西太平洋副热带高压季节内异常活动与亚洲夏季风系统的时延相关特征

基于西太平洋副热带高压的异常活动与亚洲夏季风系统其他成员之间存在着密切联系的天气事实,运用交叉小波的非线性时滞相关分析方法,对东亚夏季风系统成员与西太平洋副热带高压形态和变异的相互影响的基本事实和物理特征进行研究,得到了西太平洋副热带高压与主要的亚洲夏季风系统成员之间基本的关联结构和演变示意图。研究结果揭示了不同的季风子系统对西太平洋副热带高压的影响不同:影响西太平洋副热带高压强度和脊线位置异常变化的是亚洲夏季风系统中的印度夏季风子系统的5个主要成员;而影响西太平洋副热带高压西脊点异常变化的则是亚洲夏季风系统中的另一个子系统——东亚夏季风子系统的5个主要成员。研究揭示了副热带高压与亚洲夏季风系统主要成员之间的时延特征与统计关联特性,为相应的机理研究提供了事实依据。     

春季赤道东太平洋海温异常与东亚夏季风的关系

定义了新的东亚季风指数,分析表明该季风指数能够更好地反映西太平洋副高的季节变化和年际变化。以此为基础讨论了春季赤道东太平洋海温异常、夏季西太平洋副高及东亚夏季风三者之是的关系,指出春季赤道东太平洋海温偏暖年,夏季西太平洋副高偏南、偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,长江流域夏季多雨,华南、河套及其以东地区少雨;春季赤道东太平洋海温偏冷年则反之。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

基于模糊系统的西太平洋副热带高压异常年份的影响因子检测分析和动力预报模型反演

基于自适应网络模糊推理系统(ANFIS),讨论了滤除主信号之上影响因子噪声音的方法和途径,针对2010年的副热带高压异常的天气事实,首先用时滞相关法从观测资料中分析出2010年夏季风系统主要成员中对副热带高压异常影响最显著的3个因子:马斯克林高压、索马里低空急流和印度季风潜热通量,并用ANFIS诊断检测了这3个因子对副热带高压异常的影响和贡献。由于ANFIS系统具有非线性、容错性和自适应学习等特性,因此适宜于研究和模拟副热带高压等动力学不易准确描述的问题。在此诊断分析基础上,采用遗传算法和动力重构理论相结合的技术路径,从2010年实际的观测资料序列中客观准确地反演重构出非线性的副热带高压及其影响因子的动力模型,并对其进行了动力延伸预报试验。多次试验结果表明,预报的副热带高压面积指数、马斯克林冷高压强度指数、索马里低空急流和印度潜热通量指数在25天以内的中短期预报效果较好,误差不超过10%,并且预报出了指数的变化趋势。为西太平洋副热带高压与东亚夏季风系统的关联性和西太平洋副热带高压指数预测研究提供了一种新的思路和方法。     

自组织网络与广义回归网络耦合的副热带高压指数预测

利用亚洲夏季风系统中各成员变化活动与西太平洋副高存在的不同程度的时延相关性,从1995~ 2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料中,提取了亚洲夏季风系统各成员变化活动的特征指标及其对应的超前三候的西太平洋副高(简称副高)面积和脊线指数.在此基础之上,建立了自组织网络与径向基函数网络串级耦合的副高指数预测模型.该模型首先用自组织网络对各指标样本按其自身相似原则进行无监督分类,随后用广义回归网络分别对分类出的各指数样本子集进行有监督的训练建模和预测.模型的预测试验结果表明：副高指数的预测结果与其实际值之间的相关系数达到0.89,明显优于单一的神经网络模型预测效果.     

晚春初夏西太平洋副热带高压南撤过程的气候学特征

利用1979—2006年多年平均逐日NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的OLR和逐候CAMP降水资料,从气候学角度探讨了晚春初夏季节转换时期,西太平洋副热带高压(副高)脊线位置变化及其与亚洲夏季风爆发的关系。发现晚春初夏时期西太平洋副高在向北移动过程中存在一次显著的南撤过程,之后西太平洋副高发生第一次北跳,南撤主要发生在对流层高层和低层,南撤生命期可达2周,且高层的南撤过程结束时间比低层的南撤过程开始时间早约1旬,这为预测低层副高南撤及其第一次北跳提供了有意义的前期信号。低层西太平洋副高南撤的同时伴随着一次显著东退过程。在低层副高南撤结束后(约5月底),由于气温经向梯度的变化使副高脊轴倾斜发生反转。晚春初夏的西太平洋副高南撤过程与亚州夏季风爆发、强对流活动和降雨带的移动变化关系密切。在对流层高层西太平洋副高南撤过程的中后期(约4月底),夏季风在安达曼海和临近孟加拉湾爆发。在对流层低层西太平洋副高南撤过程开始后,南海夏季风开始爆发(5月14—15日);南撤过程结束后(6月初),印度夏季风爆发;在副高脊线返回日后(6月中),东亚夏季风爆发。西太平洋副高南撤过程不同阶段的建立时间为预知亚洲不同地区夏季风的爆发时间提供了非常有用的信息。此外,在西太平洋副高主体南北两侧存在两支强的雨带,与副高主体控制的少雨带构成一个典型的"湿干湿"三明治雨型,这个雨型的变化与西太平洋副高脊线移动有关。     

东亚夏季环流多齿轮耦合特征及其对中国夏季降水异常的影响分析

东亚夏季风成员的相互作用,构成了东亚夏季风高、低层环流的“多齿轮耦合”形态。本文利用多变量主成分分析（MV-EOF）等方法诊断分析了东亚夏季风多齿轮耦合的变化特征、耦合机制、时间稳定性、空间稳定特征及其对中国夏季降水的影响机制,并在此基础上构建了典型多齿轮耦合形态影响夏季降水的概念模型。结果表明,多齿轮耦合受到垂直温、压场的强迫和青藏高原大地形的影响,主要表现在年际变化上（周期为2～6年）。其前两个模态稳定地反映了东亚夏季风成员典型联动作用。在第一模态中,北方气旋、南亚高压和西太平洋副热带高压为主要耦合系统。其中北方气旋为正压结构,在高层通过南侧偏西气流与南亚高压耦合,南亚高压则通过中纬东部地区下沉辐散气流与西太平洋副热带高压联动。当该耦合模态增强时,有利于中国夏季降水呈自北向南“＋－＋－”分布。第二模态主要反映中高纬气旋、东亚副热带西风气流、南亚高压、西北太平洋反气旋系统和西太平洋副热带高压耦合特征。其中,中高纬气旋和西北太平洋反气旋为正压系统,两者通过其间的东南气流联动。气旋系统在高层通过南侧西风与东亚副热带西风急流和南亚高压联动。反气旋在中低层通过南侧的偏东气流影响副热带高压强度和面积。当该耦合模态增强时,中国黄河以北及河套地区降水偏多,黄河以南降水偏少。     

Changed Relationships Between the East Asian Summer Monsoon Circulations and the Summer Rainfall in Eastern China

In previous statistical forecast models, prediction of summer precipitation along the Yangtze River valley and in North China relies heavily on its close relationships with the western Pacific subtropical high (WPSH), the blocking high in higher latitudes, and the East Asian summer monsoon (EASM). These relationships were stable before the 1990s but have changed remarkably in the recent two decades. Before the 1990s, precipitation along the Yangtze River had a significant positive correlation with the intensity of the WPSH, but the correlation weakened rapidly after 1990, and the correlation between summer rainfall in North China and the WPSH also changed from weak negative to significantly positive. The changed relationships present a big challenge to the application of traditional statistical seasonal prediction models. Our study indicates that the change could be attributed to expansion of the WPSH after around 1990. Owing to global warming, increased sea surface temperatures in the western Pacific rendered the WPSH stronger and further westward. Under this condition, more moisture was transported from southern to northern China, leading to divergence and reduced (increased) rainfall over the Yangtze River (North China). On the other hand, when the WPSH was weaker, it stayed close to its climatological position (rather than more eastward), and the circulations showed an asymmetrical feature between the stronger and weaker WPSH cases owing to the decadal enhancement of the WPSH. Composite analysis reveals that the maximum difference in the moisture transport before and after 1990 appeared over the western Pacific. This asymmetric influence is possibly the reason why the previous relationships between monsoon circulations and summer rainfall have now changed.     

东亚冬季风指数的对比分析及其与中国冬季气候的关系

利用1979~2018年ECMWF再分析资料和国家气候中心站点数据,对比分析10个东亚冬季风指数的气候倾向率、周期变化特征及相关关系,运用多变量经验正交函数分析东亚冬季风系统各成员要素的内在关联性,讨论各指数与中国冬季气温的关系。结果表明:近40a东亚冬季风强度呈缓慢的减弱趋势,存在准3a、准5a的周期变化,1983年、1985年和1995年为东亚冬季风活动异常强烈的年份;东亚冬季风同类指数之间的相关性好于不同类指数,季风系统各成员要素联系紧密、协同变化关系明显;东亚冬季风指数与中国东部地区冬季气温的相关性优于西部高原地区,各指数与西北地区冬季气温均呈显著负相关。      

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

西太平洋副高的东西进退与东亚夏季风系统的相互影响与关联

利用1980-2010年NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射（outgoing longwave radiation,OLR）资料,根据关键区500 hPa位势高度的变化定义了西太平洋副高东西位置指标,利用该指标围绕东亚夏季风系统开展分析,详细对比了夏季6月、7月副高东西向活动异常时,季风区相应的环流及对流活动差异.结果表明：副高东西位置的年际变化反映了亚洲夏季风的强弱变化,副高偏西（东）年,南海夏季风偏弱（强）,副热带夏季风偏强（弱）;副高的东西进退与东亚夏季风系统成员之间相互影响、相互制约;副高偏西年,南亚高压偏东、偏强,季风槽不发展、强度偏弱,西风带长波槽发展加深,南半球马斯克林高压和澳大利亚高压减弱,越赤道气流减弱,而副高偏东年情况则反之.     

长江流域梅雨期大范围持续性强降水事件的自维持机制:2020年一次暴雨过程的个例分析

长江流域梅雨期降水强度大、范围广、持续时间长,经常导致大范围严重洪涝灾害。该类强降水事件的内动力学过程值得深入讨论。本文以2020年7月5～9日长江流域一次大范围持续性降水为例,通过WRF数值试验分析了降水过程中的凝结潜热与环流系统的相互作用过程。结果表明:在此次大范围持续性强降水事件中,由于凝结潜热的释放,在高层形成高压异常,有利于南亚高压（SAH）加强东伸,SAH东伸的同时与西太平洋副热带高压（WPSH）相互作用,加强WPSH西伸。在潜热释放中心的中低层形成低压异常,有助于阻挡WPSH北上,从而形成稳定的WPSH,有利于降雨系统在长江流域的维持。东亚夏季风演变表现为明显的停滞与北跳特征,其中WPSH的活动是季风雨带演变的核心。本文研究表明,大尺度凝结潜热释放可以通过调节天气系统形成稳定的环流系统,从而有利于雨带加强和维持。这种大尺度雨带凝结潜热释放与环流的相互作用机制可能是夏季风雨带停滞的重要过程。     

ENSO对亚洲夏季风环流和中国夏季降水影响的诊断研究

文中以ＳＶＤ分析技术为基础,发展了一种用以提取一个矢量场和一个标量场耦合信号的统计诊断方法——联合ＳＶＤ方法（简记为ＣＳＶＤ）,并运用ＣＳＶＤ分析了ＥＮＳＯ对亚洲季风环流系统及中国夏季降水的年际变化的影响。结果表明,在ＥｌＮｉｎｏ年,印度夏季风减弱,东亚夏季风增强;而在ＬａＮｉｎａ年,印度夏季风增强,东亚夏季风减弱。且ＥＮＳＯ对亚洲夏季风环流影响显著的区域主要在长江流域南北气流交汇区和索马里急流区,而对中国夏季降水影响最显著的区域则在江淮流域。     

A Study of the Teleconnections in the Asian-Pacific Monsoon Region

The interactions among the Asian-Pacific monsoon subsystems have significant impacts on the climatic regimes in the monsoon region and even the whole world. Based on the domestic and foreign related research, an analysis is made of four different teleconnection modes found in the Asian-Pacific monsoon region, which reveal clearly the interactions among the Indian summer monsoon （ISM）, the East Asian summer monsoon （EASM）, and the western North Pacific summer monsoon （WNPSM）. The results show that： （1） In the period of the Asian monsoon onset, the date of ISM onset is two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Basin, and a teleconnection mode is set up from the southwestern India via the Bay of Bengal （BOB） to the Yangtze River Basin and southern Japan, i.e., the ＂southern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. （2） In the Asian monsoon culmination period, the precipitation of the Yangtze River Basin is influenced significantly by the WNPSM through their teleconnection relationship, and is negatively related to the WNPSM rainfall, that is, when the WNPSM is weaker than normal, the precipitation of the Yangtze River Basin is more than normal. （3） In contrast to the rainfall over the Yangtze River Basin, the precipitation of northern China （from the 4th pentad of July to the 3rd pentad of August） is positively related to the WNPSM. When the WNPSM is stronger than normal, the position of the western Pacific subtropical high （WPSH） becomes farther northeast than normal, the anomalous northeastward water vapor transport along the southwestern flank of WPSH is converged over northern China, providing adequate moisture for more rainfalls than normal there. （4） The summer rainfall in northern China has also a positive correlation with the ISM. During the peak period of ISM, a teleconnection pattern is formed from Northwest India via the Tibetan Plateau to northern China, i.e., the ＂northern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. The     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

华南夏季降水的变化特征及其与热带太平洋海温异常的关系

根据1958-2008年华南48站降水资料、NOAA全球逐月海温格点资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、合成等统计方法,分析了华南夏季降水的变化特征及其与冬季热带太平洋海温的关系。结果表明,华南夏季降水变化特征主要表现为,空间分布以全区一致型为主,其次是南北反相对称型和东西反相对称型,且这3种分布模态都表现出显著的年际和年代际特征。全区一致型降水异常与热带太平洋海温显著相关,二者的相关性也具有年代际变化特征,其对应的热带太平洋海温具有沿赤道太平洋呈“负-正-负”的纬向分布型,类似于中部型El Nino。全区降水偏多时期,西南季风偏强,西太平洋副热带高压偏强、脊点位置偏西,南亚高压偏强、脊点位置偏东,总体的环流形势有利于华南地区的水汽输送和上升运动;降水偏少时期,情况相反。     

盛夏南海低空越赤道气流变化与东亚夏季风的联系

利用1979—2014年ERA-Interim逐月的风场、海平面气压场和位势高度场等再分析资料以及中国160站降水观测资料,采用回归分析等方法分析了盛夏(7、8月)南海(South China Sea, SCS)低空越赤道气流(Cross-Equatorial Flow,CEF)的变化及其与东亚夏季风的联系,结果表明:盛夏南海低空越赤道气流(SCEF)强度指数与南海夏季风强度指数呈显著的正相关关系,与东亚副热带夏季风强度指数呈显著的负相关关系。当盛夏SCEF偏强(弱)时,亚洲热带低压及西太平洋赤道辐合带增强(减弱),西太平洋副热带高压强度减弱(增强)、东撤(西伸),南海北部和西北太平洋地区为明显的气旋式(反气旋式)环流异常,使得南海夏季风增强(减弱)和东亚副热带夏季风减弱(增强)。此外,当盛夏SCEF偏强时,由于东亚副热带夏季风减弱,我国华南地区为东北风异常,华北地区为偏南风异常,受其影响,我国华南地区为显著的水汽辐合区,华中地区为显著的水汽辐散区,使得盛夏华南地区降水增多,华中地区降水减少;反之亦然。      

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

青藏高原云-辐射-加热效应和南亚夏季风--1985年与1987年对比分析

文中首先利用NCEP NCAR再分析的风场资料 ,分析了南亚夏季风的时空特征 ,选取了有代表性的典型强、弱夏季风年 ,继而利用ISCCP C2、ERBE S4卫星观测资料和NCEP NCAR再分析资料 ,对比分析了强、弱夏季风前期青藏高原地区的云—辐射—加热状况及其在海、陆差异中的作用。分析结果表明 ,南亚夏季风强或弱 ,其前期青藏高原地区的云—辐射—加热效应有明显的差异。在强 (弱 )南亚夏季风的前期 ,青藏高原大部分地区为相对少 (多 )云区 ,其云量变化不仅表明了此区的云—辐射—加热效应的不同 ,更重要的是与此同时出现的海、陆之间云量分布的“跷跷板”现象 ,进一步改变了海、陆之间的热力差异。而且 ,在强南亚夏季风年 ,这种热力差异不但开始得早 ,而且持续时间长、作用范围大 ,从而对南亚夏季风的形成和变化产生重要的影响     

2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

本文对2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾,发现2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布,主雨带位于黄河流域及其以北,降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾,黄淮与江淮地区降水偏少,江汉至淮河上游一带干旱严重;预测的主雨带位于华北南部至淮河,较实况偏南。对我国北方降水异常偏多的成因分析表明:2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压（简称阻高）强盛,同时东北冷涡活动频繁,中高纬500 hPa高度场从西至东呈“+-+”的分布,这种环流形势没有造成长江洪涝是因为东亚夏季风异常偏强,同时西太平洋副热带高压（副高）偏北,冷暖空气对峙于我国北方地区,导致北方降水异常偏多。分析还表明阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统的不同配置影响着冷暖气流的对峙位置,进而形成我国夏季的主雨带。最后通过定量和定性判断相结合的方法,选取了2012年夏季降水的最佳相似年和最佳相反年,对比分析了2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异:1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年,虽然海温及东亚夏季风系统关键成员异常不明显,但是和2012年也呈近似相反的特征;而1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年,海温及东亚夏季风环流系统关键成员和2012年呈显著的反向特征,这些观测事实反映了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。