2011年7月一次特殊的东亚夏季风的产生机理外文翻译资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

2011年7月一次特殊的东亚夏季风的产生机理

Kyong-Hwan Seo,¹ Jun-Hyeok Son,¹ Seung-Eon Lee,¹ Tomohiko Tomita,²

and Hyo-Seok Park³

2011年11月16日收到初稿；2012年1月20日修订；2012年3月15日出版。

之前的研究已经表明东亚夏季风主要来自与北太平洋副热带高压的西边的增强，或者可以这样说，西北太平洋副热带高压的增强。然而，在2011年7月上旬，由于西太副高北部的增强，在南边和东南边有一股潮湿的气流给日本的西南部和朝鲜带来了降水和中国中部地区异常的干旱。这种发生在日本中东部异常增高的形成在7月是相当罕见的，而且它的物理机制在这篇文章中进行了阐述，该回归环流的异常以及2011年7月的波活动通量展示出两个遥相关型产生了罗斯贝波是最重要的机制。罗斯贝波从东北太平洋传到西欧再到东亚地区，高度在在北欧亚急流之下在东亚急流之上，在更低层次上罗斯贝波的传播受到西北太平洋上非绝热的影响。在更高纬的地区这同时产生了一个明显的夏季北大西洋涛动的负位相和西北太平洋上非绝热加热的增强是日本中东部地区气压异常增高的非正常发展的原因，导致在韩国和日本南部的极端潮湿的条件和中国南方的旱情。

1.简介

东亚夏季风是一种独特的亚洲天气的组成成分，特别是在产生大量降水的东亚副热带锋面的形成[Chen和Chang.于1980;Wang等等,于2009]。夏季的锋面降水在中国称为“梅雨”，在韩国称为“Changma”在日本则称为“Baisu”。从5月下旬到7月下旬有关锋面降水的最大值区域从中国的南部一直向北移到韩国和日本。[LinHo和Wang，于2002]。在东部地区大量的年际和季节内变化已被观察到，但还是没有阐明这种变化的确切机制。北太平洋副热带高压的向西的增强，或者说西北太副高的增强，区域[110–150E, 10–30N]，是东亚季风发展的主要原因，不仅在年际尺度上也在季节时间尺度上（参见图中的S1辅助资料）。在东亚地区的暴雨中低空西南急流的加强起到了关键作用，另一个原因则是因为西北太平洋的海表温度异常变冷。这往往导致抑制菲律宾海附近的对流并且从西北太平洋发出连串的向极地的遥模式[Nitta，于1987;Wang等等,于2001]。向北传播的波列引起了异常的气旋性环流，并从而导致强降水发生在中国中部，韩国，日本。[例如.Yun等等,于2008].

然而在2011年7月上旬，在日本的西南部和韩国产生了大量的降水同时在中国南部伴随的确实异常的干旱。特别是在7月8日和9日，在韩国的平均降水量达到了135mm，这相当于7月平均气候总降水量的50%。这是由于北太副高的向北方向的明显增强而不是向西方向的异常增强。这种北太副高在7月上旬的突然向北增强是十分罕见的（32年来不发生在7月份的概率小于10%），并且它的物理机制不能只靠想象，因为很多早期的研究焦点在于西北太副高的增强的机制。此外，先前的研究已经用季节性或月平均数据研究过了东亚季风的年际变化。然而，这里我们展示了在2011年7月在每个月的时间尺度上北太副高发生的变换。目前的研究的目的是调查导致副高向北异常变强的物理机制。

2.数据

在这个研究中，用到了国家环境预测中心和能量部门全球再分析数据（1979年7月到2011年7月）国家海洋长波发射插值数据和大气管理局的数据（1974年6月—2011年7月16日），全球降水气候学项目数据（1997—2008），2009年后的全球降水气候学项目每天的数据没有被用到，所以2011年的分析我们使用数据候，其中再分析数据和海洋长波发射数据是2.5*2.5的水平格距，但是全球降水气候学项目数据是1*1的水平格距，从原始数据开始减去气候季节循环算出异常的情况。

对于罗斯贝波传播的估计，根据由哉和中村提出的方法计算波的传播[2001]。WAF是一个有效的工具来查看在准地转假设下罗斯贝波的传播。[例如，Satoa和Takahashi,2006;Hsu和Lin,2007]，

3.在2011年7月东亚季风明显的月变化

在2011年7月上旬，北太副高异常的向北增强，因此850百帕上日本中东部的高度场异常（35–45N, 140–160E)（图1），正如图中阴影区域所展示的，北太副高一般位于约北纬30。通常情况北太副高应该向西增强扩展，由于西南湿气流和西南南湿气流，在东亚地区有大量的降水。然而在2011年北太副高异常的向西增强导致了日本的西南部和韩国也遭受了大量的降水：来自海洋的拥有充足水分的强偏南气流和强的西南气流流动沿着北太副高的西侧流动。特别是在第34候（从7月6日到10日）日本南部和韩国经历了一次巨大的降水，然而中国南部却处在干旱的条件下（图1）。日本中东部反气旋的异常是这次特殊降水的主要原因。

（a）降水

（b）位势高度

图片1.图a为2011年7月6到10日的降水异常的距平，单位为（mm/d），图b为850百帕上位势高度距平。阴影部分为1979年到2010年850百帕上位势高度的气候平均值。在2011年7月上旬，北太副高向北扩张，在日本南部和韩国有大量的降水，而中国南部却十分干旱。

为什么会形成这次的异常反气旋呢？为了找到这个答案，在2011年7月1到15日反气旋异常区域[140–155E, 35–45N]在对流层上层和下层环流的异常随时间的变化变现为位势高度的变化。在300到850百帕上每一层都构建了时间序列。由于罗斯贝波传到该异常反气旋需要一些时间，在图2中所示回归300到850百帕高度距平常滞后1到2天。在平均滞后的几天内的变化没有明显的不同。在刚才的叙述中（图2），一个波列从东北大西洋和西欧出现。该罗斯贝波波的能量散沿着喷射流从欧亚大陆到东亚，提供有利诱导或加强异常反气旋的环境在正压结构的条件下。一个相似的模型被ENOMOTO在2003年发现。事实上，出现在东北大西洋的异常中心与在盛夏时期的北大西洋涛动有关。虽然这是众所周知的，冬季的北大西洋涛动通过亚洲急流波导影响东亚，但是与北大西洋涛动相关的夏季遥相关模式由于相比与冬季其振幅较小受到了较少的关注。最近，然而，SNAO已经被视为一个初始的连接东北大西洋和欧洲到东亚的波列。[吴等等，于2009,2011]。这是数十年变化的其中一个原因。例如，孙认为SNAO的中心已经快速的向东移动，因此，在韩国和日本的天气和气候以及自从1970年开始的东北大西洋振荡势有很大的联系是显而易见的。在SNAO的南部有异常的负位势（其定义会在下一个部分进行说明）。因此，SNAO的变化需要被调查。

在较低的层次（图2b），然而，这种纬向的主导遥模式不如上层的清晰。因为SNAO具有正压结构，所以一个气旋性环流格局仍然围绕这英国。更有趣的是，一个向极传播的波列向我们展示了，从菲律宾海通过日本东部到达北太平洋中部。该遥模式与这段时期在西北太平洋上的被加强的对流非绝热加热有关（未示出，但在这一地区加强供热得到了验证）。一个以GFDL动力核心模型的实验展示出一个低层次气旋类似遥模式和形成于西北太平洋和日本中东部的反气旋异常环流（没有展示）。因此这两种不同的遥模式可能协同工作加强低层的反常高压。这意味着要理解中纬度地区的气候变化的现象例如东亚季风，我们应该考虑在极地地区的自然变化以及在亚热带地区的非绝热强迫。

（a）300百帕上异常的位势高度

（b）850百帕异常的位势高度

图2为300百帕上位势高度距平（30gpm的等值线间隔）和850百帕在2011年7月1-15日在[140⁰-155⁰E,35⁰-45⁰N]上的位势高度距平的回归时间序列。回归区域位平均滞后1到2天。阴影区域表示有意义的区域有90%的置信度

4.结合SNAO的影响和西北太平洋的非绝热强迫：2011年和气候

在日本中东部反常高压建立的过程中的两个主要原因是SNAO和WNP非绝热强迫。我们现在检查在2011年这些因素随时间如何变化。SNAO检索的主要依据是在区域[5–0W, 55–65N] 和 [10–15E, 80–85N]的气压差。西北太平洋非绝热强迫指标是计算在西北太平洋区域[120–130E, 10–20N]的OLR的平均异常值[Hsu和林，于2007]。这两个指数的时间序列在图3中呈现，其中粗线代表SNAO,虚线代表OLR索引。个这两个索引指数都是分月变化。最小值出现在2011年7月8和9日，也就是主要暴雨出现的时间，因此，我们能推断出这两个因素在检索北太副高北部异常增高具有十分重要的意义。

SNAOamp;WNP OLR指数（2011年7月）

图片3。在2011年7月1-15日SNAO指数（粗线）和OLR指数在西北太平洋地区（虚线）。SNAO指数是指在[5^o-0^oW,55^o-65^oN]和[10-15W,80^o-85^oN]海平面气压的差异。两个指数都有各自的标准化偏差。

有趣的是，然而，这两个因素不能独自的影响北太副高的强度。例如，用SNAO指数画出的地图从1979年到2010年的7月都是小于1.0的，展示了低层反气旋环流是形成与日本上空（大约135E和40N），然而还可能比我们算出的位置更偏西。此外，850百帕合成地图势高度异常对低于1.0标准OLR指数在相同的32年偏差展出奇特的太平洋日本遥相关模式随着在好过上空的一个异常的反气旋环流（中心在122.5E和40N）（图S2b）。因此，每一个因素各自的影响并不支持低层日本中东部异常反气旋的形成。

图4.a图表示850百帕位势高度距平和1979到2010年在7月的平均风矢量，b图为从1997年到2008年7月的平均异常降水。只有SNAO和OLR指数比标准值低于1时才会被选中，在图4（a）中，只有风矢量的强度大于5m/s时才能在图上显示出来，在图4（a）中的阴影区域表示统计学显著区域在t检验的90%的置信区间。

因此，我们需要研究复合循环，当这两个因素协同工作时。图4示出了850百帕复合位势高度和异常风（对于相同的32年）和GPCP降水距平（在1997—2008）。该复合构建用于SNAO和WNP OLR指数的标准小于1.0，在32年的7月中只有12天满足这些标准，并演示了在东亚夏季风的高峰期这种高压向北集约是多么罕见。然而，该复合流通领域非常类似于2011年7月的情况，在日本东部存在一个异常高压。但是，稍微转向东北（中心在东经160，北纬45）类似于2011年的情况（图2b）。气旋出现在西北太平洋。强降水的区域出现在沿着130度经线从亚热带到中纬度，结构类似于图1a。特别是，在我们看来，强降水主要发生在韩国和日本西南部，然而在我们南部地区却十分干燥。类似的合成分析是在分析500百帕流函数异常和WAF时用到。WAF矢量平行于波群速度，从而指示罗斯贝波传播的方向和波能的强度。矢量往往定向到本地位势高度异常的最大水平梯度。在图5中，强向东指向WAF向量出现在东北大西洋，这与气旋环流异常是有关的并且是沿着北欧急流的西欧的下游地区。由于西风急流的减速波通量矢量点在东南方大约东经60度。并且指向亚洲东部。该罗斯贝波形成了日本中东部的一个异常的反气旋环流并且在正压垂直结构上形成了北太副高。此外，活跃的波流从西北太平洋传到异常高压区，向东北方向传播。这两种波的传播方向类似与2011年7月的情况。因此，这两种气候变化（一个来自高纬地区，另一个来自亚热带地区）结合起来发展成为日本中东部地区的异常高压。因此，可以得出结论，通过罗斯贝波波列，当SNAO的负位相和在WNP上非绝热加热加强同时发生是会导致日本中东部异常高压的产生。这然后就会导致在韩国和日本南部的极端降水和中国南部的极端干旱。

5.总结和讨论

之前的研究阐明了东亚季风的加强是来自于北太副高的向西增强或者说西北太副高的增强。在2011年7月上旬，然而，强大的南风和南偏东气流沿着北太副高的西海岸带着大量的水汽在日本的西南部和韩国产生了大量的降水，同时因为北太副高的强度向北而不是向西增大，所以在我国的东部地区处于干旱状态。这种北太副高突然的向北集约在7月上旬是十分罕见的，它的物理机制已经在调查研究中。

图5。同图4，对于500百帕位势高度距平（10gpm的等值线间隔）和波流的活动程度（矢量，单位为m²/s²）。只有波流强度大于10m²/s²才能在图中显示。

回归位势高度异常和2011年7月WAF向量和来自之前32年的数据阐述了两个要相关型，由于罗斯贝波波列是日本中东部产生异常高压的最重要的机制：一个是罗斯贝波随着北亚急流和东亚急流传播从东北大西洋到东亚上空，另一个向极地传播的波在低层西北太平洋被非绝热加热强迫。在高纬度地区显著的负位相SNAO的强迫和在副热带西北太平洋地区增强的非绝热加热导致了在日本中东部异常高压的变强，造成了日本西南部的潮湿和中国南部的干旱。

由于东亚季风的年际和季节性变化，这有很多潜在的因素除了上面提到的那个需要被检验的因素外。以2011年7月上旬为例，下面的气候变化可能对日本东部异常高压的发展做了少部分的贡献,：马丁—朱利按振荡（其幅度远小于1标准偏差），印度偶极模式强迫（其幅度远小于0.3）以及印度夏季风（振幅接近正常强度），其他因素包括西藏热强迫，欧亚积雪覆盖，以及全球海温距平需要进行研究。

致谢。这项工作得到了韩国研究基金会的支持（2011-0020927）和韩国气象研究和

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[31979]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word