海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

长江中下游降水以及东亚夏季风环流的年代际变化

采用NCEP再分析资料及有关长江中下游的梅雨期降水量进行合成或诊断分析,目的是研究长江梅雨以及相应的大气环流的年代际变化,得出梅雨量的年代际变化和东亚大气环流以及厄尔尼诺现象的年代际变化密切相关的初步结果,具体结论如下：（1）与东亚季风指数相联系的长江中下游地区6-7月降水量及梅雨量在最近15年有持续增长的趋势。与此同时鄂霍茨克海地区的500hPa高度也有持续增长的趋势,并配合有厄尔尼诺频繁出现的趋势。（2）东亚夏季风指数与前年秋季NINO-3区域海温在最近20年有很好的相关,但是20年以前相关不好。意味着厄尔尼诺对东亚夏季环流的影响在加深。（3）近20年的PDO暖位相与东亚大气环流的年代际变化基本同步。     

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。     

论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化

本文是以新的资料和研究结果对东亚夏季风的基本特征、驱动力和年代际变化所作的重新分析与评估。内容包括四个部分:（1）东亚夏季风的基本特征;（2）东亚夏季风的驱动力;（3）东亚夏季风的年代际变率与原因;（4）东亚夏季风与全球季风的关系。结果表明:东亚夏季风是亚洲夏季风的一个重要有机部分,主要由来源于热带的季风气流组成,并随季节由南向北呈阶段性推进,它是形成夏季东亚天气与气候的主要环流和降水系统。驱动夏季风的主要强迫有三部分:外部强迫、耦合强迫与内部变率,其中人类活动引起的外强迫（气候变暖、城市化、气溶胶增加等）是新出现的外强迫,它正不断改变着东亚夏季风的特征与演变趋势。海洋与陆面耦合强迫作为自然因子是引起东亚夏季风年际和年代际变化的主要原因,其中太平洋年代尺度振荡（PDO）与北大西洋多年代尺度振荡（AMO）的协同作用是造成东亚夏季风30~40年周期振荡的主要原因。1960年代以后,东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化,相应的中国东部夏季降水型出现了“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增”的转变。最近的研究表明,上述东亚夏季风年代际变化与整个亚非夏季风系统的变化趋势是一致的。在本世纪主要受气候变暖的影响,夏季风雨带将持续北移,中国北方和西部地区出现持续性多雨的格局。最后本文指出,亚非夏季风系统相比于其他区域季风系统更适合全球季风的概念。     

东亚夏季风与金华夏季降水年代际变化关系的分析

东亚夏季风强弱与我国夏季雨带的位置有较好的关系,特别是十年际的关系更为密切.经过对近50年来东亚夏季风年代际变化和金华地区夏季降水相关的进一步分析,其对金华地区夏季降水相关性较好,影响是显著的.     

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。     

1873～2000年东亚夏季风变化的研究

根据英国的海平面气压(SLP)资料计算了1873～1950年东亚夏季风指数(IsM)与用NCEP的SLP资料计算的1951～2000年IsM衔接,构成128年的IsM序列.用功率谱及子波变换方法分析了IsM的变化,指出80年周期最突出,其次尚有40年周期,8～10年周期及准2年周期.分析表明,夏季风弱时中国东部夏季气温低,降水自北向南为负、正、负分布.夏季风强时,气温偏高,降水异常为正、负、正分布.对年际变化而言,降水与夏季风的关系要复杂一些,至少副热带高压的变化对降水也有重要作用.     

大气热源年代际异常与20世纪70年代末期东亚夏季风年代际减弱

利用1958-2001年ERA-40再分析资料计算大气热源,统计分析了亚洲季风区及其邻近海域大气热源年代际变异的典型模态;利用线性斜压干模式,模拟了夏季大气对大气热源年代际异常的响应,揭示了大气热源年代际异常与1970s末期东亚夏季风年代际减弱的关系。结果表明:近50 a来亚洲及其邻近海域夏季整层大气热源变异主要表现为年代际变化特征,其年代际位相转换发生在1970s中后期,这与东亚夏季风年代际减弱的时间一致;菲律宾附近海域和中国西南地区是与东亚夏季风年代际减弱有直接联系的两个热源异常关键区;东亚夏季风年代际减弱最直接地表现为这两个关键区热源异常的共同作用,而赤道中东太平洋、赤道印度洋大气热源增强则通过大气遥响应机制影响菲律宾附近海域低层大气环流异常对东亚夏季风变异起相反的贡献。     

中高纬度气压系统异常对东亚夏季风年代际变化的影响

中高纬度气压系统的异常对东亚夏季风年代际变化具有重要的影响。中蒙地区平均海平面气压和500hPa位势高度距平异常与东亚夏季风年代际变化的负相关系数分别达-0．67和-0．69,远远超过了99．9％信度。在中高纬度地区气压系统异常表现为距平低压的1960-1976年期间,东亚季风区盛行较强的偏南风,增强了东亚夏季风,造成华北地区多雨;而在中高纬度地区气压系统异常为距平高压时的1977-2000年,其东部的偏北风阻止了南来水汽的往北输送,减弱了东亚夏季风强度,使华北地区降水明显减少,江淮流域降水增多。100hPa位势高度的距平场呈偶极子型分布,表现为东高西低时东亚夏季风偏强,西高东低时东亚夏季风偏弱,这一现象在东亚夏季风年代际变化中的影响有待进一步深入研究。     

ENSO对东亚夏季风强度的影响

夏季风的形成和强弱变化是季风问题中的一个重要方面。本文使用１９５１￣１９９２年的海平面气压（ＳＬＰ）和太平洋海表温度（ＳＳＴ）资料,地东亚夏季负强度指数进行研究,试探讨其与ＥＮＳＯ间的联系。结果表明,厄尔尼诺当年,东亚季风偏弱,次年夏季风偏强;反厄尔尼诺年反之。     

DETERMINATION OF SOUTH CHINA SEA MONSOON ONSET AND EAST ASIAN SUMMER MONSOON INDEX

Results of the definition of South China Sea summer monsoon onset date and East Asian summer monsoon index in recent years are summarized in this paper. And more questions to be resolved are introduced later.     

IMPACT OF DESERT DUST ON THE EAST ASIAN SUMMER MONSOON

The radiative forcing (RF) of Asian desert dust and its regional feedbacks to the East Asian summer monsoon (EASM) system are investigated with a coupled regional climate-desert dust model. The statistical significance of desert dust effects are analyzed through 20 summer seasons (1990-2009). In order to estimate the dust effects reasonably, some improvement has been achieved for the coupled model, including the updates of optical properties and desert source area distribution. We find that the desert dust can result in a roughly weakened monsoon in eastern China, Korean Peninsula, Japan and Indian Peninsula and a strengthened monsoon in Indochina Peninsula in the lower troposphere. Moreover, the precipitation comparisons between observational data and simulated patterns are also suggestive of the desert dust effect on the EASM. In the upper troposphere, the southward shift of the westerly jet (WJ) by the dust effect can be seen as an indicator of the weakened monsoon in great part of the monsoon areas. The change of the moist static energy (MSE) contrast between land and ocean is the main reason for the EASM variations.     

北太平洋海温异常与东亚夏季风相互作用的年代际变化

主要利用英国气象局提供的海温资料和ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ提供的４０年高度场及风场资料分析了东亚夏季风与北太平洋ＳＳＴＡ的关系，指出两者之间相互作用存在着年代际变化特征，７０年代中期以前，北太平海异常通过一大；圆波列作用于东亚夏季风，造成我国华北地区夏季降水偏多，７６年以后，北太平洋海温异常使大圆波列减弱，与东亚夏季风关系淡漠，不再影响华北降水。由此指出：影响东亚天气气候的海温关键区，并不总固定在某一海     

THE EAST ASIAN SUBTROPICAL SUMMER MONSOON INDEX AND ITS RELATION WITH THE CLIMATE ANOMALIES IN CHINA

A new East Asian subtropical summer monsoon circulation index is defined, where the barotropic and baroclinic components of circulation are included. Results show that this index can well indicate the interannual variability of summer precipitation and temperature anomalies in China. A strong monsoon is characterized by more rainfall in the Yellow River basin and northern China, less rainfall in the Yangtze River basin, and more rainfall in south and southeast China, in association with higher temperature in most areas of China. Furthermore, comparison is made between the index proposed in this paper and other monsoon indexes in representing climate anomalies in China.     

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。     

青藏高原冬季积雪异常对东,南亚夏季风影响的初步数值模拟研究

利用一个耦合了简化的简单生物圈模式的大气环流谱模式（ＳＳｉＢ－ＧＣＭ），初步探讨了青藏高原冬季积雪异常对东、南亚夏季季风环流和降水的影响及其机理。结果表明，高原地区积雪增加将使随后地夏季东、南来季风明显减弱，主要表现为东、南亚季风区降水减少，索马里急流、印度季风的印度西南气流弱弱。另外，还提出欧亚大陆雪盖与整个高原雪盖和高原东部雪盖对东、南亚夏季风影响的敏感问题。与欧亚大陆雪盖相比，高原雪盖是影响     

东亚夏季风南北进退的年代际变化对我国区域降水的影响

利用1958-2001年的中国740站逐日降水资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF) ERA40再分析资料,综合动力因子和热力因子定义了东亚夏季风指数,并利用该指数的变化定义了东亚夏季风前沿,客观、详尽地描述了季风的移动特征.结果表明,在1958-2001年期间,东亚夏季风活动在1965、1980和1994年出现3次明显转变.1958-1964年东亚夏季风前沿在华南和华北地区停留时间异常偏长,而在长江中下游地区停留时间异常偏短；1965-1979年季风前沿在华南和黄河下游地区停留时间稍长；1980-1993年季风前沿集中在长江中下游地区时间异常偏长,而在华北地区停留时间异常偏短；1994-2001年东亚夏季风在长江以南停留时间偏长,从而导致了我国东部区域降水的异常分布、旱涝灾害频繁发生.     

近百年东亚季风长期变化中主周期振荡的奇异谱分析

运用海平面气压场资料，计算１８７３—１９９０年的东亚冬、夏季风强度指数，并利用奇异谱分析方法（ＳＳＡ）对这百年的东亚季风长期变化的周期活动进行了研究。研究表明：东亚冬、夏季风都存在准２ａ（ＱＢＯ）、３—６ａ（ＬＦＯ）的年际振荡，１６—１８ａ（ＩＤＯ）的年代际振荡和长期变化趋势。各振荡分量都具有年代际的差别，这种特征ＱＢＯ表现得最典型。冬季风的ＱＢＯ在１９２０年代前振幅较小，且大约呈现１２ａ的大振幅和６ａ的小振幅波状的周期变化；夏季风的ＱＢＯ振幅变化与冬季风相反，且大约呈现６ａ的大振幅和３ａ的小振幅波状的周期变化。夏季风中的年代际变化影响较小。     

INTERDECADAL VARIATIONS OF INTERACTION BETWEEN NORTH PACIFIC SSTA AND EAST ASIAN SUMMER MONSOON

Identification of key SST zones is essential in predicting the weather / climate systems in East Asia. With the SST data by the U.K. Meteorological Office and 40-year geopotential height and wind fields by NCAR / NCEP, the relationship between the East Asian summer monsoon and north Pacific SSTA is studied, which reveals their interactions are of interdecadal variation. Before mid-1970's, the north Pacific SSTA acts upon the summer monsoon in East Asia through a great circle wavetrain and results in more rainfall in the summer of the northern part of China. After 1976, the SSTA weakens the wavetrain and no longer influences the precipitation in North China due to loosened links with the East Asian summer monsoon. It can be drawn that the key SST zones having potential effects on the weather / climate systems in East Asia do not stay in one particular area of the ocean but rather shift elsewhere as governed by the interdecadal variations of the air-sea interactions. It is hoped that the study would help shed light on the prediction of drought / flood spans in China.