确定东亚-西北太平洋地区夏季副热带季风建立和活动范围的一种方法

文中利用1948-2002 年NCEP/NCAR全球再分析资料,1958-2002 年ECWMF再分析资料,中国国家气候中心的618个测站1961-2005 年的逐日降水量资料,采用作者确定的东亚夏季风(EASM)建立标准,探讨东亚夏季风在南海爆发以后继续向北和向东推进活动范围、建立、持续和撤退的时空分布特征,结果表明:(1)给出东亚-西北太平洋地区的东亚夏季副热带季风(EASSM)的定义,计算其建立时间(候)和空间分布,发现EASSM除继续向北推进的方向外,在20°-25° N还有明显向东的分支,以及向西稍偏北的分支,107.5°E以西的季风建立等时线梯度十分密集,而以东的等时线梯度很小,季风建立的等时线的总体以110°-115° E为轴心、明显向中国华北和东北地区凸起的近于折线的分布,表明EASSM先在中国大陆建立,而同纬度的中国近海和两北太平洋地区的夏季副热带季风后建立;(2)撤退的等时线则近于与建立的等时线相反分布,沿120°E的方向凸向南,表明中国东北地区和近海地区先撤退;(3)给出东亚-西北太平洋地区EASSM建立的概率等值线的空间分布,我们尝试定义了＜35%概率等值线的地区为其影响的边缘地带,北边界始于黑龙江省北部48°N附近向东南经由黑龙江省南部和俄罗斯滨海省,穿过日本海止于日本北海道南部,其西边界由东北向西南沿中蒙边境止于青藏高原.20世纪90年代北部边缘地带与多年平均比偏南3-5 纬度,而西部边缘变动较小,只向东偏了1个经度.     

关于东亚副热带季风和热带季风的再认识

利用NCEP/NCAR再分析数据集和CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)降水资料, 分析了东亚副热带夏季风与热带夏季风的区别和联系, 以及两者相互作用问题, 深入讨论了东亚副热带季风的本质。分析发现东亚副热带夏季风建立早于热带夏季风, 于3月中旬已经开始建立。两者是相互独立的两个过程, 前者并非是后者向北推进的结果;相反, 前者建立后的突然南压有利于后者的爆发。副热带夏季风为渐进式建立, 但撤退迅速;热带夏季风爆发突然, 但撤退缓慢。副热带夏季风的建立以偏南风的建立为特征, 而热带夏季风的建立以偏东风向偏西风转变为特征。热带夏季风的建立时间取决于经向海陆热力差异转向, 而东亚副热带夏季风则更依赖于纬向海陆热力差异的逆转。亚洲大陆（含青藏高原）与西太平洋之间的纬向海陆热力差异的季节逆转无论对东亚副热带夏季风还是热带夏季风均有重要作用。     

东亚夏季风对山西省夏季降水的影响

利用NCEP1948～2007年逐日再分析资料、中国600站1960～2007年逐月降水资料和山西省1960～2007年65个测站的逐月、逐日降水资料,确立了850hPa112.5°E上候平均的假相当位温(θse)为340K和候平均的经向风为南风且南风风速≥2.5m·s-1等值线同时通过35°N的日期,将其作为山西省夏季风建立的时间,以θse≥340K的持续候数与平均持续候数相比的标准化值构造为东亚夏季风对山西省影响的强度指数I,可以较好地表征东亚季风区夏季风的强度和降水的空间分布,也可以较好地反映山西省夏季降水的强度和空间分布。该季风指数的年代际变化特征和线性趋势表明,自20世纪70年代以来东亚夏季风对山西省的影响有明显减弱的趋势,并且在1967年季风指数突变性地由强变弱。对山西省夏季风的建立和撤退时间的分析表明,近60年来东亚夏季风对山西省的影响时间越来越短。最后,分析了强弱夏季风指数年大气环流场的异常特征。     

关于确定东亚夏季风强度指数的探讨

文中利用作者曾定义的东亚夏季风在中国东北地区 (12 2 .5°E ,4 0°N)的建立标准 ,根据相同的方法 ,分别计算了沿 112 .5 ,117.5 ,和 12 2 .5°E上 ,2 0°N及以北每隔 5个纬度东亚夏季风建立、持续和撤退时间 (候 ) ,将某年持续和多年平均持续候数相比的标准化值 ,定义为一种沿某一经圈上某一纬度的东亚夏季风强度指数ISMΦ,还分析了该指数与中国夏季降水量场和 5 0 0hPa高度场的相关。结果表明 :(1)沿 117.5°E经度上 ,东亚夏季风在 2 0 ,2 5 ,30 ,35 ,和 4 0°N建立的平均日期分别为 2 7.2 6 ,2 8.5 4 ,34.4 3,37.12和 37.6 5 (候 ) ,撤退平均日期分别为 5 4 .4 4 ,5 3.6 9,5 1.85 ,4 8和 4 6 .76 (候 ) ,其中 117.5°E ,2 0°N代表南海的中北部 ,文中确定的该区夏季风建立、撤退日期分别为 2 7.2 6 (候 )和 5 4 .4 4 (候 ) ,与国内学者公认的 5月 4候 (2 8候 )和 10月 1候 (5 5候 )相当吻合 ;(2 )沿 112 .5°E、117.5°E和12 2 .5°E的同一纬度上 ,东亚夏季风建立的平均日期并不相同 ,西边先于东边建立 ,每隔 5个经度 ,相差约 1～ 2候 ,而撤退的平均日期 (30°N及以北 )分布则相反 ,东边先撤退 ;(3)沿 117.5°E ,30°N和 35°N的ISMΦ和沿 12 2 .5°E ,4 0°N的ISMΦ均与中国华北和东北地区大部 7～     

国内东亚热带-副热带季风的研究进展

简要回顾了近年来国内在东亚热带-副热带季风方面的研究进展。涉及亚洲热带季风爆发特征、爆发机制、季风指数设计、东亚季风环流系统、低频振荡活动以及东亚季风年际和年代际变化等问题,并讨论了东亚热带-副热带季风研究中存在的问题及未来的研究前景。     

关于东亚副热带季风若干问题的讨论

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、TRMM卫星降水资料、中国东部站点降水资料和CMAP降水资料,重点讨论了东亚副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其和南海夏季风的关系,同时也讨论了东亚副热带季风的可能机制。结果表明：（1）东亚副热带季风雨季于3月底—4月初（第16—18候）在江南南部和华南北部首先开始,伴随着降水的开始是偏南风的增强和对流性降水的显著增加,华南前汛期开始。（2）东亚副热带季风雨季的建立早于热带季风雨季,在热带季风建立后两者的雨带、强西南风带、强垂直运动带、强低空水汽辐合带均是分离的,南海热带季风在其建立后,与东亚副热带季风发生相互作用,促使副热带季风雨带季节性北进,两者共同影响中国的旱涝。（3）3月中下旬,东亚大陆（包括青藏高原）上空大气由冷源转为热源,东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异及其相应的温度和气压对比均发生反转。东亚大陆（包括青藏高原）的动力和热力作用究竟是否是东亚副热带季风雨带提前建立的机制值得进一步研究。文章最后讨论了有关东亚副热带季风的共识与分歧。     

东亚季风区大气季节内振荡经向与纬向传播特征分析

将NECP/NCAR资料中850 hPa纬向风分量进行30～60天带通滤波, 研究东亚季风区大气季节内振荡的传播特征。分析表明, 夏季东亚季风区大气季节内振荡(ISO)的传播分为经向传播和纬向传播, 其中经向传播主要为热带地区ISO的向北传播, 纬向传播则是分别起源于印度季风区的ISO东传和起源于西太平洋海域的ISO西传。东传和西传的ISO在120°E附近汇合后增强自热带地区北传到此的ISO, 使得ISO在经向上可以继续向北传播, 其最北界可达35°N以北, 并对我国长江中下游地区夏季降水产生一定的影响。     

东亚副热带夏季风与山西省夏季降水的关系

利用山西省58个台站1960~2009年夏季降水资料和NCAR/NCEP逐月再分析资料,在考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区大气环流特征的基础上,根据海陆气压差建立了东亚副热带夏季风指数,并研究该指数与山西省夏季降水的关系。结果表明:东亚副热带夏季风指数ISSM表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以正值为主,而70年代末之后以负值为主。ISSM指数能够很好地反映出蒙古低压和西太平洋副热带高压系统的典型特征。东亚副热带夏季风越强对应着山西夏季降水越多,山西中部、南部偏东的大部分区域属于东亚副热带夏季风控制区,运城盆地、西部高原山地、忻州盆地、大同盆地等属于东亚副热带夏季风西北边缘区。     

夏季东亚热带和副热带地区经向和纬向流型的特征

囿于副热带高压(简称副高)中心区域下沉运动不利于成云致雨的传统认识,迄今有关副高中心区域内云和降水过程的研究甚少。基于此,回顾了目前利用卫星遥感观测结果而开展的与之相关的研究成果。对这些研究的主要结论归纳如下: (1)副高中心区域内总云量可达30%以上,夏季副高中心区域以层积云为主(云量14.92%),高层云和卷层云的平均云量均不及5%,卷云的平均云量为12.13%;(2)副高中心区域内云的短波辐射强迫(82.19 W·m^-2)加热地气,长波辐射强迫(22.28 W·m^-2)冷却地气;(3)副高中心区域内四季均存在上升运动及降水,西太平洋副高中心区域内冬、春两季日均降水量为1.5 mm·d^-1,夏季达2.0 mm·d^-1,夏季北美南部至大西洋、北非的副高中心区域内日均降水量达3.0 mm· d^-1以上,其对局地降水的贡献率超过或接近50%;(4)副高中心区域内降水频次与上升运动频次有着准线性对应关系。

     

东亚副热带夏季风环流指数及其与中国气候的关系

采用大气环流正、斜压分解方法,从东亚副热带夏季风为正、斜压混合型季风观点出发,定义并计算了1958-1997年东亚副热带夏季风环流指数。该环流指数与1961-1995年中国160站夏季降水、气温的相关分析表明,它与中国东部夏季降水和气温的关系密切：强季风年,以河套地区为中心的黄河流域及华北地区多雨,长江流域少雨,华南和东南沿海多雨,以长江流域为中心的全国绝大部分地区气温偏高。弱季风年情况相反。此外,还将该环流指数与目前常用的4种东亚夏季风指数进行了对比分析。     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

东亚夏季风在中国东北区建立的标准、日期及其主要特征分析

文中利用中国东北区 80个测站 ,1980年以来近 2 0a逐日降水和同期NCEP/NCAR逐日再分析资料 ,提出了东亚夏季风在中国东北区建立和撤退的标准 ,即取 85 0hPa候平均资料 ,作沿 12 2 .5°E时间 纬度剖面图 ,将θse的336K和南风 4m/s等值线同时越过 4 0°N的候定义为东亚夏季风在中国东北区建立的日期 (候 ) ,持续及累积的总候数为影响时间 ;该年θse的 336K等值线永久撤离到 4 0°N以南的候为东亚夏季风从中国东北区撤退的日期 ;如果某年θse的 336K和南风 4m/s等值线没有同时北移越过 4 0°N的候出现 ,确定为东亚夏季风在中国东北区没有建立的年份。文中相应给出 1980～ 2 0 0 0年建立、持续及累积和撤退的时间年历表 ,经计算东亚夏季风在中国东北区建立的平均日期为第 4 1候 ( 7月第 5候 ) ,累积平均影响候数为 3.6候 ( 18d左右 ) ,开始撤退的平均日期为第 4 5候( 8月第 3候 ) ;东亚夏季风在中国东北区建立前后的候降雨量增加和撤退前后候降雨量递减十分显著 ,建立时水汽场由辐散转变为辐合。文中还定义了中国东北区强夏季风的年份 (建立的时间早 ,且累积候≥ 4候的年份 )为1981,1988,1990和 1994年 ,与国内学者定义的强夏季风年基本一致 ;在中国东北区没有建立东亚夏季风的年份为1980 ,1983,1987,1991,     

用湿位涡表征的东亚副热带夏季风指数

在综合考虑了东亚夏季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的东亚副热带夏季风指数,并利用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料分析了近60年来东亚副热带夏季风的变化特征。研究表明：该指数可以很好地反映东亚副热带夏季风的季节变动、年际变化、年代际变化等特征。另外,该指数与我国160个测站降水的相关分析表明：高指数年,夏季季风强,华北、西南内陆及华南沿海地区多雨,江淮地区少雨;反之,低指数年,夏季季风弱,华北、西南内陆及华南沿海地区偏旱,江淮流域偏涝。最后,通过与其它四种有代表性的指数的对比,发现本指数在指示江淮夏季降水方面具有明显的优势。     

东亚—西北太平洋地区夏季季节内振荡的年代际变化

本文重点分析对比热带夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BSISO)1987—1995年(P1),1996—2007年(P2)和2008—2017年(P3)三阶段东亚—西北太平洋地区(East Asian-Western North Pacific, EAWNP)5—9月BSISO年代际变化的季节内差异特征。结果表明,在P1和P3两阶段,5—7月EAWNP BSISO强度几乎相同,但P2中每个月均显著增强,表明5—7月EAWNP BSISO经历了P1—P2增强和P2—P3减弱的年代际变化。8月,EAWNP BSISO强度从P1到P3逐渐增强,P3阶段比P1有显著增强,孟加拉湾和东亚副热带区域的BSISO活动增强。和P1相比,南海地区BSISO活动在P2阶段异常活跃,在5—7月强度增强,并且北传显著。在P2阶段,负位相的太平洋年代际(Interdecadal Pacific Oscillation, IPO)对应的赤道西太平洋和印度洋海温增暖,及Walker环流的增强为5—7月BSISO活动提供了水汽和对流发展的有利条件,而南...     

江淮梅雨与东亚副热带夏季风进程变异的关系

根据中国气象局《梅雨监测业务规定》中的入、出梅标准,结合1960—2016年全国661个常规气象站逐日气象资料,以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了江淮梅雨和东亚副热带夏季风进程变异的时空特征,提取季风关键区(32°~34°N,112°~120°E,包含17个站点),并分析了江淮梅雨和季风关键区的联系与成因。结果表明:1960—2016年平均梅雨期为6月8日—7月15日,平均梅雨量为303 mm。比东亚平均梅雨季的开始时间早9 d,比其结束时间晚7 d。梅雨量在近57 a中也呈波动式变化,但整体为上升趋势。入梅越早,出梅越晚,则梅雨期越长,梅雨量越多。副热带夏季风推进到关键区的平均时间为5月19日,其在1970s末和1990s末分别发生了由偏晚向偏早和由偏早向偏晚的突变。夏季风到达关键区偏早时,出梅日偏晚,梅雨量偏多,季风到达偏晚时,出梅日偏早,梅雨量偏少。副热带夏季风推进时间和江淮梅雨量呈全区一致的负相关,负相关区位于湖南、湖北及江西三省临近的两湖地区。东亚副热带夏季风到达关键区时间偏早(晚)年,500 hPa高度场上乌拉尔山—鄂霍茨克海为正(负)距平,阻塞高压增强(减弱);日本海附近为负(正)距平,东亚大槽加深(西退北缩),加强(削弱)了槽后冷空气向南输送且不(有)利于中低纬度副热带高压的北跳,西太平洋副热带高压中心强度增强(减弱),位置偏西(东),其西北侧的西南暖湿气流输送加强(减弱),江淮地区有水汽的辐合(辐散),有(不)利于梅雨量偏多。     

南海夏季风撤退的气候特征Ⅱ——年代际变化

南海地区夏季风撤退期有明显的年代际变化,与南海夏季风维持期相类似,在1970年代末期有明显的突变。所以分析工作以1978年为界,主要是将前20年情况与后20年进行对比。前20年夏季风撤退较早,撤退期降水较少,对流活动较弱;后20年则与此相反,夏季风撤退较晚,撤退期降水较多,对流活动较强。南海地区夏季风撤退期的年代际变化与PDO和太阳磁循环的气候变化比较一致。     

东亚-太平洋地区环流场和热力场由冬向夏转换的过程特征及其可能机制

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和青藏高原逐日视热源资料,分析了东亚 太平洋地区对流层热力场和环流场的季节特征.结果表明,东亚-太平洋热力场上呈现出冬、夏半年反向的特征,冬半年热力格局为“西冷东暖”,夏半年则转为“西暖东冷”,冬半年向夏半年的过渡发生在3月底4月初,相应地,我国东部上空视热源也从冷却转为加热.热力场季节转换的同时,对流层各层环流形势也发生了调整:低层大陆冷高压减弱、东移,太平洋副热带高压显著西伸,形成东亚-西太平洋35°N以南一致的南风区;中层西风带发生了长波调整,由冬季“三槽型”向夏季“四槽型”过渡,西风急流减弱、北移;高层反气旋中心史替,我国上空偏南风由偏北风替代.环流的演变自低层向高层推进,下垫面感热加热的季节变化引起了低层环流的调整以及上升运动的发展,与上升运动相伴的凝结潜热释放则增强了东亚上空的热源,进一步加强了“西暖东冷”的热力格局,从而推进中高层环流的演变.环流调整的时间与东亚副热带季风雨带建立的时间一致,因此,由热力场季节变化引起的对流层环流形势的调整可看成是东亚副热带夏季风环流型的建立过程.     

北半球冬季副热带西风急流及有关环流季内振荡若干特征分析

利用1981～1985年4个冬季的ECMWF逐日网格点资料（其中包括一个ENSO年）,采用了最大熵谱计算、方差百分比计算和ButterWerth带通滤波等方法,分析了北半球冬季绕全球副热带西风急流和有关环流30～60d低频振荡的分布特征及其年际差异。结果表明：三支副热带西风急流核心具有很强的季内稳定性;30～60d振荡的显著区正常年主要分布在急流出口区南、北侧,ENSO年主要出现在急流入口区和出口区附近。热带对流区附近也存在着明显的30～60d振荡,副热带急流、热带高空反气旋、热带对流以及高、低纬定常波等环流之间存在着密切的内在联系。东亚副热带急流、热带高空反气旋的异常东移与ENSO事件的发生有关联。     

东亚副热带冬季风南边缘的确定及其变化特征

利用国家气候中心整编的中国730个测站逐日气温资料,基于冬季的划分标准定义了副热带冬季风南边缘并分析其变化特征。结果表明,副热带冬季风南边缘存在明显的年际变化特征,年代际尺度上虽总体呈现出北移,但进入21世纪后有明显的向南扩展、入冬时间提前的趋势。东亚副热带冬季风南边缘异常偏北年的风场在大陆上有显著的偏南风分量,不利于冷空气南下。定义的东亚副热带冬季风南边缘指数与冬季气温呈一致的正相关,气候变暖可能是冬季风南边缘偏北的主要原因。     

硫酸盐气溶胶直接辐射效应对东亚副热带季风进程的影响

本文利用全球气候—大气化学模式CAM5 并结合NCEP/NCAR（National Centers for EnvironmentalPrediction/National Center for Atmospheric Research）1950～2009 年再分析资料,讨论硫酸盐气溶胶直接辐射效应对东亚副热带季风爆发、发展和结束进程的影响。模拟结果表明:硫酸盐气溶胶通过直接辐射效应引起东亚大陆大部分地区近地面降温,进而降低了中纬度东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力对比,延迟春初、提早夏末海陆纬向热力差异逆转时间,由此引发东亚副热带季风爆发时间延后了4 候左右,结束时间提前了3 候左右;减小的海陆热力差异导致东亚大陆偏南风减弱、东亚季风减弱以及季风降水的区域调整。我们通过NCEP/NCAR 再分析资料分析亦发现,1980 年以后中纬度东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异逆转时间比1980 年以前在春初延迟、夏末提前,导致了副热带季风爆发时间比1980 年之前延后,结束时间提前,东亚大陆偏南风减弱,副热带夏季风系统性减弱,硫酸盐直接辐射效应可能是造成这一结果的原因之一。以往的观测和模拟都表明,由于人为活动的增加,导致1980 年后东亚大陆硫酸盐气溶胶负荷较之前大幅增加,而东亚夏季风减弱,本文的研究进一步确认了两者间关系。