前言--季风研究中的一些新问题和新方法

作者对本专辑文章做了综述.第一篇文章报道并考证我们惊喜地发现了世界上最早的关于季风的文献,它是公元前23至前22世纪的帝舜<南风>歌,该歌对东亚夏季风的性状及其对社会民生的影响做出简明深刻的说明.其余文章探讨了季风研究中的一些新问题和新方法以及我们得到的一些新结果.包括3个方面:(1)关于季风的气候问题,如季风定义、季风指数、季风建立日期的确定、季风三维空间结构和时间演变、年际和年代际变化及其刻画等;(2)亚澳季风区的一些灾害性天气系统和过程,如我国、南亚、东南亚的暴雨,以及和越赤道气流相关联的扰动等;(3)对大气环流模式的改进和预报、预测方法的改进.如辐射、云、地表过程的计算改进和气候预测订正方法的更新等.     

索马里跨赤道气流对南海夏季风爆发的重要作用

通过分析NCEP/NCAR多年再分析资料,清楚地揭露了南海夏季风爆发与索马里跨赤道南风气流建立之间的重要关系.对应南海夏季风爆发,总是已先期在赤道印度洋地区有西风加强和索马里跨赤道南风气流的建立;而且,若南海夏季风爆发偏早(晚),赤道印度洋地区西风的加强和索马里跨赤道南风气流的建立也偏早(晚).可以认为,索马里跨赤道南风气流的稳定建立是南海夏季风爆发的重要物理机制之一,它的建立导致赤道印度洋地区西风的持续加强和向东扩展,并最终在南海地区形成西南气流.     

东亚夏季风对山西省夏季降水的影响

利用NCEP1948～2007年逐日再分析资料、中国600站1960～2007年逐月降水资料和山西省1960～2007年65个测站的逐月、逐日降水资料,确立了850hPa112.5°E上候平均的假相当位温(θse)为340K和候平均的经向风为南风且南风风速≥2.5m·s-1等值线同时通过35°N的日期,将其作为山西省夏季风建立的时间,以θse≥340K的持续候数与平均持续候数相比的标准化值构造为东亚夏季风对山西省影响的强度指数I,可以较好地表征东亚季风区夏季风的强度和降水的空间分布,也可以较好地反映山西省夏季降水的强度和空间分布。该季风指数的年代际变化特征和线性趋势表明,自20世纪70年代以来东亚夏季风对山西省的影响有明显减弱的趋势,并且在1967年季风指数突变性地由强变弱。对山西省夏季风的建立和撤退时间的分析表明,近60年来东亚夏季风对山西省的影响时间越来越短。最后,分析了强弱夏季风指数年大气环流场的异常特征。     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅱ. 夏季风水汽输送

利用1979～2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系.分析表明: 各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流, 南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主, 而东亚夏季风有很强的经向水汽输送.分析也证实, 亚澳季风区的夏季风降水主; 要源于水汽输送的辐合, 而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料.此外, 受低层季风气流结构的影响, 三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异, 南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成, 而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成.因此, 东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水.     

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

南海夏季风爆发早晚的经向环流异常的机理研究

南海夏季风爆发与东亚地区的局地经向环流密切相关.本文利用线性局地经向环流诊断模式,定量诊断分析了1979~2003年5月1~15日的局地经向环流及其在夏季风爆发早晚年的差异,分析找出了在该关键时段对经向环流异常有正贡献的主要因子,从而确立影响季风爆发的相应天气过程及贡献机制.结果表明,在季风爆发早年期间,局地经向环流异常呈现为"Hadley环流"形态:上升运动(下沉运动)影响南海中北部(江淮地区),低空非地转南风(北风)影响南海中南部(华南和江南地区).季风爆发晚年的情况则与季风爆发早年相反.对造成经向环流异常的各个因子进行定量分析发现,经向分布不均匀的潜热加热的贡献作用最大,其次是温度平流和西风动量输送过程,与越赤道气流有关的边界效应则对南海中南部的低空南风有一定贡献.相应的天气学分析表明,季风爆发偏早年的副热带高空急流强度偏强且位置偏南,其动量输送过程导致对流层上层出现非地转南风、急流轴南侧(北侧)的华南(华北)地区出现高空辐散(辐合)和低层辐合上升(辐散下沉).与此同时,中纬度西风带扰动的南下和副热带高压脊从南海地区的撤出,中低层温度平流导致华中地区冷却和南海中北部增暖,进一步加强低纬地区上升、中纬地区下沉的经向环流异常.华南地区异常的非地转北风与南海中南部异常的非地转南风,显著加强了南海中北部的低空水汽辐合和对流潜热释放,从而激发出强烈上升运动.由此可见,中低纬天气系统配置能有效调节中国东部及南海地区的潜热加热和冷暖平流的南北分布,从而引起与季风爆发对应的局地经向环流的显著变化.     

东亚夏季风期间水汽输送与西北干旱的关系

利用西北(区)168个测站1961—2000年6～9月月平均降水与温度资料,采用EOF、REOF方法分析了近40年降水异常特征,同时利用同期NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了强(弱)夏季风年西北区水汽通量场的特征及夏季风西北影响区的净水汽通量。结果表明:西北区6～9月降水可分为7个气候异常区;东亚夏季风对我国降水的影响主要位于100°E以东的地区;东亚夏季风西北影响区降水的水汽来源于南风水汽通量;强夏季风年,到达东亚夏季风西北影响区的水汽通量显著增加,该区降水偏多,弱夏季风年则反之。     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅰ.夏季风流场结构

利用1979～2003年的NCEP/NCAR再分析资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统 (南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 流场结构及其季节演变的气候学特征.结果表明: 南亚夏季风和北澳夏季风纯属热带季风, 盛行纬向气流和纬向风垂直正切变, 即低层西风、高层东风, 但北澳夏季风的强度明显弱于南亚夏季风, 而东亚夏季风由热带季风和副热带季风组成, 盛行经向气流和经向风垂直正切变, 即低层南风、高层北风, 且纬向气流高低层配置相对复杂, 相对北澳夏季风而言, 南亚夏季风的低层西风强而深厚, 而东亚夏季风的低层南风强而深厚.从热带季风区流场结构的季节演变过程看, 这三个夏季风子系统均为垂直斜压结构.三者的共性还表现在热带季风区纬向气流高低层配置的季节性转向, 即夏季风爆发时从低层东风、高层西风转换为低层西风、高层东风, 夏季风撤退时从低层西风、高层东风转换为低层东风、高层西风.此外, 南亚夏季风的季内变化平稳, 而东亚夏季风和北澳夏季风的季内变化剧烈; 东亚夏季风的经向跨度大、维持时间最长, 而北澳夏季风的经向跨度小、维持时间最短.     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究 II. 夏季风水汽输送

利用1979~2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风)水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系。分析表明:各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流,南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主,而东亚夏季风有很强的经向水汽输送。分析也证实,亚澳季风区的夏季风降水主;要源于水汽输送的辐合,而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料。此外,受低层季风气流结构的影响,三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异,南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成,而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成。因此,东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水。     

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了1986年南海夏季风爆发的环流演变特征,由经向风速剖面图看出,南风首先在中南半岛迅速加强,然后向南海发展,南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明,地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的,包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程,单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。     

“结合法”表示的下垫温非均匀对夏季风气候影响的数值试验

用能较好表示陆面非均匀性且计算高效省时的"结合法"(马赛克法及统计-动力法解析表达型两者的结合),在区域气候模式RegCM2中BATSle方案内考虑下垫面附近各种温度、各种湿度的非均匀性,选用1991年夏季梅雨期实测资料,进行了模拟试验.与Giorgi针对暖季温度非均匀的单点独立试验结论不同,应用较线性概率密度函数(PDF)计算效率更高的余弦函数型PDF,发现总体上大气对陆面温度非均匀的响应是敏感的;与Giorgi结论类似,气候场对陆面湿度非均匀更为敏感,且其变化较有规律.可见,对夏季风气候的模拟能力可通过适当的温湿非均匀表示来提高.此外,其他结果也显示出单点独立试验的局限性,要反映陆气相互作用,耦合模式试验非常必要.     

夏季风过渡区的陆-气相互作用：述评与展望

夏季风过渡区是受夏季风影响最敏感的区域之一,其陆-气相互作用对夏季风气候动力学过程响应明显,该区域的陆-气相互作用及其对夏季风活动的响应是一个值得关注的重要科学问题。分析了中国夏季风过渡区的形成及其基本特征,讨论了夏季风过渡区陆-气相互作用过程研究的主要关注点,初步推测了该地区陆-气相互作用对夏季风变化的响应机制。指出该地区陆-气相互作用研究包含了多重互馈机制、陆面水-热-生过程耦合、近地层到自由大气的多界面交换、季风多尺度作用和特殊的陆面水分循环等一系列重要科学问题。同时,总结归纳了该领域的主要研究进展和关键科学问题,提出了未来应该重点研究的7个方面,并初步给出了研究试验的基本思路。为未来系统深入研究夏季风过渡区陆-气相互作用及其对夏季风活动响应问题提供了科学指导。      

A Study of the Teleconnections in the Asian-Pacific Monsoon Region

The interactions among the Asian-Pacific monsoon subsystems have significant impacts on the climatic regimes in the monsoon region and even the whole world. Based on the domestic and foreign related research, an analysis is made of four different teleconnection modes found in the Asian-Pacific monsoon region, which reveal clearly the interactions among the Indian summer monsoon （ISM）, the East Asian summer monsoon （EASM）, and the western North Pacific summer monsoon （WNPSM）. The results show that： （1） In the period of the Asian monsoon onset, the date of ISM onset is two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Basin, and a teleconnection mode is set up from the southwestern India via the Bay of Bengal （BOB） to the Yangtze River Basin and southern Japan, i.e., the ＂southern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. （2） In the Asian monsoon culmination period, the precipitation of the Yangtze River Basin is influenced significantly by the WNPSM through their teleconnection relationship, and is negatively related to the WNPSM rainfall, that is, when the WNPSM is weaker than normal, the precipitation of the Yangtze River Basin is more than normal. （3） In contrast to the rainfall over the Yangtze River Basin, the precipitation of northern China （from the 4th pentad of July to the 3rd pentad of August） is positively related to the WNPSM. When the WNPSM is stronger than normal, the position of the western Pacific subtropical high （WPSH） becomes farther northeast than normal, the anomalous northeastward water vapor transport along the southwestern flank of WPSH is converged over northern China, providing adequate moisture for more rainfalls than normal there. （4） The summer rainfall in northern China has also a positive correlation with the ISM. During the peak period of ISM, a teleconnection pattern is formed from Northwest India via the Tibetan Plateau to northern China, i.e., the ＂northern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. The     

Interannual variability of the convective activities associated with the east asian summer monsoon obtained from tbb variability

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｏｕｔｈＡｓｉａａｎｄＥａｓｔＡｓｉａａｒｅａｈｕｇｅｍｏｎｓｏｏｎｓｙｓｔｅｍ,ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｎｍｏｎｓｏｏｎｉｓｉｔｓｓｕｂｍｏｎｓｏｏｎｓｙｓｔｅｍ．ＢｅｃａｕｓｅｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｎｓｕ...     

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。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。对流层中上层副热带高压脊面附近经向温度梯度可以作为表征亚洲夏季风爆发的指标     

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF THE ONSET OF SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON II. INTER-DECADAL VARIATION

By using the 40-year NCEP (1958-1997) grid point reanalysis meteorological data, we analyzed the inter-decadal variation on the climatic characteristics of the onset of South China Sea summer monsoon. The results are as follows. (1) There was great difference on the onset date of the SCS summer monsoon between the first two decades and the last two decades. It was late on the 6th pentad of May for the first two decades and was on the 4th and 5th pentad of May for the next two decades. (2) Except for the third decade (1978-1987), the establishment of the monsoon rainfall was one to two pentads earlier than the onset of the summer monsoon in all other three decades. (3) The onset of the SCS monsoon is the result of the abrupt development and eastward advancement of the southwesterly monsoon over the Bay of Bengal. The four-decade analysis shows that there were abrupt development of the southwesterly monsoon over the Bay of Bengal between the 3rd and 4th pentad of May, but there was great difference between its eastward movement and its onset intensity. These may have important effect to the earlier or later onset of the SCS summer monsoon. (4) During the onset of the SCS summer monsoon, there were great difference in the upper and lower circulation feature between the first two and the next two decades. At the lower troposphere of the first two decades, the Indian-Burma trough was stronger and the center of the subtropical high was located more eastward. At the upper troposphere, the northward movement of the center of subtropical high was large and located more northward after it landed on the Indo-China Peninsula. After comparison, we can see that the circulation feature of the last two decades was favorable to the establishment and development of the SCS summer monsoon.     

青藏高原—季风水汽输送“大三角扇型”影响域特征与中国区域旱涝异常的关系

文中分析了南亚季风水汽输送关键区“大三角扇型”区域特征 ,即该区域以高原地区为顶端 ,南海季风与印度季风涉及的低纬活动源区为“底边”构成了类似“大三角扇型”的南亚季风水循环相关影响域 ,此“大三角扇型”水汽输送特征分布描述了副热带高压环流以及中纬度扰动等亚洲季风系统成员的总体动力影响效应 ;反映了该区域南半球跨赤道气流 ,赤道西太平洋季风槽及季风活动等水份循环特征。表现了东亚海陆热力强迫、青藏高原非绝热效应、海洋“暖池”及异常孟加拉湾对流活动等诸因素的综合影响。研究表明 ,大三角区域热源强信号源 (高原地 气与孟加拉湾、菲律宾、南海等海 气过程 )区域的水份循环时空演变、遥相关特征及其对亚洲季风爆发的综合影响等均是认识中国及东亚旱、涝异常成因的重要科学问题     

2006年长江中下游地区梅雨季节划分的探讨

为了建立长江中下游地区梅雨季节的新样本,采用以环流为主导的常规方法,利用NCEP/NCAR逐日再分析资料及长江中下游5站降水资料,对2006年长江中下游地区梅雨季节的特征量进行了诊断分析,并讨论了梅雨与夏季风的关系。结果表明,将6月5候和7月4候分别划为2006年长江中下游地区梅雨季节的起始和结束时间是较为合适的;2006年长江中下游地区梅雨季节对应的梅雨量较常年偏少,这与梅雨季节中印度夏季风和东亚夏季风（包括南海夏季风和副热带夏季风）强度较常年偏弱有关。