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本文用近40年的NCEP再分析风温湿、大洋海温、CMAP降水以及中国高时空分辨率降水资料,对中国东部地区夏季风最北位置的年际和年代际演变进行了分析研究,结果表明:
(1)季风降水推进、低层偏南风水汽输送以及暖湿气团表征的假相当位温场都可以反映东亚夏季风的推进。在考虑这3方面的综合作用效果后,本文给出了一个新的确认东亚夏季风北边缘推进的标准,即在低层西南风下候平均降水≥4mm/day和假相当位温≥335K。由这一标准确定的年季风边缘最北位置具有明显的年际和年代际变化,它们构成了东亚季风北边缘的活动带。在过去的40年中,华北地区夏季风边缘的最北位置发生在1963年(44°N),最南位置出现在1999年(33°N),它们的纬度差为11度。年代际转变发生在1977~1979年,前期东亚夏季风北边缘推进更快,达到的最北纬度位置更高,撤退过程持续时间更长,前后时段平均位置差达1.5个纬度。
(2)依此标准确定的季风边缘位置能够很好地反映我国北方(35°N以北)夏季降水的年际和年代际变化特征。季风北边缘位置偏北时,北方降水偏多,反之偏少。与这一研究不同,前人研究的东亚夏季风指数能够较好地反映主体东亚季风降水(梅雨)的特征,因此季风北边缘位置指标对我国北方降水异常有较好的指示意义。
(3)在低层大气的环流场上,季风边缘的年际和年代际变化反映的是青藏高原北侧西风带气流与东侧南来季风气流在中国北方相互作用的结果。考虑这两支气流的来源和水汽输送作用,获得了两个影响季风边缘带位置变化的早期信号,它们分别是位于赤道印度洋上的水汽变化早期信号和位于蒙古中西部西风带上的水汽变化早期信号。由这两个早期信号(提前5~6候)构造的季风北边缘位置预报方程,其相关系数达到0.82。
(4)在年代际时间尺度上,季风北边缘活动的变化是通过气压系统演变与海温变化取得联系的。华北夏季风边缘带的年代际异常偏北对应北太平洋海温变化的PDO冷位相,反之对应PDO暖位相,而各层气压场的东高西低(西高东低)配置是导致边缘带异常偏北(偏南)的直接原因。在年际时间尺度上,同期暖池表层海温异常能通过相应的环流异常影响季风边缘带的位置,具体的,暖池海温正距平时季风北边缘位置偏北,反之偏南。
(5)无论在年代际还是年际时间尺度上,夏季的西风带气流和季风气流中都存在明显波动特征。具体的,在对流层低层水汽输送涡度场中,蒙古西部-东北和东南沿海-长江中下游-西北、华北表现出清晰的正负相间的波列分布特征,分别对应西风带气流和季风气流波动。分析表明,这两种波动不仅与东亚夏季风边缘带关系密切,更为重要的是决定了我国东部旱涝降水型的分布。