RELATIONSHIP BETWEEN THE SEASONAL TRANSITION OF EAST ASIAN MONSOON CIRCULATION AND ASIAN-PACIFIC THERMAL FIELD AND POSSIBLE MECHANISMS

The NCEP/NCAR reanalysis, CMAP rainfall and Hadley Centre sea surface temperature (SST) datasets are used to investigate the relationship between the seasonal transition of East Asian monsoon and Asian-Pacific thermal contrast, together with the possible causes. Based on the 250 hPa air temperature over two selected key areas, the Asian-Pacific thermal difference (APTD) index is calculated. Results show that the APTD index is highly consistent with the Asian-Pacific Oscillation (APO) index defined by Zhao et al., in terms of different key areas in different seasons. Moreover, the time point of the seasonal transition of the Asian-Pacific thermal contrast can be well determined by the APTD index, indicative of seasonal variation in East Asian atmospheric circulation from winter to summer. The transition characteristic of the circulation can be summarized as follows. The continental cold high at lower tropospheric level moves eastward to the East China Sea and decreases rapidly in intensity, while the low-level northerlies turn to southerlies. At middle tropospheric level, the East Asia major trough is reduced and moves eastward. Furthermore, the subtropical high strengthens and appears near Philippines. The South Asia high shifts from the east of Philippines to the west of Indochina Peninsula, and the prevailing southerlies change into northerlies in upper troposphere. Meanwhile, both the westerly and easterly jets both jump to the north. The seasonal transition of atmospheric circulation is closely related to the thermal contrast, and the possible mechanism can be concluded as follows. Under the background of the APTD seasonal transition, the southerly wind appears firstly at lower troposphere, which triggers the ascending motion via changing vertical shear of meridional winds. The resultant latent heating accelerates the transition of heating pattern from winter to summer. The summer heating pattern can further promote the adjustment of circulation, which favors the formation and strengthening of the low-level southerly and upper-level northerly winds. As a result, the meridional circulation of the East Asian subtropical monsoon is established through a positive feedback between the circulation and thermal fields. Moreover, the time point of this seasonal transition has a significant positive correlation with the SST anomalies over the tropical central-eastern Pacific Ocean, providing a basis for the short-term climate prediction.     

1982—1983年冬季亚澳地区季风环流的低频演变特征

本文应用1982年11月16日—1983年3月15日欧洲中期预报中心的格点资料及向外长波辐射资料(OLR),考察了冬季亚澳季风区季风环流的演变规律。分析了冬季亚澳季风盛期的月平均流场;对澳大利亚季风活跃与中断的几个不同时期流场进行了对比。结果表明,冬季亚澳地区季风环流的演变具有准40天低频振荡特征。主要表现是局地哈得莱环流的准40天强弱变化,澳大利亚季风槽的东西进退,以及北半球副热带高压的东西摆动。      

亚洲季风建立及其中期振荡的高空环流特征

本文主要通过对100毫巴散度场、高度场和垂直积分的水汽输送场的分析,着重讨论了1979年整个亚洲季风区季风建立及其振荡中的高空环流特征。发现南亚高压周围不同部位的高空辐散场的建立导致了这些地区夏季风的建立,且南亚高压脊线中部和东部散度场具有不同的分布特点。从而使得印度季风有与长江流域梅雨同时开始而与华南雨季降水反位相的特点.在东亚,南亚高压外围东风对于夏季风的向北推进具有很好的指示性。在印度,伊朗高压(南亚高压环流的一部分)外围的东北气流对于印度季风的爆发具有指示性。100毫巴若干地区高度场和亚洲季风区域大范围水汽输送场的40—50天振荡清楚地显示出向东向北移动,而20—30天的散度场的振荡在印度季风爆发后则有系统地向西移动.      

用Zwack-Okossi方程对一次爆发性气旋的诊断分析

利用ECMWF资料作初始场,MM4模式输出的结果和Zwack-Okossi方程作诊断工具,对1981年12月20～21日生成在西北太平洋的一次爆发性气旋进行了数值试验和诊断分析。得到气旋的爆发性发展主要是由正涡度平流和非地转场激发,其中涡度平流对气旋发展贡献最大,温度平流的影响则较小,两者主要是在对流层高层起作用,而非地转场则在对流层低层起主要作用。由水汽造成的非绝热加热对本次爆发性气旋的生成影响不大,积云对流潜热的反馈作用更小。另外次天气尺度系统对爆发性气旋形成贡献较小。     

基于MCI指数的福建省干旱气候特征

采用目前国家干旱监测业务实行的MCI指数,利用Morlet小波、经验正交函数（EOF）等方法,分析了福建省1961—2019年全省66个气象站MCI指数表征的干湿状况和干旱变化特征。结果表明：福建省存在明显的干湿气候特征,具有显著的6—8 a和22 a的周期振荡,内陆山区干湿变化周期比沿海长,在季节尺度上各季均存在多时间尺度和地域差异化的特点;其空间变化具有3种典型模态,反映了季风降水多寡和地形差异。MCI表征的干旱过程时空分布与历史干旱事件相吻合,秋季和冬季是福建省干旱发生频率最高的季节,春季和夏季是干旱强度最强的季节;闽江口以南沿海地区干旱发生率明显高于内陆地区,全省出现同步干旱的机率较小（12%）。     

外强迫对热带季节内振荡影响的模拟研究

应用经过修改的NCAR CCM3模式和CAM2模式进行的数值实验结果以及NCEP的GFS模式的输出结果讨论了海温等外强迫作用对热带季节内振荡的影响.结果表明,热带季节内振荡是热带大气固有的内部变率.它是由大气内部过程的相互作用决定的.但外强迫对热带季节内振荡的强度、传播方向等有明显的影响.当外强迫没有变化时,模式可以模拟出与观测近似的低频振荡.当作为外强迫的海温和太阳辐射有年内季节变化时,模式模拟的季节内振荡则明显减弱.当海温与辐射不仅有季节变化而且有年际变化时,模式模拟的季节内振荡会进一步减弱.具有长周期的外强迫还会削弱季节内振荡中东移波动的能量而增加静止波的强度.在与海洋模式耦合的状态下,模式不受来自海洋的外强迫影响,而是与海洋构成一个耦合系统,可以产生最强的季节内振荡.     

青藏高原春季土壤湿度与我国长江流域夏季降水的联系及其可能机理

土壤湿度作为陆面过程的重要因子,对局地及邻近地区的大气环流和天气气候有重要影响.青藏高原的土壤湿度观测站点稀少,时间较短,鉴于此,本文使用经过部分观测站点检验的卫星反演数据,研究了春季高原土壤湿度的年际变化与后期夏季我国东部降水的联系和可能机理.结果表明:在全球变暖的背景下,高原土壤湿度总体呈现出显著增加的趋势,去除该线性趋势后,我们定义了一个高原土壤湿度指数TPSMI来定量表征高原土壤湿度的年际变化特征,发现表层、中层、深层的土壤湿度年际变率趋于一致,且春季土壤湿度与夏季土壤湿度显著相关(相关系数可达0.56).当TPSMI偏大时,即高原东部土壤湿度偏大,而西部偏小时,夏季在高原东部(西部)存在一个潜热(感热)热源,二者共同作用下,在对流层中高层从高原西部经我国大陆直至东北地区激发出一个气旋—反气旋—气旋波列,该波列呈相当正压结构,有利于东北冷涡的加强及冷空气向南爆发;与此同时,南亚高压加强东伸,西太副高西伸加强,低空南方暖湿气流与北方干冷气流在长江流域汇合,伴随着上升运动加强,从而有利于夏季长江流域降水增多;反之,当TPSMI偏小时,夏季长江流域降水减少.     

亚洲夏季风动力学研究综述

亚洲夏季风按照气候带可以分为东亚副热带夏季风和亚洲热带夏季风。就气候平均而言,东亚副热带夏季风于4月初在我国江南(泛称“华南”)地区建立,而亚洲热带夏季风首先于5月初在孟加拉湾东北部建立,之后向东推进,于5月第4候到达南海,然而夏季风无法直接西传至印度地区,因此印度夏季风的爆发表现为热带对流在阿拉伯海上空自赤道向北逐步推进的特征。东亚副热带夏季风与亚洲热带夏季风的爆发机制和时空变率都存在明显差异。亚洲夏季风的建立与青藏高原的动力和热力强迫作用联系紧密,其中东亚副热带夏季风的建立又与东亚大陆-西北太平洋的纬向海陆热力差异的季节转换紧密联系,而亚洲热带夏季风的爆发则与亚洲南部地区对流层中上部经向温度梯度的季节变化有关。同时,亚洲热带夏季风的建立过程还与亚洲南部高、低空环流的垂直耦合密切相关。就季节内变化而言,东亚副热带夏季风在4月份表现出10～20天季节内振荡,这与青藏高原表面感热的季节内变化有关,而盛夏的东亚副热带夏季风则存在准双周和21～30天两种振荡信号。亚洲热带夏季风的季节内振荡包含30～60天的北传信号和10～20天的西传信号,其中北传信号与环境气流的垂直切变、边界层辐合以及暖SST下垫面有关。亚洲夏季风年际变率的主要外强迫是ENSO事件,同时印度洋和大西洋海温异常、南极海冰以及青藏高原的冬、春季积雪和感热异常也影响着亚洲夏季风的年际变率。而亚洲夏季风的年代际变化既与气候系统的自然变率有关,又受热带海温强迫、人为排放气溶胶浓度和青藏高原表面热状况长期变化影响。      

西太平洋暖池热含量年际变化及其对东亚气候异常的影响

利用1980—2010年共31个冬季的GODAS海洋同化资料,以5～366 m次表层海温构造西太平洋暖池区域的热含量,分析了冬季西太平洋暖池次表层热含量的时空特征、持续性以及对其邻近区域的气候异常影响,结果表明:(1) 整体一致性分布是冬季西太暖池区次表层热含量年际变化的主导模态,其时间系数的年际振荡较好地代表了暖池区次表层热状况的年际异常。暖池区热含量的变化与ENSO事件联系密切,它能保持超前两季以上的显著自相关,持续性较赤道中东太平洋海温异常更为稳定。(2) 冬季暖池区热含量异常对后期春、夏季暖池热状况产生持续影响,相应的暖水体积变化导致暖水的经向输送及垂直交换,对后期春夏两季暖池及邻近区域尤其是菲律宾海的表层海温、海表热通量变化有较大影响。(3) 冬季暖池区热含量上升对应春季菲律宾海以东洋面OLR数值下降以及降水偏多,所引起的对流活动加热异常导致热带及副热带西北太平洋位势等压面抬升,进而对西太副高产生影响。之后,此区域相应的海表热通量交换加强,对流层低层形成强大的异常气旋,海气相互作用加强,加上对流加热异常,使得冬季暖池热含量异常与夏季副热带高压变化联系更加紧密。因此冬季暖池区热含量可作为春、夏季西太副高变化和西北太平洋夏季风强度的有效预测因子。      

2007/2008年冬季平流层环流异常及平流层—对流层耦合特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2007/2008年冬季平流层环流振荡的过程和异常特征,以及平流层—对流层的环流耦合特征。结果发现：2007/2008年冬季平流层极涡持续偏强,且极涡从12月下旬开始向东亚—大西洋地区偏心发展,同时在欧洲—地中海地区减弱向极区收缩,从而在欧亚地区的平流层高层最早形成“一脊一槽”1波型的环流形势;该平流层的环流异常信号逐步向低层传播;从平流层10 hPa向下传播到对流层中、低层需要约15~20天的时间;此时对流层500 hPa上,与平流层向下传播的信号相对应,呈现为高纬度“西高东低”和副热带“东高西低”的环流异常型,即分别对应着乌拉尔山阻塞高压、鄂霍茨克海低槽以及副热带高压异常偏强和副热带欧亚大陆中西部低槽活动频繁。这种环流异常配置即形成了有利于我国南方降雪持续的大尺度背景条件。进一步研究还发现,平流层异常信号存在由热带向极传播的趋势。2008年1月的平流层极涡振荡正异常所对应的环流异常信号可以追溯到2007年秋季10月份最早出现在热带地区的环流异常信号,该异常信号在向极传播过程中同时向东移动,2008年1月传播到极区,对应极涡振荡的正异常。说明前期平流层的异常信号及其演变,对2008年1月的气候异常具有重要指示意义。