论大气环流的季节划分与季节突变 Ⅲ.气候平均情况

该文第Ⅰ部分定义了大气环流的季节划分和季节突变,第Ⅱ部分按此对个别年份的情况作了具体计算,第Ⅲ部分则利用NCEP/NCAR 1978～1997年气候平均资料做了实际计算,其结果与第Ⅱ部分大体一致,但更鲜明且更有代表性(是气候平均而非个别年份).主要结果有:(1)在对流层中下层,亚洲冬季风环流的建立始于欧亚大陆高纬西风带,夏季风环流的建立始于太平洋副高(副热带季风),以及由于马斯克林高压和澳大利亚冷高等几个大气活动中心的建立或加强(热带季风).(2)各季节的建立始于平流层,之后是对流层低层的极区和热带个别区域,并由上述层及地区分别向上、下层和中纬度地区发展,最终导致整个半球季节环流场的建立.(3)季节突变最强在平流层,分别位于两半球的热带到副热带以及高纬到极地,其中从冬到夏的突变明显强于从夏到冬的突变,而对流层的季节突变较平流层偏弱,主要位于热带到副热带的中上层.     

利用IAP九层大气环流模式模拟全球季风系统

用ＩＡＰ九层大气环流模式模拟了全球季风系统。结果表明，模式成功模拟出对流层低层的季风系统，包括经典的热季风以及副热带季风和温寒带季风。此外，模式也真实再现了对流层高层的行星季风。另一方面，平流层季风的模拟效果则较差，这与模式中西风系统性偏强有关。     

以风场和湿度的显著季节变化确定全球季风的分布

利用1958~2003年对流层相对湿度和风场(NCEP/NCAR再分析资料)的季节变化来定义盛行风的季节变化引起的天气气候明显变化的区域———季风区。通过分析表明,对流层低层的风场季节变率可以描述传统的季风区,但是在传统季风区以外,也有风场季节变率大的区域。利用中高层相对湿度的显著季节变化(热带地区季节变化大于20%,副热带地区大于10%,赤道地区以风向的季节变化大于90°)可以弥补风场季节变率的不足。由它们二者确定的季风区物理意义明确,有较大的合理性。     

Does a monsoon circulation exist in the upper troposphere over the central and eastern tropical Pacific?

考虑到赤道中东太平洋地区(CETP)具有重要的气候影响,以及显著的季节性变率,本文利用可精确描述风向变化的动态标准化季节变率(DNS)方法,分析了该区域上对流层大气环流。结果发现该区域大气环流在冬季和夏季之间存在着类似于经典季风的、明显的季节性反转现象。以此为基础本文提出了赤道中东太平洋上对流层季风的概念,将传统的低对流层季风区扩展到了上对流。     

东亚与北美东部降水和环流季节演变差异及其可能机理分析

利用NCEP/ NCAR 再分析资料和CMAP、GPCP卫星反演降水资料,对比分析了东亚与北美东部地区降水和大尺度大气环流季节演变特征的差异。结果显示,东亚和北美东部地区冬季环流形势较为相似,而夏季差异则较大,这正是东亚为季风区,北美为非季风区的表现。此外,基于季风的两大特征量“风”和“雨”,分析了两地降水和低空风场季节变化的显著差异：东亚副热带地区降水季节变率大,呈“夏湿冬干”的季风降水特征,低层盛行风向随季节逆转,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,具有显著的副热带季风区特征。北美东部副热带地区全年雨量分配均匀,低层常年盛行偏西风,呈现非季风区特征。进一步的分析发现,作为季风基本推动力的海、陆热力差异在东亚和北美东部地区有着显著的区别：东亚地区的经向和纬向温度梯度随季节反转的特征显著;而北美东部地区虽有纬向温度梯度的季节反转但幅度很小,且经向海、陆热力差异随季节反转不明显。此外,与青藏高原和落基山脉相伴的纬向环流也存在显著差异。鉴于此,提出经向和纬向海、陆热力梯度反转特征的不同以及青藏高原和落基山脉地形的不同作用很可能是造成东亚副热带季风气候而北美东部非季风气候的主要原因,上述结论还有待于数值试验的进一步证实。     

中国东部—西太平洋副热带季风和降水的气候特征及成因分析

利用1981—2000年候平均NCEP/NCAR再分析资料和CMAP全球降水资料,分析了从中国东部大陆到西太平洋副热带地区季风和降水季节变化的特征及其与热带季风降水的关系,探讨了季风建立和加强的原因。夏季东亚—西太平洋盛行的西南风开始于江南和西太平洋副热带的春初,并向北扩展到中纬度,热带西南风范围向北扩展的迹象不明显。从冬到夏,中国西部和西太平洋副热带的表面加热季节变化可以使副热带对流层向西的温度梯度反转比热带早,使西南季风在副热带最早开始;从大气环流看,青藏高原东侧低压槽的加强和向东延伸,以及西太平洋副热带高压的加强和向西移动,都影响着副热带西南季风的开始和发展;初夏江南的南风向北扩展与副热带高压向北移动有关,随着高原东侧低压槽向南延伸,槽前的偏南风范围向南扩展。随着副热带季风建立和向北扩展,其最大风速中心前方的低层空气质量辐合和水汽辐合以及上升运动也加强和向北移动,导致降水加强和雨带向北移动。热带季风雨季开始晚,主要维持在热带而没有明显进入副热带,江淮梅雨不是由热带季风雨带直接向北移动而致,而是由春季江南雨带北移而致。在热带季风爆发前,副热带季风区水汽输送主要来自中南半岛北部和中国华南沿海,而在热带季风爆发后,水汽输送来自孟加拉湾和热带西太平洋。     

西风与季风在青藏高原的耦合模态及其季节性变化特征

青藏高原是我国的水塔,西风与季风及其相互作用是导致亚洲天气和气候变化最重要的环流系统。本文基于1981～2020年大气再分析资料,采用经验正交函数分解方法（Empirical Orthogonal Function,EOF）提取了西风与季风季节循环分量在青藏高原的耦合模态,并对其季节变化特征进行分析。研究发现,第一主模态方差贡献率高达78.39%,主要反映的是东亚季风、南亚季风和对流层高层中纬度西风的季节循环特征及各个季节的年际变化特征。夏季在对流层高层高原及其南侧主要为东风气流,范围从北纬5°至35°,对流层低层则表现为典型的绕高原气旋式季风环流系统,热带和副热带地区为西南季风控制,冬季的环流结构刚好相反。耦合模态的冬、夏季节转换节点与东亚季风和南亚季风的季节转换时间基本一致。从年际变化的角度来看,各个季节耦合模态的强度偏强时,东亚季风和南亚季风均偏强,西风带位置偏北;反之,季风偏弱,西风带位置偏南。厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o–Southern Oscillation,ENSO）是影响西风与季风耦合模态年际变化的关键外强迫,拉尼娜（La Ni?a）事件发生的前夏、前秋和次年夏季耦合模态的强度均增强,冬季至次年春季耦合模态的强度均减弱。西风与季风耦合的第二主模态主要表现为对流层高层高原上的东风及其南侧西风,以及低层南亚季风区的西南季风和西北太平洋反气旋的协同变化特征。该模态的方差贡献率为4.68%,表现出明显年际差异的同时还呈现显著减弱的长期趋势,尤其是在冬季。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅱ:亚洲季风区季节转换指数

在“季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ :副热带高压结构气候学特征研究”的基础上 ,进一步讨论亚洲夏季风爆发与当地对流层中上层东西向暖脊的经向位置变化关系。亚洲夏季风相继在孟加拉湾、南海和南亚爆发期间 ,除了对流层高、低空风场及深对流活动在季风爆发前后具有反相的变化以外 ,副热带高压脊面附近大气经向温度梯度亦具有明显的反相特征。对流层中上层 (2 0 0～ 5 0 0hPa)脊面附近建立的北暖南冷的温度结构 ,能够反映亚洲各季风区夏季风爆发共同的本质特征 ,根据季节转换的热力学基础 ,指出对流层中上层经向温度梯度作为度量季风爆发的指标是合理可行的。文中提出了以副热带高压脊面附近对流层中上层大气经向温度梯度作为表征季节转换的指数 ,给出了确定季节转换开始日期的具体定义以及历年季节转换日期序列 ,同时给出由85 0hPa纬向风和OLR表征的季风爆发日期序列。相关分析表明 ,85 0hPa纬向风只是个区域性指标 ,而南北温度梯度具有一定的普适性     

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅰ季风爆发的阶段性特征

该工作将亚洲季风区作为一个复杂的海-陆-气耦合系统,来深入考察季风区海-气、陆-气相互作用的基本事实和物理过程,探讨它们在决定亚洲季风爆发及北半球行星尺度大气环流的季节突变的物理机理。本文是系列文章的第一篇,着重研究亚洲夏季风爆发的区域性和阶段性特征,以及过渡季节热带、副热带地区海-气、陆-气相互作用的基本事实,初步分析了它们之间的联系。研究表明,热带季风对流于4月底到5月初越过赤道进入北半球,首先出现在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区,然后于5月中旬和6月上旬末分别出现在南海和印度半岛地区,呈阶段性爆发的特征。季风对流在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区爆发阶段,在大气环流变化和对流活动中心位置出现区别于南海季风和印度季风爆发的特征。通过对地表感热通量和海表潜热通量的分析,表明热带海洋上海表感热通量甚小于海表潜热通量,南海季风爆发时期印度洋上海表潜热通量显著增大,印度季风爆发后海表潜热通量的高值中心在孟加拉湾和阿拉伯海上建立起来。印度洋上低层增强的过赤道气流引起的强烈的海-气相互作用导致海表水汽的大量蒸发,并通过其输送作用,为季风对流的爆发提供了充足的水汽来源。过渡季节在副热带地区(沿27.5～37.5°N纬带上), 青藏高原和西太平洋上地(海)表感热通量和潜热通量均有迅速的季节变化性, 但趋势相反。当青藏高原上地表感热通量和潜热通量呈阶段性的显著加大, 西太平洋上海表感热通量和潜热通量迅速减小。这种大陆和海洋对大气加热的显著的季节化的差异, 影响着大气环流的季节转变。     

东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水及Hadley环流中心海温资料等,对东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系进行了研究。参考前人定义的亚太热力差指数,计算了1979-2016年亚太热力场由夏向冬的季节转变时间(平均为56. 6候)。结果表明,该季节转变时间点能很好地表征东亚季风环流由夏向冬的季节转变。东亚季风环流由夏向冬的转变特征表现为:低层大陆热低压转为大陆冷高压,阿留申低压形成加强,低空偏南风转为偏北风;中层东亚大槽形成,副高单体减弱成一个副热带高压带;高层南亚高压中心从青藏高原移至菲律宾以东洋面上,高空偏北风转为偏南风。此外由夏向冬的季节转变时间与中国前冬降水和地面气温有着紧密的联系,并且该转变时间的早晚与前期夏季热带太平洋的海温呈现类ENSO异常海温型的相关分布,即表现为前期夏季热带中东太平洋海温偏低(高)时,后期东亚夏季型季风环流向冬季型季风环流转变易偏晚(早),这对东亚季风环流季节转变的预测提供了依据。     

Diagnostic study on seasonality and interannual variability of wind field

l.Intr0ductionThoughseasonalvariationoftheatmosphericgeneralcirculationismainlycausedbythatofthesolarradiation,itsdistributionsareinhomogeneousovertheglobe,forinstance,itismoresignificantinmonsoonregionthaninanyotherregions.Inatraditionalsense,mon-soonsummarisesalldrasticseasonalvariationsinthetropicsandsubtropics(e.g.,IndiaandEastAsia).Besidestheclassicmonsoonregions,thereexistsomeotherregionsovertheglobe,wheretheseasonalvariationisclearorevendrastic.Inordertodescribequantitativelysea-sonal…     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

南半球环流与西太平洋副热带高压和台风群中期活动的关系

通过对南北半球环流6年资料的分析,发现在北半球夏季5～8月,南半球中纬西风指数、低纬西风指数、赤道气压指标与北半球西太平洋副热带高压和台风群的中期活动均有较好的关系。在台风群活跃的年份,台风群生成阶段前后,环流变化由南半球中纬先开始,随后南半球低纬和赤道地区环流也出现变化,赤道气压指标到达低值,此后,北半球西太平洋副热带高压的特征产生一系列的变化,上述南北半球环流系统变化的传播过程为准二周周期。     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

Signature of the Antarctic oscillation in the northern hemisphere

Using the ECWMF daily reanalysis data, this paper investigates signatures of the Antarctic Oscillation (AAO) in the upper troposphere of the northern hemisphere. It is found that during boreal winter, a positive (negative) phase of the AAO is associated with anomalous easterlies (westerlies) in middle-low latitudes (~30–40°N) and anomalous westerlies (easterlies) in middle-high latitudes (~45–65°N) of the upper troposphere about 25–40 days later. While there is also a response in zonal wind in the tropics, namely over the central-eastern Pacific, to some extent, these tropical zonal wind anomalies can trigger a Pacific/North American teleconnection patterns (PNA)-like quasi-stationary Rossby waves that propagate into the Northern Hemisphere and gradually evolve into patterns which resemble North Atlantic teleconnection patterns. Furthermore, these quasi-stationary Rossby waves might give rise to anomalous eddy momentum flux convergence and divergence to accelerate anomalous zonal winds in the Northern Hemisphere.     

IAP T42L9全球谱模式加热场的诊断

就一次出梅时副高北进过程, 对IAP T42L9全球谱模式加热场与利用ECMWF同化系统资料根据热力学方程反算的加热场进行了比较。结果表明:模式参数化加热场的水平分布基本合理,但低纬和南半球中高纬地区加热偏弱; 参数化加热的垂直分布在北半球比较合理,但在南半球与反算法的结果有较大差别。这些结果对模式能很好地预报北半球中高纬环流形势演变,较好地预报西太平洋副高变化及预报的副高系统性偏弱给出了较好的解释。     

月内尺度南半球环状模对应的大气环流异常传播特征

本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料, 分析了南半球环状模 (Southern Hemisphere Annular Mode, 简称SAM) 在月内时间尺度 (sub-monthly timescales, 5～30天)上相关环流的垂直和水平传播特征。结果表明, 月内SAM对应的纬向风异常和温度异常具有明显自南极地区向南半球中纬度地区水平传播特征; 在垂直方向上, 纬向风异常为明显上传特征, 温度异常则具有在极地和高纬度地区明显上升、低纬度地区下沉的特点。月内SAM对应的南半球中高纬度地区上传信号表明, 在较短的月内时间尺度上, 对流层信号可以突破对流层顶, 上传达到平流层; 而月内SAM对应的整层南传信号表明, 南极地区环流变化超前于中高纬度地区, 因此在1～3周的月内时间尺度上, 极区信号可能对中高纬地区信号具有指示意义。     

夏季热带经向环流双圈结构的观测研究

本文利用1980—1983年7月ECMWF资料，分析了夏季热带地区经向环流的结构及它们的区域和年际差异。指出夏季热带经向环流具有双圈结构。在季风区，对流层下部为季风环流，在非季风区，为Hadley环流；对流层上部存在一独立的环流圈，季风区的中心偏北半球，非季风区的中心偏南半球；热带经向环流的双圈结构在一般年份均存在，但在异常年份（1983年），强大的垂直运动将对流层上、下部两个相对独立的环流圈紧密连接起来，成为整层统一的大范围季风环流。     

南北两半球大气的相互作用和季风的本质

理性分析和利用NCEP/NCAR资料进行统计分析表明:大气环流的季节变化和越赤道气流即两半球的相互作用首先是由于赤道面与黄道面有交角而使太阳辐射有年变化所致,行星热对流环流是热带季风的"第一推动力",而地表面特性差异(海陆热力特性差异以及地形高度等)所导致的准定常行星波为"第二推动力".如以推动大气质量跨纬圈传输的效力来看,平均来说二推动力的功效之比为2:l.第二推动力在亚澳季风区与第一推动力合拍,使热带季风在亚澳区内最明显,而各经圈环流圈的上下及南北关联及与中高纬准定常行星波的配置则使全球范围内从低纬到高纬、从低空到高空有地域性的明显季节变化区,从而构成三度空间的全球季风系统.     

1995年世界气候概况

１９９５年，世界气候普遍偏暖。欧亚大陆大部、北美大陆中部、南美大陆中部、非洲西北部的年平均气温大多偏高１－２℃，其中俄罗斯大部、美国西南部显著偏高，部分地区偏高４℃，北半球中高纬度地区冬暖非常显著。由于北半球中纬度地区，许多测站气温高达３５－４０℃，为近几十年乃至百年一遇。年内，全球许多地区旱涝频繁，诸如年初欧洲的暴风雪与美国加利福尼亚洲的特大洪水及夏季朝鲜、与中南半岛的大水灾、加勒比海的飓风等危