基于风场季节变率的高原季风指数算法的改进及对比

关于青藏高原季风,现有研究分别从近地层的热低压、气旋式环流切变以及风场的涡度和散度等角度定义了高原季风指数,但现有指数均更多地关注高原空间场的对比,而没有考虑风场的冬、夏转换特征。因此,在之前的工作中,基于风场季节变率指数,从高原近地层冬、夏风场对比的角度定义了一种新的高原季风指数,这里对该指数进行改进和简化,以便于其的进一步推广。为了验证改进的效果,使用ERA-interim再分析数据计算高原季风指数,并比较了不同高原季风指数年变化和年际变化的差异及其与夏季降水相关的差异。结果表明:（1）改进后的高原季风指数物理含义清楚,弥补了原指数计算复杂的不足。（2）物理基础的差异使得新指数在8月达到峰值,不同于其他指数在6月达到峰值。整体而言,不同高原季风指数和高原降水的年变化特征均有较高的一致性。（3）新指数能够较好地表征高原季风与高原夏季降水东、西反相的相关系数分布特征,且不同于其他指数在高原一致的相关系数分布特征,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。      

印度洋海温异常对印度季风、高原夏季降水的影响

利用经验正交函数(EOF)对印度洋海表面温度距平(SSTA)进行分解，分析了印度洋海温场的时空分布特征，并通过合成分析、奇异值(SVD)分解等方法，结果表明，前期和同期的印度洋海表温度距平分布场与夏季高原降水相关显，西印度洋-非洲东海岸赤道地区的SSTA与高原夏季降水联系最密切；当春、夏季印度洋西部海温出现明显负(正)距平时，当年印度夏季风偏强(弱)，高原夏季降水普遍偏多(少)。     

华南季风降水对应的环流指数

利用NCEP再分析资料及台站和格点降水量资料分析了华南季风降水与周边大气环流的关系,并由此建立了反映6月华南降水强度的季风指数,这一季风指数利用菲律宾及其以东与华南850 hPa涡度差定义。华南季风指数具有很好的区域代表性,华南季风指数与亚洲格点日降水量的主要正相关区集中在华南。华南季风指数可以很好地描述华南降水的年际变化和极端年份,季风指数强 (弱) 的年份也是华南降水偏多 (少) 的年份,极端的华南季风指数年份对应极端的华南降水年份。华南季风指数高与低年份对应的华南降水量差值通过了0.01的显著性检验。在年代际尺度上,季风指数强 (弱) 的年代与华南降水偏多 (少) 的年代有很好的对应关系。华南季风指数包含了西南季风、副热带高压以及中高纬度西风槽等各影响系统的信息,可在业务上使用。     

印度洋海温异常对印度季风、高原夏季降水的影响

利用经验正交函数(EOF)对印度洋海表面温度距平(SSTA)进行分解,分析了印度洋海温场的时空分布特征,并通过合成分析、奇异值(SVD)分解等方法,结果表明,前期和同期的印度洋海表温度距平分布场与夏季高原降水相关显著,西印度洋-非洲东海岸赤道地区的SSTA与高原夏季降水联系最密切;当春、夏季印度洋西部海温出现明显负(正)距平时,当年印度夏季风偏强(弱),高原夏季降水普遍偏多(少).     

夏季北半球500hPa月平均场遥相关型及其与我国季风降水异常的关系

用一点相关法计算了盛夏北半球５００ｈＰａ遥相关型，得到７月份北半球存在７个遥相关型，８月份有６个遥相关型。研究了它们的中心，计算了各遥相关型的历年强度指数（１９５１－１９９０），研究了它们的年际变化、月际变化。指出７月份的东亚太平洋型、北美东西遥相关型；８月份的ＥＡＰ型、欧亚型与我国盛夏季风降水关系密切。１９９１年夏季发生的弱ＥＡＰ型是江淮流域大涝的一个重要原因。     

四川盆地夏季降水区域差异及其与季风的联系初探

基于四川盆地逐日气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析了近46年四川盆地夏季降水变化的区域差异及其与东亚夏季风和高原夏季风的联系。结果表明:盆西和盆东夏季降水序列与全国夏季降水的相关分布分别与我国夏季降水第Ⅰ、Ⅱ类雨型分布相类似。使用一元回归方法,分别得到了与东亚夏季风和高原夏季风相关的环流场,通过对两个环流场季风指数高低值年份的合成分析发现,东亚夏季风的影响主要体现在西北气流和东南气流的辐合带在我国东部地区位置变动以及强度变化;高原夏季风对环流场的影响体现在华北到河套地区一带风向的转换。着重分析了1961和1998年夏季与东亚、高原夏季风相关的环流场,发现东亚夏季风与高原夏季风都对四川盆地夏季降水有重要影响,其中盆西夏季降水主要与高原夏季风有关,盆东夏季降水与东亚夏季风和高原夏季风都有关,但以东亚夏季风为主。     

亚洲夏季西风指数与中国夏季降水的关系

对1958—2000年亚洲纬向风和我国160站夏季降水进行SVD分析,发现两者具有良好的耦合关系。根据分析结果定义了一个可以表征我国夏季降水的亚洲夏季西风指数(IASW)。西风指数高(低)年,长江中下游夏季降水偏少(多),华南、河套和东北地区降水偏多(少)。同时分析了高、低西风指数年的环流特征,发现当长江中下游夏季降水偏多而华南、河套和东北地区降水偏少时,500 hPa呈负EAP型,鄂霍茨克海和乌拉尔山有阻高建立,西太平洋副热带高压偏南,105°E越赤道气流偏弱,东亚夏季风偏弱,高纬的偏北气流和低纬的偏南气流在我国长江中下游地区汇合,梅雨锋加强,使得雨带在此维持。前期鄂霍茨克海区域平均位势高度以及前期1—3月西太平洋的热带对流活动可以作为预测夏季西风强弱的前兆信号。     

高原季风与高原低涡的关系分析

本文基于高原季风指数和高原涡数据集,利用小波分析等统计方法对高原季风和高原低涡的气候特征进行了统计分析,并探究了两者之间的关系,主要结果有:(1)高原季风夏强冬弱,高原季风的准4年、准6年周期振荡的特征十分明显。(2)30年来高原低涡平均每年生成64.2个,其中有51.2个是暖性高原低涡。高原低涡的强度季节内呈正态分布,高原低涡的生成频数的季节内变化有明显的周期振荡特征。(3)高原季风的周期振荡特征在季节尺度和年际尺度上与高原低涡气候特征有一定的相关性,准4年与准6年周期振荡特征十分明显。通过相关概率统计:高原季风的建立时间与强度都与高原低涡的气候特征有一定的正负相关。      

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

长江流域夏季降水与全球海温关系的分析

用相关和SVD方法分析讨论了不同季节全球海温异常与长江流域夏季降水的联系，并用合成分析探讨了这种相互联系的可能机制。结果表明，当前期冬季赤道东太平洋海温、同期夏季西太平洋暖池和赤道印度洋海温偏高时，热带季风偏弱，副热带季风偏强，冷暖气流在长江流域交汇，梅雨锋加强，有利于长江流域夏季降水偏多。     

过去500年印度夏季风降水与ENSO的关系

为了研究大尺度背景场对ENSO和印度夏季风降水关系的调制作用,更好地预报气候变暖背景下印度夏季风降水的年际变化,本文利用重建的10套ENSO指数和印度降水资料,研究了ENSO和印度夏季风降水在过去500 a(1470-1999年)中的关系,其存在的原因以及如何理解这一现象,主要侧重于ENSO对印度夏季风的影响.结果 表...     

东亚和南亚季风协同作用对西南地区夏季降水的影响

为探究东亚夏季风(EASM,East?Asian?summer?monsoon)和南亚夏季风(SASM,South?Asian?summer?monsoon)相互作用及其强弱变化对西南地区夏季降水的影响,利用1979—2019年西南地区161站逐日降水观测资料和ERA-5提供的1979—2019年全球再分析资料,通过对...     

亚洲热带夏季风指数与中国南方降水的关系

利用1979-2013年夏季全球2.5°×2.5°逐日环流资料和中国气象站点降水观测资料,采用动力学因子(西南风)与热力学因子(Radiation Longwave covting,OLR)相结合定义了标准化的亚洲热带夏季风指数(Tropical Summer Monsoon Index,TSMI).结果 表明,该指数...     

通用地球系统模式对亚洲夏季风降水的模拟能力评估

通过与观测/再分析资料和参加第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的模式模拟结果进行对比,评估了通用地球系统模式(CESM,1.0.3版本)对亚洲夏季风降水的模拟能力。结果表明:CESM能够合理地模拟出亚洲夏季风降水的气候平均态,但与其他CMIP5模式模拟结果类似,对中国东南地区降水模拟偏少,而对中国西部高原地区降水模拟偏多;CESM可以再现亚洲季风区降水冬弱夏强、雨带北进南退的季节变化特征,其模拟偏差具有区域性和季节性差异;从EOF分析结果来看,CESM能够模拟出亚洲夏季风降水的时空变化特征,且能较好地抓住亚洲夏季风降水与厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)的相关关系。总的说来,CESM对亚洲夏季风降水的模拟是合理的,模拟水平与4个最好的CMIP5模式相当。     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

印度夏季风与中国华北降水的遥相关分析及数值模拟

20世纪80年代中国学者揭示了印度夏季风与中国华北降水的正相关关系,以后国内外又有一些研究证实了这种正相关关系的存在.文中利用1951-2005年多种气象资料和数值模拟方法,详细讨论了印度夏季风和中国华北地区夏季降水的关系,并针对由印度西北部经青藏高原到中国华北地区形成的正、负、正的遥相关型,从动力因子和热力因子两方面探讨了其中的内在联系,所得结果不但确证了以往的结论,而且进一步揭示了印度夏季风对华北地区降水的影响机制.结果表明:(1)印度夏季风强(弱)时,华北地区容易出现降水偏多(少)的天气;华北地区降水偏多(少)时,印度夏季风偏强(弱)的机率却低一些,这说明印度夏季风的异常变化对华北地区夏季降水有更大的影响.(2)印度夏季风强度主要受印度季风槽的影响,在印度季风槽加深的同时,中高纬的低压槽也加深发展,而这时西太平洋高压脊西伸,来自低纬的西南风水汽输送和源于西太平洋的副热带高压南侧的东南风水汽输送共同作用,有利于华北地区的降水偏多;反之则不利于华北地区的降水.(3)区域气候模式模拟结果也很好地模拟出印度夏季风和华北夏季降水的遥相关关系,其相应的环流异常系统与诊断分析结果非常一致,这从另一方面证实了这种遥相关关系的存在和可靠性.     

夏季亚洲季风区的水汽输送及其对中国降水的影响

利用1948-2005年NCEP/NCAR逐日及月平均资料,研究了亚洲季风区水汽输送的气候特征及其与中国夏季降水的关系.结果表明:(1)亚洲夏季风区不论在纬向和经向输送上,都表现了其独特性.夏季亚洲季风区为强大的水汽汇,东亚大陆和印度季风区均有较强的水汽辐合中心.(2)大部分水汽集中在对流层中下层,主要来自印度季风区,而对于对流层中上层,则以西太平洋和中纬西风带的输送为主.(3)印度季风在5-7月纬向向东的输送加强,东亚季风在6-7月以经向向北的输送加强为主,7月达最强,8到9月季风减弱直至结束.亚洲季风区青藏高原南侧的南支西风对东亚的水汽输送有重要作用,表现为春季最强,中高纬和热带西风输送变化同步,在盛夏达到最大,7月热带西风输送的水汽占三支水汽总输送的80%左右,来自中高纬地区的水汽约占18%.(4)季风爆发后,大量水汽从南半球输送到亚洲季风区.水汽辐合增加最大在孟加拉湾、中南半岛和南海地区,中国大陆的水汽主要经南海北边界输入.(5)水汽输送的北进与雨带的北推相一致.水汽输送场的时空分析表明,EOF1和EOF2分别代表强弱季风年的水汽输送特征.EOF1反映了东亚季风区一致的异常向北输送,并且在1970年代末发生了明显减弱.它与华北降水相关密切,表明自1980年代以来东亚季风向北水汽输送的减弱是华北干旱的主要原因.EOF2的主要特征是从1980年代之后,来自东北和西南的异常水汽在长江流域辐合,导致长江流域降水增多.相关分析表明,东亚夏季风在年代际尺度上的变化对此起了重要作用.     

东亚夏季风强弱年季节内振荡的传播特征

利用1979—2007年的逐日OLR资料和1960—2007年NCEP/NCAR逐日再分析风场资料,采用合成分析和波谱分析方法研究了强弱夏季风年北半球夏季季节内振荡(BSISO)的基本特征。结果表明:BSISO的能谱主要分布在1波和2波范围内,在热带地区,主要是以1波东传为主,在较高纬度,可以看到明显的西传分量;而在经向上主要是以30～60 d周期的北传为主。在强(弱)夏季风年时,纬向方向上,热带地区ISO东传加强(减弱),而20°N以北的较高纬度,ISO西传是减弱(加强)的;经向方向上,最显著的差异是西太平洋地区北传ISO是加强(减弱)的。造成强弱夏季风年ISO传播差异的原因是由于强弱夏季风年中西太平洋地区纬向风场和对流场存在明显差异,在这种大范围大气环流异常的情况下,ISO的经向和纬向传播产生了明显的差异。     

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。