印度夏季风的减弱及其与对流层温度的关系

对43aNCEP/NCAR再分析资料和台站实际观测资料的分析,揭示了对流层温度变化和印度夏季风环流减弱之间的联系。印度夏季风的变化与东亚上空对流层温度具有密切的关系,主要表现为对流层平均温度与整个印度夏季降雨和季风环流强度之间存在显著的正相关。结果表明:印度夏季风环流在近几十年经历了两次减弱过程,第一次减弱约发生在20世纪60年代中期,第二次减弱则发生在20世纪70年代后期;通过改变海陆热力对比,对流层平均温度在印度夏季风减弱过程中可能起着重要作用,东亚地区与东印度洋至西太平洋热带地区之间的对流层温度差异导致了印度夏季风环流的减弱。     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

印度夏季风的年代际变化与我国北方的气候跃变

利用NCEP／NCAR再分析资料及台站实测资料分析了近几十年印度夏季风的年代际变化特征及我国北方所发生的气候变化，揭示了印度夏季风的减弱与我国北方地区的气候演变具有密切的联系。分析结果表明：在1960年代中期和1970年代后期印度夏季风环流经历了两次明显的减弱过程，这两次减弱过程的出现与我国北方地区所发生的气候跃变在时间上十分接近；印度夏季风的年代际变化与北方地区(包括华北、东北、蒙古东部及朝鲜半岛)对流层温度变化存在显著的正相关关系，北方地区对流层温度的不断下降改变了海陆之间的热力对比，从而引起印度夏季风的减弱。     

北极涛动年代际变化对华北地区干旱化的影响

华北地区夏季降水在20世纪70年代中期以后进入年代际偏少阶段,表现出明显的干旱化趋势。华北干旱加剧具有特殊的大气环流背景,主要表现为在20世纪70年代中期以后亚洲大陆东部的热低压减弱,同时对流层低层到高层东亚夏季风环流减弱。这种异常的大气环流背景主要是由海陆热力差异和北极涛动的年代际变化造成的。近二十几年来,北极涛动维持在高指数位相是导致东亚地区大气环流异常的重要原因,并由此造成了华北干旱的加剧。     

北大西洋多年代际振荡（AMO）对南海夏季风撤退年代际变率的影响及可能机理

基于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）物理科学实验室（PSL）和科罗拉多大学环境科学研究所（CIRES）重建的NOAA-CIRES 20th再分析数据和国际综合海洋大气数据集（ICOADS）的全球月海表温度数据（ERSST）,并结合数值试验分析了南海夏季风撤退的年代际变率特征及北大西洋多年代际振荡（AMO）对其产生的影响。结果表明,南海夏季风撤退时间具有明显的年代际变率,南海夏季风撤退偏晚（早）年代中国南海及其附近区域上空有显著的气旋性（反气旋性）环流异常,降水偏多（少）。进一步研究发现,AMO与南海夏季风撤退年代际变率呈显著正相关,即AMO为正位相时,南海夏季风撤退偏晚;AMO为负位相时,南海夏季风撤退偏早。北大西洋海温升高（即AMO位于正位相）,从海洋释放更多的热通量到大气,导致北大西洋上空对流层的对流活动明显增强,通过海-气相互作用激发北大西洋上空的波活动异常,进而影响与东北亚关键区域大气环流变化密切相关的中纬度欧亚遥相关波列的形成和传播,引起东北亚关键区的正位势高度异常和明显的下沉运动,并在其对流层低层产生辐散运动,能量伴随着偏北的辐散风气流传播至中国南海及邻近区域辐合上升,进一步加强了南海区域的气旋性环流异常,使得南海夏季风撤退偏晚。AMO负位相时,异常情况与之大致相反,使得南海夏季风撤退偏早。      

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

前期青藏高原积雪与ENSO对南海夏季风强度的协同影响

基于1980—2018年罗格斯大学全球积雪实验室积雪面积、英国气象局哈得来中心海温、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代再分析（ERA-5）土壤湿度、美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析、美国国家海洋大气管理局（NOAA）气候预测中心降水（CMAP）和全球降水气候计划降水（GPCP）等数据,采用相关、合成和回归等分析方法,分析了前期青藏高原积雪和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）年际尺度变化对南海夏季风强度及降水的协同影响。结果表明:在年际尺度上,青藏高原积雪、ENSO与南海夏季风变率有密切关系,当青藏高原春季积雪西部偏多且东部偏少时,夏季高原西部对流层温度偏低,在高原上空产生异常下沉气流并向外辐散,引起中国南海地区对流层中低层为异常下沉气流。另外,赤道中东太平洋海温异常偏高则会使夏季印度洋海温异常偏高,对流层温度偏高,在西北太平洋产生东北风异常,加强西北太平洋和中国南海上空的反气旋性环流异常。在青藏高原积雪和ENSO共同影响下,夏季850 hPa中国南海上空反气旋异常进一步加强,南海夏季风强度减弱,降水减少。      

东亚夏季风年代际变化——基于全球观测海表温度驱动NCAR Cam3的模拟分析

利用1950~1999年逐月全球观测海表温度驱动的NCAR Cam3全球大气环流模式50年模拟结果及1958~1999年ECMWF再分析资料,通过定义东亚夏季风指数,对比分析了东亚夏季风的年代际变化及其对应的大气环流特征,初步探讨了20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱的可能机制。结果表明:模拟的东亚夏季风具有很明显的年代际变化,并在20世纪70年代末发生了突变,由强夏季风转为弱夏季风,大气环流也相应发生了明显变化。在强夏季风时期,500 hPa距平高度场上,在亚太地区从低纬度到高纬度为负、正、负距平分布,呈现出一个西南—东北向的波列;850 hPa距平风场上,在孟加拉湾及南海附近为异常反气旋,在西北太平洋区域则为强大的异常气旋,日本北部有一异常反气旋存在。西北太平洋副热带高压加强、南压、西伸。在垂直经向环流上,东亚Hadley环流减弱,对流层低层出现异常南风,东亚夏季风加强。在弱夏季风时期,大气环流变化则基本相反。通过对模拟的东亚夏季风与观测海温关系的探讨,发现20世纪70年代末东亚夏季风年代际减弱可能与北印度洋和南海附近海温年代际增暖并导致孟加拉湾、南海及日本附近产生异常气旋有关。     

MSU/AMSU微波亮温用于海洋高空大气温度气候变化研究的适用性探讨

利用美国大气海洋局卫星应用和研究实验室 (The Center for Satellite Applications and Research,STAR) 提供的MSU/AMSU卫星微波亮温资料V3.0版本,结合三套再分析资料数据集,通过对海洋上空不同高度、不同区域及不同季节的适用性分析,来探讨MSU/AMSU资料在热带海洋区域高空大气的温度变化特征,并通过合成分析揭示亮温资料与海洋的响应关系,从而探讨MSU/AMSU资料在热带海洋区域上的适用性和科学性。结果表明:（1）MSU/AMSU亮温资料在30 °E~70 °W,15 °S~15 °N范围的热带海洋区域适用性较好;（2）热带海洋区域对流层上层和中层大气均呈增温趋势,变化速率分别为0.045 K/(10 a) 和0.107 K/(10 a),增温突变现象出现在1980年代末—1990年代初,平流层低层大气呈降温趋势,变化速率为-0.345 K/(10 a),降温突变现象出现在1990年代中期;（3）在热带海洋区域,高空大气温度的变化趋势具有较强的区域性特征,相对于中东太平洋而言,印度洋-西太平洋区域的增、降温趋势变化更显著。对流层的增温幅度随高度的升高而有所降低。平流层低层的降温趋势在季节内变化不大,而对流层则是秋、冬季的增温趋势要明显大于春、夏季,冬季的增温尤为明显;（4）MSU/AMSU亮温资料对热带海洋温度异常有很好的响应关系,能在弥补海洋区域观测资料稀缺的情况下,对海洋区域起着较好的监测作用。      

亚非夏季风系统的气候特征及其长期变率研究综述

在综合论述亚非夏季风研究成果的基础上,重点评述亚非夏季风的年代际研究方面所取得的进展。(1)在古气候学上,末次冰盛期和全新世中亚非季风干湿状态的研究成果。亚非季风系统在暖事件中同步增强,降水偏多,处于湿润期;在冷事件中,同步减弱,降水偏少,处于干旱期。(2)近百年现代气候学对亚非夏季风的研究主要围绕亚非夏季风在非洲地区和亚洲地区的进退问题。研究一致表明,在1960年代季风降水减弱,亚非夏季风雨带南移;1990年代中期以后的非亚夏季风开始同步北移加强。(3)北非和亚洲夏季风年代际变化的主要原因是:北大西洋和北太平洋海温年代际尺度的变率影响亚非夏季风雨带的一致北移和南退。指出了在1990年代中期以后非洲萨赫勒地区和中国黄淮地区降水的增多机理。通过评述,无论对万年尺度的古气候变化时期,还是近百年的现代气候变化时期,亚非季风系统是一个行星尺度的内部一致的季风系统,它总体上具有同步一致的进退演变。     

气候变化背景下陆地季风与非季风区极端降水特征对比

利用月平均地表气候要素数据集(CRU TS 4.02)的逐月降水和逐月日平均气温资料,采用线性趋势分析、滑动平均和相关分析等方法,研究了1901-2017年气候变化背景下全球陆地季风区与非季风区的极端降水特征。结果表明:我国所处的亚洲季风区的极端降水频率分布较为稳定,仅在变暖减缓时段出现大范围小值区;非季风区在急剧加速变暖时段极端降水频率分布呈现两极化,大范围的小值区与大值区共存,而季风区不易出现这种情况。季风与非季风区极端降水频率均值变化基本趋于一致,只在加速变暖时段有所不同。季风与非季风极端降水频率小值区格点数占比变化趋于一致,仅在两个加速变暖时段有所区别,而对于大值区,除去1921-1949年和1950-1972年,季风区大值区格点数占比均低于非季风区。季风与非季风区极端降水量的分布形式受气候变化影响相对较小,但无论处于哪个冷暖时段,季风区的极端降水量均远远高于非季风区。非季风区的极端降水频率与气温的相关性要好于季风区,叠加温度趋势变化时,中高纬度大部分地区呈正相关的关系,去趋势后,相关性减弱。     

我国冬季气温与影响因子关系的年代际变化

利用1951—2012年冬季全国160个站月平均气温以及NCEP/NACR再分析资料和海温、北极海冰等资料,分析了我国冬季气温及其关键影响因子的年代际变化特征,重点研究了关键影响因子对我国冬季气温影响关系的年代际变化。研究表明:我国冬季气温在1985年之前处于冷期,之后为暖期; 我国冬季气温异常与影响因子的关系发生了显著的年代际变化,而且影响因子之间的关系也发生了显著的年代际变化。针对这种年代际变化的基本事实,提出针对冷期和暖期中不同影响因子与冬季气温的关系分时段建立冬季气温的多因子回归预测模型,可以反映冬季气温及其影响因子关系的年代际变化特征。正确的预测策略是利用相同年代际背景下预测对象与预测因子的时间序列资料建立预测模型,以确保预测模型中反映的预测对象与预测因子关系的稳定性,进而保持较高的拟合及预测水平。     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

Observed Impact of the South Asian Summer Monsoon on the Local Meteorology in the Himalayas

The South Asian summer monsoon(SASM) is the most important climate system in Asia.Using observational data from the HEST2006(Himalayan Exchange between the Surface and Troposphere 2006) campaign and large-scale grid data,this paper analyzed the SASM impact on local meteorological parameters including radiation,temperature,humidity,and wind in the Himalayas.The SASM experienced one active and one break period during the HEST2006 campaign.The local meteorological parameters exhibit great differences between the active period and the break period of the SASM.The radiation fluxes are greater in the break period than in the active period.The air temperature and specific humidity are lower,but soil temperature and wind speed are higher in the break period than in the active period.Further analysis indicates that the SASM greatly affects the meteorological features of the Himalayan region.     

塔克拉玛干沙漠腹地1961-1998年逐月平均气温序列的重建

 利用塔里木盆地周边27个气象站1961-2006年逐月平均气温和塔中气象站1999-2006年逐月平均气温资料,同时选取1961-2006年NCEP/NCAR 2.5°×2.5°经纬度距地表2 m的月平均气温再分析格点资料,分别用逐步回归分析、EOF分解和NCEP资料3种方法对塔中气象站1961-1998年历年逐月平均气温序列进行了恢复与重建,分析了误差,并与周边气象站的变化特征进行对比。结果表明,逐步回归和EOF法都能够作为重建塔中逐月平均气温的方法,但相对而言,逐步回归法重建的序列误差更小,平均拟合绝对误差为0.3℃,最大绝对误差为1.9℃。而NCEP/NCAR资料由于冬季存在明显的系统性误差,数值显著偏高,不能用于塔中气温序列的重建。     

近57年我国气温格点数据集的建立和质量评估

在普通克里金插值方法的基础上, 引入高程因子并充分考虑插值的边界效应, 对1951:2007年我国气温站点资料进行空间结构分析和插值, 得到我国地面气温日、月、年平均值1°×1°格点数据集。数据集的质量评估结果表明:高程在我国区域气温空间结构分析和插值中起着重要作用, 高程资料的引入有效提高了大部分高山地区的插值效果; 相比站点资料, 所建立的格点数据集在描述我国年平均气温以及季节平均气温分布时更为合理, 突出了温度场的大尺度特征; 数据集反映出了我国年平均气温变化趋势主要的空间差异; 数据集较好地反映了我国年平均气温变化状况, 1951- 2007年气温变暖幅度约为1.6 ℃, 增温速率0.28 ℃/10 a, 比全球或半球同期平均增温速率明显偏高, 且气温增暖主要发生在最近的20余年之内。另外, 格点数据集显示, 1998—2007年是1951年以来最暖的10年, 其中2006年全国平均气温距平接近2000年之前的历史最高年份1998年, 而2007年全国平均气温距平值超过1998年, 达到1951年以来的历史最高值1.3 ℃, 为最暖的一年。     

青藏高原夏季风对长江中下游气候的影响及与南亚高压的联系

应用1951～2011年NCEP/NCAR第一套逐月再分析资料和国家气候中心提供的全国160站逐月的降水和气温资料.通过相关分析得出该指数与长江中下游的夏季降水（温度）存在正（负）相关（均通过了95％的显著性检验）.高原夏季风存在明显的年际和年代际变化,1979年是其突变点.高原夏季风与副热带高压以及南亚高压的特征参数之间存在较好的相关性.高原夏季风偏强（弱）时,南亚高压出现青藏高原（伊朗高原）模态,强度减弱（增强）且东伸（西退）,副高增强（减弱）且西伸（东退）.南亚高压的各个特征参数都存在共同2～4年周期振荡,且高原夏季风与南亚高压主中心的经度（纬度）在3～5年（3～4年以及5～6年）上的显著关系最好.     

Reconstruction of hydrometeorological time series and its uncertainties for the Kaidu River Basin using multiple data sources

This paper tried to reconstruct the time series (TS) of monthly average temperature (MAT), monthly accumulated precipitation (MAP), and monthly accumulated runoff (MAR) during 1901–1960 in the Kaidu River Basin using the Delta method and the three-layered feed forward neural network with backpropagation algorithm (TLBP-FFNN) model. Uncertainties in the reconstruction of hydrometeorological parameters were also discussed. Available monthly observed hydrometeorological data covering the period 1961–2000 from the Kaidu River Basin, the monthly observed meteorological data from three stations in Central Asia, monthly grid climatic data from the Climatic Research Unit (CRU), and Coupled Model Intercomparison Project Phase 3 (CMIP3) dataset covering the period 1901–2000 were used for the reconstruction. It was found that the Delta method performed very well for calibrated and verified MAT in the Kaidu River Basin based on the monthly observed meteorological data from Central Asia, the monthly grid climatic data from CRU, and the CMIP3 dataset from 1961 to 2000. Although calibration and verification of MAP did not perform as well as MAT, MAP at Bayinbuluke station, an alpine meteorological station, showed a satisfactory result based on the data from CRU and CMIP3, indicating that the Delta method can be applied to reconstruct MAT in the Kaidu River Basin on the basis of the selected three data sources and MAP in the mountain area based on CRU and CMIP3. MAR at Dashankou station, a hydrological gauge station on the verge of the Tianshan Mountains, from 1961 to 2000 was well calibrated and verified using the TLBP-FFNN model with structure (8,1,1) by taking MAT and MAP of four meteorological stations from observation; CRU and CMIP3 data, respectively, as inputs; and the model was expanded to reconstruct TS during 1901–1960. While the characteristics of annual periodicity were depicted well by the TS of MAT, MAP, and MAR reconstructed over the target stations during the period 1901–1960, different high frequency signals were captured also. The annual average temperature (AAT) show a significant increasing trend during the 20th century, but annual accumulated precipitation (AAP) and annual accumulated runoff (AAR) do not. Although some uncertainties exist in the hydrometeorological reconstruction, this work should provide a viable reference for studying long-term change of climate and water resources as well as risk assessment of flood and drought in the Kaidu River Basin, a region of fast economic development.     

山东省冬夏季气温异常的季风特征

利用山东省80个代表站1961~2003年月平均气温资料和同期NCAR/NCEP再分析资料,运用统计学方法,分析了季风背景下冬、夏季气温异常的年际、年代际变化和周期特征及变温的空间分布,并研究了东亚冬、夏季风对气温变化的影响。结果表明,冬夏季气温变化趋势明显不同,冬季增温趋势显著,夏季无明显增温趋势;2~6年的周期振荡在不同时期通过了0.05信度检验,小波分析2004年夏季气温不会偏高推断得到证实。冬、夏季气候具有明显的季风特征,季风与气温关系密切,即强(弱)冬季风山东易冷(暖)冬;强(弱)夏季风,易暖(冷)夏。冬季风比夏季风对同期气温作用更显著。季风的隔季相关性质对气温的变化有一定影响。     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系 II.机理分析

通过区分ENSO外部影响和偶极子内部局地作用,探讨了前期春季的印度洋海温异常对南海夏季风建立早晚的可能影响途径。结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)的情况下,全区一致型的海温分布主要通过影响热带印度洋上空纬向季风环流的强弱来影响南海夏季风建立的早晚。去除ENSO信号后,非ENSO全区一致型的海温分布则主要通过影响低层东西向的气压差异和对流层中上层的南北温度梯度的逆转,进而对南海夏季风建立的早晚产生影响;而南印度洋偶极子(SIODM)型的海温分布则主要通过影响亚洲大陆热低压、西太平洋副热带高压和高低层的辐合辐散运动影响南海夏季风的建立。