东亚副热带季风雨带建立特征及其降水性质分析

利用1961—2006年NCEP/NCAR再分析数据集和TRMM、CMAP多年平均逐候降水资料,分析了中国东部副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其降水性质。结果表明,第16—18候,在中国江南南部和华南北部地区(25°30°N)日降水率达到6 mm/d,且范围较大,在低层该雨带的水汽主要来源于西太平洋副热带高压南侧转向的西南水汽输送,其源地即为西太平洋副热带季风雨季开始。雨带建立同时,东亚副热带地区中东太平洋的纬向海平面气压梯度首先在中纬度发生反转,即西低东高(相应于西暖东冷)。中国东部副热带地区出现加热中心并伴有上升运动,强度逐渐增强,并伸展至对流层顶,其强度及对流高度与热带地区相当,对流层中低层大气呈对流不稳定,降水已具有对流性降水性质。与此同时,南海西太平洋地区仍在副热带高压控制之下,盛行下沉运动,无降水产生,南海夏季风及其相应的水汽输送尚未建立。东亚副热带季风雨带的建立(3月底4月初)早于热带夏季风雨带,两雨带分别具有独立的热源中心和上升运动。南海夏季风即将爆发之际,赤道地区加热中心快速北移至南海地区,与副热带地区热源相互作用。     

全球变暖下青藏高原东南侧常年南风强度的多模式结果比较分析

青藏高原东南侧存在一个特殊区域,它常年维持南风,与东亚季风紧密联系,强度变异也将对下游天气气候造成明显影响。该区域南风对全球变暖背景下青藏高原的快速增暖十分敏感。文中利用国际耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）中13个模式的多情景预估结果,分析了全球变暖1.5℃、2℃和3℃下常年南风区南风强度的变异特征。结果表明,13个模式中仅BCC-CSM1.1、GFDL-CM3和MIROC5模式能够较好地模拟常年南风区的范围,以及其独特的“双峰型”季节演变特征。然而,对南风的预估,模式间存在较大差异。MIROC5模式预估南风将明显加强,尤其6月之后,并持续至12月,但BCC-CSM1.1和GFDL-CM3模式预估南风在秋季后将明显减弱。进一步分析发现,各模式预估的差异主要源于它们对青藏高原及东亚地区之间温差的模拟存在显著差异。MIROC5模式模拟的青藏高原升温幅度高于周边区域,其与东亚平原之间的温度梯度将使常年南风区南风增强。因此,模式未来改进中应特别关注对青藏高原与其周边热力梯度的合理模拟,这对青藏高原区及东亚季风气候的正确模拟至关重要。     

春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5 a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7 a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。     

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。      

SEASONAL TRANSITION OF EAST ASIAN SUBTROPICAL MONSOON AND ITS POSSIBLE MECHANISM

The NCEP/NCAR reanalysis datasets and Climate Prediction Center(CPC) Merged Analysis of Precipitation(CMAP) rain data are used to investigate the large scale seasonal transition of East Asian subtropical monsoon(EASM) and its possible mechanism.The key region of EASM is defined according to the seasonal transition feature of meridional wind.By combining the ’thermal wind’ formula and the ’thermal adaptation’ equation,a new ’thermal-wind-precipitation’ relation is deduced.The area mean wind directions and thermal advections in different seasons are analyzed and it is shown that in summer(winter) monsoon period,the averaged wind direction in the EASM region varies clockwise(anticlockwise) with altitude,and the EASM region is dominated by warm(cold) advection.The seasonal transition of the wind direction at different levels and the corresponding meridional circulation consistently indicates that the subtropical summer monsoon is established between the end of March and the beginning of April.Finally,a conceptual schematic explanation for the mechanism of seasonal transition of EASM is proposed.     

南京信息工程大学季风研究若干重要进展回顾——明德格物一甲子,科教融合六十载

回顾了南京信息工程大学（简称南信大）建校60年来季风研究的主要历程以及在亚洲季风,特别是在东亚季风研究方面取得的重要成果。20世纪80年代至21世纪初,中美季风合作、中日季风合作和“南海季风试验”3次国际季风合作研究的顺利实施,极大地推进了南信大季风研究团队的组建和壮大,同时也催生了一系列创新性成果。团队首先揭示了东亚季风与印度季风环流的差异,提出了东亚副热带季风的明确概念;发现了东亚副热带夏季风的建立独立并早于南海夏季风;揭示了“亚澳大陆桥”是北半球春季亚洲季风区对流最活跃的地区,其对流的建立和推进对东亚夏季风的建立至关重要;较早开展了东亚季风区季节内振荡北传特征和机制的研究并成功应用于东亚季风区延伸期预报。这些创新性成果的取得为季风研究做出了重要贡献。近年来,南信大秉承“开放发展、联合发展”的办学理念,大力引进高层次人才,进一步推动了季风研究。作为国际季风研究的重要力量之一,南信大季风研究团队将始终坚守季风研究阵地,不断深化季风理论认识、提升季风预测水平。     

多套土壤湿度替代资料在青藏高原的适用性分析

目前,仍没有一套公认的能够很好的描述高原土壤湿度变化特征的替代资料,为此利用收集到的多套观测资料作为参考,分别对各种替代资料在高原的适用性进行了评估。结果表明:(1)观测资料表明,高原的土壤湿度在表层、中层、深层的变化具有较好的一致性,表层与中层、中层与深层的土壤湿度相关系数均在0.8以上。(2)卫星反演资料SSM/I RETRIEVALS在各个站点与观测值的相关系数都为正,在高原东南部、中部、北部相关系数都在0.5以上,且标准差与高原东南和中部的观测标准差较为接近,适用于高原的大范围地区,是研究青藏高原土壤湿度多年变化特征的一套较好的替代资料。(3)春季高原土壤湿度的空间分布具有南部边缘较大、由东南向西北递减的特征,大部分地区的土壤湿度具有明显的线性增加趋势;去除趋势后,高原东、西各有一个均方差大值区,东、西关键区内的土壤湿度从春到夏都具有较好的持续性,可以作为预测我国夏季降水的重要因子。     

非ENSO事件次年大西洋海温异常对夏季青藏高原大气热源准双周低频活跃度的影响

夏季青藏高原大气热源准双周低频活动明显,并存在显著年际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,定义夏季高原区域内大气热源准双周分量的标准化方差为该年的低频活跃度,其对中国东部天气变化有一定指示意义,高原低频活跃度较大时,中国东部夏季存在"旱涝并存"和"旱涝急转"现象。通过诊断分析,发现多个海温关键区都对低频活跃度有一定影响,不同年份的主导影响因素不同。ENSO事件次年,主要是太平洋海盆区域内海温异常影响青藏高原夏季低频活跃度;非ENSO事件次年,大西洋海盆区域内的三极型海温异常起主要影响作用。在非ENSO事件次年,前期冬春季大西洋三极型海温异常能够激发出异常的类EU波列,影响高原区域上空的大气环流。在同样的触发机制下,正位相时的类EU波列有利于云辐射反馈的发展,负位相时的类EU波列不利于云辐射反馈的发展,从而影响夏季高原热源低频活跃度。     

江南雨季降水与前期西太平洋暖池热含量异常的关系及其可能机制

利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley环流中心逐月海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料、美国NCEP/NCAR再分析资料以及江南地区逐旬降水资料,研究江南地区4—6月(江南雨季,亦泛称为华南前汛期)降水与前期暖池热含量异常的关系,并对可能的影响机制进行分析。研究结果表明,前期暖池热含量与江南雨季降水有密切的负相关关系,前期7—8月暖池关键区(130. 5°～150. 5°E,3. 5°～11. 5°N)热含量高(低)可以作为预报江南雨季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常对4—6月环流和降水有重要影响。冷水年,菲律宾异常反气旋导致副高西伸加强,显著加强了其西侧暖湿气流向江南地区输送,高层辐散抽吸作用导致江南地区对流上升运动增强,暖水年相反,表明冷(暖)水年江南雨季降水偏多(少)。就影响机制而言,在前期夏季,关键区南侧存在异常强西风,导致在秋末形成了菲律宾异常反气旋,以及关键区附近(东侧)有冷(暖)海表温度异常发展,在当年春季和夏初该反气旋移到菲律宾以北。直到4月,次表层冷水团上传导致冷SST异常维持并加强了该异常反气旋,其西侧西南暖湿气流将水汽从南海和菲律宾海地区源源不断地向江南地区输送。同时,西印度洋暖海温和赤道印度洋东风异常也逐渐发展增强,在热带印度洋形成东西向异常垂直环流,其下沉支始终在西太平洋维持,导致了菲律宾异常反气旋的维持,并进一步引起江南地区的水汽辐合和上升运动。同时,副热带西风急流轴南压引起的高空强辐散,也有利于上升运动和对流活动在江南地区发展。正是上述过程和机制,导致了前期热含量异常偏低(高)时,我国江南雨季降水偏多(少)。     

与不同El Nino相伴的IOD事件的季节演变特征对比

基于1951—2012年逐月海洋和大气多种要素的再分析资料,分析了与两类El Nino相伴的IOD(Indian Ocean Dipole,印度洋偶极子)事件盛期的海洋和大气异常特征,并进一步对比了与不同类型El Nino相伴的IOD事件的季节演变及对应的海气耦合过程。结果表明:两类IOD事件盛期时,暖海温强度和位置有显著差异。发生在东部型El Nino期间的IOD事件(简称EP-IOD)盛期,正(负)SSTA中心出现在热带西北(赤道东南)印度洋,强度相当,对应的热带印度洋—海洋大陆异常Walker环流强度较强、范围较大;与中部型CP El Nino相伴的IOD事件(简称CP-IOD)的正SSTA相对较弱,且偏于南印度洋,异常Walker环流较弱、较窄。在季节演变中,两类IOD事件期间的局地海气过程差异显著,伴随着西印度洋西南季风减弱和东印度洋异常东风加强,EP-IOD事件的发展以西正东负的偶极型异常海温的出现及加强为主要特征;而CP-IOD事件的发生发展则与西北印度洋异常冷海温的生消及南印度洋暖水的堆积相伴,表现为"-+-"三极型SSTA的出现并转为西正东负偶极型的过程,夏季时出现在东印度洋的异常东风以及赤道中印度洋低层负涡度异常水平环流对其发展具有重要作用。