东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心“西移”较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心“西移”较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

模式大气中的年代际变化

用１９４５～１９９３年ＣＯＡＤＳ ＳＳＴ强迫ＡＧＣＭ进行了连续４９年的模拟积分,分析了模式大气中的年代际变化,并和ＮＣＥＰ再分析资料进行了比较。结果表明,模式大气中,无论是热带太平洋风场,还是中、高纬大气环流均存在显著的年代际变化;ＡＧＣＭ基本上能较好地模拟热带太平洋和中、中纬大气环流年代际信号的是分布和时间变化趋势;从时间变化上盾,热带太平洋风场的模拟结果要好于中、高纬大气,说明ＳＳＴ仍然是膨响     

论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化

本文是以新的资料和研究结果对东亚夏季风的基本特征、驱动力和年代际变化所作的重新分析与评估。内容包括四个部分:（1）东亚夏季风的基本特征;（2）东亚夏季风的驱动力;（3）东亚夏季风的年代际变率与原因;（4）东亚夏季风与全球季风的关系。结果表明:东亚夏季风是亚洲夏季风的一个重要有机部分,主要由来源于热带的季风气流组成,并随季节由南向北呈阶段性推进,它是形成夏季东亚天气与气候的主要环流和降水系统。驱动夏季风的主要强迫有三部分:外部强迫、耦合强迫与内部变率,其中人类活动引起的外强迫（气候变暖、城市化、气溶胶增加等）是新出现的外强迫,它正不断改变着东亚夏季风的特征与演变趋势。海洋与陆面耦合强迫作为自然因子是引起东亚夏季风年际和年代际变化的主要原因,其中太平洋年代尺度振荡（PDO）与北大西洋多年代尺度振荡（AMO）的协同作用是造成东亚夏季风30~40年周期振荡的主要原因。1960年代以后,东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化,相应的中国东部夏季降水型出现了“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增”的转变。最近的研究表明,上述东亚夏季风年代际变化与整个亚非夏季风系统的变化趋势是一致的。在本世纪主要受气候变暖的影响,夏季风雨带将持续北移,中国北方和西部地区出现持续性多雨的格局。最后本文指出,亚非夏季风系统相比于其他区域季风系统更适合全球季风的概念。     

东亚-北太平洋偶极型气压场及其与东亚季风年际变化的关系

利用美国NCEP/NCAR的月平均再分析资料,研究东亚-太平洋地区地面气压的耦合模态与东亚副热带季风异常的关系,结果表明:在亚洲大陆和北半球太平洋之间气压场的偶极子模态主要反映了东亚地区东西向气压梯度的异常.从20世纪60年代到70年代中期,东亚-太平洋的这种偶极子表现为蒙古地区气压偏低和太平洋地区气压偏高的特征,而从20世纪70年代后期到90年代,则表现为蒙古地区气压偏高和太平洋地区气压偏低的特征.在偶极子指数值较高的年份,冬季(或夏季)蒙古高压(或蒙古低压)和太平洋阿留申低压(或太平洋副热带高压)较强     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。     

东亚夏季风年代际变化研究进展

简要回顾了东亚地区气候以及夏季风主要环流系统成员年代际变化的观测特征、数值模拟及其可能机理等方面的研究进展,并提出了东亚夏季风年代际变化数值模拟研究需进一步探讨的问题。     

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。     

Interdecadal Variability of the East Asian Summer Monsoon and Associated Atmospheric Circulations

Based on the National Centers for Environmental Prediction and National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data from 1950-1999, interdecadal variability of the East Asian Summer Monsoon （EASM） and its associated atmospheric circulations are investigated. The EASM exhibits a distinct interdecadal variation, with stronger （weaker） summer monsoon maintained from 1950-1964 （1976-1997）. In the former case, there is an enhanced Walker cell in the eastern Pacific and an anti-Walker cell in the western Pacific. The associated ascending motion resides in the central Pacific, which flows eastward and westward in the upper troposphere, descending in the eastern and western ends of the Pacific basin. At the same time, an anomalous East Asian Hadley Cell （EAHC） is found to connect the low-latitude and mid-latitude systems in East Asia, which strengthens the EASM. The descending branch of the EAHC lies in the west part of the anti-Walker cell, flowing northward in the lower troposphere and then ascending at the south of Lake Baikal （40°-50°N, 95°- 115°E） before returning to low latitudes in the upper troposphere, thus strengthening the EASM. The relationship between the EASM and SST in the eastern tropical Pacific is also discussed. A possible mechanism is proposed to link interdecadal variation of the EASM with the eastern tropical Pacific SST. A warmer sea surface temperature anomaly （SSTA） therein induces anomalous ascending motion in the eastern Pacific, resulting in a weaker Walker cell, and at the same time inducing an anomalous Walker cell in the western Pacific and an enhanced EAHC, leading to a weaker EASM. Furthermore, the interdecadal variation of summer precipitation over North China is found to be the south of Lake Baikal through enhancing and reducing strongly regulated by the velocity potential over the regional vertical motions.     

An East Asian Subtropical Summer Monsoon Index and Its Relationship to Summer Rainfall in China

Using the monthly mean NCEP/NCAR reanalysis data and the monthly rainfall observations at 160 rain gauge stations of China during 1961 1999, and based on major characteristics of the atmospheric circulation over East Asia and the western Pacific, a simple index for the East Asian subtropical summer monsoon （EASSM） is defined. The relationship between this index and summer rainfall in China and associated circulation features are examined. A comparison is made between this index and other monsoon indices. The results indicate that the index defined herein is reflective of variations of both the thermal low pressure centered in Siberia and the subtropical ridge over the western Pacific. It epitomizes the intensity of the EASSM and the variability of summer rainfall along the Yangtze River. Analysis shows that the Siberian low has a greater effect on the rainfall than the subtropical ridge, suggesting that the summer rainfall variability over the eastern parts of China is to a large extent affected by anomalies of the atmospheric circulation and cold air development in the midlatitudes. Taking into account of the effects of both the Siberian low and the subtropical ridge can better capture the summer rainfall anomalies of China. The index exhibits interannual and decadal variabilities, with high-index values occurring mainly in the 1960s and 1970s and low-index values in the 1980s and 1990s. When the EASSM index is low, the Siberian low and the subtropical ridge are weaker, and northerly wind anomalies appear at low levels over the midlatitudes and subtropics of East Asia, whereas southwesterly wind anomalies dominate in the upper troposphere over the tropics and subtropics of Asia and the western Pacific. The northerly wind anomalies bring about frequent cold air disturbances from the midlatitudes of East Asia, strengthening the convergence and ascending motions along the Meiyu front, and result in an increase of summer rainfall over the Yangtze River.     

Interdecadal Variability of East Asian Summer Monsoon Precipitation over 220 Years （1777-1997）

In this study, long-term (1777–1997) precipitation data for Seoul, Korea, wetness indices from eastern China, and modern observations are used to identify the interdecadal variability in East Asian summer monsoon precipitation over the last 220 years. In the East Asian monsoon region, two long-term timescales of dry–wet transitions for the interdecadal variability and quasi-40-and quasi-60-year timescales are dominant in the 220-year precipitation data of Seoul, as well as in the wetness indices over China....     

The Second Decadal Leading Mode of East Asian Summer Monsoon Rainfall

The first decadal leading mode of East Asian summer rainfall （EASR） is characterized by rainfall anomalies along the East Asian subtropical rain belt. This study focuses on the second decadal leading mode （2DLM）, accounting for 17.3% of rainfall decadal vari- ance, as distinct from the other two neighboring modes of EAMR, based on the state-of-the-art in-situ rainfall data. This mode is characterized by a South-China-wet-Huaihe- River-dry pattern, and is dominated by a quasi-30-yr pe- riod. Further analysis reveals the 2DLM corresponds to an enhanced lower-level monsoon jet, an eastward extension of the western North Pacific subtropical high, and a weakened East Asian upper-level westerly jet flow. The Tibetan Plateau surface temperature and Pacific Decadal Oscillation （PDO） are closely linked with the 2DLM. The regressed SST pattern indicates the PDO-like pattern of sea surface temperature anomalies may have a telecon- nection relationship with the 2DLM of EASR.     

嘉兴夏季降水与副高的年际年代际变化关系分析

为了定量描述副高变化及其与嘉兴夏季降水的关系,在500 hPa高度场上选择一个特定的关键区定义了一个副高指数,分析发现该指数既存在大于45年周期、准9~16年的年代际变化周期,也存在4年和准2年的年际变化,与降水间存在很好的相关关系,可以作为预测降水的一个重要因子。嘉兴夏季降水与西北太平洋副热带高压在1980年前后发生了一次同期的年代际尺度跃变。1980年以前,副高强度明显偏弱,主体偏东,嘉兴夏季降水偏少;而1980年以后则反之。     

近57a夏季西太平洋副高面积的年代际振荡及其与中国降水的联系

利用1951—2007年NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心160站降水和环流特征指数,研究了近57 a来夏季平均的西太平洋副热带高压面积指数的气候变化特征及其对同期中国降水的影响。结果表明,在全球变暖的气候背景下,夏季副热带高压面积也表现出增大趋势,其中20世纪60年代中期和20世纪末显著增强,并呈现出准20 a的年代际周期变化特征。各周期中,中国同期降水及流场均出现较大调整：随着西太平洋副热带高压面积长期趋于增大,东亚夏季风异常偏弱,降水分布由＂北多南少＂转为＂北少南多＂,而降水线性增长的区域则呈现出较上一周期明显北移的特征。     

The Influence of Regional SSTs on the Interdecadal Shift of the East Asian Summer Monsoon

East Asia has experienced a significant interdecadal climate shift since the late 1970s. This shift was accompanied by a decadal change of global SST. Previous studies have suggested that the decadal shift of global SST background status played a substantial role in such a climatic shift. However, the individual roles of different regional SSTs remain unclear. In this study, we investigated these roles using ensemble experiments of an atmospheric general circulation model, GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) AM2. Two kinds of ensembles were performed. The first was a control ensemble in which the model was driven with the observed climatological SSTs. The second was an experimental ensemble in which the model was driven with the observed climatological SSTs plus interdecadal SST background shifts in separate ocean regions. The results suggest that the SST shift in the tropics exerted more important influence than those in the extratropics, although the latter contribute to the shift modestly. The variations of summer monsoonal circulation systems, including the South Asian High, the West Pacific Subtropical High, and the lower-level air flow, were analyzed. The results show that, in comparison with those induced by extratropical SSTs, the shifts induced by tropical SSTs bear more similarity to the observations and to the simulations with global SSTs prescribed. In particular, the observed SST shift in the tropical Pacific Ocean, rather than the Indian Ocean, contributed significantly to the shift of East Asian summer monsoon since the 1970s.     

东亚夏季风环流和雨带的季节内变化

基于常规气象要素资料及变差度方法, 分析了东亚夏季风环流的演变特征, 发现东亚地区在夏季期间存在两次明显的次季节突变, 主要表现为西太平洋副热带高压 (副高) 的两次东退北跳, 第一次是在6月中旬, 第二次是在7月下旬。由于副高与雨带密切相关, 雨带在演进过程中也呈现出两次明显的突跳, 分别对应于江淮流域至日本一带梅雨期以及中国华北和东北雨季的开始。较第一次北跳而言, 副高的第二次北跳更为明显。副高的第一次北跳主要受南海地区对流活动加强的影响, 而第二次北跳则是暖池对流活动与高纬地区环流共同作用的结果。暖池地区向东北方向传播的Rossby波列以及高纬地区东传的Rossby波通过锁相作用使得副高强烈北跳。此外, 副高与其西部边缘凝结潜热的相互作用导致副高发生季节内的低频振荡。 风场变差度的分析表明, 高纬地区对流层中低层环流的调整随着夏季季节进程逐渐减弱, 这与中高纬地区温差的变化有关。而高纬地区高层环流的调整在夏季后半期随着高度的增加却逐渐增强, 这与高层环流从夏到冬的季节变化有关。从风场相似度的变化上还可以看到, 副高第二次北跳后东亚地区呈现出明显不同的环流状态。 南半球环流对于南海及暖池地区对流活动的增强有重要影响。6月中旬, 南海与暖池地区对流活动的增强是由于南海西边界西风加强并向东扩展造成的, 这与马斯克林高压 (马高) 的加强密切相关。而在7月中旬, 澳大利亚高压 (澳高) 的增强使其东北部的越赤道气流加强, 南半球大量冷空气侵入到暖池地区, 加强了暖池地区的不稳定性以及低层的辐合, 从而使暖池地区的对流活动增强。但在夏季前半期, 暖池对流活动也可调制澳高强度与其东北部越赤道气流强弱的关系, 使得二者呈现出相反的变化趋势。南半球冬季期间, 澳高在振荡中减弱, 这与澳洲大陆下垫面温度及上游马高的能量频散有关, 前者影响澳高的变化趋势 (减弱), 而后者影响澳高的低频振荡。