青藏高原和亚洲夏季风动力学研究的新进展

亚洲夏季风环流受海陆和伊朗高原—青藏高原大地形的热力作用调控.亚洲季风所释放的巨大潜热又对大气环流形成反馈.这种相互反馈过程十分复杂,揭示其物理过程对理解气候变化格局的形成和变化以及提高天气预报及气候预测的准确率十分重要.夏季北半球副热带对流层上层环流的主要特征是存在庞大的南亚高压(SAH)以及强大的对流层上层温度暖中心(UTTM).本文介绍了温度—加热垂直梯度(T-Q_Z)理论的发展,并用以揭示SAH和UTTM的形成机制.指出沿副热带欧亚大陆东部的季风对流潜热加热及其中西部的表面感热加热和高层长波辐射冷却是导致SAH和UTTM在南亚上空发展的原因.文中还介绍了Gill模型用于上部对流层研究的局限性及解决的办法.     

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

A late Holocene winter monsoon record inferred from the palaeo-aeolian sand dune in the southeastern Mu Us Desert, northern China

The variation of the Asian winter monsoonal strength has seriously affected the climate and environmental conditions in the Asian monsoonal region, and even in marginal islands and the ocean in the East Asian region. However, relevant understanding remains unclear due to the lack of suitable geological materials and effective proxies in the key study areas. Here, we present a grain-size record derived from the palaeo-aeolian sand dune in the southeastern Mu Us Desert, together with other proxies and OSL dating, which reflect a relatively detailed history of the winter monsoon and abrupt environmental events during the past 4.2 ka. Our grain-size standard deviation model indicated that >224 μm content can be considered as an indicator of the intensity of Asian winter monsoon, and it shows declined around 4.2-2.1 ka, enhanced but unstable in 2.1-0.9 ka, and obviously stronger since then. In addition, several typical climate events were also documented, forced by the periodic variation of winter monsoonal intensity. These include the cold intervals of 4.2, 2.8, 1.4 ka, and the Little Ice Age (LIA), and relatively warm sub-phases around 3.0, 2.1, 1.8 ka, and the Medieval Warm Period (MWP), which were roughly accordant with the records of the aeolian materials, peat, stalagmites, ice cores, and sea sediments in various latitudes of the Northern Hemisphere. Combined with the previous progresses of the Asian summer monsoon, we preliminarily confirmed a millennial-scale anti-correlation of Asian winter and summer monsoons in the Late Holocene epoch. This study suggests that the evolution of the palaeo-aeolian sand dune has the potential for comprehending the history of Asian monsoon across the desert regions of the modern Asian monsoonal margin in northern China.     

Intraseasonal oscillation of the southwest monsoon over Sri Lanka and evaluation of its subseasonal forecast skill

斯里兰卡的雨季发生于5-9月间,主要受西南季风的控制.本文发现该地区的西南季风降水存在很强的次季节变率,主导周期为10-35天.降水的季节内变化与西传的异常气旋有关.进一步,利用S2S比较计划中欧洲中心的数值预报模式(ECMWF)提供的回报试验数据,评估了当今动力模式对斯里兰卡西南季风次季节变化的预报技巧.结果显示,对季风指数的预测技巧超过30天,而对降水指数的预测技巧大约两周,且模式的预报技巧具有明显的年际差异.分析表明,能否正确模拟出大尺度环流对热带对流的响应是影响斯里兰卡降水预测的重要因子.     

华南黑碳气溶胶浓度与南海夏季风关系的年代际突变

利用重建的华南区域黑碳气溶胶(Black Carbon, BC)浓度资料,分析其与南海夏季风在年际尺度上的关系。结果表明,华南区域BC浓度与南海夏季风的关系在2000年前后有明显的突变,由显著负相关变为显著正相关,即由高BC浓度弱季风变为高BC浓度强季风。通过合成对比分析,发现1988—1999年(第一时间段)的华南BC主要气候效应是间接辐射强迫作用:华南BC使云粒子半径减小,抑制华南区域春季降水,增加了云的生命期,从而使到达地面的短波辐射减少,表面和低层大气降温。负温度异常激发了异常反气旋,在南海区域即有东风异常。到夏季,东风异常减弱了季风强度,同时抑制了南海地区的降水。2000—2010年(第二时间段)的华南BC主要气候效应是直接辐射强迫作用:春季高BC浓度通过直接气候效应,增暖大气,加强降水,但是雨日减少,从而使到达地面的短波辐射增多,表面和低层大气增温。正温度异常激发了异常气旋,在南海区域即有西风异常一直维持到夏季,增大了季风强度,同时增强了南海地区的降水。     

CO2浓度增加背景下季风区大气辐射加热响应的差异

大气CO2浓度增加,大气辐射平衡调整,将影响到大气的辐射加热,对季风环流的产生影响.CMIP6结果显示,大气CO2浓度增加,可减弱季风区主雨季对流层高,低层的辐射加热,加强对流层中层的辐射加热.各季风区加热响应的峰值层次不同:亚洲季风区平均层次最高(500-775 hPa),北非,南美,澳洲季风区次之(550-600 hPa),北美(600hPa)和南非季风区(600-775 hPa)较低.各季风区水云的垂直分布及其长波辐射效应的变化是形成峰值层次差异的主因.     

南海油气钻井平台遥感监测研究

南海油气资源储量巨大,近年来周边国家对该海域油气资源的争夺日益白热化,南海领土及油气资源归属的矛盾日益突出,及时监测海上油气钻井平台的分布及其变化状况,对维护国家海洋权益和海洋资源环境保护具有重要意义。针对南海油气钻井平台的监测问题,从遥感影像的数据源选择和识别方法2个方面对近年来南海油气钻井平台的遥感监测情况进行了分析总结,同时聚焦目前对南海油气钻井平台的监测需求,分析了当前研究面临的问题和挑战,提出了下一步研究方向。     

西太平洋暖池海温和山西盛夏降水关系研究

利用1961—2016年山西盛夏(7—8月)平均降水和同期NOAA重构海温资料,分析了山西盛夏降水分别与赤道中东太平洋海温和西太平洋暖池海温相关性的变化。结果表明:山西盛夏降水和赤道中东太平洋海温之间呈现稳定的显著负相关;和西太平洋暖池海温呈现正相关,并在20世纪70年代末到80年代初之后相关性加强,通过了0.05显著性检验。进一步分析表明,这种西太平洋暖池海温对20世纪80年代以来山西盛夏降水指示意义加强的事实,主要体现在赤道中东太平洋海温偏冷的背景下。西太平洋暖池海温异常通过影响与山西盛夏降水密切相关的大气环流、季风槽位置和东亚夏季风,导致山西盛夏降水异常。盛夏赤道中东太平洋海温偏冷时,西太平洋暖池海温偏暖(冷),通过遥相关引起中高纬度大气欧亚—太平洋型遥相关(EUP)和负太平洋—日本(PJ)波列,通过影响季风槽位置偏西偏北(偏东偏南),引起西太平洋副热带高压偏北(南)和季风指数偏小(大),导致山西盛夏降水偏多(少)。     

南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。     

气候系统模式FGOALS模拟的南亚夏季风：偏差和原因分析

本文通过与观测和再分析资料的对比,评估了LASG/IAP发展的气候系统模式FGOALS的两个版本FGOALS-g2和FGOALS-s2对南亚夏季风的气候态和年际变率的模拟能力,并使用水汽收支方程诊断,研究了造成降水模拟偏差的原因。结果表明,两个模式夏季气候态降水均在陆地季风槽内偏少,印度半岛附近海域偏多,在降水年循环中表现为夏季北侧辐合带北推范围不足。FGOALS-g2中赤道印度洋"东西型"海温偏差导致模拟的东赤道印度洋海上辐合带偏弱,而FGOALS-s2中印度洋"南北型"海温偏差导致模拟的海上辐合带偏向西南。水汽收支分析表明,两个模式中气候态夏季风降水的模拟偏差主要来自于整层积分的水汽通量,尤其是垂直动力平流项的模拟偏差。一方面,夏季阿拉伯海和孟加拉湾的海温偏冷而赤道西印度洋海温偏暖,造成向印度半岛的水汽输送偏少;另一方面,对流层温度偏冷,冷中心位于印度半岛北部对流层上层,同时季风槽内总云量偏少,云长波辐射效应偏弱,对流层经向温度梯度偏弱以及大气湿静力稳定度偏强引起的下沉异常造成陆地季风槽内降水偏少。在年际变率上,观测中南亚夏季风环流和降水指数与Ni?o3.4指数存在负相关关系,但FGOALS两个版本模式均存在较大偏差。两个模式中与ENSO暖事件相关的沃克环流异常下沉支和对应的负降水异常西移至赤道以南的热带中西印度洋,沿赤道非对称的加热异常令两个模式中越赤道环流季风增强,导致印度半岛南部产生正降水异常。ENSO相关的沃克环流异常下沉支及其对应的负降水异常偏西与两个模式对热带南印度洋气候态降水的模拟偏差有关。研究结果表明,若要提高FGOALS两个版本模式对南亚夏季风气候态模拟技巧,需减小耦合模式对印度洋海温、对流层温度及云的模拟偏差;若要提高南亚夏季风和ENSO相关性模拟技巧需要提高模式对热带印度洋气候态降水以及与ENSO相关的环流异常的模拟能力。