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。     

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。      

亚洲热带夏季风建立时风场相似度的分析

基于1968—1997年美国国家大气研究中心/美国国家环境预报中心(National Center for Atmospheric Research/National Centers for Environmental Prediction,NCAR/NCEP)共30 a平均的全球各标准等压面上经纬网格距为2.5°×2.5°的逐日气候风场资料,对南海夏季风和南亚夏季风建立期间气候逐日风场的相似度进行了分析。结果表明:风场相似度能较好地反映亚洲热带夏季风的建立,在南海夏季风和南亚夏季风建立期间的季风区,对流层低层风场相似度等值线的水平梯度较大,可视为"相似度锋区",季风沿其法线方向推进。在南海夏季风和南亚夏季风建立过程中,对流层低层大气环流的变化较中层剧烈。在对流层低层,气候状态的南海夏季风最早在西太平洋暖池洋面建立,数日后则已覆盖整个南海,南海和南亚夏季风建立是低层大气环流的突变过程;相应南亚夏季风则最早在赤道东印度洋和赤道西印度洋建立,进而覆盖整个南亚次大陆,其突变性不及南海夏季风。亚洲热带夏季风建立时除季风区及附近外,在全球个别地区大气环流的调整也相当剧烈,甚至发生突变。     

一种新的线性回归模型及其应用示例

回归分析是统计分析中常用的方法之一。传统的回归模型不具备全域分析能力,而变量场之间的关系多采用SVD（Singular Value Decomposition）进行分析,与传统的回归分析有所脱节。更为广义的线性回归模型是传统线性回归模型的延拓,在标量情况下,该模型可转化为传统线性回归模型。该模型的基本特征包含乘法不可互易性、等价于传统线性回归（因子项为标量时）、可分析性、延拓性、降维特征及容错性等。该模型解决了传统的线性回归模型不具备全域分析能力及模型表达能力受限于模型维数的现实问题。本文采用了NCEP（National Centers for Environmental Prediction）降水、高度场、风场月平均资料及国家气候中心西太平洋副热带高压指数资料,利用该模型和传统回归方案进行对比分析,分析结果表明,该模型具有一定的实用参考价值。     

东亚经向热力差异与华南夏季风及降水年际变化的关系

利用多年海表温度和中国测站近地面温度及降水资料,分析了夏季东亚地区经向热力差异的年际变化与华南夏季降水及华南夏季风环流变化的关系。结果表明:当黄河中下游及其附近地区地表气温偏高(低),华南偏低(高),则华南降水偏多(少),而江黄流域降水偏少(多)。在东亚地区夏季经向热力差异指数偏强年,南海北部至华南地区的夏季西南季风偏强,华南夏季降水偏多;弱指数年情况相反。     

我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析

利用1951～2005年华南地区3月份的降水资料、NOAA海温资料、Ni?o3.4指数和NCEP再分析资料,分析了华南3月份降水异常与同期环流场、全球海温场的关系,从环流和海温的角度揭示了华南3月份降水异常的可能原因。结果表明,当华南3月份降水偏多(少)时,在对流层中低层,北太平洋海区存在气旋(反气旋)性环流异常,西太平洋及南海海面上存在反气旋(气旋)性环流异常,这样的环流异常有利(不利)于东南暖湿气流与北方东部异常冷空气在华南地区形成水汽辐合,导致降水显著增多(减少)。进一步的分析表明,ENSO和北印度洋及南海附近海温是影响华南3月份降水异常的重要外强迫因子,ENSO对华南3月降水异常的影响是通过影响春季西太平洋副热带高压和低层风场异常实现的,而北印度洋及南海附近海温对华南3月降水异常的影响则是通过垂直环流场异常和低层风场以及西太平洋副热带高压异常来实现的。     

广东前汛期降水与南海北部风场准双周振荡的关系

利用1961—2008年广东逐日降水、NCEP/NCAR逐日再分析资料,先采用EOF分析、相关分析定义了影响广东前汛期降水的850 hPa关键区——“南海北部风场指数”,再利用功率谱分析、Lanczos时间滤波器等方法研究了近48年广东前汛期降水与南海北部风场指数的低频振荡特征,并研究了广东暴雨与南海北部风场指数准双周振荡的关系。结果表明,广东前汛期降水与南海北部风场指数均以准单周、准双周振荡为主,而30～60天的季节内振荡不显著。南海北部风场指数与广东前汛期降水准双周振荡序列存在显著正相关,且明显高于准单周振荡序列的相关。近48年4—6月南海北部风场指数的准双周振荡波峰前后3天(个别4天)的广东省前汛期暴雨出现概率为78.2%。最后利用合成分析方法分析了南海北部风场指数准双周振荡的波峰附近有典型西南风暖区暴雨发生的大气环流场演变特征,可为广东暖区暴雨过程的中期预报提供参考依据。      

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.     

中国夏季降水的水汽通道特征及其影响因子分析

利用NCEP／NCAR的1958～1998年再分析资料研究夏季东亚季风区水汽输送特征，综合这些特征划分出夏季输送到中国大陆主要有来自低纬的三条水汽通道：西南通道、南海通道和东南通道，此外在高纬还有一条很弱的西北通道，分别体现了南亚季风、南海季风、副热带季风和中纬度西风带对中国夏季降水的影响。定义和计算了四条水汽通道强度指数来表征水汽通道的强弱，并研究其年际变化。相关分析表明四条水汽通道对我国夏季降水的影响范围分别是：西南通道是华南中部和西南边境降水的水汽来源，南海通道对华南降水有直接贡献，东南通道为长江流域降水输送水汽，西北通道则为黄河中上游及华北东部降水输送水汽。物理分析显示，水汽输送异常与大气环流异常直接相关，而与同期水汽源地的海温异常关系不密切，海洋的作用主要体现在前期大范围的海温异常分布上。     

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO (Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。     

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。     

Multi-scale climate variability of the South China Sea monsoon: A review

This review recapitulates climate variations of the South China Sea (SCS) monsoon and our current understanding of the important physical processes responsible for the SCS summer monsoon's intraseasonal to interannual variations. We demonstrate that the 850 hPa meridional shear vorticity index (SCSMI) can conveniently measure and monitor SCS monsoon variations on a timescale ranging from intraseasonal to interdecadal. Analyses with this multi-scale index reveal that the two principal modes of intraseasonal variation, the quasi-biweekly and 30–60-day modes, have different source regions and lifecycles, and both may be potentially predicted at a lead time longer than one-half of their corresponding lifecycles. The leading mode of interannual variation is seasonally dependent: the seasonal precipitation anomaly suddenly reverses the sign from summer to fall, and the reversed anomaly then persists through the next summer. Since the late 1970s, the relationship between the SCS summer monsoon and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) has significantly strengthened. Before the late 1970s, the SCS summer monsoon was primarily influenced by ENSO development, while after the late 1970s, it has been affected mainly in the decaying phase of ENSO. The year of 1993 marked a sudden interdecadal change in precipitation and circulation in the SCS and its surrounding region. Over the past 60 years, the SCS summer monsoon's strength shows no significant trend, but the SCS winter monsoon displays a significant strengthening tendency (mainly in its easterly component and its total wind speed). A number of outstanding issues are raised for future studies.     

Summer Monsoon Impacts on Chlorophyll-a Concentration in the Middle of the South China Sea: Climatological Mean and Annual Variability

Climatological mean and annual variations of Chlorophyll-a(Chl-a) distribution,sea surface wind(SSW),and sea surface temperature(SST) from 1998 to 2008 were analyzed in the middle of the South China Sea(SCS),focusing on the typical region off the east coast of Vietnam(8.5-14°N,109.5-114°E).Based on remote sensing data and SCS summer monsoon index(SCSSMI) data,high Chl-a concentrations in the middle of the SCS in the southwest summer monsoon season(June-September) may be related to strong Ekman pumping and strong wind stress.The maximum of the monthly averaged climatological Chl-a in the summer appeared in August.According to the annual variation,there was a significant negative correlation(r =-0.42) between the SCSSMI and SST,a strongly positive correlation(r=0.61) between the SCSSMI and Chl-a,and a strongly negative correlation(r =-0.74) between the SST and Chl-a in the typical region off the east coast of Vietnam during 1998-2008.Due to the El Ni?o event specifically,the phenomena of a low Chl-a concentration,high SST and weak SCSSMI were extremely predominant in the summer of 1998.These relationships imply that the SCSSMI associated with the SST could be used to predict the annual variability of summer Chl-a in the SCS.     

太平洋和印度洋在南海夏季风爆发年代际变化中的作用

利用1951～1998年多种大气和海洋资料,研究了太平洋和印度洋在南海夏季风爆发中的作用.结果表明,影响南海夏季风爆发早晚的因素存在着年代际变化:1951～1970年,印度洋起主要作用;1970～1998年西太平洋起主要作用.该年代际变化主要是1970年前后北极涛动(AO)的跃变以及西太平洋副高强度变化的结果.1951...     

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

异常东亚冬季风对夏季南海地区风场及热力场的影响

用合成及SVD方法,对冬季风异常在南海地区的风场和热力场中所产生的影响进行了研究,并探讨了这种相互联系的可能机制。结果表明,冬季风异常对流场的影响可以从冬季持续至春、夏季。在强冬季风年,南海夏季风爆发偏早、偏强且突发性显著;而在弱冬季风年则相反。长江流域的情况则与此相反,强冬季风时,该地区夏季对流偏弱,降水减少;弱冬季风时相反。南海地区风场的变化与该地区大气及下垫面热状态的改变有关。强、弱冬季风所对应的同期及后期的海温截然不同。在强冬季风年,热带海温场上呈现LaNi*S～/n@a型的异常分布,而在亚洲大陆近海及南海地区,则维持较强的负距平,海水温度明显偏低,强度以春季为最强。它所形成的南海及邻近地区海陆之间的温度梯度有利于夏季风的早爆发和加强;而在弱季风年,则完全相反。与异常冬季风相关联的大气的热状态同样具有季节的持续性。春、夏季季风区中大气热状态的改变,影响了夏季风特别是南海夏季风爆发的早晚及其强度的变化。由冬季风异常引起的热源变化可能也是环流隔季相关的重要纽带之一。     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

华南黑碳气溶胶浓度与南海夏季风关系的年代际突变

利用重建的华南区域黑碳气溶胶(Black Carbon, BC)浓度资料,分析其与南海夏季风在年际尺度上的关系。结果表明,华南区域BC浓度与南海夏季风的关系在2000年前后有明显的突变,由显著负相关变为显著正相关,即由高BC浓度弱季风变为高BC浓度强季风。通过合成对比分析,发现1988—1999年(第一时间段)的华南BC主要气候效应是间接辐射强迫作用:华南BC使云粒子半径减小,抑制华南区域春季降水,增加了云的生命期,从而使到达地面的短波辐射减少,表面和低层大气降温。负温度异常激发了异常反气旋,在南海区域即有东风异常。到夏季,东风异常减弱了季风强度,同时抑制了南海地区的降水。2000—2010年(第二时间段)的华南BC主要气候效应是直接辐射强迫作用:春季高BC浓度通过直接气候效应,增暖大气,加强降水,但是雨日减少,从而使到达地面的短波辐射增多,表面和低层大气增温。正温度异常激发了异常气旋,在南海区域即有西风异常一直维持到夏季,增大了季风强度,同时增强了南海地区的降水。     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

2011年南海夏季风爆发过程及其与长江中下游梅雨的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E-TBB及台站降水资料,对2011年南海夏季风爆发前后的环流特征进行分析。结果表明:2011年强对流活动由孟加拉湾扩展到南海地区,同时伴随着南亚高压移至中南半岛北部,西太平洋副热带高压向东撤出南海地区,南海夏季风于5月第4候(第28候)爆发;季风爆发后,印度-孟加拉湾季风槽形成,南海地区低空开始盛行西南气流,并伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。随着季风活动的推进,我国雨带北抬,长江中下游一带进入梅雨期,出现降水大值区。通过分析发现长江中下游梅雨与南海夏季风均受副热带高压影响,且两者的强度为显著的负相关关系,梅雨开始时间与南海夏季风爆发时间呈显著的正相关关系。2011年南海夏季风偏弱,爆发时间偏早,长江中下游梅雨强度偏强,入梅时间异常偏早。