东亚冬、夏季风强度指数及其与陕西降水变化的关系

使用最新的海平面气压资料计算了东亚冬、夏季风强度指数，分析了近50a东亚季风的变化特征，以及东亚季风强度与陕西省降水的同期和非同期相关关系，结果表明：强的东亚冬季风，易造成陕西省冬季降水偏少，强的东亚夏季风，易造成陕西省夏季北部多雨、南部少雨的气候特征，反之亦然。此外，比较了强弱东亚冬季风年北半球500hPa高度场距平特征差异，从大气环流方面分析了东亚季风影响陕西省气候变化的原因。     

太阳活动对高原积雪和东亚夏季风调制影响的回顾和进展

回顾了太阳活动、高原积雪和东亚季风之间关系的研究,指出了国内外有关积雪对太阳活动响应研究的匮乏性和必要性,以及太阳活动对高原积雪与东亚季风关系调节作用研究的前景和价值,并讨论了未来相关研究的难点和方向。高原积雪对太阳活动响应的不同时间尺度相关分析表明,在年代际时间尺度上两者可能存在较为显著的滞后相关,太阳活动对高原积雪与中国夏季降水的关系存在值得关注的调节作用。     

亚洲南部夏季风区在夏季风暴发前后风场的季节变化特征

根据1973—1979年5—8月美国国家气象中心的网格点资料，分析了亚洲南部在夏季风暴发前后对流层风场的变化。我们发现在亚洲南部的夏季风系统中有两个子系统，即东亚季风和印度季风。各个季风子系统各自有它的成员，这些成员在夏季风暴发前后都经历显著的变化。在东亚季风系统中受中纬度影响比在印度季风系统更强烈，其成员也比印度季风系统复杂。而在季风暴发前后各个成员的变化、印度季风系统比东亚季风系统更显著。     

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。     

东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展

本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明,东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统,它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且,研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化:其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征,并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化,这个变化在华北尤其显著;而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡,从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化,它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关,因而,东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统,即称之为东亚季风气候系统。此外,本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。     

El Nio、La Nia事件与太阳活动对河南省东亚飞蝗大发生的影响

用研究灾变规律的关键时方法分析了El Nio、La Nia事件和太阳活动对河南省东亚飞蝗 (Locus ta migratoria manilensis Meyen) 的影响。结果发现, El No和La Nia事件不会促使河南省沿黄地区东亚飞蝗的大发生, 并得出El Ni no和La Ni na事件对飞蝗大发生的影响主要通过影响其发生地的天气、气候 (主要是降水), 从而影响飞蝗的大发生。在太阳黑子相对数高年的后一年, 河南省东亚飞蝗大发生的可能性超过90%。     

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。     

亚洲季风活动及其与中国大陆降水关系

用１９８０～１９９２年ＥＣＭＷＦ的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ资料设计了南亚季风和东亚季风指数,发现南海夏季风的暴发和撤退具有较大的年际差异,南海北部和南部夏季风的暴发和撤退时间也不一致．相关试验表明,南亚季风指数与中国大陆春、夏降水的相关分布型类似于东亚季风指数与降水的相关分布型,且相关系数略高．东亚冬季风指数以南海地区区域平均的８５０ｈＰａ经向风速或纬向风速为好．夏季风指数以南海地区或亚洲区域平均的８５０ｈＰａ和２００ｈＰａ的纬向风速差最佳．     

东亚冬,夏季风百年强度指数及其气候变化

定义了东亚冬、夏季风强度指数，计算了１８７３－１９８９年夏季、冬季及其逐月的东亚季风强度指数，研究了冬、夏季风强度指数的长期气候变化，结果表明，１００多年来，东亚夏季风明显加强，冬季风变化不大，稍有减弱。突变分析结果表明，１９１８年前后，东亚夏季风突变增强，与半半球夏季地面气温突变增是同步发生的，但是，科季风不太明显的突变发生于１９５８年，此外，用滑动相关系数分析了东亚冬夏季风与北半球地面气温的关     

1644—1911年广东省旱涝多时间尺度变化特征及影响因子分析

建立清代1644—1911年广东的旱涝指数序列,采用滑动t检验、完备总体经验模态函数分析了清代广东旱涝的突变特征和多时间尺度周期性特征。结果表明,清代广东旱涝指数整体较平稳,呈现先明显增加后减少、后略微增加的趋势。旱涝指数序列具有多个跃变点,且有年际尺度4.2 a和7.8 a,年代际尺度11.6 a、15.2 a、36.5 a和70.1 a,世纪尺度130.3 a左右的周期。发现广东旱涝有多个周期与太阳黑子相对数序列及东亚季风指数序列周期接近,故用交叉小波分析发现广东旱涝指数序列与太阳黑子相对数序列在0~6 a、7~8 a和11~16 a等多个时间尺度具有强凝聚性共振周期,与东亚夏季风指数序列在4~8 a和25~45 a等多个时间尺度具有强凝聚性共振周期。      

三峡库区夏季旱涝变化特征及成因

利用1951-2008年三峡库区范围内10个国家基本站的夏季降水资料,通过Z指数分析了三峡库区夏季旱涝的变化特征,确定出6个严重涝年(1954,1956,1980,1982,1983年和1998年)和6个严重旱年(1959,1966,1972,1976,2001年和2006年)。结合NCEP/NCAR的再分析资料以及NOAA的OLR资料,对严重旱涝年份的大气环流形势进行合成分析。结果表明:三峡库区夏季旱涝变化具有较好的一致性,1979年经历了由旱到涝的年代际转变;2001年后,三峡库区进入偏旱阶段。三峡库区夏季严重涝年和旱年环流形势存在显著差异,当100hPa南亚高压异常强大,500hPa高度距平场欧亚高纬度地区从自西向东呈"-+-"距平波列分布,乌拉尔山和鄂霍次克海地区有持续性阻塞高压发展,西太平洋暖池对流偏弱,西太平洋副热带高压位置易偏南,三峡库区以南的西南水汽输送增强,使得三峡库区的水汽辐合增强,这种环流形势配合有利于三峡库区洪涝的发生,严重旱年则相反。     

中国地面太阳辐射季节异常与主要大气环流指数的关联分析

利用1989～2018年ERA5地面太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:（1）在春季,东亚槽位置对中国中东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时,地面太阳辐射异常显著偏少。冬季风强度和ENSO（El Ni?o–Southern Oscillation）分别对长江流域南北、中国南方东部和西部有反位相的影响。（2）夏季的影响因子比较复杂,NAO（North Atlantic Oscillation）和夏季风是两个较主要的影响因子,NAO对中国北方较多地区的地面太阳辐射异常的影响较为显著,而夏季风主要与江淮地区的地面太阳辐射异常相关联。当NAO指数偏大（小）时,北方大部分地区地面太阳辐射异常偏少（多）。当夏季风偏强（弱）时,江淮流域的地面太阳辐射异常显著偏少（多）。（3）在秋季,地面太阳辐射异常主要受到东亚槽位置、冬季风和NAO的影响,冬季风和东亚槽主要影响北方地区,当东亚槽偏西或冬季风偏强时,中国北方除东北地区外的大部分地区地面太阳辐射偏多。NAO主要与中国西部的地面太阳辐射异常关联,当NAO指数偏大时,西部地区北方地面太阳辐射异常偏少而南方大部分地区偏多。（4）在冬季,ENSO和冬季风是较重要的影响因子,但其显著影响区域并不对称。在ENSO负位相或冬季风较强时,中国北方大部分地区的地面太阳辐射异常显著偏多,而ENSO正位相或冬季风较弱最有利于中国南方地面太阳辐射异常偏少,但显著影响范围较小。     

近50年河南初夏旱涝异常特征分析

对1958～2006年河南38站的6月降水量进行分析,发现EOF第一模态呈全省一致的分布型,因此用38站平均降水量代表全省初夏降水.选取旱、涝年,对异常合成场进行分析,在涝年,北太平洋和日本以南洋面为负的潜热通量异常;500 hPa贝加尔湖以北有正的高度异常,我国东部和近海为正的高度异常,北太平洋为正的高度异常;850 hPa河南省西部是异常的东北风,东部是异常的西南风.通过定义高度指数,得到与河南省初夏降水关系密切的500 hPa高度场分布型,即贝加尔湖高压脊偏强,东亚大槽偏弱和西太副高偏北同时存在.对海洋要素场的相关分析表明,前期太平洋黑潮区的SST较高,海洋持续向大气输送潜热通量偏多,后期其东北侧太平洋从大气吸收热量,导致上空的位势高度偏高,有利于河南省降水.     

Precipitation pattern of the mid-Holocene simulated by a high-resolution regional climate model

Early proxy-based studies suggested that there potentially occurred a ＂southern drought/northern flood＂ （SDNF） over East China in the mid-Holocene （from roughly 7000 to 5000 years before present）.In this study,we used both global and regional atmospheric circulation models to demonstrate that the SDNF-namely,the precipitation increases over North China and decreases over the the lower reaches of the Yangtze River Valley--could have taken place in the mid-Holocene.We found that the SDNF in the mid-Holocene was likely caused by the lower SST in the Pacific.The lowered SST and the higher air temperature over mainland China increased the land-sea thermal contrast and,as a result,strengthened the East Asian summer monsoon and enhanced the precipitation over North China.     

Influences of spring-to-summer sea surface temperatures over different Indian Ocean domains on the Asian summer monsoon

The influences of spring-to-summer sea surface temperature (SST) anomalies in different domains of the Indian Ocean (IO) on the Asian summer monsoon are investigated by conducting a series of numerical experiments using the NCAR CAM4 model. It is found that, to a certain extent, the springtime IO SST anomalies can persist to the summer season. The spring-to-summer IO SST anomalies associated with the IO basin warming mode are strongly linked to the summer climate over Asia, especially the South Asian monsoon (SAM) and the East Asian monsoon. Among this connection, the warming of tropical IO plays the most critical role, and the warming of southern IO is important for monsoon variation and prediction prior to the full development of the monsoon. The atmospheric response to IO basin wide warming is similar with that to tropical IO warming. The influence of northern IO warming on the SAM, however, is opposite to the effect of southern IO warming. Meanwhile, the discrepancies between the results from idealized SST forcing simulations and observations, especially for the southern IO, reveal that the dominant role of air-sea interaction in the monsoon-IO coupled system cannot be ignored. Moreover, the springtime northern IO warming seems to favor an early onset or a stronger persistence of the SAM.     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

亚洲夏季风的年际和年代际变化及其未来预测

本文是对我们近五年在亚洲夏季风年代际与年际变率及其未来预测方面研究的一个综述.主要包括下列三个问题:(1)根据123年中国夏季降水资料和印度学者的分析,检测出亚洲夏季风具有明显的年代际尺度减弱,这种年代际变化使中国东部(包括东亚)和南亚夏季降水的格局在过去60年中发生了明显变化.在东亚,从1970年代后期开始,主要异常雨带有不断南移的趋势,结果造成了南涝北旱的降水分布,这主要受到60～80年年代际振荡的影响.青藏高原前冬和春季积雪的年代际减少与热带中东太平洋海表温度的年代际增加是东亚降水型改变的主要原因,这是通过减弱亚洲地区夏季海陆温差与夏季风强度而实现的.未来亚洲夏季风的预测表明,东亚夏季风和南亚夏季风对气候变暖有十分不同的响应.东亚夏季风在本世纪将增强,雨带北推,尤其在2040年代之后;而南亚夏季风环流将继续减弱.这种不同的变化是由于两者对高低层海陆热力差异的不同响应造成.(2)年际尺度的变率在亚洲夏季风区主要表现为2年与4～7年的振荡.本文着重分析了2年振荡(TBO)形成的过程、机理及其对东亚降水的影响.对TBO-海洋机理进行了具体的改进,说明了东亚夏季风降水深受TBO影响的原因,尤其是阐明了长江型(YRV) TBO和淮河型(HRV) TBO的特征及其形成的循环过程.(3)在总结亚洲夏季风时期遥相关型的基础上,本文提出了季节内和年际尺度的低空遥相关型:即西北太平洋季风的遥相关型与印度“南支”和“北支”遥相关型.它们基本上反映了沿低空夏季风强风速带Rossby波群速度传播的结果.据此可以根据西北太平洋和印度夏季风的变化分别预测中国梅雨和华北雨季来临和降水异常.最后研究还表明,在本世纪亚洲夏季风可能更显著地受到人类活动造成的全球变暖的影响,未来的亚洲夏季风活动是人类排放的CO2引起的全球变暖与自然变化(海洋和陆面过程(积雪))共同作用的结果.     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960-2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性。涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱。涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反。涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多。     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960～2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性.涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱.涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反.涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多.