亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

梅雨准双周振荡的年际变化及其前期强信号分析

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了江淮梅雨准双周振荡的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征。将滤波后的每个降水周期划分为8个位相,其中第3位相对应准双周降水正距平最大,而第7位相对应准双周降水负距平最大,在此基础上的诊断结果表明：1）振荡强弱偏差场,在梅雨降水偏多的第3位相,低层大气中类似Rossby波列从南海经日本海、鄂霍次克海和阿留申群岛延伸至阿拉斯加地区,其中南海上空的反气旋和日本上空的气旋相互配合,造成冷暖空气在江淮地区交汇,有利于准双周降水正距平的产生。在降水偏少的第7位相,波列位相基本反向,传播路径偏南。2）第3位相时高层环流显示,鄂霍次克海地区高度场正异常明显,和我国东北地区的负距平共同作用为梅雨降水提供了足够的干冷空气。第7位相分布相反。3）前期3月至同期的黑潮及其延伸区海表温度和梅雨的准双周振荡强强度之间呈很好的正相关关系。黑潮及其延伸区持续的正海温异常,通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度的变化,进而增强梅雨降水的准双周振荡     

东亚夏季风时期冷空气活动的位涡分析

通过多时间尺度分析方法, 比较了夏季风时期表征冷空气活动的多种指标, 得到表征夏季风时期冷空气活动的最优指标——位涡。分析表明, 位涡 (potential vorticity, 简称PV) 的低频振荡 (20～80天和40～80天振荡) 在表征冷空气活动中效果最好。利用该指标对东亚夏季风中冷空气的来源和作用进行了研究, 重点分析了梅雨时期中高纬和中高层系统与夏季风系统相互作用的过程和机制。得出几点重要的结论: 中高纬平流层下部和对流层顶的高位涡库以及60°N附近的亚洲大陆东部低层的高位涡库是东亚夏季风系统中冷空气的主要来源。冷空气的侵入路径对不同的雨季表现出不同的特征: 华南前汛期, 有两次冷空气的侵入, 第一次来自东北方向低层, 第二次来自对流层高层的高位涡库; 梅雨期, 爆发时主要来自高层的高位涡库, 中后期鄂霍次克海附近850 hPa的高位涡库是冷空气加强和维持的主要来源; 华北雨季, 冷空气主要来自对流层高层。倾斜等熵面是垂直涡度最易发展的区域, 它也是高层冷空气侵入的路径。特定的位涡分布对应特定的降水类型, 位涡和降水的季节内振荡 (尤其是低频部分) 蕴含了中高纬系统与夏季风系统相互作用的关键信息。     

传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^-1·s^-1的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。     

汛期强降水过程与月内低频降水的联系及其可能机制

利用1981 2010年中国753站逐日降水观测资料、NCEP/NCAR第二套逐日再分析资料及实况天气图等,选取长江中下游32次大范围持续性强降水过程,分析了该类强降水过程与月内(10~30天)低频降水的联系,并重点讨论了形成该类强降水过程的可能机制。结果表明:(1)长江中下游夏季降水具有显著的月内低频振荡周期。大范围持续性强降水过程基本位于降水低频振荡的峰值阶段。(2)梅汛期(6 7月)月内低频降水峰值位相前期,西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸北进,高低空急流发展加强。在强降水过程发生期,高中低层配置出现垂直方向上的最佳耦合;而台汛期(89月)低频降水峰值位相前期,西太副高东退南撤,低空急流逐渐南落至长江中下游东南部,与高空急流相配合,为强降水过程的发生提供了有利条件。(3)梅汛期东北亚低频位势高度低值区南下,与中纬太平洋西传的低频波列在长江中下游汇合。同时西太副高发展加强,造成了长江中下游降水峰值位相南高北低的低频位势高度分布,有利于强降水过程的发生;台汛期伴随从热带西太平洋到日本海低频波列的西北向移动,菲律宾东北部的低频气旋及其北侧低频反气旋的降水峰值位相分别移至长江中下游和东北亚地区,导致暖湿、干冷气流在长江流域交汇,进而造成强降水过程。(4)菲律宾以东洋面低频强对流可作为梅汛期和台汛期强降水过程发生的前期热带信号,提前低频降水峰值位相10天左右。     

东亚夏季风的季节内振荡研究

利用动力学因子和热力学因子结合的方法,将东亚夏季风区的西南风与OLR进行了综合处理,构造成东亚季风指数(IM).研究结果表明,该指数既可很好地反映东亚季风区的风场、高度场的环流特征,又能较好地描述我国长江中下游地区夏季降水和气温的变化.通过功率谱和带通滤波结合的方法研究东亚夏季风中的季节内振荡,东亚夏季风区内低频振荡在夏季主要是以30～60天周期的振荡为主;东亚夏季风的季节内振荡在东亚沿海呈波列的形式,并表现为随时间向北传播的季风涌;由于该季节内振荡的波动,造成了东亚热带夏季风在东亚热带和副热带地区活动的反位相关系.     

2011年秋季河南持续降水的低频环流特征

利用河南119站的降水观测资料以及NCEP/NCAR各层高度场、风场和垂直速度场的再分析资料,研究2011年9月在河南发生的一次持续的区域性连阴雨过程。对降水进行的墨西哥帽小波分析发现,降水存在着低频特征。通过对造成低频降水的高度场和风场资料滤波计算,分析了造成降水的低频环流特征,结果表明：2011年9月河南秋季持续性降水低频振荡最主要的周期是32 d左右;低频降水的周期分为4个位相,降水从低频谷值和峰值之间的过渡位相开始,在峰值位相达到最大。低频环流场的配置在低频降水的谷值位相和峰值位相有着显著的差异,环流场的高低层配置从不利于对流发展转为有利于对流发展;同时低层水汽输送在过渡位相开始逐渐加强。降水的发生在850 hPa上主要是与低频正涡度的分布相一致,低频正涡度有着明显的波列变化及北跳;500 hPa、200 hPa上的低频负涡度变化和降水变化相一致。降水的峰值(谷值)位相散度场的高低空配置主要为低层辐合(辐散)、中高层辐散(辐合),有利于(不利于)对流的发展。     

亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅱ:云南主汛期季节内振荡活动过程及其对MJO活动的响应

利用NCEP OLR、风场再分析资料和日本APHRO_MA_V1003R1降水资料,针对云南主汛期季节内振荡(ISO)活跃年分析了对应低频对流场、环流场和降水的异常特征,以及热带印度洋大尺度振荡MJO分别激发孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO,从而对云南主汛期ISO和降水产生的影响.在云南主汛期ISO活跃年,低频对流场和环流场在云南ISO波动的1～3位相和4～6位相呈反位相特征,这主要由热带印度洋低频对流东传、北传和副热带西太平洋低频对流西传造成的.热带印度洋的低频对流在发展过程中,一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃并继续向云南传播;另一方面沿孟加拉湾以南继续东传到南海,激发了南海热带季风ISO活跃并北传到副热带中国东部地区,再沿副热带西传至云南,越过云南后与沿孟加拉湾西岸从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期.云南主汛期降水在1～3位相由于副热带低频对流西传和孟加拉湾低频对流东北向传播而处于正距平(第2位相降水最多);在4～6位相,由于副热带低频对流抑制区西传和孟加拉湾低频对流抑制区东北向传播而降水减少(第5位相降水最少),云南主汛期降水与当地低频对流有较好的对应关系.当热带印度洋MJO较强时,4-7月以两条路径向云南的三次传播增强和提前,使得云南主汛期ISO活动也加强,对应产生三次低频对流活跃期,这种MJO由热带印度洋向云南的传播需要30～40天的时间.因此,正是热带印度洋MJO分别对孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲夏季风系统共同作用于云南主汛期ISO,影响当地降水.     

不同PDO位相下El Niño发展年和La Niña年东亚夏季风的季节内变化

基于1957~2017年观测和再分析资料,合成分析了北太平洋年代际振荡(Pacific decadal oscillation,PDO)不同位相下El Ni?o发展年和La Nina年东亚夏季风的环流、降水特征及季节内变化。结果表明,PDO正、负位相作为背景场,分别对El Ni?o发展年、La Nina年东亚夏季风及夏季降水具有加强作用。PDO正位相一方面可增强El Ni?o发展年夏季热带中东太平洋暖海温异常信号,另一方面通过冷海温状态加强中高纬东亚大陆与西北太平洋的环流异常,从而在一定程度上增强了东亚夏季风环流的异常程度;反之,PDO负位相则增强了La Nina年热带海气相互作用以及中高纬环流(如东北亚反气旋)的异常。在季节内变化方面,El Ni?o发展年6月贝湖以东反气旋性环流为东亚地区带来稳定的北风异常,东北亚位势高度减弱;7月开始,环流形势发生调整,日本以东洋面出现气旋性异常,东亚大陆偏北风及位势高度负异常均得到加强;8月,随着东亚夏季风季节进程和El Ni?o发展,西太平洋出现气旋性环流异常,东亚副热带位势高度进一步降低,西北太平洋副热带高压(简称副高)明显东退。La Nina年6月异常较弱,主要环流差异自7月西北太平洋为大范围气旋性异常控制开始,东亚-太平洋遥相关型显著,副高于季节内始终偏弱偏东。上述两种情况下,均造成东亚地区夏季降水总体上偏少,尤其是中国北方降水显著偏少。     

初夏环流与梅雨成因的探讨

着眼于东亚海陆热力强迫差异的影响,探讨了东亚初夏环流与江淮梅雨成因,结果表明：江淮流域夏季降水与前期地面气温的东亚纬向海陆热力差异相关;江淮流域初夏降水量与同期北半球５００ｈＰａ位势高度场的高相关区对应于入梅期“双阻”型环流系统,且最高相关系统为副热带高压。数值试验表明,东亚海陆热力强迫的差异与夏季风,梅雨阻塞系统的形成密切相关。研究结果提示了梅雨初期环流特征形成的机理与热力结构因素。     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明     

Impacts of 30-60-Day Oscillations over the Subtropical Pacific on the East Asian Summer Rainfall

The relationships between the precipitation over East Asia (20°-45°N,110°-135°E) and the 30-60-day intraseasonal oscillation (ISO) over the Pacific during the boreal summer are studied in the paper.The daily wind and height fields of NCEP/NCAR reanalysis data,the 24-h precipitation data of 687 stations in China during 1958-2000,and the pentad precipitation of CMAP/NOAA from 1979 to 2002 are all analyzed by the space-time filter method.The analysis results,from every drought and flood summer in four different regions of East Asia respectively during 1958-2000,have shown that the flood (drought) in the East Asian summer monsoon region is absolutely companied with the strongly (weakly) westward propagations of ISO from the central-east Pacific,and depends little on the intensity changes of the East Asian summer monsoon. And the westward ISO is usually the low-frequency cyclones and anticyclones from the Bay of Alaska in northeastern Pacific and the Okhotsk in the northwestern Pacific of mid-high latitudes,and the ISO evolving in subtropical easterlies.In mid-high latitudes the phenomena are related to the westward propagating mid- ocean trough and the retreat of blocking high.Therefore the westward propagating ISO from the central-east Pacific to East Asia is indispensable for more rainfall occurring in East Asia in summer,which results from the long-wave adjustment process in the mid-high latitudes and ISO evolving in tropical easterlies.     

北半球副热带—中纬度太平洋大气季节内扰动的纬向传播与东亚夏季旱涝

用时空滤波和Morlet小波方法,分析了1958—2000年夏季东亚(20°—45°N,110°—135°E)不同纬带(由南到北分为4个区域)的降水分别与太平洋同一纬带上大气30—60 d振荡(ISO)沿纬圈传播的关系及其成因机制。发现太平洋上经向风ISO向西传播的强或弱,是东亚夏季风区降水偏多或偏少的必要条件。对逐年夏季的分析表明,无论当年东亚夏季风强与否,在所划分的几个东亚季风区所有涝的年份里,太平洋同一纬带上大气ISO向西传播都明显较强,而在这些区域绝大多数旱的年份里,相应的ISO向西传播明显较弱。进一步分析发现,经向风ISO的纬向传播对应着大气经向型环流系统的移动,向西传影响东亚夏季风区降水的ISO有来自低纬中东太平洋东风流中的低频气旋(如副热带东风带中ISO的演变);也有来自中高纬度阿拉斯加湾及鄂霍次克海一带低频低压(如洋中槽)和高压(如阻塞高压和东北太平洋高压)的向南向西频散。因此东亚夏季旱涝不但与热带季风有关,而且与中东太平洋副热带东风系统中ISO的向西传播、中高纬度长波调整时低频扰动向西南经北太平洋副热带的传播密切相关。     

Impacts of the MJO on Winter Rainfall and Circulation in China

Impacts of the MJO on winter rainfall and circulation in China are investigated using a real-time multivariate MJO index.Composite results using the daily rainfall anomalies and "rainy day" anomalies according to eight different MJO phases show that the MJO has considerable influence on winter rainfall in China. Rainfall anomalies show systematic and substantial changes(enhanced/suppressed) in the Yangtze River Basin and South China with the eastward propagation of the MJO convective center from the Indian Ocean to the western Pacific.When the MJO is in phase 2 and 3(MJO convective center is located over the Indian Ocean),rainfall probability is significantly enhanced.While in phase 6 and 7(MJO convective center is over the western Pacific),rainfall probability is significantly reduced. MJO in winter influences the rainfall in China mainly through modulating the circulation in the subtropics and mid-high latitudes.For the subtropics,MJO influences the northward moisture transport coming from the Bay of Bengal and the South China Sea by modulating the southern trough of the Bay of Bengal and the western Pacific subtropical high.For the mid-high latitudes,the propagation of the low frequency perturbations associated with the eastward-propagating MJO convection modulate the circulation in the mid-high latitudes,e.g.the East Asian winter monsoon and the low trough over central Asia.     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。     

亚洲夏季风30～60天季节内振荡对中国东部地区持续性极端降水的影响

本文基于1979～2015年中国台站观测的格点化高分辨率降水和NCEP II大气再分析逐日资料,探讨了亚洲季风区夏季30～60天大气季节内振荡（ISO）与长江中下游地区持续性降水异常的关系,重点揭示了南亚和东亚子季风区ISO的相互作用及二者协同引起长江中下游持续性极端降水的物理机制。合成分析表明,南亚和东亚ISO是通过高层辐散环流发生相互作用。在ISO位相1～3（5～7）,异常活跃（抑制）对流从赤道印度洋北传至孟加拉湾—印度次大陆区域,其伴随的高层异常辐散（辐合）环流通过补偿效应,引起南海—热带西北太平洋的异常高层辐合（辐散）,加强了局地的异常下沉（上升）运动,有利于南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流发展并维持。南海—西北太平洋的异常抑制（活跃）对流伴随着显著的斜压散度,并进一步激发出一个连接南海和长江中下游的经向垂直环流圈,引起长江中下游强烈的异常上升（下沉）运动和低层水汽辐合（辐散）,使得降水持续性偏多（少）,极端降水的发生概率持续地偏高（低）,有利于（不利于）形成持续性极端降水事件。研究还表明,亚洲季风区ISO的强度存在显著的年际变化,并对长江中下游持续性极端降水的发生频次和持续时间具有调制作用。在ISO偏强（弱）年,长江中下游持续性极端降水的发生频次较高（低）,且持续时间较长（短）。     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。     

Moisture Transport in the Asian Summer Monsoon Region and Its Relationship with Summer Precipitation in China

The characteristics of moisture transport over the Asian summer monsoon region and its relationship with summer precipitation in China are examined by a variety of statistical methods using the NCEP/NC AR reanalysis data for 1948-2005.The results show that:1) The zonal-mean moisture transport in the Asian monsoon region is unique because of monsoon activities.The Asian summer monsoon region is a dominant moisture sink during summer.Both the Indian and East Asian monsoon areas have their convergence cente...