中国东部—西太平洋副热带季风和降水的气候特征及成因分析

利用1981—2000年候平均NCEP/NCAR再分析资料和CMAP全球降水资料,分析了从中国东部大陆到西太平洋副热带地区季风和降水季节变化的特征及其与热带季风降水的关系,探讨了季风建立和加强的原因。夏季东亚—西太平洋盛行的西南风开始于江南和西太平洋副热带的春初,并向北扩展到中纬度,热带西南风范围向北扩展的迹象不明显。从冬到夏,中国西部和西太平洋副热带的表面加热季节变化可以使副热带对流层向西的温度梯度反转比热带早,使西南季风在副热带最早开始;从大气环流看,青藏高原东侧低压槽的加强和向东延伸,以及西太平洋副热带高压的加强和向西移动,都影响着副热带西南季风的开始和发展;初夏江南的南风向北扩展与副热带高压向北移动有关,随着高原东侧低压槽向南延伸,槽前的偏南风范围向南扩展。随着副热带季风建立和向北扩展,其最大风速中心前方的低层空气质量辐合和水汽辐合以及上升运动也加强和向北移动,导致降水加强和雨带向北移动。热带季风雨季开始晚,主要维持在热带而没有明显进入副热带,江淮梅雨不是由热带季风雨带直接向北移动而致,而是由春季江南雨带北移而致。在热带季风爆发前,副热带季风区水汽输送主要来自中南半岛北部和中国华南沿海,而在热带季风爆发后,水汽输送来自孟加拉湾和热带西太平洋。     

COMPARISONS OF THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH AND THE SOUTH ASIA HIGH BETWEEN NCEP/NCAR AND ECMWF REANALYSIS DATASETS

Comparisons of the west Pacific subtropical high with the South Asia High are made using the NCEP/NCAR and ECMWF 500 hPa and 100 hPa monthly boreal geopotential height fields for the period 1961 - 2000. Discrepancies are found for the time prior to 1980. The west Pacific subtropical high in the NCEP/NCAR data is less intense than in ECMWF data before 1980. The range and strength of the west Pacific subtropical high variation described by the NCEP/NCAR data are larger than those depicted by ECMWF data. The same situation appears in the 100-hPa geopotential field. These discoveries suggest that the interdecadal variation of the two systems as shown by the NCEP/NCAR data may not be true. Besides, the South Asia High center in the NCEP/NCAR data is obviously stronger than in the ECMWF data during the periods 1969, 1979 - 1991 and 1992 - 1995. Furthermore, the range is larger from 1992 to 1995.     

气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线特征及其与季风槽准10天振荡的关系

副热带高压双脊线过程几乎历年均存在,其“季节锁相”与地域性使得在气候平均场上西太平洋副热带地区也存在明显的双脊线过程。作者利用43年NCEP/NCAR再分析资料对5～10月气候平均场中的西太平洋副热带高压双脊线过程进行了分析。气候平均场上5～10月西太平洋副热带高压共出现6次双脊线过程,集中发生在7月下旬至9月下旬,表明每年这个时段最易发生双脊线事件。每次双脊线过程均表现为副高南侧新生一脊线,发展几天后就减弱消失,北侧脊线（原脊线）继续维持。初步的诊断分析表明,6次双脊线过程中南侧脊线的生成与季风槽8～10天周期的“间歇性增强东伸”密切相关,这一准10天振荡在7月下旬至9月下旬的突然增强造就了双脊线的“季节锁相”。进一步分析发现,季风槽8～10天的“间歇性增强东伸”与两支分别来自西太平洋的西传准10天振荡和来自赤道的北传准10天振荡有关,这两支振荡同位相,其有利于位相同时传入南海季风区（10°N～15°N,110°E～120°E）,共同作用,引起季风槽的“间歇性增强东伸”。     

气候平均场上西太平洋副热带高压双脊线过程可能成因的动力诊断分析

利用NCEP-DOE再分析数据集II,诊断分析了气候平均场上6次西太平洋副热带高压双脊线过程,借助一个两层半大气模式,从动力学上初步揭示了西太平洋热带大气准10天振荡（Quasi Ten-day Oscillation,简称QTO）向西北方向传播与季风槽东伸西撤之间的相互作用过程,探讨了气候平均场上西太副高双脊线可能的形成机制。分析表明季风槽准10天东西振荡是气候平均场上西太副高双脊线形成的主要原因,而季风槽东伸西撤与QTO传播密切相关。进一步分析发现,QTO向西北方向传播,东风切变作用于斜压辐散的经向梯度,在对流中心北侧生成正扰动涡度。QTO在季风槽东侧激发的气旋性扰动涡度,诱导季风槽东伸,侵入副高,造成副高外围变形,形成双脊线。因此,形成西太副高双脊线的主要原因之一可能是西太平洋热带大气QTO。尽管季风槽东伸直接引起副高双脊线发生,但是它只不过是受QTO影响的一种表现。本文仅为诊断结果,其结果还有待于模式敏感性试验的验证。     

1979~2013年西北太平洋地区海平面气压场季节转换时间的变化分析

采用1979~2013年NCEP/NCAR再分析资料,借助线性趋势、距平、累积距平、Mann-Kendall突变检验及Morlet小波等方法分析了西北太平洋地区海平面气压场季节转换时间的长期趋势和多尺度周期变化特征。结果表明:海平面气压场一年中存在两次季节转变,20°N~50°N海平面气压场冬夏季节转变的时间在第20候左右,而夏冬季节转变发生在第51候。并且海平面气压场的季节转换时间存在纬度差异与经度差异。通过趋势分析,发现海平面气压场由冬季型转变到夏季型的时间存在显著的趋势变化,并且在近35年内是趋于提前,其气候倾向率为-0.33候/10 a;夏季型转换为冬季型的时间趋于延后,气候倾向率为0.25候/10 a。季节转换时间的Mann-Kendall突变检测结果表明,海平面气压场由冬向夏的转换时间在1997~1998年间发生了突变;夏季型转换为冬季型的时间尚未发现显著突变。最后通过对季节转换时间的小波分析与小波功率谱的显著性检验得出,冬夏季节转换的时间具有显著的15 a周期变化;夏冬季节转换时间8 a周期振荡最为剧烈。     

西北太平洋夏季风对中国长江流域夏季降水的影响

利用1979～2005年NCEP/NCAR的环流场再分析资料和降水资料, 通过对季风期降水、 大气环流、 水汽输送及低频振荡等方面的分析, 分别从时间和空间上分析了西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水的联系。结果表明:(1) 西北太平洋夏季风与中国长江流域夏季降水存在显著的负相关关系, 在西北太平洋夏季风强盛时, 副热带高压异常偏北, 其西侧的偏南气流异常偏弱, 使得我国长江流域形成低层异常环流及水汽输送的辐散区, 从而造成长江流域夏季降水偏少; 而在西北太平洋夏季风减弱的年份, 西太平洋副高异常偏南偏西, 在长江流域以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送, 使得长江流域成为南、 北距平风的汇合区, 其上空对流活动异常活跃, 非常有利于长江流域的降水。 (2) 东亚局地Hadley垂直环流在强、 弱季风年也显著不同, 在强季风年里, Hadley局地环流异常偏弱, 长江流域上空出现的下沉运动距平, 使得该地区降水减弱, 而弱季风年则正好相反。 (3) 西北太平洋夏季风存在显著的气候平均的大气季节内振荡 (CISO), 在西北太平洋夏季风减弱时期, 长江流域降水同时受到源自热带西北太平洋西传CISO和源自热带印度洋东传CISO的共同影响, 可能造成了某种锁相关系, 从而造成降水偏多; 而在强季风年里长江流域只受由西太平洋西传的CISO的影响, 不容易激发降水。     

GAMIL CliPAS试验对夏季西太平洋副高的预测

利用GAMIL CliPAS “两步法” 季度预测试验, 检验了后报的1980～1999年北半球夏季西太平洋副热带高压 (简称副高) 的年际变化, 检查了Seoul National University (SNU) 动力统计预测系统对SST预测准确度, 并讨论了影响中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室格点大气模式 (GAMIL) 对副高预测效果的可能原因。500 hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性。集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征, 但最大方差的位置和强度与观测稍有区别。观测证据显示, 副高存在2～3年变率和3～5年变率, 且2～3年变率比3～5年变率强。GAMIL能够准确预测观测副高的3～5年变率, 尽管其强度要强于观测。这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋 (5.5°S～5.5°N, 190.5°E～240.5°E) 海温的年际变率有关。同时, GAMIL预测的副高2～3年变率较之观测显著偏弱, 这可能与SNU预测的海洋大陆地区 (5.5°S～0.5°N, 110.5°E～130.5°E) SST的2～3年变率偏弱有关。分析表明, SNU预测海温的这种弱点, 与SNU海温统计预测模式所用的历史海温 (OISST) 本身对海洋大陆地区2～3年变率的刻画能力较弱有关。     

NUMERICAL MODELING STUDY OF EFFECTS OF EASTERN PACIFIC WARM POOL ON ENSO

In this study, sensitivity experiments were conducted with the Zebiak-Cane ocean-atmosphere coupled model forced by the wind stress anomaly from the U.S. National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data to study the impacts of eastern Pacific warm pool on the formation and development of ENSO events. The effects of climatological mean sea surface temperature of the warm pool on forecast skill during the ENSO events of 1982–1999 are more considerable that those of climatological mean meridional winds and ocean currents. The forecast skill for the 1997/1998 El Ni?o event is characterized by sensitivity to climatological mean sea surface temperature and anomalies of northerly winds and currents. The forecast skill is found insensitive to climatological mean northerly meridional winds and currents.     

The ENSO’s Effect on Eastern China Rainfall in the Following Early Summer

ENSO’s effect on the rainfall in eastern China in the following early summer is investigated by using station precipitation data and the ERA-40 reanalysis data from 1958 to 2002. In June, after the El Nino peak, the precipitation is significantly enhanced in the Yangtze River valley while suppressed in the Huaihe River-Yellow River valleys. This relationship between ENSO and the rainfall in eastern China is established possibly through two teleconnections: One is related to the western North Pacific (WNP) ...     

Latitudinal and downcore (0–750 ka) changes in n-alkane chain lengths in the eastern equatorial Pacific

The n-alkane C₃₁/(C₂₉ + C₃₁) ratios from surface sediments in the eastern equatorial Pacific (EEP) exhibit higher values to the north and lower values to the south across the southern edge (2–4°N) of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Since plants tend to synthesize longer chain length n-alkanes in response to elevated temperature and/or aridity, the higher C₃₁/(C₂₉ + C₃₁) ratios at northern sites suggest a higher contribution of vegetation under hot and/or dry conditions. This is consistent with the observation that northern sites receive higher levels of plant waxes transported by northeasterly trade winds from northern South America, where hot and dry conditions prevail. Furthermore, from a sediment core covering the past 750 ka (core HY04; 4°N, 95°W) we found that C₃₁/(C₂₉ + C₃₁) ratios exhibit a long-term decrease from MIS (marine oxygen isotope stage) 17 to 13. During this period, the zonal SST (sea-surface temperature) gradient in the equatorial Pacific increased, suggesting an increase in Walker circulation. Such intensified Walker circulation may have enhanced moisture advection from the equatorial Atlantic warm pool to the adjacent northern South America, causing arid regions in northern South America to contract, which may explain long-term decrease in n-alkane chain lengths.