东亚副热带急流的空间结构及其与中国冬季气温的关系

本文利用1950～2012 年NCEP/NCAR 逐月再分析风场资料和中国542 个台站逐日观测资料研究东亚副热带急流(EAJ)的空间结构及其与中国冬季气温的关系。结果表明,东亚副热带急流在空间呈不规则管状结构,冬季急流体积最大,垂直厚度范围自500 hPa 至100 hPa;夏季急流体积最小,仅存在于200 hPa 附近。急流管在秋、冬、春季略呈西南—东北走向,在夏季呈西—东走向。不同高度上的最大风速轴线在南北方向的移动不尽一致,春、秋季低层风速轴比高层偏北。东亚急流管不同区域下方的垂直运动及其年变化存在差异。冬季东亚副热带急流强度与同期中国气温关系密切,特别是高原上空的急流越强时,中国大部分地区冬季气温偏低。     

冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化与中国南方地区降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析数据和中国台站降水资料研究冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化特征及其与中国南方地区降水的关系,发现冬季东亚高原急流与温带急流同期反向协同变化特征最为显著。即高原急流增强,同时温带急流减弱(SW型)和高原急流减弱,同时温带急流增强(WS型)。当高原急流增强(减弱)而温带急流减弱(增强)时,中国南方地区降水显著增加(减少)。合成分析表明,不同急流协同变化型态下冷暖空气活动特征存在较大差异,高原急流与温带急流的反向协同变化可以真实反映与冬季中国南方地区降水相关联的冷暖空气活动特征,进而导致不同降水形态的产生。     

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。     

东亚高空温带急流区经向风的季节变化及其与亚洲季风的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料研究东亚高空温带急流的位置、强度、结构和季节转换特征及其与亚洲季风的关系,发现温带急流在300 hPa高度上最为明显,在风场分布上表现为全风速大值脊线延伸区和流线密集区,冬季主要活动于120°E以西的45°—60°N地区,在逐日风场上对应着急流发生频数的高值区域,并与副热带急流有清晰的分界。对比温带急流和副热带急流中的经向风强度发现,温带急流区的北风分量明显强于副热带急流中的南风分量,在温带急流的形成和季节变化过程中经向风分量起着重要作用。温带急流所在区域为对流层纬向温度梯度大值区,同时经向温度梯度也比较大,因而温带急流位于具有最大纬向温度梯度同时又有南北方向温度梯度这样一个特定的区域,从而形成了温带急流与副热带急流不同的结构特征和季节变化,而东亚地区海陆热力差异引起的温度梯度及其季节转换是引起温带急流季节变化的主要原因。此外,温带急流的强度与副热带急流位置之间具有协同变化关系,温带急流区经向风强度的季节转换时间与东亚大气环流的季节转换、亚洲夏季风爆发和江淮流域梅雨开始也有着密切关系,与中国东部地区冬季和夏季的降水之间具有显著的相关关系。从气候平均的角度来看,温带急流强度变化早于亚洲季风爆发和梅雨开始时间,因而对亚洲季风爆发和梅雨开始有预示作用。     

东亚副热带冬季风南边缘的确定及其变化特征

利用国家气候中心整编的中国730个测站逐日气温资料,基于冬季的划分标准定义了副热带冬季风南边缘并分析其变化特征。结果表明,副热带冬季风南边缘存在明显的年际变化特征,年代际尺度上虽总体呈现出北移,但进入21世纪后有明显的向南扩展、入冬时间提前的趋势。东亚副热带冬季风南边缘异常偏北年的风场在大陆上有显著的偏南风分量,不利于冷空气南下。定义的东亚副热带冬季风南边缘指数与冬季气温呈一致的正相关,气候变暖可能是冬季风南边缘偏北的主要原因。     

东亚季风指数的定义及其与中国气候的关系

利用NCEP/NCAR 850 hPa月平均风场再分析资料,在客观地选定定义地区范围的基础上;定义了一组新的东亚季风指数:西南季风面积和强度指数,东南季风面积和强度指数,偏北季风面积和强度指数.研究了各季风指数的相互关系、季节变化和年际变异.这6个东亚季风指数突出反映了东亚西南季风、东南季风及偏北季风3支季风气流强度和范围变化的特征.分析表明,它们相互之间既有一定联系,又有独立性.各季风指数存在明显的季节变化和年际变化.另外,分析了各季风指数与中国夏季降水和冬季气温的联系,以考察其解释我国气候异常分布的能力.结果表明,这些指数与我国夏季降水和冬季气温有很好的关系,并各自对应有一定的降水和气温分布.特别是西南季风与东南季风影响我国夏季降水的地区有很大差异.因此,我们指出,研究东亚夏季风时,区别西南季风与东南季风是很有必要的,用单一指数不足以表征它们不同的变化.     

冬季东亚中纬度西风急流对我国气候的影响

利用1957—2001年欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料,分析了冬季东亚西风急流与我国气候的关系。首先定义了冬季东亚西风急流强度指数(区域30°~35°N,127.5°~155°E冬季200 hPa纬向风u200平均值的标准化值)和切变指数(区域15°~25°N,100°~115°E与区域30°~40°N,100°~115°E的平均u200之差的标准化值),这两个指数能较好地反映冬季东亚西风急流的强度变化和位置的南北移动,二者相关系数为-0.48,通过99%信度检验。西风急流强度与亚洲和西太平洋大范围的大气环流有密切关系,而西风急流位置移动则与印度洋、中东太平洋的大气环流有密切关系,并分析了冬季急流强度指数和切变指数与我国温度和降水的关系。结果表明：当西风急流强度偏强时,西风急流位置偏北,此时在急流入口区左侧由于气流辐合造成低层气压上升,在出口区左侧则由于气流发生强烈辐散,引起低层气压下降,所以西伯利亚地区上空从对流层低层到中层高度值升高,北太平洋高度值降低,东西向气压差加大的形势,同时东亚大槽偏强,海陆气压差加大和东亚大槽偏强,导致冬季风强度偏强,引起我国从北到南的陆面降温,同时30°~40°N低层有下沉气流,使得华北、华中和长江中下游地区降水偏少;当西风急流强度偏弱时,西风急流位置偏南,整个东亚地区存在南风异常,东亚冬季风较弱,在25°N附近有上升气流,此时华南和内蒙古、华北降水偏多,内蒙古地表温度偏高。     

东亚副热带夏季风环流指数及其与中国气候的关系

采用大气环流正、斜压分解方法,从东亚副热带夏季风为正、斜压混合型季风观点出发,定义并计算了1958-1997年东亚副热带夏季风环流指数。该环流指数与1961-1995年中国160站夏季降水、气温的相关分析表明,它与中国东部夏季降水和气温的关系密切：强季风年,以河套地区为中心的黄河流域及华北地区多雨,长江流域少雨,华南和东南沿海多雨,以长江流域为中心的全国绝大部分地区气温偏高。弱季风年情况相反。此外,还将该环流指数与目前常用的4种东亚夏季风指数进行了对比分析。     

冬季东亚副热带急流与温带急流的比较分析：大尺度特征和瞬变扰动活动

使用ERA40再分析的月资料和逐日资料,从大尺度特征和瞬变扰动活动两个角度对冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)进行了比较分析.结果表明,使用月资料分析的EASJ与EAPJ在高层风场上没有清晰的地理分界区,而使用逐日资料计算得到的冬季逐日急流发生数则以高原北部上空所处的纬度带为分界岭,存在两个急流中心集中区,分别对应于EASJ和EAPJ区域.通过分析东亚上空天气尺度瞬变扰动活动(STEA)表明,与强盛的冬季EASJ相伴随的是较弱的南支STEA,而与较弱的EAPJ相伴随的北支STEA却十分活跃,显示出EAPJ是与瞬变活动相伴而存的急流.进一步的诊断分析揭示了冬季东亚温带急流的两种主要异常模态,一种是EAPJ区域反气旋性/气旋性异常环流型,另一种是局地西风的减弱/增加.与第1种异常模态相关的北半球大尺度环流异常主要集中在欧亚中高纬地区,其形成受中高纬大气环流以及东亚上游大气环流异常的共同影响.当EAPJ局地西风减弱/增加时.EASJ东段至西太平洋上空的西风急流呈现出与之相反的变化型,北半球大气环流异常表现为大气遥相关的欧亚(EU)型.冬季EAPJ的两种异常模态还与东亚上空STEA异常密切联系,其中在北支STEA区域出现的瞬变异常以波列的形式沿STEA北支轴线传播到达东亚沿海上空,然后东传入洋面上空,而对于靠近STEA南支轴线的异常扰动活动则只能存在于东亚东部及其沿海上空的200 hPa层上.     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

东亚冬夏季风关系在1970s末的年代际转变

利用NCEP/NCAR和Hadley中心的大气与海洋再分析资料,选取具有代表性的东亚冬、夏季风指数,采用滑动相关和线性回归等方法,主要讨论了受ENSO影响的东亚冬季风分量和后期夏季风之间关系的年代际变化,并分析了二者关系发生变化的原因。结果表明:在1965—1979年,受ENSO影响的冬季风与后期夏季风强度的对应关系并不明显。在1980—2004年,受ENSO影响的冬季风强,对应后期的夏季风偏弱,弱冬季风对应的后期夏季风偏强。当受ENSO影响的冬季风较强时,冬季在对流层低层西北太平洋出现了异常气旋并可以维持到次年夏季,低纬地区位势高度偏低,削弱了西太平洋副热带高压,异常气旋西部的偏北气流阻碍了西南风的北进,导致夏季风偏弱。海表温度异常在1980年前后春、夏季不同的分布型可以解释环流在不同时段内的差异。     

Interference of the East Asian Winter Monsoon in the Impact of ENSO on the East Asian Summer Monsoon in Decaying Phases简

The variability of the East Asian winter monsoon （EAWM） can be divided into an ENSO-related part （EAWMEN） and an ENSO-unrelated part （EAWMres）.The influence of EAWMres on the ENSO-East Asian summer monsoon （EASM） relationship in the decaying stages of ENSO is investigated in the present study.To achieve this,ENSO is divided into four groups based on the EAWMres：（1） weak EAWMres-E1Ni（n）o （WEAWMres-EN）; （2） strong EAWMres-E1Ni（n）o （SEAWMresEN）; （3） weak EAWMres-La Ni（n）a （WEAWMres-LN）; （4） strong EAWMres-La Ni（n）a （SEAWMres-LN）.Composite results demonstrate that the EAWMres may enhance the atmospheric responses over East Asia to ENSO for WEAWMres-EN and SEAWMres-LN.The corresponding low-level anticyclonic （cyclonic） anomalies over the western North Pacific （WNP） associated with El Ni（n）o （La Ni（n）a） tend to be strong.Importantly,this feature may persist into the following summer,causing abundant rainfall in northern China for WEAWMres-EN cases and in southwestern China for SEAWMres-LN cases.In contrast,for the SEAWMres-EN and WEAWMres-LN groups,the EAWMres tends to weaken the atmospheric circulation anomalies associated with E1 Ni（n）o or La Ni（n）a.In these cases,the anomalous WNP anticyclone or cyclone tend to be reduced and confined to lower latitudes,which results in deficient summer rainfall in northern China for SEAWMres-EN and in southwestern China for WEAWMres-LN.Further study suggests that anomalous EAWMres may have an effect on the extra-tropical sea surface temperature anomaly,which persists into the ensuing summer and may interfere with the influences of ENSO.     

关于东亚副热带季风若干问题的讨论

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、TRMM卫星降水资料、中国东部站点降水资料和CMAP降水资料,重点讨论了东亚副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其和南海夏季风的关系,同时也讨论了东亚副热带季风的可能机制。结果表明：（1）东亚副热带季风雨季于3月底—4月初（第16—18候）在江南南部和华南北部首先开始,伴随着降水的开始是偏南风的增强和对流性降水的显著增加,华南前汛期开始。（2）东亚副热带季风雨季的建立早于热带季风雨季,在热带季风建立后两者的雨带、强西南风带、强垂直运动带、强低空水汽辐合带均是分离的,南海热带季风在其建立后,与东亚副热带季风发生相互作用,促使副热带季风雨带季节性北进,两者共同影响中国的旱涝。（3）3月中下旬,东亚大陆（包括青藏高原）上空大气由冷源转为热源,东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异及其相应的温度和气压对比均发生反转。东亚大陆（包括青藏高原）的动力和热力作用究竟是否是东亚副热带季风雨带提前建立的机制值得进一步研究。文章最后讨论了有关东亚副热带季风的共识与分歧。     

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1951—2022年ERA5再分析大气环流资料和国家气候中心全国站点气温和降水资料,将33个常用的东亚冬季风（EAWM）指数划分为海陆差异类、高压特征类、大槽特征类、低层风场类、中高层风场类和综合类6类,按类别对比分析了它们的线性变化趋势和年际、年代际变化特征,并就各指数对中国冬季气温、降水时空变化的表征能力以及与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）等气候系统主要内部变率的关系进行了评估分析。结果显示：（1）在趋势变化方面,中国冬季气候暖湿化特征明显,但仅大槽特征类和综合类指数反映出季风的减弱趋势,其余类型指数则多呈现微弱的增强趋势,表明EAWM各子成员对当前全球变暖的响应存在差异;（2）在年际、年代际变化方面,EAWM指数主要表现为准4 a、准8 a和准16 a的周期振荡,基本都能刻画出20世纪80年代中后期EAWM的年代际减弱,对于21世纪第1个10年中期EAWM的年代际增强,考虑了南北气压差的海陆差异类指数以及高压特征类、大槽特征类和中高层风场类指数能较好表征;（3）在反映中国冬季气温变率的能力方面,除低层风场类指数外,各类指数表现良好,尤其是高压特征类指数的表征能力最佳,而在降水变率方面,高压特征类指数的代表性较差,低层风场类指数的指示意义最好;（4）在与气候系统主要内部变率的关系方面,大多数指数能较好反映ENSO与EAWM之间的关系,其中低层风场类指数的表征能力最好。而在反映AO与EAWM的关系上,则是高压特征类和大槽特征类指数的表现更佳。总体而言,除趋势变化存在较大差异外,各类EAWM指数能够一致地反映中国冬季气候变化的主要特征,但不同类别指数所表征的侧重点存在差异。因此,在分析EAWM相关科学问题时应根据研究的目的选择合适的指数。

     

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。     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.     

阿留申低压与东亚冬季风关系的年代际变化

东亚冬季风系统是北半球冬季最活跃的环流系统,通过与西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽和东亚西风急流等系统之间的相互作用,对东亚地区的气候产生重要影响。本文主要关注阿留申低压与东亚冬季风关系的年代际变化特征,利用经验正交函数分析方法,提取阿留申低压的强度变化、南北移动、西北-东南传播型和东西移动模态,并研究这4种模态与冬季风的北部型、南部型模态关系。结果表明阿留申低压的强度变化与2种东亚冬季风型的关系都不显著。阿留申低压的南北移动与南部型冬季风的相关性较强且具有年代际变化特征。1995年后南北涛动中心受ENSO(El Niño-Southern Oscillation)影响向东移动,阿留申低压和西伯利亚高压的配置不利于中国东南部气压梯度的形成,导致阿留申低压的南北移动与南部型冬季风的相关性降低。另外,1975年后北大西洋涛动在中西伯利亚地区激发正位势高度异常,扩大传播型模态影响范围,给中高纬地区带来东北风异常,有利于北部型冬季风的形成,此时传播型模态与北部型冬季风显著相关。     

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...     

A Possible Impact of Cooling over the Tibetan Plateau on the Mid-Holocene East Asian Monsoon Climate

By using a 9-level global atmospheric general circulation model developed at the Institute of Atmospheric Physics (IAP9L-AGCM) under the Chinese Academy of Sciences, the authors investigated the response of the East Asian monsoon climate to changes both in orbital forcing and the snow and glaciers over the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, about 6000 calendar years before the present (6 kyr BP). With the Earth’s orbital parameters appropriate for the mid-Holocene, the IAP9L-AGCM computed warmer and wetter conditions in boreal summer than for the present day. Under the precondition of continental snow and glacier cover existing over part of the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, the authors examined the regional climate response to the Tibetan Plateau cooling. The simulations indicated that climate changes in South Asia and parts of central Asia as well as in East Asia are sensitive to the Tibetan Plateau cooling at the mid-Holocene, showing a significant decrease in precipitation in northern India, northern China and southern Mongolia and an increase in Southeast Asia during boreal summer. The latter seems to correspond to the weakening, southeastward shift of the Asian summer monsoon system resulting from reduced heat contrast between the Eurasian continent and the Pacific and Indian Oceans when a cooling over the Tibetan Plateau was imposed. The simulation results suggest that the snow and glacier environment over the Tibetan Plateau is an important factor for mid-Holocene climate change in the areas highly influenced by the Asian monsoon.