青藏高原季风年际变化与长江上游气候变化的联系

利用NCEP资料计算的1951 1995年青藏高原季风(下称高原季风)指数序列[1]及长江上游22个测站的气温距平和雨量距平百分率资料,应用MHF(墨西哥帽)小波分析及最大熵谱分析方法,研究了高原夏季风和长江上游夏季气温及降水的时间-频率多层次年际时间尺度变化特征.结果表明,高原夏季风、长江上游夏季气温和降水均存在明显的阶段性变化特征.高原夏季风以22年低频变化和2.5年高频振荡为主,长江上游夏季气温变化以2～3年占优,而长江上游东、西部夏季降水第一主周期则表现为6～8年和2.5年,三者在时间域上存在着显著的相关关系,表明高原季风年代际变化对长江上游气候变化有显著影响.     

高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa(27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。     

高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa (27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。      

青藏高原季风演变及其与土壤湿度的相关分析

利用1979-2014年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim再分析资料,构建了一个能更有效反映季风演变过程的高原季风新指数(ZPMI),并与已有高原季风指数TPMI、DPMI和QPMI进行对比分析。发现TPMI反映的高原夏季风爆发和撤退的时间较ZPMI、DPMI提前1~2个月左右,ZPM I能更好的反映高原上季风降水的年变化和年际变化特征。而其冬季风和夏季风具有相似的年际、年代际变化特征,总体均呈现上升的趋势,且夏季风增强的趋势更显著。同时,ZPMI也能够较好的描述高原上的气象要素特征,即:在强季风年,高原中、东(西)部降水多(少),气温高(低);而弱季风年,则与之相反。高原晚春(4-5月)土壤湿度与当年高原夏季风存在显著的相关,当4-5月高原中部、东部地区土壤湿度偏大(小)、西部土壤湿度偏小(大)时,高原夏季风偏强(弱)。     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

呼和浩特市夏季降水异常的大气环流特征分析

利用呼和浩特市7个气象观测站1961—2017年夏季降水资料序列和美国NCEP/NCAR的1961—2017年夏季北半球月平均500hPa高度场、700hPa经向风场和200hPa矢量风场再分析资料及南亚夏季风强度指数序列,分析了呼和浩特市夏季降水气候特征及其典型年环流场特征,并对南亚季风与呼和浩特市夏季降水相关性做了分析。结果表明:(1)呼和浩特市夏季降水存在显著的年代际和年际变化;(2)夏季典型多雨年和典型少雨年具有明显不同的环流特征;(3)南亚夏季风与呼和浩特市夏季降水关系密切。     

山东省冬夏季气温异常的季风特征

利用山东省80个代表站1961~2003年月平均气温资料和同期NCAR/NCEP再分析资料,运用统计学方法,分析了季风背景下冬、夏季气温异常的年际、年代际变化和周期特征及变温的空间分布,并研究了东亚冬、夏季风对气温变化的影响。结果表明,冬夏季气温变化趋势明显不同,冬季增温趋势显著,夏季无明显增温趋势;2~6年的周期振荡在不同时期通过了0.05信度检验,小波分析2004年夏季气温不会偏高推断得到证实。冬、夏季气候具有明显的季风特征,季风与气温关系密切,即强(弱)冬季风山东易冷(暖)冬;强(弱)夏季风,易暖(冷)夏。冬季风比夏季风对同期气温作用更显著。季风的隔季相关性质对气温的变化有一定影响。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

青藏高原三江源和河湾区夏季降水变化特征及对高原夏季风的响应

本文利用1981～2020年观测数据和ERA5再分析资料,将青藏高原腹地三江源和东南重要水汽通道河湾区作为典型研究区域,分析了降水不同时间尺度变化特征及其典型强弱年对高原季风环流系统的响应,结果表明：（1）三江源和河湾区降水的季节变化均呈双峰型分布,峰值出现在7月初和8月下旬。夏季降水在21世纪初发生年代际转折,尤其是三江源降水量在近20年增加明显。两个高原季风指数DPMI(Dynamic Plateau Monsoon Index)和ZPMI(Zhou Plateau Monsoon Index)的夏季风爆发时间均超前于河湾区和三江源降水的明显增加期。三江源夏季降水年际变化与两个高原夏季风指数有较好的相关性。三江源与河湾区虽然相邻很近,但三江源夏季降水受高原季风影响程度远大于河湾区。当高原夏季风增强（减弱）时,三江源降水量偏多（少）。（2）三江源降水偏多年,南亚高压偏东偏强,低层高原主体低压异常,有利于西南风和东南风在三江源区域交汇,南方暖湿空气能够深入高原腹地导致水汽辐合偏强。河湾区降水偏多年,河湾区及整个高原主体附近高度场并没有明显异常,河湾区的水汽输送主要有两条路径,一条来自孟...     

东亚夏季风指数的分类及物理特征分析

利用1961—2010年NCEP再分析资料,分析了较有代表性的16个东亚夏季风指数,讨论了不同季风指数反映的环流及降水之间的异同,探讨了不同季风指数与东亚夏季风不同空间模态之间的可能关联。结果表明,东亚夏季风指数大致分为两类:1)第一类季风指数存在明显的年代际变化,反映了东亚夏季风强弱的整体一致型变化,与东亚夏季风环流第一模态具有很好的对应关系。高指数年,整个东亚区域夏季风活动整体偏强;贝加尔湖地区为深厚气旋性环流控制,副高位置略偏北;华北、东北地区降水显著偏多,长江流域及其以南降水偏少,降水异常型与我国夏季偶极型季风降水相似,这类指数对我国华北地区降水有较好的指示作用。2)第二类季风指数具有明显的年际变化特征,反映的是东亚夏季风强弱的南北反相变化,与东亚夏季风环流第二模态相对应。高指数年,我国东南地区夏季风偏弱,东北部夏季风偏强;西北太平洋为深厚的气旋性距平环流控制,副高偏北,该分布型与东亚—太平洋(EAP)遥相关十分相似;我国东北、内蒙古地区,华南地区降水增多,长江流域降水显著减少,降水异常型与我国夏季三极型季风降水异常型相似,这类指数对我国长江流域降水有较好的指示作用。     

青藏高原雨季的降水特征与东亚夏季风爆发

用小波分析方法研究了1993年和1994年青藏高原雨季降水的多时间尺度变化特征,结果表明,小波变换对高原上降水从活跃期到中断期之间突变的时间有很好的分辨能力,并发现强弱季风年高原降水的变化特征有很大的差异：即高原降水除了其季节变化外,强东亚季风年(1994年)还有明显的30～60天低频变化;弱东亚季风年(1993年)却是准双周的变化明显。另外,还将高原上降水从活跃期到中断期的变化与同期的NcEP资料作了一些对比分析,发现高原雨季的开始与东亚夏季风爆发可能有一定的联系,即高原东部夏季降水的第一次活跃期与东亚夏季风的爆发时间基本一致。     

全球变暖背景下青藏高原夏季气温在对流层上下反相变化及其与降水和环流的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国596个测站月降水资料,采用线性倾向估计、经验正交函数分解(EOF)、相关分析、合成分析等方法,对青藏高原夏季对流层气温垂直变化及其与降水和环流的关系进行了分析。气温垂直变化特征分析表明:自1971年以来,青藏高原夏季对流层低层至对流层中上部气温呈现显著增暖趋势,对流层上部气温呈现显著变冷趋势,高原对流层低层至中上部气温及对流层上部气温在年际、年代际尺度上均呈较显著负相关,且均存在2~4 a及8~13 a的周期;夏季青藏高原地区沿27.5°N~40°N平均的气温距平垂直分布的EOF分解第一模态特征向量在对流层表现为"下降温上增温"的反相变化,其时间系数呈显著负趋势,且存在1978年及1994年的突变点。高原夏季气温在对流层的上下反相变化与我国夏季降水的关系在年际、年代际尺度上均显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时,我国夏季降水表现为南方型,其中以江南至华南地区降水显著偏多而我国东北地区降水显著偏少为主要分布特征;另外,长江流域的局部地区及我国西北的部分地区降水也明显偏少,而华北东部的局部地区、青藏高原中部及东部地区以及新疆西北部地区降水明显偏多;降水异常分布在年代际尺度上比年际尺度更显著。环流分析显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时东亚中高纬度地区为异常高压控制,中低纬度地区受异常低压影响。环流场与降水分布有较好的配置关系。     

冬季亚洲大陆的热力差异和中国气候的关系

最近的一些研究发现,除了海陆之间的热力差异外,大陆内部也存在热力差异。通过合成及t检验方法分析了亚洲大陆内部区域热力差异的变化特征,探讨了年代际尺度上大陆热力状况的季节变化与东亚初夏和夏季环流、季风活动、中国降水变化的关系。结果表明:正指数年代,在经向上从冬至夏东亚大陆由冷变暖,25°N以北中高纬度对流层高层有气温正距平下传,纬向上高原东侧我国大陆地区春夏季迅速增温。相比之下,海洋上的热力变化不明显,一直维持负距平,海陆热力差异偏大,东亚初夏季风建立偏早,夏季风强度偏强,相应地长江流域初夏降水偏多,夏季降水偏少,华北和西南部分地区夏季降水偏多。相反地,负指数年代海陆热力差异的变化将会减弱海陆之间的热力对比,不利于初夏季风的建立和夏季风加强,上述地区降水的变化大致与正指数年代相反。     

近40年东亚夏季风及我国夏季大尺度天气气候异常

定义了一个反映东亚夏季大尺度季风强度的指数，计算了夏季逐月及季的东亚季风指数（1873～1989年）。用近40年资料研究了东亚夏季风与我国夏季大尺度天气的关系。指出，强夏季风时，我国夏季大范围高温。东亚夏季风与我国夏季降水的关系则表现在夏季雨带的南北位置上。强夏季风时，雨带偏北。夏季雨带位置偏南均与弱季风有关。长江中下游夏季的涝年与弱季风有关，而强夏季风时，长江中下游经常是旱年。最后，研究了强、弱夏季风年时的北半球500 hPa环流异常特征，结果表明，东亚夏季风强度是造成我国夏季气温、降水异常的主要原因。     

东亚夏季风与北太平洋SSTA关系的年代际变化特征及其机制研究

利用NCEP／NCAR提供的40年再分析资料和英国气象局提供的海温资料以及中国气象局整编的160站降水资料，分析了东亚夏季风以及我国华北夏季降水的年代际变化特征及其与北太平洋SSTA的关系，提出了东亚存季风在70年代中期发生显著变化，1976年前东亚夏季风偏强，受其影响华北地区夏季降水偏多，1976年以后，东亚转为弱夏季风阶段，华北地区进入少雨期，研究表明，1976年前北太平洋SSTA对大气作用显著，北太平洋海温异常对大圆波列会产生一种年际尺度的“刺激”作用叠加在年代际背景上，加强或减弱波列强度，造成强夏季风段结北夏季降水偏多气候态下的年际变化，1976年后，北太平洋地区海气温差小，海温对大气加热作用不明显，因此北太平洋海温异常通过大圆波列与东亚夏季风的联系也变得淡漠，对我国华北地区夏季降水的影响不再显著。     

近40年青藏高原季风变化的主要特征

通过计算1961－1995的逐日青藏高原季风指数，初步确定了高原夏季风开始和结束的时间，在此基础上研究了季风指数的年际变化特征以及和500hPa高度场、东亚季风之间的可能联系。结果表明：夏季风开始和结束的时间呈反相关关系；高原季风的年际和年代变化明显；高原冬季风强（弱）与同期高原及乌拉尔山500hPa高度场偏高（低）以及东亚冬季风偏强（弱）相联系；高原夏季风偏强（弱）与同期贝湖至高原南部500hPa高度场偏低（高）、西亚和中国东部高度场偏高（低）以及东亚夏季风偏强（弱）相联系。     

东亚季风指数的定义及其与中国气候的关系

利用NCEP/NCAR 850 hPa月平均风场再分析资料,在客观地选定定义地区范围的基础上;定义了一组新的东亚季风指数:西南季风面积和强度指数,东南季风面积和强度指数,偏北季风面积和强度指数.研究了各季风指数的相互关系、季节变化和年际变异.这6个东亚季风指数突出反映了东亚西南季风、东南季风及偏北季风3支季风气流强度和范围变化的特征.分析表明,它们相互之间既有一定联系,又有独立性.各季风指数存在明显的季节变化和年际变化.另外,分析了各季风指数与中国夏季降水和冬季气温的联系,以考察其解释我国气候异常分布的能力.结果表明,这些指数与我国夏季降水和冬季气温有很好的关系,并各自对应有一定的降水和气温分布.特别是西南季风与东南季风影响我国夏季降水的地区有很大差异.因此,我们指出,研究东亚夏季风时,区别西南季风与东南季风是很有必要的,用单一指数不足以表征它们不同的变化.     

热带海温变化与高原季风发展

利用NOAA长波辐射OLR，NCEP/NCAR再分析格点资料，探讨了热带太平洋、印度洋海温等环境场变化与高原季风发展的联系。揭示了春季孟加拉湾和南海以及西太平洋暖池附近海表增温、赤道东太平洋降温有利于高原夏季风发展。分析了高原季风强弱年同期和前期SST场、风场和OLR场演变特征。结果表明，高原季风强弱年热带环境场存在明显差异。高原夏季风发展时SSTA从春季到夏季, 孟加拉湾经南海到西太平洋SST呈正距平, 赤道中东太平洋SST负距平发展, 表现为La Ni?a特征。反之，高原夏季风减弱时SSTA在孟加拉湾和南海地区SST呈负距平，东南太平洋SST正距平发展。表现为El Ni?o特征。     

热带印度洋偶极子与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用中国站点观测逐月降水和月平均气温资料以及NCEP/NCAR再分析资料,揭示了热带印度洋偶极子(IOD)与中国夏季气候异常关系的年代际变化.结果表明:IOD与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的一面,又存在着年代际变化.较为稳定的关系表现为:IOD与同年夏季长江黄河之间的降水变化存在显著负相关,与四川气温变化存在显著正相关;IOD与次年夏季四川降水存在显著正相关.伴随发生在20世纪70年代末的大尺度环流年代际转型,IOD与中国气候年际异常的联系亦发生变化:IOD正位相年的同年夏季降水异常型,由中国大部分地区偏少变为长江以南(北)偏多(少),气温由西南地区东部偏暖变为长江以南(北)偏冷(暖);次年夏季降水由全国大部分地区偏多变为长江以南(北)偏少(多),气温由全国大部分地区相关不显著变为黄河以南大部分地区显著偏暖.在IOD负位相年,中国夏季气候异常的特征与IOD正位相年相反.在20世纪70年代末的大尺度年代际气候转犁前后,与IOD相关的东亚大气环流异常特征明显不同.在IOD发展阶段,在70年代末以前,印度夏季风和南海季风偏强,副热带高压势力偏弱,导致中国华南大部分地区降水偏少,华北西部以及内蒙古中部等地降水偏多;70年代末以后,东亚大陆中纬度为弱的东风距平,导致新疆北部降水偏少,气温偏高,华南降水偏多.在IOD次年夏季,70年代末以前,华南、河套以及四川等地盛行偏南气流,降水偏多;70年代末以后,南亚高压和西太平洋副高偏西偏强,华南、江南降水偏少.     

用湿位涡定义的印度夏季风指数及其与中国气候的关系

印度季风区是世界上季风现象最显著的地区,伴随着夏季风爆发和撤退,季风区的大气风场和湿度场都存在明显的季节转换,这种季节转换可以作为区分夏季风与冬季风的一个很好的标准。以往的季风指数大多只考虑了季风区的动力场或热力场的演变特征。在综合考虑了印度季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的印度夏季风指数。湿位涡是一个动力学和热力学的综合量,它既反映了风场的涡旋状况又反映了大气的垂直稳定度。研究表明:该指数可以很好地反映季风区大气热力场和动力场的季节演变特征。用湿位涡定义的印度夏季风指数不仅稳定而且可以较好地反映夏季风爆发时间、季风强度及季风的活跃与中断等多种特征。与以往的环流指数相比,湿位涡季风指数描述季风爆发时间的能力有较明显的改进。此外,该指数还可以很好地反映印度夏季降水的年际演变特征。初步的相关分析表明:印度夏季风爆发时间与中国西北及华北地区夏季降水呈负相关,与次年长江中下游以南地区夏季气温也存在显著的负相关。此外,印度夏季风平均强度与前期华南地区春季降水也有密切关系。