高分辨率卫星实测资料揭示的近年亚洲热带夏季风爆发进程

利用高分辨率卫星观测资料,从气候态角度分析了亚洲热带夏季风爆发特征。研究表明,亚洲热带夏季风最先在中南半岛西部爆发,随后在整个中南半岛和孟加拉湾东部,然后扩大至孟加拉湾西部和南海。夏季风爆发后,与孟加拉湾和南海相比,中南半岛雨量增强形势不明显。第26—28候（即5月第2候—5月第4候）是亚洲热带夏季风的爆发阶段。整个爆发过程,低层风场的时空演变与对流降水相对应,海表温度场增温较海表风场提早约1候左右;华南地区以锋面降水为主,即副热带季风降水。采用对流降水和海表上空10 m风场分别代表夏季风降水和盛行风向的时空演变特征较常规资料更为准确、精细。     

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

气溶胶影响亚洲夏季风机理的数值研究

利用NCEP/NCAR （National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）2001-2010年再分析资料,检验了全球气候系统模式CESM中大气模块CAM （Community Atmosphere Model）对亚洲夏季风和大气热源的模拟能力。结果显示,模式可以再现亚洲夏季风和大气热源的主要特征。通过敏感试验探讨人为气溶胶影响亚洲夏季风的机理,分析、讨论了气溶胶引起的非均匀加热的变化对辐散风和无辐散风强度的影响,在机理上解释了亚洲夏季风减弱的原因。结果表明,人为气溶胶浓度的升高使东亚夏季风强度在中国东南地区、中南半岛北部和印度半岛北部减弱。而中国东南部季风的减弱促使中国内陆降水减少,沿海降水增多。进一步分析人为气溶胶浓度升高的作用发现,其改变了大气热源的分布,造成阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海大气热源增强,中国东部地区和中南半岛大气热源减弱,其中气溶胶通过影响凝结潜热来改变大气热源,主要是对对流过程的影响。此外,大气热源分布的变化改变了季风区的热力结构,使中国东南地区、中南半岛北部的加热减弱,从而减少了全位能的产生,使得全位能向辐散风的转换减小,辐散风减弱;同时,中国东南部、中南半岛北部季风由于辐散风向无辐散风转换的减弱,无辐散风减弱,最终导致了夏季风强度的减弱。而且,人为气溶胶对亚洲夏季风的影响主要通过大气热力和动力过程的响应产生作用。     

春季南半球环状模与长江流域夏季降水的关系：Ⅱ 印度洋和南海海温的“海洋桥”作用

用回归、合成、相关、ESVD等方法分析了春夏季印度洋、南海海温异常在春季南半球环状模(SAM)与夏季长江中下游降水关系中的作用.研究发现春季南半球环状模指数(SAMI)正(负)异常时,同期南印度洋中高纬、北印度洋海域海温出现了明显正(负)异常,这种海温的正(负)异常在夏季依然存在,并且北印度洋的海温异常得到加强.对印度洋和南海海域详细划分区域后的进一步分析表明春季南半球热带外大气环流(SAM)异常可以强迫南印度洋中高纬海域海温发生明显异常.这种异常可以持续到夏季,而且表现出传播特性,即南印度洋中高纬海温异常可以传播到北印度洋(包括阿拉伯海和孟加拉湾)和南海海域,加强这些海域的海温异常.对东亚夏季风与夏季海温关系的分析表明东亚夏季风异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常与春季SAM异常对应的夏季北印度洋、南海海温异常的形势相似,符号相反.说明印度洋、南海海温是春季SAM影响夏季长江中下游降水的一个"桥梁".基本思路为强(弱)春季SAM可以引起南印度洋中高纬海域海温的偏高(偏低);南印度洋中高纬海域偏高(偏低)的海温从春季持续到夏季并且传播到阿拉伯海、孟加拉湾、南海海域;这些海区偏高(偏低)的海温可以导致东亚夏季风减弱(加强),而东亚夏季风减弱(加强)是长江中下游降水偏多(偏少)的一种有利条件.     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面-过程的可能影响Ⅱ： 数值试验

在对南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响进行了诊断分析的基础上,应用MM5/NOAHLSM模式,研究了中南半岛陆气相互作用对2004年南海夏季风爆发过程的可能影响。结果发现:在南海夏季风爆发前,中南半岛南海地区低层气温差确实出现低值,甚至负值;尽管短期内中南半岛土壤湿度和降水的变化没有引起季风爆发日期的改变,但对季风爆发的强度有影响。土壤湿度和降水变化引起的干异常可导致地表感热通量的增大和地表温度的升高,致使中南半岛与南海之间低层的温差异常(负温差)减小,季风爆发强度减弱;不同的是,湿异常可引起季风爆发强度增强。这一结果说明,在南海夏季风爆发前期,中南半岛上空对流活动和降水异常及其引起的土壤湿度的异常变化在一定程度上会影响到季风爆发的过程。文章还比较了不同温湿地表条件下低层大气状态的差异和地表能量、水分平衡过程的不同,分析了陆气相互作用对季风活动产生影响的物理机制。     

南海海温和西南地区土壤湿度异常与中国东部夏季降水的可能联系

利用1958—2001年NOAA海温资料、欧洲中心(ECMWF)ERA40土壤湿度再分析资料和中国100 °E以东444站的降水资料,探讨了南海海温和土壤湿度异常与我国东部夏季降水之间的可能联系,并初步讨论其可能的物理过程。结果表明,春季南海海温与西南地区东部土壤湿度的异常变化之间存在显著的负相关关系,而土壤湿度的异常与我国东部夏季降水之间也存在密切的联系。当春季南海海温异常偏高(低)时,我国西南地区东部的土壤通常出现异常偏干(湿),而夏季长江流域降水偏多(少)、东南沿海地区降水偏少(多)。进一步分析表明,春季南海海温异常偏高(低),有利于我国南部区域低层西南风减弱(偏强),西南地区东部水汽输送减少(增加),导致该地区春季的降水异常减少(增加)、土壤偏干(湿);通过蒸发反馈机制使得夏季西南地区东部地表温度偏高(低),引起副高西伸(东退)发展,最终导致我国东部地区夏季降水的异常。      

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响Ⅰ:诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海-气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆-气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区.因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的.文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响.2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛-南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件.此外,中南半岛-南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系.通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期.     

夏季海洋性大陆区域OLR年际变动与中国长江中上游旱涝的关系

利用1979—2007年的NECP资料、GISST月平均资料和中国160个降水测站资料，用SVD方法分析了热带海洋性大陆区域OLR与夏季中国降水场的关系。结果表明：孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带（SPCZ）、印尼群岛及其附近海域的对流活动与我国夏季长江中上游降水场存在密切联系。若孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带区的OLR偏高（偏低），及东印度洋、印尼群岛附近的OLR偏低（偏高），则夏季长江中上游及以北地区的降水偏多（偏少）。定义了与长江中上游降水相关的海洋性大陆区域OLR指数IMCOLR，并由IMCOLR指数确定高低值年再进行合成分析，发现印尼群岛及其海域气柱内净的辐射和海表热通量的异常增加，有利于该地区对流活动增强和OLR负异常的产生和维持；而孟加拉湾、南海和热带西太平洋存在海表热通量的减弱和辐射冷却的加强，有利于对流活动减弱，导致潜热释放异常减少和维持OLR正异常。热带海洋性大陆区域对流活动IMCOLR与海表温度异常间的相关关系表明，热带海洋性大陆地区对流活动的年际变动可受到热带印度洋海温异常和太平洋区域“三级型”海温异常的共同影响。这些热力强迫异常可导致对流层低层大气异常响应，产生P-J类遥相关，影响中国长江流域中上游降水异常。     

亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅱ:云南主汛期季节内振荡活动过程及其对MJO活动的响应

利用NCEP OLR、风场再分析资料和日本APHRO_MA_V1003R1降水资料,针对云南主汛期季节内振荡(ISO)活跃年分析了对应低频对流场、环流场和降水的异常特征,以及热带印度洋大尺度振荡MJO分别激发孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO,从而对云南主汛期ISO和降水产生的影响.在云南主汛期ISO活跃年,低频对流场和环流场在云南ISO波动的1～3位相和4～6位相呈反位相特征,这主要由热带印度洋低频对流东传、北传和副热带西太平洋低频对流西传造成的.热带印度洋的低频对流在发展过程中,一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃并继续向云南传播;另一方面沿孟加拉湾以南继续东传到南海,激发了南海热带季风ISO活跃并北传到副热带中国东部地区,再沿副热带西传至云南,越过云南后与沿孟加拉湾西岸从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期.云南主汛期降水在1～3位相由于副热带低频对流西传和孟加拉湾低频对流东北向传播而处于正距平(第2位相降水最多);在4～6位相,由于副热带低频对流抑制区西传和孟加拉湾低频对流抑制区东北向传播而降水减少(第5位相降水最少),云南主汛期降水与当地低频对流有较好的对应关系.当热带印度洋MJO较强时,4-7月以两条路径向云南的三次传播增强和提前,使得云南主汛期ISO活动也加强,对应产生三次低频对流活跃期,这种MJO由热带印度洋向云南的传播需要30～40天的时间.因此,正是热带印度洋MJO分别对孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲夏季风系统共同作用于云南主汛期ISO,影响当地降水.     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

Moisture Transport in the Asian Summer Monsoon Region and Its Relationship with Summer Precipitation in China

The characteristics of moisture transport over the Asian summer monsoon region and its relationship with summer precipitation in China are examined by a variety of statistical methods using the NCEP/NC AR reanalysis data for 1948-2005.The results show that:1) The zonal-mean moisture transport in the Asian monsoon region is unique because of monsoon activities.The Asian summer monsoon region is a dominant moisture sink during summer.Both the Indian and East Asian monsoon areas have their convergence cente...     

EFFECT OF THE INDIAN PENINSULA ON THE COURSE OF THE ASIAN TROPICAL SUMMER MONSOON

In terms of the NCAR Community Climate Model (CCM3),the effect of the Indian Peninsulaon the course of the Asian tropical summer monsoon is simulated in this paper,and numericalexperimental results show that the Indian Peninsula plays a critical role in the establishmentprocess of the Asian tropical summer monsoon.When the CCM3 includes the Indian Peninsula,the model successfully simulates out the course of the Asian tropical summer monsoon,i.e.theSouth China Sea (SCS) summer monsoon at first bursts in middle May,while the Indian monsoonjust establishes until middle June.However when the Indian Peninsula topography is deleted in themodel,the Indian and SCS summer monsoons almost simultaneously establish in late May.Numerical results further indicate that in the former experiment the sensible heating of the IndianPeninsula warms the air above and produces evident temperature contrast between the peninsulaand its adjacent SCS and Bay of Bengal (BOB).which results in the strengthening and maintenanceof the BOB trough in the low-middle layer of the troposphere in the end of spring and early summerand thus the earliest establishment of the Asian tropical summer monsoon in the SCS in middleMay.However,the Indian summer monsoon just establishes until middle June when the strongwest wind over the Arabian Sea shifts northwards and cancels out the influence of the northwestflow behind the BOB trough.In the latter experiment the effect of Tibetan Plateau only produces avery weak BOB trough,and thus the SCS and Indian summer monsoons almost simultaneouslyestablish.     

EFFECT OF THE INDIAN PENINSULA ON THE COURSE OF THE ASIAN TROPICAL SUMMER MONSOON*

In terms of the NCAR Community Climate Model (CCM3),the effect of the Indian Peninsula on the course of the Asian tropical summer monsoon is simulated in this paper,and numerical experimental results show that the Indian Peninsula plays a critical role in the establishment process of the Asian tropical summer monsoon.When the CCM3 includes the Indian Peninsula,the model successfully simulates out the course of the Asian tropical summer monsoon,i.e.the South China Sea (SCS) summer monsoon at first bursts in middle May,while the Indian monsoon just establishes until middle June.However when the Indian Peninsula topography is deleted in the model,the Indian and SCS summer monsoons almost simultaneously establish in late May.Numerical results further indicate that in the former experiment the sensible heating of the Indian Peninsula warms the air above and produces evident temperature contrast between the peninsula and its adjacent SCS and Bay of Bengal (BOB).which results in the strengthening and maintenance of the BOB trough in the low-middle layer of the troposphere in the end of spring and early summer and thus the earliest establishment of the Asian tropical summer monsoon in the SCS in middle May.However,the Indian summer monsoon just establishes until middle June when the strong west wind over the Arabian Sea shifts northwards and cancels out the influence of the northwest flow behind the BOB trough.In the latter experiment the effect of Tibetan Plateau only produces a very weak BOB trough,and thus the SCS and Indian summer monsoons almost simultaneously establish.     

The Relationship Between June Precipitation over Mid-Lower Reaches of the Yangtze River Basin and Spring Soil Moisture over the East Asian Monsoon Region

Using the US Climate Prediction Center(CPC)soil moisture dataset and the observed precipitation over China together with the NCEP/NCAR reanalysis wind and air temperature,the relationship between June precipitation over mid-lower reaches of the Yangtze River basin(MLR-YRB)and spring soil moisture over the East Asian monsoon region was explored,with the signal of the ENSO effect on precipitation removed.A significant positive correlation was found between the mean June precipitation and the preceding soilmoisture over the MRL-YRB.The possible response mechanism for this relationship was also investigated.It is found that when the soil over the MRL-YRB is wetter(drier) than normal in April and May,theair temperature in the lower troposphere over this region in May is lower(higher) than normal,and this temperature effect leads to a decrease(increase) in the temperature contrast between the land and the sea.Generally,a decrease(increase) in the land-sea temperature contrast leads to weaker(stronger) East Asian summer monsoon in June.Southerly(northerly)wind anomalies at 850 hPa then show up in the south of the Yangtze River basin while northerly(southerly)wind anomalies dominate in the north.These anomalies lead to the convergence(divergence) of wind and water vapor and hence gives rise to more(less) precipitation in June over the MLR-YRB.     

Recent Progress in the Impact of the Tibetan Plateau on Climate in China

Studies of the impacts of the Tibetan Plateau （TP） on climate in China in the last four years are reviewed. It is reported that temperature and precipitation over the TP have increased during recent decades. From satellite data analysis, it is demonstrated that most of the precipitation over the TP is from deep convection clouds. Moreover, the huge TP mechanical forcing and extraordinary elevated thermal forcing impose remarkable impacts upon local circulation and global climate. In winter and spring, stream flow is deflected by a large obstacle and appears as an asymmetric dipole, making East Asia much colder than mid Asia in winter and forming persistent rainfall in late winter and early spring over South China. In late spring, TP heating contributes to the establishment and intensification of the South Asian high and the abrupt seasonal transition of the surrounding circulations. In summer, TP heating in conjunction with the TP air pump cause the deviating stream field to resemble a cyclonic spiral, converging towards and rising over the TP. Therefore, the prominent Asian monsoon climate over East Asia and the dry climate over mid Asia in summer are forced by both TP local forcing and Eurasian continental forcing.
Due to the longer memory of snow and soil moisture, the TP thermal status both in summer and in late winter and spring can influence the variation of Eastern Asian summer rainfall. A combined index using both snow cover over the TP and the ENSO index in winter shows a better seasonal forecast.
On the other hand, strong sensible heating over the Tibetan Plateau in spring contributes significantly to anchor the earliest Asian monsoon being over the eastern Bay of Bengal （BOB） and the western Indochina peninsula. Qualitative prediction of the BOB monsoon onset was attempted by using the sign of meridional temperature gradient in March in the upper troposphere, or at 400 hPa over the TP. It is also demonstrated by a numerical experiment and theoretical study that the heating over the TP lea     

东南亚地区夏季风异常对云南2005年初夏干旱的影响

2005年春末夏初云南大部地区出现了50年一遇的高温干旱天气，通过对东南亚地区的水汽及对流进行诊断分析，发现中南半岛地区夏季风爆发的早迟与云南雨季开始的早迟有显著的正相关关系；前期4月孟加拉湾水汽向北输送强（弱）以及苏门答腊岛附近的对流活动强（弱），则云南雨季开始早（迟）。分析表明造成云南2005年初夏干旱的主要原因是中南半岛地区的夏季风爆发较常年偏晚，前期孟加拉湾地区的经向水汽输送以及苏门答腊岛附近的对流活动较常年偏弱。     

6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系

利用美国气候预测中心(CPC)土壤湿度资料、中国台站观测降水资料以及NCEP/NCAR再分析的风场和气温资料,在去除了降水资料中的ENSO信号的影响后,分析了6月长江中下游降水和春季东亚季风区土壤湿度的关系。结果表明,长江中下游6月降水和前期春季土壤湿度存在很显著的正相关关系。进一步分析表明,当中晚春(4—5月)长江中下游地区的土壤湿度偏高(低)时,晚春(5月)长江中下游上空低层气温偏低(高),从而导致东亚季风区的海陆温差减小(增加)。海陆温差的减弱(增强)使得6月东亚夏季风较常年偏弱(强),伴随的风场异常主要体现在长江以南地区为南风(北风)异常所控制,而长江以北则为北风(南风)异常,从而使得长江中下游存在着异常辐合(散),最终导致长江中下游降水量较常年偏多(少)。