INTERDECADAL CHANGE OF DIABATIC FORCING OVER KEY REGION OF THE MARITIME CONTINENT AND ITS POSSIBLE RELATIONS WITH THE EAST ASIAN SUMMER MONSOON ANOMALIES

The Maritime Continent(MC) is an important region where the Tropical Pacific and the Indian Ocean interact with each other via "the atmospheric bridge" and a key region for the interaction between the Asian and Australian monsoons. Using the NCEP/NCAR and CMAP monthly mean reanalysis over the period of 1979-2012, the interdecadal variations of diabatic forcing over the key region of the Maritime Continent and its possible relations with the East Asian summer monsoon have been investigated in the present paper. Our results show that climate variations in the Maritime Continent is particularly significant in the area of 95-145°E, 10°S-10°N, which is thus defined as the key area of the MC(i.e., KMC area). Without the input of latent heat release in the atmosphere, distinct interdecadal change of diabatic heating is found to exist from 1979 to 2012; it intensified before 1980 s and peaked in the late 1980 s and weakened after this period. By analyzing each individual component that contributes to the diabatic heating in the KMC area, surface latent heat flux and net long-wave radiation in the atmosphere are found to be the two dominant components. With negative diabatic heating anomalies over KMC, there will be more precipitation on islands and less precipitation over sea, and more rainfall around the equator, which is in correspondence with the convergence center around the equator in the KMC area. Along the meridional-vertical section averaged between 115-120 ° E, the well-defined vertical circulation anomalies are observed with the ascending branches over KMC and the area around 30°N respectively, and the descending branch over the South China Sea. Water vapor transports from the Bay of Bengal and South China Sea to eastern China to benefit the positive precipitation anomalies. The meridional-vertical circulation in East Asia plays a critical role in linking the interdecadal variability of diabatic heating over the KMC and East Asian summer monsoon anomalies.     

北半球冬季南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA全球海温重建资料及CPC的ENSO指数和CMAP降水资料,从南北半球环流协同变化的角度,利用SVD(Singular Value Decomposition)方法揭示了南北半球环流同时变化的主要模态及其与ENSO的联系。结果表明:存在南北半球的同时变化模态(BHCM),其可由海平面气压场(SLP)的SVD分析的第一模态(SVD1)表示。BHCM可解释南北半球SLP总协方差的57.36%,且其存在显著的3～5年变化周期及长期趋势。SVD1揭示的长期趋势显示出海表气压异常在赤道中东太平洋升高而在西太平洋及热带印度洋地区下降,利于1998年后异常东风加强,不利于El Ni?o事件的频繁发生。BHCM的空间分布在热带地区关于赤道大致对称,而在北半球中纬度纬向扰动非常明显,在南半球则与AAO密切相关。在年际时间尺度上,此模态与ENSO存在紧密联系。赤道海温异常可强迫南北半球大气作出响应,反过来,南北半球环流的共同变化亦可能对El Ni?o/La Ni?a事件产生影响。北半球冬季时,与BHCM相关的全球降水和气温存在显著异常,当BHCM处于正位相,中国东部及东亚其他区域降水偏少、气温偏低。这些结果有助于人们进一步加深对南北半球环流相互作用变化规律和机理的认识。      

涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

利用中尺度WRF模式对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示低涡首先出现在850 h Pa上,几个小时后700h Pa上才有低涡生成,850 h Pa低涡的形成与西南低空急流有着密切的联系。通过ω方程的诊断分析表明,涡度的水平平流项和辐散项对850 h Pa低涡的形成起主要作用,而潜热释放对850 h Pa低涡的形成作用不大;潜热加热是700 h Pa气流不断辐合从而形成低涡的主要因子。干敏感性试验研究进一步证实了潜热释放对850 h Pa低涡的影响不明显,但是会导致700 h Pa上气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。     

华东地区6-7月锋生的气候学特征及环流结构

利用中国华东地区212个站点2000-2010年6-7月逐日降水资料和NCEP/NACR再分析资料,运用运动学锋生函数公式,分析了华东地区6-7月锋生、锋面及其环流结构的气候学特征。结果表明,锋生函数值在华东区域呈现不均匀分布,且不同性质的运动学锋生具有不同的锋生强度和分布。其中,江淮地区是6-7月综合锋生最强的区域。根据风场在850 hPa强锋生带的切变及辐合情况,将6-7月的锋生类型分成4个大类,即暖切变型锋生、冷切变型锋生、西风辐合型锋生、东风辐合型锋生,其中,冷切变型锋生又分为两个亚类。不同类型的锋生个例数不同,江淮地区最多的是暖切变型锋生。不同锋面的水平结构与垂直结构存在显著差异,但对于强锋生过程,340 K假相当位温等值线与锋区平行且穿过锋区,其对判断强锋生过程和锋区位置具有指示意义。强锋生事件的出现有其大尺度环流背景,而不同类型的强锋生事件的环流背景差异较大:背景气旋或反气旋环流的中心位置、强度、辐散辐合场的分布、垂直环流结构等方面有不同程度的差异。降水与锋生强度紧密相关。锋生较强时,降水较多。暖切变型锋生日降水量最大,降水发生在锋区内部,与强锋生带走向一致;冷切变型次,两种类型的降水均发生在锋区的南侧,呈东北—西南走向;西风辐合再次之,降水发生在锋区内部偏南一侧。     

东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候异常的联系

利用1979—2010年逐月CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料集,通过定义夏季东亚急流位置指数,采用统计和动力诊断方法研究了东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候的联系。所定义的东亚急流位置指数较好地反映了东亚上空急流位置的经向移动。结果表明:东亚上空急流经向位置的移动存在显著的年际变化,其主要周期为2~3 a和8 a。当夏季东亚急流位置偏北(南)时,从低纬到高纬,东亚地区降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多(偏少—偏多—偏少)的经向分布;相应地,气温则在副热带西太平洋地区偏低(高),我国华东、华北及日本地区气温偏高(低),西伯利亚东部较高纬地区气温偏低(高)。东亚上空急流经向位置异常年,异常环流随高度呈略有西倾的准正压结构。东亚上空急流经向位置的偏北(南)与由西太平洋—南海热带地区非绝热加热相关的经圈环流异常有关,亦与中纬度波扰能量东传有关,并由此可部分解释我国长江中下游至日本地区的气温异常偏高(低)。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。     

中国东南部与川渝陕甘地区夏季降水 30～60天CISO的反相现象

利用1979～2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国753站逐日降水资料,研究了中国东南部和川渝陕甘地区夏季降水30～60天气候季节内振荡（Climatological IntraSeasonal Oscillation,CISO）的反相现象。结果显示两个区域夏季降水CISO在7月中旬之前存在显著的反相关系,且在传播特征上有明显差异。川渝陕甘地区降水局地低频振荡显著,中国东南部降水CISO北传特征清晰。低频环流分析表明,对流层低层低频槽、脊的更替形成了川渝陕甘地区降水CISO的“驻相”振荡,低频气旋式、反气旋式环流位置的移动则产生了中国东南部降水CISO的北传。CISO垂直环流显示上升支与下沉支正好处于川渝陕甘地区与中国东南部,较好地反映了低频降水在两区域的相反变化。中国东南部、长江中下游与川渝陕甘地区三者之间存在动力学上的关联,这可部分地解释川渝陕甘地区和中国东南部之间降水CISO的反相关系。这种反相关系的形成还与气候态下的西太平洋副热带高压和贝加尔湖附近大陆高压脊的季节内变化有关。揭示中国东南部与川渝陕甘地区之间降水CISO的反相现象对于丰富人们对我国夏季风区低频振荡局地特征的认识和理解降水季节内振荡产生机制有重要意义。     

南海ITCZ异常变化及其对非移入性南海热带气旋(TC)活动的可能影响

利用美国NOAA提供的向外长波辐射（OLR）资料、NCEP/NCAR再分析资料以及上海台风所提供的热带气旋（TC）资料等,通过定义一个描写南海范围内（5°N~20°N,105°E~120°E）的热带辐合带（Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ）强度指数,研究了南海ITCZ年际和年代际异常变化特征及其对非移入性南海TC[South China Sea-generated tropical cyclone（SCS-G TC）]活动的可能影响,并从异常强、弱南海ITCZ年份的大气环流背景和海表温度等变化特征来尝试揭示南海TC的活动规律。结果表明:在年际和年代际时间尺度上,南海ITCZ强度指数与南海TC的生成频数存在显著的负相关关系,长期趋势变化间的关系存在不同。南海ITCZ的强、弱显著地影响到南海TC的生成频数。强南海ITCZ年,南海TC频数偏多;弱南海ITCZ年,南海ITCZ频数偏少。强、弱南海ITCZ年对于南海TC的生成源地、TC的维持时间以及路径和强度的影响不显著。进一步分析表明,动力和环境条件方面,强、弱南海ITCZ年可能差异较大。异常偏强年,对流层低层出现气旋性环流,上层出现反气旋性环流;季风槽在南海区域偏强、位置偏南。与OLR表示的深对流区相配合,存在暖的海表温度和低层强烈的正涡度和强辐合,在高层存在相应的强的气流辐散,形成了极有利于南海TC发生发展的条件。弱南海ITCZ年则相反。另外,ITCZ强年,太平洋异常SST（Sea Surface Temperature）出现为La Ni?a特征,南海ITCZ区对流活跃,强度偏强。反之,ITCZ弱年则表现为El Ni?o特征,南海ITCZ关键区的对流强度偏弱。这些结果可为深刻认识南海TC的生成规律以及对南海TC的预报提供线索。     

热带对流和环流季内振荡强度与海表温度关系对比研究

利用外逸长波辐射(OLR）、风场和海表温度(SST)资料, 研究了热带大气季节内振荡(ISO)强度的季节变化特征, 发现热带印度洋和热带西太平洋区域是OLR和风场季内振荡最主要的共同活跃区。对比分析了OLR和风场季内振荡强度与海表温度异常之间的年际异常关系, 发现OLR季内振荡强度异常与海表温度异常之间存在显著局地正相关关系, 即在热带中东太平洋区域、热带西北太平洋区域和热带西南太平洋区域, 当海表温度正(负)异常时, OLR季内振荡增强(减弱),特别在冬春季节这一关系更清楚。除个别区域外, 风场季内振荡强度异常与海表温度异常不存在类似OLR的局地关系。OLR和风场季内振荡强度异常与海表温度异常之间局地和非局地关系的差异, 体现了两种要素特性的本质差异。但两种要素季内振荡强度在El Niño事件发展过程中的变化基本一致, 即在气候场中季内振荡活跃的区域, 事件发生之前季内振荡会增强, 并逐渐向东传播, 事件发生之后这些区域振荡减弱。