论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化

本文是以新的资料和研究结果对东亚夏季风的基本特征、驱动力和年代际变化所作的重新分析与评估。内容包括四个部分:（1）东亚夏季风的基本特征;（2）东亚夏季风的驱动力;（3）东亚夏季风的年代际变率与原因;（4）东亚夏季风与全球季风的关系。结果表明:东亚夏季风是亚洲夏季风的一个重要有机部分,主要由来源于热带的季风气流组成,并随季节由南向北呈阶段性推进,它是形成夏季东亚天气与气候的主要环流和降水系统。驱动夏季风的主要强迫有三部分:外部强迫、耦合强迫与内部变率,其中人类活动引起的外强迫（气候变暖、城市化、气溶胶增加等）是新出现的外强迫,它正不断改变着东亚夏季风的特征与演变趋势。海洋与陆面耦合强迫作为自然因子是引起东亚夏季风年际和年代际变化的主要原因,其中太平洋年代尺度振荡（PDO）与北大西洋多年代尺度振荡（AMO）的协同作用是造成东亚夏季风30~40年周期振荡的主要原因。1960年代以后,东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化,相应的中国东部夏季降水型出现了“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增”的转变。最近的研究表明,上述东亚夏季风年代际变化与整个亚非夏季风系统的变化趋势是一致的。在本世纪主要受气候变暖的影响,夏季风雨带将持续北移,中国北方和西部地区出现持续性多雨的格局。最后本文指出,亚非夏季风系统相比于其他区域季风系统更适合全球季风的概念。     

基于格点降水场的中国东部冬季降水变化特征

采用1958-2007年国家级2419地面台站0.5°×0.5°格点降水场和NCEP/NCAR月平均再分析资料,对中国东部冬季降水量变化及对应的大气环流变化特征进行研究。结果表明：冬季近50 a降水量时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。20世纪90年代降水较多,大气水汽充足, 60、70年代相反,这种特征反映出水汽在东亚地区输送的强弱及从海洋输入中国大陆水汽的多寡。降水量强弱年差值合成的异常降水量可达40 mm以上。降水量与水汽收支时间序列的相关系数为0.605。水汽收支与降水场的回归系数揭示了长江流域以南地区为异常大值区。降水量强年,冬季风偏弱,对流层低层和高层为异常气旋式环流,低层盛行异常偏南风,孟加拉湾、南海异常暖湿水汽输送到中国东部地区,中国东部近海海温偏高,配合加强的异常垂直上升运动,有利于水汽的增加,造成降水量增加。     

1961—2008年阿勒泰地区异常初终霜日变化特征

以小于等于0 ℃最低气温作为霜冻指标,利用1961—2008年阿勒泰地区7个测站的逐日最低气温资料,采用现代气候诊断分析方法,分析了该地区初、终霜日和无霜期的气候变化特征。结果表明：近48 a来阿勒泰大部分地区呈初霜迟、终霜结束的早、无霜期延长的趋势,使作物生长季延长,其中哈巴河表现最为显著;极早初霜日发生频数为2—6次,以富蕴最多,极晚终霜日发生频数为1—4次。各站最迟、最早初霜日的差值和最早、最迟终霜日的差值均在30 d以上;哈巴河霜日发生了气候突变。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

Inter-decadal variability in zooplankton and phytoplankton abundance on the Newfoundland and Scotian shelves

Continuous Plankton Recorder (CPR) sampling on the Newfoundland and Scotian shelves covers three multi-year periods characterised by negative (1962–1971), positive (1992–2000) and negative/neutral (2001–2003) values of the NAO index. Water temperatures respond differently to changes in the NAO in different regions: a positive NAO index tends to lead to reduced temperatures on the Newfoundland shelf and to increased temperatures on the central/western Scotian shelf, and a negative NAO index to the reverse. Since the 1960s, the hydrographic changes due to the NAO have been superimposed on a freshening of the water column throughout the region, which is attributed to increased contribution of Arctic water outflow. Changes in plankton abundance measured by the CPR for the three time periods were generally, but not always, similar on the Newfoundland and eastern and western regions of the Scotian shelf, although Arctic species (e.g. Calanus glacialis, Calanus hyperboreus) were notably more abundant and warm water species (e.g. Metridia lucens, euphausiids) less abundant on the Newfoundland shelf than on the Scotian shelf. Three categories of phytoplankton (colour, diatoms, dinoflagellates) increased in abundance in the 1990s, and these increases generally persisted into 2001–2003. This is believed to be a response to the persistent freshening of the water column, probably due to increased stratification. The Arctic species C. glacialis and C. hyperboreus also showed persistent increases in abundance after 1992, perhaps due to increased transport from the Arctic, although the abundance of the Arctic slope water species Metridia longa decreased. Two groups, Calanus 1–4 and euphausiids, both thought to play important roles in the food chain, showed persistent decreases in abundance after 1992, especially on the Newfoundland shelf. In all regions, Calanus finmarchicus 5–6, Oithona spp. and Centropages hamatus abundance changed in association with variations in the NAO, although no common mechanism could be identified. C. finmarchicus 5–6 abundance decreased in the 1990s and increased after 2001, while the other two species showed the opposite pattern. Centropages typicus and M. lucens abundance on the Scotian shelf increased with rising temperature. This is attributed to increased production rates for the former and an increased influx of warm, M. lucens-rich, slope water on to the shelf for the latter. A comparison between ring net and CPR sampling on the Newfoundland shelf suggests that the Calanus 1–4 category is dominated by C. finmarchicus and that late stage C. glacialis and C. hyperboreus are grossly under-sampled compared to late stage C. finmarchicus.     

中国南方夏季低频雨型特征及其年代际变化研究

为了揭示南方低频降水的季节内及年代际变化规律,利用1961—2011年夏季中国南方逐日降水资料和大气环流再分析资料,运用经验正交函数分解(EOF)与聚类分析相结合方法,将南方地区10 d以上的低频尺度降水划分为5个异常雨型.分析表明,各雨型具有较好的持续性,与同期的环流场有很好的对应关系,彼此间水汽异常输送特征有明显差别.通过对雨型的统计特征进行分析,指出不同于以往的季节平均雨型,低频雨型可在季节内交替出现,反映了大尺度异常降水的低频演变特征.进一步研究发现,近50年来各低频雨型的多项统计特征存在显著的年代际变化:20世纪80—90年代各多雨型均相继出现峰值,进入21世纪偏旱型的各项统计特征存在明显上升趋势,而大部分低频多雨型出现次数减少,这可能预示着中国南方地区正在进入一个季节内尺度降水减少的阶段.     

西南地区可降水量分布及其与纵向岭谷区降水的关系

利用1948-2002年NCEP/NCAR资料对西南纵向岭谷及其周边区域可降水量做EOF分解,结果表明:无论在于季还是雨季,可降水量的前两个主分量在25°N以北的纵向岭谷地区呈纬向分布特征,其时间序列均有显著的年代际变化.而纵向岭谷地区的实际降水年代际的变化并不显著,其年际变化更为清晰.降水及可降水量多雨年和少雨年的合成分析结果表明:在于季,多雨年和少雨年的可降水量与降水量均存在显著差异,并且在可降水量差值变化梯度越大的区域,降水差异越明显.在雨季,多雨年和少雨年的可降水量差别不大,但降水存在显著的差异.可见,在于季可降水量与实际降水的关系更为直接,较雨季也更为密切.     

近50a长江中下游不同量级暴雨的年代际变化特征

利用1966—2015年中国地面气候资料数据集降水数据,对长江中下游地区春、夏、秋三季不同量级暴雨的年代际变化特征进行了研究。结果表明,暴雨在各季节变化特征明显不同,不同量级间也存在明显差异。暴雨在春秋季变化平稳,但在夏季呈现1990s频发,2000年之后少发的特征,并存在准20 a周期变化。大暴雨则在近30 a来呈现频发的特征,其中春季大暴雨在2010年之后显著增加,秋季大暴雨则在2000年之后明显增加。特大暴雨发生概率很小,但夏季特大暴雨在1990s之后一直呈现频发的趋势,并表现为准32 a的周期变化特征,秋季特大暴雨在2000年之后明显频发。大暴雨、特大暴雨在各季节均表现为近十几年来显著增加的趋势。暴雨和大暴雨均存在明显年代际跃变,这种跃变在暴雨、大暴雨频发的区域增幅更为显著。     

中国气候预测研究与业务发展的回顾

天气预报是指一周内至两周时间尺度的气象预报,而月季及以上时间尺度的预报则属于气候预测范畴。中国的气候预测起步很早,无论在研究工作中还是在业务应用上都取得了显著成就。文中扼要回顾了这些研究和业务发展成就,重点包括:对于季风和梅雨、寒潮的早期认知和后期研究发现、早期气候预测业务发展概况、动力气候预测的早期探索、动力-统计气候预测方法的研制和应用、气候预测模式的发展以及初始化和多模式集合预测、东亚气候系统变异的全方位探索、气候预测范畴的不断拓展和气候预测研究的不断创新。也对未来气候预测研究和业务发展提出了几个重大挑战性课题,涉及不同时间尺度气候变异过程之间的相互作用、季节内至年代际气候预测、气候系统模式及初始化、动力-统计相结合的气候预测方法等方面。      

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。