中国东部地区人为气溶胶对东亚冬、夏季风的影响—— 一个高分辨率大气环流模式的模拟研究

使用一个高分辨率的公用大气环流模式（CAM5.1）研究了我国东部地区人为气溶胶对东亚冬、夏季风的影响。结果表明,人为气溶胶中的黑碳和硫酸盐气溶胶含量的季节性变化在冬、夏季节对大气表现出不同的热力效应,并且可能是影响我国东部地区上空大气温度长期变化的重要因素。人为气溶胶引起的东亚季风区夏季降温可达对流层中高层造成东亚地区海平面气压升高、海陆气压梯度减小,减弱夏季低层的偏南风分量和高层的南亚高压。东亚人为气溶胶可使东亚地区冬季近地面层温度普遍降低、对流层中高层明显增温,导致东亚东部地区海平面气压下降,减弱东亚地区冬季低层的偏北风分量,阻止中层的东亚长波槽南伸,并削弱高层西风急流的强度。      

硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的数值模拟研究

硫酸盐气溶胶(SO₄^2-)和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风(SCSSM)作为东亚夏季风的子系统之一,与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人对SO₄^2-和BC对东亚副热带季风已有详细研究,但对SO₄^2-和BC影响南海夏季风的机制研究较少。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO₄^2-和BC对南海—华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,SO₄^2-和BC均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使...     

气溶胶对东亚夏季风指数和爆发的影响及其机理分析

利用高分辨率区域气候模式RegCM4.3,通过引入沙尘、海盐、硫酸盐、黑碳和有机碳等5种气溶胶,对1995—2010年的东亚夏季风进行数值模拟,研究了自然和人为气溶胶对东亚夏季风的可能影响。结果表明:区域气候模式对东亚夏季风和气溶胶的时空分布都有较好的模拟效果,自然和人为气溶胶造成东亚夏季风指数减小约5%,且除我国东南部地区外,气溶胶使整个季风区的季风爆发时间推迟了1候左右。在我国东南部及近海地区,气溶胶通过吸收太阳辐射对中层大气起到加热作用,气柱受热会出现膨胀,从而造成了低层大气的位势高度下降并激发出气旋式环流距平,气旋式环流距平西侧偏北风能削弱东亚夏季风区低层的偏南气流。气溶胶的加入引起的地表负的辐射强迫造成了空气出现下沉运动并配合低层偏北风和高层偏南风距平,在25 °N以北地区形成了间接经向环流距平,从而也削弱了东亚夏季风的垂直环流。气溶胶增加了我国季风区的水汽通量散度值,从而造成了夏季降水的明显减少,其中我国华北和西南地区为2个主要的降水减少区域。      

青藏高原地形对东亚夏季风北缘影响的数值试验

使用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的大气环流谱模式SAMIL(R42L9),进行了有、无青藏高原对亚洲夏季风北边缘影响的数值模拟。结果表明,青藏高原大地形对夏季风北边缘活动有重要影响。有(无)高原时,其东侧的偏南风较强(弱)、较深(浅),向北扩展偏北(南),有(不)利于引导和加强夏季风北上,使北边缘偏北(南);同时,西太平洋副热带高压偏北偏西(偏南偏东),也有(不)利于夏季风向北深入我国大陆,从而使夏季风北边缘偏北(南)。与之相对应的夏季风降水区也偏北(南)。     

东亚夏季风环流对气溶胶分布的影响

用2001—2012年逐月的MODIS-TERRA卫星观测气溶胶光学厚度(AOD)资料和NCEP/NCAR风场资料,分析了5—8月东亚地区AOD的时-空分布特征,研究东亚夏季风环流对气溶胶时-空分布的影响。主要结论如下:5—8月的中国东部及邻近海洋上AOD有着显著的季节演变特征,尤其是32.5 °N附近的AOD高值区,其强度和范围在5—8月逐渐增强然后又减弱。东亚夏季风通过环流输送作用对各地的AOD产生了不同程度的影响,使中国南部AOD减少,而华北和东北地区AOD增加。在强、弱季风年背景下,7月观测的AOD差异与环流输送作用差异的分布特征有着一定的相似性,体现出东亚夏季风年际变化对气溶胶分布的影响。在东亚夏季风演变的不同阶段,季风环流对气溶胶输送大部分情况下,可解释局地气溶胶变化10%~20%的方差。     

近22a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶（硫酸盐、黑碳和有机碳）的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究.模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风.通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系,以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱.这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关.     

近22 a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶（硫酸盐、黑碳和有机碳）的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究。模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风。通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系,以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850 hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关。     

1998年东亚夏季风过程的数值模拟

The 1998 East Asian Summer Monsoon is simulated by use of an improved nine-level p-σ model, the boundary forcing is the South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) reanalysis data from May 1 to August 31, 1998. It is found that basic features of the atmospheric circulation (such as the South Asia high and the West Pacific subtropical high) can be simulated fairly. However the South Asia high is a little stronger than the observed, while the West Pacific subtropical high a little weaker. Seen from variations of the time correlation coefficient, this model is good for the short-time climate simulation (less than two months), while for the long-time simulation, its climate drift is a little obvious. It can be also seen from the spatial distribution of correlation coefficient that the worse simulation areas of the model are located in the Tibetan Plateau and the adjacent northwest Indo-China Peninsula. For the simulation of precipitation, the movement of rain belt from May to June can be simulated, but the simulation of July and August precipitation shifts obviously to north of the observed. It is also found from the analysis of sensitive experiment that the improvement of the nested boundary condition has a great impact on the simulation results, especially on the precipitation, so the model and the nesting technique need further improvements.     

人为气溶胶对中国东部冬季风影响的模拟研究

采用美国国家大气研究中心(NCAR)的公共大气模式CAM5.1研究了人为气溶胶排放增加对中国东部冬季风的影响,同时通过对比中国东部地区不同人为气溶胶排放源的敏感性试验结果,探讨了人为硫酸盐、黑碳及总人为气溶胶(硫酸盐+黑碳)增加对东亚冬季风的影响。结果表明:冬季硫酸盐气溶胶排放增加的直接和第一间接效应减少了到达地表的短波辐射通量,引起了陆地地表和对流层低层降温,海平面气压升高,增加了海陆间气压梯度,使得东亚冬季风增强。其第二间接效应导致中国南部大尺度降水率减少;黑碳气溶胶排放增加导致到达地表的短波辐射通量减少和大气中短波辐射通量增加,其半直接效应部分抵消了直接效应,故地表温度变化微小且不显著。加热的对流层低层导致中国南部对流活动和对流降水率增加;总人为气溶胶排放增加导致的大气温度变化表现为弱的降温作用,引起中国北部对流和大尺度降水率减少,而南部对流降水率增加。总人为气溶胶和黑碳气溶胶排放增加是导致中国北(南)部的东亚冬季风增强(减弱)的重要因素。     

气候变化对东亚沙尘气溶胶影响的数值模拟

使用RegCM3-dust区域气候模式,单向嵌套MIROC3．2-hires全球模式输出结果,在IPCCA1B温室气体排放情景下,对中国及东亚地区进行了当代（1991年-2000年）和未来（2091年-2100年）水平分辨率为50km的气候以及沙尘气溶胶数值模拟试验。结果表明,模式对中国地区地面气温、降水和东亚沙尘气溶胶空间分布模拟较好。未来东亚沙尘气溶胶年平均起沙通量增加2％,其中12月-3月由于地表积雪量的减少而增加,4月-11月由于10m风速的减小而减少,不同强度的强起沙事件同样12月-3月增加,4月-11月减少。年平均沙尘气溶胶柱含量增加14％,其中3月-5月和8月略减少,其它月份增加。沙尘气溶胶引起地面（SRF）负辐射强迫和沙尘源区大气顶（TOA）正辐射强迫、下游地区TOA负辐射强迫,受沙尘气溶胶辐射强迫的影响,地面起沙通量和柱含量减少。     

THE ANALYSIS OF MECHANISM OF IMPACT OF AEROSOLS ON EAST ASIAN SUMMER MONSOON INDEX AND ONSET

RegCM4.3, a high-resolution regional climate model, which includes five kinds of aerosols(dust, sea salt,sulfate, black carbon and organic carbon), is employed to simulate the East Asian summer monsoon(EASM) from 1995 to 2010 and the simulation data are used to study the possible impact of natural and anthropogenic aerosols on EASM.The results show that the regional climate model can well simulate the EASM and the spatial and temporal distribution of aerosols. The EASM index is reduced by about 5% by the natural and anthropogenic aerosols and the monsoon onset time is also delayed by about a pentad except for Southeast China. The aerosols heat the middle atmosphere through absorbing solar radiation and the air column expands in Southeast China and its offshore areas. As a result, the geopotential height decreases and a cyclonic circulation anomaly is generated in the lower atmosphere. Northerly wind located in the west of cyclonic circulation weakens the low-level southerly wind in the EASM region. Negative surface radiative forcing due to aerosols causes downward motion and an indirect meridional circulation is formed with the low-level northerly wind and high-level southerly wind anomaly in the north of 25° N in the monsoon area, which weakens the vertical circulation of EASM. The summer precipitation of the monsoon region is significantly reduced,especially in North and Southwest China where the value of moisture flux divergence increases.     

THE INTERDECADAL VARIABILITY OF ADVANCE AND RETREAT OF EAST ASIAN SUMMER MONSOON AND THEIR EFFECT ON THE REGIONAL RAINFALL OVER CHINA

The daily precipitation data of 740 stations in China(1958–2001)and the daily upper air data of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis dataset(1958–2001)are used to define an East Asian summer monsoon(EASM)index based on dynamic and thermal factors.The index is used to represent the front(or leading edge)of EASM to describe and characterize the advance and retreat of EASM objectively.During 1958–2001,the EASM movement underwent three interdecadal abrupt shifts in 1965,1980 and 1994,respectively.During 1958–1964,the front primarily concentrated in South China and North China,while it stayed at the mid-and lower-Yangtze River for a short period.During 1965–1979,the front was located in South China and the lower reach of Yellow River for a long time.During 1980–1993,the time in which the front of EASM stayed at the mid-and lower-Yangtze River was much longer,but it settled in North China for just a short time.During 1994–2001,the front generally concentrated in the south of the mid-and lower-Yangtze River.The three interdecadal shifts of EASM directly resulted in rainfall anomalies,as well as frequent disasters of flood and drought in East China.     

东亚夏季风南北进退的年代际变化对我国区域降水的影响

利用1958-2001年的中国740站逐日降水资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA40再分析资料,综合动力因子和热力因子定义了东亚夏季风指数,并利用该指数的变化定义了东亚夏季风前沿,客观、详尽地描述了季风的移动特征.结果表明,在1958-2001年期间,东亚夏季风活动在1965、1980和1994年出现3次明显转变.1958-1964年东亚夏季风前沿在华南和华北地区停留时间异常偏长,而在长江中下游地区停留时间异常偏短；1965-1979年季风前沿在华南和黄河下游地区停留时间稍长；1980-1993年季风前沿集中在长江中下游地区时间异常偏长,而在华北地区停留时间异常偏短；1994-2001年东亚夏季风在长江以南停留时间偏长,从而导致了我国东部区域降水的异常分布、旱涝灾害频繁发生.     

东亚夏季风与中国夏季降水年际异常的分型研究

以海陆气压差定义的夏季风强度指数为依据,讨论了东亚夏季风年际异常与中国夏季降水的关系,发现东亚夏季风强时,中国夏季降水可能多也可能少,但以少雨为主,季风弱时,中国降水也是或多或少,但以多雨为主,依此可以将季风与降水的异常关系分成强季风强降水（Ａ）,强季风弱降水（Ｂ）,弱季风强降水（Ｃ）,弱季风弱降水（Ｄ）四种关系,其中（Ａ）型和（Ｄ）型,（Ｂ）型和（Ｃ）型的降水呈反相似性分布,主要特殊性反映在东北     

2005年6月东亚夏季风活动异常及其影响机制初步分析

应用欧洲中心（ECMWF）N日08时客观分析资料、中国测站降水资料、OLR资料和NCEP2再分析资料以及国家气象中心提供的1976～2006年的逐日西太平洋副热带高压脊线位置，利用合成分析、小波分析和带通滤波等方法，初步分析了2005年东亚夏季风的活动特征和影响机制。结果发现2005年6月东亚夏季风活动出现明显异常，其中31～32候季风前沿异常停留在南海-菲律宾一带以及华南西部，33～35候季风前沿停滞在华南地区，较常年明显偏南，造成了我国华南洪涝；36候季风前沿跳至黄淮地区，导致长江空梅、黄淮地区多雨。进一步研究发现西太平洋副热带高压和中高纬槽脊活动异常及热带和中高纬度低频振荡是导致2005年6月东亚夏季风异常的主要原因。     

春季IOD影响东亚季风机制的数值研究

基于美国国家大气中心的CAM3.0模式,设计3组数值试验,以研究春季印度洋偶极子(IOD)海表温度异常对东亚夏季风的影响及其可能机制。结果表明:在IOD正位相年,对印度洋关键海区的春季海表温度加入强迫后,同期夏季(6—8月)的东亚夏季风明显偏弱:副热带高压位置偏南,长江流域上升运动加强、降水偏多,南海地区下沉运动加强、降水偏少、南海季风偏弱。还从经向、纬向垂直环流圈角度分析了IOD对东亚夏季风的可能影响机制:IOD正位相年,在IOD正SSTA区域(热带西印度洋)的东侧大约75 °E附近能激发出上升运动,而在IOD负SSTA区域(热带东印度洋)的东侧大约110 °E附近出现下沉运动,从而构成一个完整的纬向垂直环流圈;110 °E附近的下沉运动又可能通过经向垂直环流圈影响南海和东亚副热带地区,造成东亚经度上赤道地区为上升运动、南海地区为下沉运动、长江流域为上升运动的异常经圈环流,从而使得东亚夏季风(包括南海季风和东亚副热带季风)整体偏弱。      

区域气候模式对我国中、东部夏季气候的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式RegCM3(ICTP,2004年)对1994、1997、1998年我国夏季(6～8月)气候进行了数值模拟试验,并对比分析了不同积云对流方案对降水场模拟结果的影响。结果表明:该模式能够较真实地描述出我国夏季温度场的主要高、低温中心及月际变化,但模拟的气温场偏低;选择不同的积云对流方案对降水的模拟结果影响很大,采用Grell积云对流方案模拟出的我国夏季降水场最接近观测场,较好地模拟出我国东部地区夏季主要雨带的大致位置及变化,但雨带的位置偏南、中心降水量值偏大;500 hPa位势高度场的模拟结果和实际观测场较为一致,但西风带的位置偏南,相应地副热带高压588位势什米线位置较观测场向东南偏移。     

青藏高原对亚洲夏季风爆发位置及强度的影响

通过数值模拟,研究了青藏高原位于不同经度位置时,亚洲夏季风的爆发和演变情况,从动力和热力学角度分析了青藏高原大地形对亚洲夏季风爆发位置的影响。结果表明,青藏高原的“热力滑轮”作用引起:高原东南面热带陆地上空的偏南气流加强,降水增加,凝结潜热加强;高原西南面热带陆地上空出现偏北气流,降水减弱,陆面的感热加热加强。青藏高原对于亚洲夏季风的爆发地点有锚定的作用,在热带海陆分布的背景下,使亚洲夏季风首先在高原东南面的海洋东岸—陆地西岸爆发,并使亚洲季风降水重新分布。     

局地海陆热力对比对南海夏季风爆发影响的数值试验

使用P-σ区域气候模式，通过两组海温异常下的数值试验和2个理想试验来初步探讨南海与中南半岛局地海陆热力对比对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬春季南海海温增暖使南海高低空均呈现出有利于季风环流形成的形势，促进南海夏季风的爆发；冬春季南海海温变冷的作用则基本相反。南海地区局地海陆热力对比是南海夏季风爆发的可能原因之一，这种局地的海陆热力差异叠加在大尺度的海陆热力差异作用之上，对南海季风在南海地区突发性爆发特征的形成起了一定的促进作用。     

青藏高原冬季积雪异常对东,南亚夏季风影响的初步数值模拟研究

利用一个耦合了简化的简单生物圈模式的大气环流谱模式（ＳＳｉＢ－ＧＣＭ），初步探讨了青藏高原冬季积雪异常对东、南亚夏季季风环流和降水的影响及其机理。结果表明，高原地区积雪增加将使随后地夏季东、南来季风明显减弱，主要表现为东、南亚季风区降水减少，索马里急流、印度季风的印度西南气流弱弱。另外，还提出欧亚大陆雪盖与整个高原雪盖和高原东部雪盖对东、南亚夏季风影响的敏感问题。与欧亚大陆雪盖相比，高原雪盖是影响