近50年中国干湿气候界线波动及其成因初探

文中在 10a际尺度上详细分析了中国干湿气候界线波动与气候的干湿变化 ,得出 :过去 5 0a中国干湿气候界线波动显著 ,区域差异大 ,呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征。 2 0世纪 6 0～ 70年代中国干湿气候存在一次突变 ,由较湿润变为干旱 ,但各地干旱程度不同。干湿气候界线波动与气候的干湿变化具有显著的年代际特征。在此基础上分析了气候界线波动的可能原因 ,中国干湿气候界线的波动与气候的干湿变化是西太平洋副热带高压强度位置导致的东南季风、孟加拉湾暖流所导致的西南季风以及高原季风、中纬度西风环流等综合作用的结果。中国各地区干湿位相变化不一致 ,区域差异大 ,是不同环流以及环流的不同强弱组合所致。东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的年代际变化是过去 5 0a中国干湿气候界线波动与气候干湿变化年代际变化的根本原因。 2 0世纪 6 0～ 70年代的干湿突变 ,是整个北半球大气环流异常的结果     

近44年来我国西北地区干湿特征分析

利用我国西北地区1960—2003年131个测站降水和小型蒸发皿蒸发量资料, 综合考虑降水和蒸发这两个水分平衡最关键的分量构造了降水蒸发均一化干湿指数, 进而研究了西北地区干湿的时空演变特征。结果表明:一致性异常是西北地区近44年干湿特征的最主要空间分布模态; 西北地区干湿异常特征主要分为西风带气候区型, 高原气候区型和季风气候区型; 整个西北地区及其西风带气候区、高原气候区年干湿特征呈较为显著的变湿趋势, 大约在20世纪70年代中期均发生了由干向湿的突变, 而季风气候区表现为变干趋势, 并且在90年代前期发生了由湿向干的突变; 整个西北地区及各分区近44年来主要以年代际周期振荡为主。     

An overview of dry-wet climate variability among monsoon-westerly regions and the monsoon northernmost marginal active zone in China

Climate in mainland China can be divided into the monsoon region in the southeast and the westerly region in the northwest as well as the intercross zone, i.e., the monsoon northernmost marginal active zone that is oriented from Southwest China to the upper Yellow River, North China, and Northeast China. In the three regions, dry-wet climate changes are directly linked to the interaction of the southerly monsoon flow on the east side of the Tibetan Plateau and the westerly flow on the north side of the Plateau from the inter-annual to inter-decadal timescales. Some basic features of climate variability in the three regions for the last half century and the historical hundreds of years are reviewed in this paper. In the last half century, an increasing trend of summer precipitation associated with the enhancing westerly flow is found in the westerly region from Xinjiang to northern parts of North China and Northeast China. On the other hand, an increasing trend of summer precipitation along the Yangtze River and a decreasing trend of summer precipitation along the monsoon northernmost marginal active zone are associated with the weakening monsoon flow in East Asia. Historical documents are widely distributed in the monsoon region for hundreds of years and natural climate proxies are constructed in the non-monsoon region, while two types of climate proxies can be commonly found over the monsoon northernmost marginal active zone. In the monsoon region, dry-wet variation centers are altered among North China, the lower Yangtze River, and South China from one century to another. Dry or wet anomalies are firstly observed along the monsoon northernmost marginal active zone and shifted southward or southeastward to the Yangtze River valley and South China in about a 70-year timescale. Severe drought events are experienced along the monsoon northernmost marginal active zone during the last 5 centuries. Inter-decadal dry-wet variations are depicted by natural proxies for the last 4--5 centuries in several areas over the non-monsoon region. Some questions, such as the impact of global warming on dry-wet regime changes in China, complex interactions between the monsoon and westerly flows in Northeast China, and the integrated multi-proxy analysis throughout all of China, are proposed.     

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。     

1961～2009年中国季风区范围和季风降水变化

东亚季风对中国气候和环境有重要影响, 以往研究多关注于季风环流和人为给定区域内夏季降水的变化, 对于季风区域变化本身及其相伴的季风降水鲜有涉及。本文使用四套降水观测资料, 其中包括基于2416个台站最新资料所得到的中国区域高分辨率降水格点数据, 集中分析了1961～2009年中国季风区范围、季风区西北边界、季风降水及其强度变化。结果表明, 季风区约占中国陆地面积的60%, 研究时段内总体上在缩少;季风降水无趋势性变化而是表现为一定的年际和年代际变率;中国季风降水强度平均为4.46 mm d-1。季风区西北部的东、西边界间区域属于典型的干湿交错带, 季风区西北边界在40°N以南整体上表现为-0.026°/a的西进趋势, 而在其北部则表现为0.041°/a的东退, 这主要是源于区域尺度热力对比、大气环流和水汽通量的变化所致。     

热带西北太平洋10~30 d振荡对南海夏季风影响

采用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料以及ERSST海温资料,分析热带西太平洋夏季对流10~30 d振荡对南海夏季风的影响。在年际变化尺度上,热带西北太平洋夏季10~30 d振荡强度指数 (TWPI) 与南海夏季风强度有很好的正相关关系。在TWPI增强年份,海温主要呈El Ni?o分布,南海周边区域增强的异常西风产生强的正涡度切变,导致异常气旋性环流,为季风槽的增强提供了热量和水汽,从而增强南海夏季风强度。反之,在TWPI减弱年份,海温主要呈La Ni?a分布,南海夏季风强度减弱。在不同的年代际背景下,垂直切变和水汽-对流的总体变化是影响TWPI总体变化的重要因子,但不能影响南海夏季风强度的总体变化。海陆热力对比的总体变化是导致南海夏季风强度总体变化的主要影响因素。     

青藏高原季风对我国西北干旱区气候的影响

基于ERA-Interim逐月再分析资料及同期高原和我国西北干旱区观测站温度与降水资料,分析高原季风与西北干旱区气候的关系,对比高原典型强弱季风年平均大尺度环流和水汽输送条件的差异,探讨高原强弱季风年西北干旱区气候差异形成的原因。研究结果表明:高原季风与我国西北干旱区气候相关关系显著;高原强弱季风年对应的大尺度环流和垂直环流系统存在明显差异;水汽条件和抬升条件好坏与降水量多寡配合得较好,即强高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件更有利于降水,而弱高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件偏差,对应降水量较常年同期偏少。     

The Dynamic Plateau Monsoon Index and Its Association with General Circulation Anomalies

Based on monthly ECMWF reanalysis-Interim(ERA-Interim) reanalysis data,along with monthly precipitation and temperature data,the Dynamic Plateau Monsoon Index(DPMI) is defined.The results of a contrast analysis of the DPMI versus the Traditional Plateau Monsoon Index(TPMI) are described.The response of general circulation to northern Qinghai-Xizang Plateau summer monsoon anomalies and the correlation of the DPMI with general circulation anomalies are investigated.The results show that,the DPMI reflected meteorological elements better and depicted climate variation more accurately than the TPMI.In years when the plateau summer monsoon is strong,the low over the plateau and the trough near the eastern coast of Asia are deeper and higher than normal over South China.This correlation corresponds to two anomalous cyclones over the plateau and the eastern coast of Asia and an anomalous anticyclone in South China.The plateau and its adjacent regions are affected by anomalous southwesterly winds that transport more moisture to South China and cause more precipitation.The lower reaches of the Yangtze River appear to receive more precipitation by means of the strong westerly water vapor flow transported from the "large triangle affecting the region".In years when the plateau summer monsoon is weak,these are opposite.The plateau monsoon is closely related to the intensity and position of the South Asian high,and the existence of a teleconnection pattern in the mid-upper levels suggests a possible linkage of the East Asian monsoon and the Indian monsoon to the plateau summer monsoon.     

近30年安徽省地表干湿时空变化及对农业影响

采用FAO Penman-Monteith模型, 并利用安徽省辐射观测资料对其净辐射项进行修正, 计算近30年安徽省的参考作物蒸散量。用此计算值和相应时段的降水量计算干燥度 (I_a), 并进行了基于干燥度指标不同时间尺度的区域地表干湿状况变化分析。分析表明:1971—2000年安徽省年干燥度平均值I_a=1的等值线为湿润区和半湿润区的分界线, 该分界线与1000 mm的年雨量线有很好的一致性, 同时也具有清晰的农业意义。20世纪70—90年代I_a=1的等值线南北波动, 其波动区域正是安徽省江淮分水岭易旱区。在此基础上分析了半湿润区、波动区域和湿润区降水量、参考作物蒸散量和干燥度年代际、年际和半年际的变化趋势及变异率以及逐月干旱频率及其对农业的影响。     

A New Circulation Index to Describe Variations in Winter Temperature in Southwest China

A new circulation index (I_SW) that can realistically describe winter temperature variations over Southwest China is defined based on analysis of the NCEP/NCAR reanalysis data (version 1) and the observations at 585 stations in China. The study period is from January 1961 to February 2011. The relationship between I_SW and general circulation patterns in East Asia is also analyzed. Results show that I_SW successfully captures the variations in winter temperature over Southwest China. High I_SW values correspond to the intensified Mongolian high, the weakened Aleutian low, increases in the strength of the Middle East westerly jet stream over the south of the Tibetan Plateau (TP), and decreases in the strength of the subtropical westerly jet over the north of the TP. Meanwhile, the East Asian trough deepens and extends southwestward, making it easier for the cold air mass from the north to intrude Southwest China along the trough. These circulation patterns lead to a decrease in winter temperature over Southwest China (and vice versa). In addition to the East Asian winter monsoon, the two westerly jets that dominate the upper level circulation over East Asia also exert important influences on winter temperature in Southwest China, especially the Middle East westerly jet to the south of the TP.     

亚洲中部干旱气候研究综述与机理分析

综述了亚洲中部干旱气候若干研究进展,并对亚洲中纬度干旱区形成机理进行了深入分析。依据大尺度气候分类法将全球陆地划分为季风、地中海及西风带气候区,分别对应于年内季节循环中多雨—高温的同位相、反位相及不相关等类型水—热配置特征。亚洲中部干旱区南北部分属地中海和西风带气候区,其不同水—热位相配置又对应于不同的水汽通量及其散度等特征。研究揭示了欧亚大陆中部干旱区形成于降水不足且季节性水—热配置不当,起因于大气环流平均槽脊季节变化引起的大气动力—热力配置,其根源是海陆热力差异及大地形对大气环流强迫的结果。本文还讨论了季风区与非季风区之间平均气流水汽散度的季节性互动,以及行星尺度上不同气候区之间平均气流与瞬变涡动水汽散度之间的配置等问题。     

南海夏季风建立的气候特征及其机制的讨论

使用1998年南海季风试验期问高质量资料和NCEP／NCAR40年再分析资料分析了南海季风建立前后的大尺度环流特征和要素的突变及爆发过程。发现南亚高压迅速从菲律宾以东移到中南半岛北部，孟加拉湾槽加深加强，赤道印度洋西风加强并向东向北迅速扩展和传播，以及伴随的中低纬相互作用和西太平洋副高连续东撤是南海夏季风建立的大尺度特征。与此同时，亚洲低纬地区的南北温差和纬向风切变也发生相应的突变。数值试验结果表明，印度半岛地形的陆面加热作用在其东侧激发的气旋性环流对于孟加拉湾槽的加强有重要作用，并进而有利于南海夏季风先于印度夏季风爆发。     

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.     

The portrayal of the Australian monsoon equatorial monsoon shear line by GCMs: enhanced greenhouse scenario implications

A critical test of a general circulation model is its performance on the regional scale. In this paper we examine the summer climatology of the CSIRO4 (4-layer) climate model over the Australian tropical region. The benchmark for the study is the positioning of the monsoon equatorial trough. We compare the CSIRO4 model climatology with the climatologies from the GFDL and GISS models and we report on the sensitivity of the position of the monsoon shear line and the strength of the monsoon westerly winds to the doubling of carbon dioxide in the atmosphere. The model results show that under the greenhouse scenario the monsoon is strengthened, but the average location of the monsoon shear line is not sensitive to the doubling of CO₂. Offprint requests to: BF Ryan     

热带副热带对流层中上层水汽场分析研究

利用GMS-5卫星水汽通道资料分析了1995年夏秋季热带对流层中上层水汽场的分布及其变化。分析表明：南印度洋-澳大利亚-南城市平洋地区是夏秋季对流层中上层最好干的地区，赤道太平洋、北太平洋是相对干区；夏秋季南亚和中国南部是对流层中上层最潮湿的地区，夏季比秋季更潮湿，反映出季风在这一地区的活动特点，月平均水汽场从8月到9月，高湿带观点华北平原突然南跳到南海海面，表明对流层中上层的水汽场在9月份发生突变，比大气环流的10月突变早1个月完成；青藏高原夏季东南部为湿区，秋季西北部为湿区。     

夏季西北干旱气候形成的数值模拟——高原地形和环流场等的影响

为了进一步检验和修改本文部分作者先前初步提出的影响夏季西北干旱气候形成的因子及如何相互作用形成西北干旱气候的物理图像,本文继续用一全球大气环流谱模式,设计了5组试验,利用ECMWF 的格点分析值资料,进行了数值模拟。结果表明,青藏高原隆升和环流差异是形成西北干旱气候的重要因子,已提出的西北干旱气候形成的物理图像大体是正确的。     

论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化

本文是以新的资料和研究结果对东亚夏季风的基本特征、驱动力和年代际变化所作的重新分析与评估。内容包括四个部分:（1）东亚夏季风的基本特征;（2）东亚夏季风的驱动力;（3）东亚夏季风的年代际变率与原因;（4）东亚夏季风与全球季风的关系。结果表明:东亚夏季风是亚洲夏季风的一个重要有机部分,主要由来源于热带的季风气流组成,并随季节由南向北呈阶段性推进,它是形成夏季东亚天气与气候的主要环流和降水系统。驱动夏季风的主要强迫有三部分:外部强迫、耦合强迫与内部变率,其中人类活动引起的外强迫（气候变暖、城市化、气溶胶增加等）是新出现的外强迫,它正不断改变着东亚夏季风的特征与演变趋势。海洋与陆面耦合强迫作为自然因子是引起东亚夏季风年际和年代际变化的主要原因,其中太平洋年代尺度振荡（PDO）与北大西洋多年代尺度振荡（AMO）的协同作用是造成东亚夏季风30~40年周期振荡的主要原因。1960年代以后,东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化,相应的中国东部夏季降水型出现了“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增”的转变。最近的研究表明,上述东亚夏季风年代际变化与整个亚非夏季风系统的变化趋势是一致的。在本世纪主要受气候变暖的影响,夏季风雨带将持续北移,中国北方和西部地区出现持续性多雨的格局。最后本文指出,亚非夏季风系统相比于其他区域季风系统更适合全球季风的概念。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。     

关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展

资料分析显示,与850 hPa风场相比,地面风的变化能更好地表征亚洲各季风系统的特征。基于地面风的季节性反转和降水的显著变化所构建的亚洲夏季风(ASM)爆发指数和等时线图表明:亚洲热带夏季风(TASM)在5月初首先在孟加拉湾(BOB)东南部爆发后不是向西传播,而是向东经中印半岛向东推进,于5月中到达中国南海(SCS),6月初到达热带西北太平洋。印度夏季风的表面低压系统源于近赤道阿拉伯海地区,于6月初到达印度西南部喀拉拉邦,印度夏季风随之爆发。亚洲副热带夏季风(STASM)5月初在西北太平洋日本本州东南的海区发生后向西南伸展,于6月初与南海季风降水区连接,形成东北—西南向雨带,夏季风在中国东南沿海登陆,日本的“梅雨”(Baiu)开始。6月中该雨带向北到达长江流域和韩国,江淮梅雨和韩国的“梅雨”(Changma) 开始。本文还回顾了亚洲热带夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展。春季青藏高原和南亚海陆分布的联合强迫作用使海表温度(SST)在BOB中东部形成短暂但强盛的暖池,在高层南亚高压的抽吸作用下,常伴有季风爆发涡旋(MOV)发展,使冬季连续带状的副高脊线在孟加拉湾东部断裂,导致亚洲热带季风首先在BOB爆发。BOB东/西部有东/西风型垂直切变,利于激发/抑制对流活动,并增加/减少海洋向大气的表面感热加热,从而使得亚洲夏季风爆发的向西传播在BOB西海岸遇到屏障。季风爆发逐渐向东伸展引发南海和热带西太平洋夏季风相继爆发。季风降水释放的强大潜热使南亚高压发展西伸,纬向非对称位涡强迫显著增强;在阿拉伯半岛强烈的表面感热加热所诱发的中层阿拉伯反气旋的共同作用下,位于阿拉伯海近赤道的低压系统北移发展成为季风爆发涡旋,导致印度季风爆发。由此可见,历时约一个月的亚洲热带夏季风爆发的三个阶段(孟加拉湾、南海和印度季风爆发)是发生在特定的地理环境下受特定的动力—热力学规律驱动的接续过程。     

东亚夏季风年代际变化研究进展

简要回顾了东亚地区气候以及夏季风主要环流系统成员年代际变化的观测特征、数值模拟及其可能机理等方面的研究进展,并提出了东亚夏季风年代际变化数值模拟研究需进一步探讨的问题。