中国东部地区人为气溶胶影响东亚夏季风爆发和推进过程的数值模拟

使用一个高分辨率的公用大气环流模式(CAM5.1)研究我国东部地区人为气溶胶对东亚夏季风爆发和推进过程的影响。结果表明,CAM5.1模式能很好地模拟出南海夏季风爆发前后大尺度环流的季节性转变。南海夏季风在中国东部地区人为气溶胶的影响下提前2候爆发,并且可能是影响1993年后南海夏季风提前爆发的重要原因。人为气溶胶使得低纬度地区的东西风分界线在5月中旬明显向东扩展,南海地区出现显著的西/西南风差值气流,同时赤道纬向西风提前向北增强。人为气溶胶中硫酸盐和黑碳气溶胶含量的季节变化通过改变大气的热力结构,影响我国东部地区大气低层环流场,减弱夏季风前期北上的西南风暖湿气流,而相反地增强了其盛期在华北地区的偏南风分量,造成东亚夏季风北边缘从5月上旬—6月初缓慢北移至长江中下游地区,而后在7月中旬加速向北推进,且到达的最北位置要偏北1个纬度。     

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

青藏高原地形对东亚夏季风北缘影响的数值试验

使用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的大气环流谱模式SAMIL(R42L9),进行了有、无青藏高原对亚洲夏季风北边缘影响的数值模拟。结果表明,青藏高原大地形对夏季风北边缘活动有重要影响。有(无)高原时,其东侧的偏南风较强(弱)、较深(浅),向北扩展偏北(南),有(不)利于引导和加强夏季风北上,使北边缘偏北(南);同时,西太平洋副热带高压偏北偏西(偏南偏东),也有(不)利于夏季风向北深入我国大陆,从而使夏季风北边缘偏北(南)。与之相对应的夏季风降水区也偏北(南)。     

初夏环流与梅雨成因的探讨

着眼于东亚海陆热力强迫差异的影响,探讨了东亚初夏环流与江淮梅雨成因,结果表明：江淮流域夏季降水与前期地面气温的东亚纬向海陆热力差异相关;江淮流域初夏降水量与同期北半球５００ｈＰａ位势高度场的高相关区对应于入梅期“双阻”型环流系统,且最高相关系统为副热带高压。数值试验表明,东亚海陆热力强迫的差异与夏季风,梅雨阻塞系统的形成密切相关。研究结果提示了梅雨初期环流特征形成的机理与热力结构因素。     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

夏季副热带行星波动振幅变化与我国极端降水的关系

围绕夏季副热带行星波动的振幅异常,分析其与我国极端降水的关系,并探讨可能的影响机制。结果表明,北半球夏季行星波振幅强、弱年的差异主要表现在北太平洋副高和北大西洋副高的增强,并伴随着欧亚大陆的低压加深,即表现为海陆热力差异的增加和东亚夏季风环流的加强。在振幅强年,极端降水强度在我国北部明显加强,极端降水雨带异常偏北,而我国长江中下游流域极端降水则减弱,弱年则相反。伴随着增强的季风环流,在振幅强年水汽输送到达我国北部明显增强。同时,在大气低层我国绝大部分地区对流不稳定加剧;而在对流层中高层,我国北方地区斜压不稳定加剧,这都有利于振幅强年我国偏北部地区的极端降水偏强      

中国东部夏季风北界年际变化的东西差异及其影响因子

采用1958～2016年JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）月平均再分析资料,利用夏季平均的可降水量定义了东亚夏季风北界,通过谐波分解、回归分析、合成分析、波活动通量等分析方法,研究了东亚夏季风北界位置的年际变化特征和东西差异。根据各经度上夏季风活动北界位置年际变化的一致性可划分为华北区域（107.5°～115°E）和东北区域（122.5°～130°E）两个区域,两个区域夏季风北界位置的年际变化具有明显差别。两个区域的夏季风北界位置的异常偏北都与东侧的异常反气旋式水汽环流密切相关,与华北区域北界位置密切联系的异常反气旋式水汽环流位于黄海附近,与东北区域北界位置相关的异常反气旋式水汽环流则位于日本海北部。两个区域分别位于反气旋式环流西侧,受偏南风水汽输送影响,区域水汽输送以及辐合增强。影响华北区域的反气旋式异常与中高纬度波列的传播有关;影响东北区域夏季风北界位置偏南年与偏北年的反气旋式环流的可能成因存在非对称性,偏南年对应西北太平洋低纬度正异常高度场以及中纬度负异常高度场,可能受东亚—太平洋遥相关波列的影响;偏北年则对应着东北亚的正异常高度场,可能与局地增温有关。     

冬季黑潮延伸体异常增暖对东亚夏季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3全球大气环流模式数值试验，研究了冬季黑潮延伸体的海温异常增暖对东亚夏季风的影响。结果表明，冬季黑潮延伸体海温异常增暖将导致东亚夏季风增强北推。表征夏季风强度的EASMI（the East Asian Summer Monsoon Index）和LSTDI（the Land-Sea Thernal Difference Index）在夏季风爆发后都呈现了明显的增强趋势，且LSTDI对海温异常增暖的响应更为敏感。华北、南海和菲律宾以东的低空西南季风显著增强，副热带西风急流轴以北（南）西风加强（减弱）。日本群岛及周边海域和中国东部长江以南至秦岭一线的降水明显减少；华北、南海、东海、黄海和菲律宾以东的西太平洋上的降水增多。华北是东亚夏季风对黑潮延伸体的海温异常响应最敏感的区域。东亚地区近地面温度表现为一致的增温特征，而30～50 °N之间对流层的整体升温导致了海陆热力差异的加大，这是促使东亚夏季风增强的重要原因。中国及周边地区环流和降水异常分布和西北太平洋副热带高压增强北抬有关。     

100hPa环流特征与2005年梅雨异常的关系

2005年7月5日入梅,7月14日出梅,入梅晚,梅雨期短,梅雨量少,致使我国主要雨带位置不是如常年一样维持在江淮流域,而是在江南地区南部和华南地区。使用NCEP再分析资料,分析了100hPa环流特征与梅雨异常的关系。结果表明,6月份江南地区南部和华南地区多雨时期,100hPa南亚高压中心基本停留在青藏高原南部地区上空,120°E上脊线位置大致在21～26°N之间摆动,较常年同期明显偏南。7月份,高压中心位置北抬,但不够稳定;120°E上脊线位置较6月份略偏北。6—7月期间,120°E上的100hPa南亚高压脊线位置比500hPa西北太平洋高压脊线位置基本偏北5个纬度左右,100hPa南亚高压东段脊线与500hPa副高脊线南北摆动趋势一致,100hPa南亚高压东段脊线北侧附近地区相应是暴雨区位置。     

有关东亚夏季风北边缘的定义及其特征

采用欧洲中心(ECMWF)44年冉分析(ERA40)日总可降水量(TPW)资料,用标准化可降水量指数(NPWI)定义了夏季风北边缘,并进一步研究了亚洲夏季风北边缘的气候特征及其年际、年代际变化特征.结果表明,用标准化町降水量指数定义的夏季风北边缘在哑洲可以确定出印度夏季风系统和东亚夏季风系统;就夏季风北边缘的平均位置而言,其在100°E以西沿青藏高原南侧呈东一西走向,年际变化极小;在100°E以东呈东北-西南走向,从青藏高原东侧北上经西北地区东部、华北地区北部、东北地区西部延伸到东北亚地区,并存在明显的年际、年代际变化.     

澳洲大陆热力强迫对南北半球环流异常的影响效应

本文采用OSU-AGCM动力框架加入牛顿加热项构成的简化大气环流模式,研究澳洲大陆热力强迫与南北半球环流异常的相关关系。本文对不同平衡温度模拟结果的差异(偏差场)进行了分析,探讨某局地热力强迫对全球其它区域环流异常的影响效应.数值试验结果表明,南北半球海陆热力结构有利于两半球行星尺度经向环流的加强及其低纬跨赤道气流的形成:南半球澳洲大陆热力强迫可以通过东、西风带侧向藕合效应,显著地影响北半球中纬西风带急流状况;二维Rossby波能量频散径向传播可能足澳洲热力强迫与北半球常定环流系统的异常变化相关现象的重要成因,且澳洲大陆强迫产生的径向波列路经与PNA、EU型相似.     

两种反映东亚夏季风异常的指数的比较研究

本文利用文献^ [4]提出的一种新的反映东亚夏季风异常的海陆温差指数分析了夏季风异常时我国气温、降水异常以及东亚环流状况，通过分析指出，东亚夏季风偏强，则中国东部夏季气温偏高，江淮干旱，华北多雨；夏季风偏弱则夏季气温偏低，江淮多雨，易涝，华北少雨。通过两种夏季风指数的对比，海陆温差指数能更好地反映东亚夏季环流及天气气候异常。文中还指出，海陆温差指数能更好的反映夏季风异常的原因是它的定义方法更科学，更全面的反映东亚海陆热力差异，既包含了东亚纬向海陆热力差异的影响，又考虑了东亚经向海陆热力差异的因素，并用地表气温和海表温度差来表示海陆热力差，好于以往用海平面气压差来反映海陆热力差。     

1994年北半球环流特征及其影响

１９９４年北半球主要环流特征表现为：５００ｈＰａ副高明显偏强西伸，盛夏位置异常偏北；欧亚地区盛行伟向环流，北半球极涡向极地收缩，强度偏弱；盛夏东亚中纬地区维持稳定的高压脊，西风带锋区位置偏北；夏季１００ｈＰａ南亚高压强度偏强、位置偏北、东伸明显；热带海洋出现明显异常，一次新的厄尔尼诺事件形成。北半球大气环流和热带海洋的异常对我国天气气候产生了明显影响。     

利用CAM5.1模拟中国东部大规模城市化对东亚地区夏季大气环流及降水分布的影响

利用CAM5.1大气环流模式研究中国东部大规模城市化对东亚夏季大气环流及降水分布的影响。通过在模式中修改中国东部地区(22～42°N,110～125°E)城市比重的方法,探讨东亚地区夏季大气环流与降水等气象要素在一般城市化及极端城市化两种情景下的响应。结果表明:(1)CAM5.1模式能够很好地模拟出东亚地区夏季大气环流形势及降水分布。(2)城市比重增大后,晴空时地面吸收的净辐射增多,近地层气温升高,低层增温中心上空的大气由于受热产生上升运动,35°N以南的气流向增温区辐合,东亚夏季风出现增强的趋势,大量暖湿水汽往北输送,导致降水在中国北方地区增多而南方减少。(3)城市化的发展程度越高,它所产生的气候效应对各气象要素的影响就表现得越明显。     

1979年5月东南亚夏季风的建立和青藏高原的作用

东南亚夏季风开始于5月,它是大气环流向夏季环流过渡的一个重要阶段。本文用FGGE-IIIb全球网格点资料,分析1979年4月26日到5月25日,大范围（40°S～50°N,30～160°E）温度、湿度和风场变化特征,计算了垂直速度、辐散风场、热源和水汽汇收支,研究了东南亚夏季风的性质和来源,其中着重分析了青藏高原的热力和动力作用与东南亚夏季风建立的关系。东南亚夏季风建立的主要因素是中纬度的环流形势,来自热带海洋的西南气流和青藏高原的作用。东南亚夏季风开始时,高空大气环流发生调整,青藏高原上空为波脊,两侧为波槽。低空东南亚夏季风区的辐合气流有四个来源:1）同经度范围的偏南辐散风,2）高原南侧的偏西辐散风,3）高原东侧的偏北辐散风,4）西太平洋上的偏东辐散风。分析表明,东南亚夏季风降水受高原西南侧的中纬度西风带波动影响。低空西南气流来源于80～120°E的南半球热带地区,西南气流输送水汽并且加强低空辐合。主要的热源位于东南亚,主要是潜热释放形成的,它是驱动东南亚夏季风环流的主要机制。整个分析期,青藏高原是一热源,抬升的感热加热和动力作用形成和维持了高原上空的高压脊和两侧的波槽,从而有助于东南亚夏季风的建立。     

海陆分布和地形对大气垂直环流影响的诊断研究

本文利用GFDL10年平均的气候资料,分析了海陆分布和地形对大气中经圈和纬圈垂直环流的影响。文中提出了用运动学方法分别在P和σ坐标系中计算大气垂直运动ω或W的新方法。讨论了欧亚非洲季风的垂直环流特征,并与非季风区相应垂直环流围进行了比较。结果表明,在具有明显南北向海陆差异的经度上（如欧亚大陆所在处）,垂直的季风经圈环流具有较大的强度,且有明显的季节变化。而在只有海洋的经度上,垂直经圈环流较弱,季节变化不明显。在纬圈方向,垂直环流圈在海陆差异较大的北半球中高纬度带也比海陆差异较小的低纬和赤道地区复杂得多。地形的作用迭加于海陆热力差异的作用之上,加强了地形区和自由大气间的热力差异,使青藏高原和落基山脉所在的经度带内的垂直环流圈变得更加复杂,季节变化更明显。     

江南春雨形成机制的数值模拟

利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式(IPRC-RegCM)进行了一系列的数值试验,研究了青藏高原大地形和海陆热力差异对江南春雨的影响。在控制试验中,模式较好地模拟了3～4月江南春雨雨带及低层大气环流特征,由于受高原绕流作用产生的西南气流和西太平洋反气旋环流西北侧的西南气流的共同影响,在我国的江南地区形成大范围的降水雨带,即江南春雨。当在模式中去除青藏高原大地形后,高原东南侧的西南气流显著减弱,江南春雨雨带强度明显减弱,但由于受到西太平洋反气旋西北侧弱西南气流的影响,我国江南地区仍然维持一个较大的降水雨带。在模式中人为地将110°E以东,20°～35°N纬度带的海洋设置为陆地,即人为地减少海陆热力差异后,模式模拟的江南春雨明显减少。在模式的另一组试验中将海温提前61天,即人为地将海陆热力差异季节转换推迟,模式模拟的江南春雨雨带强度也明显减弱。以上模式模拟结果表明,我国江南春雨的形成不仅与青藏高原大地形有关,而且与东西向海陆热力差异有关。     

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。     

一个新的东亚副热带夏季风指数的定义

利用1958—2014年夏季NCEP/NCAR大气环流资料和中国486站降水观测资料,通过多种统计诊断方法,从与夏季中国东部3类不同雨型分布相联系的东亚高低层风场变化特征出发,依据与雨带变化密切联系的高层200 hPa纬向风定义了一个新的东亚副热带夏季风指数。分析表明,该指数不仅能反映夏季东亚大气环流的变化特征,兼顾北方冷空气活动和南方东亚夏季风环流变化,同时还能反映夏季中国东部降水南北差异的年际特征。强东亚副热带夏季风指数年,高层中纬度西风急流位置偏北,低层西太平洋副热带高压偏强偏北,有利于冷空气活动位置偏北和东亚东部西南暖湿气流向北推进,中国东部多以Ⅰ类雨型为主;弱东亚副热带夏季风指数年的环流变化刚好相反,中国东部多以Ⅲ类雨型为主。与现有东亚夏季风指数的对比分析表明,该指数在反映中国东部南北区域降水变化的差异方面有很大改进。