西北太平洋冷海温对东亚初夏大气环流影响的数值研究

利用改进的NCAR CCM3气候模式, 研究了1992年西北太平洋持续冷海温对东亚初夏季节大气环流的影响。西北太平洋冷海温不利于初夏东亚南支西风急流季节性北移, 引起亚洲东部沿海低槽明显加深, 东亚大槽平均高度场降低了4.66 dagpm, 从而也不利于西太平洋副热带高压的西伸加强。西北太平洋冷海温还不利于我国大陆初夏温度场回升, 特别是引起我国东北地区近地面温度下降2~5 ℃, 是影响东北冷夏现象的重要原因之一。模拟结果表明, 1992年初夏江淮入梅期较常年偏晚, 降水异常偏少, 与紧邻东亚大陆的西北太平洋持续冷海温有关。     

北太平洋持续SSTA影响东亚初夏大气环流的数值试验

应用一个在NCARCCM3(T42L18)气候模式基础上发展的CCM3(R15L9)长期预报模式,模拟研究了北太平洋海区持续暖海温对东亚初夏大气环流的影响。结果表明,北太平洋海区海温持续偏暖引起亚洲—太平洋地区(20～40°N)对流层出现明显的增温带,有利于初夏东亚南支西风急流的减弱、北跳,东风急流加强北移和西太平洋副热带高压加强北抬,还有利于亚洲夏季风发展和东亚大陆近地面平均温度回升。上述环流特征,加速了东亚初夏季节转换过程。     

热带印度洋持续暖海温对东亚初夏大气环流影响的数值研究

用改进的CCM1(R15L12)气候模式，模拟研究了1991年热带印度洋持续暖海温对东亚初夏季节大气环流的影响。结果表明，热带印度洋海温持续偏暖有利于初夏高原上空大气增温，从而有利于热带东风急流的发展北移和东亚南支西风急流的北跳，并引起5月份西太平洋副热带高压明显加强北抬。印度洋暖海温还引起初夏东亚大陆温度场回升。对南半球越赤道气流发展和南海夏季风的加强起到积极作用。上述特征加速了东亚初夏季节转换过程，有利于江淮梅雨较早发生。     

1995年北半球主要环流特征及其影响

１９９５年北半球大气环流的主要特征是：５００ｈＰａ西太平洋副热带高压异常偏强，初夏脊线位置偏南，盛夏偏北；亚洲西风带，春季经向环流发展，初夏东亚阻塞形势稳定，盛夏纬向环流盛行；５００ｈＰａ青藏高原位势高度夏半年偏高，冬半年偏低；北半球１００ｈＰａ位势高度低纬度持续偏高，中高纬度持续偏低，南亚高压偏强；１９９４年开始的厄尔尼诺事件于１９９５年３月结束。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料 (ERSST) 和中国730个站旬降水资料, 采用SVD和扩展SVD (ESVD) 分析、合成分析、相关分析等方法, 在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上, 研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋 (EAP) 遥相关型形成的过程, 及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题.结果表明, 梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系.联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个: (1) 西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季, 使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强; (2) 东亚大槽持续偏弱, 冷空气活动路径偏北偏东, 使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; (3) PNA遥相关型的持续发展, 使北冰洋地区高度增高.后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用.另外, 持续性分析表明, ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多.在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系, ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常, 而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持, 对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应.     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期海温关系的研究

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料(ERSST)和中国730个站旬降水资料,采用SVD和扩展SVD（ESVD）分析、合成分析、相关分析等方法,在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上,研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋（EAP）遥相关型形成的过程,及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题。结果表明,梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系。联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个:（1）西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季,使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强;（2）东亚大槽持续偏弱,冷空气活动路径偏北偏东,使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; （3）PNA遥相关型的持续发展,使北冰洋地区高度增高。后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用。另外,持续性分析表明,ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多。在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系,ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常,而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持,对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应。     

我国华南4、5月份降水年代际变化的特征及其与中西太平洋海温的可能关系

利用1951～2005年华南4、5月份降水资料、NOAA海温资料以及NCEP再分析资料,对华南4、5月份降水年代际变化的特征、及其所对应的大尺度环流以及与中西太平洋海温的关系作了分析。结果表明,华南4、5月份降水均在1970年代初期发生显著的年代际转变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。华南4月份降水与前一年7～11月份的中西太平洋海温、华南5月份降水与当年2～5月份的中西太平洋海温有显著的负相关。在4、5月份年代际降水偏少(多)时期,前期中西太平洋海温偏暖(冷);同期亚洲大陆南部及非洲大陆的海平面气压显著偏低(高),北太平洋海区海平面气压偏高(低);我国华南上空存在反气旋性(气旋性)环流异常,我国华南地区北边界存在显著的南(北)风异常,造成华南地区北边界异常水汽输出增强(减弱)。同时,我国大陆对流层中上层大气显著偏暖(冷),东亚高空急流显著偏北(南),副热带高压偏弱(强)偏东(西),向华南地区输送的水汽减少(增加),从而在华南地区形成异常的水汽辐散(辐合),最终导致华南地区4、5月份降水的减少(增加)。     

2013年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文对2013年海洋和大气环流异常特征进行分析,讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。结果表明：2012/2013年冬季,北极涛动持续维持负位相,500 hPa位势高度场上,欧亚大陆中高纬环流呈“两槽一脊”的环流形势,乌拉尔山的高压脊持续偏强,而东亚槽也异常偏强,导致全国平均气温较常年同期偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因。2013年冬季至夏季,赤道中东太平洋海温异常偏低而海洋性大陆至西太平洋海温异常偏高,受此影响,夏季西太平洋副热带高压位置明显偏北,导致我国北方夏季多雨。与此同时,受西太平洋副热带高压下沉气流的控制,我国南方大部高温持续。2013年南海夏季风爆发偏早两候,结束偏晚4候,强度偏弱。     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

2020年初夏贵州省降水异常特征及其历史相似性分析

该文利用1961—2020年贵州省84个气象台站5月20日—7月10日的降水资料与NCEP/NCAR再分析资料,分析了贵州省初夏降水异常时空分布特征及其与海洋、大气环流的联系,以及对比2020年与历史相似年影响因子的异同。对比历史相似年,当初夏降水偏多时,大气环流纬向分布呈“两槽一脊”分布型,低压槽稳定维持在东亚中高纬附近。西太平洋副热带高压西伸脊点明显偏西,面积偏大,强度偏强。850 hPa水汽输送场上通过西北太平洋异常反气旋产生的异常西南风,向长江及其以南地区输送水汽,低层水汽输送偏强且辐合带位置相对稳定。前期春季热带印度洋偏暖和太平洋西暖东冷的异常海温加强了菲律宾反气旋,使西太副高稳定维持在西太平洋和东南亚地区,导致贵州省初夏降水偏多。     

NUMERICAL STUDY OF THE EFFECTS OF PERSISTENT WARMER SEASURFACE TEMPERATURE IN TROPICAL INDIAN OCEAN ONATMOSPHERIC CIRCULATION IN THE EARLY SUMMERIN EAST ASIA IN 1991

By employing the CCM1（R15L12）long-range spectral model, study is undertaken of the effects of sea surface temperature anomaly(SSTA) for tropical Indian ocean on circulation transformation in the early summer in East Asia in 1991. The results indicate that warmer SSTA contributes to the increasing of the temperature over the Plateau in early summer, resulting in the intensification of tropical easterly jet on 100 hPa and northward shift of Northern Hemisphere subtropical westerly jet in May. It is obviously favorable for the subtropical high enhancement over western Pacific Ocean in May and subtropical westerly jet maintaining at 35～40 °N in June, making the Mei-Yu come earlier and stay over the Changjiang basin in 1991. Furthermore, warmer SSTA is also advantageous to averaged temperature rise in East Asia land region and Nanhai monsoon development. These roles are helpful in accelerating the seasonal transition for East Asia in early summer.     

亚洲中部春夏季大气环流持续性异常与我国东部夏季旱涝的关系

通过对北半球(20oN以北)1958~2002年 500 hPa月平均高度场各格点的点对点月际相关系数的分析,探讨了环流的持续性。结果表明,亚洲中部上空存在着北半球中高纬度唯一的显著的高度场持续区,它的中心区位于(30oN~50oN, 70oE~110oE),这里正是广袤的青藏高原北坡、蒙古高原及黄土高原地区,一年中各月的持续性有明显的季节变化,冬末春初的2月对3月和3月对4月基本上没有持续性可言;4~5月出现了明显的持续性,相关系数突然增长到0.6;5月对6月的持续性继续增加,相关系数达到0.8。夏季至初秋(6~9月)各个月际稳定地保持着0.8的高相关系数。秋、冬各月持续性逐渐减弱,直至春季降到了最低。将1958~2002年中5~9月的月平均高度距平正、负持续最明显的两个7年的逐月环流和季环流作对比分析,得知在正持续年夏季东亚中纬度大气环流呈“西高东低”型;而负持续年的夏季则是“东高西低”型。它们都具有气候意义的稳定性。相应的,在明显正持续年夏季中国东部降水分布呈“北少南多”;而在明显负持续年则是“北多南少”。在这45年间,夏季亚洲中纬度500 hPa的月高度距平由负持续转为正持续,与中国东部降水由“北多南少”转为“南多北少”是对应的。分区逐日识别500 hPa天气系统的结果表明,正持续年亚洲中纬地区盛行高脊,长江中下游地区多低槽和辐合流型;负持续年则盛行低槽,长江中下游多副高控制和西南流型。揭示了中国夏季发生区域旱涝灾害的两种不同的气候进程和盛行天气过程。这样在5、6月份即可预测东亚夏季或盛夏环流形势与中国的降水趋势。     

Factors favorable to frequent extreme precipitation in the upper Yangtze River Valley

Extreme precipitation events in the upper Yangtze River Valley (YRV) have recently become an increasingly important focus in China because they often cause droughts and floods. Unfortunately, little is known about the climate processes responsible for these events. This paper investigates factors favorable to frequent extreme precipitation events in the upper YRV. Our results reveal that a weakened South China Sea summer monsoon trough, intensified Eurasian-Pacific blocking highs, an intensified South Asian High, a southward subtropical westerly jet and an intensified Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) increase atmospheric instability and enhance the convergence of moisture over the upper YRV, which result in more extreme precipitation events. The snow depth over the eastern Tibetan Plateau (TP) in winter and sea surface temperature anomalies (SSTAs) over three key regions in summer are important external forcing factors in the atmospheric circulation anomalies. Deep snow on the Tibetan Plateau in winter can weaken the subsequent East Asian summer monsoon circulation above by increasing the soil moisture content in summer and weakening the land–sea thermal contrast over East Asia. The positive SSTA in the western North Pacific may affect southwestward extension of the WNPSH and the blocking high over northeastern Asia by arousing the East Asian-Pacific pattern. The positive SSTA in the North Atlantic can affect extreme precipitation event frequency in the upper YRV via a wave train pattern along the westerly jet between the North Atlantic and East Asia. A tripolar pattern from west to east over the Indian Ocean can strengthen moisture transport by enhancing Somali cross-equatorial flow.     

2013/2014年东亚冬季风异常偏弱的可能成因

2005年之后东亚冬季风连续7年强度偏强,而2013/2014年冬季,东亚冬季风强度突然由强转弱,原因可能与前期秋季北极海冰的异常有关,受2013年秋季北极海冰异常影响,冬季西伯利亚高压偏弱,进而导致东亚冬季风偏弱以及我国气温偏高。季内,东亚冬季风强度变化显著,前冬偏弱,后冬偏强。受冬季风季节内变化影响,我国前冬暖、后冬冷;此外,前冬暖、后冬冷还受到北太平洋上空阻塞高压的异常活动影响,北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西,导致东亚地区经向型环流加强,改变了前冬以纬向型为主的环流,前冬高纬地区堆积的冷空气向东亚地区侵袭。加之,前冬我国气温偏高,导致后冬我国多地降温显著,气温由偏高转偏低。而阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。     

冬季黑潮区SST异常和东亚夏季风的相关研究

通过EOF分析确定冬季黑潮区SST的主要分布形势，然后用SVD方法揭示了东亚夏季风异常与冬季黑潮区SST异常的最佳耦合模态。结果发现，冬季黑潮区SST全区变化较一致，表现为均匀的冷暖分布，当黑潮区SST冷异常时，后期夏季热带季风槽增强，梅雨锋减弱，热带季风环流圈加强；东亚夏季风中的西南气流盛行，东南气流的强度增强但范围减小，北风减弱。暖异常时则相反。     

Land–sea heating contrast in an idealized Asian summer monsoon

Mechanisms determining the tropospheric temperature gradient that is related to the intensity of the Asian summer monsoon are examined in an intermediate atmospheric model coupled with a mixed-layer ocean and a simple land surface model with an idealized Afro–Eurasian continent and no physical topography. These include processes involving in the influence of the Eurasian continent, thermal effects of the Tibetan Plateau and effects of sea surface temperature. The mechanical effect on the large-scale flow induced by the Plateau is not included in this study. The idealized land–sea geometry without topography induces a positive meridional tropospheric temperature gradient thus a weak Asian summer monsoon circulation. Higher prescribed heating and weaker surface albedo over Eurasia and the Tibetan Plateau, which mimic effects of different land surface processes and the thermal effect of the uplift of the Tibetan Plateau, strengthens the meridional temperature gradient, and so as cold tropical SST anomalies. The strengthened meridional temperature gradient enhances the Asian summer monsoon circulation and favors the strong convection. The corresponding monsoon rainbelt extends northward and northeastward and creates variations of the monsoon rainfall anomalies in different subregions. The surface albedo over the Tibetan Plateau has a relatively weak inverse relation with the intensity of the Asian summer monsoon. The longitudinal gradient of ENSO-like SST anomalies induces a more complicated pattern of the tropospheric temperature anomalies. First, the positive (negative) longitudinal gradient induced by the El Niño (La Niña)-like SST anomalies weakens (strengthens) the Walker circulation and the circulation between South Asia and northern Africa and therefore the intensity of the Asian summer monsoon, while the corresponding monsoon rainbelt extends northward (southward). The El Niño (La Niña)-like SST anomalies also induces colder (warmer) tropospheric temperature over Eurasia and warmer (colder) tropospheric temperature over the Indian Ocean. The associated negative (positive) meridional gradient of the tropospheric temperature anomalies is consistent with the existence of the weak (strong) Asian summer monsoon.     

欧洲东部土壤湿度对东北亚初夏气温异常转折的影响及其可能物理过程

采用1979—2020年观测和再分析资料,研究了年际时间尺度上初夏(5—6月)东北亚气温异常月际转折的基本特征,以及欧洲东部土壤湿度异常对其的影响及可能物理过程。结果表明,年际时间尺度上东北亚初夏气温异常月际演变的主导模态为转折模态,即5月偏暖(冷)则6月偏冷(暖);转折模态的形成直接源于东北亚地区环流异常的转折。进一步分析发现,5月欧洲东部土壤湿度偏低往往导致东北亚5月偏暖而6月偏冷,可能的物理过程如下:5月土壤湿度偏低导致局地土壤温度和对流层低层增温,进而造成地中海地区(欧洲北部)对流层低层经向温度梯度和大气斜压性减弱(增强),相应地高频瞬变波活动减弱(增强),并通过瞬变涡度强迫有利于欧洲中东部形成异常高压和Rossby波波源;相关的Rossby波沿极锋急流东传,导致东北亚为准正压的异常高压,地表升温。土壤湿度异常可持续到6月,但强度减弱;类似地,其可通过瞬变涡度强迫有利于异常高压和Rossby波波源的形成,但中心西移至欧洲西部;相关Rossby波活动导致东北亚为准正压的异常低压,地表降温。5月和6月欧洲东部土壤湿度异常相关的 Rossby波的活动特征(波源、活动中心和传播路径)存在明显差异,这与两个月欧亚北部大气平均态的差异密切相关。当5月欧洲东部土壤湿度偏高时,上述物理过程则大致相反。     

RELATIONSHIP BETWEEN WINTERTIME THERMAL CONTRAST OVER THE ASIAN CONTINENT AND THE CLIMATE IN CHINA

Recent studies indicated that except for the land-sea thermal contrast,there also existed the land-land thermal contrast.The composite analysis and t-test method are used to further study the local thermal contrast variation over the Asian continent,and to discuss the association of seasonal variation of land thermal state with circulation over East Asia,the early summer and summer monsoon activity,and the precipitation anomaly in China in the decadal scale.Results show that the positive meridional temperature anomaly transports downward from upper tropospheric layers in middle-high latitudes north of 25°N in the positive years.In the zonal direction,the Tibetan Plateau heating in the successive spring acts as a force to influence the atmosphere,leading to the rapid temperature warming over eastern Chinese continent,which could increase the land-sea thermal contrast with the negative SSTA.Accordingly,the monsoon activity in early summer over East Asian establishes earlier and the summer monsoon intensity becomes stronger.The early summer precipitation is more-than-normal over the Yangtze River,and the summer precipitation is more-than-normal over the north China and the southwest China.The situation is contrary in the negative years.     

中国西北夏季气温变化及其对青藏高原地面感热异常响应的诊断与数值试验

利用陕、甘、宁、青、新五省（区）９０个测站,１９６０～１９９０年历年夏季月平均气温,采用主成分分析、旋转主成分分析和全球大气环流模式,对中国西北夏季气温变化的时空异常特征及其对青藏高原地面感热通量强弱变化的响应进行了诊断分析和数值试验。结果表明：中国西北地区气温变化在空间上具有较好的一致性,但由于地形和下垫面的影响,夏季气温异常主要表现为６种气候类型（区）,即青海高原区、河套区、北疆区、渭水流域区、南疆西部区、东疆－河西走廊区。５０年代以来气温演变的主要特点是除青海高原和北疆外的西北大部分地方夏季由暖变冷。当北半球５００ｈＰａ高度距平场呈欧亚型振荡,则有利于中国西北大范围气温偏高（低）。青藏高原地面感热通量的异常增强,可引起西北夏季西部偏暖,东部偏冷。