东亚夏季风环流和雨带的季节内变化

基于常规气象要素资料及变差度方法, 分析了东亚夏季风环流的演变特征, 发现东亚地区在夏季期间存在两次明显的次季节突变, 主要表现为西太平洋副热带高压 (副高) 的两次东退北跳, 第一次是在6月中旬, 第二次是在7月下旬。由于副高与雨带密切相关, 雨带在演进过程中也呈现出两次明显的突跳, 分别对应于江淮流域至日本一带梅雨期以及中国华北和东北雨季的开始。较第一次北跳而言, 副高的第二次北跳更为明显。副高的第一次北跳主要受南海地区对流活动加强的影响, 而第二次北跳则是暖池对流活动与高纬地区环流共同作用的结果。暖池地区向东北方向传播的Rossby波列以及高纬地区东传的Rossby波通过锁相作用使得副高强烈北跳。此外, 副高与其西部边缘凝结潜热的相互作用导致副高发生季节内的低频振荡。 风场变差度的分析表明, 高纬地区对流层中低层环流的调整随着夏季季节进程逐渐减弱, 这与中高纬地区温差的变化有关。而高纬地区高层环流的调整在夏季后半期随着高度的增加却逐渐增强, 这与高层环流从夏到冬的季节变化有关。从风场相似度的变化上还可以看到, 副高第二次北跳后东亚地区呈现出明显不同的环流状态。 南半球环流对于南海及暖池地区对流活动的增强有重要影响。6月中旬, 南海与暖池地区对流活动的增强是由于南海西边界西风加强并向东扩展造成的, 这与马斯克林高压 (马高) 的加强密切相关。而在7月中旬, 澳大利亚高压 (澳高) 的增强使其东北部的越赤道气流加强, 南半球大量冷空气侵入到暖池地区, 加强了暖池地区的不稳定性以及低层的辐合, 从而使暖池地区的对流活动增强。但在夏季前半期, 暖池对流活动也可调制澳高强度与其东北部越赤道气流强弱的关系, 使得二者呈现出相反的变化趋势。南半球冬季期间, 澳高在振荡中减弱, 这与澳洲大陆下垫面温度及上游马高的能量频散有关, 前者影响澳高的变化趋势 (减弱), 而后者影响澳高的低频振荡。     

无显著海温异常强迫下西太平洋副热带高压的异常变动:1980年和1981年的对比分析

1980年和1981年夏季及其前期冬春季太平洋和印度洋海温均未出现显著异常。然而,这两年东亚夏季风环流的季节内变化却呈现显著异常,且截然不同,具体表征为:1980年西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳异常偏早,第二次北跳异常偏晚,而1981年则相反,第一次北跳接近气候态,第二次北跳却异常偏早。就副高两次北跳过程而言,其直接原因也有显著差异:1980年副高两次北跳主要受热带西太平洋对流增强的影响,而1981年两次北跳则是由于热带西太平洋对流增强后所激发的极向传播的Rossby波列与中高纬度东传的Rossby波的锁相作用造成的。与北跳过程相比,副高北跳前后环流稳定维持的时间长短显得更为重要。研究表明,1980年夏季副高异常程度之所以堪比1983年和1998年强El Ni?o衰减年,主要是由于不同阶段南半球环流和北半球中高纬度环流的相互配合与接力,其中,6月和8月副高异常偏强对夏季平均副高异常偏强起到主要贡献,但二者的影响因子不同:6月主要受马斯克林高压（马高）偏强的影响,而8月则与澳大利亚高压（澳高）异常偏强有关。此外,7月和8月副高异常偏南是因为鄂霍茨克海阻塞高压长期维持。与1980年相比,1981年夏季马高和澳高均异常偏弱,因而南半球环流对副高异常的影响有限。北半球中高纬度环流的季节内变化对该年夏季副高的快速北进和南退起主导作用,特别是8月中高纬度盛行强烈的经向环流,使得副高异常偏东偏弱,从而导致夏季平均副高异常偏东偏弱。本文的个例分析表明,在无显著海温异常强迫的年份需要特别关注南半球环流和北半球中高纬度环流对副高及与之相关的东亚夏季风环流的季节内演变的影响,但是这些环流因子持续性较差,难以用于跨季度预测。     

2020年夏季我国气候异常特征及成因分析

2020年夏季我国天气气候极为异常,全国平均降水量为373.0 mm,较常年同期偏多14.7%,为1961年以来次多;季节内阶段性特征显著,6—7月多雨带主要位于江南大部—江淮地区,8月则主要在东北、华北及西南地区,致使2020年夏季雨型分布异常,不是传统认识上的四类雨型分布。通过对同期大气环流和热带海温等异常特征分析发现,6—7月,欧亚中高纬环流表现为“两脊一槽”型,东亚副热带夏季风异常偏弱,西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)较常年同期显著偏强、偏西,第一次季节性北跳偏早,第二次北跳明显偏晚,且表现出明显的准双周振荡特征;使得来自西北太平洋的转向水汽输送偏强,并与中高纬不断南下的冷空气活动相配合,水汽通量异常辐合区主要位于长江中下游地区,导致江淮梅雨异常偏多。热带印度洋持续偏暖对维持6—7月西太副高偏强偏西及东亚夏季风异常偏弱起到了重要作用。8月,欧亚中高纬环流调整为“两槽一脊”型,蒙古低压活跃;西太副高也由前期偏纬向型的带状分布转为“块状”分布,脊线位置偏北;沿西太副高外围的异常西南风水汽输送延伸至华北—东北南部,形成自西南到东北的异常多雨带,与6—7月江淮流域降水异常偏多的空间分布有明显不同。异常的热带大气季节内振荡活动是导致8月中低纬大气环流发生调整的重要原因。     

1991年江淮梅雨与副热带高压的低频振荡

利用NCEP/NCAR再分析资料和观测的台站降水资料研究了1991年梅雨期间江淮洪涝区降水的季节内振荡及其环流特征,着重考察了不同层次副热带高压的低频变化与降水的关系。小波分析表明1991年江淮梅雨期间降水低频振荡的主周期是15~35 d。在低空,15~35 d振荡以异常反气旋(气旋)的形式在中国东南沿海地区交替出现,调控着西太平洋副热带高压进入(退出)南海。低空的这种低频环流型与高空的偶极型涡旋对相耦合,偶极型涡旋对使得南亚高压东伸(西退),形成有利(不利)江淮流域降水的环流形势。江淮流域降水的低频振荡与500hPa北太平洋副热带高压的低频变化及其传播密切相关。当北太平洋西部的位势高度偏高、中部位势高度偏低时,江淮流域降水偏多;反之偏少。这种低频振荡可能起源于北太平洋中部夏威夷群岛附近,然后沿着副热带高压脊线附近向西传播到中国东南沿海。     

1991年江淮暴雨与20—25天低频振荡

1991年江淮梅雨期出现了三次暴雨过程，降水呈现显著的20－25天振荡，该周期明显短于海两期40天振荡的气候周期。分析表明，1991年梅雨降水的低频振荡与乌拉尔阻高、西太平洋副高、东亚与印度季风以及500hPa赤道地区向北传播涡列的20－25天振荡有着密切的关系。     

2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征研究

利用NCEP／NCAR逐日再分析资料以及国家气候中心台站降水资料等,应用多变量经验正交函数展开（MV—EOF）等方法,对2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征进行了分析。结果表明：2010年东亚夏季风异常偏弱、西太平洋副热带高压位置异常偏南、三次季风涌的出现和高空急流与散度场活动异常及其相互配合,是南方降水异常的主要影响系统;对风场和降水场MV-EOF空间型分布的分析显示,低频降水中心与200hPa的气流辐散中心和850hPa辐合中心相关联;降水的第一模态反映了东亚夏季风的气候态演变,第二、三模态反映了夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡,7月前半月和6月中下旬,第二、三模态分别处于低频振荡的正位相,使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束,并且增强了江南的梅雨降水,夏季风的气候态演变和低频振荡相叠加导致2010年我国南方暴雨频发。     

江淮流域夏季旱涝与不同时间尺度大气扰动的关系

从不同时间尺度大气环流异常角度研究了江淮流域的汛期多雨和少雨情况,结果表明准定常行星波的异常对江淮流域旱涝有较为明显的影响;大气低频系统（准双周和季节内振荡）也有相当重要的作用,且以对流层高层（200 hPa）的准双周振荡和对流层低层（850 hPa）的季节内振荡的影响更为清楚;天气尺度扰动对汛期降水量异常的影响相对较小。低层准定常西南气流的强度与位置对旱涝的影响很大,若准定常西南气流强且偏向大陆,易造成江淮流域偏涝;若准定常西南气流弱或偏向大陆以东的洋面上,则江淮流域易旱。     

浙中北梅雨标准的初步研究

以浙江省5-7月降水异常EOF第二模态的空间分布作为界定浙中北梅雨区域的依据，选定浙中北梅雨的代表站，结合逐日日照、副高脊线位置提出了一个重新划分浙中北梅雨的标准，分析了与现业务用梅雨资料差异，并初步统计梅雨要素的基本气候特征：入梅早梅雨强度易偏强，入梅迟梅雨强度易偏弱；出梅早梅雨强度易偏弱，出梅迟梅雨强度易偏强；浙中北梅雨要素年际差异大，但梅雨强度存在显著的年代际特征。     

江淮流域梅雨期降水与10～30 d低频振荡的联系

利用1961—2010年中国756站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30 d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30 d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30 d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。     

江淮流域梅雨期降水与10—30d低频振荡的联系

利用1961--2010年中国756站逐日降水资料和NCEP／NCAR逐日再分析资料,分析了江淮流域梅雨期降水与10～30d低频振荡的关系。结果表明,梅雨偏多年降水具有明显的10～30d的周期变化,低频振荡经向上的北传和纬向上的西传与江淮流域梅雨期降水的活跃及中断关系密切。在梅雨偏多年,低层10～30d振荡主要通过南海低频反气旋和日本海低频气旋对江淮流域降水产生影响,并调控着西太平洋副热带高压的西进、东退,进而影响输送到江淮流域的水汽强度及冷暖空气在江淮流域的汇合;而高层,亚洲大陆中纬度地区东西向的低频气旋和反气旋影响着南亚高压的位置,从而形成江淮流域低频降水的强弱变化。     

Two Northward Jumps of the Summertime Western Pacific Subtropical High and Their Associations with the Tropical SST Anomalies

Based on the pentad mean ridgeline index of the western Pacific subtropical high (WPSH), the authors identified the two northward jumps of the WPSH from 1979 to 2008 and revealed their associations with the tropical SST anomalies. The authors show that the northward jumps, especially the second jump, exhibited remarkable interannual variability. In addition, the authors find that the two northward jumps were mutually independent and were influenced by the SST anomalies in the different regions of the tropical Pacific. The first jump was positively correlated with the SST anomalies in the tropical central Pacific from the preceding winter to June. In contrast, the second jump was positively related to ENSO in the preceding winter, but this correlation tended to weaken with the decay of ENSO and disappeared in July. Instead, a positive correlation was found in the Indian Ocean. We therefore suggest that ENSO plays an indirect role in the second jump through the capacitor effect of the Indian Ocean.     

Interdecadal Change of the Northward Jump Time of the Western Pacific Subtropical High in Association with the Pacific Decadal Oscillation

In this paper, the northward jump time of the western Pacific subtropical high(WPSH) is defined and analyzed on the interdecadal timescale. The results show that under global warming, significant interdecadal changes have occurred in the time of the WPSH northward jumps. From 1951 to 2012, the time of the first northward jump of WPSH has changed from "continuously early" to "continuously late", with the transition occurring in 1980. The time of the second northward jump of WPSH shows a similar change, with the transition occurring in 1978. In this study, we offer a new perspective by using the time of the northward jump of WPSH to explain the eastern China summer rainfall pattern change from "north-abundant-southbelow-average" to "south-abundant-north-below-average" at the end of the 1970 s. The interdecadal change in the time of the northward jump of WPSH corresponds not only with the summer rainfall pattern, but also with the Pacific decadal oscillation(PDO). The WPSH northward jump time corresponding to the cold(warm) phase of the PDO is early(late). Although the PDO and the El Nino–Southern Oscillation(ENSO)both greatly influence the time of the two northward jumps of WPSH, the PDO’s effect is noticed before the ENSO’s by approximately 1–2 months. After excluding the ENSO influence, we derive composite vertical atmospheric circulation for different phases of the PDO. The results show that during the cold(warm)phase of the PDO, the atmospheric circulations at 200, 500, and 850 h Pa all contribute to an earlier(later)northward jump of the WPSH.     

Simulating the intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon by IAP AGCM4.0

ABSTRACT This study focuses on the intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon （EASM） simulated by IAP AGCM 4.0, the fourth-generation atmospheric general circulation model recently developed at the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences. In general, the model simulates the intraseasonal evolution of the EASM and the related rain belt. Besides, the model also simulates the two northward jumps of the westem Pacific subtropical high （WPSH）, which are closely related to the convective activities in the warm pool region and Rossby wave activities in high latitudes. Nevertheless, some evident biases in the model were found to exist. Due to a stronger WPSH, the model fails to simulate the rain belt in southern China during May and June. Besides, the model simulates a later retreat of the EASM, which is attributed to the overestimated land-sea thermal contrast in August. In particular, the timing of the two northward jumps of the WPSH in the model is not coincident with the observation, with a later jump by two pentads for the first jump and an earlier jump by one pentad for the second, i.e., the interval between the two jumps is shorter than the observation. This bias is mainly ascribed to a shorter oscillating periodicity of convection in the tropical northwestern Pacific.     

长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征

利用1957～2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA－40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期（6～7月份）和前期（前一年12月份至当年5月份）的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾－印度尼西亚－副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1～4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。     

基于新监测指标的江南入梅早晚的气候特征及影响系统分析

利用中国气象局2014年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料等,重点研究了1951—2015年江南入梅早、晚的气候特征,及其与同期(5—6月)大气环流及前期海表温度变化的关系。结果表明,近65年来江南入梅日具有显著的年际变化特征,入梅平均日期为6月8日,最早和最晚相差47 d。入梅日主要出现在6月,占80.0%。江南入梅偏早和偏晚年,对流层高层至低层的同期大尺度环流存在明显的差异。入梅偏早年,高层南亚高压和东亚副热带西风急流(西风急流)的建立较早,强度较强,南亚高压北移到青藏高原上空亦偏早,西风急流北跳偏早; 中层中高纬度经向环流较强,而西北太平洋副热带高压(副高)第1次北跳偏早; 低层索马里越赤道气流建立较早,强度较强,西太平洋为反气旋式距平环流; 入梅偏晚年上述环流系统演变特征则基本相反。冬、春季海表温度的异常是影响入梅早、晚的重要的外部强迫因子,也是重要的前期预测信号:当冬季东太平洋海表温度为负距平、澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相及春季北大西洋三极子处于正位相时,江南入梅偏早; 上一年12月澳大利亚东侧海表温度偶极子和当年3月北大西洋三极子与江南入梅早、晚关系最为密切,当12月澳大利亚东部海表温度偶极子为正位相时,副高第1次北跳偏早,当3月北大西洋三极子为正位相时,6月西风急流偏强、偏北,有利于江南入梅偏早。      

大气自由模与长江中下游地区入梅的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,用拟牛顿法通过菱形15波截断的谱方法对无强迫无耗散的正压涡度方程进行数值求解,得到1987—2006年共20a夏季的逐日定常自由模。由此诊断分析得到,自由模态中副高的第一次北跳日期一般超前于实际流场中副高的第一次北跳日期,而且超前于实际的入梅日期;丰梅年,自由模态中副高的第一次北跳比实际副高的第一次北跳平均提前9.3d,比实际入梅日期提前8～14d,平均提前10.3d;枯梅年,自由模态中副高的第一次北跳比实际副高的第一次北跳平均提前2d,比实际入梅日期提前2～5d,平均提前3.6d。这对长江中下游地区的梅雨预报有较好的参考作用。     

Dynamical linkage of tropical and subtropical weather systems to the intraseasonal oscillations of the Indian summer monsoon rainfall. Part I: observations

The Indian summer monsoon rainfall (ISMR) over the Western Ghats (WG) and the Bay of Bengal (BoB) is marked by the intraseasonal oscillations (ISOs) with preferred 10–20-day and 30–50-day bands. On the basis of pentad Climate Prediction Center Merged Analysis Precipitation and daily sea level pressure and winds at 850?hPa derived from European Center for Medium-range Weather Forecast reanalysis, we present the structure and evolution of the ISOs linked to the ISMR variations over the WG and the BoB and the associated anomalies of the atmospheric circulation using the approaches of wavelet analysis, bandpass filtering and composite analysis. This study reveals that the activities of both the intertropical convergence zone (ITCZ) and the western Pacific subtropical high (WPSH) contribute strongly to the structure and propagation of the ISOs on intraseasonal time scales. Northward development and propagation of the ITCZ plays a critical role in the northward-propagating ISOs, but not in the westward-propagating BoB 10–20-day ISOs. The latter ISOs may be linked, instead, to the activity of synoptic-scale weather systems to the east over the western tropical Pacific. The enhanced ITCZ in the tropical Indian Ocean plays a strong role in the sudden strengthening of the WPSH during the transition from the break to active phase of the 30–50-day ISOs. We find that the strong WPSH in the Asian summer monsoon season, with generally northward advance and eastward withdrawal, promotes the formation of a northwest to southeast tilted anomalous rainfall belt over the East Asian tropical summer monsoon region and the western tropical Pacific in the 30–50-day low-frequency band. Positive (Negative) elongated rainfall anomalies with an unbroken northwest-southeast tilt, strong easterly (westerly) anomalies in the tropical Pacific, and northward advance and eastward movement of strong (weak) WPSH are favorable for maintaining the eastward propagation of the 30–50-day ISOs in the Pacific. Daily high-resolution sea surface temperature obtained from the National Oceanic and Atmospheric Administration is used to explain the propagation features of the 10–20-day ISOs in the Indian Ocean.