1998年夏季我国东部降水与大气环流异常及其低频特征

东亚夏季风环流的异常对该地区降水异常有重要影响, 而低频降水又是季风活动的一个主要特征。研究揭示了1998年降水异常及其低频变化等观测事实，分析讨论了大尺度环流的4个异常特征。结果表明:1998年汛期长江流域出现二度梅，10~20 d低频振荡具有普遍性，而30~50 d的地域性较为明显；西太平洋副热带高压位置的异常、欧亚大陆中高纬度持续阻塞高压、高空西风带急流轴线活动异常及二次季风涌的出现及其相互配合是长江流域降水异常的主要影响系统。     

东亚夏季环流多齿轮耦合特征及其对中国夏季降水异常的影响分析

东亚夏季风成员的相互作用,构成了东亚夏季风高、低层环流的“多齿轮耦合”形态。本文利用多变量主成分分析（MV-EOF）等方法诊断分析了东亚夏季风多齿轮耦合的变化特征、耦合机制、时间稳定性、空间稳定特征及其对中国夏季降水的影响机制,并在此基础上构建了典型多齿轮耦合形态影响夏季降水的概念模型。结果表明,多齿轮耦合受到垂直温、压场的强迫和青藏高原大地形的影响,主要表现在年际变化上（周期为2～6年）。其前两个模态稳定地反映了东亚夏季风成员典型联动作用。在第一模态中,北方气旋、南亚高压和西太平洋副热带高压为主要耦合系统。其中北方气旋为正压结构,在高层通过南侧偏西气流与南亚高压耦合,南亚高压则通过中纬东部地区下沉辐散气流与西太平洋副热带高压联动。当该耦合模态增强时,有利于中国夏季降水呈自北向南“＋－＋－”分布。第二模态主要反映中高纬气旋、东亚副热带西风气流、南亚高压、西北太平洋反气旋系统和西太平洋副热带高压耦合特征。其中,中高纬气旋和西北太平洋反气旋为正压系统,两者通过其间的东南气流联动。气旋系统在高层通过南侧西风与东亚副热带西风急流和南亚高压联动。反气旋在中低层通过南侧的偏东气流影响副热带高压强度和面积。当该耦合模态增强时,中国黄河以北及河套地区降水偏多,黄河以南降水偏少。     

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.     

东亚副热带夏季风指数及其与降水的关系

文中利用1961~1999年NCEP/NCAR的月平均再分析资料和中国160站月降水资料,考虑蒙古中纬度地区和西太平洋副热带地区的大气环流特征定义了一个简单的东亚副热带夏季风指数,研究了该指数与夏季大气环流和中国降水变率的关系,并与其他季风指数进行了比较。结果表明:文中所定义的季风指数表现出明显的长期气候变化趋势,20世纪60~70年代以高指数为主,而80~90年代以低指数为主。该指数不仅能够较好地反映以蒙古为中心的东亚大陆热低压和西太平洋副热带高压的变化特征,还能够指示东亚副热带夏季风的强弱以及中国长江流域降水的异常变化。与西太平洋副热带高压相比,蒙古低气压变化对长江流域的雨带变动有更大影响。当该季风指数较低时,蒙古低压和西太平洋副热带高压偏弱,中国大陆对流层低层盛行异常北风,高层主要盛行异常西南风。而低层的异常北风表示了东亚中纬度地区较强的冷空气活动,这可以使长江流域梅雨锋区的辐合和上升运动加强,造成长江流域降水增加。     

夏季西太平洋副热带高压异常时的东亚大气环流特征

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料,探讨夏季西太平洋副热带高压异常时东亚热带季风、梅雨锋及中高纬环流的变化特征.研究表明:夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏南或脊点异常偏西时,东亚夏季风环流偏弱,850 hPa矢量风距平场上东亚热带地区出现反气旋性环流,副热带地区呈气旋性环流,500 hPa垂直速度距平场上东亚热带地区上升运动减弱,梅雨锋区上升运动加强,500 hPa高度上东亚高纬鄂霍次克海区域出现阻塞高压,高纬冷空气直达中纬度,梅雨锋扰动加强,造成江淮流域汛期降水偏多.夏季西太平洋副热带高压脊线异常偏北或脊点异常偏东时,东亚夏季风环流偏强,东亚大气环流系统的活动出现了与上述情况相反的异常型,江淮流域汛期降水偏少.     

夏季北太平洋副热带高压系统的活动

文中根据 NCEP/NCAR再分析资料 ,分析了北太平洋副热带高压系统的变化。 5～ 9月由于亚洲夏季风的建立及活动 ,北半球副热带高压系统在 6 0～ 1 2 0°E出现断裂 ,夏季西太平洋副热带高压脊点平均伸展到 1 2 0°E,其年际变化反映了亚洲夏季风的强弱。强夏季风年 5 0 0h Pa西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以北 ,并分裂成两个中心 ,印度低压强 ;弱夏季风年西太平洋副热带高压脊线位于 3 0°N以南 ,表现为北太平洋高压中心向西伸展的高压脊 ,印度低压弱。夏季西太平洋副热带高压的季内活动有两种模态 :第 1种表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期从北太平洋中部的副热带高压中心一次次地向西扩张到 1 2 0°E以西 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏弱年 ;第 2种模态表现为副热带高压系统以 2 0～ 3 0 d的周期一次次地由东向西扩充时 ,在 1 2 5～ 1 5 5°E停滞 ,这类过程大多出现在亚洲夏季风强度偏强年。江淮流域梅雨的中断和结束与北太平洋副热带高压系统 2 0～ 3 0 d季内振荡有关。西太平洋副热带高压 5～ 1 0 d的短期活动受 3 5～ 45°N西风带活动的影响 ,当西风槽在中国沿海和西太平洋地区向南伸展到 3 0°N以南后 ,西太平洋副热带高压有一次加强活动     

对称不稳定与初始扰动尺度关系的数值研究

采用两个不同的东亚夏季风指数分析了1951～1999年间东亚夏季风强度的年代际变化特征。结果一致表明，20世纪70年代中期左右，东亚夏季风经历了由强到弱的年代际变化。而且西太平洋副热带高压作为东亚季风系统的重要成员，其强度和位置也在1970年代中期左右发生了明显的年代际变化。这种大气环流背景的年代际变化造成了1970年代中期以后我国的华北地区干旱少雨；长江中下游地区洪涝多雨。     

基于模糊系统的西太平洋副热带高压异常年份的影响因子检测分析和动力预报模型反演

基于自适应网络模糊推理系统(ANFIS),讨论了滤除主信号之上影响因子噪声音的方法和途径,针对2010年的副热带高压异常的天气事实,首先用时滞相关法从观测资料中分析出2010年夏季风系统主要成员中对副热带高压异常影响最显著的3个因子:马斯克林高压、索马里低空急流和印度季风潜热通量,并用ANFIS诊断检测了这3个因子对副热带高压异常的影响和贡献。由于ANFIS系统具有非线性、容错性和自适应学习等特性,因此适宜于研究和模拟副热带高压等动力学不易准确描述的问题。在此诊断分析基础上,采用遗传算法和动力重构理论相结合的技术路径,从2010年实际的观测资料序列中客观准确地反演重构出非线性的副热带高压及其影响因子的动力模型,并对其进行了动力延伸预报试验。多次试验结果表明,预报的副热带高压面积指数、马斯克林冷高压强度指数、索马里低空急流和印度潜热通量指数在25天以内的中短期预报效果较好,误差不超过10%,并且预报出了指数的变化趋势。为西太平洋副热带高压与东亚夏季风系统的关联性和西太平洋副热带高压指数预测研究提供了一种新的思路和方法。     

水成物分析及在数值模式中的应用综述

利用NCEP/NCAR逐候再分析资料,定义并计算了反映亚洲夏季风系统中各成员变化活动的指标参数,在此基础上用时滞相关分析方法,对亚洲夏季风系统诸成员与西太平洋副高面积指数的相关性进行了诊断分析,给出了夏季风系统成员之间相互影响、相互制约的基本作用过程。分析结果表明,亚洲夏季风系统成员与西太平洋副高指数之间存在着不同程度的显著时滞相关,各系统成员与西太平洋副高相互作用、互为反馈,构成了亚洲夏季风系统有机的活动整体。     

基于交叉小波分析方法的西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性研究

西太平洋副热带高压的年际变率受热带多个关键海区的海-气相互作用过程调控, 但彼此间的因果关联和影响机制尚不清楚。为揭示西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常之间的内在关联特性, 定义了三个关键海区以及赤道纬向西风区的特征指数, 并分别与西太平洋副热带高压强度、脊线指数进行了交叉小波和相干小波分析。研究发现:西太平洋副热带高压指数存在显著的2~3年和准5年的周期振荡, 20世纪八九十年代后, 由于暖池区海温及赤道纬向西风区的Hadley环流强迫加强, 致使副热带高压特征指数的2~3年周期振荡加强; 从位相关系看, 先是西太平洋副热带高压减弱南撤导致纬向西风加强, 其后影响赤道东太平洋海温升高, 同时暖水向东传, 使赤道中太平洋以及暖池区海温逐渐升高, 在Hadley环流作用下使副高加强北抬。基于上述西太平洋副热带高压的年际变率与热带海温及大气环流异常变化相关性诊断研究, 进一步探讨了造成这种相关性的影响机理和因果关联, 为揭示西太平洋副热带高压年际变率与热带海温及大气环流异常的相关性做探索研究。      

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

Retrieval the statistical–dynamical model of western Pacific subtropical high ridge line index and key members of Asian summer monsoon system

The western Pacific subtropical high (WPSH) is closely correlated with the East Asian climate. To date, the underlying mechanisms and sustaining factors have not been positively elucidated. Based on the concept of dynamical system model reconstruction, this paper presents a nonlinear statistical–dynamical model of the subtropical high ridge line (SHRL) in concurrence with four summer monsoon factors. SHRL variations from 1990 to 2011 are subdivided into three categories, while parameter differences relating to three differing models are examined. Dynamical characteristics of SHRL are analyzed and an aberrance mechanism subsequently developed. Modeling suggests that different parameters may lead to significant variance pertaining to monsoon variables corresponding with numerous WPSH activities. Dynamical system bifurcation and mutation indicates that the South China Sea monsoon trough is a significant factor with respect to the occurrence and maintenance of the ‘double-ridge’ phenomenon. Moreover, the occurrence of the Mascarene cold high is predicted to cause an abnormal northward location of WPSH, resulting in the “empty plum” phenomenon.     

晚春初夏西太平洋副热带高压南撤过程的气候学特征

利用1979—2006年多年平均逐日NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的OLR和逐候CAMP降水资料,从气候学角度探讨了晚春初夏季节转换时期,西太平洋副热带高压(副高)脊线位置变化及其与亚洲夏季风爆发的关系。发现晚春初夏时期西太平洋副高在向北移动过程中存在一次显著的南撤过程,之后西太平洋副高发生第一次北跳,南撤主要发生在对流层高层和低层,南撤生命期可达2周,且高层的南撤过程结束时间比低层的南撤过程开始时间早约1旬,这为预测低层副高南撤及其第一次北跳提供了有意义的前期信号。低层西太平洋副高南撤的同时伴随着一次显著东退过程。在低层副高南撤结束后(约5月底),由于气温经向梯度的变化使副高脊轴倾斜发生反转。晚春初夏的西太平洋副高南撤过程与亚州夏季风爆发、强对流活动和降雨带的移动变化关系密切。在对流层高层西太平洋副高南撤过程的中后期(约4月底),夏季风在安达曼海和临近孟加拉湾爆发。在对流层低层西太平洋副高南撤过程开始后,南海夏季风开始爆发(5月14—15日);南撤过程结束后(6月初),印度夏季风爆发;在副高脊线返回日后(6月中),东亚夏季风爆发。西太平洋副高南撤过程不同阶段的建立时间为预知亚洲不同地区夏季风的爆发时间提供了非常有用的信息。此外,在西太平洋副高主体南北两侧存在两支强的雨带,与副高主体控制的少雨带构成一个典型的"湿干湿"三明治雨型,这个雨型的变化与西太平洋副高脊线移动有关。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

春季赤道东太平洋海温异常与东亚夏季风的关系

定义了新的东亚季风指数,分析表明该季风指数能够更好地反映西太平洋副高的季节变化和年际变化。以此为基础讨论了春季赤道东太平洋海温异常、夏季西太平洋副高及东亚夏季风三者之是的关系,指出春季赤道东太平洋海温偏暖年,夏季西太平洋副高偏南、偏强、偏西,东亚夏季风偏弱,长江流域夏季多雨,华南、河套及其以东地区少雨;春季赤道东太平洋海温偏冷年则反之。     

Sensitivity of the Asian summer monsoon to the horizontal resolution: differences between AMIP-type and coupled model experiments

A set of experiments forced with observed SST has been performed with the Echam4 atmospheric GCM at three different horizontal resolutions (T30, T42 and T106). These experiments have been used to study the sensitivity of the simulated Asian summer monsoon (ASM) to the horizontal resolution. The ASM is reasonably well simulated by the Echam4 model at all resolutions. In particular, the low-level westerly flow, that is the dominant manifestation of the Asian summer monsoon, is well captured by the model, and the precipitation is reasonably simulated in intensity and space appearance. The main improvements due to an higher resolution model are associated to regional aspects of the precipitation, for example the Western Ghats precipitation is better reproduced. The interannual variability of precipitation and wind fields in the Asian monsoon region appears to be less affected by an increase in the horizontal resolution than the mean climatology is. A possible reason is that the former is mainly SST-forced. Besides, the availability of experiments at different horizontal resolution realized with the Echam4 model coupled to a global oceanic model allows the possibility to compare these simulations with the experiments previously described. This analysis showed that the coupled model is able to reproduce a realistic monsoon, as the basic dynamics of the phenomenon is captured. The increase of the horizontal resolution of the atmospheric component influences the simulated monsoon with the same characteristics of the forced experiments. Some basic features of the Asian summer monsoon, as the interannual variability and the connection with ENSO, are further investigated.     

2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

本文对2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾,发现2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布,主雨带位于黄河流域及其以北,降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾,黄淮与江淮地区降水偏少,江汉至淮河上游一带干旱严重;预测的主雨带位于华北南部至淮河,较实况偏南。对我国北方降水异常偏多的成因分析表明:2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压（简称阻高）强盛,同时东北冷涡活动频繁,中高纬500 hPa高度场从西至东呈“+-+”的分布,这种环流形势没有造成长江洪涝是因为东亚夏季风异常偏强,同时西太平洋副热带高压（副高）偏北,冷暖空气对峙于我国北方地区,导致北方降水异常偏多。分析还表明阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统的不同配置影响着冷暖气流的对峙位置,进而形成我国夏季的主雨带。最后通过定量和定性判断相结合的方法,选取了2012年夏季降水的最佳相似年和最佳相反年,对比分析了2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异:1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年,虽然海温及东亚夏季风系统关键成员异常不明显,但是和2012年也呈近似相反的特征;而1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年,海温及东亚夏季风环流系统关键成员和2012年呈显著的反向特征,这些观测事实反映了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。     

A Study of the Teleconnections in the Asian-Pacific Monsoon Region

The interactions among the Asian-Pacific monsoon subsystems have significant impacts on the climatic regimes in the monsoon region and even the whole world. Based on the domestic and foreign related research, an analysis is made of four different teleconnection modes found in the Asian-Pacific monsoon region, which reveal clearly the interactions among the Indian summer monsoon （ISM）, the East Asian summer monsoon （EASM）, and the western North Pacific summer monsoon （WNPSM）. The results show that： （1） In the period of the Asian monsoon onset, the date of ISM onset is two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Basin, and a teleconnection mode is set up from the southwestern India via the Bay of Bengal （BOB） to the Yangtze River Basin and southern Japan, i.e., the ＂southern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. （2） In the Asian monsoon culmination period, the precipitation of the Yangtze River Basin is influenced significantly by the WNPSM through their teleconnection relationship, and is negatively related to the WNPSM rainfall, that is, when the WNPSM is weaker than normal, the precipitation of the Yangtze River Basin is more than normal. （3） In contrast to the rainfall over the Yangtze River Basin, the precipitation of northern China （from the 4th pentad of July to the 3rd pentad of August） is positively related to the WNPSM. When the WNPSM is stronger than normal, the position of the western Pacific subtropical high （WPSH） becomes farther northeast than normal, the anomalous northeastward water vapor transport along the southwestern flank of WPSH is converged over northern China, providing adequate moisture for more rainfalls than normal there. （4） The summer rainfall in northern China has also a positive correlation with the ISM. During the peak period of ISM, a teleconnection pattern is formed from Northwest India via the Tibetan Plateau to northern China, i.e., the ＂northern＂ teleconnection of the Asian summer monsoon. The