东亚—西北太平洋地区初夏副热带季风季内纬向变化的主要特征分析

利用美国NCEP/NCAR提供的再分析资料和全国160个站逐日降水量资料,按照东亚夏季副热带季风定义和东亚夏季副热带季风活动路径划分标准,选取3类路径的东亚夏季副热带季风各9个典型年,分析5月下旬—6月下旬合成的大气环流演变过程与同期降水距平分布,尝试揭示东亚初夏副热带季风的纬向差异特征.结果表明:3类活动路径东亚夏季副热带季风在850 hPa风场、500 hPa高度和降水距平分布差异显著.偏西路径表现为波列偏西偏北,850 hPa的南风正距平始终位于中国西南地区上空,降水正距平也集中于该区;中间路径代表气候态,为东亚地区初夏副热带季风的主要模态,大槽位置偏东,降水正距平主要分布在我国华南地区;偏东路径在120°E—180°E和20°N—70°N的区域呈现北负南正的波列,初夏副热带季风活动偏于西太平洋地区,我国东南部沿海与台湾的降水为正异常.2010年以来,东亚—西北太平洋地区初夏均为非中间路径副热带季风,3类路径的3—5月北太平洋海表温度距平分布差异也较大.     

关于东亚副热带季风和热带季风的再认识

利用NCEP/NCAR再分析数据集和CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)降水资料, 分析了东亚副热带夏季风与热带夏季风的区别和联系, 以及两者相互作用问题, 深入讨论了东亚副热带季风的本质。分析发现东亚副热带夏季风建立早于热带夏季风, 于3月中旬已经开始建立。两者是相互独立的两个过程, 前者并非是后者向北推进的结果；相反, 前者建立后的突然南压有利于后者的爆发。副热带夏季风为渐进式建立, 但撤退迅速；热带夏季风爆发突然, 但撤退缓慢。副热带夏季风的建立以偏南风的建立为特征, 而热带夏季风的建立以偏东风向偏西风转变为特征。热带夏季风的建立时间取决于经向海陆热力差异转向, 而东亚副热带夏季风则更依赖于纬向海陆热力差异的逆转。亚洲大陆（含青藏高原）与西太平洋之间的纬向海陆热力差异的季节逆转无论对东亚副热带夏季风还是热带夏季风均有重要作用。     

东亚与太平洋地区热力差异对东亚季风的影响

利用1951-2014年NCEP/NCAR逐月、逐日再分析资料,1979-2014年CMAP降水资料对比分析了夏季各关键区大气热源及大气热源差值的变化特征,利用合成分析等方法探讨了关键区热力转换早晚对东亚副热带季风建立的影响,以及关键区热力差异大小对季风强弱的影响。结果表明,东亚与西太平洋热力转换早(晚)时,副热带季风建立时间早(晚),撤退时间晚(早),副热带季风持续时间长(短),热带夏季风爆发时间偏晚(早)。副热带季风建立的早晚与东亚和西太平洋热力转换的早晚在时间上较为一致。热带夏季风的爆发对副热带夏季风强度的增加有促进作用。高原的热力作用对东亚副热带季风的影响大于对热带季风的影响。海陆热力差值大(小)时,副热带高压脊线位置较常年偏南(北),东亚副热带地区表现为偏南(北)风距平,在低纬南海地区为偏西(东)风距平,高原及东亚大陆地区的上升运动较平均状态偏强(弱),西太平洋大部分地区的上升运动较平均状态偏弱(强)。且热力差值大时,南下的西北风与来自西太平洋的偏南风在30°N左右的副热带地区相汇,有利于此地区的降水的形成。包含高原的东亚与西太平洋热力差值大小比不包含高原的东亚与西太平洋热力差值大小对高度场、风场、垂直速度场的影响均更大。夏季热力差值大小对我国温度与降水的分布均有影响。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

东亚夏季风在中国东北区建立的标准、日期及其主要特征分析

文中利用中国东北区 80个测站 ,1980年以来近 2 0a逐日降水和同期NCEP/NCAR逐日再分析资料 ,提出了东亚夏季风在中国东北区建立和撤退的标准 ,即取 85 0hPa候平均资料 ,作沿 12 2 .5°E时间 纬度剖面图 ,将θse的336K和南风 4m/s等值线同时越过 4 0°N的候定义为东亚夏季风在中国东北区建立的日期 (候 ) ,持续及累积的总候数为影响时间 ;该年θse的 336K等值线永久撤离到 4 0°N以南的候为东亚夏季风从中国东北区撤退的日期 ;如果某年θse的 336K和南风 4m/s等值线没有同时北移越过 4 0°N的候出现 ,确定为东亚夏季风在中国东北区没有建立的年份。文中相应给出 1980～ 2 0 0 0年建立、持续及累积和撤退的时间年历表 ,经计算东亚夏季风在中国东北区建立的平均日期为第 4 1候 ( 7月第 5候 ) ,累积平均影响候数为 3.6候 ( 18d左右 ) ,开始撤退的平均日期为第 4 5候( 8月第 3候 ) ;东亚夏季风在中国东北区建立前后的候降雨量增加和撤退前后候降雨量递减十分显著 ,建立时水汽场由辐散转变为辐合。文中还定义了中国东北区强夏季风的年份 (建立的时间早 ,且累积候≥ 4候的年份 )为1981,1988,1990和 1994年 ,与国内学者定义的强夏季风年基本一致 ;在中国东北区没有建立东亚夏季风的年份为1980 ,1983,1987,1991,     

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。     

春季IOD影响东亚季风机制的数值研究

基于美国国家大气中心的CAM3.0模式,设计3组数值试验,以研究春季印度洋偶极子(IOD)海表温度异常对东亚夏季风的影响及其可能机制。结果表明:在IOD正位相年,对印度洋关键海区的春季海表温度加入强迫后,同期夏季(6—8月)的东亚夏季风明显偏弱:副热带高压位置偏南,长江流域上升运动加强、降水偏多,南海地区下沉运动加强、降水偏少、南海季风偏弱。还从经向、纬向垂直环流圈角度分析了IOD对东亚夏季风的可能影响机制:IOD正位相年,在IOD正SSTA区域(热带西印度洋)的东侧大约75 °E附近能激发出上升运动,而在IOD负SSTA区域(热带东印度洋)的东侧大约110 °E附近出现下沉运动,从而构成一个完整的纬向垂直环流圈;110 °E附近的下沉运动又可能通过经向垂直环流圈影响南海和东亚副热带地区,造成东亚经度上赤道地区为上升运动、南海地区为下沉运动、长江流域为上升运动的异常经圈环流,从而使得东亚夏季风(包括南海季风和东亚副热带季风)整体偏弱。      

关于确定东亚夏季风强度指数的探讨

文中利用作者曾定义的东亚夏季风在中国东北地区 (12 2 .5°E ,4 0°N)的建立标准 ,根据相同的方法 ,分别计算了沿 112 .5 ,117.5 ,和 12 2 .5°E上 ,2 0°N及以北每隔 5个纬度东亚夏季风建立、持续和撤退时间 (候 ) ,将某年持续和多年平均持续候数相比的标准化值 ,定义为一种沿某一经圈上某一纬度的东亚夏季风强度指数ISMΦ,还分析了该指数与中国夏季降水量场和 5 0 0hPa高度场的相关。结果表明 :(1)沿 117.5°E经度上 ,东亚夏季风在 2 0 ,2 5 ,30 ,35 ,和 4 0°N建立的平均日期分别为 2 7.2 6 ,2 8.5 4 ,34.4 3,37.12和 37.6 5 (候 ) ,撤退平均日期分别为 5 4 .4 4 ,5 3.6 9,5 1.85 ,4 8和 4 6 .76 (候 ) ,其中 117.5°E ,2 0°N代表南海的中北部 ,文中确定的该区夏季风建立、撤退日期分别为 2 7.2 6 (候 )和 5 4 .4 4 (候 ) ,与国内学者公认的 5月 4候 (2 8候 )和 10月 1候 (5 5候 )相当吻合 ;(2 )沿 112 .5°E、117.5°E和12 2 .5°E的同一纬度上 ,东亚夏季风建立的平均日期并不相同 ,西边先于东边建立 ,每隔 5个经度 ,相差约 1～ 2候 ,而撤退的平均日期 (30°N及以北 )分布则相反 ,东边先撤退 ;(3)沿 117.5°E ,30°N和 35°N的ISMΦ和沿 12 2 .5°E ,4 0°N的ISMΦ均与中国华北和东北地区大部 7～     

亚洲季风活动及其与中国大陆降水关系

用１９８０～１９９２年ＥＣＭＷＦ的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ资料设计了南亚季风和东亚季风指数,发现南海夏季风的暴发和撤退具有较大的年际差异,南海北部和南部夏季风的暴发和撤退时间也不一致．相关试验表明,南亚季风指数与中国大陆春、夏降水的相关分布型类似于东亚季风指数与降水的相关分布型,且相关系数略高．东亚冬季风指数以南海地区区域平均的８５０ｈＰａ经向风速或纬向风速为好．夏季风指数以南海地区或亚洲区域平均的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ的纬向风速差最佳．     

东亚副热带夏季风与山西省夏季降水的关系

利用山西省58个台站1960~2009年夏季降水资料和NCAR/NCEP逐月再分析资料,在考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区大气环流特征的基础上,根据海陆气压差建立了东亚副热带夏季风指数,并研究该指数与山西省夏季降水的关系。结果表明:东亚副热带夏季风指数ISSM表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以正值为主,而70年代末之后以负值为主。ISSM指数能够很好地反映出蒙古低压和西太平洋副热带高压系统的典型特征。东亚副热带夏季风越强对应着山西夏季降水越多,山西中部、南部偏东的大部分区域属于东亚副热带夏季风控制区,运城盆地、西部高原山地、忻州盆地、大同盆地等属于东亚副热带夏季风西北边缘区。     

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。      

北半球大气臭氧和气温的关系

本文根据北半球21个臭氧站1979年7月1—31日逐日日平均臭氧总量与日平均10—200hPa气温资料,分析了逐日臭氧变化与气温变化的相互联系和影响。结果发现,臭氧总量变化落后于50—200hPa层气温变化,超前于5—50hPa层气温变化。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

中国西部干旱地区太阳直接辐射通量密度与大气质量的关系

本文根据中国西部干旱地区大气物理状态(大气可降水量和大气浑浊度)的变化范围,利用太阳直接辐射通量密度的理论计算公式,计算了各种大气透明系数状况下的太阳直接辐射通量密度。计算结果表明,大气质量m=2时的透明系数P_2和m相同时,由于水汽和气溶胶的含量配置不同而引起太阳直接辐射通量密度的差异,在辐射日变程的主要时段(m=1-3)内并不大。于是得到各种透明系数P_2状况下太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的平均关系。不同海拔高度比较,当透明系数P_2相同时,各自的大气物理状态虽然不同,但m相同时的太阳直接辐射通量密度基本相同。现有的表征太阳直接辐射通量密度值和大气质量联系的关系式都不能很好地描述计算结果。根据太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的特性,我们提出了新的关系式。最后,整理了不同拔海高度和不同地理景观的四个日射站(西藏那曲、青海格尔木、甘肃敦煌和民勤)的多年观测资料。经验计算结果与观测值比较,一致性良好。     

热带东、西风界面附近的扰动流场

在正压无辐散的条件下,讨论了东、西风不连续面上的正压不稳定性,得出:在这种情形下,东、西风界面上的扰动总是不稳定的。文中用小参数的方法,对界面附近扰动发展的非线性问题进行了计算,算到二级近似。结果表明,非线性过程引进短波长的谐波。界面的变形和扰动随时间增长较快,经过0.5天,界面有很小的变形,附近只有很弱的闭合环流;到1.5天,界面变形显著,环流范围增长达300公里,而且短波占主要部分,界面北侧东风气流中的气旋式环流进一步发展,风速也显著增强。     

1986年夏季西藏东部近地层湍流输送特征的分析

本文以1986年夏季西藏高原气象实验(TIPMEX-86)期间获得的资料为基础,运用廓线方法,计算了实验期间感热、潜热和动量湍流通量并分析了与通量输送有关因子的变化。分析结果表明,各种湍流通量都有明显的日变化、日际变化和旬变化。7月份感热通量比6月份大约减少了2/3以上。计算得出那曲6月13—28日拖曳系联C_d的平均值为0.0052,同期感热通量的整体输送系数C_h为0.0075;而拉萨6月11日—7月20日C_d的平均值为0.0056,同期C_h的平均值为0.0085。根据整体输送系数和各种有关因子的关系分析表明,C_d,C_h不可能用一个常数代表,它们不仅仅是风速的函数,而且其变化还包含了稳定度、风速梯度、温度梯度的综合效应。     

球面定常行星波射线的变化与波列的分支

为了解释大气低频波列的结构特征,本文把慢变介质中波传播的理论应用于行星波。采用射线追踪方法,借助于几何直观,在波射线与纬线平行的纬度附近,讨论了波数k_s的分布对波射线变化与波列分支的作用。并讨论了沿波射线路径波幅的变化。提出,在波数k_s为极值的纬度附近,定常行星波列存在着明显的分支现象。在传播期间,波幅在分支纬度附近为极大值。这些结论与双测和模拟的结果是相当一致的。此外,本文还讨论了“大圆路径理论”的局限性。     

中小尺度运动中风场和气压场的适应

在大型运动中有所谓地转适应的现象,本文研究了中小尺度运动中风场和气压场之间的适应问题。 由尺度分析可以发现:在一般中小尺度运动方程中,时间导数项较其中的各主要项小一个量极。因此可以认为中小尺度运动是在力的准平衡状态下进行缓慢的演变。当有某种原因破坏了这种力的准平衡态时,即有一种机制使运动回到准平衡来。这种准平衡态是惯性力(即速度平流)、科氏力和气压梯度力三者之间的准平衡。 由准平衡态的破坏恢复到准平衡的过程称为中小尺度的适应过程;准平衡态下的演变过程称为准常定过程。文中讨论了这两种过程中运动的物理性质。指出:对中尺度运动而言在适应过程中D>>ζ,在准常定过程中D≤ζ,这里D和ζ分别为散度和涡度。 设在某一有限的区域中,运动的平衡态受到了严重破坏,作为初值问题可以计算破坏以后运动的发展。计算结果表明:在短暂的时间内,气象要素有一急烈变化和调整,重新恢复准平衡态;时间稍长运动即进入准常定的演变。     

赤道东太平洋海温与长江下游地区降水异常的相关分析

本文采用最大熵谱分析方法揭示了赤道东太平洋海温和长江下游地区降水均存在3-4年和准两年的周期性振荡特征。且通过时滞相关分析发现两者均存在显著的相关关系,并以降水滞后海温约4个月的正相关最为明显。在此基础上利用一个多级数字滤波器对两者的逐月距平序列进行了高通、低通和带通滤波,并对两者在不同时间尺度上的滤波分量进行时滞相关分析,结果发现只是在2-4年的时间尺度上两者相关最为密切,并以降水滞后海温4-5月的正相关最为显著。