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。     

一个新的东亚副热带夏季风指数的定义

利用1958—2014年夏季NCEP/NCAR大气环流资料和中国486站降水观测资料,通过多种统计诊断方法,从与夏季中国东部3类不同雨型分布相联系的东亚高低层风场变化特征出发,依据与雨带变化密切联系的高层200 hPa纬向风定义了一个新的东亚副热带夏季风指数。分析表明,该指数不仅能反映夏季东亚大气环流的变化特征,兼顾北方冷空气活动和南方东亚夏季风环流变化,同时还能反映夏季中国东部降水南北差异的年际特征。强东亚副热带夏季风指数年,高层中纬度西风急流位置偏北,低层西太平洋副热带高压偏强偏北,有利于冷空气活动位置偏北和东亚东部西南暖湿气流向北推进,中国东部多以Ⅰ类雨型为主;弱东亚副热带夏季风指数年的环流变化刚好相反,中国东部多以Ⅲ类雨型为主。与现有东亚夏季风指数的对比分析表明,该指数在反映中国东部南北区域降水变化的差异方面有很大改进。     

近57a夏季西太平洋副高面积的年代际振荡及其与中国降水的联系

利用1951—2007年NCEP/NCAR再分析资料及中国国家气候中心160站降水和环流特征指数,研究了近57 a来夏季平均的西太平洋副热带高压面积指数的气候变化特征及其对同期中国降水的影响。结果表明,在全球变暖的气候背景下,夏季副热带高压面积也表现出增大趋势,其中20世纪60年代中期和20世纪末显著增强,并呈现出准20 a的年代际周期变化特征。各周期中,中国同期降水及流场均出现较大调整：随着西太平洋副热带高压面积长期趋于增大,东亚夏季风异常偏弱,降水分布由＂北多南少＂转为＂北少南多＂,而降水线性增长的区域则呈现出较上一周期明显北移的特征。     

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.     

用湿位涡表征的东亚副热带夏季风指数

在综合考虑了东亚夏季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的东亚副热带夏季风指数,并利用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料分析了近60年来东亚副热带夏季风的变化特征。研究表明：该指数可以很好地反映东亚副热带夏季风的季节变动、年际变化、年代际变化等特征。另外,该指数与我国160个测站降水的相关分析表明：高指数年,夏季季风强,华北、西南内陆及华南沿海地区多雨,江淮地区少雨;反之,低指数年,夏季季风弱,华北、西南内陆及华南沿海地区偏旱,江淮流域偏涝。最后,通过与其它四种有代表性的指数的对比,发现本指数在指示江淮夏季降水方面具有明显的优势。     

东亚夏季风北界与我国夏季降水关系的研究

为了研究东亚夏季风北界与我国东部夏季降水异常的关系,本文利用夏季850 hPa上20°N以北105°~125°E之间平均南风风速2 m/s所在的纬度,定义了一个新的东亚夏季风北界指数。初步分析表明:东亚夏季风北界在1976年之前(含1976年)位置偏北,而1976年之后位置偏南,具有明显的年代际变化,较好地反映了我国东部夏季降水异常分布型的变化。对应于东亚夏季风北界的异常,东亚夏季风强度、西北太平洋副热带高压位置与面积、亚洲大陆热低压等也发生了相应的变化,它们之间的关系如下:东亚夏季风北界位置偏北(南)时,对流层低层亚洲大陆热低压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱),西北太平洋副热带高压位置偏北(南)、面积偏小(大),南亚高压偏弱(强),长江中下游地区气流以下沉(上升)为主,降水偏少(多);华北地区气流以上升(下沉)为主,降水偏多(少)。     

用水汽输送表征的东亚副热带夏季风指数研究

利用1971～2000年NCEP/NCAR逐日再分析资料及同期中国站点降水资料,在讨论水汽输送的气候特征及逐候演变的基础上,用整层积分的经向水汽输送定义了一个副热带夏季风指数。研究结果表明,对110～120°E纬向平均的水汽输送通量而言,其逐候演变可反映出东亚夏季风的进退过程。定义的水汽输送指数可表征夏季风的异常变化特征,高（低）指数年对应的副热带季风偏强（弱）;该指数与长江中下游夏季降水存在高度的同期正相关,高（低）指数对长江中下游夏季降水的多（少）有较强的分辨能力。此外,来自西太平洋经南海北上的水汽与北方冷空气在长江中下游的辐合很可能是造成长江中下游异常降水偏多的原因。     

热带西太平洋暖池上空对流活动对东亚夏季风季节内变化的影响

本文通过1978—1989年热带西太平洋暖池上空的OLR资料、500 hPa高度场和降水的逐旬资料分析了热带西太平洋暖池上空对流活动对东亚夏季风季节内变化的影响。分析结果表明:在菲律宾周围对流活动强的夏季，西太平洋副热带高压在初夏向北突跳明显，即6月突跳明显，并且往往有两次向北突跳，这使得东亚夏季风降水雨带向北突跳明显，因此，雨带不可能在江淮流域维持；相反，在菲律宾周围对流活动弱的夏季，西太平洋副热带高压在初夏向北突跳不明显，即6月突跳不明显，它长期在江南上空维持，这样，东亚夏季风降水雨带往往在长江中、下     

近30a山东夏季降水特征及成因分析

利用1979—2010年山东省12个代表站的夏季降水资料、高度场和风场资料以及海温资料,分析了山东夏季降水的特征及其成因。结果表明:夏季降水在山东省区域内表现为一致性为主,在该趋势下又有明显的南部和北部以及东部和西部的差异;具有明显的年代际变化特征;东亚夏季风、西太平洋副热带高压和东亚高空西风急流,均易造成山东夏季降水一致偏多;山东夏季降水和同期夏季赤道西太平洋海温呈正相关,与同期夏季赤道东太平洋海温呈负相关。     

1972—2021年长三角地区夏季降水特征分析

文中基于1972—2021年长三角地区国家基本气象观测站的逐日降水资料,利用线性趋势分析、合成分析等方法分析了长三角地区夏季降水的时空分布特征,并讨论了夏季降水异常的可能成因。结果表明：1） 长三角地区夏季降水呈显著上升趋势,且具有明显的年际变化特征;空间分布呈南多北少的特征,降水大值区主要位于安徽南部和浙江南部沿海地区。2） 长三角地区夏季降水偏多年,东亚沿岸上空为明显的东亚太平洋（East Asia Pacific,EAP）遥相关型的负位相。夏季降水与西太平洋副热带高压面积、强度指数呈显著正相关关系,与脊线位置指数呈显著负相关关系。3） 长三角地区夏季降水与孟加拉湾、阿拉伯海、西太平洋和东北太平洋的海温呈显著正相关关系,与副热带东北太平洋海温呈显著负相关关系。     

亚洲-太平洋大气主模态与东亚副热带夏季风年代际变化关系

基于1950～2005年NCEP/NCAR月平均再分析资料,利用REOF方法提取了亚洲-北太平洋地区低层大气的主要模态,着重研究分析了亚洲-北太平洋地区低层大气耦合模态的年代际变化特征及其与东亚夏季风的年代际变化关系。结果表明:①夏季亚洲-北太平洋大气主要耦合变化型反映了蒙古低压和北太平洋高压之间的变化关系。它们之间的耦合变化主要表现为年代际的变化特征,在20世纪50年代到60年代中期为负位相,即蒙古低压中心值相对较低,北太平洋副高中心值相对较高,60年代中期到70年代中期耦合变化处在正负交替的过程,70年代中期以后,耦合模态为一致的正位相,即蒙古低压中心值相对较高,北太平洋副高中心值相对较低。②蒙古低压和北太平洋副热带高压之间的耦合变化与东亚副热带夏季风风场强度的年代际变化有显著的负相关关系,当蒙古低压和北太平洋副高之间的耦合变化处于负位相时期,东亚副热带季风偏强,耦合变化处于正位相时期则相反,即东亚副热带季风偏弱。     

东亚夏季风的变化及对松嫩流域旱涝影响

根据近50年来美国NCEP/NCAR再分析资料及松嫩流域39个站1951~2000年的逐日降水资料,用相关分析、合成、对比分析及小波分析等方法分析了东亚夏季风的年际、年代际变化及对松嫩流域旱涝的影响。结果表明,东亚夏季风对位于中高纬度的松嫩流域的旱涝趋势确有影响,但东亚夏季风的年际、年代际变化很大。东亚夏季风与松嫩流域盛夏降水特点相似:都具有3~5年、10~12年的变化周期,在20世纪60年代末、80年代初都有气候突变。松嫩流域的旱涝趋势除与东亚夏季风有关外,还与中高纬度的西风带天气系统及西太平洋副热带高压密切相关。     

西太平洋副高的东西进退与东亚夏季风系统的相互影响与关联

利用1980-2010年NCEP/NCAR再分析资料和美国NOAA向外长波辐射（outgoing longwave radiation,OLR）资料,根据关键区500 hPa位势高度的变化定义了西太平洋副高东西位置指标,利用该指标围绕东亚夏季风系统开展分析,详细对比了夏季6月、7月副高东西向活动异常时,季风区相应的环流及对流活动差异.结果表明：副高东西位置的年际变化反映了亚洲夏季风的强弱变化,副高偏西（东）年,南海夏季风偏弱（强）,副热带夏季风偏强（弱）;副高的东西进退与东亚夏季风系统成员之间相互影响、相互制约;副高偏西年,南亚高压偏东、偏强,季风槽不发展、强度偏弱,西风带长波槽发展加深,南半球马斯克林高压和澳大利亚高压减弱,越赤道气流减弱,而副高偏东年情况则反之.     

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。     

华北夏季降水与哈得孙湾海冰的相关分析

利用195l一2000年全国160站逐月降水资料划分了华北夏季的旱涝年，并分析了该地区夏季降水的气候特征。在分析华北夏季降水与北极各海区海冰同期和滞后相关的基础上，发现哈得孙湾5—8月的海冰与同年华北夏季降水存在很好的负相关。同时发现哈得孙湾关键时段内的海冰与亚洲夏季风指数呈负相关，与8月西太平洋副热带高压的西伸脊点呈明显的正相关，而与8月西太平洋副高的强度呈明显的负相关。此外还发现哈得孙湾海冰多、少年，东亚西风急流有显著差异。结果表明，哈得孙湾关键时段内海冰面积偏大(小)，同年亚洲夏季风偏弱(强)，8月西太平洋副高的位置偏东(西)，强度偏弱(强)，东亚西风急流减弱(加强)。     

东亚-北太平洋偶极型气压场及其与东亚季风年际变化的关系

利用美国NCEP/NCAR的月平均再分析资料,研究东亚-太平洋地区地面气压的耦合模态与东亚副热带季风异常的关系,结果表明:在亚洲大陆和北半球太平洋之间气压场的偶极子模态主要反映了东亚地区东西向气压梯度的异常.从20世纪60年代到70年代中期,东亚-太平洋的这种偶极子表现为蒙古地区气压偏低和太平洋地区气压偏高的特征,而从20世纪70年代后期到90年代,则表现为蒙古地区气压偏高和太平洋地区气压偏低的特征.在偶极子指数值较高的年份,冬季(或夏季)蒙古高压(或蒙古低压)和太平洋阿留申低压(或太平洋副热带高压)较强     

Phase transition of the Pacific decadal oscillation and decadal variation of the East Asian summer monsoon in the 20th century

This paper focuses on the relationship between the phase transition of the Pacific decadal oscillation (PDO) and decadal variation of the East Asian summer monsoon (EASM) in the twentieth century. The first transition occurred in the 1940s, with an enhanced SST in the North Pacific and reduced SST in the tropical eastern Pacific and South Indian Ocean. In agreement with these SST changes, a higher SLP was found in most parts of the Pacific, while a lower SLP was found in the North Pacific and most parts of the Indian Ocean. In this case, the EASM was largely enhanced with a southerly anomaly in the lower troposphere along the east coast of China. Correspondingly, there was less rainfall in the Yangtze River valley and more rainfall in northern and southern China. An opposite change was found when the PDO reversed its phase in the late 1970s. In the tropical Indian Ocean and western Pacific, however, the SST was enhanced in both the 1940s and 1970s. As a result, the western Pacific subtropical high (WPSH) tended to extend westward with a larger magnitude in the 1970s. The major features were reasonably reproduced by an atmospheric general circulation model (IAP AGCM4.0) prescribed with observed SST and sea ice. On the other hand, the westward extension of the WPSH was exaggerated in the 1970s, while it was underestimated in the 1940s. Besides, the spatial pattern of the simulated summer rainfall in eastern China tended to shift southward compared with the observation.     

山西省夏季年际气候异常研究1.山西省一致多雨或少雨型

利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料以及山西64个测站的月降水量等资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了1960-2003年山西夏季降水的年际变化异常以及时空特征.利用EOF方法分析山西夏季降水,第一类雨型是山西省夏季一致多雨型,并给出此类异常雨型的时空分布和相应的典型年份.山西省夏季降水趋势分析表明,自1960年以来山西省夏季降水趋于减少.从500hPa位势高度场、纬向风、850hPa风场、700hPa水汽场、海温场等物理量场分析表明,山西夏季一致多雨年对应偏强的东亚夏季风,一般出现在La Nina事件(冷水事件)发生的当年和El Nino事件(暖水事件)发生的来年,中高纬度地区易出现纬向排列的 - -环流异常纬向分布型,大陆地区为一个异常槽和两个异常脊,乌拉尔山以东地区和鄂霍次克海是异常高压脊,而贝加尔湖地区是一个异常低压槽.山西省夏季一致少雨年对应偏弱的东亚夏季风,一般出现在El Nino事件(暖水事件)发生的当年和La Nina事件(冷水事件)发生的来年,与一致多雨年相反,中高纬度地区通常呈现纬向排列的- - 环流异常纬向分布型,大陆地区出现两个异常槽和一个异常脊.山西省夏季第一类雨型的发生与中高纬度地区纬向排列的环流异常分布和赤道太平洋海温异常有关系.     

Changed Relationships Between the East Asian Summer Monsoon Circulations and the Summer Rainfall in Eastern China

In previous statistical forecast models, prediction of summer precipitation along the Yangtze River valley and in North China relies heavily on its close relationships with the western Pacific subtropical high (WPSH), the blocking high in higher latitudes, and the East Asian summer monsoon (EASM). These relationships were stable before the 1990s but have changed remarkably in the recent two decades. Before the 1990s, precipitation along the Yangtze River had a significant positive correlation with the intensity of the WPSH, but the correlation weakened rapidly after 1990, and the correlation between summer rainfall in North China and the WPSH also changed from weak negative to significantly positive. The changed relationships present a big challenge to the application of traditional statistical seasonal prediction models. Our study indicates that the change could be attributed to expansion of the WPSH after around 1990. Owing to global warming, increased sea surface temperatures in the western Pacific rendered the WPSH stronger and further westward. Under this condition, more moisture was transported from southern to northern China, leading to divergence and reduced (increased) rainfall over the Yangtze River (North China). On the other hand, when the WPSH was weaker, it stayed close to its climatological position (rather than more eastward), and the circulations showed an asymmetrical feature between the stronger and weaker WPSH cases owing to the decadal enhancement of the WPSH. Composite analysis reveals that the maximum difference in the moisture transport before and after 1990 appeared over the western Pacific. This asymmetric influence is possibly the reason why the previous relationships between monsoon circulations and summer rainfall have now changed.