冬季风时期南海冷涌特征的初步分析

本文利用冬季风时期的资料,对在南海爆发的冷涌过程进行了统计分析,指出了南海冷涌的月际变化特征、话跃期及间隙期的周期特征。同时也讨论了冷涌过程中要素场、高低叠流场、温度场和逆温层的变化特征。所得结果,有助于对南海冷涌的认识。     

南海季风爆发及其环流特征

采用欧洲中期天气预报中心１９８０－１９８６年每日客观分析风场资料，对南海季风的爆发及其环流特征进行了研究，结果表明：低层海季风明显存在４个阶段的季节循环，即冬季东北风盛行阶段、１月底至４月中旬的东南风过渡阶段、夏屯强盛的西南风阶段、１０月初至１１月初的另一东南风过渡阶段，     

濮阳暴雨气候特征及其环流形势

利用濮阳市1954－1996年气象资料，分析了濮阳市暴雨的气候特征及影响系统。     

秋季南海北部持续性强降水和环流异常的准双周振荡特征

基于1998—2011年的TRMM卫星逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及向外长波辐射(OLR)资料,利用小波分析、Butterworth带通滤波、EOF分析以及合成分析的方法,对秋季(9—10月)南海北部地区(10°—24°N,100°—120°E)持续性强降水的低频特征进行分析。结果表明,秋季南海北部降水存在显著的准双周振荡特征,主要表现为南海北部地区一致变化型和南海东北部地区和中南半岛沿海地区反相变化型两个模态。其中,第一模态的低频降水主要集中在中南半岛沿岸附近的南海中西部,第二模态则主要集中在南海东北部。进一步对与这两种模态相关联的大气环流和OLR的低频场进行合成分析。结果表明,第一模态的对流层低层准双周低频信号主要来源于南半球近赤道上空,该地区异常强对流活动产生的波列和气旋性环流越赤道进入南海并加强传播至南海北部。而第二模态则来源于南海中南部和吕宋岛东侧西太平洋上空,异常强对流和气旋性环流的合并加强并传播至南海东北部。     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明：南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异,最早的可以1 d就推进影响到华南地区,最晚的却要42 d,并且这种变化具有明显的年代际变化特征,即20世纪70年末以前,南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早,而70年代末以后,南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚;当南海夏季风建立后,若东亚大槽较深,冷空气活动较活跃,索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱,南亚高压和东亚地区急流位置偏南,就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚,反之,则偏早;南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间,索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强）,华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

南海夏季风建立的气候特征Ⅱ—年代际变化

用NCEP 40年再分析格点气象资料对南海夏季风建立的气候特征的年限变化进行了分析，得到：（1）南海夏季风的建立时间前20年与后20年明显不同，前20年较晚为5月第6候，后20年则分别为5月的第4候和第5候，（2）除了第3个10年（1978－1987年）外，其余3个10年南海夏季风雨季的建立都比夏委风建立要早1至2候。（3）南海夏季风建立是孟加拉湾西南季风爆发性发展和东进的结果，4个10年孟加拉湾西南季风都在5月第3候及5月第4候有一个爆发性的发展过程，但它的东进速度及爆发强度却很不相同，这对南海夏季风建立时间的早晚有重要影响。（4）南海夏季风建立期间，前20年与后20年高低空环流形势相差很大，前20年与后20年相比对流层低层印缅槽较强而副热带高压中心位置偏东，对流层高层副热带高压中心移上中南半岛后北移距离较大，位置偏北，经过比较可以看出对于南海夏季风的建立和发展来看后20年的环流形势较为有利。     

南海暖池的季节和年际变化及其与南海季风爆发的关系

用ＬＥＶＩＴＵＳ和ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ ＯＩＳＳＴ资料，分析了南海暖池的季节和变化特征及其与西太平洋暖池和印度洋暖池的关系，讨论了南海暖池强度指数的年际变化与南海季风爆发时间的联系，结果指出，南海暖池有明显的季节变化牲，１２～２月隆冬季节最弱，３～４月迅速发展北上，６～９月达其盛期，整个南海均为高于２８℃的暖水，１０～１１月迅速减弱南退：在南海暖池盛期，整个南海均为高于２８℃的暖水最大厚度达５５ｍ，     

北半球大气环流特征量的长期趋势及年代际变化

用１９５１－１９９５年的北半球大气环流特征量资料，计算了它们的长期趋势变化。结果表明，近４５年西太平洋副高与极涡强度都趋加强，纬向环流趋于加强，经向环流则趋减弱。这种环流的长期趋势变化及年代际变化是我国冬季气温长期趋势变化的一个直接原因。突变分析表明，不连续变化主要发生在１９７６年及８０年代初。     

南海夏季风爆发早晚环流EOF特征

取国家气候中心提供的南海夏季风爆发期≤26候的偏早年(1970、1973、1987、1989、1991),爆发期≥32候的偏晚年(1966、1972、1996、2000、2001),利用ECMWF逐日4月10日～5月10日资料,进行EOF进行展开.揭示南海夏季风爆发偏早、偏晚的前期环流特征.     

冬季北太平洋风暴轴的年际型态及其与大气环流的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,运用31点带通数字滤波、线性相关和合成分析方法,研究了1961/1962—2010/2011年冬季北太平洋风暴轴西部、东部区域强度指数的年际演变特征,划分了风暴轴的典型型态,并进一步探讨了与同期北半球500 hPa位势高度场和SLP的关系。结果表明:风暴轴气候态的极大值区域位于中纬度北太平洋中西部,最大值点的频数集中区域和均方差分布的异常中心都有两个。风暴轴西部和东部区域强度指数(WI和EI)的年际演变具有独立性,典型型态可分为单、双中心型两类。WI(EI)指数与北半球500 hPa位势高度场的相关分布类似于WP(PNA)遥相关型;单中心型风暴轴偏强时,极涡南扩,平均槽加深;呈双中心型时,极涡明显偏西。WI(EI)指数与SLP的相关分布类似于NPO(NAO)遥相关型;单中心型风暴轴偏强(弱)时,SLP距平场呈AO遥相关型的正(负)异常位相。     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

Large-scale Circulation Anomalies Associated with Interannual Variation in Monthly Rainfall over South China from May to August简

Interannual variation in summer rainfall over South China （SC） was investigated on the monthly timescale.It was found that monthly rainfall from May to August exhibits different features of variation,and the amounts are basically independent of each other.There is a significant negative correlation,however,between May and July SC rainfall,which is partially related to the developing phases of ENSO events.It was also found that stronger （weaker） lower-tropospheric winds over SC and the upstream parts are responsible for more （less） SC rainfall in every month from May to August.Despite this monthly consistent enhancement of horizontal winds,the wind anomalies exhibit distinct differences between May-June and July-August,due to the remarkable change in climatological winds between these two periods.More SC rainfall is associated with a lower-tropospheric anticyclonic anomaly over the SCS and the Philippine Sea in May and June,but with a cyclonic anomaly centered over SC in July and August.     

Surface and upper-level features associated with wintertime cold surge outbreaks in South Korea

The surface and upper-level features associated with a sharp drop of wintertime daily temperature over South Korea is investigated in this study. This sharp drop in daily temperature is called a cold surge and is one of the most hazardous weather phenomena in East Asian winters. An upper-level baroclinic wave of 60°wavelength propagating eastward at a phase speed of 12°longitude per day across the continent of northern China from the west of Lake Baikal toward the eastern coast of China causes the outbreak of cold air over South Korea. The cooling associated with the upper-level baroclinic wave is found at all altitudes under the geopotential height-fall center near the tropopause. The development in the ridge seems to derive the early evolution of the eastward-propagating sinusoidal wave, whereas the trough is connected directly with the tropospheric temperature-drop. An enhancement of the wintertime East Asian jet stream after the outbreak of a cold surge is a response to the steep temperature gradient associated with the developing baroclinic wave.     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。     

东北夏季降水分型及其大气环流特征

利用1961—2010年中国东北122站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心整理的160站月平均温度资料,对东北6月、7月、8月的降水进行分型,在此基础上分析各类降水型对应的环流形势。结果表明:东北6月、7月、8月降水均可划分为两大类四小类,6月与8月的分型结果相同,为全区一致型(同多型、同少型)和南北反位相型(南部型、北部型),7月可分为全区一致型(同多型、同少型)和东西反位相型(东部型、西部型)。6月东北降水主要受东北冷涡影响,冷涡越强,降水越多,且当鄂霍次克海阻塞高压出现明显异常时,6月东北降水将呈现南北反位相特征;7月、8月降水主要受东亚夏季风影响,其中东北降水全区一致型与西太平洋副热带高压的位置以及沿亚洲西风急流东传的波列有关,而降水南北(东西)反位相型则与西太平洋副热带高压的强度有关。     

2022年华南极端“龙舟水”与大气环流及海温异常的关系

利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料,NCEP/NCAR大气环流再分析资料,NOAA月平均海表温度资料(ERSST V5)及向外长波辐射(OLR)资料,采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流及海温异常的关系。结果表明,2022年“龙舟水”期间,东亚大槽、东北冷涡偏强,南下冷空气偏强,同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强,在华南存在明显的水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件,大气环流对其有明显响应,Walker环流增强,华南对流明显加强,菲律宾以东存在异常反气旋环流,副高加强导致其西北侧的西南风加强,向华南水汽输送显著增强,同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。     

近50 a华南盛夏降水的季节内差异及大气环流异常特征分析

基于CRU、CMAP、PREC/L、CN05.1、NCEP/NCAR以及全国160个台站的月降水资料,采用经验正交函数(EOF)分解、依赖于季节的经验正交函数(SEOF)分解、滑动平均、空间相关、回归以及合成分析等多元统计方法研究了近50 a华南盛夏降水异常的基本特征及其季节内差异,并讨论了其大气环流异常。结果表明:(1)盛夏7、8月华南降水异常的空间分布都表现为区域一致性,即整个华南地区都为正(负)异常。(2)华南盛夏降水异常在月季变化的时间尺度上存在着同位相和反位相演变,1963—1993年,华南7、8月降水大致为反相演变,即7月华南全区一致偏涝(旱)而8月一致偏旱(涝);1994—2015年,二者总体表现为同相演变,即7月华南全区降水一致偏涝(旱)时8月亦一致偏涝(旱)。(3)大气遥相关型的变化是同相和反相两种演变模态产生的主要原因,同相期间对流层中层7月表现为欧亚遥相关(EU)和东亚太平洋遥相关(EAP)相互配置,8月表现为类似EU和太平洋北美遥相关(PNA)型;反相期间对流层中层7月表现为类似北美东西遥相关(NAEW)型,8月表现为类似EAP型。(4)西太平洋副热带高压的变化与华南盛夏降水季节内差异密切相关。反相期间7月与8月西太平洋副热带高压的差异主要体现在东西位置变化较大,而同相期间变化不大。     

A numerical study on the winter monsoon and cold surge over East Asia

By using the improved regional climate model （RegCM_NCC）, a numerical study has been undertaken for the East Asia region over a period of 5 years （1998-2002） in an effort to evaluate the model＇s ability to reproduce the winter monsoon conditions that were observed. The results showed that the model can successfully simulate the basic characteristics of the winter monsoon circulations, including the location and intensity of the cold-surface, high-pressure system, as well as the wind patterns and the intensity of the winter monsoon. The simulated occurrence frequency and regions of the cold surge were consistent with the observations. The simulated rainfall distribution over China was consistent with the observations collected in South China. The features of the simulated moisture transport were also in good agreement with the observations that were derived from the NCEP reanalysis data, indicating that moisture transport coming from the Bay of Bengal trough plays a crucial role in supplying moisture needed for precipitation in South China. In addition, the moisture transport coming from the near-equatorial west-Pacific was also important. These two branches of moisture transport converged in South China, as a prerequisite for occurrence of the precipitation that was observed there. Heat budgets have shown that the development of a heat sink over the East Asian continent was remarkable and its thermal contrast relative to the neighboring seas was the important forcing factor for the winter monsoon activity. The simulation also indicated that the significant differences in circulation patterns and rainfalls during the winters of 1997/98 and 1998/99 were affected by cold and warm ENSO events, respectively. The above analysis demonstrated the model＇s ability to simulate the East Asian winter monsoon.