高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa (27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。     

高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa(27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。     

高原季风特征及其与东亚夏季风关系的研究

利用ERA-Interim的位势高度场、温度场和风场再分析资料,计算了1988-2017年的传统高原季风指数(Trational Plateau Monsoon Index,TPMI)和动态高原季风指数(Dynamic Plateau Monsoon Index,DPMI),分析了高原季风的空间分布特征和时间演变规律,结合东亚夏季风指数(East Asian Summer Monsoon Index,EASMI),探讨了高原季风与东亚季风的关系。研究表明:(1)高原夏季风从4月开始形成,暖性低值系统在高原上生成;6月暖性低压系统中心形成并达到最强,此时高原夏季风强度也达到最大;10月暖性闭合低压系统向东北方向移动且强度也随之减弱并退出,高原夏季风结束。(2)DPMI和EASMI具有明显的年际变化特征,在关键年高原夏季风和东亚夏季风的强度表现一致。(3)中纬度受东亚季风所影响区域的位势高度场和青藏高原区域的位势高度场均处于同一正相关区域,而且超前两个月的DPMI同EASMI的相关系数最大,表明高原夏季风对东亚夏季风具有一定的指示意义。(4)东亚夏季风经圈环流受高原温度场变化的影响而移动,高原夏季风的低压系统与高原温度场关系密切。     

青藏高原隆升对春、夏季亚洲大气环流的影响

利用全球大气环流谱模式R42L9,进行了有、无青藏高原大地形两种情况的10年积分,通过两个试验结果的比较,研究了青藏高原大地形对春、夏亚洲大气环流的影响。模拟结果表明：春季,青藏高原大地形对低层西风的阻挡引起了绕流,其北支气流加强了北方冷空气在高原东侧的南下;同时,作为一个弱热源,它的热力作用加强了高原南侧的南支西风气流,为华南地区输送了大量的暖湿空气。冷暖空气的交汇,加强了华南地区春季的降水。夏季,青藏高原强热源的存在,引起的低层气旋性环流,加强了青藏高原东侧的东亚夏季风,使其向北发展。盛夏,青藏高原“感热气泵（SHAP）”在南亚地区上空低层造成了负涡度和辐散异常,使南亚地区的夏季降水减少,南亚夏季风减弱;在对流层上层高原上宅形成负涡源,并通过遥相关加强了伊朗高压。     

青藏高原地面感热对北半球大气环流和中国气候异常的影响

在青藏高原地面感热通量的基本气候特征以及异常变化的空间结构和时间演变趋势研究的基础上,进一步就高原地面感热异常对北半球大气环流和中国气候异常的影响进行诊断研究,并利用IAP2-LAGCM对青藏高原地面感热异常的影响进行了数值试验.结果表明:冬季地面感热在青藏高原西部、藏南谷地、横断山地区异常偏强,中、东部异常偏弱时,可使北半球500 hPa高度场表现出较明显的EU型和PNA型;高原西部、青海中北部异常偏弱,高原中部及东南部异常偏强时,使北半球100 hPa高度场的年际差异加强;西部、南部为正,柴达木及青海东部地区为负时,则新疆南部、西北东部及江南地区少雨,全国大部地区气温偏高.夏季高原地面感热通量距平特征为西南、藏南谷地、横断山区偏强,高原大部(中心在青海南部)异常偏弱时,则500"a高度场上青藏高原南部(孟加拉湾)高度偏高,高原北部高度偏低,负值区在帕米尔;当感热通量距平特征为高原西南、藏南谷地、横断山区偏弱,高原大部异常偏强时,有利于南亚高压的建立与维持;当地面感热通量呈南正北负距平差异时,长江上游、黄河源头及西北地区东部和东北部分地区降水量比常年偏多,气温偏低,中国东部、南部降水偏少,气温偏高.通过数值模式进行的敏感性试验证实了大气环流及区域气候变化对青藏高原地面感热总体异常的响应.       

北半球大气环流及其冬季风的年代际变化对青藏高原冬季降雪的影响

对1961~2010年间北半球大气环流背景异常变化及其东亚冬季风指数(东亚大槽位置指数-CW、西伯利亚高压指数-SH)与青藏高原降雪之间在年代际尺度上的相关关系进行了分析,结果表明:北半球冬季行星波年代际尺度上的异常导致了青藏高原地区冬季降雪在年代际尺度上的变化,北半球行星波"冬三(波)"流型的年代际尺度变化是青藏高原地区冬季降雪年代际尺度上增加/减少的环流背景;青藏高原冬季降雪与东亚冬季风之间也存在着年代际尺度上的显著相关。相对于1961~1986年间的冬季风减弱,青藏高原地区冬季降雪量呈现出增加趋势。结果也指出,青藏高原地区的冬季降雪、CW和SH在1986年前后存在一次显著的突变;突变后北半球冬季三波流型明显增强,青藏高原地区的降雪也相应发生了由多到少的变化。     

青藏高原雪盖与东亚季风异常对华南前汛期降水的影响

应用华南25个站1954~1998年4~6月降水量资料以及有关青藏高原雪盖异常年份资料和东亚季风强度指数, 通过典型旱涝年前期对比诊断与相关分析, 指出青藏高原雪盖对华南前汛期降水的影响相当显著, 前冬春多 (少) 雪年有利于前汛期雨涝 (干旱); 典型旱、涝年前冬500 hPa中高纬环流特征显然不同, 主要表现在典型旱 (涝) 年北半球极涡强度显著偏弱 (强)、东亚大槽强度偏强 (弱); 东亚季风, 特别是冬季风的强弱变化, 对前汛期降水具有较强的指示意义。同时还发现, 在青藏高原西侧的伊朗高原及邻近地区冬季500 hPa高度升降变化, 可作为华南前汛期降水一个强的前期征兆信号。     

Interannual Variability of Snow Depth over the Tibetan Plateau and Its Associated Atmospheric Circulation Anomalies

The interannual variability of wintertime snow depth over the Tibetan Plateau(TP) and related atmospheric circulation anomalies were investigated based on observed snow depth measurements and NCEP/NCAR reanalysis data.Empirical orthogonal function(EOF) analysis was applied to identify the spatio-temporal variability of wintertime TP snow depth.Snow depth anomalies were dominated by a monopole pattern over the TP and a dipole structure with opposite anomalies over the southeastern and northwestern TP.The atmospheric circulation conditions responsible for the interannual variability of TP snow depth were examined via regression analyses against the principal component of the most dominant EOF mode.In the upper troposphere,negative zonal wind anomalies over the TP with extensively positive anomalies to the south indicated that the southwestward shift of the westerly jet may favor the development of surface cyclones over the TP.An anomalous cyclone centered over the southeastern TP was associated with the anomalous westerly jet,which is conducive to heavier snowfall and results in positive snow depth anomalies.An anomalous cyclone was observed at 500 hPa over the TP,with an anomalous anticyclone immediately to the north,suggesting that the TP is frequently affected by surface cyclones.Regression analyses revealed that significant negative thickness anomalies exist around the TP from March to May,with a meridional dipole anomaly in March.The persistent negative anomalies due to more winter TP snow are not conducive to earlier reversal of the meridional temperature gradient,leading to a possible delay in the onset of the Asian summer monsoon.     

MRI-CGCM模式对东亚夏季风的模拟评估及订正

本文利用CMAP月降水资料、NCEP再分析资料、NOAA的ERSST资料和日本气象厅海气耦合模式（MRI-CGCM）的输出结果,从东亚夏季风气候态、主模态和年际变率等方面分析了MRI-CGCM模式对东亚夏季风的预测性能,并且利用观测的东亚夏季风指数（EASMI）与模拟PC（principal component）的关系建立多元线性回归方程来订正EASMI（简称PC订正法）。结果表明:MRI-CGCM模式能够较好再现东亚夏季风降水和低层风场的气候态,但模拟的西北太平洋反气旋偏弱、偏东,使得模拟的副热带地区降水量偏小。模式较好地模拟出东亚夏季风降水第一模态（EOF1）及相应的低层风场,能够较好再现出EOF1对应El Ni?o衰减位相;模拟降水的EOF1与观测之间的空间相关系数（ACC）为0.72,且能较好地再现其对应的年际变率,其时间系数PC1与观测之间的相关系数为0.41,能模拟出观测EOF1的2 a和5 a主导周期;但模拟的我国以东梅雨锋区雨带位置偏南,这与模拟的西北太平洋反气旋位置偏南有关。模式对降水第二模态EOF2的模拟能力比EOF1明显下降,模拟EOF2与观测之间的ACC降到0.36;虽然模式能较好地再现出EOF2对应El Ni?o发展位相,但模拟的西太平洋反气旋位置偏南,使得雨带位置偏南,模拟的我国梅雨锋区雨带位于江南,与观测场上江南少雨相反。模式较好地模拟出我国东部夏季降水和气温空间异常分布和年际变化,模拟与观测夏季降水和气温的多年平均ACC分别为0.74和0.68。模式模拟我国东部、江淮流域和华南地区夏季降水多年平均PS评分分别为69、70和68分,略高于我国夏季降水业务预测多年平均评分（65分）。模拟的我国东部夏季气温与观测多年平均PS评分为74分。PC订正后EASMI与实况的相关系数由0.51提高到0.65、符号一致率由84%升到91%、标准差由0.75增大到1.4、大于1个标准差年数由6年变为12年,订正后在模拟变幅偏小和梅雨锋区雨带偏南等方面均有一定的改善,对应西太平洋反气旋位置和梅雨锋区雨带位置与实况较为吻合。     

青藏高原上空环流变化与其东侧 旱涝异常分析

应用奇异值分解（SVD）技术研究了青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区夏季降水场的时空结构及相互关系。结果表明: 第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期10～12月、1～4月青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区6～8月降水场具有显著的联系,前期高度场变化引起后期南亚高压状况异常,导致高原东侧地区旱涝灾害;高原东侧地区严重干旱（洪涝）年,其上空100 hPa高度场为负（正）距平控制; 高度场与降水场的这种非同步联系,时空相关显著,时间间隔长,物理意义明确,是高原东侧地区夏季旱涝异常的一种预测信号。     

移出与未移出高原的高原切变线背景环流对比分析

利用NCEP再分析资料,采用对比分析方法,对2000-2004年汛期（5～9月）青藏高原（下称高原）上高原切变线活动过程进行了普查和分类,并对移出与未移出高原的高原切变线的生成日,移出高原的高原切变线的移出日与未移出高原的高原切变线的强盛日的背景环流特征场进行了对比分析。结果表明,500hPa层上,两槽一脊的背景环流形...     

1995年北半球主要环流特征及其影响

１９９５年北半球大气环流的主要特征是：５００ｈＰａ西太平洋副热带高压异常偏强，初夏脊线位置偏南，盛夏偏北；亚洲西风带，春季经向环流发展，初夏东亚阻塞形势稳定，盛夏纬向环流盛行；５００ｈＰａ青藏高原位势高度夏半年偏高，冬半年偏低；北半球１００ｈＰａ位势高度低纬度持续偏高，中高纬度持续偏低，南亚高压偏强；１９９４年开始的厄尔尼诺事件于１９９５年３月结束。     

2008年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

2008年,尽管总体来看,全国天气气候的持续异常较弱,未发生大范围持续干旱和严重洪涝灾害,但依然出现了非常显著的天气气候异常特征,如全国平均年降水量比常年偏多,为近10年来降水最多的年份;夏季华南降水异常偏多,黄淮降水偏多;年平均气温偏高,但冬季气温偏低,年初南方遭遇罕见低温雨雪冰冻灾害;在南海和西太平洋生成的台风个数明显偏少,但是登陆台风偏多,初台异常偏早.分析发现,2008年赤道中东太平洋总体处在冷水位相,受海洋异常强迫和海气相互作用的影响,北半球大气环流表现出的主要特征是:500hPa西太平洋副高强度和位置变化较大;冬夏季风均偏强;冬春季西太平洋暖池区热带对流活动偏强,夏秋季则偏弱;1月份,亚洲中高纬度经向环流异常发展,2至4月份则以纬向环流为主,春季后期至秋季,经纬向环流的转换较快,环流的持续性较弱.这些环流异常是影响2008年中国气候异常的主要原因.     

一种东亚冬季风指数的环流意义及优化

论证了东亚冬季风环流指数IG与冬季蒙古高压强度和南北位置存在显著的同时相关,故IG本质上也是蒙古高压指数。在此基础上,构造了与IG结构相同的环流指数,从中筛选出一批优化的东亚冬季风指数IM。IM保持了IG结构简单、环流意义清晰的优点,且其格点选择更为合理,与中国同期气温负相关联系更强。因为定义IM的格点与蒙古高压关系密切,故IM也可称为蒙古高压指数。     

我国冬季气温年代际变化及其与大气环流异常变化的关系

利用我国160个台站50年(1951~2000年)的月平均温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,对我国从1951/1952~1999/2000共49个冬季(11月至次年3月平均)的气温进行经验正交函数(EOF)分解。第1模态表现为全国一致的增温或者降温,20世纪70年代中期以后,我国冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化;第2模态则表现为南北温度的反相关系,20世纪80和90年代,我国北部地区,特别是东北和西北的温度增加,而我国南部则温度降低。采用频谱分析方法提取我国冬季气温的年代际变化信号更清楚地反映出这些变化。而且这两种模态从20世纪80年代开始的正位相叠加使得我国冬季持续偏暖,在降水场没有显著变化的情况下,加剧了华北地区的干旱程度。对气温的年代际变化与大气环流的回归分析表明,我国冬季气温年代际变化的第1模态与半球尺度上的北极涛动(AO)的变化有密切的关系,它在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态;而第2模态则与中高纬大气环流中的一波结构联系密切,它在高度场上表现为一个准正压的太平洋和大西洋上反相的振荡模态。这就表明,我国冬季气温的年代际变化与大气环流中的基本气流及其扰动有密切的关联。作者还讨论了大气环流影响我国冬季气温年代际变化的可能机理,并指出进一步需要研究的问题。     

1998年5～8月青藏高原东部和邻近地区大气热源日变化特征及其与高原环流的关系

利用1998年5－8月“南海季风试验”期间观测站的探空及地面资料，计算并分析了高原及邻近地区大尺度大气热源和水汽汇的日变化特征及其与高原环流的关系。初步结果表明：中南半岛－高原东部的大气热源在早上弱，傍晚较强；南海北部－华南－华中的热源在早上强，傍晚弱。水汽汇的日变化与热源基本相似。傍晚高原东部上升运动明显增强，高原及其南侧的局地经向季风环流增强；高原东部下游地区傍晚的上升运动减弱或变为下沉，形成一个西升东降的局地日变热力纬向环流。1998年夏季长江中偏上游的致洪暴雨和华南的降水主要集中在夜间至午后。     

1999年北半球大气环流特征及其影响

１９９９年北半球主要环流特征为：５００ｈｐａ西太平洋副热带高压较常所明显偏弱,春、夏季副高位置异常偏东;东亚地区夏季５００ｈｐａ位势高度距平场上表现为北高南低,大陆高压较强。亚洲中纬度经、纬向环流交替出现,阶段性明显;冬季冷空气异常偏弱,东亚夏季风加强。冬、春季热带对流活动强盛,入夏以后迅速减弱。在Ｌa－ｎｉｎａ和大气 环流的共同影响下我国天气气候发生了明显异常。     

青藏高原及周围地区的平均垂直环流特征

为得到青藏高原及周围地区平均垂直环流的图像,更好地理解该地区的降水气候,利用美国NCEP/NCAR1961～1990年30年平均的ω、u、v、z等再分析格点资料,计算分析了该地区的平均垂直运动场和经、纬圈环流图,分析了它们的年变化特征和可能的原因.结果表明,该地区冬、夏半年的平均垂直运动场和经、纬圈环流有很大的年变化;揭示了夏季在西北干旱区和华北半干旱区分别存在干旱和半干旱经圈环流,夏季在高原325°N以南还存在巨大的向西纬圈环流等事实;也指出高原大气热源强度的年变化与随后高原及周边地区平均垂直环流的年变化联系密切.高原及周围地区的平均垂直环流特征也能较好地解释各地的降水气候.     

青藏高原春季土壤湿度异常与我国夏季降水的联系

利用 197-2014年 GLDAS-CLM(Global Land Data Assimilation System-the Community Land Mod-el)地表参量数据集、中国区域逐日观测资料格点化数据集(CN05.1)和ERA-nterim大气环流再分析数据,研究青藏高原5月(春季)土壤湿度的异常变化...     

春季高原南侧低层前季风经圈环流特征分析

使用美国NCEP/NCAR再分析Ⅱ提供的风场资料,分析了春季青藏高原南侧大气低层前季风经圈环流的气候特征、年际变化和存在的原因及其与季风环流、夏季500 hPa环流形势之间的联系和物理机制。结果表明:前季风经圈环流是青藏高原与低纬地区之间从冬季Hadley环流型到夏季季风环流型转换的一种过渡形势;它的建立、结束时间及强度都有明显的年际变化,这种变化与其后季风环流出现的时间有密切的联系:当前季风经圈环流结束偏早时,往往预示着季风环流会提早建立;前季风经圈环流的异常与随后夏季环流形势也有一定的关系:当前季风经圈环流建立偏晚时,夏季500hPa西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强,且西伸更为明显;它们之间的这种联系实际上反映了前冬、春季青藏高原积雪对两者的共同影响。