东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

一个气候系统模式FGCM0对东亚副热带西风急流季节变化的模拟

对IAP/LASG气候系统模式试验版(FGCM0)模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力进行评估, 分析FGCM0模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料的差异及其与对流层大气南北温差的关系.结果表明, FGCM0模拟的冬季和夏季西风急流垂直结构、水平结构和季节变化与NCEP/NCAR再分析资料基本一致, 但FGCM0模拟的东亚副热带西风急流在高原附近地区冬季和夏季都偏强, 沿115°E中国大陆地区上空模拟的急流强度冬季偏弱, 夏季明显偏强.夏季FGCM0模拟的急流中心位于高原东北部的40°N附近地区, 强度偏强, 位置偏东, 而此时NCEP/NCAR再分析资料中的急流中心却位于高原北侧.此外, FGCM0模拟的急流在5月份的北移和8月份的最北位置上与NCEP/NCAR再分析资料差异较大.分析副热带西风急流与对流层南北温差的季节变化发现, 急流出现的位置总是对应着对流层南北温度差较大区域, 与再分析资料相比, FGCM0模拟的温度差在冬季基本一致, 夏季差异较大.与降水的模拟相联系发现, FGCM0模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理具有密切关系.相关分析表明, 冬季西风急流强度与日本南部海区的感热通量、夏季与青藏高原地区的地面感热通量有明显的正相关关系, 而FGCM0能够较好地模拟冬季西风急流强度与地面感热通量之间的相关关系, 但模拟夏季青藏高原地区感热通量和副热带西风急流之间相关关系的能力相对较差, 夏季西风急流强度与OLR之间却有一定的关系.由于与强降水区相联系的OLR低值区对应着较大的对流凝结加热, 再加上模式中位于青藏高原东南部较大的地面感热加热, 增强了对流层的南北向温度差, 进而影响东亚副热带急流强度和位置.因此, FGCM0模拟的夏季副热带急流位置和强度偏差与高原附近地区的地面感热加热、大气射出长波辐射等的模拟偏差具有密切的关系.     

FGOALS模式对梅雨期东亚副热带西风急流变化特征的模拟

中国科学院大气物理研究所参与CMIP5项目的海—陆—气耦合气候系统模式（FGOALS）,能较好地模拟东亚副热带西风急流时空变化特征。FGOALS模式输出的1960~2005年风场再现了梅雨期东亚副热带西风急流气候态的三维结构,模拟出以120°E为界的急流海陆分布型,与NCEP/NCAR再分析资料风场空间分布一致,但FGOALS模式模拟的急流中心强度偏弱、位置偏北偏西。FGOALS模式也模拟出了ENSO年际演变过程中的海陆空间分布型,但对ENSO背景下西风急流强度、位置和形态演变过程的模拟与NCEP/NCAR再分析资料存在较大差异。基于热成风原理、地转风关系和波活动通量等研究了模式模拟急流位置和强度偏差产生的可能原因:FGOALS模式模拟的青藏高原加热效应偏弱、低纬度对流活动偏弱,导致对流层中上层上升运动偏弱和潜热加热减弱,使得中低纬度对流层中上层温度出现冷偏差、南亚高压偏弱,温度经向梯度和南亚高压北侧气压梯度力偏弱以及大气内部动力作用偏弱,从而造成急流中心强度和位置出现偏差。梅雨期西风急流空间分布型与长江中下游强降水落区有着密切联系,FGOALS模式模拟的西风急流中心强度偏弱和位置偏北偏西,模式输出的长江中下游地区降水量与观测值相比偏少。此外,FGOALS模式对ENSO背景下大气环流异常的模拟有待改善。     

冬季东亚副热带西风急流变化及其与海表温度的关系

利用1957-2002年ERA-40月平均再分析资料以及不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋和热带太平洋等)1950-2000年逐月观测海表温度,驱动NCARCAM3全球大气环流模式,根据模拟结果,分析讨论了冬季东亚副热带西风急流的变化特征及其与海表温度异常的关系.表明:1957-2001年冬季东亚副热带西风急流有增强的趋势,且具有准3 a的显著周期.热带海表温度异常,特别是热带太平洋海表温度异常对东亚副热带西风急流变化有重要影响,即当热带太平洋海表温度升高时,东亚副热带西风急流增强.     

P-σ区域气候模式对东亚副热带西风急流的数值模拟

为评估P-σ九层区域气候模式模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力,比较模式模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料之间的差异及其与对流层中上层大气南北温度差异的关系。结果表明,模式模拟东亚副热带西风急流的能力在洋面上空强于大陆上空,模拟低纬度急流的能力好于高纬度。模拟的东亚副热带西风急流垂直结构、水平结构和季节变化等的主要特征与NCEP/NCAR再分析资料基本一致,但模拟的急流强度全年偏弱。分析急流与对流层中上层经向温度梯度的季节变化发现,急流出现的位置总是对应着经向温度梯度较大区域,急流中心有随气温南北差异大值中心移动的趋势,急流中心与最大温差中心相对应,表明急流中心的位置变化是对气温南北差异季节变化的响应。与再分析资料相比,模拟的经向温度梯度比再分析资料偏小约2K/10纬距,与此相对应的模拟的急流中心风速偏小约10 m.s-1。由于大气温度变化与非绝热加热有关,进一步分析发现,模式模拟的夏季副热带急流偏差与东亚地区的地面感热及潜热等非绝热加热的模拟偏差具有密切的关系。     

夏季东亚西风急流扰动异常与副热带高压关系研究

利用1979—2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨夏季 (6—8月) 200 hPa东亚西风急流扰动异常与南亚高压和西太平洋副热带高压的关系。研究指出:夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 东亚西风急流位置偏南 (偏北)、强度偏强 (偏弱); 东亚西风急流扰动动能强弱不仅与北半球西风急流强弱和沿急流的定常扰动有关, 而且还与东亚地区高、中、低纬南北向的扰动波列有关, 亚洲地区是北半球中纬度环球带状波列异常最大的区域。夏季200 hPa东亚西风急流扰动动能加强 (减弱), 南亚高压的特征为位置偏东 (偏西)、强度加强 (减弱); 西太平洋副热带高压的特征为位置偏南 (偏北)。东亚环流特别是500 hPa西太平洋副热带高压对东亚西风带扰动异常的响应由高空东亚西风急流南侧的散度场及其对流层中下层热带和副热带地区的垂直速度距平场变化完成。     

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心“西移”较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心“西移”较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。     

夏季东亚副热带西风急流不同尺度波的特征分析

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和中国国家气象站20时的日降水量资料,分析在超长波、长波和天气尺度波的不同尺度纬向风场中,夏季东亚副热带西风急流的空间分布和活动特征,初步研究了不同尺度波的东亚副热带西风急流与典型梅雨异常年降水的关系,通过分析东亚副热带急流的周期性变化,进一步探讨本研究工作的实际应用价值。研究表明,超长波是东亚副热带西风急流扰动的主要成分,与急流位置的演变具有较高的一致性,对于梅雨期间的雨带位置和强度变化均有较好的指示意义;长波、天气尺度波是叠加在超长波上的次低频和中间尺度扰动,后者与梅雨强度的变化有一定对应关系。东亚副热带西风急流与其超长波的位置变化具有明显的单、双周振荡特征,在实际预报业务中可以充分利用超长波的周期性和较高预报技巧,为中期天气分析和预报提供更有价值的参考信息。      

东亚副热带西风急流季节变化特征及其热力影响机制探讨

利用1961-2000年NCEP/NCAR月平均再分析资料对东亚副热带西风急流强度和位置的季节变化进行了分析,指出急流位置季节变化不仅有明显的南北向移动,6-7月还存在东西方向的突变特征,同时急流轴在北进过程中具有东西向的不一致性,急流中心强度的变化超前于位置的南北移动.在此基础上,采用动态追随急流中心移动的方法,探讨东亚副热带西风急流季节变化的热力影响机制,发现东亚副热带西风急流强度变化及位置移动与对流层中上层气温南北差异的分布结构有很好的对应关系,这说明急流的季节演变是对辐射季节变化及由于东亚特殊的海陆分布和青藏高原大地形影响而造成纬向不均匀加热的响应.从各热量输送项与急流的关系来看,从冬半年到夏半年的增暖时段,急流中心南北温差减小,急流减弱北进;从夏半年到冬半年的降温时段,急流中心南北温差增大,急流加强南退.热量平流输送的经向差异是造成急流中心南北温差的主要原因,急流跟随热量平流输送最大经向梯度中心位置南北移动.非绝热加热对急流中心的东西移动有引导作用,青藏高原春夏季对对流层中上层强大的加热作用是导致6-7月急流中心位置西移突变的原因.     

初夏至盛夏东亚副热带西风急流变化与江淮出梅的关系

利用1961—2005年逐候资料对东亚副热带西风急流初夏至盛夏变化与江淮出梅的关系进行了分析。结果表明,多年平均7月初夏至盛夏急流中心由西太平洋地区西跳至青藏高原的同时我国东部地区急流北跳至37.5°N以北,比梅雨结束早1候;急流北跳使得我国东部高空强辐散中心北移至华北地区,江淮地区上空辐散显著减弱,上升运动减弱,从而使得江淮梅雨结束,雨带北移;而急流中心的西跳仅使得我国东部地区高空辐散中心减弱,降水减弱,有利于雨带北移。我国东部急流北跳与江淮地区梅雨结束时间显著正相关,在北跳偏早(晚)年份梅雨结束早(晚),长江中下游地区降水偏少(多),而急流中心西跳早晚对我国华北北部地区和淮河附近地区降水有较大影响。可见,我国东部急流北跳与梅雨结束关系密切,可作为梅雨结束的先期信号。     

对流层上层东半球副热带西风急流与副热带(南亚)高压的关系

用NCEP/NCAR月平均再分析资料对南亚高压和对流层上层西风急流的季节变化及盛夏两类型态进行对比。结果表明,南亚高压和西风急流中心都有从冬到夏的西移北进和从夏到冬的东退南撤,急流中心位于南亚高压中心北侧。东亚夏季风盛行期间南亚高压中心的北移提前于西风急流中心的北移,二者的强度呈反相的季节变化。一般情况下,伊朗高压对应西部急流型,青藏高压对应东部急流型。典型东、西部急流年份中高纬气温及高度场的差异表明气压梯度力强弱对比是急流东西型变化的主要原因,南亚高压的位置基本上决定了急流中心的型态,但由于南亚高压具有"趋热性",而急流的移动符合热成风的规律,因而二者的热力影响机制有所不同。     

Projection of the East Asian westerly jet under six global warming targets

东亚高空急流(简称急流)对夏季东亚地区的天气和气候有着重要影响。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,预估了急流在6个全球变暖阈值(1.5℃,2.0℃,2.5℃,3.0℃,3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。结果表明东亚高空西风在1.5℃阈值下略微减弱。在2.0℃阈值下,西风在急流轴(约40°N)南侧增强,北侧减弱。这种变化趋势在2.5℃和更高的变暖阈值下愈加明显,使急流轴逐渐向南移动,但急流强度变化不大。研究表明,在急流的入口和出口区,对流层中上层大气升温速度相对较慢,导致在急流轴南(北)侧出现向南(北)的负(正)经向温度梯度,使西风在南(北)侧增强(减弱).     

江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

ENSO事件对东亚副热带西风急流影响的诊断分析

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,用合成分析和相关分析方法就ENSO事件对东亚副热带西风急流的影响进行诊断分析.主要结论为:El Nino年冬季200 hPa东亚副热带西风急流主要在急流出口区纬向风有正距平,急流增强东扩.而La Nina年冬季急流在急流出口区纬向风有负距平,急流减弱西移.El Nino年夏季急流增强,主要在急流区内的偏南部纬向风有正距平.La Nina年夏季急流减弱,主要在急流区内的偏南部纬向风有负距平;相关分析表明东亚副热带西风急流冬、夏季纬向风与热带中东太平洋冬、夏季海表温度有显著的相关.研究表明,ENSO年冬、夏季对流层中上层有较大的气温异常,并由此产生大的经向温度梯度的异常,这可能是ENSO事件影响东亚副热带西风急流的原因之一.     

Projected changes in the western North Pacific subtropical high under six global warming targets

西北太平洋副热带高压(简称西太副高)是影响东亚夏季天气气候的关键环流系统。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,采用扰动位势高度,流函数等多种变量描述西太副高,分析了西太副高在6个全球变暖阈值(1.5℃, 2.0℃, 2.5℃,3.0℃, 3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。在对流层中层(500 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下几乎没有变化,而在2.0℃阈值下迅速减弱并东退约2.5°。当升温大于2.5℃时,西太副高呈线性减弱趋势,在4.0℃阈值下将东退约6.0°。在对流层低层(850 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下增强西伸,但在升温到2.0℃的过程中变化不大。当变暖达到4.0℃阈值时,西太副高将西伸约2.0°。     

Assessment of the changes in extreme vulnerability over East Asia due to global warming

A number of indices have been employed to describe weather extremes on the basis of climate regimes and public concerns. In this study, we combined these traditional indices into four groups according to whether they relate to warm (T_warm), cold (T_cold), wet (P_wet), or dry (P_dry) extremes. Analysis of the combined indices calculated for the daily temperatures and precipitation at 750 meteorological stations in Korea, China, and Japan for 1960s?C2000s shows increasing trends in T_warm and P_dry events and decreasing trends in T_cold events in recent decades, particularly in the northern part of East Asia. A notable regional variation is an increase in the P_wet events in the Korean Peninsula. We applied the same analysis to a 200-year global climate model simulation for 1900?C2099 using the National Center for Atmospheric Research-Community Climate System Model 3. During the 20th century, the changes in T_warm and T_cold calculated from the model data are largely consistent with those calculated from the observations, especially in northern East Asia. The model projections for the 21st century indicate statistically significant increasing T_warm and decreasing T_cold trends in extreme events over the region. Results obtained from historical archives and model simulations using our combined weather extreme indices suggest that northern East Asia will be subject to increased warm and dry extremes and the Korea Peninsula will experience more wet extremes.     

全球气候变暖背景下索马里急流变化的预估研究

索马里急流的变化对亚洲季风和气候变动具有重要的影响,未来索马里急流到底会如何演变？如何受全球变暖的影响？针对这个问题,文中利用IPCC第四次评估报告（IPCC AR4）的多个海气耦合模式的模拟结果,评估了多个模式在当前气候（20C3M）条件下对夏季低空索马里急流的模拟能力;预估模式在SRESA2排放情景下对21世纪（2010—2099）的索马里急流变化。研究结果表明,18个模式在现代气候条件下对索马里急流有较好的模拟能力;18个模式的集合平均结果预测夏季索马里低空急流在21世纪的变化过程是：初期（2010—2040）增强至减弱,中期（2050—2060）增加至最强,末期（2070—2090）减至最弱。与现代气候条件模拟结果相比,夏季索马里低空急流在未来气候变暖背景条件下是趋于减弱的过程,在21世纪末期最弱。研究还表明了夏季低空索马里急流的变化幅度与全球平均气温的变化幅度是一个非线性的关系,各模式对二者关系的描述存在不确定性,鉴于索马里急流对印度季风和东亚季风及中国气候的重要性,索马里急流的变化规律和未来演变是科学界特别需要深入研究的问题。     

The impacts of the East Asian subtropical westerly jet on weather extremes over China in early and late summer

Summer weather extremes (e.g., heavy rainfall, heat waves) in China have been linked to anomalies of summer monsoon circulations. The East Asian subtropical westerly jet (EASWJ), an important component of the summer monsoon circulations, was investigated to elucidate the dynamical linkages between its intraseasonal variations and local weather extremes. Based on EOF analysis, the dominant mode of the EASWJ in early summer is characterized by anomalous westerlies centered over North China and anomalous easterlies centered over the south of Japan. This mode is conducive to the occurrence of precipitation extremes over Central and North China and humid heat extremes over most areas of China except Northwest and Northeast China. The centers of the dominant mode of the EASWJ in late summer extend more to the west and north than in early summer, and induce anomalous weather extremes in the corresponding areas. The dominant mode of the EASWJ in late summer is characterized by anomalous westerlies centered over the south of Lake Baikal and anomalous easterlies centered over Central China, which is favorable for the occurrence of precipitation extremes over northern and southern China and humid heat extremes over most areas of China except parts of southern China and northern Xinjiang Province. The variability of the EASWJ can influence precipitation and humid heat extremes by driving anomalous vertical motion and water vapor transport over the corresponding areas in early and late summer.摘要东亚副热带西风急流是影响中国极端天气的重要原因之一, 然而之前的研究主要关注整个夏季急流的变率, 对其早夏和晚夏变率的区别及其对极端天气的影响关注较少. 本文研究了早夏和晚夏东亚副热带西风急流季节内变化特征的区别, 以及这种区别带来的极端天气的差异及其可能的动力学机制. 研究结果表明, 相比于早夏, 晚夏急流季节内变化中心位置偏西偏北, 通过改变垂直运动和水汽输送可以影响极端降水和湿热浪在相应区域的发生概率.