东亚季风和中国梅雨暴雨研究的评述

１９８年夏季长江继５４年以后再次发生全流域性洪水,江淮流域暴雨持续发生,暴雨的发生发展维持机理的研究再次引起全国气象工作者的关注和重视。本文主要介绍了中国气象学者在梅雨暴雨方面做过的一些工作,主要包括梅雨的早期研究,东亚季风的进展,持续性暴雨的研究等方面,指出东亚季风与中国梅雨期持续性暴雨之间存在必然联系,从东亚季风异常着手,一定可以在梅雨暴雨的研究上取得进展,并为暴雨的短期预报提供依据。     

中国梅雨影响因子的研究综述

本文主要回顾了中国气象学者对季风系统下的梅雨及梅雨的大尺度影响因子方面的主要研究进展,并总结了有关中国梅雨的划分与预测方面的最新研究成果。最后,本文还提出了有关梅雨影响因子及预测等方面值得进一步研究的问题。     

一个能反映梅雨现象的东亚夏季风指数

分析了东亚中纬度地区气候特点的特殊性,并针对此特性定义了一个衡量夏季风强度的指数.对其他东亚季风指数也进行了比较和分析,并针对1998年梅雨个例进行了讨论.这个新的东亚季风指数基本上满足了由Lau等提出的最佳季风指数的原则.该指数的特点为:(1)可以反映逐年季风活动的南北分布;(2)可以较好地描述梅雨现象,尤其对中国江淮梅雨有良好的指示意义,季风指数偏强时,梅雨量大,反之亦然;(3)它与东亚地区大范围的环流变化密切相关,当副高西伸,高纬度地区有阻高(或强脊)活动时属高季风指数,反之为低指数;(4)它也与前期厄尔尼诺现象有密切关联.     

热带气旋及相关天气系统对上海强梅雨的影响分析

通过对1996年和1999年上海强梅雨的分析,发现在强梅雨年的梅雨期内140°E以西的西北太平洋上无热带气旋(以下简称TC)活动,使副高脊线和梅雨锋得以持久稳定,造成长江中下游地区的长时间强(多)梅雨。研究还表明,强梅雨年的副高脊线比常年偏北1～4个纬距,梅雨量的多少与副高、西风带系统的强弱、系统稳定控制的时间长短及其系统相互作用的位置有关。     

有关江淮梅雨的研究回顾

梅雨异常与江淮地区的旱涝直接相关,其研究和预测一直是中国气象工作者的重要研究课题之一。主要回顾了国内外气象学家在江淮梅雨的出、入梅,梅雨与季风之间的关系,梅雨锋及其暴雨,以及梅雨的影响因子等方面取得的重要进展,并提出了值得进一步研究的问题。     

从中期天气过程看近几年长江中下游梅雨偏少的原因

长江中下游地区自2000年到2007年连续八年梅雨期降水偏少。本文从中期天气过程的角度分析了这八年不利于长江中下游梅雨的主要因子, 有东亚高空急流中准定常波动、 西太平洋暖池强对流活动和西北太平洋热带气旋活动。西太平洋副热带高压受这些因子的直接影响, 在中期时间尺度上副高环流形势发生变异, 从而造成长江中下游梅雨期的降水异常减少。在这八年的梅雨期中, 这些因子的特别异常, 更主要的由于它们的组合作用是导致近年来长江中下游梅雨偏少的直接原因。并且, 同样是长江中下游梅雨偏少, 不同因子的组合方式也影响着长江中下游梅雨偏少的降水异常分布背景。本文还初浅地讨论了在季节内预测长江中下游梅雨时对中期天气过程的参考。     

关于梅雨研究的回顾与展望

从梅雨的划分、梅雨的降水分型、梅雨与季风的关系及梅雨的影响因子几个方面,对前人的研究成果进行了回顾和讨论。最后,提出梅雨研究仍需解决的问题：（1）江淮流域梅雨季节的开始至今仍没有一个客观统一划定标准;（2）南海季风、印度季风等季风子系统对梅雨的影响大小及其机制尚需进一步研究讨论;（3）应针对梅雨季节内江淮流域不同的降水分布型,寻找其前期预兆信号进行深入研究;（4）应特别注意特定海温分布型对梅雨的影响,并从中找出影响梅雨的关键区域和影响的关键时段;（5）积冰和雪盖与梅雨异常的关系仍需进一步求证,影响机制还需进一步探索。     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

2016年01号台风“尼伯特”对一次梅雨期降雨影响的数值试验

本文应用分段位涡反演方法和中尺度WRF模式研究了2016年01号台风“尼伯特”对一次梅雨锋降水的影响,研究结果表明:减弱（增强）台风之后,降雨区的水汽通量增加7.34%（减少6.67%）,动能增加7.78%（减少5.36%）,对流有效位能增加6.66%（减少5.71%）。江淮地区降雨量出现累积降雨量增加10.21%（减少8.13%）。台风“尼伯特”在其加强、靠近中国大陆的过程中,迫使西太平洋副热带高压（简称副高）北抬东撤,阻碍了沿副高边缘输送至江淮地区的水汽和热量,间接导致该地区降水显著减少至消失;此外台风增强过程中,本体环流对于水汽和能量的消耗增大,导致孟加拉湾输送至江淮降雨区的水汽和能量的减少,直接导致梅雨锋降水过程中止。     

2005年江淮流域入梅偏晚的成因分析

2005年是江淮流域入梅偏晚年。利用NCEP／NCAR再分析资料、OLR资料和江苏省气象台提供的2005年逐日降水资料,对2005年江淮流域入梅前的异常环流形势进行分析,探讨了西太平洋副热带高压和低层中高纬冷空气的活动异常与东亚大槽、中西太平洋ITCZ以及东亚副热带高空西风急流等活动异常的关系。结果表明,入梅前,东亚大槽发展强盛,ITCZ偏弱以及东亚副热带高空西风急流强劲少动导致西太平洋副热带高压北抬偏晚。同时,东亚副热带高空西风急流的强劲少动也使南下冷空气势力强劲,中低层副热带锋区偏南,抑制了暖湿的东亚夏季风向江淮流域推进。东亚副热带高空西风急流和西太平洋副热带高压向北突跳偏晚是江淮流域2005年入梅偏晚的主要原因。     

2019年夏季东亚大气环流异常及对我国气候的影响

为更好了解2019年夏季（6—8月）我国主要气候异常特征及成因,利用气象要素站点资料和NCEP/NCAR再分析大气环流资料分析了2019年夏季降水、气温的时空分布和东亚大气环流特征,并初步诊断了长江中下游降水偏少的可能原因。结果显示,2019年夏季全国气温偏暖明显,降水总量接近常年,但旱涝分布有明显的空间差异,东部主要多雨区位于江南至华南及东北地区,云南和黄淮等地气象干旱长时间持续。东部季风区降水还呈现出明显的季节内变化,尤其是江南等地在夏季前期降水过程密集,涝灾严重,但后期急速减少,高温事件迅速爆发。华南前汛期和江南梅雨开始早结束晚。2019年夏季,欧亚中高纬度地区两槽一脊的环流形势非常明显。其中黄海至日本海持续维持的低槽造成夏季西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏西偏南。这一低槽也是长江中下游少雨和江南多雨的直接原因。其在夏季前期位置明显偏南,和副热带高压脊线南北位置的演变非常一致。但在夏季后期,随着这一低槽的减弱北移,副热带高压迅速北跳,也造成雨带从江南快速移动到北方地区。     

Changed Relationships Between the East Asian Summer Monsoon Circulations and the Summer Rainfall in Eastern China

In previous statistical forecast models, prediction of summer precipitation along the Yangtze River valley and in North China relies heavily on its close relationships with the western Pacific subtropical high (WPSH), the blocking high in higher latitudes, and the East Asian summer monsoon (EASM). These relationships were stable before the 1990s but have changed remarkably in the recent two decades. Before the 1990s, precipitation along the Yangtze River had a significant positive correlation with the intensity of the WPSH, but the correlation weakened rapidly after 1990, and the correlation between summer rainfall in North China and the WPSH also changed from weak negative to significantly positive. The changed relationships present a big challenge to the application of traditional statistical seasonal prediction models. Our study indicates that the change could be attributed to expansion of the WPSH after around 1990. Owing to global warming, increased sea surface temperatures in the western Pacific rendered the WPSH stronger and further westward. Under this condition, more moisture was transported from southern to northern China, leading to divergence and reduced (increased) rainfall over the Yangtze River (North China). On the other hand, when the WPSH was weaker, it stayed close to its climatological position (rather than more eastward), and the circulations showed an asymmetrical feature between the stronger and weaker WPSH cases owing to the decadal enhancement of the WPSH. Composite analysis reveals that the maximum difference in the moisture transport before and after 1990 appeared over the western Pacific. This asymmetric influence is possibly the reason why the previous relationships between monsoon circulations and summer rainfall have now changed.     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

利用1960—2020年江淮地区75个气象站逐日降水量、气温、相对湿度资料以及NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表温度资料，研究了东亚副热带夏季风进程变异对江淮梅雨的影响，揭示了不同类型梅雨期太平洋海温及大气环流异常特征。结果表明：8种江淮梅雨类型中，多雨型占45.9%，少雨型占54.1%，其中多雨型在前30 a占36.7%，后31 a占63.3%。江淮典型梅雨年（高温高湿多雨）的主要特征为安徽南部、江苏中部及湖北东部地区降水偏多，安徽南部、江西东北部及浙江西北部气温偏高，淮河流域湿度大；而在非典型梅雨年（低温低湿少雨）大部分地区雨量偏少，气温呈"东高西低"分布，低温中心区位于淮河中游，湿度呈"西大东小"分布。欧亚大陆中高纬度阻塞高压增强，脊前向南输送的西北气流加强且路径偏东，中国东北冷涡强度较强且位置偏西南，东亚大槽加深，槽后冷空气向南输送，有利于典型梅雨形成。当前期冬春季赤道东太平洋海温异常偏高，西太平洋海温异常偏低时，西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、脊线位置偏南、西伸脊点偏西，东亚副热带夏季风推进到江淮地区的时间偏早，出梅偏晚，梅雨期降水量偏多。     

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。     

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。     

Simulating the intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon by IAP AGCM4.0

ABSTRACT This study focuses on the intraseasonal variation of the East Asian summer monsoon （EASM） simulated by IAP AGCM 4.0, the fourth-generation atmospheric general circulation model recently developed at the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences. In general, the model simulates the intraseasonal evolution of the EASM and the related rain belt. Besides, the model also simulates the two northward jumps of the westem Pacific subtropical high （WPSH）, which are closely related to the convective activities in the warm pool region and Rossby wave activities in high latitudes. Nevertheless, some evident biases in the model were found to exist. Due to a stronger WPSH, the model fails to simulate the rain belt in southern China during May and June. Besides, the model simulates a later retreat of the EASM, which is attributed to the overestimated land-sea thermal contrast in August. In particular, the timing of the two northward jumps of the WPSH in the model is not coincident with the observation, with a later jump by two pentads for the first jump and an earlier jump by one pentad for the second, i.e., the interval between the two jumps is shorter than the observation. This bias is mainly ascribed to a shorter oscillating periodicity of convection in the tropical northwestern Pacific.     

Phase transition of the Pacific decadal oscillation and decadal variation of the East Asian summer monsoon in the 20th century

This paper focuses on the relationship between the phase transition of the Pacific decadal oscillation (PDO) and decadal variation of the East Asian summer monsoon (EASM) in the twentieth century. The first transition occurred in the 1940s, with an enhanced SST in the North Pacific and reduced SST in the tropical eastern Pacific and South Indian Ocean. In agreement with these SST changes, a higher SLP was found in most parts of the Pacific, while a lower SLP was found in the North Pacific and most parts of the Indian Ocean. In this case, the EASM was largely enhanced with a southerly anomaly in the lower troposphere along the east coast of China. Correspondingly, there was less rainfall in the Yangtze River valley and more rainfall in northern and southern China. An opposite change was found when the PDO reversed its phase in the late 1970s. In the tropical Indian Ocean and western Pacific, however, the SST was enhanced in both the 1940s and 1970s. As a result, the western Pacific subtropical high (WPSH) tended to extend westward with a larger magnitude in the 1970s. The major features were reasonably reproduced by an atmospheric general circulation model (IAP AGCM4.0) prescribed with observed SST and sea ice. On the other hand, the westward extension of the WPSH was exaggerated in the 1970s, while it was underestimated in the 1940s. Besides, the spatial pattern of the simulated summer rainfall in eastern China tended to shift southward compared with the observation.     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

入梅时间早晚直接影响梅雨期雨量的多寡,其准确预测对农业、交通和旅游业等气象服务具有重要意义。利用中国气象局2017年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究1981—2020年江淮梅雨入梅早晚的气候特征,分析亚洲夏季风对入梅日早晚的影响。结果表明：(1)江淮梅雨入梅日具有显著的年际变化特征,平均入梅日为6月21日,标准差为11 d,最早和最晚入梅日相差39 d。(2)入梅日与南亚夏季风SASM (South AsianSummer Monsoon)呈显著负相关,与东亚夏季风EASM (East Asian Summer Monsoon)呈正相关。强SASM年,南亚高压偏东,中高纬度高空急流偏南,江淮地区为水汽辐合区,有利于江淮区入梅偏早;强EASM年,西太副高偏北偏强,南风气流旺盛,水汽在华南和东北地区辐合,在江淮地区辐散,不利于梅雨的发生。(3)由于亚洲夏季风具有协同爆发的特点,强SASM－弱EASM协同年,平均入梅日较常年平均偏早4 d,与之相反的协同年入梅日偏晚11.6 d。强SASM－弱EASM年,江淮地区位于高空急流出口右侧,伊朗高压位置偏东,高空受小槽东移影响,低层南亚夏季风发展旺盛,水汽在江淮地区辐合,有利于入梅偏早。弱SASM－强EASM年,中高纬度高空急流轴偏北,江淮地区受脊前偏北气流控制,低层亚洲夏季风辐合区偏东,江淮地区仅为过路水汽通道,不利于江淮区入梅。故亚洲夏季风的强弱与协同发展对江淮梅雨入梅早晚具有一定的指示意义。

     

2018年南京梅雨异常特征及环流分析

利用自动站降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,结合江苏入、出梅指标对2018年南京梅雨进行讨论,分析导致当年南京梅雨异常的环流因子特征。结果表明：1）当年入梅偏晚、出梅正常,梅雨分布不均匀,总量偏少,其中南部异常偏少8成;2）前期南支槽活动频繁,副热带高压相比同期偏南,季节北跳偏迟,且南亚高压主体偏强,位置偏东偏北,导致入梅偏迟;3）入梅后,副热带高压大幅度北抬,南亚高压东伸明显,加之东北冷涡活动弱,使得冷暖气流交汇偏北,因此江苏沿江地区梅雨量偏少;4）南京地区的梅雨量与6-7月副热带高压的南北跨度具有显著的负相关;5）东亚夏季风偏强时,南京中北部地区的梅雨量很可能偏少。