江淮流域梅雨环流结构特征及其演变分析

通过对比1954—2001年江淮流域各省入梅日与国家气候中心划定的入梅日，选取入梅一致年份进行合成，分析了入梅前后大尺度环流场的变化特征及梅雨期间的典型环流结构，并用多年平均的逐候资料追踪了典型环流结构的演变过程。研究发现：(1) 入梅后，低空急流向西伸展至长江以南地区，高空急流北抬，有利于江淮流域垂直运动的发展。中、低层高度差值场出现“印度-我国东海-日本岛以东洋面-北太平洋中部”的波列，其中印度半岛、江淮流域及东部沿海、北太平洋中部变化显著。入梅前、后，低层辐合中心均与雨带配合，经向风散度的变化在总散度中起主导作用；(2) 梅雨期典型环流结构在我国东部经向剖面图上，表现为“双脚型”涡度场和“鞍型”温湿场及高而窄的θse 密集带(锋面/锋区)，密集带与雨带对应。入梅前此典型结构已存在并与江南雨带相伴随，入梅后典型结构与雨带一致北推影响江淮。追踪其演变过程发现，梅雨期典型环流结构于3月底4月初开始建立，与东亚-西太平洋海陆温度热力差异的转向一致，可认为是东亚副热带季风开始的表现。     

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)。      

春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5 a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7 a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。     

全球变暖下青藏高原东南侧常年南风强度的多模式结果比较分析

青藏高原东南侧存在一个特殊区域,它常年维持南风,与东亚季风紧密联系,强度变异也将对下游天气气候造成明显影响.该区域南风对全球变暖背景下青藏高原的快速增暖十分敏感.文中利用国际耦合模式比较计划第5阶段(CMIP5)中13个模式的多情景预估结果,分析了全球变暖1.5℃、2℃和3℃下常年南风区南风强度的变异特征.结果表明,1...     

SEASONAL TRANSITION OF EAST ASIAN SUBTROPICAL MONSOON AND ITS POSSIBLE MECHANISM

The NCEP/NCAR reanalysis datasets and Climate Prediction Center(CPC) Merged Analysis of Precipitation(CMAP) rain data are used to investigate the large scale seasonal transition of East Asian subtropical monsoon(EASM) and its possible mechanism.The key region of EASM is defined according to the seasonal transition feature of meridional wind.By combining the ’thermal wind’ formula and the ’thermal adaptation’ equation,a new ’thermal-wind-precipitation’ relation is deduced.The area mean wind directions and thermal advections in different seasons are analyzed and it is shown that in summer(winter) monsoon period,the averaged wind direction in the EASM region varies clockwise(anticlockwise) with altitude,and the EASM region is dominated by warm(cold) advection.The seasonal transition of the wind direction at different levels and the corresponding meridional circulation consistently indicates that the subtropical summer monsoon is established between the end of March and the beginning of April.Finally,a conceptual schematic explanation for the mechanism of seasonal transition of EASM is proposed.     

多套土壤湿度替代资料在青藏高原的适用性分析

目前,仍没有一套公认的能够很好的描述高原土壤湿度变化特征的替代资料,为此利用收集到的多套观测资料作为参考,分别对各种替代资料在高原的适用性进行了评估。结果表明:(1)观测资料表明,高原的土壤湿度在表层、中层、深层的变化具有较好的一致性,表层与中层、中层与深层的土壤湿度相关系数均在0.8以上。(2)卫星反演资料SSM/I RETRIEVALS在各个站点与观测值的相关系数都为正,在高原东南部、中部、北部相关系数都在0.5以上,且标准差与高原东南和中部的观测标准差较为接近,适用于高原的大范围地区,是研究青藏高原土壤湿度多年变化特征的一套较好的替代资料。(3)春季高原土壤湿度的空间分布具有南部边缘较大、由东南向西北递减的特征,大部分地区的土壤湿度具有明显的线性增加趋势;去除趋势后,高原东、西各有一个均方差大值区,东、西关键区内的土壤湿度从春到夏都具有较好的持续性,可以作为预测我国夏季降水的重要因子。     

非ENSO事件次年大西洋海温异常对夏季青藏高原大气热源准双周低频活跃度的影响

夏季青藏高原大气热源准双周低频活动明显,并存在显著年际变化。利用NCEP/NCAR再分析资料,定义夏季高原区域内大气热源准双周分量的标准化方差为该年的低频活跃度,其对中国东部天气变化有一定指示意义,高原低频活跃度较大时,中国东部夏季存在"旱涝并存"和"旱涝急转"现象。通过诊断分析,发现多个海温关键区都对低频活跃度有一定影响,不同年份的主导影响因素不同。ENSO事件次年,主要是太平洋海盆区域内海温异常影响青藏高原夏季低频活跃度;非ENSO事件次年,大西洋海盆区域内的三极型海温异常起主要影响作用。在非ENSO事件次年,前期冬春季大西洋三极型海温异常能够激发出异常的类EU波列,影响高原区域上空的大气环流。在同样的触发机制下,正位相时的类EU波列有利于云辐射反馈的发展,负位相时的类EU波列不利于云辐射反馈的发展,从而影响夏季高原热源低频活跃度。     

江南雨季降水与前期西太平洋暖池热含量异常的关系及其可能机制

利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley环流中心逐月海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料、美国NCEP/NCAR再分析资料以及江南地区逐旬降水资料,研究江南地区4—6月(江南雨季,亦泛称为华南前汛期)降水与前期暖池热含量异常的关系,并对可能的影响机制进行分析。研究结果表明,前期暖池热含量与江南雨季降水有密切的负相关关系,前期7—8月暖池关键区(130. 5°～150. 5°E,3. 5°～11. 5°N)热含量高(低)可以作为预报江南雨季旱(涝)的一个很好的指标。前期暖池热含量异常对4—6月环流和降水有重要影响。冷水年,菲律宾异常反气旋导致副高西伸加强,显著加强了其西侧暖湿气流向江南地区输送,高层辐散抽吸作用导致江南地区对流上升运动增强,暖水年相反,表明冷(暖)水年江南雨季降水偏多(少)。就影响机制而言,在前期夏季,关键区南侧存在异常强西风,导致在秋末形成了菲律宾异常反气旋,以及关键区附近(东侧)有冷(暖)海表温度异常发展,在当年春季和夏初该反气旋移到菲律宾以北。直到4月,次表层冷水团上传导致冷SST异常维持并加强了该异常反气旋,其西侧西南暖湿气流将水汽从南海和菲律宾海地区源源不断地向江南地区输送。同时,西印度洋暖海温和赤道印度洋东风异常也逐渐发展增强,在热带印度洋形成东西向异常垂直环流,其下沉支始终在西太平洋维持,导致了菲律宾异常反气旋的维持,并进一步引起江南地区的水汽辐合和上升运动。同时,副热带西风急流轴南压引起的高空强辐散,也有利于上升运动和对流活动在江南地区发展。正是上述过程和机制,导致了前期热含量异常偏低(高)时,我国江南雨季降水偏多(少)。     

与不同El Nino相伴的IOD事件的季节演变特征对比

基于1951—2012年逐月海洋和大气多种要素的再分析资料,分析了与两类El Nino相伴的IOD(Indian Ocean Dipole,印度洋偶极子)事件盛期的海洋和大气异常特征,并进一步对比了与不同类型El Nino相伴的IOD事件的季节演变及对应的海气耦合过程。结果表明:两类IOD事件盛期时,暖海温强度和位置有显著差异。发生在东部型El Nino期间的IOD事件(简称EP-IOD)盛期,正(负)SSTA中心出现在热带西北(赤道东南)印度洋,强度相当,对应的热带印度洋—海洋大陆异常Walker环流强度较强、范围较大;与中部型CP El Nino相伴的IOD事件(简称CP-IOD)的正SSTA相对较弱,且偏于南印度洋,异常Walker环流较弱、较窄。在季节演变中,两类IOD事件期间的局地海气过程差异显著,伴随着西印度洋西南季风减弱和东印度洋异常东风加强,EP-IOD事件的发展以西正东负的偶极型异常海温的出现及加强为主要特征;而CP-IOD事件的发生发展则与西北印度洋异常冷海温的生消及南印度洋暖水的堆积相伴,表现为"-+-"三极型SSTA的出现并转为西正东负偶极型的过程,夏季时出现在东印度洋的异常东风以及赤道中印度洋低层负涡度异常水平环流对其发展具有重要作用。     

东亚气温前冬与后冬反相的变化特征及可能影响因子

东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959～2018年台站及再分析资料,使用S-EOF（Season-reliant Empirical Orthogonal Function）方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态,其主要模态表现为前冬暖（冷）、后冬冷（暖）,即为前、后冬反相,其方差贡献达到31.1%。这种前后冬反相的特征并非局地现象,在北半球大尺度均存在。环流场上它表现为欧亚遥相关型波列（Eurasian teleconnection, EU）从前冬12月的负位相（正位相）向后冬2月正位相（负位相）的转变,相伴随的是低层西伯利亚高压与阿留申低压的强度在前、后冬转折,高层副热带急流的变化也与之匹配。分析发现,欧亚遥相关型的季内转向可能与北大西洋涛动（North Atlantic oscillation, NAO）在前冬12月与后冬2月的转向有关,后者通过北大西洋热通量作用进而影响下游EU波列的转向。此外,宽窄厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o–Southern Oscillation, ENSO）事件也有一定贡献,当厄尔尼诺（El Ni?o）发生时,经向上更宽（窄）的海温异常利于前冬气温偏高（低）向后冬气温偏低（高）的转向;而当拉尼娜（La Ni?a）事件发生时,情况与厄尔尼诺年相反。