Relationship Between East Asian Winter Monsoon and Summer Monsoon

Using National Centers for Environmental Prediction/National Centre for Atmospheric Research(NCEP/NCAR) reanalysis data and monthly Hadley Center sea surface temperature(SST) data,and selecting a representative East Asian winter monsoon(EAWM) index,this study investigated the relationship between EAWM and East Asian summer monsoon(EASM) using statistical analyses and numerical simulations.Some possible mechanisms regarding this relationship were also explored.Results indicate a close relationship between EAWM and EASM:a strong EAWM led to a strong EASM in the following summer,and a weak EAWM led to a weak EASM in the following summer.Anomalous EAWM has persistent impacts on the variation of SST in the tropical Indian Ocean and the South China Sea,and on the equatorial atmospheric thermal anomalies at both lower and upper levels.Through these impacts,the EAWM influences the land-sea thermal contrast in summer and the low-level atmospheric divergence and convergence over the Indo-Pacific region.It further affects the meridional monsoon circulation and other features of the EASM.Numerical simulations support the results of diagnostic analysis.The study provides useful information for predicting the EASM by analyzing the variations of preceding EAWM and tropical SST.     

秋季黑潮海温与东亚冬季风的相关联系

分析了秋季黑潮区域海表温度异常与东亚冬季风以及我国冬季气候的关系。结果表明：秋季黑潮区域海温与东亚冬季风指数有明显的正相关关系。当秋季黑潮区域海温偏高时，当年的东亚冬季风指数也偏高，即东亚冬季风偏强；反之，则当秋季黑潮区域海温偏低时，当年的东亚冬季风指数也偏低，即东亚冬季风偏弱；秋季黑潮海温升高，我国东北和华北地区气温上升，其他地区冬季气温降低，华南地区降温幅度最大。江淮流域及华南地区降水量明显减少。     

近百年东亚冬季风与ENSO循环的相互关系及其年代际异常

运用相关及滑动相关的计算技术，讨论了近百年东亚冬季风与ENSO循环的相互关系及其年代际异常。研究指出，东亚冬季风与赤道东太平洋海温的年际关系具有年代际的变化特征；季风与ENSO循环的关系受到季风的QBO以及季风-海洋的年代际背景场配置关系的共同作用；当季风与海洋的背景场处于同样状态时，强冬季风有利于第二年冬季赤道东太平洋的升温，产生El Ni?o事件；当两者的背景场处于反位相状态时，强冬季风对应于第二年冬季的La Ni?a位相。     

The Relationship between Melt Season Sea Ice over the Bering Sea and Summer Precipitation over Mid-Latitude East Asia

Independent datasets consistently indicate a significant correlation between the sea ice variability in the Bering Sea during melt season and the summer rainfall variability in the Lake Baikal area and Northeastern China. In this study, four sea ice datasets(Had ISST1, Had ISST2.2, ERA-Interim and NOAA/NSIDC) and two global precipitation datasets(CRU V4.01 and GPCP V2.3) are used to investigate co-variations between melt season(March-April-May-June, MAMJ)Bering Sea ice cover(BSIC) and summer(June-July-August, JJA) East Asian precipitation. All datasets demonstrate a significant correlation between the MAMJ BSIC and the JJA rainfall in Lake Baikal-Northeastern China(Baikal-NEC).Based on the reanalysis datasets and the numerical sensitivity experiments performed in this study using Community Atmospheric Model version 5(CAM5), a mechanism to understand how the MAMJ BSIC influences the JJA Baikal-NEC rainfall is suggested. More MAMJ BSIC triggers a wave train and causes a positive sea level pressure(SLP) anomaly over the North Atlantic during MAMJ. The high SLP anomaly, associated with an anti-cyclonic wind stress circulation anomaly,favors the appearance of sea surface temperature(SST) anomalies in a zonal dipole-pattern in the North Atlantic during summer. The dipole SST anomaly drives a zonally orientated wave train, which causes a high anomaly geopotential height at 500 h Pa over the Sea of Japan. As a result, the mean East Asian trough moves westward and a low geopotential height anomaly occurs over Baikal-NEC. This prevailing regional low pressure anomaly together with enhanced moisture transport from the western North Pacific and convergence over Baikal-NEC, positively influences the increased rainfall in summer.     

东亚季风近几十年来的主要变化特征

本文简要综述了关于东亚夏季风和冬季风近几十年来的主要变化特征的若干研究结果,特别是关于其年代际变化方面.夏季风及夏季气候的主要变化特征有:1970年代末之后东亚夏季风的年代际时间尺度的减弱以及相应的我国夏季降水江淮流域增多而华北减少、1992年之后我国华南夏季降水增多、1999年之后我国长江中下游夏季降水减少而淮河流域夏季降水增多、东亚夏季风和ENSO之间的年际变化相关性存在不稳定性.而关于东亚冬季风与冬季气候的主要变化特征有:1980年代中期之后东亚冬季风及其年际变率减弱、1970年代中期之后冬季风和ENSO的年际变化相关性较弱、近年来的北极秋季海冰减少对北半球冬季积雪增多有显著贡献、东北冬季积雪在1980年代中期以后增多.与上述变化有关的极端气候和物候都发生了多方面的变化.     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。     

近百年东亚冬季风的突变性和周期性

该文利用海平面气压场资料,计算了1873～1990年的东亚冬季风强度指数,并用滑动t检验和奇异谱分析方法（SSA）对近百年的东亚冬季风的突变性和周期性进行了研究。研究表明:东亚冬季风强度具有显著的年际及年代际变化。当冬季风强时,中国大部分地区温度降低,蒙古高压升高,阿留申低压加深。当冬季风弱时,天气及环流特点几乎与之相反。东亚冬季风存在QBO、LFO和IDO现象,各振荡分量都具有年代际的差别。     

ENSO冷暖位相影响东亚冬季风与东亚夏季风联系的非对称性

东亚冬季风（East Asian Winter Monsoon,简称EAWM）和东亚夏季风（East Asian Summer Monsoon,简称EASM）作为东亚季风系统的两个组成部分,他们之间存在显著的转换关系。前人的研究表明EAWM与次年EASM的转换关系只有在ENSO事件发生时才显著,然而这些研究都是基于ENSO对大气环流的影响是对称的这一假设下进行的。本文的研究表明EAWM和次年EASM的转换关系在ENSO冷暖事件中存在着明显的不对称性。通过将EAWM分为与ENSO有关的部分（EAWM_EN）和与ENSO无关的部分（EAWM_RES）,我们发现在强EAWM_EN年（即La Ni?a年）,在西北太平洋会存在一个从冬季维持到次年夏季的气旋性环流异常（the anomalous western North Pacific Cyclone,WNPC）,从而造成EASM偏弱;而在弱EAWM_EN年（即El Ni?o年时）,在西北太平洋会存在一个从冬季维持到次年夏季的反气旋性环流异常（the anomalous western North Pacific anticyclone,WNPAC）,从而引起次年EASM偏强。比较而言,WNPAC的位置比WNPC的位置偏南,且强度更强,因而在El Ni?o年能够引起次年EASM更大幅度的增强。造成这一不对称联系的主要原因是热带太平洋和印度洋异常海温的演变差异。在强EAWM_EN年,热带太平洋的负海温异常衰减地较慢,使得在次年夏季仍然维持着显著的负异常海温;相反,在弱EAWM_EN年,热带太平洋的正海温异常衰减地较快,以至于在次年夏季的异常海温信号已经基本消失,但此时印度洋却有着显著的暖海温异常。海温演变的差异进一步造成了大气环流的差异,从而导致EAWM与次年EASM联系的不对称性。     

冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系分析

利用美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心(NCEP/NCAR)1948/1949~2012/2013年的逐日再分析资料,从年际变化和季节内演变两种时间尺度分析了冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系。结果表明,从年际变化角度,东亚冬季风综合指数(EAWMII)与冬季乌拉尔山阻塞频数显著相关,且两者的线性趋势与周期一致。当乌拉尔山阻塞频繁发生时,对流层中层西伯利亚反气旋异常,东亚大槽加深;对流层低层表现为贝加尔湖及东亚沿岸北风显著加强,中亚和东亚大部分地区地表温度降低,东亚冬季风较常年加强。乌拉尔山阻塞的由强盛到崩溃的过程对应着西伯利亚高压由加强到减弱东移的季节内演变,850 h Pa风场对应为异常北风由贝加尔湖以北逐渐影响至低纬度菲律宾以东的演变特征。     

东亚冬季风的演变特征

文章主要讨论了东亚冬季风和冷涌的演变特征，并与南亚作了对比，发现在东亚地区，冬季风演变主要表现为10月中旬经向环流的突变及9月初、11月中旬和1月末对流层低层温度的3次突变；而在南亚地区，经向环流的变化不如东亚地区明显，而且高层要先于低层变化，对流层低层温度存在2次突变。在整个冬季，东亚地区冷涌的演变过程，主要表现为南海地区冷涌在12月份出现最高频率，而西太平洋冷涌在1月份出现最高频率；南亚地区冷涌在12月份出现最高频率，但远小于东亚地区且衰减速度很快。另一个不同点是东亚地区的冷涌强度是往上衰减的，而南亚地区的冷涌强度则是往上增强的。这说明东亚冬季风和南亚冬季风的性质有较大的区别。     

2014/2015年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

2014/2015年东亚冬季风强度较常年同期略偏弱,季内冬季风强弱转换阶段性特征明显,初冬强度偏强,隆冬和后冬转为偏弱。受其影响,冬季全国大部分地区气温较常年同期偏高,但季内变化显著,初冬冷、隆冬和后冬暖。进一步研究表明,冬季风强度偏弱与2014年9月北极海冰范围偏大（去线性趋势）有关,前期北极海冰偏大不利于西伯利亚高压偏强,进而导致冬季风偏弱和冬季气温偏高。中部型尼尔尼诺(El Ni〖AKn~D〗o)和太平洋十年振荡(PDO)暖位相的配合是造成冬季风强度偏弱的另一个重要外强迫。PDO位相在El Ni〖AKn~D〗o事件对东亚冬季风的影响中起调制作用,赤道中太平洋暖海温有利于偏南风距平控制我国东部及东部沿海地区,东亚冬季风强度偏弱,当PDO暖位相和El Ni〖AKn~D〗o事件协同作用时,东亚地区大气环流对El Ni〖AKn~D〗o事件的响应更加显著。东亚冬季风的季内变化则与大气对中部型El Ni〖AKn~D〗o事件的响应过程有关。     

2013/2014年东亚冬季风异常偏弱的可能成因

2005年之后东亚冬季风连续7年强度偏强,而2013/2014年冬季,东亚冬季风强度突然由强转弱,原因可能与前期秋季北极海冰的异常有关,受2013年秋季北极海冰异常影响,冬季西伯利亚高压偏弱,进而导致东亚冬季风偏弱以及我国气温偏高。季内,东亚冬季风强度变化显著,前冬偏弱,后冬偏强。受冬季风季节内变化影响,我国前冬暖、后冬冷;此外,前冬暖、后冬冷还受到北太平洋上空阻塞高压的异常活动影响,北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西,导致东亚地区经向型环流加强,改变了前冬以纬向型为主的环流,前冬高纬地区堆积的冷空气向东亚地区侵袭。加之,前冬我国气温偏高,导致后冬我国多地降温显著,气温由偏高转偏低。而阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。     

南海夏季风爆发与前期东亚冬季风异常的关系以及ENSO的作用

基于ERA-interim再分析资料采用相关分析研究了东亚冬季风和南海夏季风爆发的关系,并探讨了ENSO在其中的作用。结果表明,弱冬季风之后的南海地区5月有异常东风、降水偏少,对应于夏季风爆发偏晚;强冬季风之后则相反;但上述关系并不十分显著。进一步利用线性回归将东亚冬季风分为与ENSO有关和无关的部分,对于与ENSO有关的冬季风,上述冬季风-夏季风爆发的关系的显著性有明显提高;但与ENSO无关的冬季风和夏季风爆发并无显著联系。这说明冬季风-南海夏季风爆发的关系主要是由与ENSO有关的冬季风造成的。这一关系可以用ENSO激发的菲律宾异常反气旋或气旋来解释,以弱冬季风之后夏季风爆发偏晚为例:El Ni?o事件一方面激发出菲律宾异常反气旋,使得冬季风偏弱;另一方面又引起热带印度洋增暖,由于局地海气相互作用正反馈和印度洋电容器效应,菲律宾异常反气旋得以维持到晚春。该异常反气旋及其南侧的异常东风不利于南海夏季风的爆发,从而导致夏季风爆发偏晚。     

2012/2013年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

东亚冬季风目前处于年代际偏强的气候背景下,2012/2013年东亚冬季风强度指数(EAWM)为0.83,连续第六年强度偏强。2012/2013年冬季,北极涛动(AO)指数维持负位相,导致全国平均气温较常年同期略偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因,前期海冰范围的减少有利于冬季欧亚大陆北部的海平面气压出现正异常,致使西伯利亚高压的偏强,有利于冷空气南下我国。而西伯利亚高压和东亚冬季风季内变化主要是受平流层环流异常信号影响,1月中旬前后,北半球高纬地区平流层位势高度出现明显正异常并迅速下传影响对流层中低层,造成西伯利亚高压和冬季风季内阶段性偏弱。     

Low- and Mid-High Latitude Components of the East Asian Winter Monsoon and Their Reflecting Variations in Winter Climate over Eastern China

The present study defines a low-latitude component (regionally averaged winter 1000-hPa V-winds over 10 25°N, 105 135°E) and a mid-high-latitude component (regionally averaged winter 1000-hPa V-winds over 30 50°N, 110 125°E) of the East Asian winter monsoon (EAWM), which are denoted as EAWM-L and EAWM-M, respectively. The study examines the variation characteristics, reflecting variations in winter climate over eastern China, and associated atmospheric circulations corresponding to the two components. The main results are as follows: 1) the EAWM-L and EAWM-M have consistent variation in some years but opposite variations in other years; 2) the EAWM-M index mainly reflects the extensive temperature variability over eastern China, while the EAWM-L index better reflects the variation in winter precipitation over most parts of eastern China; and 3) corresponding to the variation in the EAWM-M index, anomalous winds over the mid-high latitudes of East Asia modulate the southward invasion of cold air from the high latitudes and accordingly affect temperatures over eastern China. In combination with the variation in the EAWM-L index, anomalous low-latitudinal winds regulate the water vapor transport from tropical oceans to eastern China, resulting in anomalous winter precipitation. These pronounced differences between the EAWM-L and the EAWM-M suggest that it is necessary to explore the monsoons' individual features and effects in the EAWM study.     

东亚冬季风对秋、冬季SSTA响应的数值试验

利用NCAR CCM2模式，通过设计多组数值试验方案，研究了东亚冬季风对赤道中东太平洋、中纬度太平洋秋、冬季SSTA的响应。模拟结果表明，东亚冬季风对秋、冬季太平洋SSTA均存在一定的响应，但冬季风对SSTA的响应存在显著的季节和海域差异，并表现出不同的异常响应形态。东亚冬季风对秋季SSTA的显著响应区域位于中纬度太平洋地区，该区域的SST的持续异常，可以引起欧亚、北美地区冬季大气环流的异常，并伴随有明显的EU型和PNA型波列特征，秋季中纬度太平洋SST持续异常偏冷（暖），能够引起有利于强（弱）东亚冬季风的环流异常。而冬季风对冬季SSTA的响应则为赤道中东太平洋和中纬度太平洋SSTA共同作用的结果，在两个区域SSTA的同时强迫下，大气环流表现出类似PNA及WP型波列分布的异常响应特征，赤道中东太平洋的正（负）的SSTA及中纬度太平洋负（正）的SSTA，将导致弱（强）冬季风的发生。     

我国南方持续性低温与东亚冬季风“北弱南强”模态的关系

本文研究了南方持续性低温事件的环流特征,并讨论了它与冬季风南北反相模态的关系。南方持续性低温过程与寒潮过程不同。与寒潮过程相比,南方低温事件持续时间较长,发生频率较低。寒潮过程中,中高纬度环流以波列状槽脊形势为主。而南方低温事件中,中高纬度以大型斜脊斜槽为主要影响系统。大型斜脊斜槽导致冷空气主要以西方路径为主,中纬度为平直气流所控制。东亚大槽向北收缩,日本南部地区为正高度距平控制,它对冷空气东移起了阻挡作用,使得南方地区长期处于冷空气控制,造成极端低温主要出现在黄河以南地区。同时,活跃的南支扰动也显著影响南方持续性低温的发生。东亚冬季风通常被视为一个整体。近年来的研究指出,除了南北一致变化模态,冬季风还存在南北反相变化模态。在南方持续性低温事件中,地表风场距平表现出南北变化反相的特征,即北方为偏南风距平控制,南方为偏北风距平控制。这与冬季风分布的南北反相变化的特征相一致。这种类型与北风相联系的南方降温并不是由高纬度强冷空气南下造成的。个例分析的结果也验证了上述结果。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

South China Sea Monsoon Experiment （SCSMEX） and the East Asian Monsoon

The SCSMEX is a joint atmospheric and oceanic experiment by international efforts, aiming at studying the onset, maintenance, and variability of the South China Sea (SCS) summer monsoon, thus improving the monsoon prediction in Southeast and East Asian regions. The field experiment carried out in May-August 1998 was fully successful, with a large amount of meteorological and oceanographic data acquired that have been used in four dimensional data assimilations by several countries, in order to improve their numerical simulations and prediction. These datasets are also widely used in the follow-up SCS and East Asian monsoon study. The present paper has summarized the main research results obtained by Chinese meteorologists which cover six aspects: (1) onset processes and mechanism of the SCS summer monsoon; (2) development of convection and mesoscale convective systems (MCSs) during the onset phase and their interaction with large-scale circulation; (3) low-frequency oscillation and teleconnection effect; (4) measurements of surface fluxes over the SCS and their relationship with the monsoon activity; (5) oceanic thermodynamic structures, circulation, and mesoscale eddies in the SCS during the summer monsoon and their relationship with ENSO events; and (6) numerical simulations of the SCS and East Asian monsoon.     

Stationary Wave Activity Associated with the East Asian Winter Monsoon Pathway

The pathway of the East Asian winter monsoon(EAWM) that usually leads to the out-of-phase pattern of surface air temperature between northern and southern East Asia is an important feature in the variability of the EAWM besides its strength.Using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts 40-year(ERA40) reanalysis dataset,this study investigates the pathway-related stationary wave activity to explore the mechanism of the interannual variations in the EAWM pathway.It reveals that when the southern pathway of the EAWM is strong,the phase of the climatological stationary wave tends to be shifted westward significantly in both the horizontal and vertical directions by an anomalous wavenumber 2 pattern at mid-latitudes,whereas the changes are relatively small in the subtropics.The horizontal changes in the stationary wave phase facilitate a north-south-oriented East Asian trough in the middle troposphere that eventually produces the strong southern pathway of the EAWM.The vertical changes in the stationary wave,in contrast,feature a westward-tilted phase line with height over the North Pacific,indicating enhanced upward propagation of waves into the stratosphere.This result suggests that the phase of stationary waves at mid-latitudes dominate the interannual variations in the EAWM pathway.Moreover,it supports our previous interpretation of the possible role of the North Pacific sea surface temperature(SST) in the EAWM pathway variability.It also implies that the excitation of anomalous mid-latitude stationary waves may be the key in the response of the EAWM pathway to the North Pacific SST.