喜马拉雅山地区地气间物质交换及其与南亚夏季风的联系

喜马拉雅山是青藏高原的重要组成部分,是大型山地的代表。该地区陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统。该特殊局地环流系统所导致的地气交换过程可能不同于平坦地形和其他山区。喜马拉雅山毗邻南亚季风区,该地区的地气交换过程也可能受到南亚季风活动的影响。为正确认识喜马拉雅山地区的地气交换过程,利用2006年夏季喜马拉雅山北侧绒布河谷地区获得大气观测资料,结合同期的大气环流资料,对绒布河谷地区地气间的物质交换进行研究。结果表明:1)该地区的地气间物质交换以午后至次日凌晨强烈的向下输送为主;观测期间平均向下输送强度为7.9×106m3.s-1,相当于每天将整个封闭河谷内大气置换约38次;2)该地区地气间的物质输送与南亚夏季风存在密切关系,南亚夏季风活动弱(季风中断期)则物质交换量大(9.7×106m3.s-1),季风活动强(季风活跃期)则物质交换量小(6.6×106m3.s-1);3)南亚夏季风可能主要通过改变局地大气辐射状况进而影响该地区地气间的物质交换过程。     

Preliminary estimation of the moisture exchange in Rongbuk Valley on the northern slope of Mt. Everest

Using observed wind and water vapor data from June 2006,water vapor exchange between the Rongbuk Valley and its above atmosphere is estimated for the first time.The water vapor level shows a high value from 23-29 June and a low from 12-21 June,which co-incide with the South Asian summer monsoon (SASM) active and break stages,respectively.The water vapor can be strongly injected into the closed region of the Rongbuk Valley from the outside atmosphere,with an average strength of 0.4 g s-1 m-2 in June 2006,given that no evaporation occurred.The air moisture exchange proc-esses can be greatly affected by the SASM evolution through changes in local radiation forcing.     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.     

南亚夏季风对珠穆朗玛峰北坡地面风场的影响

喜马拉雅山区毗邻南亚季风区,其陡峭的地形和复杂的地表状态在强烈太阳辐射条件下形成了特殊的局地环流系统.为了正确理解该环流系统与南亚天气气候过程的可能关联,本文利用HEST2006珠穆朗玛峰绒布河谷强化实验期间获得的2006年5～6月的地面观测资料和实时的大气环流资料,对该地区地面风场与南亚夏季风的关系进行了研究.研究表明,南亚夏季风间歇期,喜马拉雅山区以晴空天气为主,太阳辐射强烈,绒布河谷地区地面盛行沿河谷方向的偏南下行气流;南亚夏季风强盛期,喜马拉雅山区多为云雨天气,太阳辐射减弱,地面风场强度明显减弱.结果表明,喜马拉雅山地区山谷内部的地面环流系统几乎不受其高层大气环流的影响,而与太阳辐射通量及南亚夏季风指数关系密切.因此,我们认为南亚夏季风对喜马拉雅山区地面环流的影响,主要是通过改变该地区的大气热力和辐射状况完成的.     

Quantitative Estimation of Air Mass Exchange by Along-Valley Wind in the Rongbuk Valley

For a better understanding of the air mass exchange processes between the surface and free atmos-phere in the Himalayas,a Himalayan exchange between the surface and troposphere 2007 (HEST2007) campaign was carried out in the Rongbuk Valley,on the northern slope of Mt.Qomolangma,in June 2007.The wind,tem-perature and radiation conditions were measured during the campaign.Using these observation data,together with the National Centers for Environmental Prediction/the National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data,the air mass exchange between the inside of the valley and the outside of the valley is quantitatively estimated,based on a closed-valley method.The air mass is strongly injected into the Rongbuk Valley in the after-noon,which dominates the diurnal cycle,by a strong downward along-valley wind,with a maximum down-ward transfer rate of 9.4 cm s?1.The total air volume flux injected into the valley was 2.6×1011 m3 d?1 in 24 hours in June 2007,which is 15 times the total volume of the val-ley.The air mass transfer into the valley also exhibited a clear daily variation during the HEST2007 campaign,which can be affected by the synoptic situations through the adjustment of local radiation conditions.     

Observed Impact of the South Asian Summer Monsoon on the Local Meteorology in the Himalayas

The South Asian summer monsoon(SASM) is the most important climate system in Asia.Using observational data from the HEST2006(Himalayan Exchange between the Surface and Troposphere 2006) campaign and large-scale grid data,this paper analyzed the SASM impact on local meteorological parameters including radiation,temperature,humidity,and wind in the Himalayas.The SASM experienced one active and one break period during the HEST2006 campaign.The local meteorological parameters exhibit great differences between the active period and the break period of the SASM.The radiation fluxes are greater in the break period than in the active period.The air temperature and specific humidity are lower,but soil temperature and wind speed are higher in the break period than in the active period.Further analysis indicates that the SASM greatly affects the meteorological features of the Himalayan region.     

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.     

春季欧亚大陆积雪对春夏季南北半球大气质量交换的可能影响

本文基于春季欧亚雪盖资料与大气再分析资料的奇异值分解(SVD)分析结果,结合数值试验,研究了春季欧亚大陆积雪变化与春、夏季南北半球大气质量交换的联系。研究表明,当春季欧亚积雪异常偏多时,同期欧亚大陆中高纬大范围地区的地面气温异常偏低,这种冷却效应可能持续至夏季,同时,冷空气的堆积造成了欧亚大陆地表气压(气柱大气质量)的增加,并且对应了夏季北半球大气总质量的异常上升,而南半球大气质量却明显下降。分析发现,春季欧亚积雪异常与夏季南北半球际大气质量涛动存在显著的滞后相关,而且前者还与同期及后期包括索马里急流和对流层上部80°E~120°E区域高空急流在内的多处越赤道气流变化联系密切。从数值模拟结果分析发现,以改变春季初始积雪状况作为驱动,欧亚大陆中高纬地区的低层大气环流出现了显著响应,即当积雪增加时,同期及其后夏季地面气温显著降低,并且冷异常区域对应着气柱质量的异常升高。     

近几十年青藏高原夏季风变化趋势及其对中国东部降水的影响

根据NCEP/NCAR、NCEP/DOE和ERA40再分析资料以及中国596个台站逐月降水观测资料,利用相关分析、小波分析和交叉谱分析等统计方法,分析了近几十年青藏高原夏季风变化趋势及其对中国东部降水的影响,探讨了影响高原夏季风长期变化的可能原因.结果表明:高原夏季风具有年际和年代际的多时间尺度变化特征,在1958～2...     

中国北方干旱化年代际特征与大气环流的关系

用CRU和ECMWF资料分析了近代中国北方干湿变化特征及其与东亚大气环流异常特征的关系.结果表明:中国北方干旱化具有显著的年际、年代际特征,20世纪70年代末干湿发生显著转变,西北东部和华北地区变干趋势明显,北方大部分地区干旱现象严重;中国北方地区当前的干旱化时空格局与东亚夏季风异常特征密切相关,夏季风减弱以及由此造成水汽输送量减少是导致干旱化发展的主要原因,而低层大气反气旋环流增强和气旋性环流减弱是引起干旱化的异常环流特征.     

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质/能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带.陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统,在地气交换中起着重要作用.为研究珠峰北坡的局地环流系统,于2006年5～6月间在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006,对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测,分析了该地区局地环流的日变化过程,包括:(1)地面风场的分布和变化;(2)风场垂直结构;(3)垂直运动及可能的驱动机制.研究表明,该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动,包含多种不同的山地环流成分,与典型山谷风环流不同,具有很强的特殊性,对地气问的交换有重要影响.     

南京信息工程大学季风研究若干重要进展回顾——明德格物一甲子,科教融合六十载

回顾了南京信息工程大学（简称南信大）建校60年来季风研究的主要历程以及在亚洲季风,特别是在东亚季风研究方面取得的重要成果。20世纪80年代至21世纪初,中美季风合作、中日季风合作和“南海季风试验”3次国际季风合作研究的顺利实施,极大地推进了南信大季风研究团队的组建和壮大,同时也催生了一系列创新性成果。团队首先揭示了东亚季风与印度季风环流的差异,提出了东亚副热带季风的明确概念;发现了东亚副热带夏季风的建立独立并早于南海夏季风;揭示了“亚澳大陆桥”是北半球春季亚洲季风区对流最活跃的地区,其对流的建立和推进对东亚夏季风的建立至关重要;较早开展了东亚季风区季节内振荡北传特征和机制的研究并成功应用于东亚季风区延伸期预报。这些创新性成果的取得为季风研究做出了重要贡献。近年来,南信大秉承“开放发展、联合发展”的办学理念,大力引进高层次人才,进一步推动了季风研究。作为国际季风研究的重要力量之一,南信大季风研究团队将始终坚守季风研究阵地,不断深化季风理论认识、提升季风预测水平。     

2013年夏季浙江省高温干旱环流异常分析

利用浙江省10个站的温度和降水资料、国家气候中心160站的降水资料、NOAA的ERSST和OLR资料及NCEP再分析资料,对2013年7至8月发生在浙江省的持续高温干旱天气过程的基本特征和环流异常进行了分析。结果表明:浙江省各站的高温日数、高温持续日数、持续无降水日数、干旱指数都远超历史同期纪录,降水较常年偏少3成以上。南亚高压强度偏强,面积偏大,东侧脊点位置偏东;西太平洋副高强度偏强,西侧脊点位置偏西;东亚季风异常偏强及其造成的水汽辐合偏弱,是高温干旱天气产生的重要原因。其中7月底西太平洋副高的异常西伸及8月异常持续偏西对浙江8月持续高温干旱的发生起了决定性作用,这与同期热带西太平洋暖池区增暖、菲律宾周围对流活动加强有关,后者通过EAP/PJ遥相关型对前者产生影响。     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究 II. 夏季风水汽输送

利用1979~2002年的ERA-40和NCEP/NCAR逐日再分析资料以及CMAP降水资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风)水汽输送的气候学特征及其与夏季降水的关系。分析表明:各夏季风子系统水汽输送通量主要取决于低层季风气流,南亚夏季风和北澳夏季风以纬向水汽输送为主,而东亚夏季风有很强的经向水汽输送。分析也证实,亚澳季风区的夏季风降水主;要源于水汽输送的辐合,而且ERA-40资料对夏季风水汽输送辐合的描述能力强于NCEP/NCAR资料。此外,受低层季风气流结构的影响,三夏季风子系统水汽输送辐合的动力机理存在明显差异,南亚夏季风和北澳夏季风的水汽输送辐合主要由低层西风气流的风场辐合所造成,而东亚夏季风的水汽输送辐合则由低层南风气流的风场辐合和季风湿平流共同作用造成。因此,东亚夏季风降水有别于南亚夏季风降水和北澳夏季风降水。     

南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

夏季索马里越赤道气流垂直结构特征及其与南亚夏季风的关系

采用1950-2009年NCEP/NCAR月平均再分析风场资料,对夏季低空索马里越赤道气流的垂直结构及其与南亚夏季风的关系进行研究.结果表明:夏季索马里越赤道气流在垂直方向上从低层至高层先增强,在925 hPa高度上达到最大值后逐渐减弱.某些年份索马里越赤道气流核心可向上延伸至850 hPa高度,而某些年份则维持在925 hPa高度上.索马里越赤道气流垂直结构不同时,其对应的南亚夏季风也有所不同,这种差异主要体现在对流层低层风场的变化,以及南亚夏季风的强弱差异方面.总体来说,索马里急流核心高度延伸至850 hPa时,对应的南亚夏季风偏强;急流核心高度维持在925 hPa时,南亚夏季风偏弱.     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

入梅时间早晚直接影响梅雨期雨量的多寡,其准确预测对农业、交通和旅游业等气象服务具有重要意义。利用中国气象局2017年发布的《梅雨监测业务规定》中的入梅日期资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究1981—2020年江淮梅雨入梅早晚的气候特征,分析亚洲夏季风对入梅日早晚的影响。结果表明：(1)江淮梅雨入梅日具有显著的年际变化特征,平均入梅日为6月21日,标准差为11 d,最早和最晚入梅日相差39 d。(2)入梅日与南亚夏季风SASM (South AsianSummer Monsoon)呈显著负相关,与东亚夏季风EASM (East Asian Summer Monsoon)呈正相关。强SASM年,南亚高压偏东,中高纬度高空急流偏南,江淮地区为水汽辐合区,有利于江淮区入梅偏早;强EASM年,西太副高偏北偏强,南风气流旺盛,水汽在华南和东北地区辐合,在江淮地区辐散,不利于梅雨的发生。(3)由于亚洲夏季风具有协同爆发的特点,强SASM－弱EASM协同年,平均入梅日较常年平均偏早4 d,与之相反的协同年入梅日偏晚11.6 d。强SASM－弱EASM年,江淮地区位于高空急流出口右侧,伊朗高压位置偏东,高空受小槽东移影响,低层南亚夏季风发展旺盛,水汽在江淮地区辐合,有利于入梅偏早。弱SASM－强EASM年,中高纬度高空急流轴偏北,江淮地区受脊前偏北气流控制,低层亚洲夏季风辐合区偏东,江淮地区仅为过路水汽通道,不利于江淮区入梅。故亚洲夏季风的强弱与协同发展对江淮梅雨入梅早晚具有一定的指示意义。

     

东亚和南亚季风协同作用对西南地区夏季降水的影响

为探究东亚夏季风(EASM,East?Asian?summer?monsoon)和南亚夏季风(SASM,South?Asian?summer?monsoon)相互作用及其强弱变化对西南地区夏季降水的影响,利用1979—2019年西南地区161站逐日降水观测资料和ERA-5提供的1979—2019年全球再分析资料,通过对...     

东亚夏季风时期冷空气活动的位涡分析

通过多时间尺度分析方法, 比较了夏季风时期表征冷空气活动的多种指标, 得到表征夏季风时期冷空气活动的最优指标——位涡。分析表明, 位涡 (potential vorticity, 简称PV) 的低频振荡 (20～80天和40～80天振荡) 在表征冷空气活动中效果最好。利用该指标对东亚夏季风中冷空气的来源和作用进行了研究, 重点分析了梅雨时期中高纬和中高层系统与夏季风系统相互作用的过程和机制。得出几点重要的结论: 中高纬平流层下部和对流层顶的高位涡库以及60°N附近的亚洲大陆东部低层的高位涡库是东亚夏季风系统中冷空气的主要来源。冷空气的侵入路径对不同的雨季表现出不同的特征: 华南前汛期, 有两次冷空气的侵入, 第一次来自东北方向低层, 第二次来自对流层高层的高位涡库; 梅雨期, 爆发时主要来自高层的高位涡库, 中后期鄂霍次克海附近850 hPa的高位涡库是冷空气加强和维持的主要来源; 华北雨季, 冷空气主要来自对流层高层。倾斜等熵面是垂直涡度最易发展的区域, 它也是高层冷空气侵入的路径。特定的位涡分布对应特定的降水类型, 位涡和降水的季节内振荡 (尤其是低频部分) 蕴含了中高纬系统与夏季风系统相互作用的关键信息。     

The Earliest Onset Areas and Mechanism of the Tropical Asian Summer Monsoon

The multi-yearly averaged pentad meteorological fields at 850 hPa of the NCEP/NCAR reanalysis dada and the TBB fields of the Japan Meteorological Agency during 1980-1994 are analyzed. It is found that if the pentad is taken as the time unit of the monsoon onset, then the tropical Asian summer monsoon (TASM) onsets earliest, simultaneously and abruptly over the whole area in the Bay of Bengal (BOB), the Indo-China Peninsula (ICP), and the South China Sea (SCS), east of 90°E, in the 27th to 28th pentads of a year (Pentads 3 to 4 in May), while it onsets later in the India Peninsula (IP) and the Arabian Sea (AS), west of 90°E. The TASM bursts first at the south end of the IP in the 30th to 31st pentads near 10°N, and advances gradually northward to the whole area, by the end of June. Analysis of the possible mechanism depicts that the rapid changes of the surface sensible heat flux, air temperature, and pressure in spring and early summer in the middle to high latitudes of the East Asian continent between 100°E and 120癊are crucially responsible for the earliest onset of the TASM in the BOB to the SCS areas. It is their rapid changes that induce a continental depression to form and break through the high system of pressure originally located in the above continental areas. The low depression in turn introduces the southwesterly to come into the BOB to the SCS areas, east of 90°E, and thus makes the SCS summer monsoon (SCSSM) burst out earliest in Asia. In the IP to the AS areas, west of 90°E, the surface sensible heat flux almost does not experience obvious change during April and May, which makes the tropical Indian summer monsoon (TISM) onset later than the SCSSM by about a month. Therefore, it is concluded that the meridian of 90°E is the demarcation line between the South Asian summer monsoon (SASM, i.e., the TISM) and the East Asian summer monsoon (EASM, including the SCSSM). Besides, the temporal relations between the TASM onset and the seasonal variation of the South Asian high (SAH) are discussed, too, and it is found that there are good relations between the monsoon onset time and the SAH center positions. When the SAH center advances to north of 20°N, the SCSSM onsets, and to north of 25°N, the TISM onsets at its south end. Comparison between the onset time such determined and that with other methodologies shows fair consistency in the SCS area and some differences in the IP area.