射通量、潜热通量是表层海温形成异常模态的主要热力学原因,异常的海表面净短波辐射通量、潜热通量、感热通量在到达盛期阶段后抑制其进一步发展。

南半球对流层大气对热带太平洋—印度洋海温异常综合模的响应及其机制解释

利用NOAA SST及NCEP/NCAR再分析资料,研究了热带太平洋—印度洋海温异常综合模和南半球对流层大气之间的遥相关模态并对其进行了机制解释。首先通过相关和合成分析,给出了遥相关的空间模态,结果表明：北半球秋、冬季,在南半球对流层大气存在和热带太平洋—印度洋海温异常综合模密切联系的遥相关作用中心,该中心的分布构成一列明显的从赤道中太平洋出发,最终到达非洲中南部及赤道印度洋的Rossby波列,将赤道太平洋、印度洋与南半球中高纬度大气连接起来,起到了类似＂大气桥＂的作用。而单纯IOD和单纯EN-SO均难以在南半球对流层激发出遥相关波列,进一步证实了两者共同作用的影响。其次,利用行星波能量传播理论对两者之间的遥相关进行了机制分析,发现纬向波数为1~3的大气行星波的能量传播是热带太平洋—印度洋海温异常综合模与南半球对流层大气之间遥相关的一种可能的联系方式。

热带太平洋印度洋海温异常对亚洲夏季风影响的数值研究

利用 L9R1 5气候谱模式 ,就热带太平洋—印度洋夏季海温异常对亚洲夏季风的影响进行了数值研究。结果表明 ,夏季热带太平洋和印度洋海温正异常时 ,不仅能造成热带地区大气环流和降水的同时性响应 ,还能导致东亚夏季风和南亚夏季风的一致减弱 ,两者的影响是同号的 ,但并不是两者单独影响的线性叠加。

夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模对同期中国东部降水的共同影响

利用1961—2013年NCEP/NCAR再分析资料和Had ISST月平均海表面温度资料,分析了夏半年热带太平洋中部型海温异常与热带印度洋海盆模(Indian Ocean Basin M ode,IOBM)的特征,并研究了不同位相配置时二者对同期中国东部气候的共同影响。结果表明:1)太平洋中部型海温异常指数与印度洋海盆模指数几乎相互独立。太平洋中部型海温异常与IOBM同位相变化(记为PPNN事件)和反位相变化(记为PNNP事件)时,热带印太地区海温异常分别呈三级型和偶极型分布。2)不同位相配置对中国东部地区降水异常的影响及其影响机制存在显著差异:当发生PPNN事件时,水汽从海洋性大陆(Maritime Continent,MC)地区向江淮流域输送;热带海温异常引起大气产生Gill型响应,维持了中国东部的环流异常;M C地区通过经向三圈异常垂直环流引起江淮流域降水异常增多。发生PNNP事件时,Gill型环流响应中心西移,长江流域降水偏少,水汽辐散;同时MC地区对流层低层准定常Rossby波能传播也有利于长江流域扰动的维持。这些结果对深刻认识中国东部地区夏半年降水异常成因和印度洋/太平洋海温异常不同分布的作用具有重要意义。

冬／夏季热带太平洋～印度洋海温年际异常的年代际变化

用N ino3指数、印度洋单极、偶极子指数表示热带两洋SST的年际异常,分季节分析表明:冬季N ino3区与热带印度洋SSTA相互关系表现为单极,且1976年以后两者的相互关系减弱,其可能原因,一是冬季是EN SO事件的盛期;二是冬季西太平洋暖水区东移,造成两洋的垂直纬向环流耦合减弱。夏季两者相互关系表现为偶极,1976年以后两者的相互关系加强,其可能原因,一是夏季是偶极子盛期,EN SO事件的发展期;二是夏季西太平洋暖水区虽然东移,但暖水区位置偏北,且东南印度洋的上升支强度增大,造成两洋的纬向环流耦合更强烈。

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958—2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958—2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2—4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。

热带印度洋-太平洋地区海表温度异常的线性转置预报模型

采用 COADS的月平均海平面温度距平 ( SSTA)资料 ,建立了预报热带印度洋-太平洋 SSTA的线性转置模型 ( L IM)。经检验 ,对于非独立和独立样本 ,预报的均方根误差分别在 1 2个月和 1 0个月预报时效内小于 SSTA的均方差 ,相对误差在 5个月预报时效内都小于 5 0 %。在 El Nino和 La Nina时段效果优于其他时段 ,其中La Nina时段又更好些。对同一地区的 SSTA,L IM预报优于自回归模型预报、奇异谱 -最大熵预报、气候预报和持续性预报。

印度洋海盆模对南北半球太平洋副热带高压非对称的影响及机制

副热带高压对于我国天气气候具有重要影响,它的形成受到印度洋海温异常的影响,但其中的影响机制并不十分清楚。因此,本文利用1980-2020年NCEP/NCAR再分析资料,研究了印度洋海盆模(Indian Ocean Basin Model,IOBM)异常偏强对于太平洋副热带高压的影响;然后从能量角度分析IOBM引起南北半球太平洋海域副热带高压不对称性的物理机制;最后利用GFDL AM2.1模式进行模拟验证。为了说明印度洋海温异常对副热带高压的独立作用,对ENSO信号进行了滤除。结果表明:(1)夏季的印度洋暖海温暖异常会激发东传的Kelvin波,在西北太平洋地区低层出现反气旋异常,使西太副高较常年偏强,我国南海到菲律宾东部降水偏少;冬季IOBM正位相时,澳洲地区东风异常,热带西太平洋地区有大范围的降水负异常。印度洋海盆模对太平洋副热带高压非对称结构的影响在环流和降水场上均有体现。(2)根据能量诊断结果发现IOBM正位相时,夏季西北太平洋低层季风风场辐合区与扰动动能增长区相重合,有利于该地反气旋异常发展,从而使得副高偏强;冬季澳洲地区季风的风场辐合区与扰动动能增长区不能很好地配合,没有明显的反气旋异常。(3)利用数值模式模拟得到的结果能够验证沿赤道对称的印度洋海温异常在西太平洋地区引起的反气旋性环流和降水异常,无论位置还是强度都表现出极强的不对称性。因此,印度洋海盆模(IOBM)对于太平洋副热带高压南北半球非对称结构的形成具有重要作用,并进而对东亚及澳洲地区降水的异常分布产生影响,这为印度洋海盆模对西太副高的影响提供了理论基础。