欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。     

青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展

青藏高原冬春积雪和地表热源的气候效应是青藏高原气候动力学的两个重要内容。大量资料分析和数值试验研究均表明这两个因子对亚洲季风有一定的预测意义,本文对此做了比较系统的回顾和总结,并进一步比较了青藏高原积雪和地表热源影响东亚和南亚夏季降水的异同。结果表明,东亚夏季降水在年际和年代际尺度上均存在"三极型"和"南北反相"型的空间分布特征,高原春季地表热源在年代际和年际尺度上主要影响东亚夏季降水"三极型"模态;在年代际尺度上它是中国东部出现"南涝北旱"格局的重要原因,而高原冬季积雪的作用相反。另一方面,高原冬季积雪在年际和年代际尺度上对印度夏季风降水的预测效果均要优于高原地表热源。无论是空间分布还是时间演变特征,高原冬季积雪与春季地表热源整体上均无统计意义上的显著联系。不断完善高原地面观测网和改进模式在高原地区的模拟性能,将是进一步深入理解高原积雪和地表热源影响亚洲季风物理过程和机制的关键所在。     

青藏高原积雪与亚洲季风环流年代际变化的关系

利用高原测站的月平均雪深资料和NCEP／NCAR再分析资料，分析了20世纪70年代末以来，青藏高原积雪的显著增多与亚洲季风环流转变的联系。研究表明，高原南侧冬春季西风的增强及西风扰动的活跃是造成青藏高原冬春积雪显著增多的主要原因，高原积雪的增多与亚洲夏季风的减弱均是亚洲季风环流转变的结果；20世纪70年代末以来，夏季华东降水的增多、华南降水的减少及华北的干旱化与青藏高原冬春积雪增多及东亚夏季风的减弱是基本同步的，高原冬春积雪与华东夏季降水的正相关、与华北及华南夏季降水的负相关主要是建立在年代际时间尺度上，因此，高原积雪与我国夏季降水关系的研究应以亚洲季风环流的年代际变化为背景。     

高原地表过程中冻融过程在东亚夏季风中的作用

用茶卡站冻结日数与季风指数的相关简单说明高原冻融过程与东亚夏季风之间存在联系。作为个例,对沱沱河区域1998,1999年从冬到夏过渡季节的冻融过程与感、潜热变化及东亚夏季风建立之间的关系进行了初步分析。结果表明:从冬到夏的过渡季节中,青藏高原的冻融过程与高原加热存在着联系,土壤季节性冻融使得高原地表向大气的感、潜热输送随季节发生变化,青藏高原的加热作用对东亚夏季风的爆发时间和强度有重要影响。因此,高原地表过程中土壤冻融过程在东亚夏季风的爆发过程中扮演着重要角色。     

亚洲—太平洋季风区的遥相关研究

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非常显著的影响.文中根据国内外相关研究,重点分析和评述了在亚洲-太平洋季风区中4种季节内时间尺度的遥相关关系,清楚地揭示了印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风之间的相互作用.研究发现:(1) 在亚洲季风爆发初期,印度夏季风的爆发相对于中国长江流域梅雨的开始存在相差大约两周的超前关系,形成从印度西南部经孟加拉湾到达中国长江流域及日本南部的遥相关型,即"南支"遥相关型.(2) 在季风盛行期间,长江流域降水明显受热带西北太平洋夏季风的影响,与西北太平洋夏季风降水呈反相关关系,即当季风减弱时,长江流域夏季降水偏多.(3) 与长江流域降水相反,华北雨季(7月第4候-8月第3候)则与西北太平洋夏季风降水呈正相关关系,当西北太平洋夏季风强时,西太平洋副热带高压异常偏北偏东,副高西南侧的异常东南水汽输送在中国华北地区上空辐合,给该地区降水偏多提供了充足的水汽条件.(4) 华北夏季降水同时还与印度夏季风呈正相关关系,在夏季风盛行期间,形成由印度西北部经青藏高原到中国华北地区的西南-东北走向的遥相关型,即"北支"遥相关型. 上述4种遥相关关系,反映了亚洲夏季风季节北推过程中,印度夏季风、东亚夏季风和西北太平洋夏季风子系统之间的关联.     

青藏高原积雪对气候影响的研究进展和问题

系统地回顾了青藏高原积雪对天气气候影响的国内外研究进展,并对研究中存在的一些问题做出了评述。认识到积雪增加将导致亚洲夏季风减弱或爆发推迟,这是通过积雪-季风关系实现的。对反射率和融雪的相对重要性,尚未有一致意见。高原积雪作为一种重要的陆面强迫因子,和副高、阻高、冬夏季风、ENSO、海温等影响中国天气气候的因子有密切关系。在全球变暖的背景下,青藏高原积雪却出现了增加,对这一问题的研究具有重要的现实意义。高原积雪年代际变化的研究,有助于揭示我国近年来“南涝北旱”雨型的原因,同时有利于雨型反转时间的预测。     

青藏高原冬春积雪影响亚洲夏季风的研究进展

青藏高原积雪作为亚洲夏季降水异常的一个预测因子已有很长历史。统计分析表明,青藏高原冬春积雪与印度夏季降水反相关,与我国长江中下游夏季降水多为正相关,不同作者对此现象给出了一些可能的解释,如地表反照率效应和积雪一水文效应。但积雪的这种跨季节滞后影响的具体物理过程仍有争议。另一方面,青藏高原冬春积雪资料存在不确定性,这对相关物理机制的理解造成了很大困难。通过回顾和梳理前人在该领域的研究成果,提出了高原积雪影响亚洲季风的未来研究方向。     

西太平洋副热带高压季节内异常活动与亚洲夏季风系统的时延相关特征

基于西太平洋副热带高压的异常活动与亚洲夏季风系统其他成员之间存在着密切联系的天气事实,运用交叉小波的非线性时滞相关分析方法,对东亚夏季风系统成员与西太平洋副热带高压形态和变异的相互影响的基本事实和物理特征进行研究,得到了西太平洋副热带高压与主要的亚洲夏季风系统成员之间基本的关联结构和演变示意图。研究结果揭示了不同的季风子系统对西太平洋副热带高压的影响不同:影响西太平洋副热带高压强度和脊线位置异常变化的是亚洲夏季风系统中的印度夏季风子系统的5个主要成员;而影响西太平洋副热带高压西脊点异常变化的则是亚洲夏季风系统中的另一个子系统——东亚夏季风子系统的5个主要成员。研究揭示了副热带高压与亚洲夏季风系统主要成员之间的时延特征与统计关联特性,为相应的机理研究提供了事实依据。     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面-过程的可能影响Ⅱ： 数值试验

在对南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响进行了诊断分析的基础上,应用MM5/NOAHLSM模式,研究了中南半岛陆气相互作用对2004年南海夏季风爆发过程的可能影响。结果发现:在南海夏季风爆发前,中南半岛南海地区低层气温差确实出现低值,甚至负值;尽管短期内中南半岛土壤湿度和降水的变化没有引起季风爆发日期的改变,但对季风爆发的强度有影响。土壤湿度和降水变化引起的干异常可导致地表感热通量的增大和地表温度的升高,致使中南半岛与南海之间低层的温差异常(负温差)减小,季风爆发强度减弱;不同的是,湿异常可引起季风爆发强度增强。这一结果说明,在南海夏季风爆发前期,中南半岛上空对流活动和降水异常及其引起的土壤湿度的异常变化在一定程度上会影响到季风爆发的过程。文章还比较了不同温湿地表条件下低层大气状态的差异和地表能量、水分平衡过程的不同,分析了陆气相互作用对季风活动产生影响的物理机制。     

ENSO事件与青藏高原积雪和东亚大气环流的可能联系

本文利用1951 ～1998 年的北太平洋高温和北半球大气环流及1961 ～1993 年的青藏高原积雪等资料,分析了ENSO事件与青藏高原冬季积雪、亚洲季风、夏季东亚阻塞高压和西太平洋副热带高压之间的可能联系,分析表明ENSO事件与青藏高原积雪和东亚大气环流之间存在着较好的关系。     

1—3月欧亚大陆热力变化及其与中国降水的关系

利用1979—2011年NCEP/NCAR再分析资料、我国160个站降水和气温资料,分析欧亚大陆热力变化特征,其在冬季和春季的气候变率最明显,且南北区域呈反相差异。在此基础上, 探讨1—3月欧亚大陆热力差异与中国降水异常的关系,欧亚大陆正 (负) 热力差异年,1—3月华南、西南至河套西部地区降水偏多 (少) 明显,后期夏季多雨带位于长江中下游地区 (华南地区)。大气环流异常特征显示:1—3月欧亚大陆南北热力差异与同期北极涛动 (AO)、东亚大槽、东亚高空急流等大尺度大气环流,以及后期东亚高空急流、南亚高压、低层季风风系异常的密切相关是欧亚大陆热力变化与中国降水联系的可能途径。     

对“喜马拉雅山积雪与印度季风降水呈明显反相关关系”的商榷

亚洲高原积雪百余年来一直为气候学家所瞩目。过去根据有限的积雪资料分析认为，喜马拉雅山积雪与印度夏季降水呈明显反相关关系。本文根据１９５７—１９９２年６０个基本气象台站逐日雪深、密度记录，１９７８—１９８７年ＳＭＭＲ微波周积雪深度资料，以及１９６６—１９８９年ＮＯＡＡ周积雪面积资料所反映的高原积雪空间分布，季节变化，与年际波动特征，和高原积雪异常、印度季风降水异常、ＥＮＳＯ三者发生时间的对比分析以及相关计算，提出对前人研究结论的商榷。     

Characteristics of Eurasian snow depth with respect to Indian summer monsoon rainfall

Earlier studies show a strong negative relationship between Eurasian snow cover/depth and Indian summer monsoon rainfall (ISMR). In such studies, both the parameters snow and rainfall are seasonally averaged over large areas. Indian summer monsoon has its own characteristics of evolution such as onset, active, break and withdrawal phases which have been studied extensively. However, the evolution of Eurasian snow is yet to be examined. Further, it is interesting to explore the characteristics of evolution of snow over the different regions of Eurasia and their relationship with the evolution characteristics of summer monsoon. In this paper, a detailed examination has been done on the starting and the ending dates of snowfall over different regions of Eurasia and attempts have been made to explore any relationship with onset of ISMR. It is observed that the regions where snowfall started early, it also ended late. Further, in those regions maximum snow depth also occurred late. In some years, more snowfall in East Eurasia is followed by less snowfall in West Eurasia. Also snow depths particularly in the northernmost and southwest regions of East Eurasia are opposite in phase. The results of this study indicate a weak relationship between snow starting dates in Eurasia and summer monsoon onset dates in the Kerala coast. However, the relationship between the northernmost Eurasian snow depth and the summer monsoon precipitation in the Peninsular India is significant.     

Longitudinal heating gradient: Another possible factor influencing the intensity of the Asian summer monsoon circulation

The Largest longitudinal heating gradients in the tropics exist between the African desert and Asian convective regions during summer once the South Asian monsoon is established. The heating gradients are anchored by the la-tent heat release and net radiative flux convergence over the monsoon region, and by the dominant net radiative flux divergence over the desert.An apparent relationship is found between the intensity of the Asian summer monsoon circulation and the longitudinal healing gradients mentioned, in addition to the latitudinal heating gradients cross the monsoon region. The monsoon circulation measured in terms of the zonal wind component is stronger when the longitudinal heating gradients are large, and vice versa. Thus, we claim that the longitudinal heating gradient may be another important factor which influences the intensity of the Asian summer monsoon circulation. There is little evidence that the interannual variability of the longitudinal heating gradients between Africa and Asia and, thus, the intensity of the Asian summer monsoon circulation, is a strong function of the El Nino / Southern Oscillation cycle.     

青藏高原冬季积雪异常对东,南亚夏季风影响的初步数值模拟研究

利用一个耦合了简化的简单生物圈模式的大气环流谱模式（ＳＳｉＢ－ＧＣＭ），初步探讨了青藏高原冬季积雪异常对东、南亚夏季季风环流和降水的影响及其机理。结果表明，高原地区积雪增加将使随后地夏季东、南来季风明显减弱，主要表现为东、南亚季风区降水减少，索马里急流、印度季风的印度西南气流弱弱。另外，还提出欧亚大陆雪盖与整个高原雪盖和高原东部雪盖对东、南亚夏季风影响的敏感问题。与欧亚大陆雪盖相比，高原雪盖是影响     

Land–sea heating contrast in an idealized Asian summer monsoon

Mechanisms determining the tropospheric temperature gradient that is related to the intensity of the Asian summer monsoon are examined in an intermediate atmospheric model coupled with a mixed-layer ocean and a simple land surface model with an idealized Afro–Eurasian continent and no physical topography. These include processes involving in the influence of the Eurasian continent, thermal effects of the Tibetan Plateau and effects of sea surface temperature. The mechanical effect on the large-scale flow induced by the Plateau is not included in this study. The idealized land–sea geometry without topography induces a positive meridional tropospheric temperature gradient thus a weak Asian summer monsoon circulation. Higher prescribed heating and weaker surface albedo over Eurasia and the Tibetan Plateau, which mimic effects of different land surface processes and the thermal effect of the uplift of the Tibetan Plateau, strengthens the meridional temperature gradient, and so as cold tropical SST anomalies. The strengthened meridional temperature gradient enhances the Asian summer monsoon circulation and favors the strong convection. The corresponding monsoon rainbelt extends northward and northeastward and creates variations of the monsoon rainfall anomalies in different subregions. The surface albedo over the Tibetan Plateau has a relatively weak inverse relation with the intensity of the Asian summer monsoon. The longitudinal gradient of ENSO-like SST anomalies induces a more complicated pattern of the tropospheric temperature anomalies. First, the positive (negative) longitudinal gradient induced by the El Niño (La Niña)-like SST anomalies weakens (strengthens) the Walker circulation and the circulation between South Asia and northern Africa and therefore the intensity of the Asian summer monsoon, while the corresponding monsoon rainbelt extends northward (southward). The El Niño (La Niña)-like SST anomalies also induces colder (warmer) tropospheric temperature over Eurasia and warmer (colder) tropospheric temperature over the Indian Ocean. The associated negative (positive) meridional gradient of the tropospheric temperature anomalies is consistent with the existence of the weak (strong) Asian summer monsoon.     

热带海洋变异对东亚季风的影响

季风主要是由于海陆热力差异随季节的变化所造成。热带海洋温度具有显著的年际异常，热带海温的变异不仅可以通过改变海陆热力差异，而且也通过热带地区强烈的海气相互作用，对季风系统产生重要影响，造成季风区天气和气候的异常。回顾了发生在热带东太平洋(ENSO现象)、热带西太平洋暖池和热带印度洋海温的变异对东亚季风的影响及其影响的物理过程，并指出东亚季风与这些热带区域的海温变异是一个有机的整体，只有对它们进行综合的研究，才能真正认识它们之中任一部分的变化。     

Stratospheric precursor of non-uniform variation in early spring surface temperature over Eurasia

The stratospheric influences on the non-uniform variation in early spring (March–April, MA) surface temperature over Eurasia is investigated based on the ERA-Interim, NCEP-1, and NCEP-2 reanalysis data for the period 1980–2016. A lead–lag correlation is found between preceding winter (December–February, DJF) stratospheric polar vortex displacements (SPVD) and the MA west–east seesaw pattern in surface temperature over Eurasia. Further analysis reveals that the East Asian jet stream may act as a bridge linking DJF SPVD and MA surface temperature over Eurasia. A positive change in SPVD is associated with a decelerated polar jet stream and an accelerated East Asian jet stream in the troposphere in DJF. The East Asian jet stream signal can persist into MA. As a result, anomalous southerly/northerly winds prevail over western/eastern Eurasia, accounting for the west–east surface temperature seesaw over Eurasia.     

东亚季风研究的进展

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述, 并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动, 也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用, 引发中国大陆暴雨生成的水汽输送, 表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果; 东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处, 东亚低频振荡对El Ni?o形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响, 东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果; 亚洲地区大气热源的计算及其分布, 青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响, 青藏高原冬季冷源对El Ni?o生成的可能影响等有关成果; 东亚季风及降水的年际变化特征, 准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用, 极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制, 特别是亚洲大陆—西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。     

北半球雪盖的气候特征及与印度季风降水的关系

利用卫星观测的1966年11月－2000年12月北半球雪盖资料，研究了北半球、欧亚、北美和青藏高原雪盖的气候学特征及其变化趋势。通过对雪盖与印度季风的分析，得出：（1）欧亚冬季（12月－翌年3月）雪盖面积与印度季风降水（6－9月）呈反相关，并指出印度季风降水不仅受欧亚雪盖的影响，可能与暖水年有一定的联系。（2）青藏高原10、11月雪盖面积与次年印度季风爆发及降水关系较好，并提出可能的影响机制。