东亚季风指数分类初析

回顾了亚洲季风指数定义方法发展历程。将东亚季风强度指数按定义时所使用的要素类型分类为环流类、温湿类、海陆差异类、方程类和综合类,指出了各类指数的特点及适用范围,并为今后开展相关研究提出一些设想。     

国内东亚热带-副热带季风的研究进展

简要回顾了近年来国内在东亚热带-副热带季风方面的研究进展。涉及亚洲热带季风爆发特征、爆发机制、季风指数设计、东亚季风环流系统、低频振荡活动以及东亚季风年际和年代际变化等问题,并讨论了东亚热带-副热带季风研究中存在的问题及未来的研究前景。     

东亚副热带夏季风指数及其与降水的关系

文中利用1961~1999年NCEP/NCAR的月平均再分析资料和中国160站月降水资料,考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区的大气环流特征定义了一个简单的东亚副热带夏季风指数,研究了该指数与夏季大气环流和中国降水变率的关系,并与其他季风指数进行了比较。结果表明:文中所定义的季风指数表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以高指数为主,而80~90年代以低指数为主。该指数不仅能够较好地反映以蒙古为中心的东亚大陆热低压和西太平洋副热带高压的变化特征,还能够指示东亚副热带夏季风的强弱以及中国长江流域降水的异常变化。与西太平洋副热带高压相比,蒙古低气压变化对长江流域的雨带变动有更大影响。当该季风指数较低时,蒙古低压和西太平洋副热带高压偏弱,中国大陆对流层低层盛行异常北风,高层主要盛行异常西南风。而低层的异常北风表示了东亚中纬度地区较强的冷空气活动,这可以使长江流域梅雨锋区的辐合和上升运动加强,造成长江流域降水增加。     

东亚副热带季风的北进及其低频振荡

本文利用1971—1980年的资料分析发现,夏季与中国东部雨带相联系的东亚季风属于副热带性质,850百帕14℃等露点线可以作为它的活动指标。副热带季风活动与500百帕上副热带长波活动相协调,它们的季节性变化与准40天周期振荡相结合可以引起副热带季风及其相伴雨带的北跳和停滞,而短的周期振荡则可引起它在停滞期内的南北摆动。     

高原季风特征及其与东亚夏季风关系的研究

利用ERA-Interim的位势高度场、温度场和风场再分析资料,计算了1988-2017年的传统高原季风指数(Trational Plateau Monsoon Index,TPMI)和动态高原季风指数(Dynamic Plateau Monsoon Index,DPMI),分析了高原季风的空间分布特征和时间演变规律,结合东亚夏季风指数(East Asian Summer Monsoon Index,EASMI),探讨了高原季风与东亚季风的关系。研究表明:(1)高原夏季风从4月开始形成,暖性低值系统在高原上生成;6月暖性低压系统中心形成并达到最强,此时高原夏季风强度也达到最大;10月暖性闭合低压系统向东北方向移动且强度也随之减弱并退出,高原夏季风结束。(2)DPMI和EASMI具有明显的年际变化特征,在关键年高原夏季风和东亚夏季风的强度表现一致。(3)中纬度受东亚季风所影响区域的位势高度场和青藏高原区域的位势高度场均处于同一正相关区域,而且超前两个月的DPMI同EASMI的相关系数最大,表明高原夏季风对东亚夏季风具有一定的指示意义。(4)东亚夏季风经圈环流受高原温度场变化的影响而移动,高原夏季风的低压系统与高原温度场关系密切。     

关于东亚副热带季风若干问题的讨论

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、TRMM卫星降水资料、中国东部站点降水资料和CMAP降水资料,重点讨论了东亚副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其和南海夏季风的关系,同时也讨论了东亚副热带季风的可能机制。结果表明：（1）东亚副热带季风雨季于3月底—4月初（第16—18候）在江南南部和华南北部首先开始,伴随着降水的开始是偏南风的增强和对流性降水的显著增加,华南前汛期开始。（2）东亚副热带季风雨季的建立早于热带季风雨季,在热带季风建立后两者的雨带、强西南风带、强垂直运动带、强低空水汽辐合带均是分离的,南海热带季风在其建立后,与东亚副热带季风发生相互作用,促使副热带季风雨带季节性北进,两者共同影响中国的旱涝。（3）3月中下旬,东亚大陆（包括青藏高原）上空大气由冷源转为热源,东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异及其相应的温度和气压对比均发生反转。东亚大陆（包括青藏高原）的动力和热力作用究竟是否是东亚副热带季风雨带提前建立的机制值得进一步研究。文章最后讨论了有关东亚副热带季风的共识与分歧。     

东亚热带季风与副热带季风降水特征研究的回顾与展望

东亚季风既包含热带季风又包含副热带季风,他们之间存在的相互作用直接影响我国大范围旱涝灾害。东亚热带季风和东亚副热带季风作为两种性质不同的季风,其形成原因及其主要天气系统截然不同,对应的热带季风降水和副热带季风降水在结构、性质上自然也存在很大的差异。简要回顾我国气象学家在东亚热带季风降水及东亚副热带季风降水方面的研究成果,概述最近关于东亚副热带季风研究的热点问题,引证了利用星载测雨雷达对南海地区降水性质的部分研究结果,并对进一步利用星载测雨雷达资料开展季风及其降水研究进行了展望。     

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。     

东亚副热带季风的季节转变特征及其可能机理

利用NCEP/NCAR再分析数据资料及CMAP降水资料,进一步对东亚副热带季风季节转换特征及其可能机理进行研究。首先根据东亚副热带季风经向风分量的季节性转变特征界定了东亚副热带季风活动代表区;联合“热成风”原理和“热力适应”理论推导得出了“热风雨”关系式,即纬向海陆热力(温度)差异、经向风垂直切变以及与季风雨相联系的垂直运动三者在副热带季风演变过程中的一致相关关系;比较分析了季风区不同时段的区域平均风向垂直变化以及相应的冷暖平流特征。结果表明:冬季风期间,区域平均风向随高度逆转,呈现冷平流特征;夏季风期间,区域平均风向随高度顺转,呈现暖平流特征。同时还分析了区域平均的风向季节转变,讨论了副热带季风经圈环流的演变过程以及相应的地面10 m风场转变过程特征。上述研究表明,无论是纬向海陆温度差异、经向风垂直切变、低层风向角、冷暖平流,还是中高层垂直运动及其相应降水距平都统一于18—22候发生显著季节转变,这说明副热带夏季风应于3月底4月初开始建立。最后给出了东亚副热带季风的季节转换概念框图。      

东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常

利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。     

亚洲季风区积云降水和层云降水时空分布特征及其可能成因分析

本文利用最近12年的TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星资料,分析了亚洲季风区积云降水和层云降水的时空分布特征.结果表明:从多年平均角度看,亚洲季风区积云降水和层云降水空间分布主要呈现出随纬度变化的特征:25°N以北的副热带季风区以层云降水方式为主,其所占比例在50％...     

An East Asian Subtropical Summer Monsoon Index and Its Relationship to Summer Rainfall in China

Using the monthly mean NCEP/NCAR reanalysis data and the monthly rainfall observations at 160 rain gauge stations of China during 1961 1999, and based on major characteristics of the atmospheric circulation over East Asia and the western Pacific, a simple index for the East Asian subtropical summer monsoon （EASSM） is defined. The relationship between this index and summer rainfall in China and associated circulation features are examined. A comparison is made between this index and other monsoon indices. The results indicate that the index defined herein is reflective of variations of both the thermal low pressure centered in Siberia and the subtropical ridge over the western Pacific. It epitomizes the intensity of the EASSM and the variability of summer rainfall along the Yangtze River. Analysis shows that the Siberian low has a greater effect on the rainfall than the subtropical ridge, suggesting that the summer rainfall variability over the eastern parts of China is to a large extent affected by anomalies of the atmospheric circulation and cold air development in the midlatitudes. Taking into account of the effects of both the Siberian low and the subtropical ridge can better capture the summer rainfall anomalies of China. The index exhibits interannual and decadal variabilities, with high-index values occurring mainly in the 1960s and 1970s and low-index values in the 1980s and 1990s. When the EASSM index is low, the Siberian low and the subtropical ridge are weaker, and northerly wind anomalies appear at low levels over the midlatitudes and subtropics of East Asia, whereas southwesterly wind anomalies dominate in the upper troposphere over the tropics and subtropics of Asia and the western Pacific. The northerly wind anomalies bring about frequent cold air disturbances from the midlatitudes of East Asia, strengthening the convergence and ascending motions along the Meiyu front, and result in an increase of summer rainfall over the Yangtze River.     

An East Asian Subtropical Summer Monsoon Index Defined by Moist Potential Vorticity

Based on consideration of both thermodynamic and kinetic features of the subtropical summer monsoon in East Asia,a new index is defined by the moist potential vorticity (MPV) for this monsoon.Variation features of the subtropical summer monsoon over 60 years are analyzed using National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (USA) data from 1948 to 2007.Results show that the new index can well reflect the seasonal,interannual,and interdecadal variations of the East Asian subtropical summer monsoon.Correlation analysis of the new index and precipitation data from 160 stations in China shows that in high-index years,the summer monsoon is strong,and more rain falls in eastern North China,southwestern China,and along the coast of South China and less rain falls in the Yangtze-Huaihe R.basin.In low-index years,the opposite occurs.Lastly,the new index is compared with four established monsoon indices.The new index is found to have an advantage in representing summer rainfall in the Yangtze-Huaihe R.basin.     

一种东亚冬季风指数的环流意义及优化

论证了东亚冬季风环流指数IG与冬季蒙古高压强度和南北位置存在显著的同时相关,故IG本质上也是蒙古高压指数。在此基础上,构造了与IG结构相同的环流指数,从中筛选出一批优化的东亚冬季风指数IM。IM保持了IG结构简单、环流意义清晰的优点,且其格点选择更为合理,与中国同期气温负相关联系更强。因为定义IM的格点与蒙古高压关系密切,故IM也可称为蒙古高压指数。     

一个能反映梅雨现象的东亚夏季风指数

分析了东亚中纬度地区气候特点的特殊性,并针对此特性定义了一个衡量夏季风强度的指数.对其他东亚季风指数也进行了比较和分析,并针对1998年梅雨个例进行了讨论.这个新的东亚季风指数基本上满足了由Lau等提出的最佳季风指数的原则.该指数的特点为:(1)可以反映逐年季风活动的南北分布;(2)可以较好地描述梅雨现象,尤其对中国江淮梅雨有良好的指示意义,季风指数偏强时,梅雨量大,反之亦然;(3)它与东亚地区大范围的环流变化密切相关,当副高西伸,高纬度地区有阻高(或强脊)活动时属高季风指数,反之为低指数;(4)它也与前期厄尔尼诺现象有密切关联.     

关于东亚副热带季风和热带季风的再认识

利用NCEP/NCAR再分析数据集和CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)降水资料, 分析了东亚副热带夏季风与热带夏季风的区别和联系, 以及两者相互作用问题, 深入讨论了东亚副热带季风的本质。分析发现东亚副热带夏季风建立早于热带夏季风, 于3月中旬已经开始建立。两者是相互独立的两个过程, 前者并非是后者向北推进的结果;相反, 前者建立后的突然南压有利于后者的爆发。副热带夏季风为渐进式建立, 但撤退迅速;热带夏季风爆发突然, 但撤退缓慢。副热带夏季风的建立以偏南风的建立为特征, 而热带夏季风的建立以偏东风向偏西风转变为特征。热带夏季风的建立时间取决于经向海陆热力差异转向, 而东亚副热带夏季风则更依赖于纬向海陆热力差异的逆转。亚洲大陆（含青藏高原）与西太平洋之间的纬向海陆热力差异的季节逆转无论对东亚副热带夏季风还是热带夏季风均有重要作用。     

东亚冬季风经向异常与后期嘉兴梅雨关系

利用1948—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 定义了一个可以反映中高纬度间冬季风强弱差异的冬季风经向变化指数 (WMMCI), 该指数与东亚冬季风指数有较好的对应关系。强 (弱) 冬季风年后期嘉兴梅雨偏多 (少) 为主, 年际、年代际关系对应为正相关, 并对后期降水有持续影响, WMMCI指数持续增强 (减弱) 2年并处于强 (弱) 冬季风年时, 后期嘉兴梅雨持续偏多 (少), 嘉兴梅雨降水升高或降低的变化趋势滞后于该指数变化。对500 hPa高度场距平合成分析表明:强 (弱) 冬季风年北正 (负) 南负 (正) 的距平分布使中高纬度经向 (纬向) 环流发展, 有利 (不利) 于冷空气南下影响, 并对后期大气环流产生持续影响, 从而有利 (不利) 于降水。冬季风经向异常对嘉兴后期降水持续影响的一个可能解释是, 持续增强 (减弱) 的强 (弱) 冬季风使赤道太平洋地区盛行风向发生改变, 使赤道太平洋海温变化出现异常, 触发El Niño (La Niña) 事件, 从而对后期大气环流造成持续影响。     

东亚冬季风指数的对比分析及其与中国冬季气候的关系

利用1979~2018年ECMWF再分析资料和国家气候中心站点数据,对比分析10个东亚冬季风指数的气候倾向率、周期变化特征及相关关系,运用多变量经验正交函数分析东亚冬季风系统各成员要素的内在关联性,讨论各指数与中国冬季气温的关系。结果表明：近40a东亚冬季风强度呈缓慢的减弱趋势,存在准3a、准5a的周期变化,1983年、1985年和1995年为东亚冬季风活动异常强烈的年份;东亚冬季风同类指数之间的相关性好于不同类指数,季风系统各成员要素联系紧密、协同变化关系明显;东亚冬季风指数与中国东部地区冬季气温的相关性优于西部高原地区,各指数与西北地区冬季气温均呈显著负相关。