基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:（1）改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。（2）物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。（3）新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。      

夏季青藏高原低值系统与地气温差及我国降水的联系

基于青藏高原低涡和切变线（简称高原低值系统）年鉴、国家气象站地面观测资料及ERA-Interim再分析资料,分析了高原低值系统多、少发年夏季高原地气温差变化的差异及其对我国降水的影响。结果表明:（1）高原夏季地气温差对高原低值系统的发生和移动有明显的影响。在低值系统频发区,多发年的地气温差明显比少发年高。（2）我国西部的青藏高原中部、东北部及西南地区在多发年降水偏多,高原南部和东南部则在少发年降水偏多;我国东部地区,多、少发年降水差异自南至北呈“+”、“?”、“+”、“?”、“+”的差值带分布特征,即华南、江淮流域、华北和东北地区降水在多发年偏多,江南地区和黄淮流域降水则在少发年偏多。（3）高原低值系统多、少发年夏季对流层的环流系统及相应垂直速度、水汽输送变化有明显差异,并影响青藏高原和我国降水的变化。在高原地区,多、少发年之间环流的差异是受高原东部和南部的气流辐合（辐散）场、相应的垂直运动差值上升（下沉）、水汽输送辐合（辐散）区域变化的影响;在东部地区,则是受南海到华南、长江流域、华北到东北为气旋（反气旋）环流系统及其间辐合（辐散）带变化的影响。      

亚洲季风降水变率的区域分布和季节变化

本文讨论了亚洲季风降水变率的区域分布及其季节变化。计算了177个站的1931-1960年的年、月降水变率,研究的区域范围是60-180°E,10-50°N。主要结果如下。 (1) 有些地区的降水变率很大,有些地区则很小。例如,印度次大陆及其附近大部分地区,除6-8月以外,月降水变率超过100％。与上述地区相反赤道地区和东亚的降水相当定常。 (2) 逐月的降水变率分布变化缓慢,无突然的季节变化。 (3) 每月降水变率分布图呈带状分布,能看出最大和最小变率区,绘制最大、最小变率轴线,以显示出每月轴线的位置。     

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力“驱动”对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2) 青藏高原地-气过程热力“驱动”及其季风水汽输送结构;(3) 青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4) 青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种“动态的吸引”。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为“北涝南旱”和“南涝北旱”。青藏高原视热源强(弱)异常变化“强信号”将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有“前兆性”的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈“南涝北旱趋势”,西北区域呈现出“西部转湿趋势”。但基于近10年青藏高原春季视热源出现“降后回升”趋势,中国东部“南涝北旱”的降水格局已出现转折趋势。     

青藏高原地-气水热交换特征及影响研究综述

简要回顾了国内外青藏高原地—气相互作用的科学考察和研究进展,详细总结了近年来高原地—气水热平衡和交换的特征,及其对高原低涡、降水和东亚季风的影响研究。青藏高原地气水热交换可通过边界层过程导致高原热力作用改变,同时还能通过影响高原低涡,引起降水非绝热加热释放导致高原热力作用乃至海陆热力差异异常从而影响东亚夏季风气候。研究发现冷空气事件、土壤湿度和地表潜热对边界层厚度有重要影响;高原土壤温、湿度对低值系统的影响存在差异,高原涡频数与地温间存在显著正相关,但土壤湿度与高原涡间无显著相关关系;高原热状况与高原涡频数间也存在显著的正相关关系;对高原低值系统降水分析发现高原涡降水量呈逐年上升趋势,且波动剧烈呈多峰多谷变化;季风边缘区夏季降水与高原西部加热呈显著正关系,而与高原东部加热作用相关性并不显著;夏季风北部边缘区面积变化与高原中部和北部加热显著相关。研究结果进一步加深了对青藏高原气候学效应的理解。     

基于风场季节变率的高原季风指数的定义及应用

采用1979-2012年ERA-interim再分析资料和地面降水同化资料,利用青藏高原(下称高原)地区风场的变化特征,定义了一个新的基于风场标准化季节变率的高原季风指数IPMzhang,并与现有的季风指数IPMtang、IPMqi和IPMxun进行了比较分析。结果表明:各个指数都能够反映高原地区的季风活动特征及其与高原及周边地区夏季降水的相关关系,IPMqi和IPMzhang指数在高分辨率数据下的表现优于IPMtang和IPMxun指数,显著相关区域覆盖了高原大部分地区。相较于IPMqi,IPMzhang指数的相关系数略低,但其在高原东南部地区更为显著,表明IPMzhang能够更好地反映高原东南部地区的夏季降水。受高原热低压强度变化的影响,在季风偏强年IPMtang和IPMxun的异常水汽辐合主要在高原中部,IPMqi则存在于高原各个地区,只有IPMzhang在高原东南部,有利于高原东南部的降水偏多。表明IPMzhang指数能够较好地表征高原季风与高原及周边地区夏季降水的相关关系,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。     

祁连山区的气候变化

通过对近500年来不同资料的对比分析,发现祁连山区气候变化的位相比我国东部地区要超前,平均超前15年。从近50年的气象资料也证实了此种“位相超前”现象。同时还发现山区不同部位的气候变化並非趋势一致,如东段和西段的降水年际变化往往反向;60年代在大范围降温的背景上,流向朝东的河流中游一段反而升温。70年代气候变化的基本特征,可从高高原夏季风在高原东北侧的增强而得到解释。山内部夏季降水和温度的变率均比山外明显偏小,而环绕山区外围一带的变率比其更外面的平地还要大。这一现象可从直接影响山区气候的高原季风垂直环流圈具有年际变化而得到解释:在干、暖年份,高原季风环流图增强;湿冷年份反之。     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

气候标准值改变对ENSO事件划分的影响

分析了华南、长江流域和华北夏季风三雨带降水的年代际变化特征及其与海气系统的关系。结果表明,三雨带的开始日、结束日都有明显的年代际变化特征,主要表现为自1990年代至今,三雨带开始日推迟,华北雨带终止日明显提前。夏季风的进程与两极涛动密切相关,也与局地海陆热力差异有关：长江流域降水对应于欧亚大陆的位势高度正异常,而华南和华北降水都对应于欧亚大陆的位势高度负异常。华南、华北降水与北太平洋中纬度SST年代际变率密切相关,而长江流域降水与北大西洋中高纬度和西太平洋暖池SST的年代际变率有关。这说明年代际时间尺度上,夏季风进程的不同阶段对应着显著的环流和海温差别,中高纬的环流和海温对夏季风降水有重要的影响。     

西藏地区OLR分布特征

根据美国NOAA极轨卫星观测得到的射出长波辐射资料(Outgiong Longwave Radiation,简称OLR)分析了西藏高原及其附近地区各月的辐射气候特征,指出:高原冬季OLR为低值区,与降水对应关系较差,主要反映了高原冬季气温低,为冷源;高原夏季为雨季,多阴雨天气,OLR值也较小,且高原夏季降水与OLR存在较好的反相关.OLR的演变特征反映了北半球大气环流调整,同时也反映了高原热力特征的变化.合成分析了西藏高原多雨年和少雨年OLR分布差异,发现夏季旱涝与印度洋东西部对流强弱分布以及印度季风槽、副高等强度和位置变化有密切的关系.     

我国北方盛夏旱涝发展的演变特征

前言东南季风、西南季风及高原季风是我国几种不同性质的夏季风。季风及其雨带在地域上的稳定是形成区域性旱涝的主要原因。由于季风的发展和演变,形成了我国复杂的旱涝天气,本文用1951—1970年多年平均降水资料,以我国北部7—8月多雨偏涝的1968、1970年和干旱少雨的1971、1972年为例,探讨夏季风及其雨带演变与北方旱涝(指气候     

四川盆地夏季降水区域差异及其与季风的联系初探

基于四川盆地逐日气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析了近46年四川盆地夏季降水变化的区域差异及其与东亚夏季风和高原夏季风的联系。结果表明:盆西和盆东夏季降水序列与全国夏季降水的相关分布分别与我国夏季降水第Ⅰ、Ⅱ类雨型分布相类似。使用一元回归方法,分别得到了与东亚夏季风和高原夏季风相关的环流场,通过对两个环流场季风指数高低值年份的合成分析发现,东亚夏季风的影响主要体现在西北气流和东南气流的辐合带在我国东部地区位置变动以及强度变化;高原夏季风对环流场的影响体现在华北到河套地区一带风向的转换。着重分析了1961和1998年夏季与东亚、高原夏季风相关的环流场,发现东亚夏季风与高原夏季风都对四川盆地夏季降水有重要影响,其中盆西夏季降水主要与高原夏季风有关,盆东夏季降水与东亚夏季风和高原夏季风都有关,但以东亚夏季风为主。     

中国西南地区5月降水与阿拉伯海季风关系的年代际变化

本文利用1960～2017年中国西南地区115个台站观测降水资料和日本气象厅发布的55年再分析资料集,研究了中国西南地区5月降水变异的主导模态及其与阿拉伯海季风的关系。结果显示,中国西南地区5月降水的第一主导模态主要表现为全区一致的变异特征;该模态与同期5月阿拉伯海季风强度异常关系密切,但两者的关系在20世纪70年代后期发生了显著的年代际变化。在1960～1976年,阿拉伯海季风异常所引起的低层大气环流和水汽输送异常主要集中在阿拉伯海到孟加拉湾一带;阿拉伯海季风异常所引起的大气环流不能到达中国西南地区,因此它对中国西南地区5月降水的影响偏弱。但在1981～2017年,阿拉伯海季风异常可以导致整个北印度洋到南海地区的大气环流异常,进而引起中国西南地区水汽和垂直运动的变化,最终对该地区5月降水产生显著的影响。进一步的研究显示,阿拉伯海季风与中国西南地区5月降水关系的变化可能与季风自身的年代际变率有关。阿拉伯海季风在20世纪70年代末之前变率偏弱,其引起的环流异常也偏弱;相反在20世纪70年代末之后,其变率增强,它引起的大气环流异常也偏强,可以延伸到中国西南地区,进而影响到西南地区的5月降水。因此,季风变率的强弱可能在季风对西南地区5月降水的影响中起着非常重要的作用。     

1998年中国区域降水低频变化的传播机制的初步分析

使用美国NCEP/NCAR再分析和中国实际降水的逐日资料,研究了1998年夏季中国区域低频降水传播变化的机制.结果显示,(1)中国中东部地区低频降水经向传播都与南海季风和印度季风的变化相对应,低频降水在经向传播中存在不连续现象,是由于低频下沉气流造成的;(2)中国中部区域低频降水纬向传播特征是在不同时间低频降水的纬向传播方向有明显差别,初步认为造成这种现象的可能机制是纬向风气流的变化;(3)高原地区与平原地区之间的低频雨带活动具有不连续性,这是由于在高原东坡存在低频下沉补偿气流造成的.     

青藏高原季风对西北降水影响的相关分析

通过对高原季风指数与西北地区月降水量遥相关关系的分析,论述了１月份高原冬季批指数与西北地区年降水和夏季月降水相关显著,其相关分布型与西北夏季三种降水类型相似;６月高原季风指数对西北降水量的影响也最明显。高原季风异常可能与高原下垫热力异常有关,从而推测冬季风异常通过高原这个巨大的热载体而影响夏季风异常。     

中国东部—西太平洋副热带季风和降水的气候特征及成因分析

利用1981—2000年候平均NCEP/NCAR再分析资料和CMAP全球降水资料,分析了从中国东部大陆到西太平洋副热带地区季风和降水季节变化的特征及其与热带季风降水的关系,探讨了季风建立和加强的原因。夏季东亚—西太平洋盛行的西南风开始于江南和西太平洋副热带的春初,并向北扩展到中纬度,热带西南风范围向北扩展的迹象不明显。从冬到夏,中国西部和西太平洋副热带的表面加热季节变化可以使副热带对流层向西的温度梯度反转比热带早,使西南季风在副热带最早开始;从大气环流看,青藏高原东侧低压槽的加强和向东延伸,以及西太平洋副热带高压的加强和向西移动,都影响着副热带西南季风的开始和发展;初夏江南的南风向北扩展与副热带高压向北移动有关,随着高原东侧低压槽向南延伸,槽前的偏南风范围向南扩展。随着副热带季风建立和向北扩展,其最大风速中心前方的低层空气质量辐合和水汽辐合以及上升运动也加强和向北移动,导致降水加强和雨带向北移动。热带季风雨季开始晚,主要维持在热带而没有明显进入副热带,江淮梅雨不是由热带季风雨带直接向北移动而致,而是由春季江南雨带北移而致。在热带季风爆发前,副热带季风区水汽输送主要来自中南半岛北部和中国华南沿海,而在热带季风爆发后,水汽输送来自孟加拉湾和热带西太平洋。     

中国降水的季节性

本文使用一套基于中国气象局所属的2416个台站数据所得的高分辨降水资料,对1961~2013年中国降水季节性进行了研究。就全国平均而言,各季节降水占全年降水百分率最高的为夏季（56.5%）,春季（19.3%）和秋季（18.9%）次之,冬季（5.3%）最少;针对不同地区,各季节降水百分率存在很大差异,例如华南春季降水最多、东北至高原一线秋季降水大于春季降水。春、夏两季降水百分率高值（低值）区域略呈现出降水百分率减少（增多）趋势,秋季整体上略微减少,冬季则显著增加;季节降水百分率的变率整体表现为夏季大而冬季小,其西部的变率与地形为显著负相关,东部变率的大值区位置随季节变化;秋冬两季的降水百分率变率有显著增加,各季节不同地区变率的变化趋势存在明显差异。     

青藏高原积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展

回顾了青藏高原(下称高原)积雪变化及其对中国水资源系统影响研究进展,探讨了开展高原积雪异常对中国水资源系统影响研究存在的不足和未来趋势。高原积雪分布极不均匀,呈四周山区多、腹地少,两侧多、中间少的空间分布特征。高原东部积雪变化最显著且主导了整个高原积雪的年际变化,因此该地区积雪异常更值得关注。自20世纪60年代以来高原积雪总体呈缓慢增加趋势,21世纪初期春季和冬季积雪略有减少。目前,关于高原积雪变化对我国水资源系统影响的研究主要集中在高原积雪异常对降水和旱涝影响及其预测指示性研究两方面。高原积雪主要通过季风影响我国的降水时空分布,进而影响水资源系统。高原积雪异常对我国降水影响大,且范围广,可作为降水预测的一个重要信号,同时其对我国旱涝分布具有重要影响,并且对旱涝预测具有指示意义。     

2002年南海季风建立及其雨带变化的天气学研究

利用南海海 气通量观测试验资料结合NCEP ,GPCP以及GMS - 5云图资料 ,综合分析了 2 0 0 2年 5～ 6月南海西南季风建立过程及其雨带变化 ,确定 5月 14日西沙及北部海区西南季风爆发 ,5月 15日整个南海季风爆发 ,季风爆发时间属于正常年 ;季风爆发时风向、风速、云量、降水、湿度、辐射及海面温度等要素都发生突变。这种突变是由大气环流的突变造成的。季风爆发前后大气环流变化过程是 :80～ 90°E越赤道气流加强 ,同时印缅低压加深 ,孟加拉湾南北向气压梯度增大 ,而后东亚大陆上气旋发展东移 ,副热带高压东撤 ,孟加拉湾低压槽前的赤道西风突然加强越过中南半岛 ,南海北部首先出现强西南风 ,继而南海季风迅速地全面爆发。孟加拉湾西南风加强到南海季风爆发是一个连续的过程 ,大陆冷空气南下起了重要的作用。南海季风爆发时呈现单雨带型 ,而后由单雨带型转变为双雨带型 ,雨带受副热带高压和季风系统共同影响 ,并且随着副热带高压移动位置变化。     

青藏高原季风对我国西北干旱区气候的影响

基于ERA-Interim逐月再分析资料及同期高原和我国西北干旱区观测站温度与降水资料,分析高原季风与西北干旱区气候的关系,对比高原典型强弱季风年平均大尺度环流和水汽输送条件的差异,探讨高原强弱季风年西北干旱区气候差异形成的原因。研究结果表明:高原季风与我国西北干旱区气候相关关系显著;高原强弱季风年对应的大尺度环流和垂直环流系统存在明显差异;水汽条件和抬升条件好坏与降水量多寡配合得较好,即强高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件更有利于降水,而弱高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件偏差,对应降水量较常年同期偏少。