东亚夏季风活动与不同类型云的相关性研究

利用1998~2007年候平均卫星-台站融合降水资料以及ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) D1云资料,分别定义了标准降水指数和两类云指数。降水指数大值区的移动能很好的表征东亚夏季风活动,两类云指数能分别反映某个区域深对流云(DC)、高积云(Ac)和积云(Cu)云量的集中变化特征。根据不同地区降水集中时段以及降水量等气候特征,结合中国气候区划(温度带及干湿区)及不同地域的地形特征,把中国大陆受东亚夏季风影响的地区划分为五个子区域。利用ISCCP D1云气候资料和降水资料,在候时间尺度上通过分析降水与不同云类、标准降水指数与两类云指数的相关性研究了东亚夏季风活动与不同类型云的对应关系。研究表明:ISCCP定义的深对流云(DC)、卷层云(Cs)与降水量在五个区显著正相关,表明东亚夏季风活动伴随有大量的对流云及云砧出现;高积云(Ac)、积云(Cu)的总云量与降水量在五个区显著负相关,表明夏季风活动增强时,Ac和Cu云量减少;层云(St)和层积云(Sc)与降水量在南方和北方分别呈显著的负相关和正相关,说明季风活动在南方伴随着对流云的显著增加,在北方则使层状云和对流云均有所增加;高层云(As)、卷云(Ci)和雨层云(Ns)与季风活动没有显著的相关性。     

青藏高原雨季的降水特征与东亚夏季风爆发

用小波分析方法研究了1993年和1994年青藏高原雨季降水的多时间尺度变化特征,结果表明,小波变换对高原上降水从活跃期到中断期之间突变的时间有很好的分辨能力,并发现强弱季风年高原降水的变化特征有很大的差异：即高原降水除了其季节变化外,强东亚季风年(1994年)还有明显的30～60天低频变化;弱东亚季风年(1993年)却是准双周的变化明显。另外,还将高原上降水从活跃期到中断期的变化与同期的NcEP资料作了一些对比分析,发现高原雨季的开始与东亚夏季风爆发可能有一定的联系,即高原东部夏季降水的第一次活跃期与东亚夏季风的爆发时间基本一致。     

东亚夏季风指数的分类及物理特征分析

利用1961—2010年NCEP再分析资料,分析了较有代表性的16个东亚夏季风指数,讨论了不同季风指数反映的环流及降水之间的异同,探讨了不同季风指数与东亚夏季风不同空间模态之间的可能关联。结果表明,东亚夏季风指数大致分为两类:1)第一类季风指数存在明显的年代际变化,反映了东亚夏季风强弱的整体一致型变化,与东亚夏季风环流第一模态具有很好的对应关系。高指数年,整个东亚区域夏季风活动整体偏强;贝加尔湖地区为深厚气旋性环流控制,副高位置略偏北;华北、东北地区降水显著偏多,长江流域及其以南降水偏少,降水异常型与我国夏季偶极型季风降水相似,这类指数对我国华北地区降水有较好的指示作用。2)第二类季风指数具有明显的年际变化特征,反映的是东亚夏季风强弱的南北反相变化,与东亚夏季风环流第二模态相对应。高指数年,我国东南地区夏季风偏弱,东北部夏季风偏强;西北太平洋为深厚的气旋性距平环流控制,副高偏北,该分布型与东亚—太平洋(EAP)遥相关十分相似;我国东北、内蒙古地区,华南地区降水增多,长江流域降水显著减少,降水异常型与我国夏季三极型季风降水异常型相似,这类指数对我国长江流域降水有较好的指示作用。     

用湿位涡定义的印度夏季风指数及其与中国气候的关系

印度季风区是世界上季风现象最显著的地区,伴随着夏季风爆发和撤退,季风区的大气风场和湿度场都存在明显的季节转换,这种季节转换可以作为区分夏季风与冬季风的一个很好的标准。以往的季风指数大多只考虑了季风区的动力场或热力场的演变特征。在综合考虑了印度季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的印度夏季风指数。湿位涡是一个动力学和热力学的综合量,它既反映了风场的涡旋状况又反映了大气的垂直稳定度。研究表明:该指数可以很好地反映季风区大气热力场和动力场的季节演变特征。用湿位涡定义的印度夏季风指数不仅稳定而且可以较好地反映夏季风爆发时间、季风强度及季风的活跃与中断等多种特征。与以往的环流指数相比,湿位涡季风指数描述季风爆发时间的能力有较明显的改进。此外,该指数还可以很好地反映印度夏季降水的年际演变特征。初步的相关分析表明:印度夏季风爆发时间与中国西北及华北地区夏季降水呈负相关,与次年长江中下游以南地区夏季气温也存在显著的负相关。此外,印度夏季风平均强度与前期华南地区春季降水也有密切关系。     

东亚副热带季风特征及其指数的建立

基于大气对流活动和非绝热加热的分析,给出东亚夏季风区域变化特征,客观地确定东亚副热带季风及热带季风对流强度,并由此建立其与大尺度季风环流的内在联系,提出分别用所对应区域经向风垂直切变来构造季风指数.对比分析显示,上述季风指数在反映夏季环流和降水等方面效果显著,能很好地刻划东亚夏季风强度.同时指出,东亚副热带季风指数与西太平洋副热带高压及长江中下游降水密切相关,在空间场上表现出东亚/太平洋型(EAP型)遥相关特征.高指数年副高偏南,长江中下游为涝;低指数年则相反.     

近40年东亚夏季风及我国夏季大尺度天气气候异常

定义了一个反映东亚夏季大尺度季风强度的指数，计算了夏季逐月及季的东亚季风指数（1873～1989年）。用近40年资料研究了东亚夏季风与我国夏季大尺度天气的关系。指出，强夏季风时，我国夏季大范围高温。东亚夏季风与我国夏季降水的关系则表现在夏季雨带的南北位置上。强夏季风时，雨带偏北。夏季雨带位置偏南均与弱季风有关。长江中下游夏季的涝年与弱季风有关，而强夏季风时，长江中下游经常是旱年。最后，研究了强、弱夏季风年时的北半球500 hPa环流异常特征，结果表明，东亚夏季风强度是造成我国夏季气温、降水异常的主要原因。     

东亚夏季风的季节内振荡研究

利用动力学因子和热力学因子结合的方法,将东亚夏季风区的西南风与OLR进行了综合处理,构造成东亚季风指数(IM).研究结果表明,该指数既可很好地反映东亚季风区的风场、高度场的环流特征,又能较好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化.通过功率谱和带通滤波结合的方法研究东亚夏季风中的季节内振荡,东亚夏季风区内低频振荡在夏季主要是以30～60天周期的振荡为主;东亚夏季风的季节内振荡在东亚沿海呈波列的形式,并表现为随时间向北传播的季风涌;由于该季节内振荡的波动,造成了东亚热带夏季风在东亚热带和副热带地区活动的反位相关系.     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

东亚夏季风南北进退的年代际变化对我国区域降水的影响

利用1958-2001年的中国740站逐日降水资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA40再分析资料,综合动力因子和热力因子定义了东亚夏季风指数,并利用该指数的变化定义了东亚夏季风前沿,客观、详尽地描述了季风的移动特征.结果表明,在1958-2001年期间,东亚夏季风活动在1965、1980和1994年出现3次明显转变.1958-1964年东亚夏季风前沿在华南和华北地区停留时间异常偏长,而在长江中下游地区停留时间异常偏短；1965-1979年季风前沿在华南和黄河下游地区停留时间稍长；1980-1993年季风前沿集中在长江中下游地区时间异常偏长,而在华北地区停留时间异常偏短；1994-2001年东亚夏季风在长江以南停留时间偏长,从而导致了我国东部区域降水的异常分布、旱涝灾害频繁发生.     

一个新的东亚副热带夏季风指数的定义

利用1958—2014年夏季NCEP/NCAR大气环流资料和中国486站降水观测资料,通过多种统计诊断方法,从与夏季中国东部3类不同雨型分布相联系的东亚高低层风场变化特征出发,依据与雨带变化密切联系的高层200 hPa纬向风定义了一个新的东亚副热带夏季风指数。分析表明,该指数不仅能反映夏季东亚大气环流的变化特征,兼顾北方冷空气活动和南方东亚夏季风环流变化,同时还能反映夏季中国东部降水南北差异的年际特征。强东亚副热带夏季风指数年,高层中纬度西风急流位置偏北,低层西太平洋副热带高压偏强偏北,有利于冷空气活动位置偏北和东亚东部西南暖湿气流向北推进,中国东部多以Ⅰ类雨型为主;弱东亚副热带夏季风指数年的环流变化刚好相反,中国东部多以Ⅲ类雨型为主。与现有东亚夏季风指数的对比分析表明,该指数在反映中国东部南北区域降水变化的差异方面有很大改进。     

过去1500年典型暖期东亚夏季风年代际变化特征对比及其可能成因

利用通用地球系统模式开展的过去1500年气候模拟全强迫试验和对照试验结果，在验证模式模拟性能的基础上，采用多变量经验正交函数分解等方法，对比分析了典型暖期东亚夏季风年代际变化特征及其成因机制。结果表明，两个典型暖期东亚夏季风变化的主周期均为准10 a和准20 a。中世纪暖期黄河流域至日本南部一带降水偏多，长江流域以南和西北太平洋一带降水偏少；现代暖期东亚夏季风降水表现为“南涝北旱”型分布特征。内部变率是影响典型暖期东亚夏季风变化的主控因子之一，其中太平洋年代际振荡起决定性作用。当太平洋年代际振荡处于正位相时，热带西太平洋（东亚大陆）变暖（变冷），东亚地区海、陆热力差减小，对应弱的东亚夏季风。另外，中世纪暖期海平面气压的动态变化对应850 hPa风场在西北太平洋（日本海）一带均出现了经向排列的异常反气旋（气旋），从而导致中国南部（北部）降水偏多（偏少）。      

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。     

几种亚洲季风指数与中国夏季主要雨型的关联

首先采用EOF方法分析了中国夏季降水的主要特征 ,其第一 (EOF1 )和第二 (EOF2 )特征向量及其时间序列 (EOF1 - T、EOF2 T)基本上反映了中国夏季 1 (或 3)类和 2类主要雨型的空间和时间分布 ;进一步建立了EOF1、EOF2及其对应的时间序列EOF1 - T、EOF2- T与季风指数的关联 ,以及中国夏季主要雨型与季风指数直接的关联。结果表明 :各季风指数都对中国夏季的 1类雨型有较好的反映能力 ,都对 2类雨型无反映能力 ,仅学者施能定义的指数对 3类雨型有一定的反映能力。     

A STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN SPRING SOIL MOISTURE OVER CHINA AND EAST ASIA SUMMER MONSOON

The correlation analysis has been used to study the relationship between spring soil moisture over China and East Asian summer monsoon (EASM). It is shown that EASM has a strong positive correlation with spring soil moisture over southwest China and the Great Bend region of the Yellow River. A standard soil moisture index (SMI) has been defined using the observed soil moisture of the two regions. The results show that SMI has a strong correlation with EASM. The years of strong (weak) SMI are associated with stronger (weaker) summer monsoon circulation. In the years of strong SMI, the west Pacific subtropical high is much northward in position and weaker in intensity; the westerlies zone is also more to the north. All of these make EASM circulation move northward and cause the rainfall belt to relocate to North China and Northeast China. SMI can reflect the variation of the summer rainfall anomaly over eastern China. In the years of strong SMI, the rainfall belt is mainly located over the northem part of China.However, during the weak years, the summer rainfall belt is largely located over the mid- and lower- reaches of the Yangtze River. Additionally, the SMI has obvious oscillations of quasi 4-6 years and quasi 2 years. Moreover, negative SMI predicts EASM better than positive SMI.     

江南春雨和南海副热带高压的时间演变及其与东亚夏季风环流和降水的关系

使用国家气象信息中心整理的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,创建了江南春雨建立时间指数和南海副热带高压(副高)减弱时间指数,研究了江南春雨各要素的相互关系及其与东亚夏季风环流和降水的关系.分析表明,当江南春雨建立较晚时,夏季江南地区的降水也较少,这是由于东亚夏季风加强,高原近侧气旋性环流加强,使江南地区出现异常反气旋性环流(气旋性辐合环流减弱)所致;当南海副高减弱较晚时,长江中下游至江南地区降水偏多,易发洪涝,这主要是由于东亚夏季风减弱,南海副高偏强,华南的异常西南风与围绕高原的异常反气旋环流的偏北风在长江中下游流域形成异常气旋性环流所致.江南春雨的建立时间和南海副高减弱时间之间又具有线性无关性,可以为东亚夏季风环流和降水异常的预报提供重要线索.两指数与3月ENSO综合指数MEI关系密切,表明东亚的气候异常与ENSO 全球气候异常紧密联系,因此在分析预测东亚气候异常时必须同时关注全球气候异常背景.     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

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     

影响东亚夏季风降水异常的前期海温信号

采用NCEP/NCAR大气再分析资料、HadISST海温数据以及中国东亚季风区的实测降水资料,探讨前期冬季海温与东亚夏季风之间的关系。研究表明,影响东亚夏季风异常的海温变化存在2个关键区,分别位于南印度洋中部和北太平洋东部,关键区的海温与东亚季风区的降水在长江中游有显著正相关,与东亚夏季风指数有显著负相关。基于此,定义了印-太海温指数。强海温指数年的南亚高压、索马里越赤道气流、西太平洋副高偏强,有利于东亚夏季风北进,中国大部降水偏多;弱海温指数年则相反。      

东亚和南亚季风协同作用对西南地区夏季降水的影响

为探究东亚夏季风（EASM,East Asian summer monsoon）和南亚夏季风（SASM,South Asian summer monsoon）相互作用及其强弱变化对西南地区夏季降水的影响,利用1979—2019年西南地区161站逐日降水观测资料和ERA-5提供的1979—2019年全球再分析资料,通过对比西南地区夏季标准化降水指数与东亚和南亚夏季风强度指数的相关,提出了东亚夏季风和南亚夏季风的4类协同作用,并分析了4类季风协同作用对西南地区降水的影响。结果表明:（1）EASM和SASM存在强EASM-强SASM、强EASM-弱SASM、弱EASM-弱SASM和弱EASM-强SASM 4类季风协同作用,其对应的协同年降水特征分别为四川盆地西部型、西南全区一致型、四川全盆地型及西南东部型。（2）强EASM-强SASM年,西太平洋副热带高压偏东偏弱,伊朗高压偏西偏弱,印度半岛东北部与中国南海存在两个气旋式环流,EASM将中国南海—西太平洋的水汽输送至西南地区,西南地区整体水汽辐合较弱,多下沉运动,降水较少,成都平原存在较明显的水汽辐合,上升运动明显,降水较多。强EASM-弱SASM年,西太平洋副热带高压偏东偏弱,伊朗高压偏东偏强,反气旋式环流与气旋式环流位于印度半岛南部与西太平洋,EASM将中国南海—西太平洋的水汽输送至西南地区,西南地区有明显的水汽辐合和上升运动,降水较多。弱EASM-弱SASM年,西太平洋副热带高压西伸与东伸的伊朗高压打通,低纬度地区无明显的环流圈,孟加拉湾西侧水汽向北输送至四川盆地,并伴有明显的上升运动,其余地区水汽辐散,气流下沉,降水较少。弱EASM-强SASM年则与强EASM-弱SASM年基本相反。