高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa(27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。     

高原夏季风指数的定义及其特征分析

基于1958~2002年ECMWF再分析资料,我国160个台站降水和气温资料,从夏季高原季风环流系统特点出发,定义了能较好表征高原夏季风环流变化的特征指数,分析了高原夏季风年际、年代际变化特征,并揭示了高原夏季风强弱异常时的环流特征及其与中国夏季降水和气温的关系,主要结论为:(1)用6~8月600hPa (27.5~30°N,80~100°E)范围内平均的西风分量距平与(35~37.5°N,80~100°E)范围内平均的东风分量距平差定义了高原夏季风指数(PM I)。该指数计算简单,意义清楚,代表性好。(2)1958~2002年高原夏季风整体呈增强趋势,在20世纪60年代中期之前是高原夏季风的强盛期,之后是高原夏季风弱期,在80年代以后又转为季风强期。(3)高原夏季风与中国夏季降水和气温相关很好。将该指数与之前汤懋苍定义的指数进行性能综合比较后,发现该指数对川渝地区的夏季降水及气温有更好的指示意义。     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。     

全球变暖与亚洲夏季风北边缘带:CO2增倍的数值模拟

利用NCAR CAM3全球大气环流模式(包含CLM陆面模式)进行了20年(1998-2017年)CO2增倍的数值试验,并通过计算海陆热力差异,分析了环流形势、雨带分布和云量特征等物理量,研究了全球变暖对东亚夏季风北边缘带的影响。结果表明,CAM3大气环流模式能较好地描述东亚地区大尺度环流的季节变化特征,当CO2含量成倍增长后,将对亚洲经度范围内的夏季风北边缘的位置产生不同的影响,具体表现为100°～123°E地区北边缘位置偏北明显,100°E以西略偏北,123°～132°E略偏北幅度很小,132°E以东呈现出一定的偏北趋势。其原因可能是由于陆地增温有利于青藏高原低层气旋性环流的加强以及北半球纬向海陆热力差异的增加,从而导致我国西南和东南方向向北的水汽输送明显增加。研究表明,南北半球的海陆热力差异无明显变化,南北半球间的相互作用与北半球夏季风增强无明显的联系,两者的关系还有待进一步研究。     

东亚冬季风和青藏高原气温降水的关系

文中从东亚冬季风系统特点出发,定义了能较好表征东亚冬季风环流年际变化和青藏高原温度降水变化特征的冬季风指数,并分析了冬季风指数的年际变化与青藏高原温度降水的关系。文中定义的冬季风指数既反映了冬季东亚大气环流场的变化特征,也较好地反映了青藏高原温度降水的年际变化特征,当冬季北半球500hpa高度场东亚大槽位置相对偏南偏西(20~35°N,110~130°E)时,其强度与青藏高原同期冬季温度降水、后期春、夏、秋季的温度有很好的相关关系。此外,还探讨了冬季风指数变化的先兆信号。     

A southward withdrawal of the northern edge of the East Asian summer monsoon around the early 1990s

利用1979–2015的ERA-Interim的逐候可降水量资料,定义了东亚夏季风的北边界位置,并应用EOF分析方法研究东亚夏季风边界位置变化的时空分布特征。研究结果显示,第一模态代表东亚夏季风北边界的经向位置变动,其时间系数表现出显著的年代际变化特征。在1993/94年之后东亚夏季风北边界发生了年代际南移,而在2007/08后趋向北移。对1979–1993和1994–2007两个时段的气象要素场进行合成分析发现,其低层环流的年代际差值场在蒙古地区为一显著的反气旋环流异常,表明1993/94年之后蒙古低压年代际减弱,此异常反气旋性环流东侧的异常北风则不利于东亚夏季风的北推,可能导致季风北界位置偏南。进一步分析表明,东亚北部的地表不均匀性增温可能是造成蒙古低压的年代际减弱的原因。     

用过程透雨量确定的东亚夏季风北边缘特征

利用1951—2006年全国715个站逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日和月平均再分析资料, 以农作物生长角度为出发点, 采用过程透雨量 (20 mm) 标准确定4—10月出现6次及6次以上过程透雨量作为东亚夏季风区, 以北边缘历年波动范围确定夏季风边缘带, 根据连续透雨过程达到无旱标准来判断东亚夏季风的开始时间。主要分析了夏季风北边缘的年际、年代际变化特征和夏季风边缘带的变化范围以及夏季风边缘的推进过程和北边缘变化机制及其对我国降水的影响。结果表明:透雨标准较好地确定了边缘带位置, 夏季风北边缘呈现向南偏移的趋势, 边缘带范围有所扩大; 北边缘变化与偏南风强弱和水汽输送联系紧密, 并且对我国雨带的分布以及北方降水有一定影响, 北边缘偏北, 雨带偏北, 则华北降水偏多。     

夏季风北推和强度对我国北方夏季降水影响的年代际特征

利用近50年NCEP／NCAR的候平均风场和比湿场资料,计算了东亚夏季风北界的位置,发现季风北界存在着明显的年代际变化,季风北界偏北的年份集中于1950年代和1960年代,而偏南的年份则集中于1980年代和1990年代,并且各个季风区的季风北界的年代际变化比较一致。利用这些资料定义了“区域夏季风指数”,更好地反映东亚夏季风的强弱和北方各地区旱涝之间的关系;用合成分析方法比较了夏季风强度与北方各干旱半干旱区域旱涝变化的关系,说明华北地区最为敏感,区域季风指数与7,8月降水量的关系最好。最后用小波分析方法,讨论了这些区域的夏季风强度和夏季降水量在不同时间尺度上的关系,发现区域季风强度指数和各季风区降水量的关系在15年左右的年代际尺度上关系最好,在3～5年的年际尺度上也有比较好的相关。这些结果对于北方地区的气候趋势预测有一定参考价值。     

夏季亚澳季风区两支越赤道气流年(代)际变化及其与夏季风活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了夏季索马里急流和105°E越赤道气流变化的异同及它们与亚洲夏季风的关系.结果表明:两者强度的年际变化、年代际变化、突变时间及周期都明显不同;两者的年际变化在某些年代显示出很强的负相关关系;索马里急流与亚洲夏季风的南亚夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风有很好的相关关系,而105°E越赤道气流仅与南海夏季风关系密切;两支越赤道气流对亚洲夏季风系统各成员的影响存在明显差异.     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

Definition and Features of the North Edge of the East Asian Summer Monsoon

By using daily total precipitable water(TPW) amount from the ECMWF reanalysis(ERA-44a) data in 1958-2001,the north edge of the Asian sub-tropical summer monsoon is defined by a normalized precipitable water index(NPWI),and its climatology and interannual/interdecadal variability are examined.The results show that two monsoon systems(the Indian and East Asian monsoon systems) can be identified in terms of monsoon edge defined by the NPWI over Asia.The mean north edge goes in the west-east direction along ...     

夏季东亚季风区水汽输送特征及其与南亚季风区水汽输送的差别

利用ECMWF所分析的1980～1989年每日各层的水汽和风场资料分析了东亚季风区夏季风的水汽输送特征,并与印度季风区夏季水汽输送进行比较。分析结果表明了东亚季风区夏季水汽输送特征明显不同于印度季风区夏季水汽输送,东亚季风区夏季水汽输送经向输送要大于纬向输送,而印度季风区夏季水汽输送则以纬向输送为主。分析结果还表明东亚季风区由于夏季水汽分布是南边大、北边小,偏南季风气流所引起的水汽平流是湿平流。因此,水汽的辐合主要由季风气流所引起的水汽平流所造成,而印度季风区季风气流所引起的水汽平流是干平流,它利于水汽输送的辐散,水汽的辐合主要是由于风场的辐合所造成。     

El Ni盛期印度夏季风水汽输送在我国华北地区夏季降水异常中的作用

通过对１９５１ ～１９９４ 年我国夏季１６０ 个站降水资料的分析,指出Ｅｌ Ｎｉ珘ｎｏ 盛期在我国华北地区具有显著的降水负异常。为了解释这种降水负异常产生的原因,利用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ１９４９ ～１９９６ 年再分析资料,分析了夏季印度季风区的水汽输送在东亚季风区水汽输送中的作用。结果表明,印度季风区的水汽输送与我国华北地区的水汽输送有显著的正相关。Ｅｌ Ｎｉ珘ｎｏ期间往往对应着弱印度季风,即Ｅｌ Ｎｉ珘ｎｏ 盛期与弱印度夏季风相联系的弱水汽输送造成了我国华北地区水汽输送的减弱,使得华北地区上空大气中可降水量产生显著负异常,由此导致了负的降水异常。     

东亚季风指数的定义及其与中国气候的关系

利用NCEP/NCAR 850 hPa月平均风场再分析资料,在客观地选定定义地区范围的基础上;定义了一组新的东亚季风指数:西南季风面积和强度指数,东南季风面积和强度指数,偏北季风面积和强度指数.研究了各季风指数的相互关系、季节变化和年际变异.这6个东亚季风指数突出反映了东亚西南季风、东南季风及偏北季风3支季风气流强度和范围变化的特征.分析表明,它们相互之间既有一定联系,又有独立性.各季风指数存在明显的季节变化和年际变化.另外,分析了各季风指数与中国夏季降水和冬季气温的联系,以考察其解释我国气候异常分布的能力.结果表明,这些指数与我国夏季降水和冬季气温有很好的关系,并各自对应有一定的降水和气温分布.特别是西南季风与东南季风影响我国夏季降水的地区有很大差异.因此,我们指出,研究东亚夏季风时,区别西南季风与东南季风是很有必要的,用单一指数不足以表征它们不同的变化.     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

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。     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

东亚夏季风异常大气环流遥相关及其对我国降水的影响

根据夏季东亚季风区内季风环流异常所反映行星尺度扰动的强弱,来定义东亚大气遥相关指数IEA.分析表明,它能较清楚地反映夏季西太平洋副高脊线和西伸脊点位置与东亚季风系统各支季风气流的变化.并揭示当IEA偏强(弱)时,东亚季风系统内的热带季风环流出现异常加强(减弱),副热带季风环流出现异常减弱(加强),而中高纬度季风环流又出现异常加强(减弱),三者之间的关系.分析还表明,IEA异常前期,具有明显ENSO循环位相特征,冬季热带太平洋SST、OLR异常,以及对流层高层风异常,可以作为前期征兆信号.该指数变化与我国夏季降水异常分布密切相关,并清楚地反映出东亚季风系统内热带季风环流与副热带季风环流及其各支季风气流异常对我国夏季降水的影响,为该指数在气候监测与预测中的应用提供一定的物理依据.