夏季东亚高空急流的变化及其对东亚季风的影响

东亚高空急流是东亚夏季风系统的一个重要组成部分,对东亚地区的天气和气候有着重要影响.近十年来,对东亚高空的变异规律及其相关机理、急流对东亚气候的影响等方面做了大量的观测资料分析和数值模拟研究.本文从夏季东亚高空急流的变化特征及其与东亚气候的关联、东亚高空急流的变异机理以及当前的气候模式对东亚高空急流的模拟能力评估和未来预估等几个方面,对这些研究结果进行了综述.     

东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展

本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。     

东亚季风研究的进展

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述, 并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动, 也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用, 引发中国大陆暴雨生成的水汽输送, 表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果; 东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处, 东亚低频振荡对El Ni?o形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响, 东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果; 亚洲地区大气热源的计算及其分布, 青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响, 青藏高原冬季冷源对El Ni?o生成的可能影响等有关成果; 东亚季风及降水的年际变化特征, 准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用, 极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制, 特别是亚洲大陆—西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。     

热带海洋变异对东亚季风的影响

季风主要是由于海陆热力差异随季节的变化所造成。热带海洋温度具有显著的年际异常，热带海温的变异不仅可以通过改变海陆热力差异，而且也通过热带地区强烈的海气相互作用，对季风系统产生重要影响，造成季风区天气和气候的异常。回顾了发生在热带东太平洋(ENSO现象)、热带西太平洋暖池和热带印度洋海温的变异对东亚季风的影响及其影响的物理过程，并指出东亚季风与这些热带区域的海温变异是一个有机的整体，只有对它们进行综合的研究，才能真正认识它们之中任一部分的变化。     

气候与气候系统研究进展

2009年度气候系统研究所在季风变化机理、青藏高原热状况变化对气候的影响、海洋变化过程和机理、海-陆-气相互作用对东亚季风的影响,以及极地气候变化对东亚季风影响等几个方面取得可喜进展。     

冬夏东亚季风环流对太平洋热状况的响应

冬夏隔季韵律关系一直是我国长期天气预报和短期气候预测的一个重要依据,然而迄今为止对它们之间的物理过程及成因机理并不十分清楚。利用NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°网格月平均再分析资料,研究1951~2000年冬夏东亚季风环流异常变化与太平洋海面温度(SST)的关系及对关键海温区响应机理。研究指出:冬夏东亚季风环流隔季韵律关系及其年际变化与赤道东太平洋海面温度异常(SSTA)变化密切相关,冬季赤道东太平洋出现La Ni~na(El Ni~no)型的SST分布,有利冬、夏东亚季风环流加强(减弱),其影响过程通过赤道Walker环流强(弱)以及东亚地区Hadley环流强(弱)过程完成。冬季赤道东太平洋海温变化是冬、夏东亚环流季节以及年际变化的一个重要外强迫因子。     

亚洲区域海—陆—气相互作用对全球和亚洲气候变化的作用研究进展

围绕全球变化研究国家重大研究计划项目“亚洲区域海—陆—气相互作用机理及其在全球变化中的作用”预定的总体研究内容和科学目标,项目执行两年多以来,取得了一系列阶段性科研成果.关于气候动力学方面,项目揭示了热带印度洋—西太平洋暖池的海温变化是全球热带气候年代际变化的重要驱动力,是全球尺度副热带干旱的重要调控器;发现热带东太平洋海温存在冷舌模态,它是一个海气耦合模态,阐明在全球变暖背景下其对ENSO型态变异的作用及影响东亚气候的机理;揭示了青藏高原热力强迫的异常特征及其气候效应;提出了水平非均匀基流中行星波传播的理论,研究了其在不同东亚夏季风背景下的传播特征.关于气候预测方法方面,提出了若干有物理基础的气候预测方法,如尺度分离的降尺度预测新方法、基于北大西洋涛动(NAO)-ENSO的东亚夏季风预测模型、基于南半球环状模的东亚气候预测模型等,为业务部门提供了重要参考.关于观测方面,项目在亚洲区域海气补充观测和海洋资料同化方面也取得突出进展,成功进行了南海18°N断面海洋综合观测,为形成我国第一条南海断面长期海气观测打下了基础.在国际合作方面,项目还继续推动和领导了“亚洲季风年”(AMY2007-2012)与“东亚气候模拟”国际计划,提升了我国在该领域的国际地位.     

海温异常对东亚夏季风影响机理的研究进展

从短期气候预测关注的外强迫信号角度出发,回顾了国内外在海温异常对东亚夏季风和我国汛期降水影响机理方面的主要研究进展,重点评述了热带太平洋ENSO循环、热带印度洋全区一致型海温模态、热带印度洋海温异常偶极子、南印度洋偶极子和北大西洋海温三极子模态的年际变化及其对东亚夏季风年际变率的影响。从研究成果在短期气候预测业务中应用的角度,重点关注海温异常和东亚夏季风年际变率以及我国汛期降水多雨带位置的关系,总结了海温异常作为外强迫信号对我国汛期降水预测的指示意义以及汛期降水预测的难度。最后指出气候预测业务对东亚夏季风影响的机理研究和动力气候模式发展方面的需求。     

ENSO及其对亚洲季风和我国气候变化影响的研究

ＥＮＳＯ及其对亚洲季风和我国气候变化影响的研究是当今气候研究中的重要问题，本文总结了作者在《气候动力学和气候预测方法研究》项目中有关专题“大洋，尤其ＥＮＳＯ和西太平洋暖池对东亚大气环流和我国气候影响”的研究工作，主要分三方面：１，ＥＮＳＯ是多时空尺度海气相互作用的结果－ＥＮＳＯ形成机理的研究；２．ＭＥＮＳＯ对我国东亚季风和我国气候影响，３，ＥＮＳＯ及其对我国气候影响的可预报性和预报试验。     

中国气候预测研究与业务发展的回顾

天气预报是指一周内至两周时间尺度的气象预报,而月季及以上时间尺度的预报则属于气候预测范畴。中国的气候预测起步很早,无论在研究工作中还是在业务应用上都取得了显著成就。文中扼要回顾了这些研究和业务发展成就,重点包括:对于季风和梅雨、寒潮的早期认知和后期研究发现、早期气候预测业务发展概况、动力气候预测的早期探索、动力-统计气候预测方法的研制和应用、气候预测模式的发展以及初始化和多模式集合预测、东亚气候系统变异的全方位探索、气候预测范畴的不断拓展和气候预测研究的不断创新。也对未来气候预测研究和业务发展提出了几个重大挑战性课题,涉及不同时间尺度气候变异过程之间的相互作用、季节内至年代际气候预测、气候系统模式及初始化、动力-统计相结合的气候预测方法等方面。      

不同类型ENSO对东亚季风的影响和机理研究进展

近十几年来有关热带太平洋存在不同类型的增暖型的研究成为热点课题,其中主要依据海温的空间形态将厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）分为两类:一类为传统的东太平洋型ENSO,另一类为中太平洋型ENSO。该两类ENSO的形成机制、演变过程均有不同,产生的气候影响也有差异。本文简要回顾了国内外有关不同类型ENSO及其气候影响的研究进展,特别综述了近年来关于两类ENSO事件对东亚夏季风、东亚冬季风以及东亚冬夏季风关联的影响和机理方面的主要研究进展。文中侧重讨论了年际和年代际时间尺度上ENSO事件对东亚季风的影响,并提出了今后在该领域一些需要进一步研究的科学问题。     

有关东亚季风的形成及其变率的研究

季风是全球气候系统中一种重要的大气环流系统,随着气候学研究及季风动力学研究的深入,国内外学者对季风的形成及其变率问题的研究取得了很大进展.回顾了近年来国内外关于亚洲季风的认识与形成机制的研究,特别是对东亚季风爆发及其过程的影响因子的认识.此外,对于东亚季风的季节性变化、低频振荡、年际和年代际变化及其可能机制也进行了分析、讨论.最后提出了在季风动力学研究方面需要进一步探讨的问题.     

前言--季风研究中的一些新问题和新方法

作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.     

东亚季风系统的动力过程和准定常行星波活动的研究进展

本文系统地回顾了近几年来关于东亚季风系统的动力过程与机理方面的研究,特别是关于东亚季风系统年际和年代际变异与准定常行星波活动关系的研究。最近的许多研究表明东亚夏季风系统变异的动力过程主要与东亚／太平洋型(即EAP型)遥相关有关,利用EAP型遥相关理论不仅可以说明东亚夏季风系统各成员之间内在联系的机理,而且可以揭示热带西太平洋热力和菲律宾周围对流活动影响东亚夏季风系统季节内、年际变化及其异常的经向三极子结构的动力过程;除了EAP型遥相关外,研究还表明北半球夏季从北非到东亚的对流层上层经向风异常存在一个沿急流传播的遥相关型,它对东亚夏季风系统异常的经向三极子型分布也有重要影响。并且,最近关于东亚冬季风变异与行星波活动的关系已做出许多研究,并获得很大进展。这些研究表明:北半球冬季准定常行星波传播波导在年际和年代际变化上存在着反相振荡特征,即若“极地波导”加强,则“低纬波导”将减弱,反之亦然;准定常行星波两支波导的反相振荡与北半球环状模(NAM)的年际和年代际振荡有紧密联系,而NAM的变化通过行星波活动的异常可以导致东亚冬季风的年际和年代际变化;此外,准定常行星波活动的年际变化与东亚冬季风异常之间的关系明显地受热带平流层纬向风准两年周期振荡(QBO)的调制,进一步的研究还提出了可能的机理。最后本文还指出:2005～2007年冬季东亚冬季风的异常不仅与西伯利亚高压和阿留申低压的变异有关,而且与极涡的演变和准定常行星波活动密切相关。     

东亚夏季风变化机理的模拟和未来变化的预估:成绩和问题、机遇和挑战

东亚夏季风对于我国东部气候具有重要影响,呈现出多种时间尺度的变化特征。在理解东亚夏季风过去和当前的变化机理、预测和预估其未来变化等方面,气候系统模式发挥着不可替代的作用。但是当前的气候模式在东亚夏季风的模拟上尚存在诸多不足,这使得其模拟结果存在不确定性,既制约了我们对过去和当前季风变化机理的准确理解,又降低了未来预测预估结果的可信度。关于造成季风模拟偏差的原因,既涉及模式本身的性能问题,又与模拟系统的构建、强迫资料的误差、乃至我们当前对季风变化规律自身的认知水平有关。本文以时间尺度为序,从气候态、日变化、年际变率、年代际变率、长期气候变化和未来预估等季风学界关注的热点问题角度,本着总结成绩、归纳问题、寻找机遇、面对挑战的目的,从七个方面系统总结了当前气候模式的水平,归纳了其主要偏差特征,讨论了影响模式性能的可能因素。内容涉及模式分辨率和地形效应、对流和云辐射效应的作用、与季风相关的热带海气相互作用关键过程、内部变率（太平洋年代际振荡）、自然变率（太阳辐照度变化和火山气溶胶强迫）和人为辐射强迫（人为温室气体和气溶胶排放）对季风变化的不同影响、热力和动力过程及气候敏感度对季风环流（副高）和降水预估不确定性的影响等。最后从优化参数、实现场地观测和过程模拟的协同、发展高分辨和对流解析模式等角度,讨论了提升东亚夏季风模拟能力的技术途径。     

东亚季风指数的定义及其与中国气候的关系

利用NCEP/NCAR 850 hPa月平均风场再分析资料,在客观地选定定义地区范围的基础上;定义了一组新的东亚季风指数:西南季风面积和强度指数,东南季风面积和强度指数,偏北季风面积和强度指数.研究了各季风指数的相互关系、季节变化和年际变异.这6个东亚季风指数突出反映了东亚西南季风、东南季风及偏北季风3支季风气流强度和范围变化的特征.分析表明,它们相互之间既有一定联系,又有独立性.各季风指数存在明显的季节变化和年际变化.另外,分析了各季风指数与中国夏季降水和冬季气温的联系,以考察其解释我国气候异常分布的能力.结果表明,这些指数与我国夏季降水和冬季气温有很好的关系,并各自对应有一定的降水和气温分布.特别是西南季风与东南季风影响我国夏季降水的地区有很大差异.因此,我们指出,研究东亚夏季风时,区别西南季风与东南季风是很有必要的,用单一指数不足以表征它们不同的变化.     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.     

印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响

利用NCEP/NCAR 40年再分析资料和中国科学院大气物理研究所的IAPAGCM-Ⅱ大气环流模式,分析和模拟了印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响.结果表明,印度洋偶极子对东亚季风区天气气候,特别是夏季,影响显著.印度洋正偶极子位相期间,东亚地区的西南季风爆发偏晚,强度增强,我国大陆降水增多;而印度洋负偶极子位相期间,东亚地区的西南季风爆发偏早,强度减弱,我国的东南部地区有丰富的降水.     

气溶胶对亚洲季风的强迫及影响：认识与挑战

亚洲是世界上人口密度最大、也是近几十年来经济发展最快的地区。从广大民众到各级政府都深刻感受到这种巨大的变化所带来的各种影响。从事相关研究的科学家最关心的是各种变化的因果关系、影响机理并对未来变化进行客观预测。该地区日益严重的空气污染,尤其是由颗粒污染物造成的雾、霾发生频率和强度的增加,不仅影响人们的日常生活和健康,而且进一步影响了在过去几十年已经发生了巨大变化的季风气候。本文提出了一些研究气溶胶与季风相互作用的新视角、新途径、新挑战。东亚和南亚是全球气溶胶主要源地。气溶胶对季风的一个显著影响体现在南亚和东亚大范围的暗化现象,即到达地面的太阳辐射的整体减少。气溶胶对东亚和南亚夏季风的强迫机理存在差异。中国灰霾天增加除了污染排放也与东亚季风气候变化息息相关。在实际大气季风气候系统的准静力平衡态的演变中,动力反馈过程可能扮演着至关重要的作用,而这种作用会受到人类污染和自然源气溶胶的强迫作用。对气溶胶-季风相互作用进行研究,需要把各种尺度的观测和模拟开展起来。更好地了解气溶胶与亚洲季风气候的联系,对于制定和实施科学的可持续发展政策,造福世界上过半人口,起着至关重要的作用。