神农架石笋记录的近200年东亚季风变化及其ENSO响应

通过湖北省神农架永兴洞石笋(编号:YX92)230Th年龄和纹层计数年代学研究,建立了1788AD-1956AD时段年际分辨率石笋氧同位素序列。该序列δ18O值变化范围为-9.70‰~-7.87‰,最大振幅约达1.83‰,呈现显著的年代际尺度振荡旋回特征。功率谱分析结果揭示存在显著的60~70年准周期信号。该记录与同区域和尚洞石笋δ18O曲线具有很好的重现性,说明其可能受控于共同的气候因子,指示了东亚夏季风大尺度环流特征。将石笋重建的东亚夏季风指标与全印度夏季降水量指示的印度夏季风指数对比,结果显示两者在年代际旋回特征上具有很好的相似性,但是呈反相位关系。进一步与ENSO指数对比,发现东亚夏季风年代际尺度变化与ENSO存在密切联系,表现为东亚夏季风增强,对应于ENSO暖期,反之亦然。因此,东亚季风与印度季风在年代际尺度上的反相位关系可能源于两者对ENSO机制的不同响应。     

东亚夏季风推进过程的气候特征及其年代际变化

利用1951~2001年NECP的逐日再分析资料及中国东部366站1957~2000年逐日降水资料,提出东亚夏季风推进过程的定量指标,分析东亚夏季风推进过程的年代际变化。结果表明：标准降水指数为1.5的等值线较好反映了中国东部夏季雨带的南北移动,以及雨带推进过程中呈现的阶段性与突变性特征。东亚夏季风的推进过程具有显著年代际变化,与夏季风前沿位置有关的指标在20世纪60年代中期前后发生显著变化,与夏季风推进强度有关的指标则在70年代末出现突变。60年代中期前,南海夏季风的建立时间较迟,但北推较快,夏季风前沿到达华北地区时间较早,在华北地区维持时间长,夏季风的北界位置偏北,华北雨季、淮河梅雨明显。70年代末以后南海夏季风的建立时间较早,夏季风前沿附近南风强度明显偏弱,降水主要集中在长江流域及其以南地区,华北雨季不明显。     

洞庭湖流域各季节旱涝及其与大气环流和关键区海温的关系

利用逐月降水数据和NCEP/NCAR再分析数据,分析了洞庭湖流域春、夏、秋季57年来旱涝异常的年际变化以及典型旱涝异常年份的全球海温分布形势,并利用降尺度和趋势分析方法探究气象因子对ENSO和关键区海温的响应,以加强对流域旱涝前期影响因素的认识。结果表明：1）流域在春、秋季旱涝变化趋势不明显,在夏季较明显地变湿。2）前期冬、夏季ENSO事件分别对流域春、秋季旱涝产生显著影响,而与夏季呈不显著的统计特征。3）在消除前期ENSO信号后,阿留申群岛附近海域（S3）、澳大利亚东部海域（S4）海温和印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）现象仍分别为春、夏、秋季与流域旱涝有密切联系的海温因素。4）S3区SST对流域春季旱涝的影响通过西风带环流实现,S4区SST偏高似乎是东亚夏季风强度偏弱的表现,成熟的IOD现象为流域秋季旱涝的主导因子。     

东亚夏季风的变化特征及其对甘肃夏季暴雨日数的影响

采用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1974—2013年乔云亭等定义的东亚季风指数,研究了东亚夏季风的变化特征,利用甘肃省80个站逐日降水资料,分析了东亚夏季风对夏季甘肃暴雨日数的影响。结果表明：（1）夏季,西南季风、东南季风和偏北季风存在明显的年际变化且有所差异。（2）夏季,西南季风、东南季风对甘肃省暴雨日数的影响存在很大差异：当西南季风盛行时,西太平洋副热带高压位置偏西,东亚大槽位于贝加尔湖至中国西北部,冷空气与西太平洋副热带高压输送的暖湿气流在陇东南一带交汇,贝加尔湖至张掖为西南暖湿和西北干冷气流,孟加拉湾水汽输送在陇东南地区辐合,造成河东陇南南部、天水东部、平凉、庆阳西部一带和河西张掖地区暴雨日数偏多;当东南季风盛行时,西太平洋副热带高压西伸北抬,冷暖空气主要交汇于甘肃中西部,孟加拉湾西南水汽输送在河东西南部辐合,造成甘南高原、甘肃中部、河西武威一带和酒泉地区暴雨日数偏多。     

太平洋副热带高压、西风环流、极涡指数变化与中国夏季降水相关的研究

探讨了副热带高压、西风带环流、极涡指数的年际和年代际变化规律,揭示了来自副热带、中纬度和极地的大气环流系统的强迫对中国夏季降水的影响.结果表明初夏,当纬向环流指数偏弱时,中国东北和华北大部分地区降水量偏多,这表明东亚中高纬地区盛行阻塞和冷涡偶极子系统,呈有利于东北的冷涡雨季形势;盛夏,西太平洋副热带高压脊线位置和亚洲区极涡强度指数与中国同期降水量场相关波列,均为自北向南呈"-、 、-、 "经向波列分布;春季亚洲区极涡强度、亚洲纬向环流指数、西太平洋副热带高压北界位置以及前一年冬季北半球极涡强度指数与盛夏中国降水量相关显著.中国盛夏降水带,从东北地区开始,由北向南分4个雨带.     

1960-2010年中国降水区域分异及年代际变化特征

利用1960-2010年中国1840个台站年降水量数据,采用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数分解方法(REOF)对降水进行分区,并对各区降水的变化特征进行了研究.结果表明:基于多站点资料结合REOF方法实现的降水分区与中国降水实际区域分异特征比较符合,并与中国气候区划相一致.中国各区降水变化特征分析表明,东部各区降水在20世纪70年代末、80年代末-90年代初和21世纪初发生雨带的南北移动过程,其中夏季雨带的移动主要受东亚夏季风和大气环流年代际变化的影响.西北地区降水以1985/1986年为突变年,西北西部地区降水由前期偏少转为偏多,主要与来自阿拉伯海和里海异常偏多的水汽输送有关;西北东部地区降水由前期偏多转为偏少,主要与季风的年代际减弱有关.东北地区降水在80年代初由前期接近正常转为偏多,90年代末降水由前期偏多转为偏少,主要与季风和西北太平洋水汽输送的年代际变化相关.西南部各区降水阶段性变化明显,2000年以前西南东北部地区降水与西部地区基本呈反向变化,主要受青藏高原地形、东亚季风和副热带高压等因素的影响,降水阶段性变化明显、成因复杂.     

西太平洋副热带高压的年代际变化 及其气候影响

西北太平洋副热带高压是影响我国夏季气候的一个非常重要的环流系统，本文主要分析了其年代际尺度的变化。发现在１９７９／１９８０年前后，其强度和范围发生了一次明显的年代际尺度的变化。１９８０年代以来，副高明显偏强，范围向西向南显著扩展。副高的年代际变化也对我国东部地区的气候产生了显著的影响。主要表现在近２０多年来长江中下游地区夏季降水显著增加，华南地区夏季气温显著偏高，以及西太平洋２０°Ｎ以南台风活动相对偏弱而２０°Ｎ以北洋面台风活动相对增强。副高的年代际变化与冬、春季赤道太平洋海表温度及同期热带印度洋海温有密切联系。     

夏季风影响过渡区陆面蒸散发对夏季风活跃度的响应北大核心CSCD

在东亚夏季风影响过渡区,陆面蒸散发(Evapotranspiration,ET)时空变化对夏季风活动响应规律的研究对理解陆地水热循环过程至关重要。本研究利用夏季风过渡区及邻近区域14个陆面观测站点的蒸散发观测数据评估了6种常用蒸散发全球产品的适用性,并对它们在过渡区的年际变化进行了比较。评估表明,JRA-55(Japanese 55-Year Reanalysis)可以较好模拟站点尺度的蒸散发,而且能够合理刻画过渡区平均蒸散发的长期年际变化,因此将JRA-55作为蒸散发参考数据集。在理解过渡区蒸散发时空变化的基础上,考察了陆面蒸散发对夏季风活动的响应特征。为识别东亚夏季风在影响过渡区的活跃度和活动规律,引入夏季风持续时间,该指数较常用的夏季风强度指标能更合理地反映过渡区夏季降水和夏季风活动的年际变化特征。本研究发现陆面蒸散发在年际时间尺度上与夏季风持续时间的散点呈现近似对数/幂函数曲线。在弱夏季风年,蒸散发年际变化对夏季风持续时间更为敏感。对蒸散发和夏季风持续时间进行集合经验模态分解,结果显示出夏季风活动在3年、年代际和长期趋势上显著影响蒸散发。未来气候情景下,东亚夏季风系统的活跃度很可能将增强,这会加速陆面蒸散发等水循环过程,同时对流域水资源和生态系统的稳定性将会产生重大影响。     

1951—2009年东亚副热带夏季风北边缘位置的地域特征

利用1951—2009年中国662个气象台站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了东亚副热带夏季风北边缘地理位置的年际、年代际变化以及夏季风影响北边缘的时间演变特征。结果表明:基于过程透雨量定义的夏季风北边缘能很好地反映边缘带降水特点,东亚副热带夏季风北边缘带大致呈东北-西南走向,在110°E处,北边缘带南界大致位于36°N,北界大致位于41°N。边缘带宽度与其南界纬度具有很好的负相关,且有逐年变宽的趋势。边缘带存在显著的准3年和9年的周期特征。夏季风平均在6月28日开始影响北边缘带,9月21日南撤离开北边缘带。110°E是夏季风边缘带中南风分量最大的经度,与偏南年相比,偏北年夏季风影响边缘带时间开始早,结束迟。     

1994年东亚夏季风异常与中高纬度环流调整及其动力特征分析

1994年是东亚夏季风影响东北地区最显著的年份,受东亚夏季风进退和中高纬度环流演变的共同影响,整个夏季有4个显著强降水过程.利用三维波作用通量进一步分析这4个强降水过程的Rossby波传播特征,发现对应各降水过程的中高纬度Rossby波的传播特征存在较大差异,其波源来自不同地区,且传播路径不同;还发现,急流波导的波动能量辐合、辐散利于副热带高压维持在偏北的位置以及副热带高压后部低值系统的发展,从而直接影响东北地区降水,北支波动的能量辐合、辐散则利于高纬异常环流的维持,间接影响东北地区降水.     

东亚季风强弱变化及其对初夏我国东部地区降水的影响

本文通过对东亚季风系统的分析,发现东亚季风存在3-4年左右的长期振荡.这类振荡与赤道东太平洋海面温度变化有相互作用,形成一个相互反馈的耦合振荡过程.据此提出海温通过季风系统的变化影响初夏我国东部地区降水分布的可能长期天气过程.     

基于统计动力反演的东亚亚热带季风变化驱动机制研究

利用观测数据,运用非线性统计-动力学方法,反演系统各因子之间的相互关系,建立了东亚亚热带季风变化的动力方程,为研究东亚亚热带季风的驱动机制提供了量化参考。研究发现：过去2 000 a东亚亚热带季风是多因子通过反馈机制相互作用影响且具有耦合效应的复杂非线性动力系统,其驱动力主要来源于普若岗日冰芯δ¹⁸О代表的青藏高原热力作用强迫、太阳黑子活动、ENSO、温室气体单因子CO₂和CH₄浓度、北极温度和CH₄及北极温度与7月太阳辐射的耦合作用机制;反馈调节作用主要源于7月太阳辐射与太阳黑子活动、CH₄浓度、中国陆地地表温、CH₄与7月太阳辐射以及CO₂和CH₄的耦合调节作用。并通过动力反演机制推论热带西太平洋对亚热带季风有一定驱动作用,但并不是主要驱动力,即驱动亚热带季风变化的主源地并不在热带西太平洋海区,石笋δ¹⁸О指代的也主要是夏季风信息。     

Relationship between land cover and monsoon interannual variations in east Asia

Asian monsoon have multiple forms of variations such as seasonal variation, intra-seasonal variation, interannual variation, etc. The interannual variations have not only yearly variations but also variations among several years. In general, the yearly variations are described with winter temperature and summer precipitation, and the variations among several years are reflected by circulation of ENSO events. In this study, at first, we analyze the relationship between land cover and interannual monsoon variations represented by precipitation changes using Singular Value Decomposition method based on the time series precipitation data and 8km NOAA AVHRR NDVI data covering 1982 to 1993 in east Asia. Furthermore, after confirmation and reclassification of ENSO events which are recognized as the strong signal of several year monsoon variation, using the same time series NDVI data during 1982 to 1993 in east Asia, we make a Principle Component Analysis and analyzed the correlation of the 7th component eigenvectors and Southern Oscillation Index (SOI) that indicates the characteristic of ENSO events, and summed up the temporal-spatial distribution features of east Asian land cover’s inter-annual variations that are being driven by changes of ENSO events.     

东亚土地覆盖动态与季风气侯年际变化的关系

以东亚地区 １９８２～１９８９年时间序列降水资料及 ＡＶＨＲＲ ８ ｋｍ ＮＤＶＩ数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（５－９月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（ＳＶＤ）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

巴丹吉林沙漠东南缘查格勒布鲁剖面CGS1层段粒度特征及其指示的全新世千年尺度气候变化

位于巴丹吉林沙漠东南缘的查格勒布鲁剖面CGS1层段记录了全新世以来显示风力强弱的沙丘砂与黄土堆积旋回。以Md（Φ）、Mz（Φ）的5 Φ（31.5 μm）为界,可以划分出10个“C1-C10”明显的和1个“C11”较弱的（<5 Φ）旋回变化。其中,有7个属于沙丘砂与之上覆黄土或古土壤构成的旋回。这些旋回在Md（Φ）、Mz（Φ）上显示出多谷峰波动的形式。不仅如此,粒度的σ、SC/D值和>63 μm含量亦随之响应。研究认为,CGS1层段粗粒和细粒层位Md（Φ）等参数和>63 μm含量的变化分别代表了东亚冬夏季风的作用过程;冬季风时期的C1与北大西洋IRD事件的冷期B0和B1,C2、C3、C4依次与B2、B3、B4,C7、C9、C10依次与B5、B6、B7在时间-气候性质上具有很好的对应;北大西洋B8冷期在CGS1中没有明显表现,但仍然能够在Md（Φ）、Mz（Φ）曲线上看到这是一个<5 Φ的低值时期,而>63 μm的含量相应增高;C5、C6和C8寒冷时段虽未见于北大西洋,但在中国一些地点却有发现。这些由若干粒度指标反映出来的寒冷事件表明,在全新世东亚夏季风活动盛行的总的形势下还存在频繁的千年尺度的冬季风波动。而尤为重要的是这些寒冷事件存在的与北大西洋寒冷事件的遥相关的关系表明,除C5、C6和C8以外的CGS1粒度记录的寒冷事件都隐含了北大西洋的强烈信号。从这个意义上来说,笔者讨论的内容可为全新世北半球的D/O震荡及其形成机制提供一个比较理想的东亚季风变化与中国沙漠区域环境响应的地质证据。     

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。     

3 万年来亚洲降水与大气环流变化重建和模拟综述

区域性的湖泊水位能反映有效降水及气候变化,已成为重建第四纪降水和水量平衡最重要的指标。亚洲分布着几乎全球各种成因类型的湖泊,第四纪湖泊演化在全球第四纪研究中占有重要地位。多年来通过对地貌学、沉积学、生物地球化学和考古学的研究重建了各个区域的湖泊水位变化,并据此建立了湖泊演变数据库,作为研究第四纪亚洲区域气候变化的重要基础。本文介绍湖泊水位气候理论的发展历程,回顾晚第四纪亚洲湖泊水位研究的历史;分析晚第四纪亚洲从西到东不同区域湖泊水位变化历史和地域特征,并根据晚第四纪冰期和间冰期的两个特征期湖泊空间变化特征,从古气候模拟的角度探讨了气候驱动机制下湖泊水位变化的成因。