东亚冬季风指数及其对东亚大气环流异常的表征

基于月平均NCEP/NCAR再分析资料、CMAP全球降水资料及中国台站降水和冷空气资料,首先概括了东亚冬季风环流系统的主要成员,并对基于这些环流系统定义的有代表性的4种东亚冬季风指数进行了比较分析。结果表明,4种指数具有比较一致的年际和年代际变化特征,相互间都为显著正相关,表明各指数都能较好地反映出其他环流系统成员的异常。功率谱分析结果显示,所有东亚冬季风指数均具有3—4年的年际变化周期和6.5年周期及9—15年的年代际变化周期。此外绝大部分指数在20世纪80年代之后都有线性减弱的趋势。所有季风指数都能够很好地反映“强(弱)冬季风年,低层西伯利亚高压偏强(弱),阿留申低压偏深(浅),副热带北风气流偏强(弱),东亚副热带地区气温偏低(高),中层东亚大槽偏深(浅)及高层副热带西风急流偏强(弱)”的基本特性。但各指数与冬季影响中国的冷空气次数间均无很好的对应关系。另外,绝大多数指数与东亚地区夏季降水也有较好的滞后关系,表明冬季风不仅对同期环流系统存在作用,而且还可能影响到夏季。     

前、后冬的东亚冬季风年际变异及其与东亚降水的关系

利用ERA-Interim的再分析资料和NOAA海温、降水量等资料对前、后冬的东亚冬季风的年际变异特征及其与东亚降水的关系进行对比分析,并讨论了热带和中高纬系统影响东亚冬季风变异的相对重要性。前冬的东亚冬季风变异的主导模态为东亚全区一致变异型,即一致的北风偏弱或偏强;其次为南部变异型,主要表现为在我国南方-南海北部的东北风偏弱或偏强。而后冬的东亚冬季风变异的主导模态则为南部变异型,其次为东亚全区一致变异型。从前冬到后冬,东亚冬季风的主要变异模态的次序出现交叉更替。前、后冬的冬季风主要模态以年际变化为主,但后冬主导模态还显示出冬季风有变强的趋势。前、后冬的东亚冬季风的主导变异模态也影响东亚降水异常的位置。在前冬,冬季风异常主要影响我国华北、渤海-黄海海域以及朝鲜半岛和日本南部区域的降水异常,而后冬的冬季风异常则主要导致我国东南地区及其东侧附近的西北太平洋海区的降水异常。前冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态都受到印度洋-太平洋海温和中高纬环流系统共同的影响;后冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态则分别主要受ENSO和中高纬系统的影响。      

亚洲急流与冬季风的关系及其对中国气候的影响

利用NCEP\NCAR逐月再分析资料和中国台站逐日观测数据,采用奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析等方法,研究冬季亚洲高空急流的配置与冬季风的关系及其对地面气候的影响.结果表明,青藏高原至亚洲东部沿海的副热带急流强(弱),高纬的温带急流弱(强)时,中国中、东部大范围地区气温偏低(高);中东急流强(弱),东亚副热带急流偏南(北),温带急流东南部较弱(强)时,西南气温偏低(高),东北气温偏高(低),中、东部地区冬季降水偏多(少).结合水平风场的变化,副热带地区出现西风异常弱,温带出现东风异常时,有利于东亚大槽加深并向南扩张,低层偏北风加强,东亚冬季风增强,而青藏高原反气旋环流被削弱,冷高压减弱,相应的高原季风减弱.高、低纬急流区纬向风的差异较大时,加强了急流对低层冷、暖空气交绥的引导和汇聚的作用.东亚季风指数(EAMI)与高原季风指数(PMI)在冬季多呈负相关.冬季风异常期间,若副热带急流偏强,温带急流偏弱,高纬的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵,有利于中国大部分地区降温,降水减少;反之,低纬的暖湿气流受到北侧急流引导而向北输送,导致中国大部分地区升温,降水偏多.     

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。     

前、后冬的东亚冬季风年际变异及其与东亚降水的关系

利用ERA-Interim的再分析资料和NOAA海温、降水量等资料对前、后冬的东亚冬季风的年际变异特征及其与东亚降水的关系进行对比分析,并讨论了热带和中高纬系统影响东亚冬季风变异的相对重要性。前冬的东亚冬季风变异的主导模态为东亚全区一致变异型,即一致的北风偏弱或偏强;其次为南部变异型,主要表现为在我国南方-南海北部的东北风偏弱或偏强。而后冬的东亚冬季风变异的主导模态则为南部变异型,其次为东亚全区一致变异型。从前冬到后冬,东亚冬季风的主要变异模态的次序出现交叉更替。前、后冬的冬季风主要模态以年际变化为主,但后冬主导模态还显示出冬季风有变强的趋势。前、后冬的东亚冬季风的主导变异模态也影响东亚降水异常的位置。在前冬,冬季风异常主要影响我国华北、渤海-黄海海域以及朝鲜半岛和日本南部区域的降水异常,而后冬的冬季风异常则主要导致我国东南地区及其东侧附近的西北太平洋海区的降水异常。前冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态都受到印度洋-太平洋海温和中高纬环流系统共同的影响;后冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态则分别主要受ENSO和中高纬系统的影响。     

高原冬季风及热带太平洋海温对西南地区冬季气温的影响

利用1979~2008年西南地区115个测站逐日气温资料和NCEP/NCAR R2日平均再分析资料,通过相关分析和合成分析,讨论了高原冬季风季节内变化特征及其与西南地区冬季气温之间的关系。结果表明:高原冬季风指数和同期西南地区冬季平均的逐日气温呈反相关关系。高原冬季风偏强、偏弱时,对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当高原冬季风偏强时,同期东亚冬季风偏弱,Nino3.4区海温偏高,对流层从高层到低层环流场形势均不利于西南地区冬季低温;当高原冬季风偏弱时,同期东亚冬季风偏强,Nino3.4区海温偏低,对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区冬季低温。      

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料，分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N，127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u₂₀₀平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N，100°~115°E与区域30°~40°N，100°~115°E的平均u₂₀₀之差的标准化值)，这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动，二者相关系数为-0.48，通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系，而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系，并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明:当西风急流强度偏强时，西风急流位置偏北，此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升，在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散，引起低层气压下降，所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高，北太平洋高度值降低，东西向气压差加大的形势，同时东亚大槽偏强，海陆气压差加大和东亚大槽偏强，导致冬季风强度偏强，引起我国从北到南的陆面降温，同时30°~40°N低层有下沉气流，使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少；当西风急流强度偏弱时，西风急流位置偏南，整个东亚地区存在南风异常，东亚冬季风较弱，在25°N附近有上升气流，此时华南和内蒙古、华北降水偏多，内蒙古地表温度偏高。     

华南冬春季连续性降水异常的成因分析

根据1959 ～2010年华南逐月降水资料、全球月平均高度场、风场和海表温度等资料,采用合成分析的方法,对华南冬春季连续性降水异常的可能原因进行了初步分析.结果表明:华南冬、春降水的影响系统各不相同,冬季偏旱(涝)年东亚大槽较常年偏强(弱),冬季风偏强(弱),西北太平洋海温偏暖(冷);春季偏旱(涝)年孟加拉湾以北的南支槽偏弱(强),东太平洋海温异常偏冷(暖).影响冬、春季降水的系统之间又不是绝对独立的,在一定程度上存在着相互联系,乌拉尔山阻塞高压偏强,哈德莱环流偏强会导致冬春季持续性降水偏少.西北太平洋海温持续偏暖易导致冬春连旱,热带东太平洋海温持续偏暖易导致冬春连涝.     

一个适用于描述中国大陆冬季气温变化的东亚冬季风指数

利用1951年1月-2007年2月的NCEP V1格点资料和中国台站观测资料,定义了一个冬季风环流指数(IEAWM),并分析其与中国冬季气温和东亚大气环流变化的联系.结果表明该指数能够很好地反映东亚冬季风系统各成员的变化,兼顾北方和南方的环流状况和东西部热力差异的影响,改进了原有冬季风指数大多针对单一的冬季风环流成员及对中国冬季气温变化反映能力的不足,能够很好地反映中国冬季平均气温的异常变化.分析表明,当该指数为正值时东亚冬季风偏强,对应着地面西伯利亚高压和高空东亚大槽均偏强,东亚地区对流层中层的高-低纬度之间的纬向风经向切变加强,有利于中高纬度冷空气向南侵入,导致中国大陆地区气温偏低,反之亦然.IEAWM的年代际变化表明东亚冬季风在1985年之前偏强,1985年之后明显偏弱,这与1985年之后中国冬季变暖是一致的.     

欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季大气环流的显著联系

地表植被覆盖的变化能通过改变陆面参数,以及生地化循环过程,对区域和全球气候产生重要影响.文中利用1982-2002年欧亚大陆春季归一化植被指数(NDVI)和欧洲中期数值天气预报中心再分析资料,采用奇异值分解分析方法,研究欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季大气环流的关系.结果表明,贝加尔湖以西区域(55°-65°N,60°-100°E)春季植被状况与东亚夏季大气环流存在显著联系.当春季该区植被指数偏高时,在对流层高层从巴尔喀什湖、贝加尔湖至日本北部,以及中国华南和中南半岛上空存在显著的纬向风正异常,中国华北地区和江淮地区以北为显著负异常,异常中心自北向南依次为"正-负-正"分布,说明东亚夏季200 hPa西风急流轴偏南;相应的在对流层中层15°-25°N地区西风偏强,伴随偏强上升气流,而在25°-42°N地区西风偏弱,并且在32°N附近存在显著下沉气流;在对流层低层,中国江淮流域以北、华北及贝加尔湖以东地区存在明显的反气旋型风场异常,而华南存在东北风异常.这种环流特征说明东亚夏季风偏弱,雨带偏南,并且使得中国华南降水偏多,华南以北大部分地区降水偏少,同时中国东南以及青藏高原东南部温度偏低,而中国北方以及江淮流域温度偏高.欧亚大陆春季植被状况与东亚夏季风的显著关系为东亚夏季风预测提供了有用的帮助.     

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     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

有关南半球大气环流与东亚气候的关系研究的若干新进展

南半球大气环流是全球大气环流的重要组成部分,也是影响气候变化和亚洲季风系统的一个重要因素.中国气象学家很早就注意到南半球大气环流对东亚夏季风降水的影响.近年来,有关南半球气候变率的研究目前正受到世界气象学家越来越多的关注.南半球中高纬大气资料的丰富及南极涛动的确定,使得认识南半球高中纬环流的年际变动规律及其与东亚气候关系成为可能.本文主要介绍近年来有关南极涛动的年际变化与沙尘天气发生频次及东亚冬春季气候的关系,古气候资料揭示的南极涛动与华北降水的关系,以及南半球大气环流与长江中下游夏季降水的关系和南极涛动变率的可预测性等方面的研究进展.并对未来研究方向作了初步的展望.     

冬春亚洲大气环流与华北中部夏季降水的相关分析

利用1957~2002年的NCEP/NCAR 500 hPa再分析资料以及同期华北地区夏季降水资料,分析了华北中部夏季降水与前期环流的关系。结果表明:夏季华北中部降水的多少与冬季东亚槽强弱、春季巴尔喀什湖到贝加尔湖的蒙古高原地区高度场呈显著相关。20世纪80年代中期以前冬季东亚槽偏强、春季蒙古高原地区高度值偏低;80年代中期之后冬季东亚槽开始转弱、春季蒙古高原地区高度值偏高。这与华北夏季降水的演变趋势相对应。说明冬季东亚槽的减弱以及春季蒙古高原地区高度值偏高是近年来华北夏季降水减少的原因之一。冬季东亚槽强对应夏季西太平洋副高在日本海地区高度呈偏强趋势,有利华北中部夏季降水偏多;春季蒙古高原地区高度值偏高有利于华北夏季出现西高东低形势,华北中部夏季降水易偏少。     

太阳活动11年周期对ENSO事件海温异常演变和东亚降水的影响

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、海温、降水和反映太阳活动强弱的太阳10.7 cm射电流量资料,研究了1952～2010年太阳活动11年周期对ENSO年海温异常演变以及与之相联系的东亚降水的影响,在此基础上着重分析了ENSO发展期秋季东亚地区降水异常对太阳射电流量高(HS)/低(LS)的不同响应以及相关的物理过...     

东亚副热带夏季风指数及其与降水的关系

文中利用1961~1999年NCEP/NCAR的月平均再分析资料和中国160站月降水资料,考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区的大气环流特征定义了一个简单的东亚副热带夏季风指数,研究了该指数与夏季大气环流和中国降水变率的关系,并与其他季风指数进行了比较。结果表明:文中所定义的季风指数表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以高指数为主,而80~90年代以低指数为主。该指数不仅能够较好地反映以蒙古为中心的东亚大陆热低压和西太平洋副热带高压的变化特征,还能够指示东亚副热带夏季风的强弱以及中国长江流域降水的异常变化。与西太平洋副热带高压相比,蒙古低气压变化对长江流域的雨带变动有更大影响。当该季风指数较低时,蒙古低压和西太平洋副热带高压偏弱,中国大陆对流层低层盛行异常北风,高层主要盛行异常西南风。而低层的异常北风表示了东亚中纬度地区较强的冷空气活动,这可以使长江流域梅雨锋区的辐合和上升运动加强,造成长江流域降水增加。     

北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响?

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。