全球和亚洲人为气溶胶影响东亚气候的数值模拟研究

利用海气耦合的全球气候模式CSIRO-Mk3.6分析比较了全球和亚洲人为气溶胶对东亚各季节气候的不同影响。结果表明,全球和亚洲外人为气溶胶使得东亚地区年平均地表温度分别下降0.9℃和0.55℃。亚洲区域气溶胶强迫决定了东亚近地面降温的时空分布特征,而亚洲区域外气溶胶进一步增强了我国北方夏季的近地面降温。各个季节对流层中上层的降温主要受区域外气溶胶的影响,并引起东亚高空急流强度和位置的变化,造成夏季和秋季明显的经向环流异常。同时,亚洲气溶胶影响各季节东亚低层环流场的响应,使得东亚陆地降水减少,而区域外气溶胶则主要影响冬季中高纬度和夏、秋季南海地区的低层风场。总体上,亚洲区域内、外人为气溶胶会增强我国冬、夏季风低层环流,并共同决定南海地区的降水变化。     

东亚夏季风环流对气溶胶分布的影响

用2001—2012年逐月的MODIS-TERRA卫星观测气溶胶光学厚度(AOD)资料和NCEP/NCAR风场资料,分析了5—8月东亚地区AOD的时-空分布特征,研究东亚夏季风环流对气溶胶时-空分布的影响。主要结论如下:5—8月的中国东部及邻近海洋上AOD有着显著的季节演变特征,尤其是32.5 °N附近的AOD高值区,其强度和范围在5—8月逐渐增强然后又减弱。东亚夏季风通过环流输送作用对各地的AOD产生了不同程度的影响,使中国南部AOD减少,而华北和东北地区AOD增加。在强、弱季风年背景下,7月观测的AOD差异与环流输送作用差异的分布特征有着一定的相似性,体现出东亚夏季风年际变化对气溶胶分布的影响。在东亚夏季风演变的不同阶段,季风环流对气溶胶输送大部分情况下,可解释局地气溶胶变化10%~20%的方差。     

东亚经向热力差异与华南夏季风及降水年际变化的关系

利用多年海表温度和中国测站近地面温度及降水资料,分析了夏季东亚地区经向热力差异的年际变化与华南夏季降水及华南夏季风环流变化的关系。结果表明:当黄河中下游及其附近地区地表气温偏高(低),华南偏低(高),则华南降水偏多(少),而江黄流域降水偏少(多)。在东亚地区夏季经向热力差异指数偏强年,南海北部至华南地区的夏季西南季风偏强,华南夏季降水偏多;弱指数年情况相反。     

东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫及其气候效应的数值模拟

利用耦合化学过程的区域气候模式RegCM3,模拟研究3种主要人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳)对东亚区域气候的影响.计算分析近20 a来3种气溶胶的时空分布、综合辐射强迫作用及其对地面气温和降水的影响.模拟结果表明:3种气溶胶冬夏季分布有所不同,冬季气溶胶大值区主要分布在南方地区,而夏季大值区北移;气溶胶短波辐射强迫在大气层顶和地面均为负值;气溶胶的加入对东亚地区地表气温有明显影响,冬季降温中心位于四川盆地,夏季降温大值区位于华北地区.气溶胶直接气候效应使得冬季东亚大部分地区降水减少,夏季东亚地区降水与中国南方地区夏季气溶胶浓度有较好的相关关系,中国东部雨带有南移趋势.     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

中国地面太阳辐射季节异常与主要大气环流指数的关联分析

利用1989～2018年ERA5地面太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:（1）在春季,东亚槽位置对中国中东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时,地面太阳辐射异常显著偏少。冬季风强度和ENSO（El Ni?o–Southern Oscillation）分别对长江流域南北、中国南方东部和西部有反位相的影响。（2）夏季的影响因子比较复杂,NAO（North Atlantic Oscillation）和夏季风是两个较主要的影响因子,NAO对中国北方较多地区的地面太阳辐射异常的影响较为显著,而夏季风主要与江淮地区的地面太阳辐射异常相关联。当NAO指数偏大（小）时,北方大部分地区地面太阳辐射异常偏少（多）。当夏季风偏强（弱）时,江淮流域的地面太阳辐射异常显著偏少（多）。（3）在秋季,地面太阳辐射异常主要受到东亚槽位置、冬季风和NAO的影响,冬季风和东亚槽主要影响北方地区,当东亚槽偏西或冬季风偏强时,中国北方除东北地区外的大部分地区地面太阳辐射偏多。NAO主要与中国西部的地面太阳辐射异常关联,当NAO指数偏大时,西部地区北方地面太阳辐射异常偏少而南方大部分地区偏多。（4）在冬季,ENSO和冬季风是较重要的影响因子,但其显著影响区域并不对称。在ENSO负位相或冬季风较强时,中国北方大部分地区的地面太阳辐射异常显著偏多,而ENSO正位相或冬季风较弱最有利于中国南方地面太阳辐射异常偏少,但显著影响范围较小。     

东亚地区陆地植被净初级生产力与夏季气候的模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP)一个海洋-大气-动态植被耦合模式(GOALS-AVIM),进行了100年模拟积分.基于模拟结果,对东亚地区的植被净初级生产力(NPP)、降水、地面气温和短波辐射的季节变化进行了标准化对比,分析了NPP的时空格局与气候因子(气温、短波辐射和降水)的关系;利用奇异值分解(SVD)对东亚夏季降水场和NPP的关系进行分解.结果表明,夏季东亚地区植被NPP及相关气候因子的时空变化规律明显,耦合模式可以很好地模拟出观测存在的降水及NPP、LAI(叶面积指数)大值区随季节北移南退的形态;由于耦合模式中AVIM的双向特点,模式模拟的NPP与其他物理场的季节变化有很强的对应关系,而且在不同时间和地区,NPP与降水、地面气温、短波辐射表现出不同的对应关系,其中植被NPP时间变化与气温和降水的相关性都较高;从NPP场和降水场夏季逐月标准化距平奇异值分解的空间分布模态来看.NPP与降水在时空场上表现出很强的耦合性,NPP的空间格局与降水存在较好的相关性,不同地理位置的相关性强弱不同,分解出的降水场异常相关模态也再现了东亚夏季降水移动的时空特征,同时东亚雨带随季节变化与NPP的气候变率表现出不同的对应模态.     

过去2000年亚澳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）开展过去2000 年气候模拟试验,在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上,探讨百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时、空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动对亚澳夏季风的影响具有重要意义。结果表明:过去2000 年亚澳夏季风降水和温度的波动较为一致,暖期降水多,冷期降水少。两者相关系数为0.83,达到99%置信度。此外,亚澳夏季风降水存在105、130、180 a的百年尺度周期。亚澳夏季风降水经验正交函数分解第一模态在印度洋北部呈南北反向的分布型态,在东亚地区呈负、正、负的分布型态;第二模态在印度洋北部呈正、负、正的分布型态,在东亚地区呈全区一致型的分布型态。经验正交函数分解第一特征向量和第二特征向量的正、负值中心大多出现在印度洋北部地区,南北呈不对称分布。亚澳夏季风降水的105 a周期主要受火山活动和土地利用/覆盖的影响,130 a周期主要受太阳辐射、气候系统内部变率的影响,180 a周期主要受火山活动的影响。从经验正交函数分解第一特征向量来看,整个亚澳夏季风降水主要受土地利用/覆盖、太阳辐射的影响;第二特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受太阳辐射和气候系统内部变率的影响;第三特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受气候系统内部变率和温室气体的影响。该研究对揭示百年际时间尺度气候变化特征、辨识影响气候变化的自然因素与人为因素、理解其影响气候的物理机制等具有重要意义,也为应对该区域气候变化提供了参考依据。      

欧亚大陆春季融雪量与东亚夏季风的可能联系

通过对观测资料的分析, 本文研究了春季欧亚大陆融雪量与东亚夏季风的关系, 并初步讨论了其可能联系机制。研究表明, 春季融雪量EOF (Empirical Orthogonal Function) 第一模态表现出年代际变化特征, 这与东亚夏季风和中国夏季降水的年代际转型具有非常好的一致性。而EOF第二模态与东亚夏季风在年际尺度上具有同位相变化关系, 当春季融雪量在东西伯利亚和巴尔喀什湖附近异常偏多时, 后期在东亚地区容易出现由高纬至低纬的“负—正—负”经向波列结构。融雪量异常偏少时, 情况则相反。文中初步分析了春季融雪量异常与后期夏季东亚地区大气环流出现经向波列结构的可能联系机制, 指出东西伯利亚以及巴尔喀什湖附近异常偏多的春季融雪量能够在该地区促使位势高度场表现为正异常, 随着时间的演变, 巴尔喀什湖附近地区的高压向东移动发展, 东西伯利亚地区的高压一部分向低纬移动, 可能造成夏季东亚地区的经向波列结构, 进而对东亚的天气和气候产生影响。     

近22 a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶（硫酸盐、黑碳和有机碳）的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究。模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风。通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系,以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850 hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关。     

Winter Asia Jetstream and Seasonal Precipitation in East China

ＷｉｎｔｅｒＡｓｉａＪｅｔｓｔｒｅａｍａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎＥａｓｔＣｈｉｎａ￥ＬｉtｒｎｇＰｉｎｇｄｅ（梁平德）ａｎｄＬｉｕＡｉｘｉａ（刘爱霞）ＷｉｎｔｅｒＡｓｉａＪｅｔｓｔｒｅａｍａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＰｒｅｃｉｐｉ?..     

印度洋海温偶极振荡对东亚环流及降水影响

利用NCEP／NCAR提供的50a再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站降水资料，采用相关、合成、奇异值分解等方法讨论了印度洋海温异常偶极振荡对东亚夏季大气环流及降水的影响。结果表明：印度洋海温偶极振荡异常，引起了大气环流的异常，影响了季风强度和雨带分布。印度洋海温偶极振荡正位相年时，印度洋上为东风异常，西太平洋副高偏西、偏南、偏强，菲律宾附近对流活动减弱，东亚夏季风偏强，华南夏季降水偏多；印度洋海温偶极振荡负位相年时，西太平洋副高偏东、偏北，东亚夏季风偏弱，长江黄河之间有异常辐合，降水偏多。     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

2013年汛期气候预测的先兆信号及其应用

本文系统回顾了2013年汛期气候预测的主要先兆信号。其信号特征是：2013年前期赤道中东太平洋呈正常略偏冷的状态、冬季北极海冰异常偏少、青藏高原积雪偏少,这些特征对后期东亚夏季风有明显影响。通过对前期先兆信号的分析,国家气候中心比较准确地预测了东亚夏季风偏强、我国夏季主要多雨带偏北的特征,以及南海夏季风爆发偏早、长江中下游入梅偏晚且雨量少雨期短、华北雨季提前雨量偏多的季节内过程演变趋势。最后对汛期气候预测存在的不足进行了分析和讨论。     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

基于星载测雨雷达探测的亚洲对流和层云降水季尺度特征分析

利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达10年探测结果,就季尺度亚洲对流降水和层云降水的降水频次和强度及降水垂直结构的特点进行了研究.结果表明春、秋、冬三季东亚季平均降水环西太平洋副热带高压呈带状分布,雨强一般不超过10 mm/d;夏季,沿孟加拉湾、中国西南、中国东部至日本的大片雨区中出现了大于12 mm/d强降水;亚洲陆面对流和层云降水强度均弱于洋面.亚洲山地强迫不但可引起迎风坡上千公里长度的高降水频次和强降水带,而且导致其下风方向降水频次减少.季尺度降水频次分析表明,亚洲大部分地区对流降水频次小于3%;而层云降水频次一般大于3%,最高可超过10%;副热带高压南侧及西南侧的热带地区对流和层云降水频次均高于副热带高压北侧及西北侧的中纬度地区;降水频次的区域分布还表明,春季中南半岛至中国华南及南海南部对流活动多于同期的印度次大陆.季平均对流和层云降水廓线的季节变化主要表现为"雨顶"高度的季节变化,即降水云的厚度变化;两类降水平均廓线季节变化的区域性差异表明,热带外地区较热带地区显著、陆面较同纬度洋面显著、孟加拉湾比南海显著,而南海和西太平洋暖池无明显的季节变化.此外,降水结构的剖面分析还表明对流降水存在4层结构、层云降水存在3层结构.     

南半球环流异常与我国夏季旱涝分布关系及其影响机制

利用1951—2000年NCEP/NCAR风场和高度场再分析资料及全国160站降水量资料, 采用奇异值分解、相关和合成分析方法, 研究6—8月南半球500 hPa高度、高低层纬向风距平差异常 (Δu₈₅₀-Δu₂₀₀) 与我国夏季旱涝分布的关系及其影响机制。结果表明:当500 hPa澳大利亚高压脊偏强及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为负值时, 来自南半球冷空气活动偏弱, 有利于西北太平洋副热带高压位置偏南, 热带季风偏弱, 我国夏季雨带偏南。反之, 当澳大利亚高压脊偏弱及西南太平洋热带地区高低层纬向风距平差为正值时, 我国北方降水偏多。同时, 定义了澳大利亚冬季风指数, 指出澳大利亚冬季风强年和弱年影响我国夏季旱涝分布异常的水汽输送型式不同。     

2008年梅雨异常大尺度环流成因分析

利用NCEP再分析资料对2008年江淮梅雨异常特征及其大尺度环流成因进行了分析研究。结果表明： （1）2008年入（出）梅显著偏早、 梅雨期长度略偏短, 梅雨分布呈南涝北旱、 东多西少, 梅雨量偏少、 强度偏弱。（2）该年入梅显著偏早是东亚大气环流由冬季型向夏季型转换提前所致, 副热带高空西风急流北跳、 500 hPa西风带环流调整、 西太平洋副热带高压季节性北跳、 夏季风北涌至江淮流域的时间均早于常年。（3）该年出梅显著偏早的主导因素是冷空气活动。（4）南涝北旱梅雨型是受南亚高压东段脊线位置接近常年、 副热带高压脊线处于适宜梅雨发生纬度带的南段、 低空西南急流和水汽输送带北缘位置以及高空强辐散和中低空强辐合区位置偏南的影响。（5）东多西少梅雨型是冷空气路径偏西所致。（6）梅雨期夏季风北涌至江淮流域活动次数偏少是梅雨量偏少的重要因素。     

全球海气耦合模式对东亚季风降水模拟的检验

以CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)月平均降水资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的40年再分析资料集ERA40为观测基础,分析了当前政府间气候变化专门委员会第四次评估报告（IPCC AR4）的17个全球海气耦合模式对东亚季风区夏季降水和环流的模拟能力。结果表明:(1)模式基本上都能够模拟出降水由东亚东南部海洋至东亚西北部中国内陆减少的空间分布特征,部分模式能够模拟出降水的部分主要模态;(2) 大部分模式基本上能够模拟出中国东部陆地降水的季节进退。但同时也存在相当的差异,这包括:(1)多数模式普遍存在模拟降水量偏少、降水变幅偏小的缺陷;(2)雨带的季节推进过程与观测存在一定偏差,尤其海洋上的季节进退过程模拟较差,有的模式甚至不能模拟出东亚季风区东部海洋上大致的季节进程。因此,模式对东亚季风区降水的模拟能力还是比较有限的,需要进一步改进。多模式集合的夏季环流场以偏弱为主,不利于降水的形成,这在中国东部大陆部分比较明显。另外,空气湿度模拟值偏低、从而造成水汽输送偏弱也是导致东亚季风区夏季降水模拟偏小的原因之一。     

Simulation of East Asian Summer Monsoon with IAP CGCM

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥａｓｔＡｓｉａｎＳｕｍｍｅｒＭｏｎｓｏｏｎｗｉｔｈＩＡＰＣＧＣＭＣｈｅｎＱｉｙｉｎｇ（陈起英），①ＹｕＹｏｎｇｑｉａｎｇ（俞永强）ａｎｄＧｕｏＹｕｆｕ（郭裕福）ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈ...