中国南方2008年1月罕见低温雨雪冰冻灾害发生的原因及其与气候变暖的关系

2008年1月中国南方发生的低温、雨雪、冰冻灾害不是一个局地或地区性现象,它是同期发生的亚洲大范围冰雪灾害链中的一环,在影响范围和灾害程度上是最严重的一环。它有3个主要特征:(1)降雪、冻雨和降雨3种天气并存,冻雨是导致南方致灾的主要原因;(2)低温、雨雪、冻雨天气强度大,根据中国国家气候中心和南方各省气象部门的统计及分析,有8项气象要素打破同期中国历史记录;(3)低温、雨雪、冰冻天气持续时间长,破历史记录。这次低温、雨雪冰冻灾害形成的原因不是单一的,是多种因素在同一时段,同一地区相互配合和迭加的结果,其中La Nina事件是灾害发生的气候背景,它为雨雪冰冻天气提供了冷空气侵袭中国南方的前提条件;欧亚大气环流异常持续性是造成冷空气不断侵袭中国南方的直接原因;孟加拉湾和南海地区暖湿气流的北上是大范围冻雨和降雪形成并持续在中国南方的必要条件。

北半球夏季副热带西风急流变异及其对东亚夏季风气候异常的影响

探讨了东亚地区副热带西风急流 (EAJS)位置的年际变化特征、影响及其可能机制 .EAJS南北变动的影响主要集中在亚澳季风区和气候平均的北半球副热带西风急流轴的南北两侧 ,这与SOI或ENSO相联系的大气环流响应很不相同 ,后者的影响主要表现在中、东太平洋上 .北半球副热带西风急流存在着两个显著不同的模态 ,其中一个模态反映的是亚太尤其是东亚地区的西风急流的南北变异 ,另一个模态出现在 15 0°E～ 12 0°W的中、东太平洋上 .它们分别联系着不同的太平洋海温异常分布 ,但都能对夏季 2 0 0hPa南亚高压的强度产生影响 ,尤其是南亚高压的东部 。

关于东亚副热带季风若干问题的讨论

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、TRMM卫星降水资料、中国东部站点降水资料和CMAP降水资料,重点讨论了东亚副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其和南海夏季风的关系,同时也讨论了东亚副热带季风的可能机制。结果表明:(1)东亚副热带季风雨季于3月底—4月初(第16—18候)在江南南部和华南北部首先开始,伴随着降水的开始是偏南风的增强和对流性降水的显著增加,华南前汛期开始。(2)东亚副热带季风雨季的建立早于热带季风雨季,在热带季风建立后两者的雨带、强西南风带、强垂直运动带、强低空水汽辐合带均是分离的,南海热带季风在其建立后,与东亚副热带季风发生相互作用,促使副热带季风雨带季节性北进,两者共同影响中国的旱涝。(3)3月中下旬,东亚大陆(包括青藏高原)上空大气由冷源转为热源,东亚大陆与西太平洋之间的纬向热力差异及其相应的温度和气压对比均发生反转。东亚大陆(包括青藏高原)的动力和热力作用究竟是否是东亚副热带季风雨带提前建立的机制值得进一步研究。文章最后讨论了有关东亚副热带季风的共识与分歧。

南海夏季风建立的气候特征Ⅰ——40年平均

使用NCEP 1958～1997年40年逐日12层再分析的格点气象资料,对南海地区（105～120°E,5～20°N）夏季风建立的气候特征进行分析,分析的时间尺度为5天（候）。将南海上空850hPa上暖湿的西南风定义为它的夏季风,这暖湿的西南风之θse必须大于335°K,风速须大于2m/s。南海夏季风的建立被定义为南海海域一半以上面积为夏季风所控制的初始时刻。分析结果发现:（1）南海夏季风的建立具有爆发性,爆发时间是5月第4候。（2） 南海夏季风的建立与孟加拉湾东部西南季风有密切关系,它是孟加拉湾西南季风爆发性的发展和东移的结果。（3）南海夏季风雨季是随着夏季风建立而建立的。（4） 在南海夏季风建立期间,南海及其邻近地区高低空环流都有急速的变化,在对流层低层表现为印度低槽的南扩和加深,在对流层中层表现为西太平洋副热带高压迅速东移撤出南海地区,在对流层高层最明显的变化是东风带迅速从南海中部向北扩展到整个南海地区。

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型。伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850hPa反气旋增强。中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型。从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加。文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方。西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多。

中国夏季淮河和江南梅雨期降水异常年际变化的气候背景及其比较

基于中国160站57年(1951—2007年)的月降水量、NCEP/NCAR再分析资料和哈得来中心的海表温度(SST)资料,将江淮梅雨分成淮河梅雨和江南梅雨,分别对这两部分的夏季梅雨期(6—7月)降水量进行了分析,并加以比较。结果表明:淮河和江南梅雨期的降水量存在明显的年际变化,但都没有显著的长期线性趋势;然而,从20世纪90年代末开始,淮河梅雨有显著增加的趋势,而江南梅雨则显著减少。在年际变化的时间尺度上,对应于淮河梅雨的多雨年,大气环流的异常表现为中高纬度的乌拉尔山东部和鄂霍次克海东部地区明显的双阻塞高压型(双阻型)分布,而西太平洋副热带高压(副高)的变化并不显著;副热带东亚地区高空的西风急流轴略有南移,在淮河流域上空形成了显著的西风异常,这使得急流入口区次级环流的异常上升支恰好位于淮河附近,同时北方的冷空气南下与副高西侧的西南气流交汇于淮河流域,这些都有利于降水集中在淮河区域。对应江南梅雨的多雨年,大气环流异常也表现出中高纬度的双阻型分布,但该双阻型的位置较淮河梅雨双阻型的位置明显偏西,特别是鄂霍次克海附近的阻塞高压;同时,西太平洋副高显著加强西伸,加之副热带东亚西风急流轴显著加强南移,从而在黄海到长江以南的大范围地区形成了显著的西风异常,由此引发的急流入口区次级环流的异常上升支主要位于长江以南地区,并且菲律宾附近的反气旋异常增强,使得北方的冷空气与副高西侧的西南气流交汇于江南流域,因此有利于降水集中在江南地区。进一步针对海温的分析表明,北太平洋白令海附近的海温是影响淮河梅雨的关键区,从前冬开始这一区域的正海温异常往往导致中国夏季淮河梅雨的增加;而对应江南梅雨的正异常,菲律宾附近的海温在同期夏季有显著的正异常,研究还发现该海温异常可能与前冬到前春赤道东印度洋附近的正海温异常有关。

青藏高原季风强弱与北半球西风带位置变化的关系

利用19512012年NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°日平均及月平均再分析风场、高度场资料,分析了青藏高原季风强弱与西风带位置变化的关系,并探讨了西风带位置变化的原因。结果表明:(1)西风带位置变化的早晚与高原夏季风的强弱相关,季风强年西风带北跳和南撤时间分别为第30候(提早1候)和第59候;季风弱年则分别为第33候(晚2候)和第63候(晚4候),并且这种现象是全球性的。(2)西风带北跳期间,高原季风强年相较于常年南亚高压加强北上,贝加尔湖西部槽加强,高原经度范围内的槽加深,促使西风带北跳时间偏早,季风弱年则相反。(3)西风带南撤期间,高原季风强年相较于常年副热带高压位置偏南,东亚大槽加深加强,有利于西风带南撤,季风弱年则相反。

高原夏季风对中国夏季极端降水的影响研究

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和571站逐日降水资料,探讨了高原夏季风对中国夏季极端降水的影响机制。结果表明:(1)高原夏季风强(弱),东北、黄河河套、华南和四川西部地区夏季极端降水偏少(多),长江流域、南疆、青藏高原东侧边缘地区夏季极端降水偏多(少)。(2)中国东部从北向南呈现出明显纬向带状的"-+-"遥相关型相关分布。(3)中高层环流系统特征、中低层风场特征、水汽输送特征和湿位涡特征是高原夏季风对夏季极端降水影响的物理机制。

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。

东亚冬季风与中国夏季气候变化

选取NCEP再分析高度场和风场资料、地面长波辐射(OLR)资料以及中国160个测站的降水资料,利用相关分析和合成分析方法,从资料分析入手来研究东亚冬季风异常变化及其对中国夏季降水的影响。研究表明:东亚冬季风有明显的年际和年代际变化特征,1950年代～1980年代中期为强冬季风时段,1980年代中期以后,季风明显减弱,为弱冬季风期。冬季风异常对中国大部分地区,特别对中国长江中下游地区的降水影响较大。分析进一步揭示了强弱东亚冬季风年后期海温分布和夏季流场明显不同的变化特征,并结合以前的许多研究对长江中下游地区降水异常形成的可能原因作了解释,指出正是由于这种不同的海温分布以及夏季环流的异常变化使得中国长江中下游地区在强(弱)冬季风年的夏季降水偏少(偏多)。

海温及其变化对南海夏季风爆发的影响

文中利用 1 5a(1 982～ 1 996)的 NOAA射出长波辐射 (OLR)、NCEP/NCAR的风场和海表温度 (SST)再分析网格点资料研究了南海、太平洋和印度洋海温及其变化对南海夏季风爆发的影响。首先发现爆发时南海区域平均的海表温度高于 2 9℃。季风爆发的时间与南海南部SST年循环最高值出现的时间基本一致。冬春季海表增暖是环流场突变的基础。SST超前于低层西风和对流的增强而升高 ,从而造成季节性的大气条件不稳定增大。通过暖池移动过程 ,考察了南海夏季风爆发期间 SST场、风场和 OLR场的演变特征。季风环流的变化是对海表增温强迫的响应。最大暖水轴在 1 0°N出现有利于 ITCZ在南海建立。南海 -西太平洋增温时 ,具有很强的纬向不均匀性 ,而印度洋则比较均匀。南海深对流的爆发与 SST纬向梯度有关。南海夏季风爆发的年际变化与 SST异常有关系。季风爆发偏晚年和偏早年冬春季 SST正、负距平区的符号相反。偏晚年的 SSTA分布呈 El Nino型 ,偏早年的 SSTA分布如同 L aNina型。不同类型的 SST异常对季风环流的影响不同。在 El Nino型强迫下 ,西太平洋副热带高压比常年偏南、偏西 ,东风在南海维持的时间较长 ,赤道西风出现的时间晚 ,南海地区对流活动受到抑制 ,故南海季风爆发偏晚。反之 。

近50年中国东部夏季降水与贝加尔湖地表气温年代际变化的关系

最近50年全球变暖,陆地增温幅度大于海洋,主要的增温中心位于亚洲北部、欧洲和北美等地区。因此,全球变暖有可能通过改变大尺度季风环流而影响中国气候变化。利用美国国家航空航天局空间研究中心(GISS)的逐月地表气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国604个站逐月气温和降水观测资料,重点讨论了1951—2007年中国东部夏季降水与同期的北半球大陆地表气温年代际尺度变化关系。结果表明,近50年中国东部夏季降水异常主要表现为"南旱北涝"与"南涝北旱"两者年代际异常之间的转换,但在1996年之后,伴随北方干旱区向南发展,呈现出华北和长江中下游地区降水同时减少的特征。研究发现中国华北地区夏季降水与同期的环贝加尔湖地表气温在年代际尺度上存在显著的负相关关系;贝加尔湖地区地表气温增暖可能导致蒙古高原对流层出现异常的暖性反气旋,使得位于蒙古高原的气旋频数减少和强度减弱。由于华北降水与蒙古气旋的活动直接相关,从而导致华北地区夏季降水的持续性减少。自1996年开始贝加尔湖地区的地表气温进一步升高,导致中国北方干旱化加剧。由于环贝加尔湖地区是过去50年全球变暖的最显著地区之一,因此,全球变暖可能是通过关键区域的温度变化对中国的气候变化产生影响。

一个新的东亚冬季风强度指数及其强弱变化之大气环流场差异

文章提出了一个新的东亚冬季风强度指数 ,并以此为依据从 1 94 8～ 1 999年中挑选出两组强弱冬季风年份 ,通过合成分析对大气环流场和海表温度场在强弱东亚冬季风年的差异进行了对比分析。结果表明 :东亚冬季风强度变化不单纯受局地气候系统影响 ,而与北半球半球尺度上的大气环流异常紧密相连。相对于弱的情形 ,强东亚冬季风年份中国大陆中东部及其东部大部分海域在整个对流层盛行偏北风距平、乌拉尔阻高显著加强、欧洲大陆西部维持一个深厚的气旋性异常环流系统、西风带环流偏弱、2 0 0hPa层南亚高压偏弱 ;中国大陆、北极地区、蒙古国大部分地区、欧洲大陆西北部表面温度降低 ;我国大陆与北太平洋海平面气压差加大 ;东亚大槽加强。研究还揭示 ,强东亚冬季风年份对应于北大西洋涛动弱指数 。

东亚季风气侯对青藏高原隆升的敏感性研究

青藏高原隆起是东亚季风形成演化的决定因子之一。利用ＧＣＭ（大气环流模式）完成的一系列改变青藏高原地形高度的数值试验说明，东亚季风气候变化非常敏感地响应于高原隆升。在高原隆升达到现代高度的一半之前，东亚大约３０°Ｎ以北地区近地面冬夏反向意义下的季风现象是不存在的。高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响。即使没有青藏高原，仅受海陆热力对比的作用，中国东部地区夏季已能出现偏南风；然而只有在青藏高原存在，且达到一定高度的情况下，东亚北方地区冬季才能盛行偏北风。从温湿状况看，大约长江以北的东亚北方季风强度随高原高度上升几乎呈线性增加，冬夏温度对比不断加大，降水也越来越向夏季集中。但长江以南的东亚南方季风和印度季风与此明显不同，前者对高原隆升具有非线性响应，而后者在高原隆升过程中变化不大。

2001年云南雨季开始偏早与孟加拉湾季风爆发的关系

分析 2 0 0 1年云南雨季开始期东南亚环流形势的逐日演变 ,并用OLR资料分析了雨季开始前东南亚对流活动的逐日演变。指出云南雨季开始受孟加拉湾季风影响 ,孟加拉湾季风爆发早且偏强 ,导致云南 2 0 0 1年雨季开始偏早 ,雨量偏多 ,在预报云南雨季开始时东南亚地区环流的季节调整及对流活动的北上应是重要因素。

中南半岛与南海热力差异对南海季风爆发的影响

利用1958—1998年NCEP/NCAR再分析资料和1975—1998年OLR资料,分析了中南半岛与南海热力差异的季节和年际变化特征,以及这种热力差异对南海季风爆发的影响。结果表明,中南半岛与南海热力差异存在明显的季节变化,从第3候开始,感热加热的作用使中南半岛地表温度高于南海并一直持续到第25候,之后,中南半岛与南海热力差异发生逆转,这种逆转是由于第22—23候出现在中南半岛的对流及降水造成中南半岛地表温度降低所致。进一步研究指出,中南半岛与南海热力差异的上述季节变化特征还表现出显著的年际差异,这种年际差异对南海季风的爆发有着重要影响。首先,上述热力差异的逆转是南海季风爆发的一个必要条件:1958—1998年,逆转时间均早于(或等于)南海季风爆发时间;其次,中南半岛地表温度高于南海的持续时间与南海季风爆发日期之间呈显著正相关,即中南半岛地表温度高于南海的时间越早、转为低于南海的时间越迟,则南海季风爆发越迟。

东亚夏季风年际变率及其与中、高纬度大气环流以及外强迫异常的联系

利用欧洲中心35年(1968—2002年)月平均再分析资料(ERA-40),通过矢量经验正交分析方法,研究了东亚夏季风年际变率的第2、3优势模态及其与中、高纬度大气环流和外强迫异常之间的联系。这两个优势模态均与北半球中、高纬度大气环流异常有密切的关系,累计解释协方差超过了东亚夏季风的第1模态。东亚夏季风变率的第2模态解释了13%的风场协方差,由两个不同的子模态构成(P21和P22),分别对应夏季500hPa高度场的双阻塞高压异常型(乌拉尔山附近以东和鄂霍次克海阻塞高压异常)和欧亚大陆北部的准纬向遥相关波列。东亚夏季风第3模态解释了8.2%的风场协方差,依然包括两个不同的子模态(P31和P32),分别对应夏季500 hPa高度场在欧亚大陆北部的两个不同遥相关波列。这些夏季风模态均对中国降水变化产生影响,特别是在华北和东北地区。近几十年来中国夏季降水的两次年代际变化与夏季风第3模态的关系可能更为密切。春季北极海冰对于中国夏季降水变化和夏季风模态P31均是先兆因子。

夏季东半球热带海温异常对亚洲季风环流和降水影响的数值试验

利用一个全球大气环流谱模式,模拟了7月份大气对东半球热带海洋(阿拉伯海、孟加拉湾、南海、西太平洋)海温异常的响应。试验结果表明,热带海洋的热状况是影响亚洲季风环流和降水的一个重要因素。

印度夏季风降水周期性研究

印度夏季风降水(ISMR)在南亚气候系统中是一个非常重要的内容,近年来对它的研究日益受到人们的重视。为了深入认识ISMR的变化特征,主要利用Scargle周期图和小波变换研究了1871-2004年间ISMR变化的周期性。结果表明,ISMR的周期性波动非常复杂,相应的周期参数具有明显的时变特征。文中还简单讨论了ISMR周期时变的可能原因。

南亚夏季风典型强弱年与阿拉伯海海温

利用NCEP／NCAR 1958～1997年全球SST、850hPa与200hPa风场再分析资料，以及1958-1997年全印度降水指数资料，从环流与降水两方面定义出南亚夏季风典型强年为1961、1970年，典型弱年为1965、1979、1987年。并针对所定义的强弱年采用合成分析与相关分析方法，分析了南亚夏季风强弱年前期与同期的阿拉伯海海温变化特征，发现：4月阿拉伯海海温越高（低），南亚夏季风越强（弱），而7月相反，海温越高（低），季风越弱（强）；在南亚夏季风典型强年，阿拉伯海海温年变幅较大；沿赤道的Yoshida-Wyrtki Jet较强，并且在南亚夏季风强年的前期4月，南北半球哈德莱环流较弱，而弱年较强。7月，不论强弱年，热带印度洋上空的经圈环流以南亚夏季风经圈环流为主。