大气环流的季节变化和季风

利用多年平均气候资料计算了全球各地和各等压面上的大气环流季节变率（即冬季和夏季环流之差或者1月和7月环流之差再除以年平均）,发现在对流层低层环流有5个很突出的季节变率极大值的区域,分别位于热带和南北两半球的副热带和中-高纬度带（温-寒带）,它们分别对应于经典所谓的热带季风区,太平洋、印度洋和大西洋的副热带高 压季节性移动区域,以及温-寒带气旋的风暴轴线区域。这5个区域也可分别称为热带季风区、副热带季风区和温-寒带季风区。季节变率带有鲜明的斜压性:在对流层低层热带季风和副热带季风虽相互连接然而仍然明显可分,但越往上,副热带季风一支就越往低纬移动,结果在200 hPa处与热带季风混合为一,形成为斜交赤道的带,和所谓的行星季风区相对应;再往上,在平流层上层,则南北两半球各在中纬度带有一完好的非常鲜明的季节变率极大值带,它们与黑夜急流的维持和崩溃有关。此外,文中还探索了各季节来临的时空分布以及年际变化等问题。     

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。     

中国华南春季季风及其与大尺度环流特征的关系

定义了中国华南春季季风，并用NCEP／NCAR再分析资料研究了春季风的气候特征以及春季风降水和大尺度环流在年际变化上的关系。结果表明，从降水和大气环流的变化来看，华南春季风在气候上发生于4月和5月；与华南春季风相联系的大气环流特征与夏季风和冬季风所对应的大气环流特征完全不同。华南春季风降水的年际变化主要与太平洋北部的异常环流相关联，而这种异常环流又与亚洲北部的西风急流和极地涡旋有联系；华南春季风降水的年际变化还与太平洋的海表温度异常有关；而亚洲热带大气环流的年际变化与华南春季风降水的变化关系不大。     

华北地区的季节变化特征与季风

通过对以北京地区为代表的近15年的地面资料进行分析,研究了华北地区季节过渡的突变特征,并根据它们的综合演变提出了华北地区冬、夏半年的划分方法。同时,对它们的年际变化进行了讨论,并分析了华北地区由冬季向夏季转换的早晚与对流层中上层行星尺度天气系统的季节性转换进程之间的联系。     

春夏季节转换中西太平洋副热带高压东移与大尺度环流和温度场变化关系

分析了由春向夏的季节转换过程中西太平洋副热带高压与大尺度环流和温度场之间的变化关系.结果表明:4月份,西太平洋副热带高压开始表现出向东移动特征,6月份它与向西移动的北美副高在东太平洋120～160 (W区域合并.这一期间,沿15～20 (N之间的纬圈环流同时表现出向东移动特征,该纬圈环流的上升支位于南海-西太平洋暖池一带,下沉支主要位于东太平洋180 (～120 (W区域.伴随上述变化,位于北半球太平洋的局地Hadley环流在纬向随时间表现出东强西弱变化特点.西太平洋副高向东移动与15～20 (N之间的纬圈环流和130 (W东太平洋局地Hadley环流在15～25 (N上空交汇、下沉密切相关.在由春向夏季节转换中,大气和海表温度关于赤道季节转换速率沿纬向表现出东慢西快差异,上述变化为西太平洋副热带高压的向东移动提供了有利的气候背景.     

基于三维分解的大尺度垂直环流变化特征分析

通过探讨大尺度大气环流表示方法的数学变换，提出了三维分解方案，在全球范围内统一处理热带和中高纬度的环流，并依此对垂直环流进行方差分析。结果表明，垂直环流以季节变化为主，亚洲季风区是全球垂直环流季节变化的强信号区，年际变化的强信号区位于热带中太平洋。     

夏季的季风环流

早在五十年代,陶诗言和陈隆勋(1957)就已指出,印度西南季风的爆发和我国长江流域梅雨的开始有密切关系。随后,我国不少气象工作者指出,孟加拉湾是我国夏季重要的水汽源地之一,而西南季风则起了水汽输送者的作用。所以,有关季风的研究对于解决我国夏季旱涝的予报有重大的意义。从大气环流来看,季风是夏季热带和付热带大气环流中重要的一员,季风云团提供了大量的凝结潜热,季风又是夏季热带地区角动量输送     

夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

南海西沙地区季风季节变化的气候特征

利用位于南海中北部的西沙观测站1959～1988年30年常规地面观测资料和1980～1988年9年探空资料,分析了西沙地区季风季节变化气候特征。30年的地面观测资料平均结果表明,西沙地区5月中旬西南（或南）风建立,对流突然加强,云量陡增,6月上旬降水量剧增。利用本文定义的季风指数,可以将西沙夏季风季节变化过程分为3个阶段:东南夏季风阶段（4月初至5月初）、西南夏季风阶段（5月中至9月初）和夏季风结束阶段（9月中至10月初）。这种阶段的划分不但与广东省汛期降水有较好的对应关系,而且与南海大气环流的季节演变也有很好的联系。     

大尺度环流变化对华北地区夏季水汽输送的影响

利用我国华北地区25个气象站1951-2006年共56年的月降水资料及1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料以及NOAA HYSPLIT_4水汽轨迹模型, 分析了近50年华北地区夏季降水量、整层水汽输送通量及水汽输送轨迹的变化, 并探讨了其影响成因.结果表明, 华北夏季水汽输送通量及其轨迹有明显的年际和年代际变化特征; 东亚夏季风的南风北界的年际变化对水汽输送有重要影响, 南风北界的南撤导致了华北地区水汽输送通量的减少; 通过对华北地区降水偏多年和偏少年的比较显示, 降水偏多年水汽大部分来自南海, 并且输送轨迹较长, 水汽主要从西南方向输送到华北, 并且偏多年华北上空存在明显的上升运动, 偏干年反之.     

热带太平洋环流季节变化的数值模拟

在观测到的海表风应力和热量及淡水通量驱动下，用大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式对热带太平洋环流季节变化进行了数值模拟。对模拟得到的热带太平洋海面起伏、温度场和流场等季节变化分析、比较表明，模式成功地模拟了观测到的环流季节变化基本特征。其中，海面起伏中西北太平洋副热带反气旋环流在冬季最强，赤道槽在冬季和早春季强，而赤道脊和北赤道逆流槽则在秋季强；北赤道逆流在秋季强而春季弱，150°W附近区域赤道表层洋流流向在4至7月逆转；赤道东太平洋地区海表温度场春季增暖和秋冷却；以及次表层赤道斜温层     

西藏高原对于大气环流影响的季节变化

海陆分布对於大气环流的影响有两方面,一方面是由於热力的,冬季大陆上的气温低於海洋,夏季反之,与这种温度的分布有关系的气象上的现象,我们可以观察到很多,例如西伯利亚的冬季高压就是因为当地的低温所致,再如东亚夏季的东南季风也是因为大陆上的高温结果。Bleeker对於冷热在大气变化中的作用,特别强调。著者对於海陆温度的分布和大气环流亦会稍加讨论,本文不拟对此再多伸述。     

环流季节变化及其异常的诊断分析

介绍了局地型相似系数(LPAC)的计算方法。利用NCEP/NCAR850hPa月平均风场41a再分析资料,得出多年平均月际局地型相似系数图,由此分析了环流的季节变化,并结合长江流域洪涝的1998年,分析了东亚环流季节转换的异常特征。结果表明,局地型相似系数图能很好地揭示环流的季节变化,并能反映季节转换的异常。     

季风环流与大气臭氧

本文研究了从亚洲大陆流向南方的印度尼西亚-澳大利亚冬季风对大气臭氧的影响。在这种气流中形成热带典型的臭氧层,其浓度的最大值所在高度从22公里被抬升到26.5公里,在季风条件下,臭氧的总含量低于240多布逊单位(D.u.),有时降到197多布逊单位,形成低的热带臭氧距平区。现有资料说明,这种低距平对季风区居民的健康是危险的。     

季风的季节、年际和年代际变化

区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程和全球季风的分布以及季风的年际和年代际变化。最后对季风研究的潜在方向作了适当的讨论。     

亚洲季风降水变率的区域分布和季节变化

本文讨论了亚洲季风降水变率的区域分布及其季节变化。计算了177个站的1931-1960年的年、月降水变率,研究的区域范围是60-180°E,10-50°N。主要结果如下。 (1) 有些地区的降水变率很大,有些地区则很小。例如,印度次大陆及其附近大部分地区,除6-8月以外,月降水变率超过100％。与上述地区相反赤道地区和东亚的降水相当定常。 (2) 逐月的降水变率分布变化缓慢,无突然的季节变化。 (3) 每月降水变率分布图呈带状分布,能看出最大和最小变率区,绘制最大、最小变率轴线,以显示出每月轴线的位置。     

高原季节转换时期大气环流变化特征

利用1961～ 2007年NCEP/NCAR的再分析逐日资料,分析高原主体上空大气环流的季节变化和受到高原影响的东亚大型环流系统的季节变化,以此证明本文得到的“高原普适性划分方法”的合理性.得到的初步结论概括如下：高原主体上空的位势高度、风场、高空温度、降水的季节变化和高原普适性季节划分方法划分的高原四季变化一致,高原南亚高压、副热带高压、副热带西风急流的三个特征指数季节变化和高原普适性季节划分方法划分的高原四季变化一致,这些结论都说明高原普适性季节划分方法划分的高原四季是合理的;风场季节率（500hPa、100hPa）显著区随高度升高向赤道靠近,风场季节率的变化主要和东亚季风的变化有关,大气环流系统季节率的显著说明了大气环流的季节变化,同时也证明了高原普适性季节划分方法的合理性.