东亚冬季风指数研究进展

概述了东亚冬季风指数研究的一些进展,重点介绍了中国气象工作者有关这方面研究及其应用的一些成果.将东亚冬季风指数分为海陆差异类、高压特征类、风场特征类、环流特征类和综合类5类.指出①海陆差异类指数一般在反映对中国大陆同期气温影响方面在沿海较好,适当调整表征海、陆的经线位置,可望在其影响的描述效果上有更好的表现.另外,此类冬季风指数对南北向的海陆差异方面一般考虑得不多.②高压特征类指数对中国大陆冬季气温的变化有最好的反应能力,但仅考虑高压的特征的绝对变化,可能会对冬季风的影响反映得不够全面.③环流特征类指数一般仅考虑东亚大槽的强弱变化,综合其他关键区域的变化特征,可能更有利于对冬季风变率的描述.④风场特征类指数在经向风范围的选取上由低纬度区域向中高纬度扩展,其应用的范围可能更为广泛.⑤东亚冬季风是一个复杂的气候系统,系统考虑低层风场、对流层中层环流形势、地表气温、地面气压场及海陆差异等综合特征的指数研究应受到更广泛的关注.⑥由于东亚冬季风异常存在明显的地域差异,考虑到冬季风成因的复杂性,及不同因子对区域气候影响的贡献程度不同,分区研究也应是指数研究的一个方向.⑦鉴于东亚冬季风主要源于西伯利亚高压,因此对冬季风源地强度、面积、地理位置等特征的表述形式研究也应引起足够重视.     

春季海陆热状况异常与东亚夏季副热带季风活动的相关分析

利用1951-1998年NCEP/NCAR再分析月平均资料及中国国家气候中心160个气象站1961-2000年降水量资料,对25°N-40°N的4个纬度东亚夏季风ISMφ指数与春季全球地表(2 m)平均温度场进行了相关分析,选取显著相关区域定义了春季海洋热状况异常指数,进一步分析其与夏季风ISMφ脚指数、中国7-8月降水量的相关关系.结果表明①春季全球地表平均温度场与30°N,117.5°E和35°N,117.5°E的ISMφ指数相关显著,海洋区域为典型显著相关区,而与低纬度25°N,117.5°E和中纬度40°N,122.5°E的ISMφ指数相关不显著;②北太平洋黑潮区、东澳大利亚暖流区及Nino3区的海表温度异常为夏季副热带季风活动强弱的重要前期信号场;③定义了2个春季热状况异常指数,与东亚夏季副热带季风尤其是中纬度ISMφ指数相关较显著,当前春海洋热状况异常指数,Is1较大时,与中国夏季7-8月降水场呈自北向南的"-、 、-、 "相关波列,中国华南、华北、东北地区南部7-8月季风降水量稍多,长江流域及东北北部地区降水量稍少.     

东亚夏季副热带季风活动范围研究进展

东亚夏季副热带季风(EASSM)的活动范围和强度对中国大陆的中东部、日本、朝鲜半岛和西北太平洋地区的降水有重要影响.综述东亚夏季副热带季风活动范围研究成果,分析东亚夏季副热带季风活动范围变化的可能原因,对今后如何进一步开展这方面研究提出了一些建议,这对于东亚夏季副热带季风的进退、季风边缘带的气候变化、中国北方干旱化和生态环境的演变等科学问题的研究都有借鉴作用.季风活动的范围是一个动态区域,东亚夏季副热带季风活动的边界可用其活动所能到达地区的概率来划分.东亚夏季副热带季风活动的范围和边界的变化不仅与热带季风向北爆发的强弱有关,还与极地和中高纬度的环流系统,以及青藏高原对季风的动力、热力作用都有密切的关系,今后应加强这方面的研究工作,尤其要加强定量描述东亚夏季副热带季风变化的研究工作,这将有助于进一步科学界定东亚夏季副热带季风活动范围.     

春季东亚高空西风急流变异与东亚夏季副热带季风活动遥相关特征

利用1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料,计算了200 hPa纬向风的方差场,定义了春季东亚对流层上层(200 hPa)的西风急流指数JEAS,分析了其与东亚夏季副热带季风强度指数ISMφ的相关关系.结果表明①JEAS主要反映出春季东亚高空西风急流的强度和东西方向位置的变化,并且与东亚夏季副热带季风存在显著的负相关,当西风急流发生强(弱)的异常时,预示东亚夏季副热带季风在30°N-35°N的江淮流域地区活动偏弱(强);②JEAS与南印度洋经北太平洋至东太平洋地区的夏季200 hPa速度势场呈准大圆路径" 、-、 "显著相关波列,当西风急流偏强(弱)时,一般对应着夏季北太平洋地区的加热场偏强(弱);③西风急流强(弱)的异常,与500 hPa夏季西北太平洋副热带高压在30.N以北的西太平洋地区活动减弱(增强)对应;④当西风急流强时,将强迫出滞后3个月的850 hPa风矢量场的主要分布特征是,亚洲大陆为反气旋性环流,东亚沿岸出现明显的南风负异常,东亚夏季副热带季风较常年弱,反之东亚夏季副热带季风强.     

多种东亚冬季风指数及其与中国东部气候关系的比较

利用NCEP/NCAR再分析资料及气温和降水观测资料,对比分析了12种不同定义的东亚冬季风(EAWM)指数及其与中国东部冬季温度和降水的关系。结果显示:多数EAWM指数具有较好的一致性,同时也存在差异,体现了不同定义的指数反映东亚冬季风整体性和局部性特征的侧重点有所不同。有10个EAWM指数均反映出近60年东亚冬季风呈减弱趋势,尤其是近30年最为明显,平均减弱速率达-0.25σ/10a,各指数均有强烈的年际变率和年代际波动。有10个(8个)EAWM指数与我国东部冬季温度(降水)第1模态呈显著负相关;其中西伯利亚高压指数对冬季温度年际变率方差解释率最高(53.3%),而对降水年际变率方差解释率最高的是对流层中高层东亚经向风指数(50.4%)。此外,不同EAWM指数与温度和降水的对应关系在El Niňo状态、La Niňa状态有不同的变化,表明在利用单个EAWM指数监测冬季气候时,要考虑到各个指数在ENSO不同状态下具有的差异性参考意义。     

初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常关系

应用1979-2011年NCEP/NCAR再分析资料和陕西地面月降水资料,分析计算东亚初夏季风强度指数和陕西降水距平一致率,采用统计相关分析方法分析初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常的统计关系,并采用合成分析方法讨论了初夏强(弱)东亚季风年陕西多雨(少雨)的大气环流特征。结果表明:初夏东亚季风偏强,陕西易多雨,且陕北、关中比较显著,而初夏东亚夏季风偏弱,陕西易少雨,偏少的程度陕北北部最明显;初夏东亚季风偏强时,欧亚中高纬度距平场自西向东呈"+-+"的波列分布,环流场中乌拉尔山长波脊偏强,贝加尔湖到巴尔喀什湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,相应的对流层低层青藏高原东侧为偏南距平风,而华北为弱偏东距平风,在西北地区东部形成了距平风的气旋性切变,有利于该区域初夏多雨;初夏东亚夏季风偏弱时,欧亚中高纬度距平场距平自西向东呈"-+-"的分布,中亚长波脊强盛,西太平洋副热带高压偏弱且位置偏东。陕西主要受中亚高脊前西北气流控制,陕西初夏多晴热天气,易少雨;但初夏东亚季风偏弱时,东亚中纬度盛行平直西风气流,西风锋区位于40°N附近,西太平洋副热带高压位置偏西偏南,青藏高原位势高度偏低,并多短波槽或低值系统活动,陕西初夏受西风带系统和高原东移的低气压系统影响,陕西大部易多雨。     

东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系

利用1951-2006 年6-8 月NCEP/NCAR 的500 hPa 高度场、850 hPa 高度场和风场、降 水率和海平面气压以及全国600 多站的降水量资料, 选择东亚-西太平洋地区(10^o-80^oN, 70^o-180^oE) 经9 点高通滤波、EOF 分析、合成分析和其它统计诊断手段, 研究了东亚夏季风的年际变化及其与环流和降水的关系, 得到如下的结论: 1. 东亚-西太平洋地区海平面气压 存在着蒙古低压和西太平洋高压之间纬向的偶极子振荡型(APD), APD 指数可以作为东亚夏季风强度指数; 2. 东亚-西太平洋地区500 hPa 高度距平EOF 的第一模态具有明显经向东亚遥相关型特征(EAP)。EAP 指数也可以作为东亚夏季风强度指数。3. APD 指数与500 hPa (或 850 hPa) 的东亚遥相关型关系密切。APD 指数和EAP 指数存在明显的反相关关系, 它们之间的相关系数为-0.23, 已超过了10%显著检验; 4. APD 指数和EAP 指数都和我国汛期降水、东亚-西太平洋降水率关系密切, 超过5%显著性的相关区主要在长江流域以南地区至日本南部海面一带, 前者为正相关, 后者为负相关。     

亚洲季风与中国干湿、农牧气候界线之关系

基于中国553个气象站点1958~2000年日降水量资料、北方295个气象站点同期(20(cm)蒸发皿资料,界定出半干旱区和农牧交错区各自的范围。利用东亚夏季风强度指数(1951~1995年)与印度夏季降水量(1951~1998年)资料, 分析了半干旱区和农牧交错区东南-西北界10年际空间变化与亚洲夏季风的关系。近50年中国干湿、农牧气候界线的动态变化是影响中国的季风环流强弱作用在空间上的实物表现, 季风环流的强弱变化控制着气候界线空间摆动的范围与方向, 其年代际变化是中国干湿、农牧气候界线呈现出年代际变化特征的根源。分析显示, 在现代情况下, 农牧气候界线位置的空间摆动主要反映人类生产活动强度的强弱差异, 人为因素起主导作用。     

近159 年东亚夏季风年代际变化与中国东部旱涝分布

利用1850-2008 年我国东部地区90 个测站的旱涝等级和北半球夏季海平面气压格点等资料,使用BP 典型相关等方法,分析了近159 年旱涝等级与东亚夏季海平面气压的耦合相关关系。利用关键区域的海平面气压资料,定义出与我国东部旱涝分布有密切联系的东亚夏季风指数,在此基础上分析了东亚夏季风年代际变化对我国东部旱涝分布的影响。结果表明：(1) 近159 年中国东部旱涝具有4 种典型空间分布型,即华南与中国东部其他地区旱涝趋势相反型、黄淮地区与长江流域及其以南旱涝趋势相反型、江淮流域与中国东部其他地区旱涝趋势相反型和中国东部与西部旱涝趋势相反型。近159 年东亚夏季海平面气压场主要呈现亚洲大陆与西太平洋海平面气压强弱相反的分布特征;(2) 本文定义的夏季风指数的年代际变化与我国东部旱涝典型分布型的年代际变化有密切关系,但两者的相关关系并不是稳定不变的,存在显著的年代际位相差异,即20 世纪20 年代之前,当东亚夏季风偏强(弱) 时,长江流域以北容易偏旱(偏涝),长江流域及其以南容易偏涝(偏旱),20 世纪20 年代以后,当东亚夏季风偏强(弱) 时,长江流域以北容易偏涝(偏旱),长江流域及其以南容易偏旱(偏涝)。可见,使用较长年代资料进行考察,研究结论丰富了大多数使用近50-60 年资料的研究结果。东亚夏季风与我国东部旱涝分布之间关系的年代际位相差异,可能与东亚夏季风对太阳活动等外强迫的非线性反馈相联系     

全球季风区的定义与变化及其影响因素

从全球尺度对季风进行研究,以标准化风场季节变率(δ)和季风降水指数(MPI)这2种主要的全球季风定义方法为基础,计算出1964—2013年全球季风区平均分布,讨论了这2种结果的差异,并根据2种定义计算了全球季风指数和季风区面积时间序列,分析季风强度和季风面积的变化及相互关系。同时利用Ni■o-3.4 SST(Sea Surface Temperature)指数、南方涛动指数、太阳黑子指数以及海冰数据,使用相关分析、场分析等方法,初步探讨全球季风变化的影响因素。结果表明:(1)标准化风场季节变率定义下的季风区包含了全球大部分的季风区,主要有热带季风区、副热带季风区和温寒带季风区。季风降水定义的季风区基本覆盖了典型季风区,主要分布在热带和副热带地区;(2)在全球尺度上,季风强度和季风面积具有显著年际变化特征,且在1978—2013年间,全球季风强度呈减弱趋势,全球季风面积趋势则相反;(3)全球季风强度变化与Ni■o-3.4 SST指数和太阳黑子指数以及喀拉海、巴伦支海海域的海冰密集程度存在正向变化关系,与格陵兰海、楚科奇海海域的海冰密集程度呈负向变化关系。