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。

热带印度洋海温的年际异常及其海气耦合特征

利用长期观测资料分析了印度洋海温距平的年际变化及其海气耦合特征 ,结果表明热带印度洋海温距平的变化存在显著的距平符号东西一致的单极型和距平符号东西相反的偶极型 ,其出现的概率分别为 67%和 33%。偶极期间在热带印度洋和西太平洋海洋性大陆上空的大气中存在着明显的Walker类型的环流 ,具有显著的局地海气耦合特征 ,而单极期间这种特征不明显。大部分偶极子的生命史都非常短暂 ,其持续发展的主要特征表现为西印度洋正距平的增加、东移和东印度洋负距平的不断加强。单极的发展为整个海盆的不均匀增暖。单极向偶极的转换可以分为两类 ,第I类表现为赤道西印度洋海表温度距平由负转变成正后逐渐向东扩展 ,东印度洋的负距平范围逐步缩小 ;第II类是东南印度洋海表温度的负距平不断加强并略向西发展 ,而西部保持正距平。这种转换还经历了一个年代际变化 ,2 0世纪 70年代中后期以前主要是第I类转换 ,以后则第II类占绝大多数。

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。

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。

云南5月雨量与热带海温异常及亚洲季风变化的关系

利用相关分析和合成分析方法 ,研究了云南 5月雨量与热带海温、热带对流活动及亚洲季风等大尺度气候环流背景变化的关系。指出云南 5月雨量与北印度洋季风气流区赤道东太平洋地区的对流活动有明显的相关 ,揭示了云南 5月多雨年和少雨年赤道东太平洋和印度洋地区的海温距平、2 0 0hPa纬向风和 850hPa矢量风场的不同分布特征。这种前后期海温、对流活动和高低层风场的变化具有很好的持续性 ,对预测云南 5月雨量的变化有一定的指示指义。还计算了南亚地区 4～ 6月的季风指数 ,分析了云南 5月雨量与初夏南亚季风指数变化的关系。结果表明 ,南亚季风指数高 ,云南 5月雨量偏多 ;南亚季风指数低 ,云南 5月雨量偏少。同时 ,研究还表明南亚季风指数在季风爆发前期和季风爆发时段的变化有很好的一致性。

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 ,

西太平洋副热带高压对热带海温异常响应的研究

利用多年的观测资料 ,研究了西太平洋副热带高压对热带海温异常的响应及其相互作用过程。着重研究冬、夏季西太平洋副高对同期及前期不同海域 (特别是赤道东、西太平洋以及印度洋海域 )海温异常的响应 ;用SVD方法分析了夏季副热带高压与前冬、前春及同期各月全球海温的最佳耦合模态。在对比研究西太平洋副热带高压异常时其垂直环流变化的基础上 ,进而研究海气相互作用对副热带高压影响的物理过程。

热带太平洋次表层海温异常年代际变率及其对中国气候异常的影响

利用近50年月平均的SODA海洋同化资料和NCEP大气再分析资料,研究了热带太平洋次表层海温异常(SOTA)年代际变率主要分布型以及与之相关的亚洲-北太平洋-北美地区上空异常大气环流场,并揭示了类ENSO模态与中国气候异常之间的联系。得到主要结果:(1)热带太平洋SOTA年代际变率有两种类ENSO模态。第一模为类ENSO事件成熟期热带太平洋年代际SOTA状态;第二模为类ENSO过渡期热带太平洋年代际SOTA状态。二者组合构成类ENSO事件40年左右及其背景下13年左右的周期振荡。(2)类ENSO事件对亚洲-北太平洋-北美上空中高纬和副热带大气系统年代际变化具有重要影响。类El Ni o成熟期间冬季,中高纬地区大气环流经向型发展,贝加尔湖高压脊加强,西太平洋副高偏强、位置偏西,蒙古高原为较强的异常反气旋环流。类El Ni o衰退期(类La Ni a发展期)夏季,贝加尔湖低压槽加深,乌拉尔山高压脊加强,西太平洋副高偏弱,新疆-河套地区为较强的异常反气旋环流距平。类La Ni a事件时相反。(3)热带太平洋类ENSO事件通过影响中高纬和副热带大气系统,造成中国北部地区上空南风距平的年代际变化,进而导致东亚季风和中国气候异常。类El Ni o事件成熟期,中国北部地区上空多异常偏北风,东亚季风弱,华北少雨,长江中、下游多雨;类El Ni o衰退(类La Ni a发展)期,中国北部地区上空亦为异常偏北气流,东亚季风较弱,华北少雨。中国气候异常型主要取决于类ENSO第一模态,而第二模态主要视位相异同来加强或减弱第一模态。两个类ENSO模态的共同作用导致1978年前后中国气候跃变和华北地区持续20余年的干旱。近期类ENSO模的振荡从1998年左右开始转为类La Ni a模态,大致在2018年左右结束。在此期间,华北降水有望增加,长江中、下游降水可能减少。

夏季东半球热带海温异常对亚洲季风环流和降水影响的数值试验

利用一个全球大气环流谱模式,模拟了7月份大气对东半球热带海洋(阿拉伯海、孟加拉湾、南海、西太平洋)海温异常的响应。试验结果表明,热带海洋的热状况是影响亚洲季风环流和降水的一个重要因素。

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及ＳＶＤ技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份４～６月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋－印度洋海温的关系。结果表明，南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（１）当热带中、东太平洋－印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高），西太平洋－澳洲邻近海域海温高（低）时，南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异，印度洋主要为晚春至初夏（４～６月），南海为５～６月，而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（２）不同的海温异常产生不同的季风环流型，南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响，与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时，南海夏季风爆发早；反之，爆发晚。（３）热带太平洋－印度洋海温异常引起季风环流和Ｗａｌｋｅｒ环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。

平流层极涡振荡与ENSO热带海温异常的时空联系

利用一个在等熵位涡坐标下建立的平流层极涡振荡(Polar Vortex Oscillation)指数,以及NCEP/NCAR再分析资料和NOAA_OISST_V2逐周海温资料,研究了月尺度以上热带海温异常与平流层极涡振荡的时间和空间联系,通过相关、回归以及合成分析发现,两者的显著联系主要发生在3—5年的年际时间尺度上,表现为ENSO型海温异常与极涡振荡年际趋势之间的时空关联。首先,两者的关系并不表现在同期相关上,而是当ENSO海温异常超前极涡振荡年际异常9—11个月时,两者具有最大的负相关关系。当前期热带海温偏暖(冷)时,9—11个月后极涡振荡的年际趋势为负(正)的异常,即极涡偏弱(强)或负(正)振荡事件为主。统计合成结果进一步证实,前期热带ENSO海温暖事件背景下,后期极涡振荡负事件的发生比正事件更多,强度更强,持续时间也更长,反之亦然;另外,前期热带ENSO暖海温背景下,极涡正、负振荡事件的发生均更频繁。研究连接热带ENSO海温异常与平流层极涡振荡的过程发现,热带海温异常不仅可在热带地区引起大气温度的异常响应,而且可以引发从平流层热带到极区的一系列温度异常同时向下和向极区的传播过程,并与9—11个月以后发生在极区的极涡振荡异常相联系。表明与热带海温异常相联系的极涡振荡年际异常,可能存在与季节尺度极涡振荡中类似的全球质量环流的异常变化。

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。

海温异常对热带内外环流相互作用影响的对比分析

运用ＥＣＭＷＦ的风场和高度场及ＴＢＢ资料，用相关方法对比分析了热带太平洋海温分布东冷西暖（１９８４～１９８５年冬季）和东暖西冷（１９８２～１９８３年冬季）两种不同背景下，热带西太平洋对流活动与中高纬环流在季内时间尺度下相互作用的特点。结果表明，不同的海温分布其对应的大尺度环流场包括Ｈａｄｌｅｙ和Ｗａｌｋｅｒ环流的位置及强弱均有较大的差别。冬季热带西太平洋对流活动与热带外大气的季内相互作用过程也有明显差异。

中国南方夏季降水与热带印度洋偶极型海温异常的联系

利用1979—1999年GISST和CMAP月平均资料,用线性回归滤除印度洋偶极子(IOD)指数和ENSO的相互干扰,定义纯IOD指数和纯N ino3指数,将海温距平处理为相对独立的3个部分,通过相关和合成分析得到:6—8月印度洋偶极型海温及热带中印度洋海温异常与中国南方夏季降水都有很好的正相关关系,并且二者对南方夏季降水序列的拟合方差贡献显著,表明热带印度洋海温异常与中国南方夏季降水的关系密切;5月份热带印度洋海温年际变化可以解释60%左右的南方夏季降水异常,这对南方降水的预测具有非常好的指导意义。在正(负)IOD年,热带印度洋SS-TA引起我国南方地区大气异常上升(下沉)运动,中国南方为整层水汽的异常辐合(辐散)区,从而使中国南方夏季降水异常偏多(偏少)。

ENSO—7赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的循环

近几年的一系列分析研究表明 ,ENSO与异常东亚冬季风之间有相互影响 ,持续的强 (弱 )东亚冬季风通过引起赤道西太平洋地区的西 (东 )风异常对ElNi o/LaNi a的发生起着重要作用 ;赤道太平洋次表层海温异常 (SOTA)的年际变化 (循环 )与ENSO发生有密切关系 ;ENSO的真正源在西太平洋暖池 ,暖池正 (负 )SOTA沿赤道温跃层东传到东太平洋 ,便导致ElNi o/LaNi a的爆发 ;在暖池正 (负 )SOTA沿赤道东传的同时 ,有负 (正 )SOTA沿 10°N和 10°S纬度带向西传播 ,从而构成SOTA的循环 ;热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风。进而可以认为

热带太平洋海温异常气候态变率与我国气候异常

用Kaplan等重建的1856～2001年全球海面水温距平 (SSTA)资料,分析了热带太平洋SSTA气候态变率,其主模态以热带西太平洋和赤道南北两侧的热带东太平洋大值同号为主要特征,其时间系数具60a左右的显著周期,它与全球气候跃变和夏季西北太平洋副热带高压及我国汛期降水的长期变化有密切联系。根据热带太平洋气候态变率60a左右的时间尺度,预测未来10a内,我国汛期降水仍以长江流域偏多为主,华北干旱形势难以缓解。

基于热带印-太海温异常主要模态的夏季西太平洋副热带高压预测模型构建

利用1981—2018年国家气候中心的西太平洋副热带高压(Western Pacific Subtropical High,以下简称“西太副高”或“WPSH”)特征指数、美国国家海洋和大气管理局海表温度、美国气候预测中心NINO3.4指数资料,对热带印-太海洋海温异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)主要模态及其与西太副高变动的可能联系进行了探讨,并基于这些联系建立了西太副高面积、强度和西脊点异常的预报方程。结果表明,热带印-太海洋上最重要的SSTA模态为纬向三极型,其次是纬向偶极型和东南-西北向跨南、北半球的“跷跷板”异常。这三种模态解释了印-太海洋海温异常中61.58%的方差,与太平洋El Nio、印度洋海盆尺度模、Ningaloo Nio等异常信号的出现密切相关。另外,这三种模态与夏季WPSH异常活动存在紧密联系。基于过去30 a稳定的相关关系建立的预报模型可较好地预报未来8 a夏季WPSH面积、强度和西脊点的异常。

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.

北太平洋高纬地区准4年尺度西风异常对热带太平洋海温的影响

利用１９７５ 年１月～１９８７年１２月ＮＭＣ的８５０ ｈＰａ风场资料进行诊断分析，发现在热带中东太平洋ＳＳＴＡ出现正异常前期， 北太平洋就已有异常西风存在。该地区的异常纬向风在准４年时间尺度上取先西南后东南的折形路径向南传播。而且。

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。