东亚季风过渡带降水变化特征及物理机制研究进展

东亚季风过渡带地处东亚夏季风北边缘附近,是典型的生态脆弱区与气候敏感带。东亚季风过渡带降水变化同时与东亚夏季风和中高纬西风带环流系统的变化密切关联,变异机理与典型季风区和干旱区降水有较大差别。目前专门针对东亚季风过渡带降水变异机理的研究还比较少。 此文从东亚季风过渡带夏季降水的年际、年代际变化特征和物理机制出发,分别回顾热带关键区的海温异常和中高纬环流系统等对东亚季风过渡带夏季降水年际变化的影响,以及太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡与气候系统外强迫对东亚季风过渡带降水年代际变化的贡献。最后, 在进展回顾的基础上,展望定量区分外强迫和内部变率对东亚季风过渡带降水年代际变化的相对贡献等未来需进一步开展的研究方向。     

北极冰异常对亚洲夏季风影响的数值模拟

本文利用菱形截断15波的9层全球大气环流谱模式研究了北极关键区域海冰面积异常对亚洲夏季风环流、降雨量及我国夏季天气气候的影响,结果表明,格陵兰海-巴伦支海极冰偏多,导致亚洲夏季风环流特别是东亚季风环流的增强、我国东南部降水偏多;东西伯利亚海-波弗特海极冰偏多,导致东亚夏季风环流减弱、我国东南部降水偏少,而印度半岛季风增强;该区极冰偏少引起相反的效应。文中对上述效应的可能动力学机制也进行了讨论。因此,北极冰是引起亚洲夏季风年际气候异常的重要原因之一。     

西风带研究的重要意义

西风带作为北大西洋气候区和东亚季风气候区之间的联系纽带，对东亚季风气候和西风带气候具有重要影响，西风带在一定意义上控制着东亚季风的北界。西风环流与青藏高原相互作用，对亚洲季风区气候乃至全球气候都有极其深刻的影响。西风环流在冰期-间冰期旋回中的位置、强度的剧烈变化对东亚季风气候和全球气候影响显著，对季风降水、西风带降水时空分布及亚洲粉尘活动和黄土形成、堆积等都有非常重要的意义。     

东亚夏季风环流的动力统计诊断

本文对东亚夏季风环流作了动力统计诊断,其方法是将高、低层的偏差风场看作一个整体进行复EOF分析。诊断结果表明:偏差风场的第一模态直接与东亚夏季风环流有关,可称为季风模态;第二模态则与PJ波列关系密切,可称为PJ模态;季风模态存在两个平衡态,东亚夏季风也有两个平衡态;季风模态存在强弱的年际变化,其与东亚夏季风强弱的年际变化和菲律宾附近对流的年际变化均具有很好的对应关系;东亚夏季风和季风模态还存在明显的年代际变化。     

大气热源及其中期振荡对季风环流影响的一个数值试验

关于东亚季风的形成机制,一般认为主要是海陆分布的热力差异造成的[1],而海陆热力差异要通过大气本身的热力差异来影响环流。因此,大气热源如何影响季风环流过程,季风环流又是如何响应大气热源振荡的,是季风研究中很重要的问题[2,3]。为了研究大气热源对季风环流的影响,我们设计了一个两维五层原始方程模式[4],用以试验在各种不同大气热源分布和作周期振荡时季风环流的响应。     

孟加拉湾上层环流研究综述

综述了孟加拉湾上层环流研究的主要成果并指出,研究海区环流与季风转换不完全同步。在西南季风期间,南、北海区各有一气旋式环流;在秋季季风过渡期间,出现海湾尺度的气旋式环流;在东北季风期间,气旋式环流减弱北移,南部则为一反气旋式环流控制;春季与秋季的情形相反,整个湾出现一海湾尺度的反气旋式环流。研究海区环流的变异主要受季风、赤道远地作用和浮力通量等复杂外源作用的影响。东印度沿岸流的季节变化与季风转换也不同步,局地风、内部Ekman抽吸、远地沿岸风及赤道远地作用的影响对沿岸流周年变化有重要作用。孟加拉湾上层环流年际变化显著,此年际变化主要受赤道风场的影响。     

南海季风低压的结构演变和涡度收支

季风低压是夏季风系统的主要成员之一,也是季风降水的主要系统,对于季风低压的研究,历来都是南亚季风研究的重要内容。国外对印度季风低压已进行了许多诊断分析和理论研究[1-2],对其活动特点、结尚和形成机制已有较多了解。     

南沙海区西南大风成因及预报着眼点

本文用东亚低纬地区常规观测资料研究了1988年南沙海区夏季风期间西南大风成因及预报着眼点。结果表明,南沙海区西南大风产生的原因有:1)东亚季风环流的准双周振荡;2)南半球澳大利亚冷高压加强造成赤道105～110°E地区的过赤道气流加强,结果启动东亚季风环流并使其加强;3)北半球ITCZ上热带气旋移近南海时,也可启动季风环流并使其加强。预报着眼点主要是准双周振荡的时间、澳大利亚冷高压的强度和位置、北半球ITCZ上热带气旋的强度和路径、对流层高层北支高空东风急流的厚度变化等。     

全新世高海平面以来东海陆架泥质沉积的东亚季风记录

东亚季风作为全球大气环流的重要组成部分,不仅深刻地影响和控制着中国的气候,在全球气候系统中也占有重要的分量,所以对于东亚季风演化历史的研究具有十分重要的意义。而全新世作为地质时代的最新阶段,其气候变化与人类社会、经济发展有着非常密切的联系,因此全新世以来东亚季风的演变历史具有极为重要的研究意义。     

1994年6月东亚季风异常的数值模拟

用MM5区域气候模式对1994年6月东亚季风进行了数值模拟。模式模拟的月平均环流和降水与实况相接近。1994年6月东亚季风活动十分异常,中国东南部的西南季风、西太平洋副热带高压、南亚高压都出现了两次突变性的北跳,对此模式均做出了较好的模拟     

1994年6月东亚季风异常的数值模拟

用ＭＭ５区域气候模式对１９９４年６月东亚季风进行了数值模拟。模式模拟的月平均环流和降水与实况相接近。１９９４年６月东亚季风活动十分异常,中国东南部的西南季风,西太平洋副热带高压,南亚高压出现了两次突变性的北跳,对此模式均做出阵产好的模拟。     

川西高原甘孜黄土与印度季风演化关系

川西高原甘孜黄土地层的磁化率、土壤颜色、碳酸盐含量综合分析表明，早在1.15Ma前，印度季风就已影响本地区，并且印度季风与同期影响黄土高原的东亚夏季风相比，似有共同的盛衰变化，尤其是0．5Ma前更为相似，说明印度季风与东亚季风有共同的驱动机制；但0．5Ma以后，印度季风对本地区的影响呈逐步衰减之势，这可能与青藏高原又隆升到一个新的临界高度有关，从而阻挡了印度季风的水汽输入。另外，黄土高原揭示的L9、L15极端冷干事件，甘孜黄土反映较弱。而黄土高原反映的L6冷干事件，甘孜黄土表现的却是极端冷湿事件，青藏高原东北部若尔盖湖心记录也有同样反映。     

孟加拉湾上层地转环流周年变化的遥感研究

应用1993～2003年TOPEX/Poseidon卫星测高数据结合历史水文资料,反演了孟加拉湾海面动力地形的平均周年变化,探讨了孟加拉湾上层环流季节特征和演变规律.结果显示,虽然孟加拉湾的大气环流受季风支配年周期波动显著,但表层环流形态的周年演变却呈3个不同的阶段.1～4月间(东北季风后期)湾内受一个海盆尺度的强大反气旋式环流的支配,湾口为西向流;5月西南季风骤起,印度季风漂流越过印度半岛南端出现在湾口,湾内反气旋环流弱化,在其南北两侧各出现一气旋式涡,构成5～9月间南北相间的三涡结构;10月东北季风再起,湾口漂流再次转向,10～12月间湾内则为海盆尺度的弱气旋式环流.受上述环流格局影响,位于西边界的印度沿岸流亦呈相应的3个阶段变化.分析表明,孟加拉湾风应力旋度的变化是造成湾内环流3个阶段演变的主要原因.本地风场和来自赤道海域的外强迫的共同驱动形成了孟加拉湾环流周年演变的独特规律.     

热带东印度洋表层环流季节变化特征研究

利用近20年的卫星遥感海面绝对动力高度(Absolute Dynamic Topography,ADT)数据、表层流数据及Argos表面漂流浮标数据等研究了热带东印度洋表层环流的季节变化特征。分析结果显示,热带东印度洋表层环流的变化与季风演替基本同步,赤道以北海域环流季节变化特征甚为显著。与此大尺度环流年循环同步,孟加拉湾湾口环流也相应变化:湾口东部在5~9月为南向流,一直延伸至苏门答腊岛外海,其他月份,从湾口东部至整个苏门答腊岛外海(4°S以北)为北向流;湾口西部经向流的变化大体与东部相反。Argos漂流浮标轨迹进一步揭示了湾内外各季节水交换路径:西南季风期,源自阿拉伯海及印度半岛南部海域的漂流浮标主要通过西南季风漂流由湾口西侧进入湾内,湾内的漂流浮标通过湾口东侧沿着苏门答腊岛进入赤道印度洋;东北季风期,漂流浮标进出湾口的途径大体与西南季风期相反。本研究还表明,季风海流及赤道急流的纬向流速季节变化最大,而经向流速的季节方差最大的则为东印度沿岸流及拉克沙群岛高压(拉克沙群岛低压)。     

1979年夏季热带季风环流中期振动的初步分析

亚洲季风环流是亚洲中低纬地区大气环流的一个重要组成部分.特别是夏季,广大低纬地区,从阿拉伯海向东,经孟加拉湾、南海,直到西太平洋,以至我国和日本的南部,都可受到热带季风环流系统的直接影响.季风活动与周围的大气环流系统以及海洋物理特性的变化有着密切的联系,对我国天气气候有重要影响.     

东亚季风在东中国海海面高度变化中的作用

应用长时间序列的CORA、COADS、CORE和SODA等高分辨率的海洋和大气再分析资料及区域海洋模式(ROMS),重点研究了中国东海及其邻近海域(简称东中国海)海面高度对1976/1977年前后东亚季风年代际跃变(减弱)的响应.结果表明,1976/1977年前后东亚季风跃变后,东中国海的海洋环流对此有明显的响应,并引起海面高度的明显变化.其中,夏季,中国黄海出现2个反气旋距平环流,东海包括济洲岛附近海域出现3个气旋性距平环流,并通过黄海暖流分支的增强,南黄海和东海沿岸及离岸流的减弱,使水体倾向于向黄海和长江口沿岸输运,这容易使得黄海和长江口沿岸海面高度上升;冬季,中国黄海南部和长江口北侧分别出现反气旋距平环流,东海东北部及济州岛附近海域出现1个气旋性距平环流,进而通过黄海沿岸流的减弱和台湾暖流的增强使水体主要向黄海、渤海输运,从而有利于相应海域海面高度偏高.由此可见,东亚季风的变异可引起东中国海海洋环流系统的异常,进而在东中国海海面高度的变化中起着重要的作用.     

本溪王家崴洞10500～5000aBP石笋记录及区域气候意义

基于典型东亚季风区辽宁省本溪市2支石笋样品(W6与W4),通过9个230 Th年龄和386个氧同位素数据,重建了10 500～5 000aBP期间平均分辨率为12～34a的氧同位素时间变化序列。研究时段石笋δ18 O相对振幅为2.0‰,在平均值约-8.5‰上下波动,指示了早全新世东亚季风强度的长期趋势变化和百年尺度振荡信息。相同时段本溪王家崴洞、湖北三宝洞、贵州董哥洞石笋δ18 O记录对比结果表明,全新世石笋δ18 O长期增加趋势类似于北半球太阳辐射能量变化曲线,但东北地区石笋δ18 O大约在10 500a已达到最大值,早于长江流域以南地区约1 000a,这可能表明全新世亚洲季风降水并不同步变化,可能与热带、亚热带季风系统差异响应于区域大气环流有关。功率谱分析W6石笋δ18 O时间序列发现其存在显著的225和91a的周期,与树轮Δ14 C周期(208和88a)基本一致,揭示了中全新世百年尺度东亚季风变化可能主要响应于太阳活动。     

1982年低空越赤道气流通道与台风发生的初步分析

近年来,在热带大气环流和天气系统的研究中,人们愈来愈注意到两个半球之间的环流相互作用的重要性.研究表明,夏季西南季风主要来自南半球,而且来自南半球的越赤道气流有它相对集中的通道.由于不同作者使用的资料以及研究方法和范围的不同,从印度向东直到中太平洋,低空越赤道气流通道的经度位置和支数,看法还很不一致,从两支到多支[1-8].     

印度洋海表温度的变化及其对印度夏季季风降水影响的诊断研究

对印度洋海表温度(SST)的主要特征及变化趋势进行分析,并研究了其与印度夏季季风降水(ISMR)和季风环流的关系,揭示出:从北印度洋到南半球中高纬度印度洋,SST最显著的变化模态是全海盆一致的变化,近50 a来总体趋势是上升的,在1976,1986年以及1996年间分别有一次跳跃性增温,与太平洋SST变化趋势基本一致.除了长期变化趋势外,南印度洋中高纬度比热带地区有更显著的模态分布.在印度洋SST升温的背景下,ISMR具有逐渐减少的趋势,但两者相关较弱.印度洋SST发生跳跃后的不同阶段,许多海区SST与ISMR相关均发生变化,但在春季,热带外南印度洋具有一对相对稳定区,其分布与EOF分析的第2模态相似.根据它们的分布,文中定义了春季南半球偶极子(SIOD),在正SIOD(PSIOD)情况下印度降水偏多,而负SIOD(NSIOD)则反之.环流分析表明,PSIOD(NSIOD)通过与大气的相互作用,对夏季马斯克林高压具有增强(减弱)作用,进而使得索马里越赤道气流增强(减弱),在印度地区低空产生异常的辐合(辐散),高层辐散(辐合),从而影响印度季风环流,使得印度季风降水偏多(少).     

南海季风低压的活动和结构特征

季风低压通常是指发生在印度季风槽中的南亚季风扰动系统,习惯上称印度季风低压或孟加拉湾季风低压。近年来发现,在夏季风时期,南海地区也有这类季风低压活动,它们对我国华南天气有重要影响,而且是南海台风的重要初始扰动之一。