亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979—2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting, OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index, TSMI)。结果表明,该指数能够很好地描述亚洲热带夏季风的年际变化和准4 a变化特征,并能够指示中国南方夏季降水的异常变化和东亚大气环流特征。强(弱)亚洲热带夏季风年,印度夏季风槽和南海夏季风槽加强加深(减弱),孟加拉湾海域一致西南风(东风)异常,越赤道急流向北输送偏强(偏弱),南海季风槽位置偏西(东),南海区域一致西南风异常,西太平洋副热带高压和南亚高压纬向位置分离(重叠),低层气流在长江流域辐散(辐合),华南地区辐合(辐散),长江中下游流域出现异常下沉(上升)运动,造成长江流域降水偏少(偏多),华南地区降水比常年偏多(偏少)。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

亚洲-太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 hPa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N~10°S,160°W~80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 hPa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 hPa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 hPa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

亚洲夏季风活动激发的北半球大气环流遥相关型

亚洲季风区是全球热力变化最为显著的区域，亚洲夏季风活动必定会对其它环流系统产生影响。本文通过夏季风指数与北半球环流的相关计算以及强、弱季风候北半球环流异常合成的分析发现，亚洲夏季风的活动会激发北半球夏季大气环流遥相关型，其主要相关中心均出现在季风区的下游地区，即从亚洲经太平洋至北美洲一带，除了表现出正负中心交替出现的波列状结构外，该遥相关型在太平洋地区还表现为一对南北向的偶极子异常型，我们将这一遥相关型称为亚洲太平洋北美（ＡＰＮ）型。     

夏季南海季风槽与印度季风槽的气候特征之比较

亚洲夏季风槽包括两大重要组成部分,即南海夏季风槽和印度夏季风槽.两个季风槽同属于热带夏季风系统,具有热带辐合带的性质.但由于所处地理位置、海陆分布、受到的影响系统不同等原因,两个季风槽有明显的异同点.利用气候平均资料分析,揭示南海夏季风槽和印度季风槽的结构特征和演变特征的异同点,有利于提高对亚洲夏季风系统的认识.作者首先讨论了结构特征方面的差异,从季风槽的对流特征、环流场配置特征、热力结构特征等方面探讨了两个季风槽的区别,分析结果表明南海夏季风槽和印度夏季风槽在结构特征方面区别不算很大,都具有热带季风辐合带的典型结构,低层辐合,高层辐散,有明显的季风经圈环流,热力结构特征均是低层偏冷,中高层偏暖.相对来说,印度夏季风槽比南海夏季风槽强且深厚.其次对南海夏季风槽和印度夏季风槽的演变的气候特征所进行的分析表明,季风槽建立时间与季风爆发时间是一致的.南海夏季风槽爆发早且突然,撤退缓慢,维持时间长;印度夏季风槽则是渐进式的爆发,撤退迅速,维持时间较短.两个季风槽的温湿演变特征也有所不同.     

亚太季风各子系统的准两年变化特征及其比较

亚太季风各子系统（南亚季风、南海季风、西北太平洋季风和东亚副热带季风）都具有显著的准两年变化周期,利用4个季风指数研究它们准两年模态振幅的演变和相关的环流变化。结果表明,亚太季风各子系统的准两年模态有明显的年代际变化,并不是一直有效地影响季风区。与亚太季风各子系统准两年变化相关的海温异常,低层风场也有不同的分布特点和演变特征。     

东亚和南亚季风协同作用对西南地区夏季降水的影响

为探究东亚夏季风（EASM,East Asian summer monsoon）和南亚夏季风（SASM,South Asian summer monsoon）相互作用及其强弱变化对西南地区夏季降水的影响,利用1979—2019年西南地区161站逐日降水观测资料和ERA-5提供的1979—2019年全球再分析资料,通过对比西南地区夏季标准化降水指数与东亚和南亚夏季风强度指数的相关,提出了东亚夏季风和南亚夏季风的4类协同作用,并分析了4类季风协同作用对西南地区降水的影响。结果表明:（1）EASM和SASM存在强EASM-强SASM、强EASM-弱SASM、弱EASM-弱SASM和弱EASM-强SASM 4类季风协同作用,其对应的协同年降水特征分别为四川盆地西部型、西南全区一致型、四川全盆地型及西南东部型。（2）强EASM-强SASM年,西太平洋副热带高压偏东偏弱,伊朗高压偏西偏弱,印度半岛东北部与中国南海存在两个气旋式环流,EASM将中国南海—西太平洋的水汽输送至西南地区,西南地区整体水汽辐合较弱,多下沉运动,降水较少,成都平原存在较明显的水汽辐合,上升运动明显,降水较多。强EASM-弱SASM年,西太平洋副热带高压偏东偏弱,伊朗高压偏东偏强,反气旋式环流与气旋式环流位于印度半岛南部与西太平洋,EASM将中国南海—西太平洋的水汽输送至西南地区,西南地区有明显的水汽辐合和上升运动,降水较多。弱EASM-弱SASM年,西太平洋副热带高压西伸与东伸的伊朗高压打通,低纬度地区无明显的环流圈,孟加拉湾西侧水汽向北输送至四川盆地,并伴有明显的上升运动,其余地区水汽辐散,气流下沉,降水较少。弱EASM-强SASM年则与强EASM-弱SASM年基本相反。      

东亚季风区夏季风强度和降水的配置关系

1979～2000年东亚地区夏季风强度和夏季总降水之间的关系被分为四种类型:A:强季风、强降水;B:强季风、弱降水;C:弱季风、强降水;D:弱季风、弱降水.通过研究不同关系对应的大气环流特征和SST异常,并分析不同要素在季风和降水关系变化中的作用,发现在季尺度上东亚季风区夏季风强度和地区同期降雨总量的关系具有多面性特征,此关系取决于环流场的整体配置,其中西太平洋副高﹑南亚高压和中高纬阻塞形式为三个起主导作用的因素.另外,海温变化对东亚季风和总降水的关系有明显的影响,尤其是北太平洋﹑印度洋和南海区域海温.合成分析结果表明500 hPa东亚异常波列和东亚夏季风强度密切相关,但波形与东亚季风区夏季总降水强弱没有明显联系.     

A Study of the Teleconnections in the Asian-Pacific Monsoon Region

The interactions among the Asian-Pacific monsoon subsystems have significant impacts on the climatic regimes in the monsoon region and even the whole world. Based on the domestic and foreign related research, an analysis is made of four different teleconnection modes found in the Asian-Pacific monsoon region, which reveal clearly the interactions among the Indian summer monsoon （ISM）, the East Asian summer monsoon （EASM）, and the western North Pacific summer monsoon （WNPSM）. The results show that： （1） In the period of the Asian monsoon onset, the date of ISM onset is two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Basin, and a teleconnection mode is set up from the southwestern India via the Bay of Bengal （BOB） to the Yangtze River Basin and southern Japan, i.e., the ＂southern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. （2） In the Asian monsoon culmination period, the precipitation of the Yangtze River Basin is influenced significantly by the WNPSM through their teleconnection relationship, and is negatively related to the WNPSM rainfall, that is, when the WNPSM is weaker than normal, the precipitation of the Yangtze River Basin is more than normal. （3） In contrast to the rainfall over the Yangtze River Basin, the precipitation of northern China （from the 4th pentad of July to the 3rd pentad of August） is positively related to the WNPSM. When the WNPSM is stronger than normal, the position of the western Pacific subtropical high （WPSH） becomes farther northeast than normal, the anomalous northeastward water vapor transport along the southwestern flank of WPSH is converged over northern China, providing adequate moisture for more rainfalls than normal there. （4） The summer rainfall in northern China has also a positive correlation with the ISM. During the peak period of ISM, a teleconnection pattern is formed from Northwest India via the Tibetan Plateau to northern China, i.e., the ＂northern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. The     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

东亚夏季风的年际到年代际变化及其与全球大气环流和海表温度的联系

The East Asian summer monsoon (EASM) underwent an interdecadal variation with interannual variations during the period from 1958 to 1997, its index tended to decline from a higher stage in the mid-1960＇s until it reached a lower stage after 1980＇s. Correlation analysis reveals that EASM is closely related with the global atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). The differences between the weak and strong stage of EASM shows that, the summer monsoon circulation over East Asia and North Africa is sharply weakened, in the meantime, the westerlies in high latitudes and the trade--wind over the tropical ocean are also changed significantly. Over the most regions south of the northern subtropics, both air temperature in the lower troposphere and SST tended to rise compared with the strong stage of EASM. It is also revealed that the ocean-atmosphere interaction over the western Pacific and Indian Ocean plays a key role in interannual to interdecadal variation of EASM, most probably, the subtropical Indian Ocean is more important. On the other hand, the ENSO event is less related to EASM at least during the concerned period.     

印度与东亚夏季风环流对ENSO及其年代际异常响应的数值研究

根据诊断分析结果,利用LAGS改进的L9R15气候谱模式,设计了3个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ENSO异常对亚洲夏季风环流的影响。研究表明不同背景的ENSO异常与亚洲夏季风活动存在密切的关系。在冷背景条件下,当ENSO处于发展时,印度夏季风偏弱,风速较小,降水量偏少。而东亚夏季风偏南气流较强,受低气压控制,有利于气流辐合,降水量偏多。在ENSO衰减期,印度夏季风仍偏弱,风速偏小,具有干旱的趋势,而东亚夏季风区大陆仍为低气压控制,风速略有减小,降水量比正常年多,而比ENSO前一年有减少的趋势。在暖背     

Interdecadal Variability of the East Asian Summer Monsoon and Associated Atmospheric Circulations

Based on the National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data from 1950-1999, interdecadal variability of the East Asian Summer Monsoon （EASM） and its associated atmospheric circulations are investigated. The EASM exhibits a distinct interdecadal variation, with stronger （weaker） summer monsoon maintained from 1950-1964 （1976-1997）. In the former case, there is an enhanced Walker cell in the eastern Pacific and an anti-Walker cell in the western Pacific. The associated ascending motion resides in the central Pacific, which flows eastward and westward in the upper troposphere, descending in the eastern and western ends of the Pacific basin. At the same time, an anomalous East Asian Hadley Cell （EAHC） is found to connect the low-latitude and mid-latitude systems in East Asia, which strengthens the EASM. The descending branch of the EAHC lies in the west part of the anti-Walker cell, flowing northward in the lower troposphere and then ascending at the south of Lake Baikal （40°-50°N, 95°- 115°E） before returning to low latitudes in the upper troposphere, thus strengthening the EASM. The relationship between the EASM and SST in the eastern tropical Pacific is also discussed. A possible mechanism is proposed to link interdecadal variation of the EASM with the eastern tropical Pacific SST. A warmer sea surface temperature anomaly （SSTA） therein induces anomalous ascending motion in the eastern Pacific, resulting in a weaker Walker cell, and at the same time inducing an anomalous Walker cell in the western Pacific and an enhanced EAHC, leading to a weaker EASM. Furthermore, the interdecadal variation of summer precipitation over North China is found to be the south of Lake Baikal through enhancing and reducing strongly regulated by the velocity potential over the regional vertical motions.     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

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、热带印度洋及热带太平洋)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和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

Interdecadal Variability of the East Asian Summer Monsoon in an AGCM

It is well known that significant interdecadal variation of the East Asian summer monsoon （EASM） occurred around the end of the 1970s. Whether these variations can be attributed to the evolution of global sea surface temperature （SST） and sea ice concentration distribution is investigated with an atmospheric general circulation model （AGCM）. The model is forced with observed monthly global SST and sea ice evolution through 1958-1999. A total of four integrations starting from different initial conditions are carried out. It is found that only one of these reproduces the observed interdecadal changes of the EASM after the 1970s, including weakened low-level meridional wind, decreased surface air temperature and increased sea level pressure in central China, as well as the southwestward shift of the western Pacific subtropical high ridge and the strengthened 200-hPa westerlies. This discrepancy among these simulated results suggests that the interdecadal variation of the EASM cannot be accounted for by historical global SST and sea ice evolution. Thus, the possibility that the interdecadal timescale change of monsoon is a natural variability of the coupled climate system evolution cannot be excluded.     

大气热源年代际异常与20世纪70年代末期东亚夏季风年代际减弱

利用1958-2001年ERA-40再分析资料计算大气热源,统计分析了亚洲季风区及其邻近海域大气热源年代际变异的典型模态;利用线性斜压干模式,模拟了夏季大气对大气热源年代际异常的响应,揭示了大气热源年代际异常与1970s末期东亚夏季风年代际减弱的关系。结果表明:近50 a来亚洲及其邻近海域夏季整层大气热源变异主要表现为年代际变化特征,其年代际位相转换发生在1970s中后期,这与东亚夏季风年代际减弱的时间一致;菲律宾附近海域和中国西南地区是与东亚夏季风年代际减弱有直接联系的两个热源异常关键区;东亚夏季风年代际减弱最直接地表现为这两个关键区热源异常的共同作用,而赤道中东太平洋、赤道印度洋大气热源增强则通过大气遥响应机制影响菲律宾附近海域低层大气环流异常对东亚夏季风变异起相反的贡献。     

The Leading Mode of Indian Ocean SST and Its Impacts on Asian Summer Monsoon

The Indian Ocean （IO） sea surface temperature （SST） was analyzed by using empirical orthogonal function （EOF）, and the leading mode of Indian Ocean （LMIO） SST was extracted. The major spatial and temporal characters of LMIO were discussed, and the relationships between LMIO with Indian summer monsoon （ISM） and with China summer rainfalls （CSR） were investigated, then the impacts of LMIO on Asian summer monsoon （ASM） circulation were explored. Some notable results are obtained： The significant evolutional characters of LMIO are the consistent warming trend of almost the whole IO basin, the distinctive quasi-3- and quasi-ll-yr oscillations and remarkably interdecadal warming in 1976/1977 and 1997/1998, respectively. The LMIO impaired the lower level circulation of ISM and was closely related with the climate trend of CSR. It was associated with the weakening of South Asian high, the easterly winds south of the Tibetan Plateau, and the cross-equatorial flows over 10°-20°N, 40°-110°E at the upper level; with the strengthening of Somali cross-equatorial jet but the weakening of the circulation of ISM in the sector of India, the strengthening of south wind over the middle and lower reaches of Yangtze River and South China but the weakening of southwesterly winds over North China at lower level and with the increasing of surface pressure over the Asian Continent. Changes in the moisture flux transports integrated vertically over the whole troposphere associated with LMIO are similar to those in the lower level circulation. To sum up, the significant SST increasing trend of IO basin was one of the important causes for weakening of the ASM circulation and the southwards shifting of China summer rainband.