2001-2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料, 分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均, 季节变化明显, 除冬季外, 沿祁连山存在一条"湿舌". 水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送. 高原上的水汽输送, 北部来源于西北气流, 南部为西南气流, 但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右, 高层水汽输送更加重要. 占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一, 而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素. 在水汽输送能力最强的夏季, 纬向水汽输送最强的高度出现在600 hPa左右高度上, 而径向强输送集中于600 hPa以下103° E以东的高原东侧.     

青藏高原春季地表感热加热特征及其对黄河源区 汛期降水的影响

利用NCEP再分析资料分析1961～2017年青藏高原春季表面感热和黄河源区汛期降水的时空变化和相应的环流场异常,并对二者的可能联系进行讨论。结果表明:春季高原中东部表面感热年代际震荡明显。当春季高原感热异常偏强(弱)时,索马里越赤道气流异常偏强(弱),印度夏季风偏强(弱),对流层中层的"南冷北暖"温度梯度异常偏强(弱);黄河源区汛期降水年际变化主要表现为全区一致型,降水异常偏多(少)年,高原季风低压偏强(弱),经向水汽输送偏强(弱),新地岛南部的高度场偏低(高),亚洲区域极涡强度偏强(弱)。印度夏季风是春季高原表面感热与黄河源区汛期降水之间的联系纽带。     

影响中国双台风活动气候特征研究

在双台风判定客观标准的基础上提出影响中国双台风的定义:在双台风活动期间,双台风中至少有一个台风对中国大陆或2个大岛——海南岛和台湾岛之一造成降水的双台风,称为影响中国双台风。然后利用台站逐日降水资料和台风最佳路径资料,采用热带气旋(TC)降水天气图客观识别法(OSAT)和上述定义,对1960—2017年的影响中国双台风进行研究。结果表明:1960—2017年影响中国双台风共有255对,年均4.4对,占西北太平洋双台风总数的60.6%。影响中国双台风年频数表现为显著下降趋势。影响中国双台风的影响期最长可达10天,主要集中在1天、2天和3天,分别占18.8%,29.4%和24.3%。在地理分布上,影响中国双台风主要分布在112°～138°E、12°～30°N范围,频发区在菲律宾北部附近洋面;受双台风影响的年均频次和年均降水均表现为由东南沿海向西北内陆阶梯递减,主要影响区为中国的台湾岛、东南沿海和华南沿海,其中台湾岛受影响最大。进一步分析发现,影响中国双台风影响期内出现单站最大日降水当日两TC平均位置主要表现为东—西向分布,西台风和东台风正好分别位于东亚夏季风的西南风水汽通道和副热带高压西南侧东南风暖湿气流中,不仅有利于西台风从西南风水汽通道中获得水汽,而且有利于东台风向西台风的水汽输送,从而有利于西台风对中国台湾岛、东南沿海和华南沿海造成的强降水。     

西北地区大气水汽的区域分布特征及其变化

对西北地区大气水汽的区域分布及变化特征进行了分析.结果表明:受不同气候系统影响的西北地区可划分为西风带、高原区与东亚季风等3个气候影响区,水汽沿西北、西方与西南3条路径输送到西北地区;东亚季风区是西北大气可降水量和水汽通量的最丰富区,西风带区是次之,高原区最少.平均状况下,高原区的边坡、东亚季风区、天山及祁连山等西北地区降水最大和次大中心维持水汽的辐合状态.西风带区在1978年以前净水汽通量呈“亏损”状态,之后维持“盈余”;高原区净水汽通量一直为“亏损”状态;东亚季风区90年代以前净水汽通呈“盈余”状况,其后基本维持平衡,且数值远大于其它区.西风带区降水和大气水汽在变化过程中均有突变发生,时间分别为1990年和1985年,其它两区没有突变现象发生.     

中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送

分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据.分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关.变化趋势表明西风的作用在加强.     

淮河流域致洪暴雨的异常水汽输送

为了从多方面提取对致洪暴雨有指示意义的异常信息,进一步提高对致洪暴雨的判别能力,利用Box-Cox变换将信号场方法引入致洪暴雨水汽条件气候异常的诊断,并具体分析了2003年、2005年和2007年淮河流域致洪暴雨850 hPa水汽通量场的气候异常特征。结果表明:淮河流域致洪暴雨期间,850 hPa经向水汽通量信号场105°E~125°E易形成以淮河流域为中心南正北负的双极型配置;850 hPa纬向水汽通量信号场低纬的显著信号反映出各条水汽输送通道的相对重要性因致洪暴雨而异。     

中国冰川积累与水汽来源补给分析

利用冰川编目数据和NCEP/NCAR再分析资料, 对中国及周边地区水汽通量、中国冰川地理分布情况、大气环流途径和降水分布进行分析, 发现中国冰川水汽来源复杂, 不同地区各季节存在不同的大气环流控制. 这说明不同地理位置的冰川所指示的气候信息是不同的, 大约以30° N和100° E为界, 中国西北部主要受西风环流影响, 冰川发育的水汽主要源于西风环流. 以横断山脉为界, 横断山脉以西, 即30° N以南和100° E以西的区域, 主要受印度季风控制, 冰川发育水汽主要源于印度洋、阿拉伯海和孟加拉湾; 横断山脉以东区域, 受东亚季风控制, 冰川发育水汽主要来源于太平洋和南海; 横断山脉、念青唐古拉和青藏高原东部地区受印度季风和东亚季风共同控制, 冰川发育水汽主要来源于孟加拉湾和南海. 不同地区冰芯积累量的变化与该地区夏季季风环流指数的变化具有较好的一致性.     

区域西风指数对西北地区水汽输送及收支的指示性

利用1951-1999年NCEP/NCAR(2.5°×2.5°)再分析逐月资料,分析了我国西北地区的水汽输送和收支的平均状况.结果表明: 我国西北地区的水汽输送主要集中在夏季,西风气流是西北地区水汽输送的主要载体,大西洋、北冰洋、黑海和里海是西北地区水汽输送的主要源地;西风气流输入到西北地区的大部分水汽继续向东扩散,最后从东边界输出.选择夏季,根据设计的区域西风指数研究了区域西风指数对西北地区水汽输送以及收支的指示性,经检验,区域西风指数对西北地区的水汽输送和收支有良好的指示性,夏季区域西风指数异常强(弱)年份西风气流输入西北地区的水汽量大(小),同时水汽净收支大(小),有(不)利于降水的形成.     

青南高原汛期降水异常与水汽输送

根据地面气象站观测资料,分析1961-2004年青南高原汛期降水变化的区域特征,并依据NCEP/NCAR再分析资料分析了典型多雨和少雨年份的大气水汽输送.研究表明: 青南高原汛期降水变化的区域性较强,其东北部、西部和中南部变化形势差异显著,各区典型异常年份出现的时段和频率以及对应的水汽来源不同.其中,来自赤道西太平洋的水汽输送是青南高原东北部地区汛期降水的主要来源,而西北冷空气是降水形成的重要促进因素;西部地区汛期降水主要受到来自孟加拉湾水汽输送和西风水汽输送的影响,同时欧洲东部和西西伯利亚地区阻塞高压活动对其亦有一定影响;中南部地区汛期降水主要来源于西南季风的水汽输送,此外也受到欧亚中高纬环流形势的影响.     

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明: 自2009年10月底东亚冬季风建立以来, 至2010年春季, 东亚冬季风强度持续偏强, 加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南, 西南地区长期受副高控制, 气温持续偏高, 加之冷空气虽然总体偏强, 但主要控制我国北方地区, 造成冷暖空气在西南地区少有交汇, 致使降水偏少, 干旱发生发展. 印缅槽强度较常年偏弱, 来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足, 向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多, 加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来, 长期处于下沉运动的正距平区, 造成这段时间西南地区干旱少雨, 旱情持续. 2009年9月El Niño事件全面爆发, 南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场, 该反气旋流场较常年偏西偏南, 造成副高位置偏西偏南, 从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响, 进而影响西南地区降水, 其内在机制还有待深入研究.     

Aerosol’s Impacts on the Indian Summer Monsoon and the East Asian Summer Monsoon:An Overview

India Peninsula and East Asia are high aerosol loading regions as well as major regions influenced by Asian monsoon. The changes of monsoon intensity and precipitation have great influence on economy, especially agricultural production of monsoon regions. There are many researches of impacts of aerosol on Indian monsoon, which have achieved many comprehensive progresses. Earlier researches show that atmospheric brown cloud caused negative radiative forcing and weakened the warming induced by greenhouse gases. Current researches show that absorbing aerosol enhanced the Indian monsoon and increased rainfall in pre-monsoon season, while the scattering effect of aerosol weakened the Indian summer monsoon and the East Asian summer monsoon and rainfall in monsoon season. Due to so many factors affecting the monsoon, researches of aerosol impacts on monsoon become more complex. Thus, these results remain uncertain. This paper reviews previous researches and generalizes the mechanisms of impacts of aerosols on Asian monsoon. By comparing the East Asian summer monsoon with the Indian summer monsoon, we discussed deficiencies of the prior researches, and pointed out the direction for future researches about the impact of aerosol on the Asian summer monsoon, especially on the East Asian summer monsoon.     

东绒布冰芯净积累量与印度夏季风降水的关系

珠穆朗玛峰东侧东绒布冰川积累区的降水主要是由印度夏季风环流带来的.根据东绒布冰芯记录恢复的净积累量与印度中北部和印度半岛东部地区的夏季风降水量具有基本一致的周期, 三者有着较好的相关性, 因此可以通过冰芯净积累量来反映更长时间序列印度某些地区夏季风降水量的变化趋势.东绒布冰芯净积累量的相对变化幅度大于印度夏季风降水量的变化, 表明高海拔地区的降水比低海拔地区具有更高的敏感性.     

Climatological Characteristics of the East Asian Winter Monsoon Simulated by CWRF Regional Climate Model

Based on the ERA-Interim atmospheric reanalysis data from the European Medium-Term Weather Forecast Center from 1979 to 2016 and the ERSSTv4 sea surface temperature data from the US National Oceanic and Atmospheric Administration, the regional climate model CWRF was used to simulate the climate characteristics in East Asia. The results show that the CWRF model can well reproduce the average characteristics of the East Asian winter monsoon circulation, including the location and intensity of the low-level continental cold high pressure and variation characteristics of wind field in high and low levels. The occurrence area and frequency of the north wind in the simulation and the reanalysis data were further calculated and compared. It is shown that they are basically consistent. The distribution of air temperature and precipitation over China are well represented by the model. The water vapor transport is also in good agreement with the reanalysis data. The water vapor from the Bay of Bengal plays a vital role in the precipitation over South China. The simulation results of apparent heat source and apparent moisture sink show that the model can well simulate the thermal difference between the East Asian continent and the adjacent sea area. The analysis results indicate that CWRF model has the ability to simulate the main characteristics of the East Asian winter monsoon.     

Interdecadal Relationship between the East Asian Summer Precipitation and Global Sea Surface Temperature Anomalies

This study investigated the decadal relationship between the East Asian (EA) summer precipitation (EASP) and global sea surface temperature anomaly (SSTA) patterns. Maximum covariance analysis (MCA) was used to identify the coupling relationship between EASP and global SSTA. Four leading coupling modes were identified by MCA and they explained 27.7%,12.5%,8.9%,and 7.3% of the total variance, respectively. The spatial pattern of EASP of the first leading mode exhibited more-than-normal precipitation in most regions of EA. The second mode of EASP depicted a north-south “-+-” tripole pattern. The third one showed a “wet south and dry north” pattern, and the fourth mode exhibited a north-south “+-+” tripole pattern. The four coupling modes were suggested to be modulated by the global warming, Pacific Decadal Oscillation (PDO), Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), and North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), respectively.The atmospheric processes and mechanisms underlying such modulations were also investigated. In the first coupling mode, global warming was favorable for increasing water vapor and precipitation over most parts of EA. In the second mode, PDO weakened the EA summer monsoon circulation, and it decreased precipitation in northern and southern EA regions and increased precipitation in the central EA region. The third mode was affected by AMO, which displaced the EA trough southward and weakened the convective activity over the northern EA region, thus leading to deficient precipitation in northern EA region. In the fourth mode, the EA summer monsoon was strengthened by NPGO, thus increasing precipitation in the northern and southern regions and decreasing precipitation in the central region.     

近千年来三个气候特征时期东亚夏季风的模拟对比

利用全球海气耦合气候模式ECHO-G的近千年连续积分资料,选取与降水关系较好的东亚夏季风指数,对不同气候特征时期的东亚环流及季风影响因子进行了探讨.结果表明用海陆热力差异定义的东亚夏季风指数Isun在年际尺度上较好地体现了长江流域及华北地区降水的变化,而利用850 hPa纬向风场定义的指数Iwang在年代际尺度上较好地体现了长江流域的降水变化.从不同气候特征时期的环流来看,中世纪暖期夏季风最强,东亚大陆降水明显偏多,现代暖期夏季风较之有所减弱,而小冰期则是夏季风最弱的时期,东亚大陆的降水明显偏少.不同气候特征时期夏季风指数与海温的相关表明,ENSO事件对东亚夏季风的影响在现代暖期有所增强,而与外部强迫因子的相关揭示出中世纪暖期有效太阳辐射变化是影响东亚夏季风变化的主要因子,现代暖期则是温室气体对夏季风的影响更重要.     

东亚和南亚夏季风对中国季风区径流深影响

为揭示中国东部季风区径流深对东亚和南亚夏季风变化的响应规律,建立了八大流域VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型以及应用了Mann-Kendall和局部加权回归分析(Locally Weighted Scatter Plot Smoothing, LOWESS)相关性检验方法,并分析了径流深系数空间变化情况。结果表明:东亚夏季风与径流深显著性相关范围要明显大于南亚夏季风,主要位于长江流域以北和松花江流域以南的广大地区以及华南部分地区,并分别成正相关和负相关;而南亚夏季风与径流深显著性正负相关的区域则分别位于华南地区及长江流域上游部分地区。此外,季风区径流深系数空间差异明显,易产流区主要位于长江流域及东南沿海地区,而黄河及海河流域则产流较难。因此,对东亚及南亚夏季风的研究可为预测中国东部不同地区的水文过程及水资源变化提供重要的科学参考。     

Dynamic Relationship Between Entrainment Rate and Summer Monsoon in the Transition Area of Monsoon in the East of Northwest China

Entrainment rate refers to the ratio of surrounding air quality to air quality involved in rising unit distance, including turbulent entrainment and dynamic entrainment, which are applied to the boundary layer parametrization of convective clouds, the improvement of numerical model, the observation of cloud droplet spectral dispersion and the study of tropical cyclones.Based on the daily data at 07:00 and 19:00 every 10 m of five stations such as Minqin, Yuchong, Pingliang, Yinchuan and Yan'an from May to September during 2006-2016, combined with the daily observation data on the ground, the Entrainment Rates(ER) of different heights were calculated, and the relationships between ER and height in different regions, precipitation as well as monsoon during the monsoon period were further obtained. The main results were as follows:\mathrm{①} The ER was proportional to air temperature and saturated water vapor pressure, but inversely proportional to relative humidity. The relative humidity threshold of cloud was 65%. The higher the relative humidity threshold was, the lower the cloud height of different orders of precipitation was, and the cloud height was higher with the increase of rainfall. \mathrm{②}ER had obvious diurnal changes and regional differences: It was obviously smaller at 07:00 than at 19:00 from ground to 3 km, which weakened with the increase of height in the near surface , but strengthened with the increase of height above 500 m; From small to large, the monsoon affected area, the monsoon swing area and the non-monsoon area were in turn, and there was no regional difference above 3 km. \mathrm{③} ER was closely related to the intensity and property of precipitation in monsoon period. The ER weakened with the enhancement of rain intensity from near ground to below 600 m, but strengthened with the enhancement of rain intensity from 500 m to 2~3 km.From near ground to below 700 m, the ER of stable precipitation was strong, but that of convective precipitation was strong above 700 m. The convective precipitation had big saturated water vapor pressure and strong ER , while the stable precipitation had big saturated water vapor density, rich water vapor but weak ER. \mathrm{④}The relationship between ER and monsoon as well as its duration: From no monsoon to monsoon ER was weakened, the strongest maximum height was also decreasing. There was no significant difference in the duration of ER between the non-monsoon area and the monsoon affected area, but the longer the monsoon swing area lasted in the near ground layer, the smaller the ER was, while the opposite was at 1~2 km in the high altitude. \mathrm{⑤}The relationship between ER and the APO monsoon intensity index showed that: At 07:00, the ER strengthened with height from near ground to below 800 m, but weakened with height above 800 m,and the monsoon intensity was not related to the ER. At 19:00, the ER strengthened with the height near ground but weakened with the height above 300 m, and the stronger the monsoon was, the smaller the ER was. The ER weakened with the decrease of boundary layer height.     

冲绳海槽千年来陆源物质输入历史与东亚季风变迁

为解决近1000年以来东海沿岸地区气候演化及其对南冲绳海槽陆源物质输入的影响, 对取自南冲绳海槽的MD05-2908孔上部(0~810cm) 共78份孢粉样品和199份有机碳同位素样品进行了分析.结果显示, 近1000年以来南冲绳海槽陆源物质输入存在着显著波动, 其中1100~1040aBP、960~880aBP和800~480aBP期间, 陆源物质输入比例增加; 1040~960aBP和480~230aBP期间, 陆源物质输入比例减少.将陆源物质输入指标与陕西佛爷洞δ13C含量记录对比分析, 发现陆源物质输入比例变化与季风的变化密切相关.当夏季风减弱时, 导致降雨带长时间集中在南部地区, 增强的降雨量提高了风化剥蚀以及沉积物向海洋搬运的能力, 使得陆源物质供应量增加.      

过去2000年东亚夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

利用地球系统模式CESM过去2 000年气候模拟试验结果,探讨了在百年尺度上东亚夏季风降水的时空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、区分外强迫因子对东亚季风的影响有着重要的科学意义。研究表明:1东亚夏季风降水与温度基本同相变化,降水存在准100年、准150年和准200年周期。2降水标准化EOF第一模态为由北向南"负—正—负—正"的条带状空间分布,而EOF第二模态基本为全区一致的分布型态。3东亚夏季风降水准100年周期主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的共同影响;准150年周期主要受太阳辐射的影响;准200年周期主要受太阳辐射和火山活动的影响。东亚夏季风降水在温带地区主要受温室气体和土地利用/覆盖的影响;在副热带地区主要受太阳辐射和火山活动的影响;在热带地区主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的影响。     

同步变化的东亚季风和印度季风:来自年层石笋氧同位素的证据

印度季风和东亚季风是亚洲季风的两个子系统.现代器测数据和地质历史重建记录均证明两个季风在季节和轨道尺度上具有相同的特征.然而,在年一年代际尺度上,两者的相互关系尚不清楚.笔者通过比较两个分别来自印度季风区(阿曼Defore洞)和东亚季风区(中国和尚洞)的超高分辨石笋氧同位素序列,研究780 a以来印度和东亚季风变化及其相互作用.阿曼石笋氧同位素记录印度季风的变化,而和尚洞石笋δ18 O则是东亚季风变化的指示器.笔者发现,在年代际尺度上阿曼石笋和中国石笋具有相同的氧同位素组成变化特征,同时反映了亚洲季风的强弱变化,表明了印度季风和东亚季风变化是同步的.