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.     

西太平洋副热带高压季节内异常活动与亚洲夏季风系统的时延相关特征

基于西太平洋副热带高压的异常活动与亚洲夏季风系统其他成员之间存在着密切联系的天气事实,运用交叉小波的非线性时滞相关分析方法,对东亚夏季风系统成员与西太平洋副热带高压形态和变异的相互影响的基本事实和物理特征进行研究,得到了西太平洋副热带高压与主要的亚洲夏季风系统成员之间基本的关联结构和演变示意图。研究结果揭示了不同的季风子系统对西太平洋副热带高压的影响不同:影响西太平洋副热带高压强度和脊线位置异常变化的是亚洲夏季风系统中的印度夏季风子系统的5个主要成员;而影响西太平洋副热带高压西脊点异常变化的则是亚洲夏季风系统中的另一个子系统——东亚夏季风子系统的5个主要成员。研究揭示了副热带高压与亚洲夏季风系统主要成员之间的时延特征与统计关联特性,为相应的机理研究提供了事实依据。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

亚洲夏季风系统水汽输送的季节平均和低频结构

应用欧洲中期预报中心１９８０－１９８６年５－９月的８５０ｈＰａ逐日资料，分析了亚洲夏季风系统水汽输送的平均结构和低频结构。研究指出，从季节平均结构来看，亚洲季风系统是一个完整的体系。从低频活动结构看，亚洲夏季风系统中存在着印度季风和东亚季风系统的相对独立性。     

气候平均状况下亚洲夏季风的季节内演变过程

根据1979—1995年美国NOAA的向外长波辐射逐日资料,用功率谱分析和带通滤波方法,对气候平均状况下亚洲夏季风的季节内演变过程进行分析,归纳得到亚洲季风区各个子系统季节内变化的8个关键阶段。利用1979—1999年NCEP/NCAR的大气环流再分析资料及中国气象局降水资料CMAP,对每个关键阶段亚洲夏季风的环流和降水的时空演变特征进行分析,得到亚洲季风区环流和降水季节内变化的物理图像。研究表明,在不同的季节内演变阶段,亚洲夏季风各个子系统成员的环流系统的变化特征可以将亚洲夏季风系统的季节内演变过程较好地描述出来。     

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。      

亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。     

亚洲夏季风指数的重新评估与季风的长期变化

使用NCEP/NCAR再分析资料对Webster与Yang的季风指数(WYI)进行计算和修改。WYI定义为850与200 hPa的纬向风差,但通过分析150—100 hPa和200 hPa的环流场、散度场与垂直运动场,发现200 hPa层并不能真正反映亚洲季风系统上层环流的变化,尤其是其最主要的环流特征即热带东风急流的变化,其核心位于150—100 hPa。纬向风切变U850-U(150 100)的值比U850-U200的值远大得多,更能真实反映季风的强度,并且与低层辐合耦合在一起的高层辐散最大位于150 hPa,在对流层高层取150 hPa比200 hPa更能反映季风系统的耦合关系。因此,在对流层上层选择150—100 hPa重新定义季风指数(DHI)为IDH=U8*50-U(*150 100),不但可以更好地表征亚洲纬向风切变中心的强度变化,也可以代表对流层上下层季风系统的变率。分别用季风指数DHI和WYI对亚洲夏季风的长期变化进行研究,发现DHI比WYI更合适。DHI的变化表明亚洲夏季风存在明显的年代际变化及突变,20世纪70年代末之后显著减弱,这主要是由于150—100 hPa层东风的减弱,但这种东风的减弱现象在200 hPa不明显。突变后总的来说:亚洲地区高层东风减弱,表明夏季风减弱;海陆气压差和海陆温差的减小导致季风减弱;相应高空辐散和水汽输送在印度半岛、中南半岛中部、中国华北与东北地区都是减弱的,也表明夏季风减弱。最后比较NCEP/NCAR和ERA-40两种再分析资料研究亚洲夏季风的强度及其长期变化的差异,以作参考。     

论东亚夏季风体系的结构

本文主要从中国夏季风的活动与低纬环流系统联系的研究结果分析讨论东亚夏季风体系的结构,提出新的看法,认为构成东亚夏季风体系的环流成员有青藏高压、西北太平洋高压、马斯克林高压、澳大利亚高压、印度——南海低压以及派生的南海热带辐合带与上升云系、梅雨锋与上升云系等等,远较印度季风复杂。东亚夏季风主要来源为南印度洋的索马里越赤道气流和北太平洋热带海洋上的信风气流。整个体系中最关键的两个基本成员是西北太平洋高压和南印度洋马斯克林高压。它们对我国梅雨期降水影响很大。     

ENSO对亚洲夏季风环流和中国夏季降水影响的诊断研究

文中以ＳＶＤ分析技术为基础,发展了一种用以提取一个矢量场和一个标量场耦合信号的统计诊断方法——联合ＳＶＤ方法（简记为ＣＳＶＤ）,并运用ＣＳＶＤ分析了ＥＮＳＯ对亚洲季风环流系统及中国夏季降水的年际变化的影响。结果表明,在ＥｌＮｉｎｏ年,印度夏季风减弱,东亚夏季风增强;而在ＬａＮｉｎａ年,印度夏季风增强,东亚夏季风减弱。且ＥＮＳＯ对亚洲夏季风环流影响显著的区域主要在长江流域南北气流交汇区和索马里急流区,而对中国夏季降水影响最显著的区域则在江淮流域。     

亚洲季风降水的多模式模拟结果分析

利用参加政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4)的多个大气模式(包括中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室新发展的全球格点大气模式GAMIL)的AMIP-II(大气模式比较计划-II)积分的集合平均结果(MMEA),研究了当前大气模式对亚洲季风降水的平均模拟能力,同时也评估了GAMIL的模拟水平。对多年平均冬夏季降水的模拟研究发现:MMEA和GAMIL对冬季降水的模拟好于夏季。与以往的结果相比,MMEA对夏季印度洋和西太平洋地区降水的模拟改进不明显;部分模式能够模拟出夏季东亚副热带地区从中国东海到中太平洋的带状梅雨降水,但大部分模式的模拟强度还不够。可以看出GAMIL除了冬季印度洋和夏季菲律宾模拟的降水稍弱外,与MMEA的结果很接近。降水场的误差与环流场的误差对应。此外,作者还研究了降水的年际变化和季风爆发撤退过程的模拟能力。MMEA与观测在印度季风区降水的相关系数不如在东亚热带和东亚副热带季风区的好。各模式冬季的相关系数一般好于夏季,特别是东亚热带季风区冬季的相关系数普遍较高,而印度季风区夏季的相关系数普遍较低。MMEA对标准差的模拟并不总比单个模式的好。各个模式对东亚热带季风区冬季的降水距平同号率和降水距平百分率模拟得最好。季风爆发、撤退时降水推移的模拟也还有待于进一步提高。     

Atmospheric Circulation Characteristics Associated with the Onset of Asian Summer Monsoon

The onset of the Asian summer monsoon has been a focus in the monsoon study for many years. In this paper, we study the variability and predictability of the Asian summer monsoon onset and demonstrate that this onset is associated with specific atmospheric circulation characteristics. The outbreak of the Asian summer monsoon is found to occur first over the southwestern part of the South China Sea (SCS) and the Malay Peninsula region, and the monsoon onset is closely related to intra-seasonal oscillations in the lower atmosphere. These intra-seasonal oscillations consist of two low-frequency vortex pairs, one located to the east of the Philippines and the other over the tropical eastern Indian Ocean. Prior to the Asian summer monsoon onset, a strong low-frequency westerly emerges over the equatorial Indian Ocean and the low-frequency vortex pair develops symmetrically along the equator. The formation and evolution of these low-frequency vortices are important and serve as a good indicator for the Asian summer monsoon onset. The relationship between the northward jumps of the westerly jet over East Asia and the Asian summer monsoon onset over SCS is investigated. It is shown that the northward jump of the westerly jet occurs twice during the transition from winter to summer and these jumps are closely related to the summer monsoon development. The first northward jump (from 25–28N to around 30N) occurs on 8 May on average, about 7 days ahead of the summer monsoon onset over the SCS. It is found that the reverse of meridional temperature gradient in the upper-middle troposphere (500–200 hPa) and the enhancement and northward movement of the subtropical jet in the Southern Hemispheric subtropics are responsible for the first northward jump of the westerly jet.     

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。     

青藏高原地面热源对亚洲季风爆发的热力影响

利用多年NCEP/NCAR再分析全球逐候平均气象场资料和逐旬感热、潜热资料，对亚洲夏季风爆发期间青藏高原及其邻近地区地面加热场的特征进行分析。着重讨论了高原和邻近地区感热加热对亚洲夏季风爆发的影响，具体分析了高原感热加热对亚洲夏季风推进的影响机制，以及对热带低层西风气流的作用。结果发现，中纬度主原的感热加热所造成的经、纬向热力差异是导致亚洲夏季风爆发的原因。亚洲夏季风建立区域和时间的差异与高原感热加热的区域性有关。高原感热加热在南海夏季风爆发前后对南海地区低层西风所流所起的作用不同，在季风爆发前是加速低层西风，在季风爆发后起削弱西风气流的作用。对亚洲夏季风爆发早年和晚年的感热加热进行了对比分析，发现亚洲夏季风爆发时间的年际变化与热源的年际变化有关。     

关于南海夏季风建立的大尺度特征及其机制的讨论

使用1998年南海季风试验期间高质量资料和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。发现南亚高压迅速地从菲律宾以东移到中南半岛北部,印缅槽加强,赤道印度洋西风加强并向东向北迅速扩展和传播,以及相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。数值实验结果指出,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印缅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。     

Spatial variability of Holocene changes in the annual precipitation pattern: a model-data synthesis for the Asian monsoon region

This study provides a detailed analysis of the mid-Holocene to present-day precipitation change in the Asian monsoon region. We compare for the first time results of high resolution climate model simulations with a standardised set of mid-Holocene moisture reconstructions. Changes in the simulated summer monsoon characteristics (onset, withdrawal, length and associated rainfall) and the mechanisms causing the Holocene precipitation changes are investigated. According to the model, most parts of the Indian subcontinent received more precipitation (up to 5 mm/day) at mid-Holocene than at present-day. This is related to a stronger Indian summer monsoon accompanied by an intensified vertically integrated moisture flux convergence. The East Asian monsoon region exhibits local inhomogeneities in the simulated annual precipitation signal. The sign of this signal depends on the balance of decreased pre-monsoon and increased monsoon precipitation at mid-Holocene compared to present-day. Hence, rainfall changes in the East Asian monsoon domain are not solely associated with modifications in the summer monsoon circulation but also depend on changes in the mid-latitudinal westerly wind system that dominates the circulation during the pre-monsoon season. The proxy-based climate reconstructions confirm the regional dissimilarities in the annual precipitation signal and agree well with the model results. Our results highlight the importance of including the pre-monsoon season in climate studies of the Asian monsoon system and point out the complex response of this system to the Holocene insolation forcing. The comparison with a coarse climate model simulation reveals that this complex response can only be resolved in high resolution simulations.     

Signature of a southern hemisphere extratropical influence on the summer monsoon over India

The weakening relationship of El Nino with Indian summer monsoon reported in recent years is a major issue to be addressed. The altered relationships of Indian monsoon with various parameters excite to search for other dominant modes of variability that can influence the precipitation pattern. Since the Indian summer monsoon circulation originates in the oceanic region of the southern hemisphere, the present study investigates the association of southern extratropical influence on Indian summer monsoon using rainfall and reanalysis parameters. The effect of Southern Annular Mode (SAM) index during the month of June associated with the onset phase of Indian summer monsoon and that during July–August linked with the active phase of the monsoon were analysed separately for a period from 1951 to 2008. The extra-tropical influence over the monsoon is illustrated by using rainfall, specific humidity, vertical velocity, circulation and moisture transport. The June high SAM index enhances the lower level wind flow during the onset phase of monsoon over Indian sub-continent. The area of significant positive correlation between precipitation and SAM in June also shows enhancement in both ascending motion and specific humidity during the strong phase of June SAM. On the other hand, the June high SAM index adversely affects July–August monsoon over Indian subcontinent. The lower level wind flow weakens due to the high SAM. Enhancement of divergence and reduction in moisture transport results in the Indian monsoon region due to the activity of this high southern annular mode. The effect is more pronounced over the southwest region where the precipitation spell has high activity during the period. Significant correlation exists between SAM and ISMR, even after removing the effect of El Nino. It indicates that the signals of Indian summer monsoon characteristics can be envisaged to a certain extend using the June SAM index.     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979－1995年（缺1986、1987、1993）NCEP／NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料，对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：印度半岛和中南半岛地区感势通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系，是季风爆发的主要关键区。这两个地区的感热积累是东亚季风爆发的触发因素之一，尤其是印度半岛北部感热通量的突变对印度夏季风演变十分重要。印度半岛北部与青藏高原西部的热力差异在季风的爆发和维持中占有重要地位。而东北亚与西北太平洋的热力差异只对东亚夏季风的演变有影响，与冬季风则无直接关联。在东亚季风的爆发中居主导地位的还是印度半岛北部和青藏高原西北部的感热加热作用。     

Characteristics of the Onset of the Asian Summer Monsoon and the Importance of Asian-Australian “Land Bridge”

Based on summarizing previous achievements and using data as long and new as possible, the onset characteristics of Asian summer monsoon and the role of Asian-Australian “land bridge” in the onset of summer monsoon are further discussed. In particular, the earliest onset area of Asian summer monsoon is comparatively analyzed, and the sudden and progressive characteristics of the onset of summer monsoon in different regions are discussed. Furthermore, the relationships among such critical events during the onset of Asian summer monsoon as the splitting of subtropical high belt over the Bay of Bengal (BOB), the initiation of convection over Indo-China Peninsula, the westward advance, reestablishment of South Asian High, and the rapid northward progression of convection originated from Sumatra in early summer are studied. The important impact of the proper collocation of the latent heating over Indo-China Peninsula and the sensible heating over Indian Peninsula on the splitting of the subtropical high belt, the deepening of BOB trough, the activating of Sri Lanka vortex (twin vortexes in the Northern and Southern Hemispheres), and the subsequent onset of South China Sea summer monsoon are emphasized.     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。