Atmospheric circulation characteristics associated with the onset of Asian summer monsoon

The onset of the Asian summer monsoon has been a focus in the monsoon study for many years. In this paper, we study the variability and predictability of the Asian summer monsoon onset and demonstrate that this onset is associated with specific atmospheric circulation characteristics. The outbreak of the Asian summer monsoon is found to occur first over the southwestern part of the South China Sea (SCS) and the Malay Peninsula region, and the monsoon onset is closely related to intra-seasonal oscillations in the lower atmosphere. These intra-seasonal oscillations consist of two low-frequency vortex pairs, one located to the east of the Philippines and the other over the tropical eastern Indian Ocean. Prior to the Asian summer monsoon onset, a strong low-frequency westerly emerges over the equatorial Indian Ocean and the low-frequency vortex pair develops symmetrically along the equator. The formation and evolution of these low-frequency vortices are important and serve as a good indicator for the Asian summer monsoon onset. The relationship between the northward jumps of the westerly jet over East Asia and the Asian summer monsoon onset over SCS is investigated. It is shown that the northward jump of the westerly jet occurs twice during the transition from winter to summer and these jumps are closely related to the summer monsoon development. The first northward jump (from 25–28N to around 30N) occurs on 8 May on average, about 7 days ahead of the summer monsoon onset over the SCS. It is found that the reverse of meridional temperature gradient in the upper-middle troposphere (500–200 hPa) and the enhancement and northward movement of the subtropical jet in the Southern Hemispheric subtropics are responsible for the first northward jump of the westerly jet.     

冬季北半球平流层季节内振荡与对流层季节内振荡的关系

通过平流层大气ISO与对流层大气ISO的比较分析,发现在中高纬地区平流层大气ISO与对流层大气ISO有着许多相同点.北半球冬半年平流层大气环流主要低频模态也可认为是北极涛动(AO),其空间分布的主要特征为; 高纬度地区与中低纬度地区为反位相变化,北极地区附近具有最大的变化值; 其季节内振荡的正位相对应于AO增强,负位相对应于AO减弱.北半球冬半年平流层100 hPa 和70 hPa 位势高度场的低频遥相关分析表明,北极地区(概指北纬60°N以北)和北半球其他大部分地区呈负相关,北极涛动扮演了非常重要的角色.同时,北半球冬半年平流层的主要低频波列是从欧亚大陆中部到西北太平洋,并且由纬向型低频波列(欧亚大陆-西伯利亚-太平洋)和经向型低频波列(欧亚大陆-北极-太平洋)共同构成.平流层30 hPa 和对流层500 hPa 上经过带通滤波(15～90 d)位势高度场的EOF第一主分量的形势有十分类似的特征,它们对应的时间系数序列有显著的延迟相关关系.因此可以认为,北半球平流层大气ISO的变化要先于对流层大气,在滞后35 d 左右其相关系数达到最大.大气环流模式(SAMIL)的数值模拟试验结果也表明,平流层的低频扰动可以在14 d 之后便在对流层500 hPa上激发出低频响应,其谱峰在30 d 左右.这进一步表明,通过大气季节内振荡,平流层的异常可以影响到对流层.     

南海夏季风活动及其影响

资料分析及其同南亚（印度）夏季风的比较,指出建立的突发性和经向分量的重要性是南海夏季风活动的两个最基本特征。根据南海夏季风经向分量与纬向分量同样重要的特征,并考虑南海地区大气环流的基本形势,提出了用对流层高低层散度差构成季风指数,它可以更好地描写南海夏季风的活动。资料分析和大气环流模式（GCM）数值模拟试验都清楚地表明南海夏季风年际异常对大气环流和气候有极为重要的影响,不仅影响东亚地区,而且通过东亚-太平洋-美洲（PJ或称EPA）波列影响美国的天气气候变化。     

南海中层气旋的结构和演变特征分析以及数值实验

针对1980～1996年间发生在南海地区的两类中层气旋（MTC）典型个例分别进行合成分析,研究了它们的结构特点。研究发现,西风扰动类MTC在强度上要强于东风扰动类MTC;而东风扰动类在垂直三维结构上随高度向西南方向倾斜的程度远远大于西风扰动类,但它们都是一种冷心结构并且随高度向西南方向倾斜的系统。两类中层气旋的涡度、风速都在中层有最大值,对流层中层为辐合区,300hPa以上为补偿辐散区,垂直上升运动在400hPa达到最大。分析各自的演变过程,发现在MTC的发展过程中,西风扰动类MTC基本处于准静止状态略有西移,而东风扰动类MTC由于其发展过程的独特性,往往向西北方向移动并且移速较大。东风扰动类MTC所在的位置较西风扰动类MTC偏高,这是由于夏季南海地区处于西南季风控制下,东风气流所在位置偏高所致。我们还发现西风扰动类MTC西边的西风气流与MTC发展过程相对应有一个风速加大、维持和减弱的过程;东风扰动类MTC东面的东风气流也有类似过程。同时,与两类MTC相对应的代表副高强度的东风气流随MTC发展的演变表明,当有西风扰动类MTC时,副高有减弱的征兆,而有东风扰动类MTC时,副高并未减弱,反而东风有所加强。对1998年个例进行数值实验表明：MTC系统的对流加热在500hPa达到最大,且对流加热对MTC的发展具有很重要的作用,对流加热越弱,系统发展越弱。     

El Nio期间印度洋海温异常对 亚洲气候的影响

El Nio事件发生时,赤道东太平洋海温出现高达2～3 ℃的正异常,同时,印度洋海温也会出现异常。但每次El Nio事件期间,印度洋异常海温的结构是不相同的,翘翘板型的海表温度结构,是印度洋海温异常的一种典型分布。利用IAP-GCM 9L模式,我们对El Nio期间,印度洋东冷西暖异常海温分布对气候的影响,特别是对亚洲气候的影响,作了数值模拟研究。模拟研究的结果表明,印度洋海温主要影响孟加拉湾、中南半岛、印尼、印度次大陆及中国大陆南部地区的气候变化。在El Nio发生期间,东冷西暖的印度洋海温结构,加大了东太平洋海温异常给东亚季风区带来的影响,它使中南半岛到印尼更加干旱,中国华北到山东半岛的降水减少,而使中国西南到华南的降水明显增加。在其影响下,东亚地区的雨带呈纬向分布,形成旱涝相间的纬向带状异常分布型,使模式模拟结果与中国旱涝的实际分布更加接近。同时,在对高度场、流场的分析中可以看到,印度洋东冷西暖海温分布使夏季副高位置偏南,印度洋到南海的西南风减弱,在中国西南到华南为气旋性环流控制,这些特征与降水分布是一致的。模拟试验表明,印度洋海温异常对我国El Nio期间降水异常的分布型有重要影响。     

亚洲两个季风区大气季节内振荡的比较分析

本文利用ECMWF逐日再分析资料(1961～2000年),主要从结构和水平传播包括经向传播和纬向传播方面对南海和南亚两个季风区的30～60天振荡进行了比较分析.研究结果发现,两个季风区的大气季节内振荡都存在明显的年际变化,但并没有出现同相或反相的变化关系.两个季风区ISO在结构上既有相似的地方也有不同点,在垂直结构上都...     

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。     

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958-2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958-2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2-4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。     

T／P，Jason-1测量风速及有效波高的验证与比较

选取与T/P(TOPEX/POSEIDON)卫星高度计同步的浮标资料以及月平均浮标资料对T/P卫星高度计测量结果进行验证,结果表明:选取较窄的空间窗口以及较长的资料序列,可以减小浮标测量结果和高度计测量结果之间的误差;在所选浮标海域,浮标测量获得的有效波高与T/P测得有效波高存在0.3m的系统误差.T/P卫星高度计和Jason-1卫星高度计测量结果的比较显示,由于受海浪成长状态和仪器噪声的影响,二者测量获得的标准化雷达后向散射截面在低风速时相差较大,在高风速时符合较好.T/P和Jason-1卫星高度计测量获得的有效波高和海面高度异常的均方根误差分别为0.21 m和0.05 m.     

东海黑潮强度与东亚冬季风关系的分析研究

利用卫星高度计资料和再分析资料,本文分析研究了东海黑潮强度与东亚冬季风的关系,并初步探讨了二者相互作用的可能机制。结果表明,位置相近的断面,其流强变化具有相似的特征;在年际尺度上,冬季风与东海黑潮存在相互作用。当冬季风偏强,将削弱次年2-4月SC、SD断面的流强,弱冬季风年的情况相反。冬季风对流强影响的动力过程主要通过改变Ekman输送来实现;热力过程则表现为强（弱）冬季风增大（减少）了黑潮向大气释放的热通量,从而削弱（增强）流强,这一过程主要为冬季风对黑潮的影响。当冬季风偏强时,次年10-12月黑潮中下游流强偏弱,弱冬季风年的情况相反。这一过程与2-4月情况不同,其热力过程主要表现为黑潮对冬季风的影响。强冬季风通过准两年振荡对次年冬季的黑潮流强产生影响,由此构成了一个包含海洋和大气耦合过程的正反馈机制。黑潮流域的海气相互作用过程可能受冬季风和黑潮流强相对强弱的调制,海洋过程和大气过程主导一方的转换中存在一个“临界值”。