大气变率

• Fang&Yang, 2016, Structure and dynamics of decadal anomalies in the wintertime midlatitude North Pacific ocean–atmosphere system
• Liu et al, 2020, Seasonal evolution of the intraseasonal variability of China summer precipitation

Fang&Yang, 2016, Structure and dynamics of decadal anomalies in the wintertime midlatitude North Pacific ocean–atmosphere system

自20世纪90年代中期以来，一系列观测研究发现了大气和海洋中纬度年代际变率的存在，例如北太平洋 Pacific Decadal Oscillation (PDO)，北大西洋 North Atlantic Oscillation (NAO)。冬季，大气和海洋的年代际变率的时空模态的相关非常好。在年代际尺度上，与大尺度SST异常有关的大气环流异常在垂直方向呈现出准正压结构，在冷水上有低压，暖水上空对应高压。这种年代际变率对大尺度气候异常有重要影响，尤其是东亚。因此，年代际气候变率机制成为气候动力学研究的焦点。

中纬度上层海洋的典型时间尺度长达10年，因此一般认为中纬度的海气相互作用是年代际气候变化的可能来源。在上一个年代际中，一系列观测、理论分析和GCM模拟都表明：热带外SST不仅受大尺度大气环流的影响，同时也会对其有反馈影响。大气对中纬度海洋的影响已被广泛研究。普遍认为中纬度海温异常主要是由大气通过海气热通量及上层洋流响应导致的。气候的年代际变率受海洋上层缓慢调整过程影响，而该调整过程主要由大气强迫驱动。这些调整过程包含海洋涡旋、下沉、海洋Rossby波传播。然而，中纬度海洋如何影响大气依然是一个未解之谜。大气对海温异常的响应在不同的简单或复杂模式中都不太一样。有些响应是正压的，在暖洋面上是高压（同观测），或是低压，另外也有一些斜压响应。Frankignoul(1985)认为这些模式差异或许可以归因于由SSTA引起的大气加热和冷却异常的不同分布。Peng等人(1997)和Peng and Whitaker(1999)前人认为大气对中纬度SSTA的响应非常依赖于模式对气候平均态及瞬变涡旋反馈的精确模拟。因此理解中纬度海洋影响大气的机制，尤其是理解瞬变涡旋的作用依然是一个未解之题。

中纬度大气有很强的斜压性和内部变率，伴随急流和风暴轴的瞬变涡旋（TE）发展强烈。天气尺度TE可以在大气中输送热量和动量，进而重新分配热量和动量。此外，风暴轴区域和强TE活动与中纬度海洋锋区域很好耦合。近几年，用高分辨率卫星的观测研究与用高分辨率GCM的数值研究都表明与中纬度海洋锋有关的SSTA可以影响除边界层外的时间平均的大气环流。因此，TE不仅在驱动和维持中纬度大气环流中起到重要作用，也在中纬度海洋热力状况影响大气中扮演主要的动力过程。

该研究旨在研究中纬度海气相互作用在北太平洋冬季年代际变率中的作用。焦点聚焦于与中纬度SSTA有关的海洋锋变化如何通过热力和动力强迫（包括直接的非绝热强迫，间接的TE强迫）影响大气。不同大气强迫对大气环流响应结构的形成的相对贡献也进行了定量分析。提出了中纬度地区海洋-大气不稳定相互作用的假说。该假说强调了由海洋锋变化引起的异常大气TE强迫的作用。

文章结构安排如下。第二部分介绍了使用的数据。第三部分研究了冬季中纬度北太平洋年代际变率的典型结构及其空间配置。第四、五部分分别研究了大气对海洋的强迫过程以及大气对海洋的响应过程。第六部分提出了一个可能的不稳定海气相互作用机制来解释北太平洋中纬度观测到的年代际异常

Liu et al, 2020, Seasonal evolution of the intraseasonal variability of China summer precipitation

季节内变率ISV是次季节气候预报的主要来源。最近，美国西部降水和气温的次季节预报的提升可能是由于加入了季节循环的影响，表明考虑ISV季节循环的信息有利于次季节预报的提升。因此，该文研究了区域ISV是否具有显著的季节演变。

作为拥有世界上最多人口的国家，中国受到最强夏季风系统之一的影响。季风变率对其气候和天气，例如洪水、干旱、及其他极端气候、生活环境有重要影响。研究中国夏季降水ISV对次季节预报和水资源安全减灾具有重要意义。

位于热带和中纬度之间，中国的ISV同时受到热带和热带外环流异常的影响，例如热带北半球季节内振荡、准双周振荡、中纬度波列。

长江中下游的降水存在显著的准双周和21-30天振荡。前者主要由上层向东南移动的中纬度波列引起，而后者则主要与中底层纬向移动的西太副高振荡有关。长江流域的大量极端天气事件都是由该区域的ISV引起。在北半球夏季季节内振荡的第二模态的湿位相期间，长江流域和华南地区极端降水概率增加40%。长江流域7月8月55%的热浪事件与中纬度和热带波列引起的底层反气旋异常有关。

中国东南地区降水在12-30天周期上有显著振荡，该振荡在6月时的振幅最大。中国东南地区ISV的湿位相由副热带底层WNP反气旋异常及中国东北地区高层反气旋异常引起。在北半球季节内振荡第一模态的湿位相中，中国东南地区极端降水概率增加35-45%。

TP区域夏季降水也主要由准双周振荡控制，该振荡与源于夏季AO的东南向传播的非定常波列、西北/向北传播的底层热带波列有关。这些关于中国夏季降水ISV的研究都关注于有不同主导模态的不同区域。目前还不清楚整个中国夏季降水的主要ISV模态。

东亚夏季风通常表现为明显的逐步向北和东北移动，有两次向北的突然跳跃和三个静止周期，分别是5月初到中旬的华南雨季（夏季前期）、5月下到7月中在长江流域和日本的梅雨期、7月下到8月初的华北降水。EASM的北进常被认为与气候态季节内振荡的位相转变联系。

由于EASM的北进，有必要研究中国夏季降水ISV的季节演变。Yang et al.(2014)蒋东亚12-20天变率空间分布和传播路径在夏季前期和后期的变化归因于气候态的突变，包括西风急流、南亚高压和西太副高的北进。Wang et al.(2015)发现中国南海的准双周振荡在夏季前期源于日本东部，夏季后期源于菲律宾东部。对于整个中国夏季降水ISV的主要模态，尚不清楚其是否存在显著的季节变化，如果存在，其潜在的机制是什么。

该文研究了中国夏季降水ISV的季节演变及其潜在机制，也将关注季节演变不同阶段的潜在可预测性来源。研究发现：存在两个共同的ISV模态：中国东南地区一致的模态，中国东南沿海和长江中下游的偶极子模态。这三个模态在演变的三个阶段都有出现，只是夏季前期和后期的主要周期是8-15天，梅雨期间是8-25天。这两个模态在夏季前期向南传播，与另外两个阶段的模态独立。

在夏季前期，这两个模态只与中纬度波列有联系，由于此时弱的西北太平洋季风槽，它们在热带无前期信号。相反，在梅雨期和夏季后期，当西北太平洋季风槽变强后，热带有前期信号。在夏季后期，由于西风急流远离中国东南地区，中纬度波列的作用减弱。中国夏季降水ISV的季节选好有利于提高次季节预报系统。