1998年青藏高原东部及其邻近地区大气热源与南海夏季风的关系

利用 1998年 5 8月南海季风试验期间的站点观测资料及NCEP再分析资料 ,计算了大气热源和水汽汇 ,并分析了南海季风爆发前后季风区对流层温度演变及其热力机制。结果表明 :南海夏季风的爆发与季风区对流层中高层南北温度梯度的逆转密切相关。南北温度梯度最先在孟加拉湾以东季风区发生逆转 ,半个月后在印度半岛及其以西地区逆转。季风爆发前中南半岛北部对流层中高层的迅速增温是由感热和潜热共同造成的 ,而华南及南海北部地区的增温则是由暖平流所致。 5、6月高原东部对流层中高层由非绝热加热造成的显著增温对东亚夏季风的北进和维持是非常重要的。 5、6月高原地区热源以感热为主 ;7、8月感热和潜热共同起作用     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅱ:亚洲季风区季节转换指数

在“季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ :副热带高压结构气候学特征研究”的基础上 ,进一步讨论亚洲夏季风爆发与当地对流层中上层东西向暖脊的经向位置变化关系。亚洲夏季风相继在孟加拉湾、南海和南亚爆发期间 ,除了对流层高、低空风场及深对流活动在季风爆发前后具有反相的变化以外 ,副热带高压脊面附近大气经向温度梯度亦具有明显的反相特征。对流层中上层 (2 0 0～ 5 0 0hPa)脊面附近建立的北暖南冷的温度结构 ,能够反映亚洲各季风区夏季风爆发共同的本质特征 ,根据季节转换的热力学基础 ,指出对流层中上层经向温度梯度作为度量季风爆发的指标是合理可行的。文中提出了以副热带高压脊面附近对流层中上层大气经向温度梯度作为表征季节转换的指数 ,给出了确定季节转换开始日期的具体定义以及历年季节转换日期序列 ,同时给出由85 0hPa纬向风和OLR表征的季风爆发日期序列。相关分析表明 ,85 0hPa纬向风只是个区域性指标 ,而南北温度梯度具有一定的普适性     

青藏高原冬春季积雪影响南海季风爆发的机制

利用1958-1998年NCEP／NCAR再分析资料、1975-1998年OLR资料和1973-1998年青藏高原月平均积雪日数站点资料,分析了高原冬春季积雪影响南海季风爆发的可能机制。结果表明：多雪年,高原感热加热偏弱,高原地区以及东侧的中上层大气温度偏低,大尺度经向温度梯度逆转时间偏晚;同时高原地区Hadley环流季节转换时间偏晚,中南半岛上空维持下沉异常气流,导致孟加拉湾副高断裂偏晚,中南半岛地区对流爆发偏晚,中南半岛地表温度下降时间偏晚,中南半岛与南海局地纬向温度梯度逆转时间偏晚;上述大尺度经向温度梯度和中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用使得南海季风爆发偏晚。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究 Ⅲ:热力学诊断

利用NCEP/NCAR再分析资料从能量收支的角度探讨了气候平均状态下副热带高压形态变异和季节转换的物理机制。在考察温度场和加热场季节变化的基础上 ,发现中国江南地区春季降水所形成的非绝热加热源非常显著 ,该热源对后期亚洲季节转换有影响。副热带高压脊面附近经向温度梯度反转取决于温度脊所在纬度位置的变化。温度脊北移是由脊轴北侧的增温率大于脊轴附近的增温率而造成的。热力学方程诊断结果表明 ,亚洲各季风区 (孟加拉湾、南海和南亚 )季节转换的热力机制不同。导致孟加拉湾温度脊显著北跳的主要因素在季风爆发初期是经向暖平流 ,爆发以后是下沉运动 ;引起南海地区经向温度梯度反转的因素有经向暖平流、纬向暖平流和江南地区的非绝热加热 ,特别是经向暖平流的贡献更大 ;造成南亚季风区经向温度梯度逆转的原因是下沉增温。     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅰ:个例分析

利用南海季风试验分析场和NCAR向外长波辐射通量(OLR)资料研究了1998年孟加拉湾季风和南海季风爆发期间副热带环流的大尺度和天气尺度特征,探讨了孟加拉湾季风爆发与南海季风爆发之间的物理联系及孟加拉湾季风气旋的对流凝结潜热释放对副热带高压“撤出”南海的影响。结果表明,1998年5月爆发的东亚季风展现出典型的从孟加拉湾地区东传发展到南海地区的过程。随着孟加拉湾季风爆发和对流活动增强、北移,南海北部出现了低层西风和对流活动,领先于副热带高压在南海地区减弱和撤退。结果还显示南海北部地区的对流凝结加热有助于该地区经向温度梯度的反转,在热成风关系的制约下南海上空副热带高压脊面的垂直倾斜由冬季型转向夏季型,季风爆发。     

春季对流层温度的季内和季节以上分量对南海夏季风爆发的年代际变化的相对影响

南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现显著的年代际提早, 探讨了大气要素场的不同时间尺度分量季节演变的年代际变异对南海夏季风爆发时间的年代际变异的相对影响作用。南海夏季风爆发时间的年代际提早与南海季风区对流层经向温度梯度季节性逆转的年代际提早有密切联系。南海季风区5月中对流层经向温度梯度年代际增强主要由季风区北部温度的年代际显著增暖造成。季内分量和季节以上分量对1993年之前南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏晚的作用同等重要。经向温度梯度距平的季节以上分量主要源于季风区北部温度相应分量的贡献, 而季节内分量则主要由南部相应分量影响所致, 并由25~90 d分量所主导。季节以上分量对1994年之后南海季风区经向温度梯度逆转及加强时间偏早的贡献要大于季节内分量的贡献。经向温度梯度距平的季节以上分量和季内分量对总距平的正贡献都主要来自于季风区北部温度相应分量。两种季内低频分量对温度梯度季内分量的贡献率相当, 10~25 d分量主要由南海北部温度相应分量所主导, 25~90 d分量对总距平的正贡献也源自北部分量。准双周振荡分量对各年代南海夏季风爆发具有明显的触发作用。      

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅱ青藏高原及邻近地区地表感热加热的作用

本文是系列文章的第二篇,首先分析了１９８９年亚洲夏季风爆发时期青藏高原及邻近地区地表感热通量和大气温度场季节变化的基本特征,着重讨论了春季高原地表感热加热和亚洲季风爆发的联系,然后分析了１９８０～１９８９年１０ａ南海季风爆发的气候学特征。上述工作表明,在春末初夏过渡季节,高原上空大气温度变化出现阶段性的跃升,并同亚洲夏季风阶段性的爆发有很好的对应关系。高原地表感热通量的持续增大导致了对流层高层局地反气旋式扰动环流的出现,使南亚反气旋北进的过程明显受到高原局地热力环流的调制,而热带东风急流入口区所产生的强烈的高层辐散,提供了有利于热带季风对流在南海地区首先爆发的动力学条件。此外,从５月份至６月中下旬,青藏高原、伊朗—阿富汗上空强大暖中心相继建立的结果,直接导致了热带地区上空大气南北温度梯度的反向依次在南海—孟加拉湾东部和阿拉伯海—印度次大陆由东向西相继建立,从而决定了亚洲季风建立的过程在不同地区爆发的时间不同。     

青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发I. 爆发地点

使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的客观分析资料、ECMWF/TOGA补充数据集,美国NMC气候分析中心的向外长波辐射（OLR）资料以及国家气候中心存档的中国336个测站的降水资料,研究了1989年春天青藏高原和邻近地区的热力特征和环流特征,及其对亚洲季风区季节转换的影响。文中集中分析了表面感热和潜热通量的时空分布特征。结果表明:1989年亚洲季风的爆发由三个接续的阶段组成。第一阶段是5月上旬在孟加拉湾东岸,称为孟加拉（BOB）季风爆发阶段。第二阶段是5月20日左右开始的中国南海（SCS）季风爆发阶段。第三阶段是6月10日左右开始的印度上空的南亚季风（或称印度季风）的爆发阶段。分析表明,正是由于青藏高原的热力和机械强迫作用才使亚洲季风首先在孟加拉湾地区出现。BOB季风环流提供了有利的背景条件,使SCS季风接着爆发。最后随着亚洲热带流型的西移,印度季风爆发才发生。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。对流层中上层副热带高压脊面附近经向温度梯度可以作为表征亚洲夏季风爆发的指标     

青藏高原上空甲烷的时空分布特征及其夏季高值形成机制分析

利用搭载在美国Aqua卫星上的大气红外探测仪(AIRS)观测资料反演的全球甲烷(CH_4)产品和NCEP再分析资料,分析了2003~2014年青藏高原上空CH_4的时空变化特征,探讨了夏季CH_4高值变化与季风的关系。研究结果表明:就青藏高原整体而言,CH_4浓度随高度增加递减;对流层中高层CH_4含量季节变化较为明显,其平均浓度在7~9月处于高值,6月、10月次之,其余月份处于低值。2003~2014年CH_4含量呈逐年上升趋势,年增长率约为4.66ppb(10-9)。高原上空CH_4空间分布分析显示,高原北部CH_4浓度高于南部地区。夏季风期间,随着高原上的强对流输送和上空南亚高压的阻塞,对流层中高层CH_4浓度明显增加并不断积累,在8月底至9月初出现最大值。在分析季风指数的基础上发现,夏季季风影响下的强对流输送是高原对流层中高层CH_4高值形成的主要原因之一,对流层中高层CH_4浓度最大值出现时间较季风指数的峰值滞后约半至一个月,随着夏季风的撤退,CH_4浓度高值迅速降低。     

Interannual variability in the onset of the summer monsoon over the Eastern Bay of Bengal

Summary Climatological characteristics associated with summer monsoon onset over the eastern Bay of Bengal (BOB) are examined in terms of the westerly-easterly boundary surface (WEB). The vertical tilt of the WEB depends on the horizontal meridional temperature gradient (MTG) near the WEB, under the constraint of the thermal wind balance. The switch in the WEB tilt firstly occurs between 90 and 100°E during the first pentad of May. At this time the 850 hPa ridgeline splits over the BOB and heavy rainfall commences over the eastern BOB, indicating the onset of the BOB summer monsoon (BOBSM). The area-averaged MTG (200–500 hPa) is proposed as an index to define the BOBSM onset. A comparison of the onset determined by the MTG, 850 hPa zonal wind, and outgoing longwave radiation (OLR) shows that the MTG index is the most effective in characterizing the interannual variability of the BOBSM onset. Strong precursor signals are found prior to an anomalous BOBSM onset. Composite results show that early (late) BOBSM onset follows excessive (deficient) rainfall over the western Pacific and anomalous lower tropospheric cyclonic circulation which extends zonally from the northern Indian Ocean into the western Pacific, and strong (weak) equatorial westerly anomalies in the preceding winter and spring. Prior to an early (late) BOBSM onset, significant positive (negative) thickness anomalies exist around the Tibetan Plateau, accompanied by anomalous upper tropospheric anticyclonic (cyclonic) circulation. The interannual variations of the BOBSM onset are significantly correlated with anomalous sea surface temperature related to ENSO. These occurs through changes in the Walker circulation and local Hadley circulation, leading to middle and upper tropospheric temperature anomalies over the Asian sector. The strong precursor signals around the Tibetan Plateau may be partly caused by local snow cover anomalies, and an early (late) BOBSM onset is preceded by less (more) snow accumulation over the Tibetan Plateau during the preceding winter.     

Effect of condensational heating over the Bay of Bengal on the onset of the South China Sea monsoon in 1998

Summary In this study, the authors analyse the observational features of the onset of the South China Sea (SCS) monsoon in 1998 shown in reanalysis data and use a numerical model to understand the mechanisms responsible for these features.The onset of SCS summer monsoon in 1998 occurred around 21 May. Prior to this period, monsoon depression activity was strong over the Bay of Bengal (BOB) and warm temperature anomalies appeared at the mid-upper troposphere over the northern BOB. In the meantime, warm horizontal thermal advection occurred over the northern Indo-China peninsula and South China. This warm advection seemed to play an important role in the winter-to-summer transition of the patterns of mean meridional temperature gradient in the 500–200-mb layer over South Asia.The PSU/NCAR Mesoscale Model Version 5 (MM5) is used to understand the physical link between the latent heating associated with the monsoon depression over BOB and the establishment of SCS monsoon. Full-physics simulations, for a 6-day period coinciding with the onset of the observed monsoon, reproduce realistically the evolution of the monsoon depression and monsoon onset process. It is found that the condensational heating over BOB is important for the formation of large-scale circulation pattern that favors the establishment of SCS monsoon. In an experiment without latent heating, the winter-to-summer reversal of meridional temperature gradient over South Asia was delayed and the onset of SCS summer monsoon did not occur during the simulation period.     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。     

亚洲夏季风爆发前后西北太平洋和孟加拉湾热带气旋活动统计特征

亚洲夏季风爆发始于孟加拉湾,然后向中国南海和印度次大陆扩展,其过程约持续1个月。各地区夏季风爆发时间呈明显的年际变化。利用热带气旋资料和气象再分析资料,统计了1951-2010年孟加拉湾和中国南海夏季风爆发前后西北太平洋热带气旋、孟加拉湾气旋风暴活动和夏季风爆发的关系。结果表明,在孟加拉湾夏季风爆发过程中,共有36 a出现孟加拉湾气旋风暴,并且夏季风爆发偏早年出现风暴的几率最高,为80%。在孟加拉湾夏季风爆发偏早、正常和偏晚3种类型中,孟加拉湾风暴活动频率高峰期多出现在夏季风爆发前后几天内。并且在孟加拉湾风暴活动频率高峰出现前期,西北太平洋热带气旋最先出现活动频率高峰。孟加拉湾夏季风爆发前有40%-50%的年份西北太平洋出现热带气旋活动,其中,夏季风爆发偏早年,爆发前西北太平洋热带气旋活跃的时间偏早（4月第2候）,且多活动在中国南海和菲律宾附近;爆发正常年,西北太平洋热带气旋活跃的时间为4月第4候,多活动在略偏东的海域;爆发偏晚年,西北太平洋热带气旋活跃的时间为5月初,活动区域最偏东。中国南海夏季风爆发过程中,60 a中共有29 a西北太平出现热带气旋,其中爆发偏早和正常年出现热带气旋的频率较高,并且热带气旋多出现在爆发当日和爆发后一段时间。整体来看,亚洲夏季风爆发前,西北太平洋热带气旋活动频率最先开始增强,然后孟加拉湾风暴开始活跃并伴随着孟加拉湾夏季风爆发,夏季风爆发偏早和正常年,孟加拉湾夏季风爆发后,西北太平洋热带气旋再次增强,中国南海夏季风爆发。      

Characteristics of the Onset of the Asian Summer Monsoon and the Importance of Asian-Australian “Land Bridge”

Based on summarizing previous achievements and using data as long and new as possible, the onset characteristics of Asian summer monsoon and the role of Asian-Australian “land bridge” in the onset of summer monsoon are further discussed. In particular, the earliest onset area of Asian summer monsoon is comparatively analyzed, and the sudden and progressive characteristics of the onset of summer monsoon in different regions are discussed. Furthermore, the relationships among such critical events during the onset of Asian summer monsoon as the splitting of subtropical high belt over the Bay of Bengal (BOB), the initiation of convection over Indo-China Peninsula, the westward advance, reestablishment of South Asian High, and the rapid northward progression of convection originated from Sumatra in early summer are studied. The important impact of the proper collocation of the latent heating over Indo-China Peninsula and the sensible heating over Indian Peninsula on the splitting of the subtropical high belt, the deepening of BOB trough, the activating of Sri Lanka vortex (twin vortexes in the Northern and Southern Hemispheres), and the subsequent onset of South China Sea summer monsoon are emphasized.     

南海夏季风演变的气候学特征

本文总结南海北部地区夏季风演变的气候学特征，发现南海地区５月第３候对流层高层东风和北风爆发，对流层低层西风第１次跃升，东亚经向季风环流圈开始形成，这可以成为南海地区夏季风爆发的标志。对流层低层西风在６月中旬开始的第２次连续跃升对应江淮地区的梅雨爆发期。类似地，中国大陆夏季对流层低层５月初和６月初有两次爆发性增暖过程，第２次比第１次强烈得多。南海北部地区对流层低层纬向风速、比湿盛夏呈双峰型，纬向风速峰值分别出现在６月第５候和８月第４候，比湿峰值分别出现在６月第６候和８月第５候。比湿突升对应纬向风速突升，但略落后于风速峰值出现的时间。南海北部地区季风爆发前，温度是波动式上升的，南海季风爆发后，温度是波动式下降的。中国大陆东部及南海地区夏季对流层低层比湿分布有３次突变，即４月中旬南海北部比湿突增，并开始出现高比湿中心，而南海南部为最大比湿中心；５月中旬最大比湿中心已从南海南部跳到了南海北部－华南并向江淮流域扩展；６月中旬江淮流域比湿突增并一直维持到８月，同时南海南部高比湿带消失。而５月中旬ＯＬＲ有一次突变，ＯＬＲ低值区爆发性向北扩张，这对应于南海地区夏季风的爆发。而孟加拉湾地区夏季风演变的气候学特征与南海地区有较     

华西秋雨起止与秋冬季节大气环流转换

根据1961—2010年平均的逐候NCEP/NCAR再分析资料、1979—2008年平均的逐候CMAP降水资料以及1961—2010年逐候平均的中国553个台站降水资料,讨论了华西秋雨起止日期与秋冬季大气环流转换特征的关系。结果表明,华西地区降水年变化表现为明显的夏、秋双峰特征,8月4—8日(第44候)为双峰间的低谷,10月8—12日(第57候)以后降水降至年平均以下。由此,将华西秋雨建立和结束日期分别确定为8月9—13日(第45候)和10月8—12日(第57候)。华西秋雨的建立对应于东亚夏季风开始向冬季风转变,其标志性环流调整特征是江南地区的西南风转为东南风。东亚经向海平面气压梯度在8月9—13日(第45候)由南高北低转为南低北高,造成850 hPa江南地区的西南风转为东南风,该东南风与来自孟加拉湾的热带西南季风交汇于华西地区,形成风向和水汽的辐合,使得华西地区的降水在夏峰之后再次增强,华西秋雨由此建立。华西秋雨的结束则对应于孟加拉湾热带西南季风结束和东亚冬季风完全建立,其标志性环流调整特征是孟加拉湾地区的西南风转为东北风。随着东亚纬向海平面气压梯度由北向南依次发生东高西低向东低西高的转变,东亚冬季风也逐步向南推进,9月8—12日(第51候)东北冬季风到达江南地区,10月8—12日(第57候)进一步推进到南海地区,此时来自孟加拉湾的热带西南季风消失,造成华西地区完全受大陆冷高压控制,东亚季风经圈环流也转为冬季型哈得来环流,东亚冬季风完全建立,华西秋雨也随之结束。因此,华西秋雨起止可能与东亚夏季风、南亚夏季风向冬季风的转变时间不同步有关,东亚季风与南亚季风的共同作用使得华西秋雨成为亚洲夏季风在中国大陆上的最后一个雨季。     

南海夏季风爆发前后深对流传播的多向性

根据1979～2004年NCEP/NCAR的逐日OLR资料, 对南海夏季风爆发前后南海地区热带深对流的纬向和经向传播特征进行分析, 结果表明, 在南海夏季风爆发前后, 热带深对流的传播方向无论是纬向还是经向在各年都不尽相同, 亦即具有多向性。在纬向上, 南海季风区深对流既可以由孟加拉湾向东传播到南海, 也可以由西太平洋向西传播到南海, 也可在南海地区直接生成。但在此时期, 印度季风区纬向传播相对单一, 主要为向西传播。在经向上, 南海地区的对流活动可以受到来自南半球热带地区和北半球中纬度的共同影响, 但印度季风区主要受热带地区对流的影响。上述结果表明, 南海夏季风爆发期季风区对流活动远比印度季风区复杂, 南海夏季风爆发的深对流云系既可来源于其东西侧, 也可来源于其南北侧, 或是局地发展。作者进一步分析了造成不同深对流来源的机制, 发现低空副高不同的移动路径是造成这一多样性的可能原因, 这可能也是目前对部分年份南海夏季风爆发日期确定存在争议的原因。     

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).