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。     

夏季南亚季风系统中期变动过程中的200hPa辐散环流

本文用合成资料讨论了夏季南亚季风系统中期变动过程中200hPa辐散环流的变化,揭示了一些有意义的新事实:(1)南亚季风区到太平洋信风区存在两个主要的辐散中心,它们分别位于菲律宾以东海面和西太平洋的加罗林群岛.前者存在明显的东西振荡过程,它和南亚季风环流的中期变动有密切的联系,后者位置稳定少变,但强度变化明显.(2)对澳大利亚高压起着主要作用的是源自加罗林群岛辐散中心的南支辐散气流,而不是源自南海的辐散流;在源自上述两个辐散中心的南支辐散气流的共同作用下,在澳大利亚以西海面上还维持一个独立的辐合下沉实体,其强弱变化有明显的准双周振荡过程.(3)在黄淮地区存在一个与东亚大陆季风雨带相对应的次级辐散中心,其向南的辐散气流与源自南海到西太平洋向北的辐散气流在东亚大陆的副热带地区汇合下沉,引导西太平洋副高伸入大陆;一旦这一次级中心消失,副高随即退出大陆.(4)当菲律宾以东海面的辐散中心移到中南半岛,则与加罗林群岛辐散中心之间的辐散气流在南海地区辐合下沉,这时该地区赤道反气旋活跃,表明其动力性质明显.     

利用经验正交函数分析东南亚夏季季风期气压场云场中期变化特征

本文利用经验正交函数分析了1981、1982年夏季,30°N—30°S、70°—150°E范围内气压场、云场中期变化特征。结果指出,东南亚夏季季风期内,气压场存在6—9天、2周、4—6周三种主要中期振荡。与此对应,地面气压场表现为三种典型的特征向量场分布形势,其中第一特征向量场代表季风环流形成,维持基本气压配置形势;第二、第三特征向量则是叠加在基本场上的扰动气压场,这是导致季风爆发、中断的气压场配置形势。上述三种类型可以反应出原场的60%以上的总信息量。云场分析表明,季风期内云量场也存在三种主要形式,其一为东北—西南部云量变化符号相反;其二为东、西部之间及南、北部之间云量的相反变化趋势,这些变化特征是季风强,弱及在东西或南北之间进退的反应。天气分析证实,上述变化往往从南部开始。因此,这一结果对我国夏季热带天气预报及降水中期预报有参考意义。     

夏季南亚季风系统中期变动过程中的200hPa辐散环流

本文用合成资料讨论了夏季南亚季风系统中期变动过程中200hPa辐散环流的变化,揭示了一些有意义的新事实:(1)南亚季风区到太平洋信风区存在两个主要的辐散中心,它们分别位于菲律宾以东海面和西太平洋的加罗林群岛。前者存在明显的东西振荡过程,它和南亚季风环流的中期变动有密切的联系,后者位置稳定少变,但强度变化明显。(2)对澳大利亚高压起着主要作用的是源自加罗林群岛辐散中心的南支辐散气流,而不是源自南海的辐散流;在源自上述两个辐散中心的南支辐散气流的共同作用下,在澳大利亚以西海面上还维持一个独立的辐合下沉实体,其强弱变化有明显的准双周振荡过程。(3)在黄淮地区存在一个与东亚大陆季风雨带相对应的次级辐散中心,其向南的辐散气流与源自南海到西太平洋向北的辐散气流在东亚大陆的副热带地区汇合下沉,引导西太平洋副高伸入大陆;一旦这一次级中心消失,副高随即退出大陆。(4)当菲律宾以东海面的辐散中心移到中南半岛,则与加罗林群岛辐散中心之间的辐散气流在南海地区辐合下沉,这时该地区赤道反气旋活跃,表明其动力性质明显。     

亚洲夏季风季节与季节内平均水汽输送的分析

本文运用欧洲中期预报中心的1980～1986年5～9月的850hPa上的u、v、r、T逐日资料,对比分析了亚洲夏季风活动区季节平均、准40天振荡、准双周振荡和准一周振荡在水汽输送中的基本特征.季节平均的水汽输送对亚洲季风区的水汽通量起决定作用,表明了亚洲季风系统的整体性.热带准40天振荡、准双周振荡和准一周振荡的水汽输送在亚洲夏季风时期具有同等的重要性,表现形式上存在着差异,在南亚季风系统和东亚季风系统中表现出显着的相对独立性.季风内振荡的水汽输送在赤道上表现很微弱,南北半球的相互影响小.     

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。     

东亚季风环流系统的结构及其中期变动

本文从平均结构和夏季风的中期变动,讨论了东亚季风系统的主要成员,它们的相互作用,发现东亚季风环流无论从结构上还是其主要活动成员上均可能与印度季风环流系统不同且相互独立,还发现东亚季风系统与印度季风系统大致以东经100°为界。     

西南季风不同阶段南海北部珠江口外断面水文调查分析

根据2000年7月及2001年5月南海北部珠江口外断面CTD调查资料、同期气象资料,并结合该海域历史资料,对调查断面珠江冲淡水扩展范围、跃层变动情况及上升流特征进行了分析,观察到对应于夏季西南季风的不同阶段,调查断面跃层分布与珠江冲淡水影响范围均发生明显变动,升降流的影响也呈现出不同特征：(1)西南季风较强时,断面陆架区上表层受冲淡水影响明显,海区的层化结构明显加强;(2)西南季风较强时．调查断面出现上升流和下降流。研究结果表明：(1)局地风应力与热通量的变化控制了调查断面跃层或混合层的温度和深度的变化,影响着珠江冲淡水的扩展范围,西南季风较强时珠江冲淡水扩展范围变大,调查断面跃层或混合层强度变大,深度变深;(2)夏季西南季风强时调查断面存在上升流,其形成机制为风产生的离岸水体Ekman输运的补偿效应,底地形的变化虽然也造成较弱的外海次表层水涌升,但可能只是加强了上升的速度或强度;(3)夏季西南季风强时调查断面上存在上升流区与下降流区毗邻的现象,下降流成因可能有二,一为近岸流和陆坡流呈相反方向运动形成弱的反气旋涡,二为“上升与下降因相互水体补充的需要而共生”。     

琼州海峡余流场季节性变化特征

本文通过利用多年的琼州海峡海流实测资料,研究了琼州海峡潮余流场的季节性变化特征。结果表明该水域全年余流方向总趋势是由东向西的,这和以往研究结论不同:许多研究者认为,夏季受西南季风影响,水体输运方向是由北部湾指向南海的。本文还对其夏季水体输运机制进行了分析。     

渤、黄、东海海表面温度年际变化特征分析

将渤、黄、东海海表面温度作为一个整体场,研究其年际变化特征,并进一步探讨其与东亚季风场年际变化特征的关系.利用美国NOAA极轨卫星中的高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)反演的海表面温度资料,采用EOF方法分冬夏两季对渤、黄、东海SST的年际变化做了初步分析,发现渤、黄、东海SST存在显著的年际变化周期,冬季存在5 a的显著变化周期,夏季存在4 a的显著变化周期,并研究了东亚季风场的年际变化对SST变化产生的影响.发现冬季日Nin0年东亚寒潮活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏高;夏季El Nino.年东亚夏季风活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏低,但是趋势不如冬季明显.     

基于改进的BOX模型的长江口及邻近水域水通量及水体交换特性*

提要 本研究成功将水动力模型ROMS(the regional oceanic modeling system model)与箱式模型结合,详细阐述了长江口及邻近水域四个季节的水通量特征及水体交换特性,为其物质通量研究提供准确的水量基础。研究发现,总的水通量整体受季风控制,季风的重要作用在于使得水体在南北方向上交替输送,而台湾暖流对春夏季底层水体南向输运具有重要作用;直接进入123.5°E以东外海区域的水通量很少,而是先从南边界流出研究区域,然后通过海洋环流系统进入外海。长江径流是影响水体更新的重要因素,但在强烈季风下,水体更新主要依赖于季风方向的水平水通量,主要是同层水体而不是表底层水体之间的交换。所以不能简单的以水体更新时间长短作为强烈季风区底层缺氧高发与否的标准。因此,虽然水体更新时间较长的区域与缺氧区基本一致,本研究认为该区域底层水体缺氧的本质原因是跃层阻隔了表底层水体之间的交换。     

盛冰期数十年尺度东亚季风变化的洞穴石笋记录

据湖北青天洞和南京葫芦洞石笋9个230Th年龄和430个δ18O测试数据,建立了18.4～14.4 kaBP平均分辨率7～8 a的东亚季风时间序列.在共同生长时段(17.5～16和18.4～17.5 kaBP),两个洞穴石笋给出了数十年尺度几乎完全一致的δ18O信号,证明了石笋δ18O记录可靠地反映了大尺度区域性季风环流及其水气同位素分馏变化.17.7和16.1 kaBP左右,石笋δ18O值明显正偏,振幅达2‰,指示两次显著的弱夏季风事件,与北大西洋冰漂碎屑事件H1b和H1a同步发生,可视为东亚季风气候系统对北大西洋H1事件的一种响应,18.3～17.7 kaBP期间,东亚季风区存在强季风降水事件,平均强度相当于Bφlling暖期的1/2,最湿润时甚至接近于Bφlling暖期降水强度,可能与北大西洋经向翻转环流的强度变化有关,这一强降水事件内部干湿旋回变化周期与Gleissberg太阳活动周期极为吻合.     

黄土高原西部9～3.8 kaBP的湿润气候

野外调查表明,沼泽-湿地相地层在黄土高原西部广泛分布,测年结果表明该地层形成于9～3.8 kaBP.该地层有机质含量很高,指示区域普遍湿润;粒度记录表明9～3.8 kaBP 冬季风较弱.孢粉记录表明,9～3.8 kaBP 黄土高原西部植被繁茂,孢粉组成中乔灌木成分的含量最高可达80%以上.水生-湿生类型的蜗牛在9～3.8 kaBP大量出现, 其总体积约占该时段地层体积的25%,也指示区域普遍湿润;3.8 kaBP以后气候总体趋向干旱.可能的机制是(1)65°N 的太阳辐射在9～8 kaBP达到峰值,巨大的海陆热力差异使季风迅速强盛;(2)在6 kaBP前后北半球夏季辐射增强,加强了东亚季风的水汽输送;(3)全新世中期良好的植被的正反馈加强了夏季风;(4)长尺度的厄尔尼诺活动在全新世中期较弱,对东亚季风有加强作用.     

东南季风与我国东部的降水

南亚-东亚是世界著名的季风气候区。我国东部地区不仅受到西南季风的影响,还受到东南季风的影响,这两支来自海洋上的季风气流,将海上异常潮湿的空气源源不断地向大陆输送。因此这两支季风活动与我国东部的降水关系甚为密切。近年来,人们对西南季风的研究较多,亦较深入,但对东南季风的研究较少,本文试图探讨东南季风与我国东部降水的关系。首先普查十年历史天气图(1970年—1980年,缺1978年),初步弄清影响我国东部的东南季风始末以及各类东南季风的形势特点和天气,并对1977年7月25日—27日东南季风区物理量作诊断分析,来论证东南季风的结构和对降水的影响。     

夏季亚洲地区热带环流的中期振荡

不少学者对亚洲地区夏季热带大气环流的中期振荡作过研究[1-3]。总的说来,发现了4-5天,14天左右和40-50天三种周期的振荡。     

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。     

越南巴达棱湾沿岸海域周年风和浪的观测分析

基于国内首次在越南巴达棱湾2007年5月—2008年4月的风、浪现场实测资料,对该海区的风和浪的基本特征进行了初步统计分析,得出如下结论:1)海区季风现象明显,冬季(夏季)盛行东北(西南)季风,东北季风强度大于西南季风强度;2)海区波向与风向基本一致,即冬季(夏季)常浪向和强浪向均是E(SSW)向浪;3)海区以风浪为主,波谱表现为多峰结构,主峰多为单峰和双峰结构,东北季风(西南季风)期间,峰值周期对应的波向为E(SSW)向,台风对海域的波谱影响明显。文章结果对认识与我国同纬度的南沙群岛海域的风、浪特点具有一定参考价值。     

夏季季风爆发的数值预报

当低层强的西风开始和印度南部降水开始时,我们通常定为亚洲夏季季风的爆发。在这篇文章的研究中,我们试图从另一个观点去考虑定义夏季季风的爆发。因为根据季风是全球尺度的现象,在季风爆发期间,全球大气环流在某种程废上的变化可以预报出来。例如。我们考察了1979年的情况,发现在200hPa图上沿20°N纬圈上纬向波数为1时的动能的加强与夏季风的爆发是同时的。我们使用ECMWF和我们自己的1979～1985年间分析的热带风资料研究了全球夏季风爆发的七种情况。在夏季风爆发的阶段,在200hPa上,南亚上空的偏东风和中太平洋上空的偏西风都增强,这是全球尺度的变化,我们正在针对预报问题进行研究。     

西印度洋环流的最新研究结果

一、索马里流——全球大气研究计划第一期气全球试验与1979年印度洋实验之后的状况 在印度洋实验期间,用船舶和锚泊浮标仪器进行了一个范围广泛的实验,旨在研究索马里流对夏季季风爆发的响应((J·Swallow)的评论,本卷)。该实验相当完整地复盖了春季过渡阶段和夏季季风发展的早期阶段。 尽管印度洋实验观测十分广泛,关于索马里流的许多根本问题,还没有满意的答案,或者试验期间没有新的发现: 1.冬季季风时期的响应,输送和结构.除了在印度洋实验之前在远离赤道区作了若干水文和锚泊测量外,对向南的索马里流尚未进行过系统的测量。特别是对于它在赤道区的结构仍然一无所知。     

北印度洋风浪场特点及最佳航线分析

对1980—1990年的北印度洋气象船舶报资料,按2°×2°网格进行了分析。通过分析研究阐明了北印度洋风、浪、涌的特点及其变化规律。这一海区是世界著名的季风气候区,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致,夏季的西南季风比冬季的东北季风要强盛得多,大浪大涌频率高达80％－90％。该海域与南海属同一类型,但特点正好相反。按照船舶航行对水文气象条件的要求,横穿北印度洋的时间以季风转换月份为最佳,冬季次之,夏季航行则相当危险。