Identifying Global Monsoon Troughs and Global Atmospheric Centers of Action on a Pentad Scale

Using two datasets of global pentad grid precipitation and global 850 hPa geopotential height during 1979-2007, this study identified global monsoon troughs and global atmospheric centers of action (ACAs) on a pentad scale. The global monsoon troughs consist of planetary-scale monsoon troughs and peninsula-scale monsoon troughs. Forced by seasonal variations in solar radiation, the inter-tropical convergence zones (ITCZs) represent the planetary-scale monsoon troughs, which are active and shift over the tropical North Pacific, the tropical North Atlantic, and the tropical South Indian oceans. The peninsula-scale monsoon troughs are originated from regional land-sea topography and varied with contrasts in seasonal land-sea surface temperatures and precipitation. During the boreal summer, five peninsula-scale troughs and one planetary-scale trough are distributed in the Asia-Northwest Pacific (NWP) region. In total, 22 troughs, nine monsoon troughs, and 19 ACAs in the lower troposphere were identified. Relevant ACAs may be useful in constructing regional monsoon and circulation indices.     

全球季风槽

根据先前的研究总结出,全球有22个地形槽,其中只有3个行星尺度的季风槽和6个半岛尺度的季风槽。全球季风系统是由行星尺度季风槽和半岛尺度季风槽组成的。活动于热带北太平洋、热带北大西洋和热带南印度洋的赤道辐合带是太阳辐射随季节强迫下位置发生变化的行星尺度季风槽。半岛尺度季风槽起源于区域海陆地形和随季节变化的海陆热力对比和干湿(降水)转换。在北半球夏季,亚洲-西北太平洋地区受到4个半岛尺度季风槽和1个行星尺度季风槽的影响。其他2个半岛尺度的季风槽位于南非和印度尼西亚-西澳大利亚地区。     

南海-西北太平洋季风槽强度的变化特征及其与热带气旋活动的关系

利用1979—2005年NCEP/DOE AMIP-Ⅱ再分析逐日平均资料,根据西北太平洋季风槽的特点,研制了能较好表征季风槽活动的强度指数和位置指数,并分三段描述不同区域季风槽的活动特征及其对生成于南海-西北太平洋季风槽的热带气旋（MTTC）活动的影响,结果表明：（1） 季风槽强度指数和位置指数呈正相关关系,季风槽强度越强,其位置越偏北。（2） 季风槽强度存在明显的年际变化,1994年前以4～5年的变化周期较为显著,1994年后2～3年的周期较明显。（3） 不同区域季风槽强度的影响因子不同。前期海温场的异常将导致大气环流异常,致使不同区域的季风槽强度异常。（4） 季风槽强度与MTTC频数异常密切相关,3个不同区域的季风槽以南海季风槽强度与MTTC频数异常的关系最为密切。MTTC异常偏少年大多出现在季风槽总体偏弱,各区域季风槽也偏弱的年份;MTTC异常偏多年可能出现在季风槽偏强的年份,也可能出现在季风槽总体偏弱但南海季风槽偏强的年份,且后者出现的概率更大一些。（5） 季风槽强度的季节内变化能为TC的生成和发展提供有利条件,季风槽同时处于30～60天振荡和准双周10～20天振荡的活跃期时,有利于MTTC的生成。     

夏季南海季风槽与印度季风槽的气候特征之比较

亚洲夏季风槽包括两大重要组成部分,即南海夏季风槽和印度夏季风槽.两个季风槽同属于热带夏季风系统,具有热带辐合带的性质.但由于所处地理位置、海陆分布、受到的影响系统不同等原因,两个季风槽有明显的异同点.利用气候平均资料分析,揭示南海夏季风槽和印度季风槽的结构特征和演变特征的异同点,有利于提高对亚洲夏季风系统的认识.作者首先讨论了结构特征方面的差异,从季风槽的对流特征、环流场配置特征、热力结构特征等方面探讨了两个季风槽的区别,分析结果表明南海夏季风槽和印度夏季风槽在结构特征方面区别不算很大,都具有热带季风辐合带的典型结构,低层辐合,高层辐散,有明显的季风经圈环流,热力结构特征均是低层偏冷,中高层偏暖.相对来说,印度夏季风槽比南海夏季风槽强且深厚.其次对南海夏季风槽和印度夏季风槽的演变的气候特征所进行的分析表明,季风槽建立时间与季风爆发时间是一致的.南海夏季风槽爆发早且突然,撤退缓慢,维持时间长;印度夏季风槽则是渐进式的爆发,撤退迅速,维持时间较短.两个季风槽的温湿演变特征也有所不同.     

华南季风降水对应的环流指数

利用NCEP再分析资料及台站和格点降水量资料分析了华南季风降水与周边大气环流的关系,并由此建立了反映6月华南降水强度的季风指数,这一季风指数利用菲律宾及其以东与华南850 hPa涡度差定义。华南季风指数具有很好的区域代表性,华南季风指数与亚洲格点日降水量的主要正相关区集中在华南。华南季风指数可以很好地描述华南降水的年际变化和极端年份,季风指数强 (弱) 的年份也是华南降水偏多 (少) 的年份,极端的华南季风指数年份对应极端的华南降水年份。华南季风指数高与低年份对应的华南降水量差值通过了0.01的显著性检验。在年代际尺度上,季风指数强 (弱) 的年代与华南降水偏多 (少) 的年代有很好的对应关系。华南季风指数包含了西南季风、副热带高压以及中高纬度西风槽等各影响系统的信息,可在业务上使用。     

亚洲-澳大利亚海陆地形与热力季节演变下的季风槽和季风降水

通过对1999-2007年美国NCEP FNL逐日全球大气分层分析资料和同期美国NASA热带测雨卫星(TRMM)降水产品资料进行气象要素分解,取其海陆差异影响的要素场,对亚洲-澳大利亚季风区的季风槽进行了逐候辨识,分析了亚澳季风区850 hPa各槽线的季节演变与降水的关系.结果发现在亚洲夏季风最强盛的时候青藏高原周边地区一共有五个季风槽,澳大利亚夏季风最强盛的时候在其周边地区存在三个季风槽,这些季风槽都有对应的降水出现并受当地半岛尺度地形的影响.南亚和东南亚的季风槽以及对应的降水持续时间约为半年(24-60候),东亚和澳大利亚季风期要短一些(28-48候和1-17候).东亚和澳大利亚北部地区都存在季风爆发之前的前汛期降水或过渡时期降水.     

海陆分布对夏季东亚季风影响的数值试验

我们利用有限区域五层原始方程模式做了二组数值试验,一组是用五层模式和真实的海陆分布进行数值积分,模似真实的东亚夏季风环流,另一组是用五层模式和人为的海陆分布进行和第一组试验类似的数值积分,然后将两组数值试验的结果进行比较。 数值试验的结果表明:(1)东亚夏季风系统中位于印度和中南半岛的两个季风槽、西南季风的三个中心和低空越赤道气流[2][3]的形成与南亚地区东西向的海陆分布有密切的关系,如果没有印度半岛和中南半岛,两个季风槽将会消失,而三个西南季风中心也可能变为一个。(2)如果没有非洲大陆,索马里以东的越赤道气流的强度将明显减弱,相应的低空急流中心也会随之消失。(3)青藏高原的存在大大加强了地区间南北向的热力对比,因此它对南亚和我国南方近地面季风有很明显的加强作用。但高原的加强作用与它的地理位置有很大的关系,如果阿拉伯海和孟加拉湾不是海洋而是陆地,也就是说青藏高原离印度洋的平均距离要比现在大得多,那末它对季风的加强作用就会随之减弱。反之,如果印度和中南半岛不是陆地而是海洋,那末高原离印度洋的平均距离就会减小,它的加强作用也会得到相应的增大。      

ESTABLISHMENT OF SUMMER MONSOON IN SOUTH CHINA SEA AND INTENSITY VARIATION

The 850 hPa wind field data from NCEP and OLR data are used to study the variation behavior of the southwesterly wind and OLR in the South China Sea and their mutual relationship. A monsoon index is putforward that reflects the variation of the southwest monsoon in the region. In the preliminary study or intensity variation and establishment time of the monsoon, it is found that it is of dual peaks on the seasonal scale and the interannual variation of the monsoon intensity and the establishment time are related with sea surface temperature. The summer monsoon is established earlier and with higher intensity in the EI Niño year and vice versa.     

东亚海陆表面温度季节性增温差异对东亚夏季风强度的影响

本文通过对比几种不同的东亚夏季风强度指数,发现东亚及附近地区海陆表面温度的变化与东亚夏季风强度有密切联系。在此基础上,根据强、弱夏季风年东亚表面温度差值的逐候数据做EOF分析,结果发现:第一模态可以揭示从春到夏的季节转换,中国东部陆地增温相对较快,而西太平洋及孟加拉湾海温增温较慢,季节转换提前,有利于夏季风偏强;第二模态则反映了春季中高纬度地区增温快、中低纬增温慢的情形,有利于夏季风增强。在5月份两种模态的综合作用显示:陆地较冷、海洋较暖,夏季陆地的快速增温、海洋增温慢,有利于夏季风增强。将上述影响因素引入到改进的东亚夏季风强度指数中,修正后的指数可以反映东亚地区5月到夏季的海陆增温特点以及季节转换的早晚,并更好地描述了季风区中、高纬度的热力差异,合理地解释夏季风强度与西北太平洋副高及低空急流的关系,因此新指数能够更好地反映全国范围内夏季降水的特点。     

季风指数及其年际变化II·南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度。指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关。绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变。季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度。最后分析指出,南海850 hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

南海夏季风槽的年际变化和影响研究

南海夏季风槽是南海夏季风的重要组成部分，它的活动不仅对大气环流和气候有明显影响，其本身也具有明显的年际变化特征。首先定义了一个描写南海夏季风槽强度的指数，然后分别对强、弱南海夏季风槽年的例子进行了合成分析。分析结果表明，对应强、弱不同的南海夏季风槽年份，在大气环流背景、对流活动以及海温背景场方面都有很明显的区别，说明南海夏季风槽的异常不是偶然的，有其十分明显的大背景。合成分析的结果还表明，南海夏季风槽的强弱异常不仅对中国夏季降水有重要影响，还会通过遥相关过程影响北半球的其他区域。     

广东后汛期季风槽暴雨天气形势特征分析

对1981-2002年广东后汛期季风槽暴雨期间的环流形势和天气系统进行了统计分析，结果发现，广东后汛期的季风槽暴雨多数发生在西太平洋副高位置偏东或偏南的情况下，并与中纬西风槽或ITCZ有直接联系；季风槽多数位于华南地区上空或华南沿岸海面；高层辐散覆盖广东全部或大部，中心在华南近海。西南季风向北推进源于西南和华南地区低压槽发展，或由于热带气旋登陆后北上而牵动西南季风深入华南陆地，也有些过程是副高西端的偏南气流引导南海季风北进。对流活动有从南海北部或北部湾附近向华南移动的趋势，并有昼夜变化。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

青藏高原与印度洋热力对比及其与南亚夏季风的关系

本文基于1979-2017年逐日再分析资料,通过分析对流层中上层青藏高原和印度洋之间的热力差异,提出了一个热力对比指数(TCI),并分析了TCI与南亚夏季风的强度和爆发时间的关系.研究表明:相比单独的青藏高原或者印度洋的温度,TCI能更好地表示南亚夏季风强度的变化.TCI越大时,南亚夏季风爆发时间越早;TCI逐候增量的变化超前南亚季风指数的变化,两者相关系数在TCI逐候增量超前南亚季风指数15候时达到最大.TCI是预报南亚夏季风爆发的一个潜在指标.     

南海夏季风爆发的环流特征及指标研究

使用美国NCEP/NCAR高度场和风场资料及外逸长波辐射(OLR)资料,分析了4～7月南亚和东亚上空环流场,给出了南海夏季风爆发的定义及1953～1999年季风爆发的时间序列,指出季风爆发存在3种类型的环流场,发现东印度洋赤道两侧涡旋对的出现对季风爆发有很好的指示意义.综合季风爆发过程中热力学和动力学要素的特征,建立了适合南海夏季风爆发的指数计算经验公式.     

Structure and characteristics of submonthly-scale waves along the Indian Ocean ITCZ

This study examines wave disturbances on submonthly (6–30-day) timescales over the tropical Indian Ocean during Southern Hemisphere summer using Japanese Reanalysis (JRA25-JCDAS) products and National Oceanic and Atmospheric Administration outgoing longwave radiation data. The analysis period is December–February for the 29 years from 1979/1980 through 2007/2008. An extended empirical orthogonal function (EEOF) analysis of daily 850-hPa meridional wind anomalies reveals a well-organized wave-train pattern as a dominant mode of variability over the tropical Indian Ocean. Daily lagged composite analyses for various atmospheric variables based on the EEOF result show the structure and evolution of a wave train consisting of meridionally elongated troughs and ridges along the Indian Ocean Intertropical Convergence Zone (ITCZ). The wave train is oriented in a northeast–southwest direction from Sumatra toward Madagascar. The waves have zonal wavelengths of about 3,000–5,000 km and exhibit westward and southwestward phase propagation. Individual troughs and ridges as part of the wave train sequentially travel westward and southwestward from the west of Sumatra into Madagascar. Meanwhile, eastward and northeastward amplification of the wave train occurs associated with the successive growth of new troughs and ridges over the equatorial eastern Indian Ocean. This could be induced by eastward and northeastward wave energy dispersion from the southwestern to eastern Indian Ocean along the mean monsoon westerly flow. In addition, the waves modulate the ITCZ convection. Correlation statistics show the average behavior of the wave disturbances over the tropical Indian Ocean. These statistics and other diagnostic measures are used to characterize the waves obtained from the composite analysis. The waves appear to be connected to the monsoon westerly flow. The waves tend to propagate through a band of the large meridional gradient of absolute vorticity produced by the mean monsoon westerly flow. This suggests that the monsoon westerly flow provides favorable background conditions for the propagation and maintenance of the waves and acts as a waveguide over the tropical Indian Ocean. The horizontal structure of the wave train may be interpreted as that of a mixture of equatorial Rossby waves and mixed Rossby-gravity wavelike gyres.     

1999年上海梅雨异常的环流特征及其成因

对１９９９年上海地区入梅早、出梅迟、梅雨期长、梅雨量超历史纪录的环流特征和原因作了初步统计分析,其中分别讨论了西太平洋副带高压强度及脊线位置、东亚夏季风强度经指数及爆发迟早、低续热带地区对流活动、台风的频数及移劝路径等天气气候因素与１９９９年上海地区梅坏处主异常的关系,结果表明：１９９９年副热带高压强度偏弱、主体位置偏南、偏东,东亚夏季风爆发早、强度指数偏弱,ＩＴＣＺ赤道辐合带）不活跃,台风位置偏     

高原季风与高原低涡的关系分析

本文基于高原季风指数和高原涡数据集,利用小波分析等统计方法对高原季风和高原低涡的气候特征进行了统计分析,并探究了两者之间的关系,主要结果有:(1)高原季风夏强冬弱,高原季风的准4年、准6年周期振荡的特征十分明显。(2)30年来高原低涡平均每年生成64.2个,其中有51.2个是暖性高原低涡。高原低涡的强度季节内呈正态分布,高原低涡的生成频数的季节内变化有明显的周期振荡特征。(3)高原季风的周期振荡特征在季节尺度和年际尺度上与高原低涡气候特征有一定的相关性,准4年与准6年周期振荡特征十分明显。通过相关概率统计:高原季风的建立时间与强度都与高原低涡的气候特征有一定的正负相关。      

Longitudinal heating gradient: Another possible factor influencing the intensity of the Asian summer monsoon circulation

The Largest longitudinal heating gradients in the tropics exist between the African desert and Asian convective regions during summer once the South Asian monsoon is established. The heating gradients are anchored by the la-tent heat release and net radiative flux convergence over the monsoon region, and by the dominant net radiative flux divergence over the desert.An apparent relationship is found between the intensity of the Asian summer monsoon circulation and the longitudinal healing gradients mentioned, in addition to the latitudinal heating gradients cross the monsoon region. The monsoon circulation measured in terms of the zonal wind component is stronger when the longitudinal heating gradients are large, and vice versa. Thus, we claim that the longitudinal heating gradient may be another important factor which influences the intensity of the Asian summer monsoon circulation. There is little evidence that the interannual variability of the longitudinal heating gradients between Africa and Asia and, thus, the intensity of the Asian summer monsoon circulation, is a strong function of the El Nino / Southern Oscillation cycle.