Impact of the North Atlantic sea surface temperature tripole on the East Asian summer monsoon

A strong (weak) East Asian summer monsoon (EASM) is usually concurrent with the tripole pattern of North Atlantic SST anomalies on the interannual timescale during summer, which has positive (negative) SST anomalies in the northwestern North Atlantic and negative (positive) SST anomalies in the subpolar and tropical ocean. The mechanisms responsible for this linkage are diagnosed in the present study. It is shown that a barotropic wave-train pattern occurring over the Atlantic-Eurasia region likely acts as a link between the EASM and the SST tripole during summer. This wave-train pattern is concurrent with geopotential height anomalies over the Ural Mountains, which has a substantial effect on the EASM. Diagnosis based on observations and linear dynamical model results reveals that the mechanism for maintaining the wave-train pattern involves both the anomalous diabatic heating and synoptic eddy-vorticity forcing. Since the North Atlantic SST tripole is closely coupled with the North Atlantic Oscillation (NAO), the relationships between these two factors and the EASM are also examined. It is found that the connection of the EASM with the summer SST tripole is sensitive to the meridional location of the tripole, which is characterized by large seasonal variations due to the north-south movement of the activity centers of the NAO. The SST tripole that has a strong relationship with the EASM appears to be closely coupled with the NAO in the previous spring rather than in the simultaneous summer.     

海温异常对东亚夏季风影响机理的研究进展

从短期气候预测关注的外强迫信号角度出发,回顾了国内外在海温异常对东亚夏季风和我国汛期降水影响机理方面的主要研究进展,重点评述了热带太平洋ENSO循环、热带印度洋全区一致型海温模态、热带印度洋海温异常偶极子、南印度洋偶极子和北大西洋海温三极子模态的年际变化及其对东亚夏季风年际变率的影响。从研究成果在短期气候预测业务中应用的角度,重点关注海温异常和东亚夏季风年际变率以及我国汛期降水多雨带位置的关系,总结了海温异常作为外强迫信号对我国汛期降水预测的指示意义以及汛期降水预测的难度。最后指出气候预测业务对东亚夏季风影响的机理研究和动力气候模式发展方面的需求。     

中国东部地区人为气溶胶影响东亚夏季风爆发和推进过程的数值模拟

使用一个高分辨率的公用大气环流模式(CAM5.1)研究我国东部地区人为气溶胶对东亚夏季风爆发和推进过程的影响。结果表明,CAM5.1模式能很好地模拟出南海夏季风爆发前后大尺度环流的季节性转变。南海夏季风在中国东部地区人为气溶胶的影响下提前2候爆发,并且可能是影响1993年后南海夏季风提前爆发的重要原因。人为气溶胶使得低纬度地区的东西风分界线在5月中旬明显向东扩展,南海地区出现显著的西/西南风差值气流,同时赤道纬向西风提前向北增强。人为气溶胶中硫酸盐和黑碳气溶胶含量的季节变化通过改变大气的热力结构,影响我国东部地区大气低层环流场,减弱夏季风前期北上的西南风暖湿气流,而相反地增强了其盛期在华北地区的偏南风分量,造成东亚夏季风北边缘从5月上旬—6月初缓慢北移至长江中下游地区,而后在7月中旬加速向北推进,且到达的最北位置要偏北1个纬度。     

南海西部54万年以来元素地球化学记录及其反映的古环境演变

通过对南海西部上升流区MD05-2899孔开展高分辨率碳酸盐地层学和XRF岩芯扫描元素地球化学分析,重建了晚第四纪54万来以来东亚夏季风的演化历史,探讨海平面升降对南海西部陆源碎屑供应量的影响。研究选用了ln(Ba/Al)作为该海区古生产力的指标,ln(Br/Al)作为有机物的指标,ln(Ti/Al)作为陆源碎屑供应量的指标。研究结果显示,东亚夏季风在过去54万年以来强度不断增强,具有明显的冰期—间冰期旋回特征,在间冰期强盛和冰期减弱,是控制该海区有机物含量变化的主要因素。东亚夏季风不断强盛可能直接导致了南海周边陆地降雨增强,河流径流量加大,使得南海西部上升流区域的陆源碎屑供应量在间冰期明显高于冰期。研究发现,当相对海平面低于-60 m的时候,大面积暴露的巽他陆架可能向南海西部深水区输入大量陆源碎屑物质,造成研究站位的陆源碎屑供应量在冰盛期出现高值。因此,晚第四纪的东亚夏季风演化和海平面升降共同控制了南海西部上升流区陆源碎屑物质供应量的变化。     

亚洲—太平洋夏季风系统的基本模态特征分析

亚洲—太平洋季风区各季风子系统间的相互作用对季风区甚至全球的气候变化都有着显著的影响.整个亚洲—太平洋夏季风系统都处于高层辐散、低层辐合的庞大辐散环流中,从高层辐散中心流出的三支气流分别对推动印度夏季风、东亚副热带夏季风和南海夏季风起着重要的作用,很好地表现了亚洲—太平洋夏季风系统的整体性特征.季风区多种气象要素的基本模态在年代际和年际尺度上都表现出较为一致的变化特征:年代际尺度上亚洲—太平洋夏季风系统整体呈现减弱趋势;年际尺度上存在准2年和准4年的两个周期,其中准2年振荡特征表现为若印度西南季风偏强,则印度季风雨带偏强偏北,导致印度大陆中北部地区降水偏多;同时,由于西太平洋副热带高压的北移和偏强的印度西南季风显著向东延伸,10°N~30°N范围内的西北太平洋地区则表现为异常的气旋性环流,而30°N~50°N之间为反气旋性环流异常,对应东亚夏季风偏强,季风雨带能够北推至我国华北地区.也就是说,当亚洲夏季风中某一季风子系统表现为异常偏强时,另一季风子系统在这一年中也将表现为异常偏强,反之亦然.准2年的振荡周期可能是亚洲—太平洋夏季风系统的一种固有振荡,它从年际尺度上反映了亚洲—太平洋夏季风受热带太平洋—印度洋海温的强迫表现出明显的整体一致特征.     

1998年东亚夏季风波包传播特征研究

利用NCEP/NCAR 850hPa风场资料和高度场资料,分析了1998年东亚夏季风强弱变化与波动能量传播特征,表明东亚夏季风存在着加强和减弱的阶段性特征,其季风的爆发、加强、北推东扩与波包的加强和传播有显著的联系.在季风加强期,中、低纬地区一般为波包大值区并有波包加强和向东传播.东亚夏季风爆发前,季风加强主要受中低纬度系统能量的东传影响;东亚夏季风爆发后,季风加强期波包的经向传播十分明显,但期间波包也表现出一定的北传特征,表明低纬地区的系统能量也起一定作用.在东亚夏季风减弱期东亚为波包小值区控制,显示出在季风减弱阶段波包能量的传播也有减弱的特征.     

末次冰消期内蒙古东部气候不稳定性:布日敦湖花粉记录

内蒙古东部植被是我国北方重要的生态系统屏障,东亚夏季风降水变化是影响当地水资源分布、植被演替、农牧业经济发展的重要因素.为了更好预测未来季风边缘带植被景观、降水变化趋势和评估干旱事件可能产生的影响,需要在该区域开展更多地质增温期历史相似型研究.本文选择生态系统脆弱、对夏季风变化响应敏感的内蒙古东部布日敦湖作为研究点,通过钻取长386 cm的湖泊沉积物并选取底部厚度176 cm(386~210 cm),分析其中的花粉指标,结合高精度AMS 14C测年,来重建该地区末次冰消期高分辨率植被演替过程和降水不稳定性特征.结果表明,布日敦湖岩芯386~210 cm沉积物年代跨度为14918~10693 a B. P..湖泊周围植被在14918~14167 a B. P.为以蒿属、禾本科等草本植物为主的草原景观;而在14167~12695 a B. P.,以桦属为代表的先锋树种出现在湖泊西部山地丘陵区,并逐渐发展成为以桦属为建群种的温带落叶阔叶林;12695~11505 a B. P.,桦属和其他阔叶乔木明显减少,湖泊西部地区植被迅速退化为开阔的疏林草原景观;11505~10693 a B. P.,植被逐渐恢复为与现今类似的森林草原交错生长群落.乔木/非乔木花粉含量比值( AP/NAP)和主要陆生植物花粉百分比主成分分析(PCA)结果说明,研究区植被演替主要受降水控制.将该结果与沉积相、沉积速率变化相结合,证明14512 a B. P.布日敦湖流域内降水突然增加,在14512~12695 a B. P.期间气候最为湿润,并伴随3次百年尺度降水波动事件.而12695 a B. P.时降水迅速减少,在12695~11505 a B. P.发生千年尺度干旱事件.布日敦湖地区降水变化总体趋势与北方季风边缘带其他高分辨率湖泊记录相似,但内部结构存在一定差异.在年代误差范围内,降水突变与北高纬博令-阿勒罗德(BA)间冰阶和新仙女木(YD)冰阶温度异常事件发生时间相一致.北半球夏季太阳辐射岁差周期变化、北大西洋经向反转环流(AMOC)循环速率、西风急流强度和位置等均可能导致西太平洋副热带高压位置异常偏移,进而影响东亚夏季风北部边缘带降水变化.     

中高纬度气压系统异常对东亚夏季风年代际变化的影响

中高纬度气压系统的异常对东亚夏季风年代际变化具有重要的影响。中蒙地区平均海平面气压和500hPa位势高度距平异常与东亚夏季风年代际变化的负相关系数分别达-0．67和-0．69,远远超过了99．9％信度。在中高纬度地区气压系统异常表现为距平低压的1960-1976年期间,东亚季风区盛行较强的偏南风,增强了东亚夏季风,造成华北地区多雨;而在中高纬度地区气压系统异常为距平高压时的1977-2000年,其东部的偏北风阻止了南来水汽的往北输送,减弱了东亚夏季风强度,使华北地区降水明显减少,江淮流域降水增多。100hPa位势高度的距平场呈偶极子型分布,表现为东高西低时东亚夏季风偏强,西高东低时东亚夏季风偏弱,这一现象在东亚夏季风年代际变化中的影响有待进一步深入研究。     

太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后东亚夏季风关系的影响及其过程

利用长时间再分析资料和台站观测资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期对东亚冬季风与随后夏季风关系的影响和过程。结果表明,弱(强)的东亚冬季风后的次年春、夏季在西北太平洋上空往往出现反气旋(气旋)式环流异常。通过将东亚冬季风指数分解为与ENSO有关的部分以及与ENSO无关的部分,进一步证实东亚冬、夏季风之间的联系主要来自于与ENSO有关的东亚冬季风异常。在此基础上着重分析了太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响和过程。研究表明,太阳活动显著影响了东亚冬季风与ENSO的关系,在太阳活动偏低年ENSO与东亚冬季风的关系更为密切。并且,对应与ENSO有关的东亚冬季风异常,当太阳活动偏低(LS)时西北太平洋附近的异常反气旋明显增强,范围扩大,其西北侧的西南气流强度偏强并向北延伸,从而使春季多雨地区绵延到内蒙古乃至西北地区;而夏季降水主要集中在长江流域中游,表明是一个强的夏季风年。然而,在太阳活动偏高(HS)年的次年春、夏季,不论是环流异常还是降水场的异常都明显偏弱。这说明东亚冬季风与随后夏季风的关系在LS年要比HS年更紧密。对海温异常的分析则进一步表明,LS(HS)年从冬季至夏季与ENSO有关的东亚冬季风异常相联系的印度洋及热带西太平洋海温正相关范围明显偏大(小);而赤道东太平洋的显著正海温异常衰减迅速(缓慢)。上述海温异常的差异是西北太平洋反气旋能否从冬季持续到夏季的重要原因,并可以很好地解释太阳活动对东亚冬、夏季风关系的影响。     

热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响

利用多成员集合试验结果,比较分析了热带印度洋和太平洋增暖各自对东亚夏季风趋势变化的影响。试验所用模式是GFDLAM2大气环流模式,增暖是通过在气候平均海洋表面温度（SST）基础上,叠加随时间线性增加的、相当于实际50a左右达到的SST异常来实现的。结果表明：热带印度洋和太平洋共同增暖有使东亚夏季风减弱的趋势。相比较而言,单独印度洋增暖有使东亚夏季风增强、华北降水增多的趋势,而单独太平洋增暖有使东亚夏季风减弱的趋势,即印度洋增暖与太平洋增暖对东亚夏季风存在相反的、竞争性影响。进一步分析指出,热带太平洋特别是热带中东太平洋的增温可能对20世纪70年代末期开始的夏季风年代际减弱有更重要的贡献;在未来热带印度洋和太平洋持续增暖、但增暖强度纬向差异减小的新情况下,东亚夏季风减弱的趋势可能还将持续。