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研究进展

简要回顾了东亚地区气候以及夏季风主要环流系统成员年代际变化的观测特征、数值模拟及其可能机理等方面的研究进展,并提出了东亚夏季风年代际变化数值模拟研究需进一步探讨的问题。     

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。     

东亚夏季风与北太平洋SSTA关系的年代际变化特征及其机制研究

利用NCEP／NCAR提供的40年再分析资料和英国气象局提供的海温资料以及中国气象局整编的160站降水资料，分析了东亚夏季风以及我国华北夏季降水的年代际变化特征及其与北太平洋SSTA的关系，提出了东亚存季风在70年代中期发生显著变化，1976年前东亚夏季风偏强，受其影响华北地区夏季降水偏多，1976年以后，东亚转为弱夏季风阶段，华北地区进入少雨期，研究表明，1976年前北太平洋SSTA对大气作用显著，北太平洋海温异常对大圆波列会产生一种年际尺度的“刺激”作用叠加在年代际背景上，加强或减弱波列强度，造成强夏季风段结北夏季降水偏多气候态下的年际变化，1976年后，北太平洋地区海气温差小，海温对大气加热作用不明显，因此北太平洋海温异常通过大圆波列与东亚夏季风的联系也变得淡漠，对我国华北地区夏季降水的影响不再显著。     

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。     

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。     

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。     

印度与东亚夏季风环流对ENSO及其年代际异常响应的数值研究

根据诊断分析结果,利用LAGS改进的L9R15气候谱模式,设计了3个数值试验,讨论了不同的年代际背景下ENSO异常对亚洲夏季风环流的影响。研究表明不同背景的ENSO异常与亚洲夏季风活动存在密切的关系。在冷背景条件下,当ENSO处于发展时,印度夏季风偏弱,风速较小,降水量偏少。而东亚夏季风偏南气流较强,受低气压控制,有利于气流辐合,降水量偏多。在ENSO衰减期,印度夏季风仍偏弱,风速偏小,具有干旱的趋势,而东亚夏季风区大陆仍为低气压控制,风速略有减小,降水量比正常年多,而比ENSO前一年有减少的趋势。在暖背     

春季青藏高原东部热力异常与东亚夏季风关系的年代际变化

利用1948-2002年NCEP/NCAR逐日再分析及月平均资料,分析了春季青藏高原地区大气热源的气候分布和高原东部大气热源的年代际变化特征及其异常与东亚夏季大气环流关系的年代际变化.结果表明:春季青藏高原东部大气热源在1965年存在加强突变,且1970年以后热源加强趋势十分显著.此外,春季青藏高原东部大气热源异常与东亚夏季风强弱具有年代际关系,表现为1977/1978年前春季高原东部大气热源与东亚夏季风存在负相关关系,1977/1978年后两者的关系不明显.     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系

利用中国738个台站的降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了我国降水和200 hPa东亚副热带西风急流轴的年代际变化特征, 揭示了东亚副热带西风急流位置的南北移动与我国长江流域和华北降水异常之间的联系。结果表明, 我国东部地区夏季（7、 8月）降水异常主要表现为长江中下游地区多（少）雨, 华北及华南地区少（多）雨, 20世纪70年代末80年代初是这种异常分布型发生转折的时间。与此同时, 东亚高空副热带急流轴位置从70年代末开始逐渐偏南, 急流轴位置的变动将引起对流层低层水汽辐合区和高层散度分布以及垂直环流相应的变化, 进而引起降水区域的变化。相关分析发现, 当急流位置偏南时, 25°~35°N西风增强, 42°~50°N西风减弱, 华北夏季降水减少, 长江中下游地区夏季降水增多; 反之, 当急流位置偏北时, 华北夏季降水增多, 长江中下游地区夏季降水减少。与70年代末开始的我国东部地区急流轴位置逐渐南移相对应, 华北地区夏季降水呈现逐渐减少、 长江中下游地区夏季降水呈现逐渐增多的变化趋势。分析低层水汽通量和高层的散度分布以及垂直环流的差异发现, 1980年以来华北地区对流层中低层水汽通量辐合减弱, 水汽供应减少, 垂直上升运动减弱, 造成了华北夏季降水减少, 而长江中下游地区水汽通量辐合增加, 水汽供应增多, 垂直上升运动增强, 导致该地区降水增加。     

近30余年来盛夏东亚东南季风和西南季风频率的年代际变化及其与青藏高原积雪的关系

利用地面观测资料和NCEP/NCAR再分析资料集,使用相关分析、合成分析等方法,在将地面风分为东南季风和西南季风的基础上,分析了近30余年来盛夏东亚季风频率的年代际变化特征。结果表明:盛夏东南季风、西南季风频率和前期春季青藏高原积雪均在21世纪初期发生了显著的年代际变化;东南季风、西南季风频率由较少改变为较多,春季青藏高原积雪则由深变浅。由于青藏高原积雪厚度发生了年代际变浅,说明青藏高原发生了年代际变暖和南亚高压变强,南亚高压的年代际变强,使得其下游对流层低层(18°~28°N,108°~118°E)的反气旋性环流异常增强,有利于东亚西南季风频率的增加;同时,由于高原发生湿反馈作用,使得淮河地区降水发生年代际变多,由Sverdrup涡度平衡关系,降水的异常增多通过潜热释放,使得东亚副热带高压异常加强,而副热带高压异常变强则有利于盛夏东亚东南季风频率发生年代际增加。     

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。     

New Metrics of the Tropospheric Biennial Oscillation in the East Asian Summer Monsoon and Its Interdecadal Shift

This study designed a simple index for measuring irregular tropospheric biennial oscillation（TBO） activities, which was used to determine that the TBO in the East Asian Summer Monsoon（EASM）, the most important summer precipitation system for China, has strengthened rather than weakened since the late 1970s. The lead/lag correlations between the EASM and tropical Indian-Pacific sea surface temperature（SST） suggest a relationship between interbasin SST and EASM coupling processes and that this alternative correlation pattern is likely related to TBO. Significant correlation occurred only in recent decades, which implies a reinforcement of TBO in the EASM. From records of representative points in the Indian-Pacific, the interdecadal intrinsic SST modes of the areas can be obtained with ensemble empirical mode decomposition owing to its good temporal locality. Statistical results show Indian-Pacific SST interdecadal trends that include out-of-phase and in-phase warming before and after the late 1970s, respectively, which may be responsible for the TBO interdecadal augmentation present since the late 1970s.     

东南亚地区夏季风异常对云南2005年初夏干旱的影响

2005年春末夏初云南大部地区出现了50年一遇的高温干旱天气,通过对东南亚地区的水汽及对流进行诊断分析,发现中南半岛地区夏季风爆发的早迟与云南雨季开始的早迟有显著的正相关关系;前期4月孟加拉湾水汽向北输送强（弱）以及苏门答腊岛附近的对流活动强（弱）,则云南雨季开始早（迟）。分析表明造成云南2005年初夏干旱的主要原因是中南半岛地区的夏季风爆发较常年偏晚,前期孟加拉湾地区的经向水汽输送以及苏门答腊岛附近的对流活动较常年偏弱。     

海温异常对东亚夏季风强度先兆信号的影响

利用ERA-Interim再分析资料、NOAA海温资料、CMAP格点降水资料和中国气象站降水资料,通过合成、相关和回归分析等方法研究了1979—2012年东亚夏季风强度与其先兆信号的关系,并分析了热带海温异常的可能影响。研究表明:东亚夏季风先兆指数反映了2月200 hPa纬向风距平的主要模态特征 (EOF1),前冬热带中东太平洋海温偏低 (高),2月亚洲地区西风急流位置偏北 (偏南),东亚夏季风先兆指数偏强 (弱)。前期热带海温异常对东亚夏季风强度有明显影响,前冬热带中东太平洋海温偏低 (高) 有利于东亚夏季风偏强 (弱)。2月亚洲中纬度地区纬向风异常特征在春季不能持续,先兆信号与东亚夏季风强度的联系主要源自热带海洋。     

Impact of Ocean-Continent Distribution over Southern Asia on the Formation of Summer Monsoon

Using the CCM3/NCAR, a series of numerical experiments are designed to explore the effect of ocean-land interlaced distributions of Africa-Arabian Sea-India Peninsula-Bay of Bengal (BOB)-Indo-China Peninsula-South China Sea on the formation of the Asian summer monsoon circulation (ASMC). The results show that the thermal difference between African or Indian Subcontinent and nearby areas including the Indian Ocean, Arabian Sea, and part of BOB is the primary mechanism that maintains the Indian monsoon circulation. In the experiment getting rid of these two continents, the Indian monsoon system (IMS) members, i.e., the Somali cross-equatorial jet (40°E) and the southwesterly monsoon over the Arabian Sea and BOB, almost disappear. Moreover, the Hadley circulation weakens dominantly. It also proves that Africa has greater effect than Indian Subcontinent on the IMS. However, the existence of Indo-China Peninsula and Australia strengthens the East Asian monsoon system (EAMS). The thermal contrast between Indo-China Peninsula and SCS, Australia and western Pacific Ocean plays an important role in the formation of the tropical monsoon to the south of the EAMS. When the Indo-China Peninsula is masked in the experiment, the cross-equatorial flow (105°E and 125°E) vanishes, so does the southwesterly monsoon usually found over East Asia, and EAMS is enfeebled significantly. In addition, the impacts of these thermal contrasts on the distribution of the summer precipitation and surface temperature are investigated.     

东亚地区夏季风爆发过程

利用中国194站1961～1995年日降水资料及NCEP1979～1997年候格点降水资料,探讨了亚洲地区自春到夏的雨季开始分布。结果表明,东亚地区自春到夏存在副热带季风雨季开始和热带季风雨季开始。前者于4月初开始于华南北部和江南地区,随后向南和向西南扩展,于4月末扩展到华南沿海和中南半岛,这个雨带主要是冷空气和副热带高压西侧转向的SW风以及南亚地区冬春副热带南支西风槽中西风汇合而形成的,是副热带季风雨季开始。后者是南海热带季风爆发后使原来由江南移到华南沿岸的副热带季风雨带随副热带高压北进而北进,前汛期雨季进入盛期,江南出现第二次雨峰,形成梅雨期和江淮及华北雨季。同时,热带季风雨带也自东向西传播到达南亚地区而形成热带季风雨季。还讨论了1998年东亚地区夏季风爆发过程,指出南海夏季风爆发期的季风由副高北侧形成的新生气旋进入南海造成南海中部西风和南海越赤道气流转向的SW季风加强汇合而形成,因而是东亚季风系统中环流系统季节变化造成的,和印度季风无关。在南海季风爆发期阿拉伯海仍由副热带反气旋控制,南亚仍是上述副热带反气旋北侧NW风南下后转向的偏西副热带气流所控制,索马里低空急流仍未爆发,赤道西风并未影响南海。