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。     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅱ. 夏季风水汽输送

利用1979～2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系.分析表明: 各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流, 南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主, 而东亚夏季风有很强的经向水汽输送.分析也证实, 亚澳季风区的夏季风降水主; 要源于水汽输送的辐合, 而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料.此外, 受低层季风气流结构的影响, 三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异, 南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成, 而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成.因此, 东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水.     

季风指数及其年际变化Ⅰ.环流强度指数

季风环流可以分解为经向环流和纬向环流.使用NCEP和ECMWF再分析资料,计算亚洲季风区的经向动量环流和纬向动量环流强度的季节内和年际变化,结果表明:对于南亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风,其各自的经向环流和纬向环流的季节内变化和年际变化存在着相当的联系,尤其东南亚-西太平洋夏季风.但南亚夏季风的经向环流和纬向环流的年际变化在不同月份有着不同的关系.对于东亚夏季风,经向环流和纬向环流变化之间的相关在季节内尺度上是线性独立的,而在年际尺度上存在一定的联系.作者指出:这种大尺度上的联系是通过科里奥利力发生作用,并且受热源调节的.同时局地的对流和辐射相互作用则在某种程度上削弱这种联系,导致在不同月份相关程度有所不同.从各季风系统的经向环流之间或纬向环流之间的线性相关看,南亚夏季风,东亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风是相互独立的系统.计算表明,Webster-Yang和Wang-Fan分别提出的南亚夏季风指数在描述纬向环流年际变化上较好,而在经向上勉强令人满意.Wang-Fan提出的描述东南亚-西太平洋夏季风指数,则较好地表示了该区域的经向和纬向环流的年际变化.Goswami提出的季风Hadley环流指数,以及郭其蕴、施能等提出的东亚夏季风指数则较好地描述了相应区域的经向环流圈年际变化,却无法描述相应的纬向环流圈的年际变化.通过计算还表明,NCEP再分析资料和ECMWF再分析资料在1968年以前的南亚季风区和东亚季风区存在着较大的差异.用NCEP再分析资料计算东亚季风区和南亚季风区经向动量环流圈的变率在20世纪60年代较ECMWF的偏大.用NCEP再分析资料计算施能等定义的东亚季风区指数,也较使用ECMWF再分析资料、UCAR的DS010.1及CRU的北半球海平面气压资料计算的偏大.     

关于东亚副热带季风若干问题的讨论

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、TRMM卫星降水资料、中国东部站点降水资料和CMAP降水资料,重点讨论了东亚副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其和南海夏季风的关系,同时也讨论了东亚副热带季风的可能机制.结果表明:(1)东亚副热带季风雨季于3月底-4月初(第16-18候)在江南南部和华南北部首先开始,伴随着降水的开始是偏南风的增强和对流性降水的显著增加,华南前汛期开始.(2)东亚副热带季风雨季的建立早于热带季风雨季,在热带季风建立后两者的雨带、强西南风带、强垂直运动带、强低空水汽辐合带均是分离的,南海热带季风在其建立后,与东亚副热带季风发生相互作用,促使副热带季风雨带季节性北进,两者共同影响中国的旱涝.(3)3月中下旬,东亚大陆(包括青藏高原)上空大气由冷源转为热源,东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异及其相应的温度和气压对比均发生反转.东亚大陆(包括青藏高原)的动力和热力作用究竟是否是东亚副热带季风雨带提前建立的机制值得进一步研究.文章最后讨论了有关东亚副热带季风的共识与分歧.     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究 II. 夏季风水汽输送

利用1979~2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风)水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系。分析表明:各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流,南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主,而东亚夏季风有很强的经向水汽输送。分析也证实,亚澳季风区的夏季风降水主;要源于水汽输送的辐合,而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料。此外,受低层季风气流结构的影响,三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异,南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成,而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成。因此,东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水。     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

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非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

亚洲季风季节进程的若干认识

简要归纳了不同时期随着观测资料的更新对亚洲季风季节进程的若干认识。南海季风试验前,研究认识了东亚季风系统与南亚季风系统的区别。南海季风试验后,对季风进程有了更多的认识,江南副热带雨季开始于4月初,中印半岛热带雨季开始于4月底,南海热带雨季突然建立于5月中旬,都具有半年际的干湿转换。南海中部季风爆发后,亚洲季风在南亚、青藏高原东侧和东亚-太平洋地区全面爆发并由南向北推进。利用近年来高分辨率资料并考虑热带地区半岛陆海地形与热力的影响,认识到亚洲存在5个夏季季风槽与降水相联系的系统,它们分别是西南亚(阿拉伯海)夏季热带季风、南亚(孟加拉湾)夏季热带季风、东南亚(南海)夏季热带季风、西北太平洋夏季热带季风和东亚夏季副热带季风。     

东亚季风研究的进展

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述, 并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动, 也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用, 引发中国大陆暴雨生成的水汽输送, 表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果; 东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处, 东亚低频振荡对El Ni?o形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响, 东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果; 亚洲地区大气热源的计算及其分布, 青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响, 青藏高原冬季冷源对El Ni?o生成的可能影响等有关成果; 东亚季风及降水的年际变化特征, 准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用, 极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制, 特别是亚洲大陆—西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。     

季风指数及其年际变化I·环流强度指数

季风环流可以分解为经向环流和纬向环流。使用NCEP和ECMWF再分析资料,计算亚洲季风区的经向动量环流和纬向动量环流强度的季节内和年际变化,结果表明:对于南亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风,其各自的经向环流和纬向环流的季节内变化和年际变化存在着相当的联系,尤其东南亚-西太平洋夏季风。但南亚夏季风的经向环流和纬向环流的年际变化在不同月份有着不同的关系。对于东亚夏季风,经向环流和纬向环流变化之间的相关在季节内尺度上是线性独立的,而在年际尺度上存在一定的联系。作者指出:这种大尺度上的联系是通过科里奥利力发生作用,并且受热源调节的。同时局地的对流和辐射相互作用则在某种程度上削弱这种联系,导致在不同月份相关程度有所不同。从各季风系统的经向环流之间或纬向环流之间的线性相关看,南亚夏季风,东亚夏季风和东南亚-西太平洋夏季风是相互独立的系统。计算表明,Webster-Yang和Wang-Fan分别提出的南亚夏季风指数在描述纬向环流年际变化上较好,而在经向上勉强令人满意。Wang-Fan提出的描述东南亚-西太平洋夏季风指数,则较好地表示了该区域的经向和纬向环流的年际变化。Goswami提出的季风Hadley环流指数,以及郭其蕴、施能等提出的东亚夏季风指数则较好地描述了相应区域的经向环流圈年际变化,却无法描述相应的纬向环流圈的年际变化。通过计算还表明,NCEP再分析资料和ECMWF再分析资料在1968年以前的南亚季风区和东亚季风区存在着较大的差异。用NCEP再分析资料计算东亚季风区和南亚季风区经向动量环流圈的变率在20世纪60年代较ECMWF的偏大。用NCEP再分析资料计算施能等定义的东亚季风区指数,也较使用ECMWF再分析资料、UCAR的DS010.1及CRU的北半球海平面气压资料计算的偏大。     

一个新的季风指数及其年际变化和与雨量的关系

作者按曾庆存等所定义的标准化风场季节变率(和利用新的资料重新作了计算,为与国外传统的和至今大多数学者的定义一致,取δ*=δ-2＞0(即冬、夏风向差大于π/2)作为季风区,结果涵盖了迄今国内外所指出的全球所有季风区(但比曾庆存等算得的区域略为小些),尤其是热带季风区正处于冬季和夏季赤道幅合带(ITCZ)位置所夹的范围内.其后,用李建平和曾庆存建议的动态风场标准化季节变率δ*m=δm-2(δm形式上与δ相似,但依赖于年份m)作为各年季风指数,计算了各主要季风区区域平均的δ*m的年际变化,得到南亚夏季风和东亚夏季风自20世纪70年代中期起、南海夏季风自20世纪80年代起和西非夏季风自1967年起都有不同程度的长期减弱趋势,尤其以西非夏季风减弱最明显.西非夏季风指数和南亚夏季风指数与当地夏季雨量呈显著正相关,东亚夏季风指数与中国和东亚夏季雨量的空间分布有一定的统计相关结构,而南海夏季风指数则与全球各海区夏季降水和海平面气压异常有较好的大范围统计相关.     

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～     

ON THE PROCESS OF SUMMER MONSOON ONSET OVER EAST ASIA

Using daily observational rainfall data covered 194 stations of China from 1961 to 1995 andNCEP model analyzed pentad precipitation data of global grid point from 1979 to 1997,thedistribution of onset date of rainy season over Asian area from spring to summer is studied in thispaper.The analyzed results show that there exist two stages of rainy season onset over East Asianregion from spring to summer rainy season onset accompanying subtropical monsoon and tropicalmonsoon respectively.The former rain belt is mainly formed by the convergence of cold air and therecurred southwesterly flow from western part of subtropical high and westerly flow from the so-called western trough of subtropical region occurring during winter to spring over South Asia.Thelatter is formed in the process of subtropical monsoon rain belt over inshore regions of South ChinaSea originally coming from south of Changjiang (Yangtze) River Basin advancing with northwardshift of subtropical high after the onset of tropical monsoon over South China Sea.The pre-floodrainy season over South China region then came into mature period and the second peak of rainfallappeared.Meiyu,the rainy season over Changjiang-Huaihe River Basin and North China thenformed consequently.The process of summer tropical monsoon onset over South China Sea in 1998is also discussed in this paper.It indicated that the monsoon during summer tropical monsoononset over South China Sea is the result of the westerly flow over middle part of South China Sea,which is from the new generated cyclone formed in north subtropical high entering into SouthChina Sea,converged with the tropical southwesterly flow recurred by the intensified cross-equatorial flow.     

ON THE PROCESS OF SUMMER MONSOON ONSET OVER EAST ASIA*

Using daily observational rainfall data covered 194 stations of China from 1961 to 1995 and NCEP model analyzed pentad precipitation data of global grid point from 1979 to 1997,the distribution of onset date of rainy season over Asian area from spring to summer is studied in this paper.The analyzed results show that there exist two stages of rainy season onset over East Asian region from spring to summer rainy season onset accompanying subtropical monsoon and tropical monsoon respectively.The former rain belt is mainly formed by the convergence of cold air and the recurred southwesterly flow from western part of subtropical high and westerly flow from the so-called western trough of subtropical region occurring during winter to spring over South Asia.The latter is formed in the process of subtropical monsoon rain belt over inshore regions of South China Sea originally coming from south of Changjiang (Yangtze) River Basin advancing with northward shift of subtropical high after the onset of tropical monsoon over South China Sea.The pre-flood rainy season over South China region then came into mature period and the second peak of rainfall appeared.Meiyu,the rainy season over Changjiang-Huaihe River Basin and North China then formed consequently.The process of summer tropical monsoon onset over South China Sea in 1998 is also discussed in this paper.It indicated that the monsoon during summer tropical monsoon onset over South China Sea is the result of the westerly flow over middle part of South China Sea,which is from the new generated cyclone formed in north subtropical high entering into South China Sea,converged with the tropical southwesterly flow recurred by the intensified cross-equatorial flow.     

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.     

2006年长江中下游地区梅雨季节划分的探讨

为了建立长江中下游地区梅雨季节的新样本,采用以环流为主导的常规方法,利用NCEP/NCAR逐日再分析资料及长江中下游5站降水资料,对2006年长江中下游地区梅雨季节的特征量进行了诊断分析,并讨论了梅雨与夏季风的关系。结果表明,将6月5候和7月4候分别划为2006年长江中下游地区梅雨季节的起始和结束时间是较为合适的;2006年长江中下游地区梅雨季节对应的梅雨量较常年偏少,这与梅雨季节中印度夏季风和东亚夏季风（包括南海夏季风和副热带夏季风）强度较常年偏弱有关。     

THE CLIMATIC CHARACTERISTICS OF SUMMER MONSOON ONSET OVER THE SOUTH CHINA SEA I.40-YEAR AVERAGE

By using 40-year NCEP reanalysis daily data (1958-1997), we have analyzed the climatic characteristics of summer monsoon onset in the South China Sea (105°E ~ 120°E, 5°N ~ 20°N, to be simplified as SCS in the text followed) pentad by pentad (5 days). According to our new definition, in the monsoon area of the SCS two of the following conditions should be satisfied: 1) At 850hPa, the southwest winds should be greater than 2m/s. 2) At 850 hPa, θ_se should be greater than 335°K. The new definition means that the summer monsoon is the southwest winds with high temperature and high moisture. The onset of the SCS summer monsoon is defined to start when one half of the SCS area (105°E ~ 120°E,5°N ~ 20°N) is controlled by the summer monsoon. The analyzed results revealed the following: 1) The summer monsoon in the SCS starts to build up abruptly in the 4th pentad in May. 2) The summer monsoon onset in the SCS is resulted from the development and intensification of southwesterly monsoon in the Bay of Bengal. 3) The onset of the summer monsoon and establishment of the summer monsoon rainfall season in the SCS occur simultaneously. 4) During the summer monsoon onset in the SCS, troughs deepen and widen quickly in the lower troposphere of the India; the subtropical high in the Western Pacific moves eastward off the SCS in the middle troposphere; the easterly advances northward over the SCS in the upper troposphere.     

A PRIMARY STUDY OF SUMMER MONSOON INDEX OVER THE SOUTH CHINA SEA AND EAST ASIA BASED ON SATELLITE OBSERVATION

The results by statistical analysis of black body Temperature (TBB) pentad mean from the Japanese GMS in the period of May to August, 1980-2002, show that the summer monsoon index (SMI) is defined to be the pentad mean TBB≤273 K. Its intensity includes three levels: TBB>268 K for weak monsoon, 268 K≥TBB>263 K for normal monsoon and TBB≤263K for strong monsoon over the South China sea and East Asia. In the meantime, a diagnostic method using TBB pentad anomaly is also introduced to help identify monsoon intensity. The SMI is used to run statistical analyses of the initial onset of the monsoon and its pentad variations with the year and month. A fairly close relationship is found between pentad monsoon activity and heavy rainfall periods in the two typical flood years of 1994 and 1998, which resulted from heavy rainfall over the Yangtze River basin and south China.     

江门前汛期不同降水时段特征

通过对江门地区1971～2007年3—6月候雨量、日雨量,2003～2007年南海和华南地区低层（850hPa）风场、向外长波辐射（OLR）场和水汽场在南海夏季风爆发前后差异的比较分析,发现：江门前汛期降水由锋面降水和夏季风降水2个时段组成,降水集中期分别为5月第2候和6月第2候。南海夏季风爆发后,江门第1次出现的降水可看作是夏季风降水的开始,南海夏季风的不同爆发类型对江门夏季风降水的开始时间有不同影响。江门前汛期的锋面降水为大尺度抬升凝结降水,而具有热带性质的夏季风降水为对流性降水;由于降水性质的不同,导致两者在降水持续时间、降水形式等方面表现出差异。     

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。     

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。