基于数值试验的南海越赤道气流与夏季赤道中东太平洋海温异常的关系研究

本文利用1979~2020年HadISST月平均海表面温度(Sea surface temperature, SST)资料,驱动改进的NCAR CAM5大气环流模式进行长时间积分试验所得结果,与ERA5再分析资料进行比较,进一步分析验证了夏季赤道中东太平洋海表面温度异常(Sea surface temperature anomalies, SSTA)对南海(South China Sea, SCS)低空越赤道气流(Cross-Equatorial Flow, CEF)强度的影响,研究表明:数值试验结果与观测分析结果较为一致,即夏季赤道中东太平洋SSTA对同期SCS CEF (SCEF)强度变化产生重要影响,存在显著正相关。当夏季赤道中东太平洋SSTA偏暖时,引起Walker环流及东亚局地Hadley环流异常偏弱,对应澳大利亚北部及热带西太平洋海洋性大陆海平面气压(Sea level pressure, SLP)异常上升,北太平洋SLP异常下降,西太平洋南北向气压梯度增加,故SCEF易增强;反之亦然。

索马里越赤道气流对西南雨季开始早晚的影响

基于中国气象局西南雨季监测标准和高空间分辨率的台站日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了西南雨季开始日期的气候特征及和索马里、孟加拉湾越赤道气流的关系,发现西南雨季的气候平均开始时间约为5月第4候,且在2000年前后有从偏晚向偏早转变的趋势。统计诊断分析表明,在东半球低层的几支越赤道气流中,只有索马里和孟加拉湾越赤道气流的强弱会影响到雨季开始早晚和雨量大小,且都对应于急流强雨季早、急流弱雨季晚的特征,但在月尺度上前者的作用更强。急流通道中心经向风和赤道印度洋纬向风对雨季的超前相关及逐日变率合成分析表明,索马里地区经向风速在雨季爆发前十日开始为正的日较差,即十日前经向风持续增强,并在约七日至五日前作用最为显著,从而对西南雨季起到触发作用。在这一触发过程中,索马里急流的超前影响要早于孟加拉湾越赤道气流。受上游越赤道气流影响,赤道印度洋西风和孟加拉湾西南气流也会增强,为西南地区提供充沛的水汽。

105°E和125°E越赤道气流与南、北半球环流变化的关系

采用1980-2004年5-8月NCEP/NCAR逐日再分析资料,将105°E和125°E越赤道气流增强过程按一定标准进行取样,并对增强过程中越赤道气流的变化特点及其相应的南、北半球环流特征进行分析,结果表明：越赤道气流的增强往往对应着通道南侧或北侧从热带到副热带地区的环流调整,而这种环流调整在南半球主要指澳洲冷空气活动,在北半球主要为辐合带的变化,二者是影响越赤道气流的主要环流因子;北半球辐合带的变化与西太平洋副高的东西振荡有密切关系,前者的分布形态在一定程度上决定了南半球环流及越赤道气流变化对北半球热带外环流的影响情况;125°E越赤道气流比105°E越赤道气流的增强过程通常更为显著,这与它们对应的南、北半球环流调整的差异有关。

热带西太平洋越赤道气流的年际变化对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用美国联合台风预警中心的热带气旋（TC）数据以及日本JRA-25全球再分析等资料，分析了6—10月西太平洋上空3支越赤道气流的年际变化对西北太平洋（WNP）热带气旋（TC）生成数量和位置的影响。相关分析结果表明：越赤道气流主要影响140°E以东TC的生成数量，越赤道气流越强，在该海域生成的TC越多。通过合成分析讨论了越赤道气流强弱对WNP大气低层的风场、垂直风切变、高空散度、低层涡度以及OLR的影响，结果表明：在140°E以东的热带WNP，以上要素在越赤道气流偏强背景下的配置均有利于TC生成。同时，通过正压能量转换讨论了越赤道气流强弱对WNPTC生成的动力作用，指出在越赤道气流偏强年，季风槽东伸，东部的扰动容易从基本气流获得动能加强形成TC；在越赤道气流偏弱年，季风槽偏西，扰动动能增加的区域主要位于140°E以西，导致东部海域较少生成TC。此外，无论在越赤道气流强年或者弱年，在TC生成之前的2～4d均可发现有临近的越赤道气流突然加强的过程，这有可能是触发TC生成的动力因素之一。

越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用

利用美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋(tropical cyclone,TC)数据、NCEP/NCAR再分析风场资料,研究了越赤道气流准双周振荡对西北太平洋台风路径的调制作用。将西北太平洋台风路径划分为:西行路径、西北行路径、转向登陆中国路径、转向中日之间路径、转向登陆日本路径、转向日本以东路径和140°E以东路径。利用超前滞后回归方法,合成分析了6—10月不同路径台风对应的越赤道气流准双周振荡的低频环流演变过程。结果表明,925hPa越赤道气流及与其相联系的经向风存在明显10～20d准双周振荡现象,且对西北太平洋台风路径预报具有一定的指示作用。在西太平洋赤道地区,低频越赤道气流强度、演变特征影响着西北太平洋低频气旋的位置和移动方向,调节风场强辐合带与季风槽的位置与强度,继而对台风生成位置、移动路径产生重要的影响。初步认为,强向北低频越赤道气流分量有利于北侧低频气旋加强和向北传播,继而使得强辐合带、季风槽位置偏北,台风易于在此区域生成且沿着强辐合带位置移动,而弱向北低频分量或向南低频分量则不利于台风转向移动。

1948～2004年全球越赤道气流气候变化

利用1948年1月～2004年12月逐月NCEP/NCAR的全球1000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa的10层经向格点风,计算了全球越赤道气流和年变化,分析了全球850 hPa越赤道气流通道的时、空变化特征。指出在研究的时间段内,全球850 hPa越赤道气流有明显的长期趋势变化和年代际变化。近57年,6～8月的45～50°E、5～9月的105～115°E、5～9月和5～11月的130～140°E、2～4月的20～25°E的越赤道气流有明显的加强,6～8月的50～35°W的越赤道气流减弱。夏季索马里的越赤道气流,平均每10年增强0.25 m/s,而130～140°E,5～9月的越赤道气流,平均每10年增强0.32 m/s。奇异谱分析表明,850 hPa越赤道气流的年代际变化和趋势变化的方差贡献达到35%～45%。年际变化的方差贡献不超过30%,还指出夏季太平洋的越赤道气流的强度变化与南方涛动有明显关系,弱南方涛动时,有强的越赤道气流。而索马里急流强度与北大西洋涛动有弱的正相关。

对亚洲两支越赤道气流与华南暴雨的关系探讨

利用NCEP/NCAR再分析资料和TBB资料对华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的关系进行了探讨。分析结果表明华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的变化联系紧密 ;在华南暴雨发生前 ,在索马里和 10 5°E赤道附近存在经向风扰动增强现象。阿拉伯海地区和孟加拉湾地区的风速在华南暴雨发生前逐渐增强。另外还发现华南暴雨发生前华南地区存在季风涌过程。

不同海域SSTA对东半球越赤道气流年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950—2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋)海表温度,分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常(SSTA)对东半球越赤道气流年代际变化的影响。数值试验结果表明,全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,均能模拟出索马里、120°E和150°E越赤道气流在1970年代中后期由弱变强的年代际变化特征,其中模拟的索马里越赤道气流年代际变化特征及其与东亚夏季风年代际变化关系均与观测结果较一致,而热带外海表温度驱动全球大气环流模式未能模拟出此年代际变化现象,表明全球、热带、热带印度洋-太平洋及热带太平洋海表温度变化均对索马里越赤道气流在1970年代中后期的年代际变化具有重要作用,热带太平洋是关键海区;索马里越赤道气流的年代际变化与热带太平洋海温年代际背景变化密切相关,当热带太平洋处于暖(冷)背景年代,热带东太平洋海温异常从北到南呈"+、-、+"("-、+、-")"三明治"式距平分布,有利于赤道东太平洋南北两侧产生一对距平反气旋(气旋),然后可能通过"大气桥"的作用,与热带印度洋赤道南北两侧的一对距平气旋(反气旋)联系起来,从而引起索马里越赤道气流强度的增强(减弱)。

越赤道气流与我国洪涝灾害关系的初探

文章利用格点资料及其它常规资料，分析了越赤道气流与我国洪涝灾害间的关系，指出越赤道气流较强的年份，我国夏半年降水亦偏强偏广．在我国发生洪涝灾害的年份，越赤道气流通道的位置发生重大偏移，同时有“强信号”提前出现，因此有可能对洪涝灾害进行中长期预测．

索马里越赤道气流变化及对7-9月副高位置的影响

通过分析索马里越赤道气流的变化特征及其对7-9月副高脊线位置的影响关系,结果表明：（1）在近44年来冬、夏季索马里越赤道气流强度都呈增强趋势,具有南北半球气流交换越来越激烈之事实;（2）5月索马里越赤道气流对7-9月环流影响关系最好,与副高脊线位置的影响呈正相关关系;（3）2005年诊断与实况相符。

夏季越赤道气流对南海季风及华东旱涝的影响

应用NCEP/NCAR全球再分析资料和NOAA卫星接收的HIRS-Tb12等资料,研究了东半球夏季越赤道气流的气候学特征、越赤道气流对南海季风爆发的影响、越赤道气流与海温场的联系、以及对华东地区旱涝的影响。得出:南非高压、南印度洋高压和澳大利亚高压对越赤道气流的维持和强度变化具有重要的作用;北太平洋海温场对越赤道气流的强弱也具有重要的影响:5、6月份索马里越赤道气流偏强,则南海季风爆发偏早:华东地区夏旱年越赤道气流显著偏强,雨涝年呈强弱相间的变化。

夏季亚澳季风区两支越赤道气流年(代)际变化及其与夏季风活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季索马里急流和105°E越赤道气流变化的异同及它们与亚洲夏季风的关系。结果表明:两者强度的年际变化、年代际变化、突变时间及周期都明显不同;两者的年际变化在某些年代显示出很强的负相关关系;索马里急流与亚洲夏季风的南亚夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风有很好的相关关系,而105°E越赤道气流仅与南海夏季风关系密切;两支越赤道气流对亚洲夏季风系统各成员的影响存在明显差异。

澳洲北部强/弱越赤道气流对应的环流配置

采用1980～2004年的NCEP/NCAR再分析资料,挑选5～8月中澳洲北部越赤道气流的极强和极弱年作为典型样本,探讨了强/弱越赤道气流对应的环流系统的配置特征。结果表明:强越赤道气流通常对应北半球辐合带维持较强,或南半球澳高维持较强,亦或澳洲冷空气活动频繁发生的环流形势,同期西太平洋副高通常偏东或偏北;弱越赤道气流通常对应西太平洋副高的偏西或偏南,或者是西太平洋副高-辐合带共同演进过程的多次发生。

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。

越赤道气流与西北地区东部夏季降水的联系

利用1951—2002年NCEP/NCAR再分析月平均气候资料和西北地区东部夏季降水资料,研究了越赤道气流的年际变化及其对西北地区东部夏季降水的影响。结果表明,自1951年以来,越赤道气流总量呈增强趋势,且持续性好;索马里急流是最主要的越赤道气流,且比较稳定,它是影响西北地区东部夏季降水的重要环流因素。

越赤道气流对副高脊线北抬至25°N的影响

副高脊线北抬至25°N的时间早晚是福建前汛期结束和开始进入夏季的重要环流背景。应用850hPa月平均风场、500hPa环流场和西太平洋副热带高压脊线北抬至25°N日期及福建省25个代表站(县)6—7月的降水为基本分析资料,首先标定副高北抬至25°N的标准与年例,其次采用合成分析法揭示异常年例6月850hPa风场的基本特征,进而探讨了索马里越赤道气流强度变化对副高北抬至25°N的影响关系,最后对2005年进行诊断。其主要结果有:(1)6月索马里越赤道气流强劲(不够明显),较常年偏强(偏弱),有利于副高北抬至25°N提早(推迟);(2)5—6月索马里越赤道气流强度与500hPa东亚至西太平洋中纬度区域的高度场呈现正相关关系,该区域高度场高(低)有(不)利于副高主体北抬,为副高北抬25°N时间提早(推迟)提供有利环流背景;(3)索马里越赤道气流强度为副高北抬至25°N提供了一个较强的预报预测信号;诊断2005年副高北抬至25°N提早,实况与诊断相符。

盛夏南海低空越赤道气流变化与东亚夏季风的联系

利用1979—2014年ERA-Interim逐月的风场、海平面气压场和位势高度场等再分析资料以及中国160站降水观测资料,采用回归分析等方法分析了盛夏(7、8月)南海(South China Sea,SCS)低空越赤道气流(Cross-Equatorial Flow,CEF)的变化及其与东亚夏季风的联系,结果表明:盛夏南海低空越赤道气流(SCEF)强度指数与南海夏季风强度指数呈显著的正相关关系,与东亚副热带夏季风强度指数呈显著的负相关关系。当盛夏SCEF偏强(弱)时,亚洲热带低压及西太平洋赤道辐合带增强(减弱),西太平洋副热带高压强度减弱(增强)、东撤(西伸),南海北部和西北太平洋地区为明显的气旋式(反气旋式)环流异常,使得南海夏季风增强(减弱)和东亚副热带夏季风减弱(增强)。此外,当盛夏SCEF偏强时,由于东亚副热带夏季风减弱,我国华南地区为东北风异常,华北地区为偏南风异常,受其影响,我国华南地区为显著的水汽辐合区,华中地区为显著的水汽辐散区,使得盛夏华南地区降水增多,华中地区降水减少;反之亦然。

夏季影响105°E越赤道气流变化的环流系统

105°E越赤道气流的发展变化与南北半球的大气环流系统发展变化有关,但这些环流系统并非同时起同样重要的作用。作者利用候平均OutgoingLongwaveRadiation(简称OLR)资料与850hPa风场资料(1979～1986年)对热带东印度洋—西太平洋海域与(夏季)越赤道气流有关的环流系统做相关分析和越赤道气流偏强类合成分析。结果表明,夏季海洋大陆赤道缓冲区的对流上升运动(90°E～120°E,5°N～5°S)、澳州大陆冷性高压(10°S～30°S,120°E～155°E)的发展,都影响2～3候以后105°E夏季越赤道气流;澳洲大陆北部的冷性高压,西太平洋副热带高压西端位置西伸或东缩造成的东中国海季风区上升运动的变化,又是南北半球环流同时影响CEF变化的具体表现。南半球澳洲冷性高压北部(10°S～25°S,120°E～170°E)的辐散下沉气流对CEF加强起决定作用。

东半球夏季低空越赤道气流的年际变化

利用1948—2006年NECP/NCAR的风场、高度场、海平面气压场以及地表温度再分析资料,采用相关分析、合成分析及回归分析等方法,探讨了东半球夏季低空越赤道气流的年际变化特征以及越赤道气流强度与环流系统和前期海陆热力差异的关系。结果表明,越赤道气流强度的年际变化和同期南北半球低纬环流系统,特别是亚澳大陆气压差关系密切。此外,索马里急流和孟加拉湾越赤道气流受海陆热力差异的影响,而东亚越赤道气流则主要受海温影响。

印度尼西亚群岛邻近海域SST对越赤道气流的影响

利用ＣＯＡＤＳ资料研究了印度尼西亚群岛邻近海域海表面温度（ＳＳＴ）的季节变化特征，并根据热带大气扰动量的低阶模式，分析了印度尼西亚群岛邻近ＳＳＴ的季节变化对越赤道气流季节变化的影响。研究结果表明：印度尼西亚群岛邻近海域年平均ＳＳＴ基本上关于赤道对称分布，最高温度出现在赤道附近；由于南海ＳＳＴ冬季较低，冬季（北半球）ＳＳＴ的经向差最大值（大于２℃）出现在１１０°Ｅ附近；夏季（北半球）最大经向温差出现在１３０～１４５°Ｅ和１１０°Ｅ附近，它有利于１０５°Ｅ越赤道气流的形成和维持。