南海夏季风爆发的环流特征及指标研究

使用美国NCEP/NCAR高度场和风场资料及外逸长波辐射(OLR)资料,分析了4～7月南亚和东亚上空环流场,给出了南海夏季风爆发的定义及1953～1999年季风爆发的时间序列,指出季风爆发存在3种类型的环流场,发现东印度洋赤道两侧涡旋对的出现对季风爆发有很好的指示意义.综合季风爆发过程中热力学和动力学要素的特征,建立了适合南海夏季风爆发的指数计算经验公式.     

基于石笋记录的小冰期与“8.2 ka BP”事件的对比研究

全新世气候突变事件是全球变化研究的热点,但对其行为特征与动力学机制的认识仍存在不足。本文选取贵州董哥洞2支高分辨率、高精度定年的石笋（DX1和DA）δ18O记录,分析小冰期和“8.2 ka BP”事件期间亚洲夏季风强度变化的结构特征与其驱动机制。通过两个突变事件的精细对比,发现两者在持续时间、振荡幅度和转型特征等方面均有很好的相似性,尤其是均显示出“两谷一峰”的结构性特征。北高纬地区淡水注入导致大西洋经向翻转流（AMOC）的减弱可能是触发“8.2 ka BP”事件的重要驱动力,这暗示具有相似结构特征的小冰期弱季风事件可能也响应于AMOC机制。将小冰期时期石笋δ18O记录与指示AMOC变化的北大西洋放射性碳数据进行对比,发现两者具有相似的变化过程,这表明在早晚全新世不同气候背景条件下,AMOC仍能够通过影响南北半球温度梯度的变化而影响低纬热带辐合带位置的移动,进而调控千-百年尺度低纬季风区水文循环的时空变化。      

弱的早更新世间冰期东亚夏季风——来自黄土高原古土壤层中酸溶相元素的证据

在过去的暖期,东亚夏季风的强弱变化受到广泛关注,例如暖的早更新世间冰期时期(1. 6~2. 6 Ma).本文利用黄土高原洛川和赵家川剖面古土壤层中酸溶相元素的分布及其比值去重建早更新世间冰期时期东亚夏季风强度变化.结果显示酸溶相中以Ca元素(平均2. 6%)为主, Mg元素(平均1116. 5 mg/kg)次之, Sr元素(平均49. 5 mg/kg)和Mn元素(平均47. 6 mg/kg)最低.它们的含量在早更新世较高,中晚更新世时期较低,而Mg/Ca、Sr/Ca和Mn/Ca摩尔比值则呈现相反的变化.这些元素的分布及相应比值的变化受东亚夏季风控制,主要反应季风降水的变化.两个剖面古土壤层中元素及其比值均指示暖的早更新世间冰期时期黄土高原地区东亚夏季风较弱,中晚更新世间冰期时期夏季风较强,该结果与过去许多东亚夏季风重建记录接近.我们的研究结果也支持早更新世弱的赤道太平洋沃克环流导致弱的东亚夏季风这一假说.     

我国季风边缘区湖泊沉积记录的全新世亚洲夏季风衰退事件

亚洲夏季风是全球季风系统的重要组成部分,亚洲夏季风的变化对其控制区域自然生态系统的多样性和生态平衡,以及社会经济发展有重要的影响。本文选择位于现代亚洲夏季风边缘区对季风变化响应敏感的湖泊达连海为研究对象,基于陆生植物残体和全有机质的AMS14C定年建立了钻孔顶部24.6 m沉积物的年代框架,利用粒度指标重建了全新世研究区水文变化过程以及亚洲夏季风衰退事件序列。结果显示,沉积物中存在数层砂层,代表了湖泊低水位时期,进而指示了亚洲夏季风衰退事件。这些事件处在11.6~11.3 cal.ka B.P.、10.4~9.5 cal.ka B.P.、6.4~6.0 cal.ka B.P.、4.6~4.4 cal.ka B.P.、3.7~3.4 cal.ka B.P.、3.1~2.9 cal.ka B.P.以及2.0~0.9 cal.ka B.P.,可以发现中晚全新世以来亚洲夏季风衰退事件发生的频率显著增加。进一步与北半球高纬地区与低纬地区的气候突变事件记录对比显示,全新世百年-千年时间尺度上亚洲夏季风强度的变化与低纬ENSO活动存在密切的联系。     

南亚热带人工林林下芒萁层的凋落物拦截

在中国南亚热带人工林生态系统中,大面积的林下层被密集的蕨类植物芒萁所占据。作为森林土壤最重要的养分来源,很多冠层树种的凋落物在到达地表之前,会被芒萁拦截。通过调查南亚热带4种人工林林下芒萁层对冠层树种叶片的拦截量与拦截比例,发现林下芒萁层对凋落物的拦截量排序为湿地松＞厚荚相思＞尾叶桉＞红椎,而林下芒萁层对尾叶桉叶片的拦截比例最高,达99.8%,其次分别为厚荚相思（73.5%）、湿地松（56.3%）和红椎（27.0%）;所有人工林林下芒萁的下半层（0~50 cm）拦截了更大比例的凋落叶,最大为尾叶桉（64.7%）,最小为红椎（23.1%）。林下芒萁层的凋落物拦截效应可能会改变森林生态系统的地上过程和地下过程,进而影响整个森林的碳循环等生态系统功能。通过凋落物拦截实验,开展林下层植物对人工林生态系统碳循环的影响的相关机理研究,有助更好地理解在生态系统水平上林下植被对整个森林生态系统功能的影响。     

南亚高压建立早晚与亚洲热带夏季风及中国中东部夏季降水的关系

利用1979—2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料、全国753个测站的逐日降水资料和向外长波辐射(OLR)资料讨论了4—5月南亚高压在中南半岛上空建立的早晚与后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水的关系。发现南亚高压建立偏早(晚)年,亚洲热带地区纬向风垂直切变转向和对流爆发早(晚),对流层低层赤道印度洋地区为反气旋式(气旋式)距平环流。相应地,亚洲热带夏季风建立早（晚）。此外,南亚高压建立早晚年,夏季6—8月期间亚洲区域的大气环流形势及水汽输送状况也存在显著差异:偏早(晚)年,南亚高压和西太副高偏弱(强),中高纬环流形势有(不)利于冷空气南下,长江以南地区上升运动偏强(弱),长江以北地区则上升运动偏弱(强),我国中东部至西太平洋地区为气旋式(反气旋式)水汽通量距平环流控制,导致中国中东部夏季降水在南亚高压建立早晚年大致呈现反相分布。因此南亚高压在中南半岛上空建立的早晚可以作为高层先兆信号,对后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水分布起到较好的指示作用。      

中东急流的季节转变特征及与印度夏季风爆发早晚的关系

采用1968—2009年NCEP/NCAR逐候再分析资料,分析了季节转换期间中东急流的变化特征及其热力机制。结果表明:中东急流中心的强度和位置存在明显的季节变化特征,第67候—次年第24候偏强且位置稳定偏南(27.5 °N)、第38—44候偏弱且位置稳定偏北(45 °N)。200 hPa纬向风场EOF第1空间模态反映了中东急流在冬、夏季的位置,冬季主要位于埃及和沙特阿拉伯上空,夏季主要位于黑海东部至咸海东部上空,且中东急流在冬季比在夏季强。第26—31候和第54—61候分别是中东急流春夏季和秋冬季的季节转换期,其200 hPa西风演变与500～200 hPa平均南北温差演变的对应关系很好,表明南北温差的季节性转变导致了200 hPa西风的季节性转变。个例分析表明,印度夏季风爆发日期早晚与中东急流季节转换日期早晚的关系非常密切。印度夏季风爆发较早（晚）时,由于500～200 hPa南北温差大值区域向北推进较早（晚）,因此,中东急流向北推进较早（晚）,同时40～90 °E对流层低层西风急流出现也较早（晚）。      

现代气候条件下降水变化的“西风模态”空间范围及其影响因子初探

全新世轨道-千年-百年-年代际尺度上中纬度亚洲内陆干旱区的湿度/降水变化与东亚季风区呈现出错/反位相的变化,简称为中纬度内陆干旱区气候变化的"西风模态",但至今对气候变化"西风模态"的适用空间范围及其影响因子缺乏深入研究.针对整个中纬度欧亚大陆(30°~60°N,0°~130°E),使用1960~2010年GPCC,CRU和CPC三个降水数据集的逐月降水资料,分别对冬、夏季降水的年际、年代际信号进行EOF分析,发现现代气候背景下的降水变化"西风模态"在夏季年代际尺度表现最为显著,亚洲中部内陆干旱区部分区域的年代际夏季降水与其东部的中纬度东亚季风区和西部的地中海周边地区均呈现出相反变化的空间格局,在中纬度欧亚大陆表现出"-+-"的空间变化模态.据此划分出气候变化"西风模态"核心区域,即西部以里海(约50°E)为界,东部到河西走廊西界(约90°E),南北界限与亚洲中部干旱区南北界线吻合(约36°~54°N),整体相当于中亚和中国新疆干旱区,本文将其命名为"西风模态核心区".依据逐月NCEP/NCAR再分析数据,探讨了亚洲中部干旱区气候变化"西风模态"的成因,发现其不但与中纬度大气环流的纬向波动传播及印度夏季风降水异常之间的共同作用有直接联系,而且与大西洋多年代际振荡(AMO)也密切相关.     

赤道MJO活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979—2013年NCEP/DOE再分析资料的大气多要素日平均资料、美国NOAA日平均向外长波辐射资料和ERSST月平均海温资料,分析赤道大气季节内振荡(简称MJO)活动对南海夏季风爆发的影响及其与热带海温信号等的协同作用.结果表明,赤道MJO活动与南海夏季风爆发密切联系,MJO的湿位相(即对流活跃位相)处于西太平洋位相时,有利于南海夏季风爆发,而MJO湿位相处于印度洋位相时,则不利于南海夏季风爆发.赤道MJO活动影响南海夏季风爆发的物理过程主要是大气对热源响应的结果,当MJO湿位相处于西太平洋位相时,一方面热带西太平洋对流加强使潜热释放增加,导致处于热源西北侧的南海—西北太平洋地区对流层低层由于Rossby响应产生气旋性环流异常,气旋性环流异常则有利于西太平洋副热带高压的东退,另一方面菲律宾附近热源促进对流层高层南亚高压在中南半岛和南海北部的建立,使南海地区高层为偏东风,从而有利于南海夏季风建立;当湿位相MJO处于印度洋位相时,热带西太平洋对流减弱转为大气冷源,情况基本相反,不利于南海夏季风建立.MJO活动、孟加拉湾气旋性环流与年际尺度海温变化协同作用,共同对南海夏季风爆发迟早产生影响,近35年南海夏季风爆发时间与海温信号不一致的年份,基本上是由于季节转换期间的MJO活动特征及孟加拉湾气旋性环流是否形成而造成,因此三者综合考虑对于提高季风爆发时间预测水平具有重要意义.