风场标准化季节变率的显著性及其表征季风的合理性

从理论上探讨风场标准化季节变率的显著性，揭示出它的临界值与季风区定义的内在联系，从而说明用它表征季风区的合理性．据此，利用１９５８～１９９７年ＮＥＣＰ／ＮＣＡＲ再分析资料，分析了风场的显著季节变率的空间结构，证实在垂直方向上大气环流季节变化显著的斜压性，发现热带地区东西半球显著季节变率的反对称分布特征，并指出季风与副热带高压、极夜急流、西风通道等重要系统有密切关系。

基于风场季节变率的高原季风指数的定义及应用

采用1979-2012年ERA-interim再分析资料和地面降水同化资料,利用青藏高原(下称高原)地区风场的变化特征,定义了一个新的基于风场标准化季节变率的高原季风指数IPMzhang,并与现有的季风指数IPMtang、IPMqi和IPMxun进行了比较分析。结果表明:各个指数都能够反映高原地区的季风活动特征及其与高原及周边地区夏季降水的相关关系,IPMqi和IPMzhang指数在高分辨率数据下的表现优于IPMtang和IPMxun指数,显著相关区域覆盖了高原大部分地区。相较于IPMqi,IPMzhang指数的相关系数略低,但其在高原东南部地区更为显著,表明IPMzhang能够更好地反映高原东南部地区的夏季降水。受高原热低压强度变化的影响,在季风偏强年IPMtang和IPMxun的异常水汽辐合主要在高原中部,IPMqi则存在于高原各个地区,只有IPMzhang在高原东南部,有利于高原东南部的降水偏多。表明IPMzhang指数能够较好地表征高原季风与高原及周边地区夏季降水的相关关系,对于高原地区降水,尤其是高原东南部人口相对密集地区的降水预测具有较好的指示意义。

一个新的季风指数及其年际变化和与雨量的关系

作者按曾庆存等所定义的标准化风场季节变率(和利用新的资料重新作了计算,为与国外传统的和至今大多数学者的定义一致,取δ*=-δ2>0(即冬、夏风向差大于π/2)作为季风区,结果涵盖了迄今国内外所指出的全球所有季风区(但比曾庆存等算得的区域略为小些),尤其是热带季风区正处于冬季和夏季赤道幅合带(ITCZ)位置所夹的范围内。其后,用李建平和曾庆存建议的动态风场标准化季节变率δm*=δm-2(δm形式上与δ相似,但依赖于年份m)作为各年季风指数,计算了各主要季风区区域平均的δm*的年际变化,得到南亚夏季风和东亚夏季风自20世纪70年代中期起、南海夏季风自20世纪80年代起和西非夏季风自1967年起都有不同程度的长期减弱趋势,尤其以西非夏季风减弱最明显。西非夏季风指数和南亚夏季风指数与当地夏季雨量呈显著正相关,东亚夏季风指数与中国和东亚夏季雨量的空间分布有一定的统计相关结构,而南海夏季风指数则与全球各海区夏季降水和海平面气压异常有较好的大范围统计相关。

不同地转速度对季风分布及强度影响的数值模拟

本文利用风场标准化季节变率指数来探讨不同地转速度或自转周期下,全球季风的水平和垂直分布特征以及其随自转周期的不同而发生的规律性变化,同时探讨了经、纬向风的季节反向对季风区显著分布的影响。此外,定义一个新的表征季节变化相对大小的指数来探讨不同自转周期下,风场季节变化相对于地球自转周期条件下的强度的相对大小。结果表明,在水平方向上,经典的季风区随着自转周期的变化而有所不同;相对实际地球大气而言,在快转条件下,风场季节变率指数显著区在纬圈上呈带状分布,且随自转周期增大,其范围有逐渐减小的趋势;而在慢转条件下,则呈现区域片状甚至经向带状分布,且随自转周期增大,其范围有逐渐增大的趋势。在垂直方向上,在快转条件下,近地面的风场季节变率指数显著区分布比较凌乱,而慢转条件下,则分布比较规则,主要集中在赤道及副热带地区上空,且北半球分布范围更广泛。100hPa高度以下和500hPa高度之上,风场季节变率指数显著区主要分布在南、北纬30°之间,其南北宽度和高值中心的强度随自转周期的改变存在一个规律性变化;100hPa高度以上,在相对快转条件下,风场季节变率指数显著区呈南北对称分布,且主要分布在赤道及副热带地区上空,高值中心强度随自转周期规律性变化,而相对慢转条件下,显著区范围显著减小甚至消失。此外,在相对快转条件下,纬向东、西风带的季节反向是造成风场季节变率指数显著分布的直接原因,而相对慢转条件下,尤其是对流层中上层100hPa高度以下,经向风的季节反向是造成风场季节变率指数显著分布的主要原因。另外,在相对快转条件下,风场季节变化相对大小的高值区主要分布在热带赤道上空的整层大气,而相对慢转条件下,其高值区广泛分布,且随着自转周期逐渐增大,在100hPa高度之上高值区逐渐向南北极缩小甚至消失。