东亚冬季风异常与全球大气环流变化：Ⅰ.强弱冬季风影响的对比研究

利用ＥＣＭＷＦ资料挑选出一个强冬季风年（１９８６年）和一个弱冬季风年（１９８０年）,通过个例分析对各种气象要素场及中高纬度大尺度环流在强弱冬季风年的差异特征进行比较。分析结果表明：东亚冬季风是全球大气环流的一个重要组成部分,冬季风异常关联着全球环流的异常;这种异常不仅在中高纬度环流中表现出来,而且在热带地区大尺度流场上尤为显著,强终冬季风所对应的长波槽脊分布,低纬对流特征,三维流场结构都是截然不同     

冬季风异常与环流的隔季相关：——东亚冬季风研究之二

用两个强度截然不同的亚洲冬季风年,研究了冬季风异常与全球环流特别是低纬地区环流的关系。指出由于冬季风异常所带来最大的变化发生在热带太平洋地区。强冬季风年中,西太平洋暖池区的对流及上升运动加强。中东太平洋信风也较强。使西太平洋Walker环流远强于弱年。这些主要特征具有明显的季节持续性;与冬季风异常相应的低纬大尺度环流异常一直持续至春季和夏季。从自冬至夏的季节过渡看,它们之间也有较大的差别。强冬季风年所对应的未来夏季的降水及季风强度都与弱冬季风年截然不同。冬夏环流之间存在较好的隔季相关。海温对于冬季风异常有很明显的响应。强冬季风造成的低纬流场异常极有利于太平洋海温西高（暖池区）东低（东太平洋）的异常分布,大体与LaNina的海温型一致。而弱冬季风年则相反,这种特殊的海温型也有持续性,它可以持续至夏季。这必将反过来影响后期的天气和环流。因此,冬季风异常在海气相互作用中起了重要的作用。对多个个例的合成分析所得的结论与个例分析的完全一致。     

东亚冬季风异常与全球大气环流变化 II.冬季风异常对全球热带海温变化的影响

作为冬季风研究系列中的第II部分,首先对第I部分中的强弱冬季风个例所对应的海温状况进行对比研究。然后,利用中国气象局的46年历史资料挑选出多个强弱冬季风个例进行合成分析,以进一步探讨个例分析中的一些主要结果。最后,引用奇异值分解方法来诊断分析冬季风异常对海温的影响。分析结果表明:冬季风异常不但造成了同期大尺度环流形势的差异,而且对后期环流和天气状况也有较大的影响;环流异常的持续性与海温异常的持续性密切相关,海温可能是维持这种持续异常的中介,它在冬夏季环流的隔季相关中起了重要的作用。     

东亚冬季风异常与全球大气环流变化 Ⅱ.冬季风异常对全球热带海温变化的影响

作为冬季风研究系列中的第Ⅱ部分,首先对第Ⅰ部分中的强弱冬季风个例所对应的海温状况进行对比研究。然后,利用中国气象局的４６年历史资料挑选出多个强弱冬季风个例进行合成分析,以进一步探讨个例分析中的一些主要结果。最后,引用奇异值分解方法来诊断分析冬季风异常对海温的影响。分析结果表明：冬季风异常不但造成了同期大尺度环流形势的差异,而且对后期环流和天气状况也有较大的影响;环流异常的持续性与海温异常的持续性密切相关,海温可能是维持这种持续异常的中介,它在冬夏季环流的隔手相关中起了重要的作用。     

欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响I. 观测研究

利用ECMWF 1979～1993年2.5°×2.5°的网格点积雪深度资料、中国气象局整编的海平面气压、500 hPa高度场和NCEP再分析资料,探讨了欧亚冬季积雪异常对同期大气环流的影响.结果表明:(1) 欧亚中高纬冬季积雪面积与同期大气环流具有密切的联系:积雪面积为正(负)异常时,冬季500 hPa高度场对应正(负)欧亚-太平洋(简称EUP)遥相关型,东亚冬季风活动偏强(弱).(2)诊断结果表明,积雪异常与大气环流之间的密切联系在一定程度上反映了冬季积雪的异常分布可能对大气EUP遥相关型和东亚冬季风活动产生影响.(3)SVD分析得到的冬季积雪的异常分布与同期大气环流的耦合模态,证实了前面所得结果.     

Nino C区秋季海温异常对东亚冬季大气环流的影响

研究了秋季赤道中东太平洋（Nino C区:0～10°S,180～90°W）的SST异常对东亚冬季大气环流的可能影响。在揭示二者联系的基础上,通过分析海温异常所引起的500hPa高度、经向风及纬向风的异常特征,探讨了秋季海温异常影响东亚冬季大气环流的可能途径。研究发现,Nino C区秋季SST异常,能够对东亚及西太平洋地区的大气环流及风场产生显著影响,进而影响东亚冬季风活动:秋季SST正（负）异常,引起西太平洋地区出现类似负（正）WP遥相关型的环流异常,中纬度纬向西风加强（减弱）,东亚及沿海地区出现异常南（北）风分量,经向风减弱（加强）,最终导致偏弱（强）的东亚冬季风活动。这是海温异常影响东亚冬季大气环流的一种可能途径。     

东亚冬季风环流异常与中国江淮流域夏季旱涝天气的关系

选取１９５１—１９９１年中的长江淮河流域夏季旱涝各１０年，对它们前期的中高纬大型环流形势，低纬环流特征，垂直环流强弱，热带海洋状况等进行了对比诊断分析，其结果如下：长江淮河流域夏季旱年前冬（１２—１—２月），欧亚中高纬呈经向型环流，东亚大槽较常年强且南伸，乌拉尔山及鄂霍次克海阻塞形势发展，寒潮活动频繁，东亚沿海中低纬冷涌活动强烈，至使该经度带上的跨赤道气流加强，而且使南海至菲律宾地区的对流活动趋于活跃。而涝年前冬则基本上为相反形势。本文的分析清晰地揭示了旱涝年前冬东亚冬季风环流存在着明显的差别，促使我们寻找冬夏季风活动的可能联系及物理机制。     

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。     

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\     

东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的大气环流系统,其活动有重要影响,其向南爆发可以越过赤道对澳大利亚夏季风起作用。但相对夏季风,人们对东亚冬季风的研究一直较少。作者首先利用Hadley中心近百年的北半球海平面气压场资料,改进提出了一个能更好表征东亚冬季风强度的指数,进一步分析研究了东亚冬季风的年际和年代际变化及其异常特征。其结果表明,东亚冬季风不仅存在着明显的年际变化,主要有准两年的振荡周期和5～7年左右的周期,还存在周期为25～30年左右以及周期为十几年的年代际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析的方法,还系统研究了东亚冬季风异常时的大气环流特征。对比分析表明,对应强、弱东亚冬季风,大尺度环流系统(蒙古高压、阿留申低压、500 hPa位势高度场等)的变化特征基本上呈反相分布;并且在强、弱东亚冬季风年,赤道地区的Hadley环流和Walker环流也出现基本反相的异常分布特征;而且赤道西太平洋有西(东)风异常出现,菲律宾以东有异常气旋(反气旋)性环流。在对异常东亚冬季风诊断分析的基础上,用一个大气环流模式（GCM）模拟了异常东亚冬季风的活动。通过对数值模拟结果的强、弱东亚冬季风进行对比分析发现,在强、弱东亚冬季风时,北半球中高纬度大气环流的结构会出现明显的变化和调整;同时,热带地区大气环流也有显著的差异。数值模拟和资料分析结果有较好的一致性,从而进一步揭示了东亚冬季风的变化和异常特征。     

东亚冬季风强度的统计预测方法研究

利用1961～2008年NCEP再分析和NOAA延长重构的月平均海温资料, 基于海气系统关键区的前期信号分析, 建立了一个东亚冬季风强度的统计预测方法。东亚冬季风强度与前期 (9～10月) 黑潮及其延伸区和热带西印度洋海温异常 (SSTA) 密切相关。强东亚冬季风活动与黑潮及其延伸区正SSTA和热带西印度洋负SSTA相对应。东亚冬季风强度还和一个前期 (10月) 北半球环流型存在显著相关, 其中环流型的活动中心分别位于北太平洋中部、 太平洋东北部、 北美和北大西洋。文中探讨了这三个预测因子对东亚冬季风强度的预测意义, 并揭示了其影响东亚冬季风活动的可能物理过程。该预测方法的历史拟合率和试报准确率较高, 可用于东亚冬季风强度的定性预测。     

东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常

利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。     

冬季热带西太平洋海平面气压与后期亚洲夏季风的关系

利用月平均的NCEP/NCAR再分析资料(1958-1996),基于一个新的冬季热带西太平区域环流指数,研究了冬季热带西太平洋环流的极端异常及其随时间的演变。研究发现,冬季热带西太平洋环流异常与北半球亚洲大陆高纬度地区的气候变化有紧密的联系。随着季节发展,冬季出现在热带西太平洋的一个反气旋(气旋)环流异常逐渐向东北方向移动并向西扩展,其东西方向的轴线逐渐被拉长。因此,位于反气旋(气旋)环流异常南部的异常东风(西风)连续向西伸展到印度半岛,导致南亚夏季风减弱(增强)。同时,随着季节发展,源于热带西太平洋的气压异常逐渐移近并最终占据亚洲大陆,进而影响夏季亚洲大陆热低压。     

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。     

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.     

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。     

大气环流模式SAMIL模拟的夏季全球加热场和东亚夏季风

各国科学家一直致力于从理论和数值模拟上对季风系统进行全面地研究。本文根据“热力适应”理论, 从分析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的最新版本大气环流谱模式(SAMIL2.4.7) 对全球非绝热加热场的模拟性能出发, 分析并解释了SAMIL对东亚夏季风 (EASM) 子系统的模拟情况。通过与再分析资料Reanalysis-2 ( NCEP/DOE AMIP-II Reanalysis ) 对比分析发现, SAMIL能很好地模拟出夏半球副热带地区加热场的四叶型分布 (LOSECOD), 但模拟的各加热场在强度上存在一定的偏差, 主要表现在感热加热在大陆上普遍偏高, 而潜热加热在印度半岛两侧、西太平洋地区(尤其在南北纬10°) 偏高, 赤道带、中南半岛、中国南海等地区偏弱。而对EASM子系统的分析发现, SAMIL能很好地模拟南亚高压; 较好地模拟西太平洋副热带高压的主体, 但西太平洋 (30°N附近) 潜热偏强使得模拟的副高强度偏强、 西伸脊点过于偏西; 模式也能较好地抓住夏季西风急流的两个中心, 但中纬度潜热、 感热的模拟偏弱造成急流两中心风速均小于Reanalysis-2资料 10 m/s左右。进一步的讨论可知, 造成感热和潜热偏差的主要原因是模式中云参数化方案和积云对流参数化方案的不足, 改进模式中相关的物理参数化方案将是SAMIL后续发展的首要工作。     

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。