青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发 Ⅱ.爆发时间

本研究的第Ｉ部分用资料分析证明，由于青藏高原的热力强迫和动力强迫，１９８９年亚洲季风首先在孟加拉湾（ＢＯＢ）东岸爆发，接着才有南海（ＳＣＳ）季风爆发和印度季风爆发。在亚洲季风爆发的这三个阶段中，每阶段都伴有高原上空气柱的急速升温。本文是第Ｉ部分的继续。它指出：高原上空气柱的每一次急速升温都与中高纬度源于地中海上空的、频率为２～３周的低频（ＴＴＯ）暖脊东传到高原上空相联系。季风爆发的每一阶段都伴有从南半球向北传播的、频率为３０～６０天的低频（ＭＪＯ）散度扰动和从热带西太平洋向西传播的、频率为２～３周的低频（ＴＴＯ）散度扰动。当这些低频扰动的暖位相和上升位相在所定义的“东亚季风区”（ＥＡＭＡ）锁相时，亚洲季风阶段性爆发出现。

东亚夏季风边缘摆动区陆面能量时空分布规律及其与气候环境的关系

东亚夏季风边缘摆动区既是气候敏感区,也是生态脆弱区和农牧交错带,其特殊陆面能量空间分布格局和演变特征对理解该区域天气和气候变化有重要意义。然而受限于陆面观测资料缺乏,对这部分陆面特征的认识仍非常有限。通过对34a陆面模拟集成产品的分析,发现夏季风边缘摆动区内潜热和感热通量在空间上表现出明显的过渡特征,由摆动区外的相对均衡状态进入到摆动区内的"突变转换";陆面能量平衡具有明显的区域特征,能量平衡各分量在纬向和经向都表现出了"阶梯型"的变化。就演变而言,区域平均感热和潜热没有表现出规律性的递减或递增趋势,波动幅度在±20%以内,但在20世纪末存在一个较为明显的摆动相位转换:1997年之前夏季风边缘摆动区夏季风相对活跃,潜热通量总体高于其气候值而感热通量则低于其气候值,之后出现了相反的现象。此外,区内感热和潜热通量对气候环境干湿性质非常敏感,两者存在明显的线性关系。

两湖流域盛夏持续性旱涝过程诊断分析

基于区域的平均雨量,用Z指数方法确定发生于洞庭湖与鄱阳湖(简称两湖)流域持续10天及以上的少雨和多雨过程。利用NCEP再分析资料对这些旱涝过程进行诊断分析。结果表明:(1)区域出现连续性旱涝过程时,500 hPa高度场经向分布差异十分明显,在持续性干旱(洪涝)过程中,东亚-西太平洋地区从高纬到低纬表现为典型的"-+-"("+-+")波列分布型,旱涝过程的发生、维持和消退与西太平洋副热带高压的位置和强度变化紧密相关,同时中高纬阻塞形势的变化也十分明显。(2)区域出现连续性旱涝过程与东亚夏季风的强弱显著相关。持续性干旱过程,东亚夏季风环流处于偏强时期,伴随着弱的热带辐合带系统和强的副热带辐合系统,洪涝过程则完全相反。(3)区域持续性旱(涝)过程与区域强水汽辐散(辐合)相对应,且在水汽垂直分布上表现为低层水汽辐散(辐合),高层为水汽辐合(辐散),在850 hPa处的水汽辐散(辐合)最强。

长江口泥质区沉积物颜色反射率指示的近百年来东亚季风变迁

利用Minolta CM2002光谱光度计按照1 cm间隔测量了长江口泥质区ZM11孔沉积物的光谱特征,通过数理统计的方法对获取的400～700 nm可见光范围内的颜色反射率数据进行分析,揭示其对环境和气候的指示意义。因子分析提取了F1和F2两个主因子,通过与测试所得到的亮度(L)、红度(a*分量)、黄度(b*分量)等颜色反射率特征值对比,发现F1与亮度曲线的变化趋势基本一致、而F2与黄量变化趋势则完全相反,其中前者可以作为东亚夏季风的有效替代性指标,东亚夏季风强度指数增大,沉积物亮度值变大,反之亦然。结合210Pb沉积速率数据,ZM11孔沉积物颜色反射率指标记录的近百年来发生的数次东亚夏季风增强期大致出现在1887、1897、1904、1915、1936、1945、1953、1965、1977、1987、1992年,该结果得到了近年来温度和降雨量实测记录的验证。东亚季风的这种强度变化具有显著的周期性,功率谱分析表明研究区存在明显的28 a和2 a周期,结合历史资料,推断太阳辐射强度的变化是其主要控制因素,另外还可能受到大尺度气候波动的影响。

季风边缘区封闭湖泊近40a来的水位变化分析——以青海湖、岱海为例

利用40 a来的数据资料研究揭示了青海湖、岱海的水位变化及其机制.结果表明:青海湖水位变化主要受气候因素影响,如果未来气候保持现在的状态,湖泊的面积将在2035年前后下降至0.392 5 km2后保持相对稳定;岱海水位变化受人类活动的影响,人类活动的强烈干预改变了湖泊的演化方向,如果将人类活动耗水量还原到湖泊中,岱海水位将逐步上升、湖泊面积逐渐扩大,并在水位1.226 5 km、面积175 km2上稳定维持至2030年左右.

东海北部泥质区敏感粒度组分对东亚季风演变的响应

运用粒级一标准偏差方法对FJ04孔146cm以上部分进行敏感粒度组分分析与提取，证明选取的敏感粒度组分是本区重要的环境替代性指标，其平均粒径的变化可以用来指示东亚季风的强弱。获得了东海北部泥质区3kaBP以来东亚冬季风强度的演化过程，结果表明东亚季风经历了两个主要的演变阶段：①3～1．15kaBP为东亚冬季风较弱，中等程度波动阶段，期间也存在几次冬季风加强期；②1．15kaBP到现代为东亚冬季风强盛、高频率波动阶段。1．15kaBP是一个明显的转折点，此外，3kaBP来敏感粒度组分平均粒级的变化还记录了11次冬季风增强事件，与全球其他地区的气候记录具有极好的对应关系，但在不同的地区的响应程度不同，说明气候变化存在全球一致性和区域响应的特殊性。

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)。

近3000a来东亚冬季风变化在南海北部陆架泥质区的记录

通过对位于南海北部陆架泥质区ZJ2孔进行AMS14C测试和粒度分析,从中提取出了对沉积环境敏感的粒度组分进行了研究,结果表明:该敏感组分的粒级含量和平均粒径变化主要受东亚冬季风的强弱变化制约。根据该粒度指标,发现近3 000a以来东亚冬季风存在8次增强的记录,与格陵兰冰芯的记录有着较好的一致性,且在其他不同区域亦能找到相对应的气候变化证据,揭示了全球气候变化的区域性响应。

前秋墨西哥湾流延伸区海温与东亚冬季风关系的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料、哈德莱环流中心海表温度资料,研究了墨西哥湾流延伸区海温与东亚冬季风关系的年代际变化及可能原因。结果表明,秋季纽芬兰东南侧的墨西哥湾流延伸区海温与东亚冬季风联系在1970s中后期发生明显年代际突变,由1948—1976(P1)显著正相关变为1980—2012(P2)时段的不显著负相关。同时,与湾延区海温相联系的环流系统在P1和P2时段改变明显:P1时段湾延区海温偏高,冬季500 hPa位势高度场乌拉尔以东地区为大范围显著正异常,日本上空东亚大槽加深,东亚沿岸产生显著偏北风;而P2时段湾延区海温偏高,贝加尔湖上空为不显著负异常位势高度,东亚大槽区为弱的正异常,东亚沿岸有不显著偏南风异常。造成该突变的可能原因是P1时段湾延区海温偏高容易激发出北大西洋到东亚"正、负、正、负"的异常波列,且该异常中心与正位相欧亚遥相关(EU)波列的异常中心位置基本一致,位相叠加加强了正EU,进而造成东亚冬季风的异常强劲。而P2阶段从西欧到东亚沿岸呈现不显著的类似负位相EU波列,且异常中心与EU波列的异常中心位置有偏差,导致其与东亚冬季风关系相对于P1阶段发生了由显著正相关到不显著负相关的转变。

晚全新世东亚季风高分辨率沉积记录:来自东海内陆架泥质区的证据

对位于东海内陆架泥质区的MZ05孔浅钻岩芯进行粒度、常微量元素、AMS^(14)C测年分析,获得2.90-1.80ka B.P.期间粒度和常微量元素随时间变化的高分辨率曲线。综合分析MZ05孔地球化学元素比值(CIA,Rb/Sr)曲线发现沉积物源区的化学风化强度变化可以分为3个阶段:2.90-2.70ka B.P.的增强期,2.64-2.35ka B.P.的减弱期和2.35-1.80ka B.P.的较弱期,反映该段时间内东亚夏季风的强弱变化。MZ05孔的沉积物敏感粒级(1.2～22.1μm)平均粒径指示晚全新世东亚冬季风波动频繁,呈现出3个各具特点的阶段:2.90-2.65ka B.P.属于中等频率波动的冬季风强盛期;2.64ka B.P.左右东亚冬季风由强转弱,2.60-2.35ka B.P.冬季风先减弱后增强;2.35-1.82ka B.P.为相对稳定的冬季风弱期。东亚冬季风的演化趋势在其他气候记录中也发现相应的降温证据,揭示全球气候变化的区域性响应。研究同时发现晚全新世研究区东亚冬、夏季风在百年尺度上呈现反相位关系。

基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用

夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。

东亚季风区石笋δ^(18)O解译:基于夏季风与夏季风降雨的思考

近些年,对于东亚季风区石笋δ^(18)O的气候环境指示意义的争论较多,主要在东亚季风区石笋δ^(18)O代表夏季和风强度、夏季风降水还是水汽源变化。基于中国东部华北地区降水与长江中下游地区降水反相变化和长江中下游地区降水与菲律宾海降水反相变化(遥相关),从年际-年代际到千年-轨道尺度对石笋δ^(18)O与夏季风降水、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的相互关系进行了探讨分析。通过对比石笋δ^(18)O记录与华北和梅雨区降水,发现石笋δ^(18)O偏负对应华北降水增加,梅雨区降水减少;石笋δ^(18)O偏正对应华北降水减少,梅雨区降水增加。这种对应关系不仅存在年际-年代际尺度,而且在千年-轨道尺度同样存在,石笋δ^(18)O不仅反映夏季风强弱变化,同时与中国东部区域降水关系是明确对应的。通过降水的空间相互关系,发现ENSO活动主要通过影响中国东部降水的空间分布格局而作用于石笋δ^(18)O。La Ni a态导致南海及菲律宾海对流加强,西太副高位置偏北,长江中下游地区梅雨期缩短,华北夏季降水增加,东亚季风区石笋δ^(18)O偏负。El Ni o态,南海和菲律宾海对流受到抑制,西太副高位置南移,长江中下游地区梅雨期延长,华北夏季降水减少,东亚季风区石笋δ^(18)O偏正。另外,水汽源分析发现,菲律宾海水汽输送对东亚季风区降水及降水δ^(18)O贡献相对较小。因此,综合分析认为,东亚季风区石笋δ^(18)O主要反映了亚洲夏季风的强弱变化。

基于CloudSat的东亚和南亚季风区降水云特征分析

利用2007年3月-2010年2月3年的CloudSat资料,2008年3月-2010年2月的TRMM_3B43资料,分析了东亚季风区(EMA)和南亚季风区(SMA)降水量的季节性差异、降水云的发生频率及宏观垂直结构特征(包括云层数、云厚、雨顶高度、冻结降水出现最大高度、雷达反射率垂直分布)及云类型季节变化.结果表明,EMA降水云的出现频率随季节变化先降低后升高,SMA则相反,先升高再降低,夏季达到最大值.EMA降水云以单层云为主,云顶高度随季节有明显的起伏变化,SMA则以单层云与双层云为主.EMA降水云云厚的季节变化明显:夏季最厚,冬季最薄;SMA云厚无明显季节变化,云厚发展高于EMA.两区域降水云均以深对流云及雨层云为主,但EMA降水云除夏季以深对流云为主外,其他三季雨层云占主导地位,而SMA则以深对流云为主,雨层云次之.从雷达反射率来看,降水云主要集中在8 km以下,雷达反射率在-15～15 dBz,降水云中雷达反射率随高度降低的趋势先增强后减弱,但SMA粒子增长速度较快,粒子累积带也大于EMA.

南海南沙海区沉积有机质分布特征及其指示意义

对现在过程的研究可为了解过去沉积环境演变信息提供重要线索。对南海南沙广阔海域23个现代表层沉积物样品总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量及同位素组成(δ13CTOC和δ15N)进行测试分析,以期通过沉积有机质的现代组成分布特征为反演其历史时空分布变化规律及其驱动机制提供参考。南沙海区表层沉积物TOC/TN(5.5~7.9,平均为6.5±0.6)和δ13CTOC(–21.9‰~–18.7‰,平均为–21.0‰±0.7‰)揭示了沉积有机质主要来自海源贡献;δ13CTOC与TOC和TOC/TN的相关性分析表明了TOC未受明显的早期成岩作用影响,因此表层沉积物TOC可用于反映现代上层海水生产力状况。南沙海区表层沉积物TOC(0.32%~0.97%,平均为0.67%±0.17%)呈现明显的西-东向分布差异,高值主要位于西部前缘地带,低值主要分布在东部海域。表层沉积物TOC的地理分布特征表明了西南夏季风对南沙海域表层海水生产力的主要调控作用—由夏季风产生的越南上升流和湄公河陆源输入带来的高通量营养盐促进了西部前缘海域浮游植物的勃发,而随着站位距离的增加其施肥效应越来越弱。表层沉积物TOC和TN的强相关性(R2=0.95)以及δ15N的空间分布特征暗示了南沙海域沉积物δ15N未受陆源河流影响,记录了上层海水δ15N信号,从而指示了相关的氮循环过程。

近60年来南黄海沉积物高分辨率敏感粒级对东亚冬季风的响应

对南黄海中部泥质区F306柱状样的沉积物进行分析,运用粒径—标准偏差法,得出该孔敏感粒级组分为23.10~65.30μm（5.44Φ~3.94Φ）,其粒级的含量15.6%~22.3%,平均粒径38.5~41.4μm（4.70Φ~4.59Φ）,证明敏感粒级可以作为东亚冬季风的高分辨率替代指标,进一步阐明了敏感粒级作为东亚冬季风替代指标在更高分辨率上的可行性。根据敏感粒级沉积记录,在1950—1986年期间,将东亚冬季风分为强—弱—强3个阶段,指示了该阶段东亚冬季风存在近10年的周期。1986/1987为近60多年来东亚冬季风由强变弱的转折点,与东亚气候变化具有较好的对应关系,首次在中国东部海域中记录了此逆转事件,认为1986年后沉积物敏感粒级的变粗可能与长江物源变粗、东亚冬季风的减弱以及夏季风增强有关。

江淮梅雨与东亚副热带夏季风进程变异的关系

根据中国气象局《梅雨监测业务规定》中的入、出梅标准,结合1960—2016年全国661个常规气象站逐日气象资料,以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析了江淮梅雨和东亚副热带夏季风进程变异的时空特征,提取季风关键区(32°~34°N,112°~120°E,包含17个站点),并分析了江淮梅雨和季风关键区的联系与成因。结果表明:1960—2016年平均梅雨期为6月8日—7月15日,平均梅雨量为303 mm。比东亚平均梅雨季的开始时间早9 d,比其结束时间晚7 d。梅雨量在近57 a中也呈波动式变化,但整体为上升趋势。入梅越早,出梅越晚,则梅雨期越长,梅雨量越多。副热带夏季风推进到关键区的平均时间为5月19日,其在1970s末和1990s末分别发生了由偏晚向偏早和由偏早向偏晚的突变。夏季风到达关键区偏早时,出梅日偏晚,梅雨量偏多,季风到达偏晚时,出梅日偏早,梅雨量偏少。副热带夏季风推进时间和江淮梅雨量呈全区一致的负相关,负相关区位于湖南、湖北及江西三省临近的两湖地区。东亚副热带夏季风到达关键区时间偏早(晚)年,500 hPa高度场上乌拉尔山—鄂霍茨克海为正(负)距平,阻塞高压增强(减弱);日本海附近为负(正)距平,东亚大槽加深(西退北缩),加强(削弱)了槽后冷空气向南输送且不(有)利于中低纬度副热带高压的北跳,西太平洋副热带高压中心强度增强(减弱),位置偏西(东),其西北侧的西南暖湿气流输送加强(减弱),江淮地区有水汽的辐合(辐散),有(不)利于梅雨量偏多。

对数比变换在因子分析法提取东亚冬季风敏感粒级中的应用——以南黄海中部泥质区H07孔为例

利用经典统计学分析等传统方法提取东亚季风敏感粒级时,往往因忽视了成分数据的闭合效应而造成对分析结果的误读,所确定的季风替代指标与已有指标的对应效果也不甚理想。以南黄海中部泥质区H07岩心为例,尝试对原始粒度数据做中心化对数比变换以消除闭合效应,再通过因子分析法从中提取出东亚冬季风敏感粒级,进而提出将F2因子得分值作为东亚冬季风强度的替代指标。结合AMS14 C年代数据,重建了近6 200aBP来的东亚冬季风演化历史,并将其划分为5个阶段:(1)6.2~4.99kaBP,高水平强烈波动期;(2)4.99~3.66kaBP,高水平小幅波动期;(3)3.66~0.87kaBP,低水平亚稳定期;(4)0.87~0.14kaBP,持续增强期;(5)0.14kaBP至今,大幅减弱期。所提取的替代指标与其他气候指标有很好的对应,证明将中心化对数比变换引入到季风敏感粒级的提取过程中是可行的,能有效地揭示出更接近于真实的中国东部地区东亚冬季风演化历史。

2020/2021年冬季黑龙江省气温异常成因分析

2020/2021年冬季黑龙江省表现为“前冬暖、后冬冷”的气候特征。在500 hPa欧亚中高纬地区为“两槽一脊”环流形势,东亚大槽位置偏西、强度偏强,以经向环流为主,利于引导冷空气南下。赤道中东太平洋海温负异常、AO的负位相、北半球极涡面积偏大,均与黑龙江省冬季气温有较好的相关性。季节内东亚冬季风阶段性转换特征明显,出现明显低温时段。

季风与极涡的异常配置下中国夏季大尺度旱涝分布

从冷暖系统配置的角度,选取东亚夏季风(EASM)和7月亚洲区极涡面积(APVA),分析了二者的气候特征与中国夏季降水分布之间的关系.在此基础上,将1951—2010年EASM和APVA的异常配置分为四种类型:A:季风强、极涡大;B:季风强、极涡小;C:季风弱、极涡大;D:季风弱、极涡小.研究发现,二者的异常配置下,中国夏季大尺度旱涝分布在季尺度上表现出多面性特征:A型年,夏季整体偏旱;B型年,夏季南涝北旱;C型年,夏季北涝南旱;D型年,夏季整体偏涝.由此可见,中国夏季旱涝总体分布除了与EASM有关外还与APVA密切相关,二者异常的不同配置下,夏季降水多寡和旱涝分布表现出了显著的差异和规律性,这对夏季降水总体趋势预测有一定的指示意义.此外,通过研究不同配置关系对应大气环流异常特征,并分析不同要素在夏季风和极涡关系变化中的作用,发现不同配置类型下夏季降水表现出的差异和规律性直接取决于环流场的整体配置,其中西太副高和中高纬阻塞形势起主导作用.

我国东部季风区主要流域气候变化情景下日平均温度和日降水量随机模拟数据集

基于历史观测日值资料和耦合模式比较计划第五阶段的15个全球气候模式对历史排放情景和三种未来典型浓度路径的模拟月值结果,综合应用广义加性模型、广义线性模型、贝叶斯模型平均等多种统计方法,分别建立了流域尺度日平均温度和日降水量的多模式统计降尺度模型。在此基础上,针对我国东部季风区海河、淮河、辽河、太湖、渭河和珠江六个流域,运用随机模拟方法,得到各流域在历史(1970-2000年)和未来(2020-2050年)排放情景下,空间分辨率为0.5°×0.5°的日平均温度和日降水量的样本集合。数据集充分反映了局地气候态的分布,特别是极端温度、极端降水等位于气候态分布尾端的小概率事件对气候变化的响应,可用于水文、生态和环境等领域的工程设计、灾害风险评估等。本数据集的数据文件可由GrADS软件直接读取。原始文件数56个,数据量25.4 GB(压缩为20个文件,11.3 GB)。