东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5～7年左右的周期,还存在周期为25～30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式（GCM）模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

年代际气候变化研究

概括的介绍了中国科学家近几年在年代际气候变化方面的研究进展,包括中国气候的年代际变化特征,北大西洋涛动(NAO)和北太平洋涛动(NPO)与中国年代际气候变化的关系,北太平洋海面温度(SST)年代际模及其影响,大气环流系统的年代际变化以及气候突变问题.     

THE CONTRASTS BETWEEN STRONG AND WEAK MJO ACTIVITY OVER THE EQUATORIAL WESTERN PACIFIC IN WINTER

This paper investigates the contrasts between strong and weak Madden-Julian Oscillation (MJO) activity over the equatorial western Pacific during winter using the NCEP reanalysis data. It is shown that the MJO over the equatorial western Pacific in winter shows significant interannual and interdecadal variabilities. During the winters with strong MJO activity, an anomalous cyclonic circulation lies east of the Philippines, strong anomalous easterlies control the equatorial eastern Pacific, and anomalous westerlies extend from the Indian Ocean to the western Pacific in the lower troposphere, which strengthens the convergence and convection over the equatorial western Pacific. The moisture convergence in the lower troposphere is also enhanced over the western Pacific, which is favorable to the activity of MJO. Eastward propagation is a significant feature of the MJO, though there is some westward propagation. The space-time spectral power and center period of the MJO are higher during strong MJO activity winters. The anomalous activity of MJO is closely related to the sea surface temperature (SST) and East Asian winter monsoon (EAWM). During strong MJO activity winters, there are positive/negative anomalies at high/low latitudes in both sea level pressure and 500 hPa geopotential height, and the temperature is lower over the central part of the Chinese mainland, which indicates a strong EAWM. China experiences more rainfall between the Yellow and Yangtze Rivers, but less rainfall south of the Yangtze River. The SSTA is negative near the Taiwan Island due to the impact of strong EAWM and shows a La Ni?a pattern anomaly over the eastern Pacific. During the weak MJO activity winters, the situation is reversed.     

INTERDECADAL VARIATION OF THE INTENSITY OF SOUTH ASIAN HIGH

The characteristics and possible physical mechanism of interdecadal variation of the intensity of the South Asian High (SAH) in summer are analyzed using the NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA extended reconstructed sea surface temperature (SST) data. The results indicate that a remarkable interdecadal transition occurred in the late 1970s that increased the intensity of SAH, or, an abrupt climate change was around 1978. A comparative analysis between the weak and strong period of the SAH intensity shows that the related anomalous patterns of the atmospheric circulation (including wind field, air temperature field and vertical velocity field) are nearly opposite to each other. The surface latent heat flux anomalies over the plateau (especially in the northwest of the plateau) in summer exert great influence on the interdecadal variation of the SAH intensity and the surface sensible heat flux anomalies play a more important role. Consistent with the interdecadal variation of the SAH intensity, the monopole mode of the tropical Indian Ocean SST in summer also experienced a low to high transition in the late 1970s. To some extent, this can reveal the impact of the anomalous monopole mode of the tropical Indian Ocean SST in summer on interdecadal variation of the SAH.     

近30年北半球冬季臭氧总量分布特征及其与平流层温度的关系

臭氧的时空分布特征对气候和环境变化具有显著影响,随着臭氧资料数量的增加和质量的提高,有必要对臭氧时空分布特征及其与气候变化的关系进行详细研究.本文利用欧洲中期天气预报中心提供的1979—2013年的全球月平均臭氧总量资料、平流层温度场资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、合成分析等方法研究了20°N以北的北半球冬季(12—2月)臭氧总量异常的主要空间分布结构与时间演变特征,并进一步分析了主要模态与平流层上层(2hPa)、中层(30hPa)以及下层(100hPa)温度异常的关系.结果表明:近30年北半球冬季臭氧总量异常变化最显著的区域主要有5个,分别位于极地地区(75°N—90°N,0°—360°)、北半球副热带地区(20°N—40°N,0°—360°)、阿拉斯加地区(60°N—75°N,180°—260°E)、北大西洋地区(45°N—60°N,310°E—360°E)及西伯利亚地区(50°N—65°N,80°E—130°E).5个区域的冬季臭氧总量异常具有明显的年际和年代际变化特征.1980年代后期是各个区域的臭氧总量异常由年代际偏多转为偏少的转换时段.此外,各区域存在显著的年际变化周期,而且各个区域的年际周期存在明显的差异.臭氧总量异常变化与平流层温度异常变化的关系表明,臭氧总量异常的增加(减少)能够导致平流层上层温度异常偏冷(暖)和平流层中、下层温度异常偏暖(冷),其中平流层中层温度异常的偏暖(冷)程度要比下层更加明显.     

冬季热带西太平洋MJO活动强弱年的环境场特征

利用1948—2011年NCEP等再分析资料,采用合成分析等方法对比分析了冬季(冬半年)热带西太平洋MJO(Madden-Julian Oscillation)活动强、弱年的环境场特征。结果表明,冬季热带西太平洋MJO的活动具有显著的年际和年代际变化。MJO活动强年,对流层低层在菲律宾以东洋面上空有异常气旋式环流,赤道东太平洋上空为较强的东风距平,赤道印度洋到赤道西太平洋上空是异常西风,西太平洋地区有较强辐合,从而导致热带西太平洋地区积云对流活动显著加强;而MJO活动弱年的环流特征相反。热带MJO以东传为主,有少量西传波动。在MJO活动强年,无论东传还是西传其时空谱值都显著大于MJO活动弱年,其中心频率较MJO活动弱年偏高。MJO活动的异常和海温及东亚冬季风紧密相连,在MJO活动强年,海平面气压和500 hPa位势高度异常场表现为中高纬度的正异常和低纬地区的负异常,东亚冬季风活动偏强,中国大陆中部气温普遍偏低,同时,黄河以南长江以北地区降水偏多,而长江以南地区降水偏少;台湾附近海域受强东亚冬季风影响,海表温度偏低,东太平洋上海温距平呈现La Ni?a型的异常分布,而在MJO活动弱年上述特征基本相反。      

亚太地区冬季海平面气压异常的偶极型结构及其与海温的关系

利用全球月平均海平面气压资料以及海表温度资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、相关分析及合成分析等方法研究了亚洲—太平洋地区(20°N～70°N,40°E～120°W)冬季海平面气压异常的空间结构与时间演变特征,并进—步分析了该地区冬季海平面气压异常与全球海温异常的关系.结果表明:亚太地区冬...     

2009/2010年冬季云南严重干旱的原因分析

2009/2010年冬季我国云南省出现严重干旱,这次大范围严重干旱是较长时期降水稀少所造成的。首先讨论云南省冬季降水偏多和偏少时大气环流和海温的统计特征,基于它们的统计关系,再对2009/2010年冬季我国云南省的严重干旱进行个例对比分析。研究表明西风带环流系统异常是造成这次干旱灾害的主要成因。贝加尔湖为高度负距平,东亚沿海为高度正距平,从贝加尔湖以西到东亚中高纬度西风带较平直,冬季冷空气偏弱,很难影响西南地区。尤其是副热带中东急流减弱,从欧洲东部到里海为高压脊控制,西风带的扰动系统不易东移到东亚上空;青藏高原上空为稳定的高压脊,孟加拉湾南支槽减弱,云南省受异常西北气流控制。对太平洋和印度洋海温的分析表明,虽然海温异常可以影响冬季的云南降水,但海温异常并不是2009/2010年冬季云南省降水偏少的最重要原因。     

南亚高压强度的年代际变化及可能原因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA ERSST海温资料,对夏季南亚高压的年代际变化特征及其可能机制进行了分析。结果表明,南亚高压由弱到强的年代际转折发生在1970年代末,或者说南亚高压强度在1978年前后发生了年代际突变。对南亚高压偏弱和偏强两个阶段的对比分析表明,大气环流(包括风场、温度场和垂直运动场等)的异常形势和特征显著不同,几乎是相反的。夏季地表潜热通量异常的分析说明,夏季高原(特别是高原西北部)的地表热通量异常对南亚高压强度的年代际变化有重要影响;相对而言,地表感热通量异常可能对南亚高压强度的年代际变化起更重要作用。夏季热带印度洋海温的全区一致型模态在1970年代末也发生了明显的年代际变化,与南亚高压强度的年代际异常有很好的一致性,表明夏季热带印度洋海温一致型模态异常对南亚高压年代际变化有影响。      

冬季蒙古高压与北太平洋海温异常的年际尺度关系

蒙古高压和北太平洋海区的气压差被认为是造成东亚冬季风及其变化的重要原因,而过去有关的研究以其年代际时间尺度为多,本文的研究揭示了冬季蒙古高压和北太平洋海温异常(SSTA)在年际时间尺度上的相互关系.冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡(PDO)之间在年际时间尺度上也存在明显的负相关,冬季的强(弱)蒙古冷高压活动往往对应...