南海夏季风爆发迟早与赤道纬向风关系的诊断研究

利用ECMWF和NCEP(1958～1999年)的再分析资料，研究南海夏季风与前期气象要素的关系，结果表明:南海夏季风建立日期与当年2月份赤道印度洋地区的纬向风存在高层(200～100 hPa)为正、低层(1000～700 hPa)为负的显著相关分布，类似于偶极子的分布特征；而在赤道中太平洋地区(160°E～160°W)则存在高层为负、低层为正的另一个显著相关“偶极子”。分析这种相关特征的持续性，发现上述形势从2月份到5月份一直存在，且赤道印度洋地区高低层相反的相关分布从3月份开始逐渐东移，到5月份维持在印度洋东部至南海一带。从5月份的相关系数分布图可发现，南海地区低层为负相关，高层为正相关，说明低层西风异常、高层东风异常的赤道纬向风分布有利于南海夏季风早爆发。针对南海夏季风建立日期与赤道地区(10°S～10°N平均)纬向风的“偶极子”型相关分布特征，定义了一个用于诊断南海夏季风爆发迟早的前期因子。该因子与大部分学者定义的南海夏季风建立日期存在着显著的相关，说明该因子对南海夏季风爆发迟早有一定的反映能力和预测作用。根据Gill(1980年)理论分析发现，上述2月份赤道地区纬向风异常是同期赤道印度洋-大陆桥地区异常强对流活动造成热带赤道大气环流显著异常变化的结果。     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明:南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异，最早的可以1 d就推进影响到华南地区，最晚的却要42 d，并且这种变化具有明显的年代际变化特征，即20世纪70年末以前，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早，而70年代末以后，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚；当南海夏季风建立后，若东亚大槽较深，冷空气活动较活跃，索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱，南亚高压和东亚地区急流位置偏南，就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚，反之，则偏早；南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间，索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强），华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

南海夏季风强弱年环流形势与热带对流特点对比分析

利用NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/国家大气研究中心)再分析资料,对南海强夏季风年和弱夏季风年进行合成分析,结果表明,无论是在夏季风爆发前的1月份或是夏季风盛行的7月份,强弱夏季风年的平均经圈环流和平均纬圈环流都有明显差异。在强夏季风年,1月份的哈特莱环流、7月份的瓦克环流和季风经圈环流都比弱夏季风年同期的明显。强夏季风年的西太平洋副热带高压比弱夏季风年明显偏弱。利用OLR资料分析强夏季风年(1981年)和弱夏季风年(1983)4～9月份赤道东印度洋和南海对流活动的季节内振荡,发现在南海强夏季风年,季节内振荡的次数偏少而强度偏强,在弱夏季风年,季节内振荡的次数偏多而强度偏弱。相比之下,在南海强夏季风年,赤道东印度洋的季节内振荡比南海的更具典型性。     

南海夏季风强弱年环流形势与热带对流特点对比分析

利用NCEP／NCAR(美国国家环境预报中心／国家大气研究中心)再分析资料，对南海强夏季风年和弱夏季风年进行合成分析，结果表明，无论是在夏季风爆发前的1月份或是夏季风盛行的7月份，强弱夏季风年的平均经圈环流和平均纬圈环流都有明显差异。在强夏季风年，1月份的哈特莱环流、7月份的瓦克环流和季风经圈环流都比弱夏季风年同期的明显，强夏季风年的西太平洋副热带高压比弱夏季风年明显偏弱，利用OLR资料分析强夏季风年(1981年)和弱夏季风年(1983)4～9月份赤道东印度洋和南海对流活动的季节内振荡，发现在南海强夏季风年，季节内振荡的次数偏少而强度偏强，在弱夏季风年，季节内振荡的次数偏多而强度偏弱，相比之下，在南海强夏季风年，赤道东印度洋的季节内振荡比南海的更具典型性。     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响

利用1948—2017年再分析资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发早晚的可能影响及相关的物理过程,发现太阳黑子数与南海夏季风建立日期之间存在显著的正相关关系,即太阳活动偏强（弱）年南海夏季风爆发偏晚（早）。对相关大气环流特征进行合成分析表明,太阳活动峰值（谷值）年,5月菲律宾附近上空往往出现异常反气旋（气旋）,西太平洋副热带高压偏强、西伸（偏弱、东撤）。一方面,这与赤道以南海洋性大陆的对流活动异常以及与之相联系的局地经向环流密切相关,另一方面,热带印度洋-西太平洋沿赤道的纬向Walker环流异常对此也有一定贡献。进一步的研究揭示出太阳活动影响南海夏季风爆发的信号最初很可能来源于平流层温度的响应,随着太阳辐射增强,春季前期整个南半球对流层下层-平流层上层一致偏暖,温度梯度的变化削弱了对流层的平均经圈环流,导致大气质量的重新分布,引起低层出现负的南极涛动（AAO）型分布,在南半球中纬度地区形成气旋性环流异常,造成索马里越赤道气流建立偏晚,进而有利于南海夏季风爆发的推迟。      

中南半岛对流对南海夏季风建立过程的影响

利用RegCM2模式进行数值试验,得到中南半岛对流对北半球副高带断裂、进而对孟加拉湾对流建立具有重要影响,而孟加拉湾对流建立后激发的Rossby波列又是南海夏季风建立的主要因子之一.进一步分析中南半岛对流、副高带断裂及南海夏季风建立的年际变化,得到中南半岛对流的强弱(活跃的早晚)与副高带在孟加拉湾北部断裂及南海夏季风爆发的早晚有密切关系.它们还与海温异常及纬圈环流的变化相联系:当赤道中东太平洋海温偏暖(冷)时,Walker环流偏弱(强),中南半岛对流偏弱(强),副高带断裂偏晚(早),南海夏季风建立偏迟(早).     

亚洲热带夏季风建立时风场相似度的分析

基于1968—1997年美国国家大气研究中心/美国国家环境预报中心(National Center for Atmospheric Research/National Centers for Environmental Prediction,NCAR/NCEP)共30 a平均的全球各标准等压面上经纬网格距为2.5°×2.5°的逐日气候风场资料,对南海夏季风和南亚夏季风建立期间气候逐日风场的相似度进行了分析。结果表明:风场相似度能较好地反映亚洲热带夏季风的建立,在南海夏季风和南亚夏季风建立期间的季风区,对流层低层风场相似度等值线的水平梯度较大,可视为"相似度锋区",季风沿其法线方向推进。在南海夏季风和南亚夏季风建立过程中,对流层低层大气环流的变化较中层剧烈。在对流层低层,气候状态的南海夏季风最早在西太平洋暖池洋面建立,数日后则已覆盖整个南海,南海和南亚夏季风建立是低层大气环流的突变过程;相应南亚夏季风则最早在赤道东印度洋和赤道西印度洋建立,进而覆盖整个南亚次大陆,其突变性不及南海夏季风。亚洲热带夏季风建立时除季风区及附近外,在全球个别地区大气环流的调整也相当剧烈,甚至发生突变。     

阿拉伯海和孟加拉湾夏季风气候特征的差异

利用 1 958— 1 997年 3— 1 1月 NCEP/NCAR850和 2 0 0 h Pa再分析风场资料 ,研究了南亚夏季风活动的气候特征。发现南亚不同区域的经、纬向风季节变化及纬向风的峰型结构差异明显。夏季在阿拉伯海和孟加拉湾分别有两个最明显西南风速中心 ,这两个地区的西南风活动明显不同 ,孟加拉湾西南风出现及向北推进到2 0°N时间比阿拉伯海明显偏早 ,结束时间偏晚 ,是南亚季风区西南夏季风维持时间最长的地区。对比分析强、弱夏季风年 6— 8月高、低层经、纬向风距平垂直切变矢量风场发现 ,热带低纬度越赤道气流及南亚季风区的流场结构明显不同。     

东亚夏季风强度的多尺度统计预测模型

东亚夏季风强度的变化与中国雨带和旱涝分布密切相关。为了做好东亚夏季风强度的短期气候预测,采用小波分析、Lanczos滤波器、交叉检验等方法,研究了东亚夏季风强度的多尺度变化特征,在年际与年代际尺度上分别寻找了它在前冬海温场、200 hPa纬向风场上的前兆信号,并利用最优子集回归建立了东亚夏季风强度的多尺度统计物理预测模型。结果表明:东亚夏季风强度存在准4年、准13年和准43年的周期振荡。年际尺度上,前冬赤道东太平洋(10°N~10°S,160°W~80°W)海温与东亚夏季风强度有最强的显著负相关,且它与东亚夏季风强度在200 hPa纬向风场上的前兆信号有较强的负相关;年代际尺度上,南半球60°S与35°S附近200 hPa纬向风之差与东亚夏季风强度有最强的显著正相关,且它与东亚夏季风强度在热带印度洋、低纬度东南太平洋、低纬度南大西洋的海温及亚洲副热带200 hPa纬向风等前兆信号有强的正相关。通过探讨这两个前兆因子对东亚夏季风强度的预测意义,揭示了他们影响东亚夏季风强度年际和年代际变化的可能物理过程。所建立的东亚夏季风强度多尺度最优子集回归预测模型,不仅对东亚夏季风强度的年际变化具有较好的预测能力,而且对异常极值年份也具有一定的预测能力。     

索马里跨赤道气流对南海夏季风爆发的重要作用

通过分析NCEP/NCAR多年再分析资料,清楚地揭露了南海夏季风爆发与索马里跨赤道南风气流建立之间的重要关系.对应南海夏季风爆发,总是已先期在赤道印度洋地区有西风加强和索马里跨赤道南风气流的建立;而且,若南海夏季风爆发偏早(晚),赤道印度洋地区西风的加强和索马里跨赤道南风气流的建立也偏早(晚).可以认为,索马里跨赤道南风气流的稳定建立是南海夏季风爆发的重要物理机制之一,它的建立导致赤道印度洋地区西风的持续加强和向东扩展,并最终在南海地区形成西南气流.     

盛夏南海低空越赤道气流变化与东亚夏季风的联系

利用1979—2014年ERA-Interim逐月的风场、海平面气压场和位势高度场等再分析资料以及中国160站降水观测资料,采用回归分析等方法分析了盛夏(7、8月)南海(South China Sea, SCS)低空越赤道气流(Cross-Equatorial Flow,CEF)的变化及其与东亚夏季风的联系,结果表明:盛夏南海低空越赤道气流(SCEF)强度指数与南海夏季风强度指数呈显著的正相关关系,与东亚副热带夏季风强度指数呈显著的负相关关系。当盛夏SCEF偏强(弱)时,亚洲热带低压及西太平洋赤道辐合带增强(减弱),西太平洋副热带高压强度减弱(增强)、东撤(西伸),南海北部和西北太平洋地区为明显的气旋式(反气旋式)环流异常,使得南海夏季风增强(减弱)和东亚副热带夏季风减弱(增强)。此外,当盛夏SCEF偏强时,由于东亚副热带夏季风减弱,我国华南地区为东北风异常,华北地区为偏南风异常,受其影响,我国华南地区为显著的水汽辐合区,华中地区为显著的水汽辐散区,使得盛夏华南地区降水增多,华中地区降水减少;反之亦然。      

南海夏季风爆发早晚的越赤道气流特征

根据国家气候中心提供的南海夏季风爆发期典型偏早(1966、1972、1996、2000、2001年)和偏晚年份(1970、1973、1987、1989、1991年),利用ECMW F再分析1~5月逐日经向风资料,计算5个通道越赤道气流和越赤道乞流总量的距平值;探讨越赤道气流与南海夏季风爆发早晚的关系与特征。为预测南海夏季风爆发早晚提供判据。     

近20 a孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发早晚的影响

基于美国NOAA现代极高分辨率辐射仪(Advanced Very High Resolution Radiometer)提供的1993—2012年逐日海表温度(SST)资料,利用季节经验正交函数(S-EOF)和相关分析等统计方法,研究了孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发的影响。结果表明,孟加拉湾的(6~14°N,85~95°E)海区海表温度变化对南海夏季风爆发早晚具有重要指示意义,该海区海表温度异常(SSTA)与南海夏季风的爆发日期存在密切的正相关,通过了0.05信度的显著性检验,即当孟加拉湾海表温度正(负)异常时,南海夏季风晚(早)爆发。应用德国马普气象研究所的ECHAM5全球大气环流模式在孟加拉湾关键海区进行了敏感性数值试验,发现在关键海区降低其5月海表温度02℃的情况下,南海夏季风爆发日期相应提前5 d左右,而在升高02℃情况下,南海夏季风推后10 d左右爆发。在孟加拉湾5月海表温度降低的情况下,促使80~100°E的越赤道气流增强,南海区域西风分量增强,进而促使南海夏季风提前爆发。     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

利用大尺度环流确定2006年南海夏季风爆发日期

南海夏季风爆发最显著的特征就是南海地区西南风的突然增强和降水的明显增多,往往采用南海地区低层平均风场和(或)对流强度来判别南海夏季风的爆发日期。这种方法在大多数的年份是适用的,但是2006年由于0601号台风“珍珠”的介入,利用南海地区的区域指标来确定南海夏季风的爆发日期就略显不足。要解决以上的问题,必须从更大尺度上去想办法。利用经圈和纬圈环流可以较好地确定2006年南海夏季风的爆发日期。分析结果表明2006年南海夏季风爆发于5月16日(第4候)。     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

海温和极冰对副热带高压季节性北跳影响的数值模拟

道德以南海区域平均的候平均ＯＬＲ值下降至２３５Ｗ／ｍ,同时纬向风由东转成西为定义标准确定南海季风从１９７９到１９９４年间爆发的平均日期是５月第４候,然后对１６年的ＯＬＲ场,风场及θＸ场的时段叠加合成图进行了分析,认为南海夏季风的建立是南海－西太平洋系统所造成。     

亚澳季风区水汽输送季节转换特征

利用NCEP／NCAR 1957～2001年45年逐日的再分析资料，从地面开始积分计算整层的水汽输送通量，从气候平均的角度分析了亚澳季风区大尺度水汽输送的季节转换演变特征。分析发现，亚澳季风区水汽输送由冬季向夏季的季节转换的基本特征是：夏季大值输送带的建立及其自西向东伸展，伴随着斯里兰卡低涡活动、自南向北的越赤道输送和副高的东撤、南海夏季风建立等一系列天气气候事件；而冬季形势的建立则是副高南侧东风输送带的西伸，伴随夏季大值输送带的断裂、西撤，最后形成亚洲低纬东风输送带，进而形成由北向南的越赤道输送以及澳大利亚和南印度洋夏季风水汽输送。伴随着冬、夏季节转换，中南半岛以西和以东地区的西风水汽输送的经向移动表现出完全不一样的特征，表明印度季风和东亚-西太平洋季风的形成机制有很大不同。