南海夏季风建立日期的确定和东亚夏季风强度指数的选取

对近几年来南海夏季风建立日期的确定和东亚夏季风强度指数的选取方面的研究成果进行比较全面的概述,并提出了有待进一步解决的问题。

全球变暖背景下东亚夏季风强度潜在可预报性增加的分析

针对东亚夏季风强度潜在可预报性对全球变暖响应的问题,利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的模拟实验数据,采用信噪比方法预估未来东亚夏季风强度潜在可预报性的变化。研究结果表明:在共享社会经济路径高等情景SSP5-8.5下,15个模式中共有14个模式(93.3%)模拟结果显示未来100年(2000-2099年)相比过去100年(1900-1999年)东亚夏季风强度潜在可预报性增加。未来100年厄尔尼诺事件发生次数增多导致ENSO变率增加,ENSO变率的增加会导致更强的夏季热带印度洋海温变率,从而增强夏季西北太平反气旋,为东亚夏季风提供更强的外部信号,导致未来100年东亚夏季风强度潜在可预报性相较于过去100年显著增加。

不同时间尺度上南海夏季风强度与海洋热力条件的关系

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。

南海夏季风强度与我国汛期降水的关系

对4种南海夏季风强度指数(1951～1998年)进行了对比分析,发现尽管它们在某些年份有差异,但在年际变化总体趋势上仍表现一致,并且由它们所确定的季风强弱年也基本相同。统计分析了南海夏季风强度与我国汛期降水的关系,结果表明,南海夏季风强(弱)年,我国夏季雨带型呈Ⅰ(Ⅲ)类分布,长江中下游地区夏季(6～7月)少雨干旱(多雨洪涝),广东省后汛期降水以偏涝(正常和偏旱)为主。南海夏季风强度指数与夏季长江中下游区降水和淮河区降水有显著的反相关,与江南区降水和华南后汛期降水有显著的正相关。我国夏季出现的严重洪涝(如1998年长江流域特大洪涝和1994年华南特大暴雨)与南海夏季风的强度异常有关。此外,分析还表明,南海夏季风活动强弱造成的北半球东亚500 hPa位势高度场的经向波列型遥相关是影响中国夏季降水的一个重要机制。

清代黄河中游、沁河和永定河入汛时间与夏季风强度

利用清政府布设在黄河中游三门峡万锦滩、沁河下游木栾店以及永定河下游石景山、卢沟桥的志桩水位记录,以首次涨水超过0.64m作为汛期建立的标志,在候尺度下恢复了其汛期建立时间距平序列。黄河中游、沁河下游和永定河下游序列分别开始于1766年、1736年和1761年。研究时段内,黄河中游和沁河下游平均在7月6～10日入汛、永定河则在7月16～20日。永定河相对较为稳定,显示出其上游雨季开始时间基本维持在7月初,而黄河中游和沁河却波动较大,早晚相差达3个月;黄河中游与沁河入汛距平波动的同相位现象在19世纪中期之后比较明显。1870～1900年代黄河中游、沁河和永定河入汛普遍延迟1个候左右,对应于黄土高原夏温偏低的时期;1820～1860年代黄河中游、沁河入汛偏早,则对应了黄土高原夏温偏高。

年际―年代际尺度上南海北部SST与东亚夏季风强度的负相关关系

选取南海北部珊瑚带宽-SST分别与甘肃万象洞WX42B石笋和贵州董哥洞DA石笋的δ^(18)O记录在不同时段进行对比,揭示了南海北部SST变化与夏季风强度的关联。结果显示:在年际―年代际尺度上,南海北部珊瑚带宽-SST与石笋δ^(18)O记录的夏季风强度存在负相关关系:南海北部SST升高,石笋δ^(18)O偏重,夏季风强度减弱;反之亦然。南海北部器测SST与万象洞WX42B石笋δ^(18)O记录的对比也证实了这一关系的存在。ENSO活动影响着季风区的降雨量,控制着南海北部的SST变化。ENSO的存在可能是造成这种负相关关系的直接原因。由于ENSO活动与季风区降雨量的关系存在区域性差异,南海北部SST与局部地区夏季风强度之间的关系仍需进一步的研究。

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 h Pa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N^10°S,160°W^80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 h Pa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 h Pa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 h Pa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。

西太平洋暖池热含量与南海夏季风强度的关系

为了进一步明确西太平洋暖池热含量对南海夏季风强度的影响,利用1948～2012年日本气象厅（japan meteorological agency,JMA）逐月的海温资料、Hadley中心的海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了南海夏季风强度与热带太平洋上层海洋热含量和SST的关系;探讨了海洋热含量影响南海夏季风强度的机制。结果表明：（1）相比于西太暖池SST,西太暖池上层海洋热含量是南海夏季风强度更好的预测因子;（2）前期冬春季的西太平洋暖池热含量与南海夏季风强度呈现显著的正相关,尤其在3月,二者相关系数最大;当暖池热含量偏高（低）时,西太平洋副热带高压偏弱（强）,赤道印度洋出现异常反气旋（气旋）,印度洋上空的Walker环流分支偏强（弱）,南海越赤道气流增强（减弱）,最终使得南海夏季风强度偏强（弱）。

南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化及可能原因

基于NCEP/NCAR再分析资料,利用信噪比(SNR)方法研究了南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化,结果表明:南海夏季风强度潜在可预报性在20世纪80年代出现了由潜在可预报性偏低位相向偏高位相的年代际转折。进一步的研究发现,南海夏季风强度潜在可预报性和东印度洋-西太平洋(EIOWP)的海表温度(SST)存在明显的正相关。当EIOWP区域SST年际变率较大时,对南海夏季风影响较强,使得南海夏季风的外部信号增强,从而提高了潜在可预报性;当EIOWP区域SST年际变率较小时,对南海夏季风影响较弱,南海夏季风的外部信号进而减弱,潜在可预报性降低。

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。

13ka以来东亚夏季风演变过程和全新世适宜期问题

基于湖北神农架三宝洞石笋SB43的21个230Th年龄和486个氧同位素数据,建立了13.0～0.2ka时段东亚夏季风强度演化序列,其长期演化趋势与33°N太阳辐射变化基本一致。通过对比三宝洞、董歌洞、阿曼Qunf洞及和尚洞石笋δ18O记录,发现东亚和印度季风强度在轨道尺度上呈同相位变化。石笋SB43、D4δ18O值与Cariaco盆地Ti含量曲线整体变化一致,相关系数高达0.8,表明热带辐合带(ITCZ)的南北移动可能对亚洲中低纬季风强度起放大作用;全新世适宜期在亚洲季风区不存在显著穿时性,起止时间大体一致,约为10.2～5.7ka。早、中全新世季风强度与极地温度变化趋势一致,相关系数高达0.9,表明当时高纬冰量边界条件可能对亚洲季风强度变化(包括ITCZ的平均位置)具有贡献作用。

一个能反映梅雨现象的东亚夏季风指数

分析了东亚中纬度地区气候特点的特殊性，并针对此特性定义了一个衡量夏季风强度的指数。对其他东亚季风指数也进行了比较和分析，并针对 １９９８年梅雨个例进行了讨论。这个新的东亚季风指数基本上满足了由Ｌａｕ等提出的最佳季风指数的原则。该指数的特点为：（１）可以反映逐年季风活动的南北分布；（２）可以较好地描述梅雨现象，尤其对中国江淮梅雨有良好的指示意义，季风指数偏强时．梅雨量大，反之亦然；（３）它与东亚地区大范围的环流变化密切相关，当副高西伸，高纬度地区有阻高（或强脊）活动时属高季风指数，反之为低指数；（４）它也与前期厄尔尼诺现象有密切关联。

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用ＮＣＥＰ风场资料和候平均向外长波辐射（ＯＬＲ）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系，在此基础上，采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发，确定了长序列（１９４９～１９９８）的南海夏季风爆发日期和强度指数，并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关；５０年来的气候趋势是，爆发日期逐渐偏晚，强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化，它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果，而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后，均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前，与强度指数反相关，而爆发之后，与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ＥＮＳＯ事件的密切关系。

两种反映东亚夏季风异常的指数的比较研究

本文利用文献 [4 ] 提出的一种新的反映东亚夏季风异常的海陆温差指数分析了夏季风异常时我国气温、降水异常以及东亚环流状况 ,通过分析指出 ,东亚夏季风偏强 ,则中国东部夏季气温偏高 ,江淮干旱 ,华北多雨 ;夏季风偏弱则夏季气温偏低 ,江淮多雨 ,易涝 ,华北少雨。通过两种夏季风指数的对比 ,海陆温差指数能更好得反映东亚夏季环流及天气气候异常。文中还指出 ,海陆温差指数能更好的反映夏季风异常的原因是它的定义方法更科学 ,更全面的反映东亚海陆热力差异 ,既包含了东亚纬向海陆热力差异的影响 ,又考虑了东亚经向海陆热力差异的因素 ,并用地表气温和海表温度差来表示海陆热力差 ,好于以往用海平面气压差来反映海陆热力差。

关于东亚夏季风指数的比较

Four typical East Asia Summer Monsoon Indexes (EASMI) are enumerated and comparted here.Results show that they are good at reflecting the abnormality of rainfall and temperature of China as lower level wind fields of East Asia in summer,and the SCHI is the best comparatively.Further discussion indicates that high temperature will be seen almost all over China and there will be flood in north/south China in summer,but drought in Changjiang-Huaihe Valley in case that summer monsoon is strong,and vice verse.

太阳磁场磁性指数的变化对南亚夏季风环流强度的影响

利用太阳黑子相对数资料,根据太阳磁场磁性特征建立了太阳磁场磁性指数时间序列,并利用NCEP/NCAR再分析资料建立了1948-2006年的南亚夏季风环流强度指数,对两者之间存在的可能相关关系作了分析。结果表明:太阳磁场磁性变化是激发南亚夏季风环流强度年代际变化的重要原因,当太阳北(南)半球磁场磁极为N(S)极为前导时,南亚夏季风环流强度较强,当太阳北(南)半球磁场磁极为S(N)极为前导时,南亚夏季风环流强度较弱,太阳磁场磁性强度的变化超前于南亚夏季风环流强度变化5年左右。两者之间的这种相关关系,为南亚夏季风环流强度年代际变化方面的预测提供了理论依据。

黄土高原地区1766—1950年雨季开始时间及其对夏季风的响应

利用黄河中游陕县站和永定河下游卢沟桥站逐日平均水位记录,以首次涨水超过0.64 m作为汛期建立的标志,在"侯"尺度下重建了黄河以及永定河汛期开始时间距平序列,黄河中游序列开始于1919年,永定河下游开始于1912年。研究时段内,黄河中游平均入汛时间在7月5—10日、永定河在7月16—20日。相比黄河中游,永定河入汛时间比较稳定,汛期开始时间基本维持在6月底7月初,而黄河中游波动非常大,最早在3月份就入汛,最晚在10月份才进入汛期。而二者的入汛时间距平序列都与夏季风强度序列成反相关关系,即在夏季风强的阶段,入汛时间偏晚;夏季风弱的时候则偏早。结果表明:夏季风的强度影响着我国南北雨季的开始时间,夏季风强的年份,我国南方地区雨季开始时间提前,北方雨季开始时间推迟;在夏季风弱的年份,则相反。

南海夏季风对热带海洋海温异常强迫响应的GEFA估算

利用1948至2007年美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料和扩展重建Reynolds的1948～2007年逐月海表温距平资料第三版(ERSSTv3)海温距平资料,运用广义平衡反馈分析法的截断EOF方法,通过估算南海海区纬向风对毗邻的热带海洋各海盆海温异常的响应,量化了南海夏季风对各海盆海温异常型的响应程度。发现:在夏季样南海地区纬向风对热带太平洋第一模态(TP1)、热带太平洋第二模态(TP2)、南太平洋第一模态(SP1)、热带印度洋第一模态(TI1)、南印度洋第一模态(SI1)有着显著的响应,其中,TP1响应最强,TP2的响应与TP1的响应反相,但受限于起海温强迫常小于TP1,以至于其响应振幅在常年远小于TP1。

黔东南州汛期暴雨与夏季风

通过对夏季风强度与黔东南汛期相当暴雨日数、夏季旱涝关系的研究 ,说明夏季风强度的变化与黔东南汛期相当暴雨日数及旱涝级别有很好的相关性。提出 :利用夏季风强度变化的规律性 ,预测黔东南汛期的旱涝趋势 ,是短期气候预测的一个很好的依据 ,对短期预报中暴雨的预报具有一定的参考价值。

不同时间尺度青海湖沉积物总有机碳对气候变化的敏感性

湖泊沉积物总有机碳(TOC)含量通常作为表征流域和湖泊生产力的指标,在亚洲季风区也常常被当作夏季风的代用指标,被广泛应用于气候与环境变化研究.本文梳理了过去千年、全新世以及冰期-间冰期时间尺度上青海湖沉积物TOC的变化特征,并探讨了其指示气候变化的敏感性与有效性.结果表明,过去千年青海湖沉积物TOC含量与区域暖季温度和降水表现出较为一致的周期性波动.通过对比全新世区域夏季温度、基于孢粉的降水定量重建结果,以及湖泊水位、风沙活动反映的湿度状况等,发现不能简单地将青海湖沉积物TOC含量或沉积通量作为夏季风强度或者季风降水强度的代用指标.青海湖沉积物TOC含量在冰期和间冰期表现出巨大的差异,指示了冰期-间冰期时间尺度上较大的温度与降水变幅.因此,不同地域条件及不同时间尺度下,湖泊沉积物TOC对气候变化的敏感性不同,将湖泊沉积物TOC含量作为亚洲夏季风的代用指标需要特别谨慎,特别是在高寒气候区.