中国东部夏季三个雨带降水的年代际变化及其与中高纬环流和海温的关系

根据1998年南海夏季风试验期间GAME／HUBEX一天4次同化资料,着重分析了1998年南海夏季风爆发前后大尺度水汽输送的主要特征,结果表明大尺度水汽条件与季风活动密切相关。南海夏季风爆发前后,南海地区主要的水汽输送带发生了较大变化。季风爆发前,南海地区水汽主要来自西太平洋;季风爆发后,水汽主要来自热带东印度洋和盂加拉湾。降水过程与水汽辐合的极大值密切相关,而主要水汽辐合带位置的移动及强度的变化则和南海夏季风相联系。随着南海夏季风的建立、加强,南海地区的水汽辐合带相应地建立和加强,并伴有降水发生。季风爆发后南海地区大气的可降水量较季风爆发前显著增加。季风爆发前大气的水汽汇中心主要出现在中南半岛及我国华南沿海地区,南海夏季风爆发后,从孟加拉湾到南海水汽输送加强,南海大部、孟加拉湾北部和菲律宾以东的洋面上均转为水汽汇区,从而对南海、日本及其以南的降水产生重要影响。     

1998年南海夏季风爆发过程中副热带高压减弱的诊断分析

1998年南海夏季风爆发于5月21日。利用NCEP再分析资料,用Zwack-Okossi涡度方程诊断分析引起季风爆发前后南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱的物理因子,结果表明:在夏季风爆发前,华东-华南沿岸附近高空槽前的正涡度平流区随高空槽的东南移动向南海和菲律宾中部附近地区推进;正涡度平流是引起上述地区850 hPa气旋性涡度增大的最主要的物理因子,其次是暖平流。在夏季风爆发后,潜热加热项的作用迅速增大至与正涡度平流项大小相当,这两项是引起区域平均气旋性涡度增加的最主要的物理因子;它们和暖平流项一起抵偿了辐散项和绝热项的负贡献,令季风区的气旋性涡度得以发展/维持。因此,正涡度平流是直接导致南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱最重要的物理因子。     

1998年5月南海夏季风建立的诊断和模拟研究

利用NCEP/NCAR高空格点和TBB资料,通过大气热源、水汽汇和准地转位涡方程诊断分析,以及中期数值模拟试验,讨论了南海夏季风建立的中期突变过程物理机制,也讨论了青藏高原的动力和热力作用的影响。研究表明,南海季风建立之前,在孟加拉湾有热带气旋发展,我国华南和南海地区受南下冷空气的锋面系统影响,该两个天气系统产生的降水凝结潜热的作用,增强了从孟加拉湾到南海、西太平洋低纬地区的低层西南气流及高空东风气流,並使200 hPa层上反气旋北跃到22°N附近,导致南海夏季风建立。1998年5月南海夏季风的爆发,主要是前期这两种热源因素共同作用的结果。高原的感热作用加强了四周低层气流向髙原的辐合及髙层气流向外的辐散,从而有利于夏季风建立,但相对于降水凝结潜热作用,影响较小。高原地形动力作用对西风带系统有明显的动力阻滞作用,有利于反气旋北上,但对低纬上下层风场的直接影响不显著。     

热带西北太平洋10~30 d振荡对南海夏季风影响

采用1958—2011年NCEP/NCAR再分析资料以及ERSST海温资料,分析热带西太平洋夏季对流10~30 d振荡对南海夏季风的影响。在年际变化尺度上,热带西北太平洋夏季10~30 d振荡强度指数 (TWPI) 与南海夏季风强度有很好的正相关关系。在TWPI增强年份,海温主要呈El Ni?o分布,南海周边区域增强的异常西风产生强的正涡度切变,导致异常气旋性环流,为季风槽的增强提供了热量和水汽,从而增强南海夏季风强度。反之,在TWPI减弱年份,海温主要呈La Ni?a分布,南海夏季风强度减弱。在不同的年代际背景下,垂直切变和水汽-对流的总体变化是影响TWPI总体变化的重要因子,但不能影响南海夏季风强度的总体变化。海陆热力对比的总体变化是导致南海夏季风强度总体变化的主要影响因素。     

水汽输送对云南夏季风爆发及初夏降水异常的影响

主要利用1961～2000年云南120个站的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究水汽输送对云南夏季风爆发和初夏5月降水异常的影响.结果表明,5月份云南上空为一致的西南风水汽输送,主要由来自印度半岛北部的副热带西风水汽输送和热带印度洋至孟加拉湾的西南风水汽输送汇合而成,而来自南海地区西太平洋副高西侧转向的偏南水汽输送是构成云南东部地区水汽输送的重要分支.5月下旬云南夏季风爆发期间,热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送显著增强,云南上空增湿明显,这为季风爆发提供了必要的水汽条件,而东亚中纬地区冷空气的入侵则可能是触发季风降水的重要机制.进一步研究发现,云南5月降水量显著的年际变化也与大尺度水汽输送异常密切相关,即当热带印度洋至孟加拉湾地区的水汽输送强,而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时,降水量偏多,反之偏少.     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

南方涛动(SO)与北大西洋涛动(NAO)百年变化特征的正交小波分析

利用“南海季风科学试验”（SCSMEX）所获得的可靠资料，对1998年区域海陆热力状况进行了分析与对比，并着重讨论了西太平洋和青藏高原地区热力作用对1998年季风爆发及发展的可能影响。结果发现：大气热源分布与海陆分布有密切联系，由于地形的阻挡使得在包含有南北海陆分布差异的地区，热源主要大值带较全海洋区域明显偏南。表面加热存在明显的季节变化和海陆差异。西太平洋地区与夏季风爆发之间的联系主要表现在海温和潜热加热的变化上。高原在亚洲夏季风爆发过程中的作用机制不同：在南海季风爆发期间以感热加热为主，印度季风爆发期间以水汽凝结释放潜热为主。     

夏季东亚环流年际和年代际变化对登陆中国台风的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,探讨夏季东亚大气环流、大气视热源和视水汽汇的年际及年代际变化与登陆中国台风频数的关系.研究表明:夏季200 hPa风场上南亚高压中心位置偏北(南)其形态表现向东北(东南)伸展,西太平洋热带地区上空(200 hPa)的东风急流加强(减弱),中层(500 hPa)西太平洋副热带高压脊线位置偏北(南),低层(850 hPa)东亚夏季风环流偏强(弱),登陆中国台风数偏多(少).夏季东亚-西太平洋热带大气视热源和视水汽汇为正(负)距平, 即东亚热带大气出现辐射加热(冷却)和变湿(变干),登陆中国台风数偏多(少).20世纪50～60年代登陆中国台风频数处于年代际变化相对偏少期,70～90年代中期登陆中国台风频数处于年代际变化相对偏多期.夏季登陆中国台风频数的年代际变化与西太平洋热带大气视热源、视水汽汇及西太平洋热带海温的年代际变化一致,西太平洋热带大气视热源、视水汽汇及西太平洋热带海温处在年代际变化的低(高)值阶段时,夏季登陆中国台风频数也处在年代际变化的偏少(多)期.     

影响南海夏季风爆发因子的诊断研究

通过南海夏季风爆发偏早年和偏晚年前期冬春季东亚地区的环流、积雪及海温等要素特征的诊断分析,揭示了南海夏季风爆发时间早晚与前期冬季东亚大气环流、热带对流、热源及热带太平洋海温的异常分布有密切联系,南海夏季风爆发偏早年的前期有冬季风偏强,高原积雪偏少,海洋大陆地区的对流活跃、热源增强及LaNina型海温分布等主要特征;南海夏季风爆发偏晚年的前期特征则基本相反。根据1997～1998年冬春环流、积雪及海温等的特征作了1998年南海夏季风爆发时间的预测,其结果与1998年的实况基本一致。     

华南前汛期不同降水时段的特征分析

利用1957-2001年华南地区74个测站逐日降水资料和同期NCEP／NCAR逐日再分析格点资料，对华南前汛期(4-6月)不同降水时段的特征进行了比较。分析发现，华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成。锋面降水时段主要集中在4月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势，华南地区高空为平直的副热带西风急流，大气层结稳定，水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送；南海夏季风爆发前，副高仍控制南海地区，华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送；南海夏季风爆发后，副高东撤退出南海地区，南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通，华南区域内对流发展；夏季风降水时段盛期主要集中在6月，此时南亚高压跃上高原，华南地区处于南亚高压东部，对流发展极其旺盛，强大的南半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送。     

2021年南海夏季风爆发偏迟原因分析

通常La Ni?a年南海夏季风爆发偏早,但是2021年La Ni?a背景下南海夏季风于5月第6候爆发,较常年偏迟。利用NCEP/NCAR再分析资料,从热带海温异常(SSTA)和季节内振荡(ISO)北传的角度来分析2021年南海夏季风爆发偏迟的原因。结果表明La Ni?a确实使春季的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)减弱,特别是4月之前;但是由于热带印度洋海温在冬春季持续偏暖的背景下抵消了La Ni?a的影响,特别是在5月,La Ni?a的影响小于热带印度洋的作用,导致5月西太副高偏强,南海夏季风爆发偏迟。此外,受La Ni?a影响,4月西太副高偏弱,南海地区背景正压南风偏弱,不利于南海地区赤道ISO的北传,这与气候态正好相反;随着热带印度洋SSTA的影响越来越显著,西太副高逐渐加强,直到5月下旬,背景正压经向南风才扩展到10°N以南地区,导致2021年南海地区赤道ISO北传偏迟,这也是2021年南海夏季风爆发偏迟的一个重要原因。热带印度洋和太平洋SSTA通过“竞争”共同对南海夏季风爆发产生影响,因此关注二者在冬春季的发展非常重要。     

南海夏季风期间水汽输送的气候特征

通过分析NCEP/NCAR 1973～1998年(共26年)4～8月的再分析比湿场和风场资料,研究了南海夏季风期间的水汽输送特征.夏季,东亚上空水汽水平输送特征在各月有很大差异,这是夏季风环流系统演变的结果.孟加拉湾南部地区是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地,来自上游孟加拉湾南部地区的水汽输送对南海季风的爆发具有重要意义.经向水汽输送主要有利于20～30°N之间华南地区的水汽辐合.从总的收支看,南海地区是一个水汽汇区.南海季风爆发早晚年的水汽输送通道存在明显差别.在爆发偏早年,从赤道印度洋到南海地区的输送通道建立早且维持时间长,4～5月南海易成为水汽辐合区;在偏晚年,南海地区水汽则是辐散的,不利于形成季风性降水.南海季风爆发早晚年与长江中下游旱涝年的水汽输送有一定联系.     

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

亚洲夏季风爆发与热源强迫下的热带大气Rossby波

对南海夏季风爆发前的风场和局地对流凝结加热强迫作用进行了合成分析, 表明南海夏季风爆发前局地对流凝结加热作用对与南海夏季风爆发密切相关的低频涡对的产生起着重要作用.然后, 从动力学的角度研究了带有外部热源强迫的赤道β平面上的Rossby波, 利用Gardner-Morikawa变换和摄动展开方法, 得到了热源强迫下描写赤道Rossby的mKdV方程, 进而得到了不同热源形式下切变气流中赤道非线性Rossby波的解析解.结果表明, 不同类型的热源对赤道Rossby波的结构起着非常重要的作用, 同时也为南海夏季风爆发前低频涡对的形成给出了一种动力学解释.     

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     

2004年南海夏季风活动概述

利用NCEP逐日再分析资料、向外长波辐射（OLR）和卫星降水资料,分析了2004年影响南海夏季风活动的一些特征。结果表明,2004年由于西太平洋副热带高压主体位置比正常偏北、偏西,导致南海夏季风爆发日期比正常偏晚（5月19日）、强度偏大,并主要在南海地区活动。南海季风爆发期间存在明显的季节内振荡,有两个显著振荡周期：一个峰值为20-30天,另一个峰值为40～50天。南海夏季风期间,主要的水汽通量输送集中在南海一西太平洋地区,向北到达华南的水汽输送减少,致使华南地区干旱。     

江门前汛期不同降水时段特征

通过对江门地区1971～2007年3—6月候雨量、日雨量,2003～2007年南海和华南地区低层（850hPa）风场、向外长波辐射（OLR）场和水汽场在南海夏季风爆发前后差异的比较分析,发现：江门前汛期降水由锋面降水和夏季风降水2个时段组成,降水集中期分别为5月第2候和6月第2候。南海夏季风爆发后,江门第1次出现的降水可看作是夏季风降水的开始,南海夏季风的不同爆发类型对江门夏季风降水的开始时间有不同影响。江门前汛期的锋面降水为大尺度抬升凝结降水,而具有热带性质的夏季风降水为对流性降水;由于降水性质的不同,导致两者在降水持续时间、降水形式等方面表现出差异。     

台风榴莲（2001）生成初期中尺度涡旋合并过程研究

由于热带海洋上观测资料的稀缺和热带气旋系统本身发生、发展的复杂性,热带气旋生成机制研究领域至今仍然存在很多未解之谜。已有的观测和模拟研究证明,中尺度涡旋合并过程对于热带气旋的生成可能有触发作用,但尚未见到南海季风槽内热带气旋生成过程中中尺度涡旋合并现象的实例模拟研究。利用新一代中尺度天气研究与预报模式WRF对南海热带气旋榴莲(2001)生成过程中的中尺度涡旋合并过程进行了高分辨率(4 km)数值模拟,并与观测资料进行对比,利用模式输出结果重点分析两个中尺度涡旋合并过程中的主要动力学和热力学特征,并在此基础上进一步分析了合并过程中系统中心附近涡度方程中各项涡度收支的演变情况,最后通过两个敏感性试验与控制试验结果的对比,初步探讨中尺度涡旋合并过程对于热带气旋榴莲生成的作用。结果表明,南海季风槽中的新生中层中尺度涡旋V2,是榴莲生成过程中的主导涡旋,预先存在的东部低层的中尺度涡旋V1对于台风榴莲的生成则起到了辅助作用,两个不同高度的涡旋合并叠加促使涡度的辐合、辐散项率先在低层引起涡度的快速增长,随后垂直输送项在对流层中层对涡度的增长起主要作用。两个涡旋的最终合并,使热带气旋系统正绝对涡度在垂直方向上从低层到中层得以贯通,进而触发榴莲的生成。     

东亚副热带季风雨带建立特征及其降水性质分析

利用1961—2006年NCEP/NCAR再分析数据集和TRMM、CMAP多年平均逐候降水资料,分析了中国东部副热带季风雨季的起始时间、建立特征及其降水性质。结果表明,第16—18候,在中国江南南部和华南北部地区(25°30°N)日降水率达到6 mm/d,且范围较大,在低层该雨带的水汽主要来源于西太平洋副热带高压南侧转向的西南水汽输送,其源地即为西太平洋副热带季风雨季开始。雨带建立同时,东亚副热带地区中东太平洋的纬向海平面气压梯度首先在中纬度发生反转,即西低东高(相应于西暖东冷)。中国东部副热带地区出现加热中心并伴有上升运动,强度逐渐增强,并伸展至对流层顶,其强度及对流高度与热带地区相当,对流层中低层大气呈对流不稳定,降水已具有对流性降水性质。与此同时,南海西太平洋地区仍在副热带高压控制之下,盛行下沉运动,无降水产生,南海夏季风及其相应的水汽输送尚未建立。东亚副热带季风雨带的建立(3月底4月初)早于热带夏季风雨带,两雨带分别具有独立的热源中心和上升运动。南海夏季风即将爆发之际,赤道地区加热中心快速北移至南海地区,与副热带地区热源相互作用。     

热带气旋远距离对西南涡加强作用的个例研究

利用地面观测资料、NCEP再分析资料对2018年7月10～11日一次热带气旋远距离对西南涡加强作用的个例分析。结果表明:南海的热带气旋和西太平洋上的热带气旋对西南涡的发展和维持有远距离的加强作用。热带气旋外围偏南、偏东气流向西伸展与四川盆地东南气流贯通，将南海和西太平洋上的水汽向四川盆地输送。热带气旋通过外围气流远距离改变西南涡周围的风压场分布、暖湿结构、动量特征，从而改变和加强西南涡及其邻域的大气斜压性和非平衡性。