索马里急流的年际变化及其对半球间水汽输送和东亚夏季降水的影响

利用美国国家环境预报中心和美国国家大气科学研究中 心（NCEP/NCAR）再分析月平均气候资料以及Xie和Arkin分析的月平均降水资料（1968～199 8年），针对索马里低空急流（SMJ）的年际变化及其对东亚夏季降水的影响问题展开了分析 研究. 结果揭示，SMJ作为最主要的越赤道气流，对两个半球间水汽输送起最关键的作用， 它把水汽从冬半球输送到夏半球. 夏季SMJ的年际变化有全球范围内的环流异常与之相联系 ，特别是东亚沿岸的波列状异常分布、南亚高压以及澳大利亚以南的偶极型异常分布；它 也同春季的北印度洋等海区的海温异常有密切关系. 研究还表明，春季SMJ的年际变化对东 亚夏季降水和大气环流有显著影响，由于SMJ影响的超前性，因此它在东亚夏季气候预测上 有重要意义.     

东亚降水格局:季风与瞬变涡动的竞争

利用再分析资料ERA-40计算了东亚气候平均对流层水汽输送(MT)、平均气流水汽输送(MMT)、瞬变涡动水汽输送(EMT)及其散度,并同降水场进行比较分析.结果表明,季节平均水汽散度场同东亚降水分布型存在一定的配置关系,水汽辐合区对应于降水大值区,辐散区降水较少.东亚大部分地区MMT散度大于EMT,但符号相反,即MMT是MT的主要部分,决定了后者散度空间分布特征.夏季风期间,东亚MMT表示季风水汽输送,其大尺度辐合区对应于季风降水区,辐散区覆盖了西北内陆干旱区.中高纬EMT四季均为恒定向北的水汽输送,是内陆干旱区和非夏季风控制区降水水汽的主要供给者.从夏到冬EMT水汽辐合区扩大,MMT辐合区缩小,后者的散度决定了东亚干湿气候区分布.因而季风与瞬变涡动竞争形成东亚独特的降水格局.这些特征的揭示为东亚区域气候形成与变异机理研究提供了新思路.1998年夏季案例分析表明,长江、松花江和嫩江发生流域性洪涝灾害主要是大尺度夏季风水汽输送异常辐合造成,瞬变涡动贡献不大.     

影响中国北方强降雪事件年际变化的典型环流背景和水汽收支特征分析

基于1961-2014年中国台站观测资料和NECP/NCAR再分析资料,对影响中国北方强降雪事件（日降雪量5 mm及以上,包括大到暴雪）年际变化的典型大尺度环流特征和水汽条件进行了综合分析.结果表明：中国北方强降雪事件主要集中在新疆北部和东北两个地区,而且强降雪日数和降雪量具有高度一致的年际变化特征.中国北方强降雪事件偏多时,对应北大西洋涛动（NAO）和北极涛动（AO）负位相;贝加尔湖上空维持异常低槽区,有利于冷空气的爆发南下;热带印度洋至热带西太平洋上空维持一条异常反气旋带,有利于暖湿气流向北输送;中国北方及以北区域高空为异常西风气流,提供有利的动力抬升条件,使得强降雪易于在中国北方发生;反之亦然.水汽收支分析显示,中国北方西边界和南边界水汽入流增强在强降雪偏多中起着主要贡献.异常西风水汽输送利于新疆北部大到暴雪偏多,异常西南风水汽输送则利于东北地区大到暴雪的发生.进一步研究揭示：与小雪相比,影响中国北方大到暴雪年际偏多的中高纬环流特征相类似,但环流经向度更大;而且大到暴雪与NAO和AO的关系更密切,并更多的受到来自中低纬地区的水汽输送影响.

     

亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化与中国旱涝的关系

利用1958～2002年的NCEP-R1和ERA-40逐日再分析资料以及中国160站点月平均降水资料探讨了亚洲夏季风水汽输送的年际年代际变化及其与中国降水异常的关系. 分析结果表明,亚洲夏季风水汽输送和中国夏季降水的异常主模态呈现显著的准两年变化周期. 当南亚夏季风纬向水汽输送偏强（弱）时,东亚—西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常有利于长江中下游地区和江淮流域的水汽辐合负（正）异常与华南和华北地区的水汽辐合正（负）异常,从而引起中国东部的经向三极子雨型,即长江中下游地区和江淮流域的偏旱（涝）与华南和华北地区的偏涝（旱）. 1970s年代末之后,亚洲夏季风水汽输送的年代际减弱与西北太平洋地区水汽输送的偶极型异常相配合,导致长江中下游地区的持续偏涝与华南和华北地区的持续偏旱. 从中国夏季降水异常与水汽通量辐合异常的同相对应关系来看,ERA-40资料对亚洲夏季风水汽输送年际年代际变化的描述能力强于NCEP-R1资料.     

亚洲夏季平流层-对流层水汽交换年际变化与亚洲夏季风的联系

亚洲地区是物质由对流层向平流层输送的主要通道,在平流层-对流层交换中扮演着积极的角色. 本文主要利用卫星资料和欧洲中心ERA40再分析资料,借助Wei诊断模式研究亚洲地区夏季上对流层-下平流层(UTLS)水汽分布和平流层-对流层水汽交换特征,重点着眼于水汽交换的年际变化,并探讨其与亚洲夏季风的联系. 结果表明,季风区UTLS水汽较赤道地区偏多,且通过磁带记录信号的传播,可穿越对流层顶影响下平流层水汽的多寡. 夏季平流层-对流层水汽交换表现出明显的年际特征,其年际变化与亚洲季风强弱变化有密切联系,尤其与南亚夏季风的关系更为显著. 在亚洲夏季风影响下,亚洲地区出现异常的大气环流和垂直运动,从而影响平流层-对流层之间水汽的交换. 这些结果对认识其它大气成分的输送过程也具有重要的指示意义.     

热带印度洋增暖对南极平流层极涡的影响

过去几十年,在全球变暖的大背景下,全球大部分海洋,特别是热带印度洋,显著增暖．同时,南极平流层极涡呈现发展加深的趋势．以前的模拟结果显示,臭氧耗损的辐射冷却效应是南极极涡加深的主导因子,但模拟的臭氧耗损单独引起的南极极涡加深比实际观测到的要强．这说明有其他因子参与影响了南极极涡的趋势变化,其作用是部分抵消臭氧耗损的影响．是否热带印度洋增暖是其中的因子之一,这个问题还不清楚．利用4个大气环流模式,通过给定理想的、与观测到的强度相当的热带印度洋增暖强迫,进行集合试验,研究了这一问题．结果表明：热带印度洋增暖有利于南半球春、夏季极地平流层增暖、南极极涡减弱,于是倾向于部分抵消臭氧耗损的辐射冷却效应．这一结果能部分解释以前的模拟发现～臭氧耗损单独导致的南极极涡加深比观测到的要强．鉴于平流层变暖不利于极地平流层冰晶云的形成、遂有利于臭氧恢复,现在的结果暗示：在全球变暖的大背景下,气候系统的内部动力调整过程将有利于南极臭氧洞的恢复．     

青藏高原季节冻融过程与东亚大气环流关系的研究

利用青藏高原46个气象站的最大冻土深度观测资料、中国160个气象站降水资料和NCAR/NCEP资料，对青藏高原冻土的季节性冻融过程进行合成分析，发现青藏高原土壤的季节冻融过程对青藏高原上空及东亚大气环流有显著的影响，在高原最大冻土深度较小的年份中，7月份，南亚高压强且偏西，500hPa印度低压强，西太平洋副热带高压弱且偏东，高原南部的东风较强；最大冻土深度较大的年份，南亚高压弱且偏东，印度低压弱，西太平洋副热带高压强且偏西. 在不同的冻融年份，850hPa上纬向风的差异显著区反映了西南季风的活动. 最大冻土深度与中国夏季（7月份）降水有3条显著相关带，雨带的分布与中国夏季平均雨带相吻合. 由此，青藏高原季节冻融过程引起的水热变化是影响东亚气候的一个重要外源.     

公元1840年以来东亚夏季风降水变化—— 以中国和韩国的树轮记录为例

根据中国和韩国3条树木年轮降水记录, 本文分析了过去160 a以来东亚夏季风降水的变迁历史. 统计分析表明, 年际间中国和韩国季风降水不存在线性相关, 而在10 a尺度上则表现出同步变化的趋势. 1860~1890, 1910~1925, 1940~1960年是3个降水量较多的时段; 1890~1910, 1925~1940, 1960~1998年, 则是3个降水量较少的时段. 3条降水重建序列均揭示1920年代中期东亚夏季风降水快速由多转少. 同时树木年轮季风降水重建序列也被基于中国历史文献记载所划分的旱涝指数和韩国雨量记录所证实.     

初夏西北太平洋副高东西变动对中国南部降水东西差异的影响

西北太平洋副热带高压（以下简称副高）是影响中国气候的大尺度环流系统,为了进一步了解副高对中国气候的影响,本文利用站点观测资料和大气环流再分析资料,通过资料诊断分析和数值模拟方法,探讨了6月副高东西变动对中国南部降水的影响,以及影响副高东西变动的前期海洋因子.结果表明副高东西变动对中国西南和华南地区降水的影响明显不同：副高偏东有利于降水西南偏多而华南偏少,偏西则降水变化刚好相反.其原因与副高东西变化引起的环流差异有关,华南降水与副高东（西）变动时西太平洋地区副高西北侧的东北（西南）风异常以及东亚中低纬度地区异常经向波列的变化直接有关,而西南降水异常不仅与副高东西变动在东南亚地区引起的纬向风异常有关,与青藏高原大地形动力作用对副高北侧异常纬向风的变化也有十分密切的联系.此外,副高东西变动时影响西南和华南地区的水汽来源不同,影响西南的水汽主要来源于赤道印度洋80°E附近越赤道气流,而影响华南的水汽主要来源于副高南侧偏东气流从西北太平洋地区输送的水汽.进一步分析发现前期冬春季热带西北太平洋和赤道西太平洋海温变化的偶极差异与后期初夏副高东西变动有密切联系,冬春季西北太平洋暖海温和赤道西太平洋冷海温变化有利于后期初夏副高偏西,相反则有利于副高偏东,数值模拟结果在一定程度证实了资料诊断分析结果.

     

CMIP5模式对东亚冬季风指数变化及其与冬季大气环流和气温关系的模拟评估

本文评估了44个CMIP5模式对东亚冬季风环流系统,特别是东亚冬季风指数及其对应的环流和气温特征的模拟能力.结果表明：CMIP5模式对地表气温和500 hPa位势高度场模拟效果最好,对200 hPa纬向风的模拟次之,而对海平面气压和850 hPa经向风的模拟相对较差.与单个模式相比,多模式集合（MME）的模拟能力要更优,其能够很好地再现西伯利亚高压、阿留申低压、东亚低层偏北风、中层东亚大槽、高层东亚西风急流以及地表气温的空间分布.不过,模拟的环流系统偏强,造成东亚地表气温总体偏低.对于东亚冬季风指数,分别选取基于300 hPa纬向风（I_Jhun）、850 hPa风场（I_Wang）、500 hPa位势高度（I_Cui）、以及海平面气压（I_Guo）定义的四个指数表征东亚冬季风强度.MME能很好地模拟I_Cui和I_Wang指数的长期变化,还能合理再现四个指数所指示的东亚冬季风环流和气温的变化特征：对应冬季风偏强年份,西伯利亚高压、阿留申低压、东亚沿岸低层北风、东亚大槽和高空西风急流加强,东亚大陆地表气温和极端低温降低,但变化的幅度比观测结果偏弱.

     

全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的特征分析

青藏高原为亚洲季风区的典型代表区域,研究其水汽进入平流层的过程和机理对认识全球气候和大气环境变化具有一定的现实意义. 本文基于中尺度气象模式(WRF)的模拟输出结果(2006年8月20日至8月26)驱动拉格朗日大气输送模式FLEXPART,通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关变化特征,初步分析了夏季青藏高原地区近地层-对流层-平流层的水汽输送特征. 研究结果表明,源于高原地区近地层的水汽在进入平流层的过程中受南亚高压影响下的大尺度环流和中小尺度对流的共同影响.首先,在对流抬升作用下,气块在短时间内(24 h)可抬升到9~12 km的高度,然后在南亚高压闭合环流影响下,相当部分气块在反气旋的东南侧穿越对流层顶进入平流层中,并继续向低纬热带平流层输送,进而参与全球对流层-平流层的水汽循环过程. 在对流抬升高度上气块位置位于高原的西北侧,然而气块拉格朗日温度最小值主要分布于高原南侧,两个位置上气块的平均位温差值可达15~35 K,这种显著的温度差异将导致气块进入平流层时"脱水". 比较而言,夏季青藏高原地区近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度汽流的垂直输送有关,而深对流的作用相对较弱.     

我国南方夏季低频雨型的季节内水汽输送特征

利用1962～2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用对历史个例进行合成分析的方法,研究了异常降水中心分别位于长江以南区域的江南型和长江-淮河流域的江淮型低频雨型的季节内水汽输送特征.研究表明,江南型的总水汽输送主要来源于孟加拉湾,并经中南半岛和南海输入江南区域;江淮型的总水汽输送主要直接来源于南海,但水汽源地主要为印度季风区.对于水汽输送异常,江南型和江淮型具有明显不同的特征.江南型的水汽输送异常主要来源于热带西太平洋-南海,中纬度西风带和中高纬度南下的水汽输送异常的贡献次之;而江淮型的水汽输送异常主要来源于热带和副热带西太平洋,中纬度西风带水汽输送异常的贡献次之.另外,水汽输送异常对江南型的区域总水汽收支的贡献约为50%,而对江淮型的区域总水汽收支的贡献高达70%左右.因此,虽然总水汽输送主要取决于气候平均水汽输送,但是,水汽输送异常与气候平均水汽输送对江南型和江淮型的水汽供应具有相同甚至更为重要的贡献.特别是对于江淮型,区域总水汽收支主要取决于水汽输送异常的贡献,而水汽输送异常的变化较平均水汽输送更为复杂,这有可能是江淮流域汛期降水预报较为困难的原因之一.     

东北夏季气温变异的区域差异及其与大气环流和海表温度的关系

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料，对东北夏季气温的时空分布进行了研究，发现其变化除具有整体的一致性外，东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同，其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一次显著的气候突变. 另外，剔除夏季气温全区一致变化的年份后，南北两区夏季气温与大气环流和海表温度的关系表明：突变前，影响北部和南部冷/热夏季的大气环流形势存在显著的不同，关键海域亦有很大差异：影响南部的为中纬度西太平洋和印度洋部分海域，影响北部的主要为ENSO事件；突变后，两区的夏季气温及相应大气环流和关键海区都趋于一致. 在整个分析时段内，北部夏季气温与东亚夏季风存在显著负相关，而南部的关系则不明显.     

Impacts of boundary layer parameterization schemes and air-sea coupling on WRF simulation of the East Asian summer monsoon

The planetary boundary layer(PBL)scheme in the regional climate model(RCM)has a significant impact on the interactions and exchanges of moisture,momentum,and energy between land,ocean,and atmosphere;however,its uncertainty will cause large systematic biases of RCM.Based on the four different PBL schemes(YSU,ACM2,Boulac,and MYJ)in Weather Research and Forecasting(WRF)model,the impacts of these schemes on the simulation of circulation and precipitation during the East Asian summer monsoon(EASM)are investigated.The simulated results of the two local turbulent kinetic energy(TKE)schemes,Boulac and MYJ,are more consistent with the observations than those in the two nonlocal closure schemes,YSU and ACM2.The former simulate more reasonable low-level southwesterly flow over East China and west pacific subtropical high(WPSH)than the latter.As to the modeling of summer monsoon precipitation,both the spatial distributions and temporal evolutions from Boulac and MYJ are also better than those in YSU and ACM2 schemes.In addition,through the comparison between YSU and Boulac experiments,the differences from the results of EASM simulation are more obvious over the oceanic area.In the experiments with the nonlocal schemes YSU and ACM2,the boundary layer mixing processes are much stronger,which lead to produce more sea surface latent heat flux and enhanced convection,and finally induce the overestimated precipitation and corresponding deviation of monsoon circulation.With the further study,it is found that the absence of air-sea interaction in WRF may amplify the biases caused by PBL scheme over the ocean.Consequently,there is a reduced latent heat flux over the sea surface and even more reasonable EASM simulation,if an ocean model coupled into WRF.     

冬季亚洲中强震与夏季我国东部主雨带的准同纬性

根据1954～2003年50年亚洲中强震与我国地温资料,分析了冬季震中纬度—震涡中心纬度—冬季我国东部强地热涡中心纬度—夏季我国东部主雨带纬度4者之间的相互关系,发现冬季中强震与夏季主雨带之间具有较好的准同纬性. 这是每年汛期降水预报的一个指标. 文中也讨论了应用此预报指标时的一些特例.     

Interbasin freshwater,heat and salt transport through the boundaries of the East and South China Seas from a variable-grid global ocean circulation model

It has long been recognized that the circulation in the East China Sea (ECS) and Japan/East Sea (JES) is closely related with that in Pacific, especially with the Kuroshio (e.g., Nitani[1], Hi-daka[2]). Based on current measurements in the Taiwan Strait a…