西太平洋暖池海温异常对东亚环流的影响

利用SST资料对西太平洋暖池海温异常年进行划分,通过对异常年850 hPa、200 hPa矢量风场进行合成分析后发现:在西太平洋暖池夏季暖异常年,副热带夏季风和副热带季风经圈环流得到加强,热带西南季风得到削弱;在暖池夏季冷异常年,热带西南季风和热带季风经圈环流得到了加强,副热带夏季风得到削弱.在暖池冬季暖异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到削弱;在暖池冬季冷异常年,东亚冬季风、东亚和印尼一北澳冬季风(北半球)经向垂直环流得到加强.     

南海夏季风维持期的气候特征Ⅰ——40年平均

使用NCEP的1958～1997年逐日格点气象资料,对我国南海地区(105～120°E,5～20°N)夏季风维持期40年平均的气候特征进行了分析,分析时间尺度是候.南海夏季风维持期由活跃期和非活跃期组成.我们将南海上空850hPa连续有40%以上面积盛行暖湿的西南风的候定义为南海夏季风的活跃期,不足40%则定义为非活跃期.这里所指的暖湿西南风是θse必须大于335K,西南风的风速必须大于2m/s.就40年平均而言,南海夏季风维持时间大约为23候约4个月,每年南海夏季风活跃期约出现4.3次,每次的平均维持时间约为3.9候,非活跃期约出现3.3次,每次的平均维持时间约为2.4候,活跃期每年的总长度约为17候,非活跃期约为8候.无论是南海夏季风活跃期还是非活跃期,南海上空850hPa都为一个低槽辐合区,200hPa为高压辐散区,也就是说与活跃期相比非活跃期主要气候特征表现为季风的减弱,在环流的偏差场上(活跃期减非活跃期)在南海上空850hPa上为西风,200hPa上为东风.活跃期无论在850hPa或在200hPa上都比非活跃期要暖一些,与此相应,非活跃期的季风降水要比活跃期的小得多,对流活动也大大减弱.南海夏季风和夏季风降水都有明显的30～60天的低频振荡,在多数情况下夏季风和夏季风降水的低频振荡的位相比较一致.     

1997—1998年青藏高原大气低频振荡及对降水影响

利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料,研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征,研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明:1997/1998年冬季和1998年夏季,高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征,还伴随有较强的准双周低频振荡;相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季,高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化,且其强度存在明显的经向变化,即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势,准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言,高原夏季风低频信号较强 (弱) 时,高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统,在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸,是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统;相应地,在80°~90°E之间,自孟加拉湾到我国西北中部地区,是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列;受低频环流系统影响,高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。     

华西秋雨起止与秋冬季节大气环流转换

根据1961—2010年平均的逐候NCEP/NCAR再分析资料、1979—2008年平均的逐候CMAP降水资料以及1961—2010年逐候平均的中国553个台站降水资料,讨论了华西秋雨起止日期与秋冬季大气环流转换特征的关系。结果表明,华西地区降水年变化表现为明显的夏、秋双峰特征,8月4—8日(第44候)为双峰间的低谷,10月8—12日(第57候)以后降水降至年平均以下。由此,将华西秋雨建立和结束日期分别确定为8月9—13日(第45候)和10月8—12日(第57候)。华西秋雨的建立对应于东亚夏季风开始向冬季风转变,其标志性环流调整特征是江南地区的西南风转为东南风。东亚经向海平面气压梯度在8月9—13日(第45候)由南高北低转为南低北高,造成850 hPa江南地区的西南风转为东南风,该东南风与来自孟加拉湾的热带西南季风交汇于华西地区,形成风向和水汽的辐合,使得华西地区的降水在夏峰之后再次增强,华西秋雨由此建立。华西秋雨的结束则对应于孟加拉湾热带西南季风结束和东亚冬季风完全建立,其标志性环流调整特征是孟加拉湾地区的西南风转为东北风。随着东亚纬向海平面气压梯度由北向南依次发生东高西低向东低西高的转变,东亚冬季风也逐步向南推进,9月8—12日(第51候)东北冬季风到达江南地区,10月8—12日(第57候)进一步推进到南海地区,此时来自孟加拉湾的热带西南季风消失,造成华西地区完全受大陆冷高压控制,东亚季风经圈环流也转为冬季型哈得来环流,东亚冬季风完全建立,华西秋雨也随之结束。因此,华西秋雨起止可能与东亚夏季风、南亚夏季风向冬季风的转变时间不同步有关,东亚季风与南亚季风的共同作用使得华西秋雨成为亚洲夏季风在中国大陆上的最后一个雨季。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

冬季亚澳季风环流的低频耦合过程

利用1982—1983年和1984—1985年两个冬季的欧洲中期预报中心格点资料研究了冬季东亚西风急流与澳大利亚夏季风在低频尺度上的相互作用与可能的传播方式。结果表明,我国北部上空的西风急流(及相应的锋区)与澳大利亚的夏季风的低频变化有很好的一致性。它们的联系和相互作用表现为:东亚西风急流通过改变西北太平洋地区的越赤道气流影响澳大利亚夏季风的低频变化,而澳大利亚夏季风则通过增强或减弱的高空辐散向北气流影响东亚西风急流。将这种相互作用称为亚澳季风环流的“低频耦合过程”。     

南海夏季风季节内振荡的年际变化研究

利用NCEP/NCAR风场、 垂直速度再分析资料和NOAA的逐日向外长波辐射 (简称OLR) 资料, 运用Butterworth带通滤波方法, 对南海夏季风季节内振荡 (简称ISO) 的特征和年际变化情况进行了初步研究。气候平均状况下ISO在亚洲季风区存在5个活动中心, 其中包括南海南部地区 (5°N～15°N, 110°E～120°E)。气候平均状况下南海ISO在5～9月有三次比较明显的活跃过程。以850 hPa风在西南方向上的投影 (Vsw) 经30～60天带通滤波后的绝对值在南海区域的夏季平均定义了当年南海夏季风ISO活动指数, 以此确定了南海夏季风ISO活跃年和不活跃年, 并由此提取了两者在逐日序列和水平分布场特征上的差异。通过对南海夏季风ISO活跃年与不活跃年ISO信号差别的研究发现: 在南海夏季风ISO活动较活跃年份的一个完整周期的8个位相合成中, 低频对流中心从热带印度洋西部东传到达南海后, 受Walker环流和西太平洋副热带高压底层东风气流阻挡等其它动力和热力因素的影响转向东北传。春季南海地区较强的Walker环流和对流活动有可能作为南海夏季风ISO活跃的前期信号。     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

LOW-FREQUENCY SUMMER MONSOON IN INDONESIA-NORTHERN AUSTRALIA AND ITS RELATION TO CIRCULATIONS IN BOTH HEMISPHERES*

In terms of the expansion by extended empirical orthogonal function(EEOF) with data of ECMWF/WMO and of outgoing longwave radiation(OLR) furnished by the NOAA polar-orbiting satellite,a study is made of November 1981 to March 1982 low-frequency(30-60 day) summer monsoon activity in the Indonesian-North Australian zone(INAZ) together with its relation to atmospheric circulations in the Northern and Southern Hemispheres. Results show that at 850 hPa the southward blowing low-frequency NE(SW) wind from the eastern Asian coast changes, after crossing the euqator, to summer NW(SE) monsoon in the INAZ, which, when converging with(diverging from) the western-Australian enforced low-frequency SW(NE) wind, brings about strengthened(weakened) convection in the summer monsoon area and its eastward advance, with corresponding low-frequency variation shown in 850 hPa geopotential height. These outcomes are similar to those from the study of non-filtered actual observations, leading to the conclusion that the component of low-frequency variation illustrates major features characteristic of the variation in the tropical circulation.     

南北半球高低层环流切变与长江流域夏季降水异常的关系

利用奇异值分解 (SVD)方法分析和讨论了夏季 85 0hPa和 2 0 0hPa高低层纬向风距平差与我国夏季降水异常的关系 ,发现澳大利亚东北部高低层纬向风切变与长江中下游地区降水有较好的反相关 ,并定义了澳大利亚季风指数。 9个澳大利亚冬季风 (南半球 )指数低值年与 7个高值年我国夏季降水的平均差值图表明 ,显著的降水差异出现在长江中下游 ,低值年有利于长江中下游地区降水偏多 ;澳大利亚冬季风指数与夏季北半球 5 0 0hPa高度场的相关图在东亚至西太平洋的相关分布呈现出“ - -”结构 ,在我国长江以南的中低纬和贝加尔湖的高纬地区是负相关区 ,正相关在我国北方至日本的中纬地区。     

夏季索马里越赤道气流垂直结构特征及其与南亚夏季风的关系

采用1950-2009年NCEP/NCAR月平均再分析风场资料,对夏季低空索马里越赤道气流的垂直结构及其与南亚夏季风的关系进行研究.结果表明:夏季索马里越赤道气流在垂直方向上从低层至高层先增强,在925 hPa高度上达到最大值后逐渐减弱.某些年份索马里越赤道气流核心可向上延伸至850 hPa高度,而某些年份则维持在925 hPa高度上.索马里越赤道气流垂直结构不同时,其对应的南亚夏季风也有所不同,这种差异主要体现在对流层低层风场的变化,以及南亚夏季风的强弱差异方面.总体来说,索马里急流核心高度延伸至850 hPa时,对应的南亚夏季风偏强;急流核心高度维持在925 hPa时,南亚夏季风偏弱.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的气候季节内振荡(CISO)特征

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节内振荡尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993/1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态反映了南海夏季风爆发时季风系统的时空特征,转型前后特征类似,降水场自赤道向北依次呈现干-湿-干交替分布的特征,南海中心为异常气旋。相应的大范围环流场主要反映了转型前的偏晚年,南海夏季风槽位置偏南,转型后的偏早年,南海夏季风槽位置偏北。第二模态体现了南海季风系统夏季的时空特征,转型前后共同特征表现为南海地区夏季北湿南干的南北偶极子降水分布及南海中心区的异常西风。相应的大范围环流场主要反映了南海季风活动与东亚季风呈现反位相的特点,且对流信号向北传播。转型前的偏晚年,季风活动受准双周振荡控制,对流信号由西北方向传入南海;转型后的偏早年,季风活动以30～60天振荡为主,对流信号由东南方向传播至南海。     

黑龙江初夏降水的主模态特征及其前兆海洋信号分析

基于NCEP/NCAR再分析资料, 采用EOF分解、滑动t检验、相关系数等方法对黑龙江省初夏降水及其前兆信号进行了诊断分析。结果表明, 黑龙江全省初夏降水距平的空间分布以总体一致型为主, 此外, 还呈现东西反向型。总体一致型模态时间系数在1993年前后有明显的突变点。分析突变点前后降水主成分与500hPa位势高度、200 hPa纬向风、850 hPa矢量风以及前期海温的关系, 发现在突变前后影响初夏降水的同期主要系统均为东北冷涡和高空西风急流轴, 但冬季(北半球, 下同)澳大利亚周边海温对初夏降水的影响在突变前后存在明显变化。突变前在澳洲西北部, 暖海温造成东亚南高北低环流, 东北冷涡强, 高空急流偏北; 突变后在澳洲东北部, 冷海温导致东亚“+, -, +”波列, 东北冷涡弱, 高空急流偏南。      

全球变暖对高原东北侧干旱气候影响的若干事实

应用西北地区８个代表站（１９７９￣１９８３年和１９８７￣１９９１年０１０年历年逐月５００、７００、８５０ｈＰａ的探空资料,分析了便于变暖对高原东北侧干旱气候的影响。结果指出：变暖使该区域夏季风减弱,８月偏南风分量减少,偏北风分量加强;并存在夏季变干的趋势。     

Reappraisal of Asian Summer Monsoon Indices and the Long-Term Variation of Monsoon

The Webster and Yang monsoon index (WYI)-the zonal wind shear between 850 and 200 hPa was calculated and modified on the basis of NCEP/NCAR reanalysis data. After analyzing the circulation and divergence fields of 150-100 and 200 hPa, however, we found that the 200-hPa level could not reflect the real change of the upper-tropospheric circulation of Asian summer monsoon, especially the characteristics and variation of the tropical easterly jet which is the most important feature of the upper-tropospheric circulation. The zonal wind shear U850-U(150 100) is much larger than U850-U200, and thus it can reflect the strength of monsoon more appropriately. In addition, divergence is the largest at 150 hPa rather than 200 hPa, so 150 hPa in the upper-troposphere can reflect the coupling of the monsoon system. Therefore, WYI is redefined as DHI, i.e., IDH=U850* - U(150 100)*, which is able to characterize the variability of not only the intensity of the center of zonal wind shear in Asia, but also the monsoon system in the upper and lower troposphere. DHI is superior to WYI in featuring the long-term variation of Asian summer monsoon as it indicates there is obvious interdecadal variation in the Asian summer monsoon and the climate abrupt change occurred in 1980. The Asian summer monsoon was stronger before 1980 and it weakened after then due to the weakening of the easterly in the layer of 150-100 hPa, while easterly at 200 hPa did not weaken significantly. After the climate jump year in general, easterly in the upper troposphere weakened in Asia, indicating the weakening of summer monsoon; the land-sea pressure difference and thermal difference reduced, resulting in the weakening of monsoon; the corresponding upper divergence as well as the water vapor transport decreased in Indian Peninsula, central Indo-China Peninsula, North China, and Northeast China, indicating the weakening of summer monsoon as well. The difference between NCEP/NCAR and ERA-40 reanalysis data in studying the intensity and long-term variation of Asian summer monsoon is also compared in the end for reference.     

ESTABLISHMENT OF SUMMER MONSOON IN SOUTH CHINA SEA AND INTENSITY VARIATION

The 850 hPa wind field data from NCEP and OLR data are used to study the variation behavior of the southwesterly wind and OLR in the South China Sea and their mutual relationship. A monsoon index is putforward that reflects the variation of the southwest monsoon in the region. In the preliminary study or intensity variation and establishment time of the monsoon, it is found that it is of dual peaks on the seasonal scale and the interannual variation of the monsoon intensity and the establishment time are related with sea surface temperature. The summer monsoon is established earlier and with higher intensity in the EI Niño year and vice versa.     

APPLICATION OF HYSPLIT MODEL IN DEFINITION OF THE ONSET OF SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON

Using NCEP reanalysis data and an airflow trajectory model based on the Lagrangian method, the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model, the daily backward trajectories on the height of 850 hPa above the South China Sea (SCS) area are simulated from April to June. The onset date of the SCS summer monsoon from 1948 to 2009 is determined according to the simulated source of airflow in the monitored area of the SCS. By analyzing the SCS monsoon onset dates over the 62 years, we found that the number of years in which the SCS monsoon onset is earlier accounts for 13%, and the later years 14%, the normal years 73%, of all the 62 years. Analyses with the Lagrangian method, done in comparison with the other two methods which combine wind and potential pseudo-equivalent temperature, were performed to determine the onset dates of the SCS summer monsoon. In some years, the source of the southwest airflow in the monitored area of the SCS is in the subtropical region before the onset of the SCS monsoon, so the airflow from the subtropics can be distinguished with the airflow from the tropics by using the Lagrangian method. The simulation by the trajectory model indicated that in some years, after the onset of SCS summer monsoon, the SCS will be controlled by the southeast wind instead of the southwesterly usually expected.     

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP／NCAR再分析资料和华北夏季降水资料，研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系，进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明，北极涛动具有明显的年代际变化，并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上，北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。