东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后东亚夏季风关系的影响及其过程

利用长时间再分析资料和台站观测资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后夏季风关系的影响和过程。结果表明,弱(强)的东亚冬季风后的次年春、夏季在西北太平洋上空往往出现反气旋(气旋)式环流异常。通过将东亚冬季风指数分解为与ENSO有关的部分以及与ENSO无关的部分,进一步证实东亚冬、夏季风之间的联系主要来自于与ENSO有关的东亚冬季风异常。在此基础上着重分析了太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响和过程。研究表明,太阳活动显著影响了东亚冬季风与ENSO的关系,在太阳活动偏低年ENSO与东亚冬季风的关系更为密切。并且,对应与ENSO有关的东亚冬季风异常,当太阳活动偏低(LS)时西北太平洋附近的异常反气旋明显增强,范围扩大,其西北侧的西南气流强度偏强并向北延伸,从而使春季多雨地区绵延到内蒙古乃至西北地区;而夏季降水主要集中在长江流域中游,表明是一个强的夏季风年。然而,在太阳活动偏高(HS)年的次年春、夏季,不论是环流异常还是降水场的异常都明显偏弱。这说明东亚冬季风与随后夏季风的关系在LS年要比HS年更紧密。对海温异常的分析则进一步表明,LS(HS)年从冬季至夏季与ENSO有关的东亚冬季风异常相联系的印度洋及热带西太平洋海温正相关范围明显偏大(小);而赤道东太平洋的显著正海温异常衰减迅速(缓慢)。上述海温异常的差异是西北太平洋反气旋能否从冬季持续到夏季的重要原因,并可以很好地解释太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响。     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

南海夏季风爆发与前期东亚冬季风异常的关系以及ENSO的作用

基于ERA-interim再分析资料采用相关分析研究了东亚冬季风和南海夏季风爆发的关系,并探讨了ENSO在其中的作用。结果表明,弱冬季风之后的南海地区5月有异常东风、降水偏少,对应于夏季风爆发偏晚;强冬季风之后则相反;但上述关系并不十分显著。进一步利用线性回归将东亚冬季风分为与ENSO有关和无关的部分,对于与ENSO有关的冬季风,上述冬季风-夏季风爆发的关系的显著性有明显提高;但与ENSO无关的冬季风和夏季风爆发并无显著联系。这说明冬季风-南海夏季风爆发的关系主要是由与ENSO有关的冬季风造成的。这一关系可以用ENSO激发的菲律宾异常反气旋或气旋来解释,以弱冬季风之后夏季风爆发偏晚为例:El Ni?o事件一方面激发出菲律宾异常反气旋,使得冬季风偏弱;另一方面又引起热带印度洋增暖,由于局地海气相互作用正反馈和印度洋电容器效应,菲律宾异常反气旋得以维持到晚春。该异常反气旋及其南侧的异常东风不利于南海夏季风的爆发,从而导致夏季风爆发偏晚。     

过去500年印度夏季风降水与ENSO的关系

为了研究大尺度背景场对ENSO和印度夏季风降水关系的调制作用,更好地预报气候变暖背景下印度夏季风降水的年际变化,本文利用重建的10套ENSO指数和印度降水资料,研究了ENSO和印度夏季风降水在过去500 a(1470—1999年)中的关系,其存在的原因以及如何理解这一现象,主要侧重于ENSO对印度夏季风的影响。结果表明:1)在过去500 a中,ENSO与印度夏季风降水的关系并非是一成不变的,大体上呈现负相关关系;在小冰期负相关较弱,在现代暖期负相关加强,19世纪80年代后负相关开始减弱。2)在过去500 a中,印度夏季风降水异常与ENSO的关系是确定存在的,并非是随机产生的。3)在小冰期和现代暖期,印度夏季降水异常与Ni1o指数的振幅及周期的关系有很大的不同,现代暖期明显较大,即相对于小冰期,现代暖期ENSO的振幅增强、周期偏大,导致印度夏季风与ENSO呈现较强的负相关关系;但两者的平均状态相差不大。     

东亚冬夏季风关系在1970s末的年代际转变

利用NCEP/NCAR和Hadley中心的大气与海洋再分析资料,选取具有代表性的东亚冬、夏季风指数,采用滑动相关和线性回归等方法,主要讨论了受ENSO影响的东亚冬季风分量和后期夏季风之间关系的年代际变化,并分析了二者关系发生变化的原因。结果表明:在1965—1979年,受ENSO影响的冬季风与后期夏季风强度的对应关系并不明显。在1980—2004年,受ENSO影响的冬季风强,对应后期的夏季风偏弱,弱冬季风对应的后期夏季风偏强。当受ENSO影响的冬季风较强时,冬季在对流层低层西北太平洋出现了异常气旋并可以维持到次年夏季,低纬地区位势高度偏低,削弱了西太平洋副热带高压,异常气旋西部的偏北气流阻碍了西南风的北进,导致夏季风偏弱。海表温度异常在1980年前后春、夏季不同的分布型可以解释环流在不同时段内的差异。     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

亚洲夏季风动力学研究综述

亚洲夏季风按照气候带可以分为东亚副热带夏季风和亚洲热带夏季风。就气候平均而言,东亚副热带夏季风于4月初在我国江南(泛称“华南”)地区建立,而亚洲热带夏季风首先于5月初在孟加拉湾东北部建立,之后向东推进,于5月第4候到达南海,然而夏季风无法直接西传至印度地区,因此印度夏季风的爆发表现为热带对流在阿拉伯海上空自赤道向北逐步推进的特征。东亚副热带夏季风与亚洲热带夏季风的爆发机制和时空变率都存在明显差异。亚洲夏季风的建立与青藏高原的动力和热力强迫作用联系紧密,其中东亚副热带夏季风的建立又与东亚大陆-西北太平洋的纬向海陆热力差异的季节转换紧密联系,而亚洲热带夏季风的爆发则与亚洲南部地区对流层中上部经向温度梯度的季节变化有关。同时,亚洲热带夏季风的建立过程还与亚洲南部高、低空环流的垂直耦合密切相关。就季节内变化而言,东亚副热带夏季风在4月份表现出10～20天季节内振荡,这与青藏高原表面感热的季节内变化有关,而盛夏的东亚副热带夏季风则存在准双周和21～30天两种振荡信号。亚洲热带夏季风的季节内振荡包含30～60天的北传信号和10～20天的西传信号,其中北传信号与环境气流的垂直切变、边界层辐合以及暖SST下垫面有关。亚洲夏季风年际变率的主要外强迫是ENSO事件,同时印度洋和大西洋海温异常、南极海冰以及青藏高原的冬、春季积雪和感热异常也影响着亚洲夏季风的年际变率。而亚洲夏季风的年代际变化既与气候系统的自然变率有关,又受热带海温强迫、人为排放气溶胶浓度和青藏高原表面热状况长期变化影响。      

我国中东部两个高山气象站风的气候特征及对夏季风的响应

利用1955—2010年的气象观测资料,对比分析我国中东部地区地理位置及海拔高度存在差异的两个高山站(南岳山和庐山)风的气候变化特征及其对夏季风的响应。分析表明:(1) 南岳山风速大于庐山,春、夏盛行西南风,秋、冬盛行北风,年内各月最大风速风向均为旺盛的西南偏南风(SSW);而庐山春、夏盛行南风,秋、冬盛行东北偏北风(NNE),年内除6、7月外最大风速的风向均为偏东北风;(2) 年及四季平均风速均呈显著减弱趋势,庐山风速减弱的趋势明显大于南岳山;(3) 两个站夏季风场的变化随夏季风季节内演变,西南风在6月初突然增强、在8月底—9月初突然减弱;(4) 两个站夏季西南风的风速与夏季风的强弱变化呈反相关关系,强夏季风年西南风偏弱,其风场特征表现为北及偏东北风频率偏多,对应风速偏强,而南及偏西南风频率明显偏少,对应风速偏弱;弱夏季风年西南风偏强,其风场特征表现为西南气流异常。      

青藏高原夏季风强弱变化及其对亚洲地区降水和环流的影响——2008年个例分析

利用2008年多种台站观测和再分析资料,通过相关分析和合成分析,详细讨论了青藏高原夏季风季节内变化及其与印度夏季风和东亚夏季风降水之间的关系.结果表明:2008年高原夏季风爆发偏早,降水偏多,季风活动有明显的季节内振荡特征、其准双周振荡特征与东亚夏季风指数和印度全区降水振荡周期相似.高原夏季风强(弱)时,印度全区及我国...     

Asynchronous responses of East Asian and Indian summer monsoons to mountain uplift shown by regional climate modelling experiments

It has been demonstrated in climate models that both the Indian and East Asian summer monsoons (ISM and EASM) are strengthened by the uplift of the entire Asian orography or Tibetan Plateau (TP) (i.e. bulk mountain uplift). Such an effect is widely perceived as the major mechanism contributing to the evolution of Asian summer monsoons in the Neogene. However, geological evidence suggests more diachronous growth of the Asian orography (i.e. regional mountain uplift) than bulk mountain uplift. This demands a re-evaluation of the relation between mountain uplift and the Asian monsoon in the geological periods. In this study, sensitivity experiments considering the diachronous growth of different parts of the Asian orography are performed using the regional climate model COSMO-CLM to investigate their effects on the Asian summer monsoons. The results show that, different from the bulk mountain uplift, the regional mountain uplift can lead to an asynchronous development of the ISM and EASM. While the ISM is primarily intensified by the thermal insulation (mechanical blocking) effect of the southern TP (Zagros Mountains), the EASM is mainly enhanced by the surface sensible heating of the central, northern and eastern TP. Such elevated surface heating can induce a low-level cyclonic anomaly around the TP that reduces the ISM by suppressing the lower tropospheric monsoon vorticity, but promotes the EASM by strengthening the warm advection from the south of the TP that sustains the monsoon convection. Our findings provide new insights to the evolution of the Asian summer monsoons and their interaction with the tectonic changes in the Neogene.     

ENSO及其年代际异常对全球及亚洲季风降水影响的数值研究

根据诊断分析结果,利用ＬＡＧＳ改进的Ｌ９Ｒ１５气候谱模式,设计了３个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ＥＮＳＯ异常对全球降水,特别是对亚洲季风降水的影响。试验结果表明,在年代际的冷、暖背景下,当出现ＥＮＳＯ事件时,降水响应的异常场在ＥＮＳＯ的不同发展阶段上,表现显著不同。出现这种差异的物理过程可以用与垂直环流相联系的势函数的变化来表示。暖背景下,当ＥＮＳＯ处于发展时期,比冷背景下更容易出现强烈反Ｗａｌｋｅｒ的环流,但在ＥＮＳＯ处于衰减期更容易产生强烈的Ｗａｌｋｅｒ环流,这就意味着暖背景时的ＥＮＳＯ异常对大气影响的幅度更大。     

East Asian summer monsoon circulation structure controlled by feedback of condensational heating

The East Asian summer monsoon (EASM) features strong humid low-level southerly flows and abundant rainfall over the subtropical East Asia. This study identified how condensational heating generated by the EASM rainfall can affect the EASM circulation by contrasting two 10-member ensembles of atmospheric General Circulation Model experiments with Community Climate Model version 3/National Center for Atmospheric Research respectively with and without feedback of condensational heating over the East Asian domain. Major results inferred from the experiments are as follows. Condensational heating is found to absolutely dominate diabatic heating over East Asia. Exclusion of the feedback of condensational heating leads to a significant weakening of summertime tropospheric warming over land and thus a large reduction of the land-sea thermal contrast between entire Asian continent and surrounding oceans. Associated with this, the lower-level EASM flows are weakened, South Asian High at 200 hPa migrates southward with reduced intensity and breaks over East Asia with southerly flows prevailing in the upper troposphere, in contrast to northerly flows in reality. Consequently, local EASM meridional cell disappears and the baroclinic structure featured by the EASM circulation that is dynamically determined by convective condensational heating over East Asia is altered to a barotropic structure. Therefore, it is concluded that the feedback of condensational heating acts to largely enhance lower-level flows of the EASM and essentially determine its baroclinic structure and meridional cell, once the solar radiation and inhomogeneity of the Earth’s surface form low-level monsoon flows in East Asia by enhancing land-sea thermal contrast.     

东亚夏季风的年际到年代际变化及其与全球大气环流和海表温度的联系

The East Asian summer monsoon (EASM) underwent an interdecadal variation with interannual variations during the period from 1958 to 1997, its index tended to decline from a higher stage in the mid-1960＇s until it reached a lower stage after 1980＇s. Correlation analysis reveals that EASM is closely related with the global atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). The differences between the weak and strong stage of EASM shows that, the summer monsoon circulation over East Asia and North Africa is sharply weakened, in the meantime, the westerlies in high latitudes and the trade--wind over the tropical ocean are also changed significantly. Over the most regions south of the northern subtropics, both air temperature in the lower troposphere and SST tended to rise compared with the strong stage of EASM. It is also revealed that the ocean-atmosphere interaction over the western Pacific and Indian Ocean plays a key role in interannual to interdecadal variation of EASM, most probably, the subtropical Indian Ocean is more important. On the other hand, the ENSO event is less related to EASM at least during the concerned period.     

强弱南海夏季风年水汽输送路径特征分析

采用印度洋偶极子指数（dipole mode index,简称DMI）、Nino3指数和国内学者定义的5种东亚夏季风指数来比较分析印度洋偶极子（Indian Ocean dipole,简称IOD）、ENSO与东亚夏季风年际变化联系的年代际改变,讨论了这种改变的可能成因。结果表明,东亚夏季风指数分别与DMI、Ni-no3指数的年际变化的联系都呈明显的年代际改变。东亚夏季风指数除了在20世纪80年代及90年代初期与DMI联系较弱之外,其余时段均与DMI具有很好的正相关关系。当季风指数与DMI为正相关时,其与Nino3指数则呈负相关,IOD和ENSO对夏季风具有相反的影响。当季风指数与DMI呈较强的正相关时,其与ENSO的相关较弱;而在70年代末至80年代初季风指数与ENSO呈较强的相关时,其与DMI的关系亦较弱。东亚夏季风与IOD、ENSO年际变化之间的联系呈现此强彼弱的特点。1972—1982年和1983—1993年这两个阶段海温分布的显著不同,可能导致了海气相互作用过程中环流变化的周期及分布的改变,使得东亚夏季风与IOD和ENSO的关系发生年代际改变。     

东亚夏季风与中国夏季降水年际异常的分型研究

以海陆气压差定义的夏季风强度指数为依据,讨论了东亚夏季风年际异常与中国夏季降水的关系,发现东亚夏季风强时,中国夏季降水可能多也可能少,但以少雨为主,季风弱时,中国降水也是或多或少,但以多雨为主,依此可以将季风与降水的异常关系分成强季风强降水（Ａ）,强季风弱降水（Ｂ）,弱季风强降水（Ｃ）,弱季风弱降水（Ｄ）四种关系,其中（Ａ）型和（Ｄ）型,（Ｂ）型和（Ｃ）型的降水呈反相似性分布,主要特殊性反映在东北     

ENSO冷暖位相影响东亚冬季风与东亚夏季风联系的非对称性

东亚冬季风（East Asian Winter Monsoon,简称EAWM）和东亚夏季风（East Asian Summer Monsoon,简称EASM）作为东亚季风系统的两个组成部分,他们之间存在显著的转换关系。前人的研究表明EAWM与次年EASM的转换关系只有在ENSO事件发生时才显著,然而这些研究都是基于ENSO对大气环流的影响是对称的这一假设下进行的。本文的研究表明EAWM和次年EASM的转换关系在ENSO冷暖事件中存在着明显的不对称性。通过将EAWM分为与ENSO有关的部分（EAWM_EN）和与ENSO无关的部分（EAWM_RES）,我们发现在强EAWM_EN年（即La Ni?a年）,在西北太平洋会存在一个从冬季维持到次年夏季的气旋性环流异常（the anomalous western North Pacific Cyclone,WNPC）,从而造成EASM偏弱;而在弱EAWM_EN年（即El Ni?o年时）,在西北太平洋会存在一个从冬季维持到次年夏季的反气旋性环流异常（the anomalous western North Pacific anticyclone,WNPAC）,从而引起次年EASM偏强。比较而言,WNPAC的位置比WNPC的位置偏南,且强度更强,因而在El Ni?o年能够引起次年EASM更大幅度的增强。造成这一不对称联系的主要原因是热带太平洋和印度洋异常海温的演变差异。在强EAWM_EN年,热带太平洋的负海温异常衰减地较慢,使得在次年夏季仍然维持着显著的负异常海温;相反,在弱EAWM_EN年,热带太平洋的正海温异常衰减地较快,以至于在次年夏季的异常海温信号已经基本消失,但此时印度洋却有着显著的暖海温异常。海温演变的差异进一步造成了大气环流的差异,从而导致EAWM与次年EASM联系的不对称性。     

春季青藏高原表面感热加热的年际变化特征及其对印度夏季风爆发时间的影响

本文基于日本气象厅(JMA)的JRA-25再分析资料,分析了春季青藏高原表面感热加热年际变化的时空特征,及其对印度夏季风爆发过程的影响。EOF分析结果表明,春季高原感热加热的年际变化在高原中西部最为明显,这主要与局地地-气温差的年际变率有关。统计分析表明,当春季高原中西部表面感热偏强(弱)时,印度夏季风爆发偏早(晚),且高原中西部表面感热与ENSO事件无显著相关。春季高原中西部感热能够通过改变印度季风区对流层高层和低层的经向热力结构来影响印度夏季风的爆发时间。当春季高原中西部感热偏强时,造成的上升气流在高原以西的印度季风区北部下沉,通过绝热增暖引起局地对流层中上部的异常暖中心,令印度季风区对流层中上部平均温度经向梯度由冬至夏的季节性反转提早。同时,印度季风区北部的下沉运动能够抑制当地降水,令陆面温度升高,并通过非绝热过程造成对流层低层的异常暖中心,进一步增强了印度季风区的海陆热力对比。在印度季风区以北地区对流层高、低层异常增暖的共同作用下,印度夏季风提前爆发。     

Numerical Experiment on Impact of Anomalous SST Warming in Kuroshio Extension in Previous Winter on East Asian Summer Monsoon

The impact of anomalous sea surface temperature (SST) warming in the Kuroshio Extension in the previous winter on the East Asian summer monsoon (EASM) was investigated by performing simulation tests using NCAR CAM3.The results show that anomalous SST warming in the Kuroshio Extension in winter causes the enhancement and northward movement of the EASM.The monsoon indexes for East Asian summer monsoon and land-sea thermal difference,which characterize the intensity of the EASM,show an obvious increase during the onset period of the EASM.Moreover,the land-sea thermal difference is more sensitive to warmer SST.Low-level southwesterly monsoon is clearly strengthened meanwhile westerly flows north (south) of the subtropical westerly jet axis are strengthened (weakened) in northern China,South China Sea,and the Western Pacific Ocean to the east of the Philippines.While there is an obvious decrease in precipitation over the Japanese archipelago and adjacent oceans and over the area from the south of the Yangtze River in eastern China to the Qinling Mountains in southern China,precipitation increases notably in northern China,the South China Sea,the East China Sea,the Yellow Sea,and the Western Pacific to the east of the Philippines.North China is the key area where the response of the EASM to the SST anomalous warming in the Kuroshio Extension is prominent.The surface air temperature shows a warming trend.The warming in the entire troposphere between 30oN and 50oN increases the land-sea thermal contrast,which plays an important role in the enhancement of the EASM.Atmospheric circulation and precipitation anomalies in China and its adjacent regions have a close relationship with the enhancement of the Western Pacific subtropical high and its northward extension.     

Impacts of Coastal SST Variability on the East Asian Summer Monsoon

The impacts of the seasonal and interannual SST variability in the East Asia coastal regions （EACRSST） on the East Asian summer monsoon （EASM） have been examined using a regional climate model （PδRCM9） in this paper. The simulation results show that the correlation between the EACRSST and the EASM is strengthened after the mid-1970s and also the variability of the EACRSST forcing becomes much more important to the EASM interannual variability after the mid-1970s. The impacts of the EACRSST on the summer precipitation over each sub-region in the EASM region become weak gradually from south to north, and the temporal evolution features of the summer precipitation differences over North and Northeast China agree well with those of the index of EASM （IEASM） differences.
The mechanism analyses show that different EACRSST forcings result in the differences of sensible and latent heat flux exchanges at the air-sea interface, which alter the heating rate of the atmosphere. The heating rate differences induce low level air temperature differences over East Asia, resulting in the differences of the land-sea thermal contrast （LSTC） which lead to 850 hPa geopotential height changes. When the 850 hPa geopotential height increases over the East Asian continent and decreases over the coast of East China and the adjacent oceans during the weakening period of weakens consequently. On the contrary, the EASM enhances during the strengthening period of the LSTC.