Enhanced Seasonal Predictability of Spring Soil Moisture over the Indo-China Peninsula for Eastern China Summer Precipitation under Non-ENSO Conditions

Seasonal prediction of summer precipitation over eastern China is closely linked to the East Asian monsoon circulation,which is largely affected by the El Niño-Southern Oscillation(ENSO).In this study,results show that spring soil moisture(SM)over the Indo-China peninsula(ICP)could be a reliable seasonal predictor for eastern China summer precipitation under non-ENSO conditions.When springtime SM anomalies are present over the ICP,they trigger a structured response in summertime precipitation over most of eastern China.The resultant south-to-north,tri-polar configuration of precipitation anomalies has a tendency to yield increased(decreased)precipitation in the Yangtze River basin and decreased(increased)in South and North China with a drier(wetter)spring soil condition in the ICP.The analyses show that ENSO exerts a powerful control on the East Asian circulation system in the ENSO-decaying summer.In the case of ENSO forcing,the seasonal predictability of the ICP spring SM for eastern China summer precipitation is suppressed.However,in the absence of the influence of ENSO sea surface temperature anomalies from the preceding winter,the SM anomalies over the ICP induce abnormal local heating and a consequent geopotential height response owing to its sustained control on local temperature,which could,in turn,lead to abnormal eastern China summer precipitation by affecting the East Asian summer monsoon circulation.The present findings provide a better understanding of the complexity of summer climate predictability over eastern China,which is of potential significance for improving the livelihood of the people.

Low- and Mid-High Latitude Components of the East Asian Winter Monsoon and Their Reflecting Variations in Winter Climate over Eastern China

The present study defines a low-latitude component (regionally averaged winter 1000-hPa V-winds over 10 25°N, 105 135°E) and a mid-high-latitude component (regionally averaged winter 1000-hPa V-winds over 30 50°N, 110 125°E) of the East Asian winter monsoon (EAWM), which are denoted as EAWM-L and EAWM-M, respectively. The study examines the variation characteristics, reflecting variations in winter climate over eastern China, and associated atmospheric circulations corresponding to the two components. The main results are as follows: 1) the EAWM-L and EAWM-M have consistent variation in some years but opposite variations in other years; 2) the EAWM-M index mainly reflects the extensive temperature variability over eastern China, while the EAWM-L index better reflects the variation in winter precipitation over most parts of eastern China; and 3) corresponding to the variation in the EAWM-M index, anomalous winds over the mid-high latitudes of East Asia modulate the southward invasion of cold air from the high latitudes and accordingly affect temperatures over eastern China. In combination with the variation in the EAWM-L index, anomalous low-latitudinal winds regulate the water vapor transport from tropical oceans to eastern China, resulting in anomalous winter precipitation. These pronounced differences between the EAWM-L and the EAWM-M suggest that it is necessary to explore the monsoons' individual features and effects in the EAWM study.

An Index of East Asian Winter Monsoon Applied to the Description of China's Mainland Winter Temperature Changes

Using the NCEP/NCAR reanalysis data （Version 1.0） and the observation data of China from January 1951 to February 2007, a new index of East Asian winter monsoon circulation （I EAWM） was defined based on the comparison of previous different winter monsoon indices and circulation factors influencing the winter climate over China. Its relationships with winter temperature over China and large-scale circulation were analyzed. Results show that IEAWM can successfully describe the variation of China＇s mainland winter temperature and the East Asian winter monsoon （EAWM） system. This index reflects the integrated effect of the circulations over high and low latitudes and the thermal difference between the continent and the ocean. While in the previous studies, most monsoon indices only describe the single monsoon member. The IEAWM is a good indicator of the intensity of the EAWM. Positive values of/EAWM correspond to the strong EAWM, the stronger Siberian high and East Asian trough than normal , and the strengthening of the meridional shear of 500-hPa zonal wind between high and low latitudes over East Asia, and therefore, the southward cold advection becomes stronger and leads to the decrease in surface temperature over China; and vice versa. The IEAWM inter decadal change is obviously positive before the mid-1980s, but negative since the mid-1980s, in good agreement with the fact of the winter warming in China after 1985.

Evaluation of the Twentieth Century Reanalysis Dataset in Describing East Asian Winter Monsoon Variability

The Twentieth Century Reanalysis （20thCR） dataset released in 2010 covers the period 1871-2010 and is one of the longest reanalysis datasets available worldwide. Using ERA-40, ERA-Interim and NCEP-NCAR reanalysis data, as well as HadSLP2 data and meteorological temperature records over eastern China, the performances of 20thCR in reproducing the spatial patterns and temporal variability of the East Asian winter monsoon （EAWM） are examined. Results indicate that 20thCR data： （1） can accurately reproduce the most typical configuration patterns of all sub-factors differences in the main circulation fields over East Asia involved in the EAWM system, albeit with some in comparison to ERA-40 reanalysis data; （2） is reliable and stable in describing the temporal variability of EAWM since the 1930s; and （3） can describe the high-frequency variability of EAWM better than the low-frequency fluctuations, especially in the early period. In conclusion, caution should be taken when using 20thCR data to study interdecadal variabilities or long-term trends of the EAWM, especially prior to the 1930s.

The Characteristics of Longitudinal Movement of the Subtropical High in the Western Pacific in the Pre-rainy Season in South China

Using the NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall data of the China Meteorological Administration, and the sea surface temperature (SST) data of NOAA from 1951-2000, the features of the anomalous longitudinal position of the subtropical high in the western Pacific (SHWP) in the pre-rainy season in South China and associated circulation and precipitation are studied. Furthermore, the relationship between SHWP and SST and the eastern Asian winter monsoon is also investigated. Associated with the anomalous longitudinal position of SHWP in the pre-rainy season in South China, the flow patterns in both the middle and lower latitudes are different. The circulation anomalies greatly influence the precipitation in the pre-rainy season in South China. When the SHWP is in a west position (WP), the South China quasi-stationary front is stronger with more abundant precipitation there. However, when the SHWP is in an east position (EP), a weaker front appears with a shortage of precipitation there. There exists a good relationship between the longitudinal position of SHWP and SST in the tropical region. A negative correlation can be found both in the central and eastern tropical Pacific and the Indian Ocean. This means that the higher (lower) SST there corresponds to a west (east) position of SHWP. This close relationship can be found even in the preceding autumn and winter. A positive correlation appears in the western and northern Pacific and large correlation coefficient values also occur in the preceding autumn and winter. A stronger eastern Asian winter monsoon will give rise to cooler SSTs in the Kuroshio and the South China Sea regions and it corresponds to negative SST anomaly (SSTA) in the central and eastern Pacific and positive SSTA in the western Pacific in winter and the following spring. The whole tropical SSTA pattern, that is, positive (negative) SSTA in the central and eastern Pacific and negative (positive) SSTA in the western Pacific, is favorable to the WP (EP) of SHWP.

近50年来我国东、西部地面气温和降水变化对比的初步分析

利用1951—2003年我国160个气象站月平均地面气温和降水资料,分析了我国东、西部气温和降水变化趋势的异同,并讨论了其可能原因。结果表明:我国东、西部地区年、季平均气温变化有较好的一致性,降水变化则有一定差异。近50年来,我国东、西部年平均气温均呈升温趋势,降水从1950年代开始减少,至1990年代又增加。东部年平均气温的增暖趋势大于西部,降水受大气环流影响较大。

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951／1952-1999／2000年）的气温资料和NCEP／NCAR再分析资料，通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析，结果发现：在年际变化的时间尺度上，我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态，并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明，在年际变化尺度上，与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动；赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义，而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征，这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态；而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似，但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示，全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征，而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征；结果还表明，我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此，在研究我国冬季气温变化时，将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。

我国东北地区冬季降水和东亚冬季风的关系研究

利用1961-2011年我国东北地区(包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)的冬季降水资料,分析了东北地区冬季降水量的时空分布和冬季降水日数的时空分布,对比分析了东亚冬季风对我国东北地区冬季降水的影响.结果表明:东北地区冬季降水量和降水日数分布有明显的区域差异,以内蒙古东南部、辽宁西北部、吉林西部、黑龙江西南部为低值中心,外围辽宁东部,吉林南部,黑龙江东部、中北部、北部,内蒙古东北部等地区为高值区;冬季降水量年际变化呈增加的线性趋势,1980年代中期以后冬季降水量的高值和低值都有明显的增大;年降雪日数年际变化呈线性增加趋势.1948-2011年东亚冬季风强度指数的结果表明,东亚冬季风呈明显的线性减弱趋势,弱东亚季风主要集中在20世纪80年代中期以后,除内蒙古东南部等少数区域外,我国东北大部分地区的冬季降水量都和东亚冬季风呈负相关.对应地,东北地区冬季降水量增大,年际变化的幅度变化增大,降水日数增量较小,这可能与东北地区冬季极端降水天气和干旱天气增加有关.在东亚范围内,我国东北地区冬季降水多年200hPa U风增强、500hPa高压减弱、850hPa东海南风增强,冬季降水少年则相反.

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。

东亚冬季风对中国东北冬季气温变化的影响

利用国家气象信息中心气温数据集1961~2011年中国东北地区资料及NCEP/NCAR再分析资料,对东亚冬季风与东北冬季气温变化特征的对比分析表明:从20世纪90年代起,东北冬季异常冷、暖事件明显增多,冬季风异常强、弱事件也相对增多;1986年前后东北冬季气温发生增暖性气候突变,冬季风同时进入转弱阶段;冬季风在2004年进入偏强阶段,东北冬季气温在2009~2011年出现转入低温阶段迹象。冬季风通过影响200hPa东亚急流,500hPa东亚大槽、乌拉尔高压,850hPa风场,地面西伯利亚高压等的异常导致东北冬季气温的年际和年代际异常。

近千年东亚夏季风演变历史重建及与区域温湿变化关系的讨论

集成中国季风区石笋氧同位素记录的共同变化特征,初步建立了近千年10年平均的东亚夏季风演变序列。在10年尺度以上分析了东亚夏季风演变与其他气候要素变化之间的关系。主要结论有:1)近千年来东亚夏季风演变可划分为中世纪时期(11～13世纪初期)的季风稍弱阶段,13世纪中后期至14世纪前半叶的季风较强时期,14世纪后半叶至17世纪的季风较弱阶段,自18世纪开始持续约200年的季风再次增强时期,以及20世纪初开始的季风逐渐减弱阶段。2)近千年来东亚大陆或北半球温度的变化虽然对东亚夏季风变化具有一定的影响,但东亚夏季风强度的变化并不总是取决于陆地温度的变化。3)近千年来东亚夏季风的强弱变化与降水变化在低频趋势上有良好的对应关系,在东亚夏季风增强的时期,中国东部降水较多,而在夏季风减弱时,中国东部降水趋于偏少。

欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系

采用相关及合成分析方法，对ＥＣＭＷＦ１９７９～１９９３ 年的网格点积雪深度资料、冬季海平面气压场、５００ ｈＰａ 高度场及中国冬季气温场进行了分析，研究了欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系。结果表明：欧亚大陆中高纬地区冬季积雪异常与东亚冬季风和中国冬季气温存在明显的关系。

2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的关系

利用NCEP/NCAR R2逐日再分析资料和西南地区气象台站逐日气温资料,通过带通滤波、小波分析、相关分析和合成分析等统计方法,研究了2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的联系。结果表明,2010年东亚冬季风在月内时间尺度上主要存在7天左右、12天左右以及30天左右为主要振荡周期的低频振荡。东亚冬季风月内尺度,准1周、准2周时间尺度内的振荡特征可以很好指示出同期西南地区较强的低温过程,且在准2周尺度比准1周尺度对西南地区冬季低温的影响更明显。月内尺度、准1周、准2周尺度上东亚冬季风正、负位相时,无论是对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当东亚冬季风正位相时对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区冬季低温,而负位相时环流形势相反,不利于西南地区低温。

我国冬季气温异常对东亚季风和高原加热场的响应

根据我国618个气象台站的月平均气温、海平面气压和青藏高原地面加热场强度距平指数资料等,利用EOF和相关分析等方法,分析了我国最近32个冬季气温异常特征及其对东亚冬季风和青藏高原地面加热场强度异常的响应。结果表明:我国冬季气温异常的第一空间模态较好地反映了在全球变暖背景下全国一致增温的特征,增温最显著的区域在河套;第二空间模态则表现了冬季变暖过程中的东北区快西南区慢的反位相特点。冬季气温一致偏高的年份主要出现在1990年代及以后。分析认为,全国大部分冬季气温的升高主要与东亚冬季风的关系密切,东亚冬季风强度的整体减弱与赤道中东太平洋海温的升高存在一定的关系,河套地区和东部沿海气温对东亚冬季风的响应最敏感;冬季高原地面加热场强度的增强有利于我国新疆南部、河套大范围地区和东部沿海地区冬季气温的降低。我国西南地区冬季气温呈现变暖的时间迟于全国其他地区。

20世纪80年代中期以来东亚大槽和东中国海海温关系的年代际减弱和成因分析

基于Had ISST(Hadley Centre Sea-ice and Sea surface Temperature Data Set)的月平均海温(SST)资料,对1960-2012年中国近海冬季SST的长期变化趋势进行了详细分析。结果显示冬季SST经历了一个显著的升温过程,增幅达0.018℃/年,在80年代末期发生了显著的气候增暖过程。对东亚冬季风子系统与冬季东中国海SST关系的年代际变化进行了分析。结果发现在1960-2012年间,东亚冬季风5个关键子系统中,东亚大槽与东中国海冬季SST年际变率上关系最为密切。进一步研究发现,自20世纪80年代中期以来,东亚大槽和东中国海冬季SST都发生了明显的年代际变化,其中东亚大槽为年代际减弱,而东中国海冬季SST发生了年代际增暖。尽管1960-2012年间东亚大槽与东中国海冬季SST有显著的负相关关系,但这种统计相关在1989-2012年期间显著减弱。这种相关减弱的原因很可能是由于NPO(North Pacific Oscillation)的年代际变化背景下的东亚大槽的强度减弱有关。

更新世以来南海表层水温变化及其古气候意义

南海南部2Ma以来古温度记录显示该海域更新世以来海水表层温度的不断降低,并且以冰期降低为特征,间冰期温度变化不大。南海南北经向表层海水温差的大小,反映了东亚冬季风的强弱变化,2 Ma以来的温差变化说明东亚冬季风在中更新世之前的持续强化,中更新世之后不断减弱,而在晚第四纪时又再次转为增强,同时叠加在长期变化趋势之上的是轨道时间尺度上冰期增强间冰期减弱的循环波动。青藏高原构造作用可能对中更新世时期东亚冬季风强化产生重要影响,而更新世以来东亚冬季风变化的整体趋势及轨道尺度变化主要受全球冰量变化和低纬ENSO影响。

中国东部地区冬季AOD分布特征及与冬季风环流的可能联系

利用2000年3月—2017年3月Terra卫星反演的MODIS气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料、NCEP的fnl全球业务分析数据、CMAP降水资料、CERES SYN1deg Ed 4月平均资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,依据中国东部冬季区域平均AOD距平具有显著的年际变化特征,将历年冬季AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与冬季风环流的联系。结果表明,中国东部冬季AOD区域平均值与气候要素场有很好的相关关系,即AOD异常偏高(低)时,入射到地面的太阳短波辐射通量减小(增加),地面气温降低(增加),地气系统冷却(加热),地面降水呈现华北与江淮内陆少、江淮东南多(华北与江淮西南部多、江淮地区东部少)的分布特征。中国东部AOD值异常偏高与风速异常偏小有关,且这种负相关关系在华北表现最明显:即AOD异常偏高(低)时,华北地面风速偏小(大),江淮地面风速偏大(小)。个例分析表明,纬向风速异常偏小、东风异常及阿留申低压偏弱是2013年AOD异常偏高的主要原因。

高原冬季风及热带太平洋海温对西南地区冬季气温的影响

利用1979 - 2 0 0 8 年西南地区115个测站逐日气温资料和NCEP/NCAR R2 日平均再分析资料,通过相关分析和合成分析,讨论了高原冬季风季节内变化特征及其与西南地区冬季气温之间的关系.结果表明：高原冬季风指数和同期西南地区冬季平均的逐日气温呈反相关关系.高原冬季风偏强、偏弱时,对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当高原冬季风偏强时,同期东亚冬季风偏弱,Nino3. 4 区海温偏高,对流层从高层到低层环流场形势均不利于西南地区冬季低温;当高原冬季风偏弱时,同期东亚冬季风偏强,Nino3. 4 区海温偏低,对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区冬季低温.

2010年东亚季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的关系（英文）

利用NCEP/NCARR2逐日再分析资料和西南地区气象台站逐日气温资料,通过带通滤波、小波分析、相关分析和合成分析等统计方法,研究了2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南李区冬季气温的联系。结果表明,2010年东亚冬季风在月内时间尺度上主要存在7天左右、12天左右以及30天左右为主要振荡周期的低频振荡。东亚冬季风月内尺度,准1周、准2周时间尺度内的振荡特征可以很好指示出同期西南地区较强的低温过程,且在准2周尺度比准1周尺度对西南地区冬季低温的影响更明显。月内尺度、准1周、准2周尺度上东亚冬季风正、负位相时,无论是对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当东亚冬季风正位相时对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区科季低温,而负位相时环流形势相反,不利于西南地区低温。

沙尘气溶胶直接气候效应对东亚冬季风影响的模拟研究

利用东亚沙尘复折射指数数据和较新的植被分布对区域气候—沙尘耦合模式(Reg CM4-Dust)的沙尘光学特性和沙源区域进行了更新。在此基础上,研究了沙尘气溶胶直接辐射效应对东亚冬季风的影响。模拟结果表明,引入沙尘效应后,东亚大陆绝大部分季风区对流层低层冬季风环流增强。同时,对流层中、上层中低纬度纬向风增强而中高纬度纬向风减弱,导致中高—中低纬度之间纬向风经向切变加强,从而有利于中高纬度冷空气向南侵入,这是低层冬季风环流增强在中上层的反映。另外,沙尘气溶胶导致东亚绝大部分季风区降水明显减少,东北地区西南部、华北大部、黄土高原、黄淮以及长江中下游流域减少达10%以上,这是降水对冬季风增强的响应。沙尘气溶胶引起冬季东亚次大陆—西北太平洋之间温度梯度增大,进而导致海陆间湿静力能梯度增大,是导致东亚大陆冬季风增强的主要原因。