4～5月南亚高压在中南半岛上空建立过程特征及其可能机制

利用NCEP/NCAR再分析资料, 发现菲律宾群岛以东洋面上空反气旋在4月第5候分裂成位于中南半岛上空的西部中心和仍位于菲律宾以东洋面上空的东部中心两部分, 其中位于中南半岛上空的反气旋中心加强后形成南亚高压。中南半岛高空反气旋生成加强和菲律宾群岛以东洋面高空反气旋减弱消亡的同时发生是4~5月南亚高压在中南半岛上空建立过程的主要特征, 其主要促发因子是亚洲南部大气非绝热加热状态的改变。事实上, 随着对流沿亚澳 “大陆桥” 北移和中南半岛对流建立, 中南半岛上升运动加强, 高空辐散加剧, 西部中心在中南半岛南部生成, 南亚高压初步建立。随后, 菲律宾群岛以东洋面上热源突然东撤至150°E以东, 中南半岛热源成为主导, 在加热区东面对流层高层激发出气旋式环流, 造成西太平洋高压在120°E附近分裂。之后, 孟加拉湾[CD*2]中南半岛夏季风建立, 孟加拉湾[CD*2]中南半岛对流加强, 在深对流作用下, 中南半岛上空释放大量潜热, 上升运动进一步加强, 西部中心加强北抬。同时, 南海对流开始加强, 其释放的潜热加热会在加热区东部的对流层高层激发出正涡度变率, 令东部中心减弱消亡, 南亚高压在中南半岛上空完全建立。     

4—5月南亚高压在中南半岛上空建立的年际变化特征及其与亚洲南部夏季风的关系

利用1979--2008年NCEP／NCAR逐日再分析资料和向外长波辐射资料讨论了4-5月南亚高压在中南半岛上空建立的年际变化特征及其与亚洲南部夏季风的关系。发现南亚高压建立偏早年其建立过程时间长,中南半岛高空反气旋环流强,建立开始前位于菲律宾群岛以东洋面上空的反气旋环流中心位置较为偏西;偏晚年南亚高压建立过程时间短,中南半岛高空反气旋环流弱,建立开始前西太平洋上空无闭合的反气旋性环流中心。南亚高压建立的早晚与中南半岛地区对流建立发展关系密切,当中南半岛地区对流建立发展较早时,南亚高压建立较早;反之,对流建立发展偏晚时,南亚高压建立偏晚。南亚高压建立早晚年,亚洲南部夏季风的爆发存在明显差异。南亚高压建立偏早年,孟加拉湾东部一中南半岛夏季风和南海夏季风爆发早;建立偏晚年,孟加拉湾东部一中南半岛夏季风和南海夏季风爆发晚,因此南亚高压在中南半岛上空建立的早晚对后期亚洲南部夏季风的爆发具有较好的指示意义。     

春末夏初南亚高压的形成过程及其与ENSO事件的联系

利用ERA-Interim再分析资料,分析了春末夏初南亚高压建立过程的气候特征和可能机制,并讨论了ENSO事件冷、暖位相对南亚高压建立过程年际变化的影响。结果表明,第24候,气候平均的南亚高压形成于中南半岛东南部的对流层高层,这与菲律宾群岛南部和中南半岛局地对流的加强有关。一方面,菲律宾群岛南部对流加强能够在其北部产生负涡度源,在高空热带东风急流的作用下,其下游的南海地区出现负涡度,相应地出现闭合的高空反气旋,南亚高压初步形成。另一方面,中南半岛局地对流令南亚高压中心加强发展,并使其最终位于中南半岛上空。春末夏初菲律宾群岛附近对流的经向摆动决定了南亚高压的形成位置,而中南半岛局地对流的强度则控制着南亚高压的加强北抬。由于菲律宾南部和中南半岛的局地对流都受ENSO事件影响,因此在ENSO事件的冷、暖位相下,南亚高压的形态和位置在其建立过程中差异明显。在暖事件发生后,热带对流在加里曼丹岛以东发展,南亚高压形成于苏门答腊群岛北部至泰国湾上空,此时中南半岛对流偏弱,限制了南亚高压的北抬发展;而在冷事件发生后,热带对流在菲律宾群岛中部加强,同时南亚高压形成于中南半岛中部上空,随后中南半岛对流迅速加强,令南亚高压明显西伸北抬。因此,ENSO事件的冷、暖位相对春末夏初南亚高压的形成位置有显著影响。     

南亚高压建立早晚与亚洲热带夏季风及中国中东部夏季降水的关系

利用1979—2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料、全国753个测站的逐日降水资料和向外长波辐射(OLR)资料讨论了4—5月南亚高压在中南半岛上空建立的早晚与后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水的关系。发现南亚高压建立偏早(晚)年,亚洲热带地区纬向风垂直切变转向和对流爆发早(晚),对流层低层赤道印度洋地区为反气旋式(气旋式)距平环流。相应地,亚洲热带夏季风建立早（晚）。此外,南亚高压建立早晚年,夏季6—8月期间亚洲区域的大气环流形势及水汽输送状况也存在显著差异:偏早(晚)年,南亚高压和西太副高偏弱(强),中高纬环流形势有(不)利于冷空气南下,长江以南地区上升运动偏强(弱),长江以北地区则上升运动偏弱(强),我国中东部至西太平洋地区为气旋式(反气旋式)水汽通量距平环流控制,导致中国中东部夏季降水在南亚高压建立早晚年大致呈现反相分布。因此南亚高压在中南半岛上空建立的早晚可以作为高层先兆信号,对后期亚洲热带夏季风的建立及中国中东部夏季降水分布起到较好的指示作用。      

南亚高压在中南半岛上空建立过程及其与亚洲南部夏季风建立的关系

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)/NCAR(National Center for Atmospheric Research)再分析资料, 首先讨论了南亚高压在中南半岛上空建立日期的定义标准及其建立过程。结果表明, 南亚高压在中南半岛上空建立的日期平均为4月29日;合成的南亚高压建立前后的大气环流和非绝热加热的演变揭示出南亚高压建立始于菲律宾东南洋面上的反气旋环流分裂后, 西中心在中南半岛上空建立加强形成南亚高压, 该建立过程与中南半岛非绝热加热作用密切相关。在此基础上结合NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)的对外长波辐射(OLR)资料分析了南亚高压在中南半岛上空的建立与亚洲夏季风建立的关系。结果表明, 中南半岛夏季风建立和南亚高压在半岛上空建立几乎同时发生;南亚高压在中南半岛建立几天后, 东孟加拉湾夏季风开始建立;南亚高压建立大约20天后, 南海和菲律宾夏季风开始建立;大约一个月后, 西孟加拉湾、印度半岛和东阿拉伯海的夏季风建立。南亚高压在中南半岛上空的建立可视为亚洲夏季风建立的开始, 其对亚洲夏季风爆发有很好的指示意义。     

春季南亚高压在中南半岛上空建立与500hPa副高断裂的关系

利用NCEP／NCAR再分析资料及NOAA的OLR资料,研究了春季南亚高压在中南半岛上空建立与500hPa副高在孟加拉湾上空断裂的关系。结果表明,南亚高压建立之前,对流从“海洋大陆”向北推进,首先在中南半岛建立;而孟加拉湾地区由于青藏高原感热作用在对流层中低层形成一个反Hadley环流型的局地经圈环流,15°N附近500—700hPa有下沉运动中心,它抑制了孟加拉湾对流的建立,也不利于500hPa副高带断裂。南亚高压在中南半岛建立之后,位于高压中心西南侧的孟加拉湾上空出现一个强的辐散中心,孟加拉湾地区15°N附近的下沉运动消失,对流发展起来,降水量增加并释放大量潜热,非绝热加热中心位于500hPa,此时副高脊线断裂。因此,高层南亚高压建立所产生的辐散运动很可能对孟加拉湾上空500hPa副高带断裂及对流建立起到了触发作用。     

4—5月南亚高压重建过程与中南半岛对流活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的OLR资料及CMAP降水资料,研究了1979—2008年历年4—5月南亚高压在中南半岛上空建立过程的特征,发现有21年存在西部中心生成加强与东部中心减弱消亡共同进行的过程,称为南亚高压的重建过程。南亚高压重建过程存在明显的年际差异,根据重建开始时间可分为重建正常年、偏早年及偏晚年。重建正常年,重建之前,对流活动中心在中南半岛南面的海洋大陆一带,到重建阶段,对流伸向中南半岛。南亚高压重建偏早年,对流推进至中南半岛上空的时间偏早;而重建偏晚年则刚好相反。说明南亚高压重建过程与中南半岛上空的对流活动有密切关系。南亚高压重建时,中南半岛的对流活动带来充沛的降水,释放出大量的凝结潜热。已有研究表明在由冬向夏的演变过程中,南亚高压表现出“趋热性”,因此,对流降水释放的凝结潜热可能是南亚高压在中南半岛上空重建的原因。      

2020年7月西北太平洋和南海“空台”环流特征分析

2020年7月西北太平洋和南海出现了史无前例的“空台”事件。利用NCEP再分析数据集、中国气象局(CMA)台风最佳路径等资料研究了此次“空台”现象的大尺度环流背景及动力和热力学特征。使用台风潜在生成指数(DGPI)分析发现2020年7月大尺度环流背景不利于台风生成,环流系统的异常通过影响对流层垂直风切变和垂直运动限制了台风的活动。2020年7月马斯克林高压较常年明显偏西偏弱,导致索马里急流强度减弱,越赤道气流不活跃,菲律宾以东洋面和南海海域盛行一致的偏东气流,历史同期活跃在该区域的季风槽无法建立,从而不利于热带扰动的生成。北半球极涡主体偏向西半球一侧,影响东半球冷空气势力较弱,副热带高压位置偏西;南亚高压较历史同期偏强且偏东,其东侧强盛的偏东气流将洋中槽截断,在西北太平洋区域出现反气旋性环流,该区域下沉气流增强,导致副热带高压强度增强,对流层中层强烈的下沉气流抑制了台风的生成和发展。此外,受中高层环流系统异常的影响,7月菲律宾吕宋岛以东洋面和南海地区环境垂直风切变较常年偏高2~4 m/s,南海部分海域偏高达4~8 m/s,同时该区域内异常偏强的下沉气流导致对流层低层相对湿度偏低,大气层结处于较为稳定的状态,动力和热力条件均不利于热带扰动的进一步发展。      

夏季南亚高压及西太平洋副热带高压强度变化与前期海温异常的关系

本文利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究了热带海表面温度对南亚高压与西太平洋副热带高压发展变化的影响,得到以下主要结论：在两高压强年与暖海温年(两高压弱年与冷海温年)里,冬、春两季赤道印度洋、太平洋海温距平呈现显著的正?负?正(负?正?负)的厄尔尼诺(拉尼娜)现象,中南半岛附近的对流层高层产生异常西风(东风)气流,有利于(不利于)南侧异常反气旋环流的产生,从而促进（阻碍）南亚高压发展;菲律宾海域的对流层产生异常下沉(上升)气流,有利于(不利于)西北侧异常反气旋环流的产生,从而促进(阻碍)低层西太副高的发展。夏季,热带印度洋的暖海温（冷海温）有效地增加（降低）了当地的对流效应,使大气对流层温度增暖（减低),影响南亚高压与西太平洋副热带高压的发展。     

线性准地转模型中基本流和辐射冷却对感热加热强迫的副热带高压形态的影响

通过求取定常线性准地转位涡模式的数值解,研究了感热型垂直非均匀分布的冷、热源强迫所激发的副热带环流的结构特征,讨论了副热带背景风场和洋面辐射冷却对洋面副热带高压“三角形偏心”结构形成的重要作用。结果表明,基本流对感热加热强迫的副热带环流有重要影响,当基本流为常数时,感热加热强迫的气旋和反气旋主要集中在对流层中下层,且地面系统远强于中高层。当基本流为非常数时,其经向切变能改变气旋和反气旋中心的经向位置,使它移至0风速所在纬度附近;其垂直变化加强了中高层气旋和反气旋,中心位于对流层上层,与南亚高压的位置基本一致。研究结果还表明,在大洋东部洋面辐射冷却与副热带地区背景风场的共同作用下,形成了洋面副热带高压特有的“三角形偏心”结构。副热带高纬度的西风使感热强迫的洋面副热带高压东移,低纬度的东风使其西移,形成东北—西南走向的“平行四边形”结构,且中心位于大洋西部。大洋东部强洋面辐射冷却激发的洋面反气旋加强了大洋东部的副热带高压,使其中心东移至大洋东部,从而表现出东北—西南走向的“三角形偏心”结构。      

Establishment of the South Asian High over the Indo-China Peninsula During Late Spring to Summer

The establishment of the upper-level South Asian high(SAH) over the Indo-China Peninsula(ICP) during late boreal spring and its possible causes are investigated using long-term NCEP–NCAR and ERA-40 reanalysis and satellite-observed OLR data. Results show that, from early March to mid-April, deep convection stays south of ～6?N over the northern Sumatran islands. As the maximum solar radiation moves over the latitudes of the ICP(10?–20?N) in late April, the air over the ICP becomes unstable. It ascends over the ICP and descends over the adjacent waters to the east and west. This triggers deep convection over the ICP that induces large latent heating and strong updrafts and upper-level divergence, leading to the formation of an upper-level anticyclonic circulation and the SAH over the ICP. During early to mid-May, deep convection over the ICP intensifies and extends northwards to the adjacent waters. Strong latent heating from deep convection enhances and maintains the strong updrafts and upper-level divergence, and the SAH is fully established by mid-May. Thus, the seasonal maximum solar heating and the land–sea contrast around the ICP provide the basic conditions for deep convection to occur preferentially over the ICP, which leads to the formation of the SAH over the ICP from late April to mid-May. Simulations using Reg CM4 also indicate that the diabatic heating over the ICP is conducive to the generation and development of upperlevel anticyclonic circulation, which leads to an earlier establishment of the SAH.     

The effect of the Zagros Mountains on the formation and maintenance of the Iran Anticyclone using RegCM4

Iran anticyclone is one of the main features of the summer circulation over the Middle East in the middle and upper troposphere. To examine the effect of the Zagros Mountains on the formation and maintenance of the Iran anticyclone, an experiment was conducted by Regional Climate Model (RegCM4) in an area between 22°?C44°N and 35°?C70°E with a 40?km horizontal grid spacing. The NCEP/NCAR re-analysis data set were used to provide the initial and lateral boundary conditions in a control run and in a simulation run by removing the Zagros Mountains. The result reveals that the Zagros Mountains have an important effect on the formation and maintenance of the low-level cyclonic circulation and mid-level anticyclonic circulation in summer. Examining the diabatic heating shows that the elimination of the Zagros Mountains causes a significant change in the heating values and its spatial distributions over the study area. Comparing the diabatic heating terms, the vertical advection term has the main contribution to the total heating. In the absence of the Zagros Mountains, the vertical advection and the mid-troposphere anticyclonic circulation are apparently weak and, therefore, the Iran subtropical anticyclone vanishes over the west of Iran. The study indicates that the Zagros Mountains as an elevated heat source have the main impact in the formation of a thermally driven circulation over the Middle East.     

THE TIMING OF SOUTH-ASIAN HIGH ESTABLISHMENT AND ITS RELATION TO TROPICAL ASIAN SUMMER MONSOON AND PRECIPITATION OVER EAST-CENTRAL CHINA IN SUMMER

The timing of the South Asian High (SAH) establishment over the Indochina Peninsula (IP) from April to May and its relations to the setup of the subsequent tropical Asian summer monsoon and precipitation over eastern-central China in summer are investigated by using NCEP/NCAR daily reanalysis data, outgoing longwave radiation (OLR) data and the daily precipitation data from 753 weather stations in China. It is found that the transitions of the zonal wind vertical shear and convection establishment over tropical Asia are earlier (later) in the years of early (late) establishment of SAH. In the lower troposphere, anti-cyclonic (cyclonic) anomaly circulation dominates the equatorial Indian Ocean. Correspondingly, the tropical Asian summer monsoon establishes earlier (later). Furthermore, the atmospheric circulation and the water vapor transport in the years of advanced SAH establishment are significantly different from the delayed years in Asia in summer. Out-of-phase distribution of precipitation in eastern-central China will appear with a weak (strong) SAH and western Pacific subtropical high, strong (weak) ascending motion in the area south of Yangtze River but weak (strong) ascending motion in the area north of it, and cyclonic (anti-cyclonic) water vapor flux anomaly circulation from the eastern-central China to western Pacific. Accordingly, the timing of the SAH establishment at the upper levels of IP is indicative of the subsequent onset of the tropical Asian summer monsoon and the flood-drought pattern over eastern-central China in summer.     

Possible Linkage Between Tropical Indian Ocean SST Anomalies and the Date ofFirst and Last Tropical Cyclones Landfalling in the Chinese Mainland

Bases on the NCEP / NCAR reanalysis products, HadISST dataset, and data of tropical cyclone (TC)landfalling in the Chinese mainland during 1960-2019, the possible impacts of Indian Ocean Dipole (IOD) mode andIndian Ocean basin (IOB) mode on the last-TC-landfall date (LLD) and first-TC-landfall date (FLD), respectively, areinvestigated in this study. The LLD is in significantly negative correlation with autumn IOD on the interannual time-scale and their association is independent of El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO). The LLD tends to be earlier when theIOD is positive while becomes later when the IOD is negative. An anomalous lower-level anticyclone is located aroundthe Philippines during October-November, resulting from the change of Walker circulation over the tropical Indo-westPacific Ocean forced by sea surface temperature (SST) anomalies related to a positive IOD event. The Philippinesanticyclone anomaly suppresses TCs formation there and prevents TCs from landfalling in the Chinese mainland due tothe anomalous westerly steering flows over southeast China during October-November, agreeing well with the earlierLLD. However, the robust connection between spring IOB and FLD depends on ENSO episodes in preceding winter.There is an anticyclonic anomaly around the Philippines caused by the tropical SST anomalies through modulating theWalker circulation during May-June when the IOB is warming in the El Ni?o decaying phase. Correspondingly, the TCsgenesis is less frequent near the Philippines and the mid-level steering flows associated with the expanded westernPacific subtropical high are disadvantageous for TCs moving towards southeast China and making landfall during May-June, in accordance with the later FLD. By contrast, cooling IOB condition in spring of a La Ni?a decaying year andnegative IOD cases during autumn could produce a completely reversed atmospheric circulation response, leading to anearlier FLD and a later LLD over the Chinese mainland, respectively.     

夏季青藏高原及周边上对流层水汽质量及其向平流层传输年际异常. II：向平流层的绝热和非绝热传输

夏季7～8月青藏高原及周边地区上对流层水汽质量的年际异常分布为整体异常型和东西偶极异常型所主导。本文基于ERA-Interim再分析资料并利用HYSPLIT（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory）轨迹模式,分析了两个主导分布型对应的水汽质量向平流层绝热和非绝热传输的异常特征,结果表明:青藏高原上空水汽质量整体偏多（少）时,对应南亚高压和青藏高原地区垂直向上的水汽质量非绝热输送偏强（弱）,青藏高原及周边水汽质量向平流层的绝热和非绝热传输均偏强（弱）。水汽质量整体偏多与偏少年,水汽质量向平流层绝热和非绝热传输的主要区域和层次相近,只是水汽质量整体偏多年,水汽质量向平流层非绝热传输的层次略高。当青藏高原上空水汽质量呈西多/东少分布时,对应南亚高压偏西,青藏高原西北、东北侧水汽质量向中纬度平流层的绝热传输偏强,青藏高原南侧高层水汽质量向热带平流层的经向绝热传输也偏强,而青藏高原北侧水汽质量向中纬度平流层的经向绝热传输明显减弱。同时青藏高原主体上空水汽质量向平流层的非绝热传输偏强,而青藏高原南侧高层和北侧低层水汽质量向平流层的非绝热传输偏弱。水汽质量呈西少/东多分布时有相反的结果。轨迹模式模拟的结果证实了水汽质量整体偏多年,青藏高原及周边地区绝热进入平流层的轨迹频次偏多;也证实了水汽质量呈西多/东少分布时,青藏高原西北、东北和南侧绝热进入平流层的轨迹频次偏多,而青藏高原北侧绝热进入平流层的轨迹频次偏少。