Does a monsoon circulation exist in the upper troposphere over the central and eastern tropical Pacific?

考虑到赤道中东太平洋地区(CETP)具有重要的气候影响,以及显著的季节性变率,本文利用可精确描述风向变化的动态标准化季节变率(DNS)方法,分析了该区域上对流层大气环流。结果发现该区域大气环流在冬季和夏季之间存在着类似于经典季风的、明显的季节性反转现象。以此为基础本文提出了赤道中东太平洋上对流层季风的概念,将传统的低对流层季风区扩展到了上对流。     

大气环流的季节变化和季风

利用多年平均气候资料计算了全球各地和各等压面上的大气环流季节变率（即冬季和夏季环流之差或者1月和7月环流之差再除以年平均）,发现在对流层低层环流有5个很突出的季节变率极大值的区域,分别位于热带和南北两半球的副热带和中-高纬度带（温-寒带）,它们分别对应于经典所谓的热带季风区,太平洋、印度洋和大西洋的副热带高 压季节性移动区域,以及温-寒带气旋的风暴轴线区域。这5个区域也可分别称为热带季风区、副热带季风区和温-寒带季风区。季节变率带有鲜明的斜压性:在对流层低层热带季风和副热带季风虽相互连接然而仍然明显可分,但越往上,副热带季风一支就越往低纬移动,结果在200 hPa处与热带季风混合为一,形成为斜交赤道的带,和所谓的行星季风区相对应;再往上,在平流层上层,则南北两半球各在中纬度带有一完好的非常鲜明的季节变率极大值带,它们与黑夜急流的维持和崩溃有关。此外,文中还探索了各季节来临的时空分布以及年际变化等问题。     

一个新的季风指数及其年际变化和与雨量的关系

作者按曾庆存等所定义的标准化风场季节变率(和利用新的资料重新作了计算,为与国外传统的和至今大多数学者的定义一致,取δ*=δ-2＞0(即冬、夏风向差大于π/2)作为季风区,结果涵盖了迄今国内外所指出的全球所有季风区(但比曾庆存等算得的区域略为小些),尤其是热带季风区正处于冬季和夏季赤道幅合带(ITCZ)位置所夹的范围内.其后,用李建平和曾庆存建议的动态风场标准化季节变率δ*m=δm-2(δm形式上与δ相似,但依赖于年份m)作为各年季风指数,计算了各主要季风区区域平均的δ*m的年际变化,得到南亚夏季风和东亚夏季风自20世纪70年代中期起、南海夏季风自20世纪80年代起和西非夏季风自1967年起都有不同程度的长期减弱趋势,尤其以西非夏季风减弱最明显.西非夏季风指数和南亚夏季风指数与当地夏季雨量呈显著正相关,东亚夏季风指数与中国和东亚夏季雨量的空间分布有一定的统计相关结构,而南海夏季风指数则与全球各海区夏季降水和海平面气压异常有较好的大范围统计相关.     

不同地转速度对季风分布及强度影响的数值模拟

本文利用风场标准化季节变率指数来探讨不同地转速度或自转周期下,全球季风的水平和垂直分布特征以及其随自转周期的不同而发生的规律性变化,同时探讨了经、纬向风的季节反向对季风区显著分布的影响.此外,定义一个新的表征季节变化相对大小的指数来探讨不同自转周期下,风场季节变化相对于地球自转周期条件下的强度的相对大小.结果表明,在水...     

COSMIC掩星资料在青藏高原地区的偏差特征

利用2007—2013年COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology,Ionosphere,and Climate)掩星RO(Radio Occutaion)资料和欧洲中期天气预报中心ECM WF(European Centre for M ediumRange Weather Forecasts)分析资料,研究了COSM IC RO探测的大气折射率及其反演的温度和水汽在青藏高原及其周边地区的偏差特征。结果表明,在夏季和秋季,高原,西南季风区和东部平原地区,大气折射率在对流层里均存在系统性的正偏差,其中高原偏差最大,在夏季可达0. 7%。冬季和春季,大气折射率在青藏高原对流层中下部有小的正偏差,而在西南季风区和平原地区对流层中下部有明显的负偏差。温度和水汽是折射率的反演产品,折射率的正偏差对应着温度的负偏差和水汽的正偏差。因此夏季高原地区的温度和相对湿度偏差可达-0. 5℃和7%。同时,夏季在西南季风区对流层顶出现了11%的相对湿度偏差。对流层下层折射率的负偏差和低层大气多路径效应有关,折射率正偏差和大气中的云水有关。对流层顶附近的相对湿度偏差,则是由于ECMWF模式结果不精确所引入的。     

基于探空资料的北京地区大气臭氧垂直分布特征

利用2002年9月至2012年12月北京地区臭氧探空资料分析了大气臭氧的垂直分布特征,重点分析了对流层顶附近区域臭氧的季节变化与变率。结果表明:北京地区对流层臭氧的垂直分布主要表现为随高度递增的特征;臭氧的平均浓度夏季最高,冬季最低,春季和秋季相当,各季节的臭氧浓度在不同高度范围内略有差别。在对流层上层至平流层下层(8—15 km),臭氧浓度的垂直分布与平均浓度受对流层顶高度的影响显著。基于对流层顶相对高度坐标的分析表明,对流层顶下方1—3 km高度的臭氧仍保持了对流层臭氧的垂直分布特征;而在对流层顶高度附近,各季节臭氧浓度均随高度显著增加;由于垂直增速有显著的季节差异,导致臭氧平均浓度在对流层顶上方1—3 km出现明显变化。臭氧浓度归一化标准差表明:在对流层低层,大气臭氧浓度的变率在冬季最强,秋季、春季和夏季臭氧浓度的变率依次减弱;在对流层顶附近,大气臭氧浓度的变率在春季最强,冬季、秋季和夏季臭氧浓度的变率依次减弱,其中冬季和春季的强臭氧变率可能与对流层顶附近活跃的大气波动及对流层顶高度的频繁扰动密切联系。     

利用卫星大气成分资料分析夏季亚洲季风区平流层-对流层输送特征

首先利用臭氧探空资料验证了Aura-MLS卫星反演臭氧产品在青藏高原地区的可信度, 然后基于2005年和2006年夏季的数据产品确定了亚洲季风区夏季对流层向平流层的输送通道。结果表明, 青藏高原及其周边区域上对流层－下平流层（UT/LS）中, 一氧化碳(CO)和臭氧（O3）浓度散点分布大体上呈现出典型的“L”型分布, 夏季季节内变化反相关特征表现最明显的高度位于150 hPa附近。从时间变化上看, 7月份相关系数最大, 说明该月份对流层－平流层物质交换最为强烈。100 hPa高度位于对流层顶高度以上, 具有对流层特性的大气主要分布在青藏高原东南侧、 孟加拉湾、 印度半岛、 阿拉伯海以及阿拉伯半岛等区域上空, 说明该区域可能是亚洲季风区夏季对流层向平流层物质输送的一个主要通道。     

Intraseasonal oscillation of the rainfall variability over Rwanda and evaluation of its subseasonal forecasting skill

非洲中东部地区的经济主要依靠自给农业支撑,该地区农业经济对降水的变化尤为敏感.本文以卢旺达为例,观测分析指出卢旺达的次季节降雨主要集中在10-25天;根据次季节尺度降水变率的单点相关方法,发现卢旺达的次季节降水变率和周围区域变化一致;进一步合成结果显示该地区次季节降水变率与异常西风有关,这可追溯到赤道地区西传的赤道Rossby波.最后,本文评估了当前动力模式ECMWF对 卢旺达地区(即非洲中东部)次季节降水变率的预报能力,发现EC模式在对该区域降水和相关风场指数的预报技巧都在18天左右,且预报技巧表现出一定的年际差异,这可能与热带太平洋的背景海温信号有关.该工作增进了当 前对非洲中东部地区的次季节降水变率和预测水平的认知,并且对该地区国家粮食安全和防灾减灾具有启示性意义.     

ERA5再分析数据适用性初步评估

利用山东省及周边地区10个站点的地面和高空观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：再分析的海平面气压和2 m温度与实况资料的相关性明显优于2 m相对湿度和10 m风场;高空温度和相对湿度在对流层中低层的适用性要好于高层,而位势高度和风场在中高层适用性较好;海平面气压再分析与实况的相关有着最明显的季节变化,2 m温度、2 m相对湿度和10 m风速则在部分站点有较明显的季节变化,而10 m风向的相关系数更多地表现出站点之间的差异,高空要素的适用性,季节和区域差异不明显。另外,对比发现,ERA5的适用性总体上要优于ERA-Interim再分析资料,地面和对流层低层的相对湿度、风场提高更为明显。     

高低层纬向风切变的年际变率及气候学意义

用1959～1998共40年全球格点风场资料计算了200 hPa与850 hPa的纬向风速差, 即对流层纬向风切变(简称TZWS),并在此基础上得到其距平值。为了全面考察对流层中环流异常的年际变率特征, 根据TZWS的标准差分布, 文中选出了7个TZWS标准差数值大于5 m/s的代表性区域。这7个区域分别位于赤道中太平洋、赤道东太平洋、北太平洋亚热带地区、南太平洋亚热带地区、赤道大西洋、亚洲西南部以及东北部。前5个分别位于赤道、亚热带太平洋和大西洋的区域TZWS指数, 其年际变率与ENSO循环有密切联系, 反映了热带海洋温度异常对低纬度地区对流层环流的影响; 后2个区域的TZWS指数反映的是亚洲西南部和东北部的气候统变率, 在年际时间尺度上与ENSO循环有着明显的区别。通过对全球陆地降水和温度场的分析, 比较了热带、副热带的TZWS指数以及北极涛动指数的异同, 发现后2个区域TZWS指数能很好且能独立反映出北半球中高纬度地区陆地降水及陆地温度的异常模态。     

厦门能见度的准周期性变化

利用厦门机场2000～2002三年白天（08～20时）逐时能见度及相应的相对湿度、风资料，通过统计方法和小波分析，发现厦门能见度有显著的日变化、季节变化、季节内和准两周等不同尺度的变化，并且分析了这几种变化的基本特征。在每天有记录的时刻08～20时，能见度日变化明显，在清晨、傍晚最低，午后最高；能见度存在季节变化，在一年中3～5月能见度最低，这正对应着厦门的雾季，厦门地区的能见度与当地的雾关系密切；能见度还存在显著的季节内（30～60d）变化和准双周（10～20d）变化，这与东亚季风区内的大气振荡有关。     

西北太平洋与南海热带气旋活动季节变化的差异及可能原因

利用1945~2011年美国联合台风预警中心(JTWC)西北太平洋热带气旋资料,研究了南海(5°N~25°N,110°E~120°E)与西北太平洋(5°N~25°N,120°E~180°)热带气旋生成位置、生成频数、强度和持续时间的季节变化差异及其成因。从热带气旋路径穿越经度带频数的角度,探讨了ENSO对气旋活动年际变化的影响。结果表明,南海热带气旋活动显著地受季风调控。在南海冬季风作用下,1~4月热带气旋生成于10°N以南且频数较少、强度较弱,这主要是低层气旋式相对涡度和弱东风切变区偏南造成的。相反,受夏季风影响,6~9月是热带气旋生成最多、最频繁的季节,大都生成于南海北部17°N附近。在5月(10月)的季节转换期,生成位置大幅度北进(南撤)且生成频数显著增加(减少),取决于风速垂直切变及中层的相对湿度的急剧转变。11、12月两海域热带气旋生成于10°N以南主要归因于其上空中层大气相对湿度较北部偏大。在西北太平洋,热带气旋生成的季节变化没有南海显著,只在7月有一次明显的变化,7~10月是热带气旋活动的"盛期"。在强度上,西北太平洋大部分区域全年均为弱东风切变,因此热带气旋以台风为主且持续时间长;但南海多为热带风暴。ENSO事件使得不同季节热带气旋生成区域和气旋路径地理位置发生显著变化。在El Nio事件期间,穿越南海所在经度带路径频数为负距平,而西北太平洋经度带为正距平;在La Nia事件期间,情况相反。     

Responses of global monsoon and seasonal cycle of precipitation to precession and obliquity forcing

In this paper, the response of global monsoon to changes in orbital forcing is investigated using a coupled atmosphere–ocean general circulation model with an emphasis on relative roles of precession and obliquity changes. When precession decreases, there are inter-hemispheric asymmetric responses in monsoonal precipitation, featuring a significant increase over most parts of the Northern Hemisphere (NH) monsoon regions and a decrease over the Southern Hemisphere (SH) monsoon regions. In contrast, when obliquity increases, global monsoon is enhanced except for the American monsoon. Dynamic effects (caused by changes in winds with humidity unchanged) dominate the monsoonal precipitation response to both precession and obliquity forcing, while thermodynamic effects (caused by changes in humidity with winds unchanged) is related to the northward extension of the North African summer monsoon. During minimum precession, the seasonal cycle of tropical precipitation is advanced with respect to the maximum precession. The rainfall increase in the transitional season (April-June in the NH and October-December in the SH) is dominated by the dynamic component. From an energetics perspective, the southward (northward) cross-equatorial energy transport during April-June (October-December) corresponds to a northward (southward) shift of tropical precipitation, which results in a seasonal advance in the migration of tropical precipitation. Nonetheless, there is no significant change in the seasonal cycle in response to obliquity forcing.

     

Diagnostic study on seasonality and interannual variability of wind field

l.Intr0ductionThoughseasonalvariationoftheatmosphericgeneralcirculationismainlycausedbythatofthesolarradiation,itsdistributionsareinhomogeneousovertheglobe,forinstance,itismoresignificantinmonsoonregionthaninanyotherregions.Inatraditionalsense,mon-soonsummarisesalldrasticseasonalvariationsinthetropicsandsubtropics(e.g.,IndiaandEastAsia).Besidestheclassicmonsoonregions,thereexistsomeotherregionsovertheglobe,wheretheseasonalvariationisclearorevendrastic.Inordertodescribequantitativelysea-sonal…     

Results of surface ozone monitoring in the atmosphere over Ulan-Ude

Presented are the results of surface ozone monitoring in the atmosphere over Ulan-Ude during the period from 2000 to 2012. Revealed are seasonal and diurnal variations of surface ozone. The analysis of the seasonal variability of surface ozone concentration indicates the presence of the clearly pronounced maximum in spring-summer period. A statistical model of forecasting single concentrations of the surface ozone is considered using the multiple regression analysis. Temperature, relative humidity, wind direction, wind speed, turbulence factor, temperature gradient, velocity of vertical flow, and concentrations of minor gas admixtures such as nitrogen oxides are used as predictors. Analyzed are statistical relationships, where observed ozone values are presented in the form of the regression function of the most significant predictors.     

Interannual Climate Variability of the Past Millennium from Simulations

The interannual variability of global temperature and precipitation during the last millennium is analyzed using the results of ten coupled climate models participating in the Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Phase 3. It is found that large temperature(precipitation) variability is most dominant at high latitudes(tropical monsoon regions), and the seasonal magnitudes are greater than the annual mean. Significant multi-decadal-scale changes exist throughout the whole period for the zonal mean of both temperature and precipitation variability, while their long-term trends are indistinctive. The volcanic forcings correlate well with the temperature variability at midlatitudes, indicating possible leading drivers for the interannual time scale climate change.     

Analysis of wind instability using the measurements at the chernobyl meteorological station in 2000–2010

Using the data from the Chernobyl meteorological station for 2000–2010 and the wavelet analysis, the seasonal variations are analyzed of the average daily wind speed, wind gusts, wind speed variability, and instability coefficient (the ratio of the maximum wind speed to the average wind speed for each measurement). It is revealed that all parameters have pronounced seasonal variations, and the positions of seasonal maximum and minimum values of all variables under study are shifted relative to each other. The mean values of the shift between the seasonal variations of maximum and the average wind speed amount to 60–70 days, and those of the shift between the average speed and the instability coefficient, to about 145 days. The mentioned peculiarities of the display of seasonal variations are explained by atmospheric turbulent conditions. Proposed is a model that interprets the variability of the parameters under consideration as the statistics of separate eddies in the atmosphere.     

南北两半球大气的相互作用和季风的本质

理性分析和利用NCEP/NCAR资料进行统计分析表明:大气环流的季节变化和越赤道气流即两半球的相互作用首先是由于赤道面与黄道面有交角而使太阳辐射有年变化所致,行星热对流环流是热带季风的"第一推动力",而地表面特性差异(海陆热力特性差异以及地形高度等)所导致的准定常行星波为"第二推动力".如以推动大气质量跨纬圈传输的效力来看,平均来说二推动力的功效之比为2:l.第二推动力在亚澳季风区与第一推动力合拍,使热带季风在亚澳区内最明显,而各经圈环流圈的上下及南北关联及与中高纬准定常行星波的配置则使全球范围内从低纬到高纬、从低空到高空有地域性的明显季节变化区,从而构成三度空间的全球季风系统.     

风向变化特征在季风模拟评估中的应用

作者抓住季风风向具有季节性反转这一最本质的特征,引入了“有向转角”的新概念,它与传统盛行风夹角的概念不同,能够反映风向逐日变化的方向性和旋转角度的大小。用欧拉观点揭示了季风风矢量随时间演变的旋转特点, 体现了季风风向独具特色的季节演变过程。同时,发现不同地区风向的季节循环有6种基本类型:（I）先顺时针后逆时针旋转、（II）先逆时针后顺时针旋转、（III）完全顺时针旋转、（IV）完全逆时针旋转、（V）风向稳定型和（VI）风向变化不稳定型。且季风风向的季节性反转主要通过前四种旋转方式来实现。分析了这6种风向变化型的全球分布特征,研究了它们与大气环流系统演变的联系。并进一步将“有向转角” 概念用于IPCC第四次评估报告AMIP试验8个模式的模拟评估,结果表明,这一概念的引入能从逐日变化的角度凸显风向变化过程,不仅能够客观反映模式模拟季风风向逐日变化的动力过程以及风矢量旋转方式的全球分布,还能体现模式对大气环流系统季节演变的表征能力。研究还发现在这8个模式中,大多数模式基本能把风矢量旋转方式的全球分布形式模拟出来,但对于季风区风矢量旋转方式的模拟还有待于进一步提高。     

Seasonal rotation features of wind vectors and application to evaluate monsoon simulations in AMIP models

A new concept, the directed angle, is introduced to study seasonal rotation regimes of global wind vectors and annual variability of monsoon. Compared with previous studies on using angles between wind vectors, this concept better describes the daily variations of both rotation direction and rotation amplitude of wind vector. According to the concept, six categories of wind vector rotation with seasonal cycle in the global have been detected and classified as follows: (1) Clockwise to counter-clockwise (CTCC) rotation; (2) Counter-clockwise to clockwise (CCTC) rotation; (3) Full clockwise (FC) rotation; (4) Full counter-clockwise (FCC) rotation; (5) Stable style; (6) Unstable style. Generally, wind vectors in monsoon regions rotate in forms of the first four styles. Moreover, the rotation direction and rotation amplitude of wind vectors have regional differences, and different monsoon subsystems possess different rotation styles for wind vectors in an annual cycle. For instance, the South Asian monsoon follows the CCTC rotation, while the East Asian monsoon follows the FCC rotation. The CTCC rotation is seen in the South China Sea. Both the West Africa and the South Indo-China Peninsula are covered by the FC rotation. Therefore, the directed angle is able to describe the evolution of wind vectors on a daily scale, which provides a new clue for spatio-temporal information about wind vector variation and model evaluation. Using the new concept, this study aims at evaluating the model outputs of eight AGCMs of AMIP in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4). Compared to the corresponding observations, most models are able to simulate the global rotation regimes of wind vectors reasonably well, however very little skill is shown in the monsoon rotation styles of some models, especially in the South China Sea and West Africa. Moreover, the simulations differ mostly from observations during the transitional season. This paper is a contribution to the AMIP-CMIP Diagnostic Sub-project on General Circulation Model Simulation of the East Asian Climate, coordinated by W.-C. Wang. An erratum to this article can be found at