江淮梅雨期降水异常分布型及其与东亚副热带高空西风急流的关系

利用1980—2010年的NCEP/NCAR再分析资料与江淮地区44个站逐日降水资料,分析了江淮地区1980—2010年梅雨期(6月16日—7月15日)降水的基本空间分布型及其与东亚副热带西风急流的关系。结果表明,江淮梅雨降水的第一分布型为"南正(负)北负(正)",该型受副热带高空西风急流位置的影响,急流位置偏南(北),则雨带位于江淮南(北)部地区;第二分布型为"中间负(正),两边正(负)",该型受副热带高空西风急流强度的影响,急流强度异常偏弱(强),则雨带位于江淮地区西北、东南部(中部)。合成分析表明,高空急流位置异常偏南时,500 h Pa副高偏弱、偏南,850 h Pa江淮南部地区为水汽、风场辐合区,高低空配置有利于降水呈"南正北负"的分布型。高空急流强度异常偏弱时,从我国江淮中东部地区至日本南部,500 h Pa上无明显垂直运动,850 h Pa上有水汽和风场的辐散区,高低空配置有利于降水呈"中间负,两边正"的分布型。     

7月东亚高空西风急流变化对我国雨带的影响

分析了7月东亚高空西风急流北跳和急流中心西移时我国雨带的变化特征,发现急流北跳与长江中下游梅雨结束有很好的对应关系;急流中心西移则与长江中下游梅雨结束无对应关系,但急流中心西移相对于急流北跳发生的早晚对雨带北移过程有重要影响:在急流中心西移晚于急流北跳发生年份,雨带北移依次为长江中下游地区—淮河流域—黄淮地区逐渐北推,其他年份雨带则从长江流域直接北跳至黄淮地区。进一步分析表明:(1)急流北跳和急流中心西移引起中纬度大气环流发生显著变化,从而引起西太平洋水汽输送发生显著变化,孟加拉湾水汽输送无变化。(2)急流北跳和急流中心西移时大气环流调整不同,导致来自西太平洋的水汽输送变化不同,进而对雨带北移产生不同的影响。急流中心西移相对于急流北跳发生时间早晚不同,大气环流调整过程和水汽输送调整过程也不同,使得雨带北推进程不同。     

东亚夏季风活动与东亚高空西风急流位置北跳关系的研究

利用美国NCEP/NCAR再分析资料(1980～1999年)探讨了东亚夏季风活动的两个重要事件,即南海夏季风爆发和江淮流域梅雨起始,与东亚高空西风急流位置北跳的关系.系统的分析研究表明,东亚高空西风急流在由冬向夏的转变过程中一般存在着两次向北突跳现象,并与东亚夏季风活动有密切关系.第一次东亚高空急流的北跳(由25～28°N跳到30°N以北)平均发生在5月8日左右,比南海夏季风爆发日期(平均为5月15日)早7天左右;高空急流位置的北跳是中高纬度大气环流系统减弱北退的表现,它为热带环流和系统的向北推进提供了条件,从而有利于南海夏季风的爆发.第二次东亚高空急流的北跳(由32°N左右北跳到35°N以北)平均发生在6月7日左右,先于江淮流域梅雨起始时间(平均在6月18日左右)10天左右,它是梅雨起始的前期征兆.高空西风急流的两次北跳分别与亚洲大陆南部地区对流层中上层(500～200 hPa)经向温度梯度的两次逆转(反向)有关,在由冬到夏的季节转换中,由于大陆加热较快,导致对流层中上层大气在5～25°N间的经向温度梯度发生反向(逆转),通过地转适应使流场向气压场(温度场)调整,从而高空急流位置北跳.数据分析还发现,东亚高空急流位置的第一次北跳有时也受到南半球副热带高空急流位置北移和加强的影响.     

夏季亚洲副热带西风急流气候特征

利用1958～2003年NCEP/NCAR月平均再分析资料以及中国160站月降水资料,较全面、细致地分析了夏季亚洲西风急流气候特征.结果表明,亚洲急流存在其南北位置、强度和沿急流Rossby波活动的变化,定义的西风急流扰动指数能较好地综合反映急流的这3种变化.沿西亚急流和东亚急流的Rossby波活动具有不同的年际和年代际变化,并受不同波列活动的影响.西亚急流Rossby波活动(WAJRA)受北大西洋涛动影响,而东亚急流Rossby波活动(EAJRA)与南极涛动有联系.西亚急流Rossby波活动影响新疆夏季降水,东亚急流Rossby波活动影响100°E以东地区降水.     

东亚副热带西风急流的变化特征

利用1979-2013年NCEP/NCAR再分析资料研究了东亚副热带西风急流的变化特征。结果表明:东亚副热带西风急流中心位置、强度有明显的季节变化,冬季偏东偏南、强度最强,夏季偏北偏西、强度最弱。冬半年东亚副热带西风急流南界、北界年际变化的幅度大,夏半年幅度较小。冬季、春季东亚副热带西风急流范围较大,秋季、夏季小,一年内,偏大年或偏小年的出现不具有季节的连续性。     

夏季东亚副热带西风急流不同尺度波的特征分析

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和中国国家气象站20时的日降水量资料,分析在超长波、长波和天气尺度波的不同尺度纬向风场中,夏季东亚副热带西风急流的空间分布和活动特征,初步研究了不同尺度波的东亚副热带西风急流与典型梅雨异常年降水的关系,通过分析东亚副热带急流的周期性变化,进一步探讨本研究工作的实际应用价值。研究表明,超长波是东亚副热带西风急流扰动的主要成分,与急流位置的演变具有较高的一致性,对于梅雨期间的雨带位置和强度变化均有较好的指示意义;长波、天气尺度波是叠加在超长波上的次低频和中间尺度扰动,后者与梅雨强度的变化有一定对应关系。东亚副热带西风急流与其超长波的位置变化具有明显的单、双周振荡特征,在实际预报业务中可以充分利用超长波的周期性和较高预报技巧,为中期天气分析和预报提供更有价值的参考信息。      

夏季东亚西风急流Rossby波扰动异常与中国降水

利用1958～2003年NCAR/NCEP再分析和中国160 站月降水资料,探讨沿东亚西风急流Rossby波扰动动能异常对东亚夏季风环流和中国夏季（6～8月）降水的影响及其响应机理。研究发现:（1）夏季东亚西风急流Rossby波扰动动能加强（减弱), 东亚西风急流位置偏南（北)、强度偏强（弱）。（2）该扰动动能具有显著的年际和年代际变化特征, 1958～1978年处于年代际偏弱阶段,1979～1998年处于年代际偏强阶段。（3）该扰动动能加强（减弱), 200 hPa 辐合区位于30?N以南（以北）西太平洋地区,此时,500 hPa 西太平洋副热带高压位于30?N以南（以北), 850 hPa 反气旋性距平环流出现在东亚30?N以南（以北）地区,而30?N以北（以南）为气旋性距平环流,东亚热带季风环流加强（减弱), 梅雨锋加强（减弱), 夏季中国东部降水中间多、南北少（中间少、南北多）。（4）东亚高、中、低层大气环流对高层东亚西风急流Rossby波扰动动能强弱响应由对流层上层散度场及垂直速度场变化完成。     

对流层上层副热带西风急流与东亚冬季风的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,研究冬季对流层上层西风急流的时空变化特征,提出表征急流强度和位置变化的指数,进而探讨西风急流与东亚冬季风的关系。结果表明:冬季西风急流强度指数体现了西太平洋与高纬大陆的热力对比,较好地反映了西伯利亚高压与阿留申低压的强度变化,可作为表征冬季风强弱变化的一个定量指标,急流增强(减弱)对应西伯利亚冷高压和阿留申低压加强(减弱),东亚冬季风偏强(弱)。急流强度指数与不同高度冬季风子系统的显著相关表明,东亚冬季风活动异常不只是对流层中低层的现象,而在整个对流层都有明显反映,低层的西伯利亚高压和阿留申低压、中层的欧亚脊、东亚大槽及西太平洋副热带高压与高层的西风急流是同相变化的。在此基础上还比较了急流强度指数和北极涛动指数(AO)与东亚冬季风的关系,急流强度变化体现了欧亚大陆与西太平洋的热力差异,而AO则主要反映极地与中纬度环状模的反相变化,所以急流强度变化与东亚冬季风的关系更为密切。     

高空西风急流和低空南风急流中的冷锋环流

文中利用原始方程模式研究了不同背景风场中的冷锋环流，计算结果显示，对越锋非地转环流和锋区垂直运动起主要作用的是垂直于锋面的背景风场，沿锋的背景风场也有影响，但比前者小得多，后者产生的越锋非地转环流和上升速度也比前者弱得多；具有强垂直切变的西风急流更有利于在锋区产生强的越锋环流和大的上升速度；此外，越锋非地转环流还与Richardson数的小值区相联系。     

大气环流模式IAP AGCM4.0对东亚高空副热带西风急流的模拟及偏差原因分析

基于中国科学院大气物理所大气环流模式IAP AGCM4.0总共30年(1979~2008年)的AMIP(大气环流模式比较计划)数值模拟试验结果,评估了模式对东亚高空副热带西风急流的模拟能力,分析了模式模拟偏差的可能原因,以及不同对流参数化方案对模拟结果的影响。结果表明,IAP AGCM4.0可以较好地模拟出东亚高空副热带西风急流冬季和夏季的空间结构及其季节变化特征;与JRA-25再分析资料相比,模式模拟的急流强度总体偏弱;就急流位置而言,模式模拟的急流位置冬季略偏南,夏季则相对偏北;模式可以较好地模拟出夏季西风急流的季节内演变特征,包括夏季西风急流位置逐月北跳的特征,只是模式模拟的逐月西风急流位置仍偏北。夏季200 h Pa纬向风EOF分解结果表明,模式模拟和再分析资料的EOF第一模态空间型态较为接近,均反映了西风急流的年际变化特征,但两者的时间系数相关较小,表明模式对西风急流南北位置年际变化的模拟偏差较大。针对模式模拟的地表感热通量及对流层中上层经向温度差(MTD)的分析结果表明,模式对阿拉伯半岛东南部、阿拉伯海西北部及印度北部的地表感热通量的模拟存在偏差,影响到对流层中高层温度场、高度场的模拟,使得IAP AGCM4.0模拟的MTD强度较再分析资料相对偏弱,MTD变化最大的区域位置相对偏北,且模式模拟的MTD年际变化与再分析资料相比也有较大偏差,从而造成模式对西风急流模拟的偏差。此外,不同积云对流参数化方案也可影响对流层中上层经向温度差的模拟,进而影响模式对东亚高空副热带西风急流的模拟。     

Predictability of the summer East Asian upper-tropospheric westerly jet in ENSEMBLES multi-model forecasts

The interannual variation of the East Asian upper-tropospheric westerly jet(EAJ) significantly affects East Asian climate in summer. Identifying its performance in model prediction may provide us another viewpoint,from the perspective of uppertropospheric circulation,to understand the predictability of summer climate anomalies in East Asia. This study presents a comprehensive assessment of year-to-year variability of the EAJ based on retrospective seasonal forecasts,initiated from1 May,in the five state-of-the-art coupled models from ENSEMBLES during 1960–2005. It is found that the coupled models show certain capability in describing the interannual meridional displacement of the EAJ,which reflects the models' performance in the first leading empirical orthogonal function(EOF) mode. This capability is mainly shown over the region south of the EAJ axis. Additionally,the models generally capture well the main features of atmospheric circulation and SST anomalies related to the interannual meridional displacement of the EAJ. Further analysis suggests that the predicted warm SST anomalies in the concurrent summer over the tropical eastern Pacific and northern Indian Ocean are the two main sources of the potential prediction skill of the southward shift of the EAJ. In contrast,the models are powerless in describing the variation over the region north of the EAJ axis,associated with the meridional displacement,and interannual intensity change of the EAJ,the second leading EOF mode,meaning it still remains a challenge to better predict the EAJ and,subsequently,summer climate in East Asia,using current coupled models.     

夏季东亚副热带西风急流的季节内变化及其与我国东部降水的关系

利用ERA-interim再分析资料和中国降水观测数据,分析了夏季东亚副热带西风急流的季节内变化以及对我国降水的可能影响,结果表明:亚洲地区夏季200 hPa纬向风在空间上主要表现为南北振荡和东西振荡特征,在时间上具有10～40 d的周期;在低频尺度(10～40 d)上,纬向风异常由西北先向东传播,到达东亚地区后再向南传播;伴随低频纬向风季节内演变,高原以北的急流中心向东和东南移动,急流轴也呈现南北振荡的特征;降水异常对200 hPa风场低频振荡有显著响应,在东亚地区,低频纬向风与低频降水南移,降水在黄淮地区出现,并逐渐移至长江及其以南地区;急流附近的低频西(东)风异常在其南侧形成负(正)切变涡度,对应我国东部地区位势高度的升高(降低),使得南亚高压东伸(西退),从而使我国东部雨带的位置发生显著变化。     

Simulations of the East Asian subtropical westerly jet by LASG/IAP AGCMs

Performances of two LASG/IAP(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sci- ences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics)Atmospheric General Circulation Models(AGCMs),namely GAMIL and SAMIL,in simulating the major characteristics of the East Asian subtropical westerly jet(EASWJ)in the upper troposphere are examined in this paper.The mean vertical and horizontal structures and the correspondence of the EASWJ location to the meridional temperature gradient in the upper troposphere are well simulated by two models.However,both models underestimate the EASWJ intensity in winter and summer,and are unable to simulate the bimodal distribution of the ma- jor EASWJ centers in mid-summer,relative to the observation,especially for the SAMIL model.The biases in the simulated EASWJ intensity are found to be associated with the biases of the meridional temperature gradients in the troposphere,and furthermore with the surface sensible heat flux and condensation latent heating.The models capture the major characteristics of the seasonal evolution of the diabatic heating rate averaged between 30°-45°N,and its association with the westerly jet.However,the simulated maximum diabatic heating rate in summer is located westward in comparison with the observed position,with a rela- tively strong diabatic heating intensity,especially in GAMIL.The biases in simulating the diabatic heating fields lead to the biases in simulating the temperature distribution in the upper troposphere,which may further affect the EASWJ simulations.Therefore,it is necessary to improve the simulation of the meridional temperature gradient as well as the diabatic heating field in the troposphere for the improvement of the EASWJ simulation by GAMIL and SAMIL models.     

Projection of the East Asian westerly jet under six global warming targets

东亚高空急流(简称急流)对夏季东亚地区的天气和气候有着重要影响。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,预估了急流在6个全球变暖阈值(1.5℃,2.0℃,2.5℃,3.0℃,3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。结果表明东亚高空西风在1.5℃阈值下略微减弱。在2.0℃阈值下,西风在急流轴(约40°N)南侧增强,北侧减弱。这种变化趋势在2.5℃和更高的变暖阈值下愈加明显,使急流轴逐渐向南移动,但急流强度变化不大。研究表明,在急流的入口和出口区,对流层中上层大气升温速度相对较慢,导致在急流轴南(北)侧出现向南(北)的负(正)经向温度梯度,使西风在南(北)侧增强(减弱).     

东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候异常的联系

利用1979—2010年逐月CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料集,通过定义夏季东亚急流位置指数,采用统计和动力诊断方法研究了东亚上空急流位置经向变化及其与东亚夏季气候的联系。所定义的东亚急流位置指数较好地反映了东亚上空急流位置的经向移动。结果表明:东亚上空急流经向位置的移动存在显著的年际变化,其主要周期为2~3 a和8 a。当夏季东亚急流位置偏北(南)时,从低纬到高纬,东亚地区降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多(偏少—偏多—偏少)的经向分布;相应地,气温则在副热带西太平洋地区偏低(高),我国华东、华北及日本地区气温偏高(低),西伯利亚东部较高纬地区气温偏低(高)。东亚上空急流经向位置异常年,异常环流随高度呈略有西倾的准正压结构。东亚上空急流经向位置的偏北(南)与由西太平洋—南海热带地区非绝热加热相关的经圈环流异常有关,亦与中纬度波扰能量东传有关,并由此可部分解释我国长江中下游至日本地区的气温异常偏高(低)。     

The response of the East Asian summer monsoon to strong tropical volcanic eruptions

A 600-year integration performed with the Bergen Climate Model and National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data were used to investigate the impact of strong tropical volcanic eruptions on the East Asian summer monsoon （EASM） and EASM rainfall.Both the simulation and NCEP/NCAR reanalysis data show a weakening of the EASM in strong eruption years.The model simulation suggests that North and South China experience droughts and the Yangtze-Huaihe River Valley experiences floods during eruption years.In response to strong tropical volcanic eruptions,the meridional air temperature gradient in the upper troposphere is enhanced,which leads to a southward shift and an increase of the East Asian subtropical westerly jet stream （EASWJ）.At the same time,the land-sea thermal contrast between the Asian land mass and Northwest Pacific Ocean is weakened.The southward shift and increase of the EASWJ and reduction of the land-sea thermal contrast all contribute to a weakening of the EASM and EASM rainfall anomaly.     

冬季东亚副热带西风急流变化及其与海表温度的关系

利用1957-2002年ERA-40月平均再分析资料以及不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋和热带太平洋等)1950-2000年逐月观测海表温度,驱动NCARCAM3全球大气环流模式,根据模拟结果,分析讨论了冬季东亚副热带西风急流的变化特征及其与海表温度异常的关系.表明:1957-2001年冬季东亚副热带西风急流有增强的趋势,且具有准3 a的显著周期.热带海表温度异常,特别是热带太平洋海表温度异常对东亚副热带西风急流变化有重要影响,即当热带太平洋海表温度升高时,东亚副热带西风急流增强.     

高空西风急流东西向形态变化对梅雨期降水空间分布的影响

利用40年的NCEP/NCAR再分析候平均资料和同期长江中下游地区逐日降水资料,使用合成方法分析了梅雨期东亚副热带高空西风急流的东西位置和形态变化特征,探讨了高空西风急流对梅雨期降水空间分布的影响。分析结果表明,梅雨期东亚大陆上空西风急流强度减弱且持续维持、西太平洋上空西风急流核分裂减弱直至出梅后消失,这是梅雨期200 hPa东亚高空西风急流东西向位置变化的主要特征。梅雨期,200 hPa副热带西风急流中心呈现东西向位置变化和海陆分布形态差异,西风急流中心东西向位置变化对梅雨起讫有着较好的指示意义。梅雨期东亚副热带高空西风急流东西形态分布差异不仅影响到长江中下游地区降水空间集中区的位置而且还影响到降水中心强度。进一步分析表明,当东亚西风急流主体位于西太平洋上空时,在长江下游地区形成高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动加上充足的水汽条件供应,有利于在长江下游形成集中的强降水区域。当高空西风急流位于东亚大陆上空时,在长江中下游地区高低空急流无耦合形势存在,长江中下游地区也没有强的集中降水区域。因此,东亚副热带高空西风急流东西向形态变化对长江中下游地区的高低空环流结构、地面集中降水区域的空间分布具有重要的影响。