南亚季风活跃和中断的物理机制

采用由赤道平衡模式导出的低阶谱模式,考虑了积云对流加热和辐射冷却的作用,用多平衡态理论解释南亚季风活跃和中断的物理可能机制。结果表明,当积云对流加强时,南亚季风活跃;当积云对流减弱时南亚季风中断,这与Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉ等提出的云－辐射假说一致。     

夏季高原季风中断过程长短的一些热力学判据

夏季高原天气可分为两大型,一型是高原季风活跃,这时低层500mb以下的季风低压和切变线活动频繁,为高原的多雨期;另一型是高原季风中断型,这时500mb上常表现为伊朗高压东移或太平洋高压西伸控制高原,高原天气晴朗少雨。这两大天气型的维持时间长短差别很大,如季风中断型(500mb上为高压控制)最长可维持20天以上、短者仅1—2天。为了预报它,人们进行了很多研究工作,但到目前为止,多着眼于大型环流的调整等方面,从天气动力学的角度来提练预报指标。而现在比较一致的看法是:中期天气过程是动力和热力作用同等重要。因此从热力学的角度也是值得研究的。     

1979年印度夏季风活跃、中断和撤退时期欧亚上空风场和温度场的变化

本文对1979年夏季印度西南季风活跃、中断和撤退时欧亚地区大范围环流和温度场进行了分析。结果表明,该年季风活动的变率与欧亚中高纬环流形势的演变有明显关系。季风活跃期,高空西风带显著北移,西藏高原上空有高空反气旋环流建立、发展,苏联西部阻塞高压发展、维持;季风中断期,西藏高原西部有高空槽存在;苏联西部阻塞高压减弱、崩溃或有高空槽发展;季风的撤退也与东亚冷空气活动关系密切。     

夏季季风的活跃—中断周期与欧亚和西太平洋环流间的相互作用

1、引言 众所周知,在季风季节,印度的季风雨有时会突然消失,这个现象称为“季风中断”。在1979年夏季季风观测试验中,在印度曾观测到从八月中到九月中持续的季风雨中断(Sikka和Grossman,1981)。 Raghavan(1973)曾描述过印度季风雨活跃——中断时的形势。他指出,当恒河平原的季风槽向北移至喜马拉雅山地时,季风开始中断。Hamilton(1977)利用近期的气象资料也描述过季风活跃与中断阶段的差异。 季风主要的“活跃——中断”周期有15天(Krishnamurti和Bnalme,1976;Mu-rakami,1976)和30—40天二种(Madden,Julian,1971,1972)。Yasunari(1979)曾分离出两种周期,并指出主要季风的“活跃——中断”周期与30—40天的波动形式有关。Sikka和Gadail(1980),Yasunari (1980,1981)和Krishnamurti以及Su-brahmayam(1982)研究过30—40天波动     

印度夏季风垂直环流圈的数值试验

为了研究山脉、非绝热加热、特别是大气湿非绝热过程(水汽凝结、云与辐射过程的反馈和积云对流过程等)对印度季风垂直环流的影响,本文利用一个五层原始方程模式,对印度季风中断和活跃过程分别进行了五种数值试验。试验中采用了实际地形,初始场取自FGGE—3B格点资料。结果表明:包括湿过程的非绝热加热作用对沿80°E附近的经向垂直环流的结构和强度有重要影响。当减少大气中的水分含量或略去积云对流过程或去掉整个非绝热过程时,季风环流圈的范围和强度均减小。季风中断与季风活跃时期,山脉与不同季风环流相互作用的结果也不同,中断时期,在印度中部有山试验比无山试验的上升运动弱、降水量少;活跃时期则相反。     

1982—1983年冬季亚澳地区季风环流的低频演变特征

本文应用1982年11月16日—1983年3月15日欧洲中期预报中心的格点资料及向外长波辐射资料(OLR),考察了冬季亚澳季风区季风环流的演变规律。分析了冬季亚澳季风盛期的月平均流场;对澳大利亚季风活跃与中断的几个不同时期流场进行了对比。结果表明,冬季亚澳地区季风环流的演变具有准40天低频振荡特征。主要表现是局地哈得莱环流的准40天强弱变化,澳大利亚季风槽的东西进退,以及北半球副热带高压的东西摆动。      

水汽和山脉对印度西南季风中断向活跃转变过程影响的数值试验

本文在文献数值试验的基础上,利用P-σ混合坐标系五层原始方程模式,在不同水汽含量和地形条件下对1979年7月一次实际季风环流转变过程进一步进行了对比数值试验。讨论了与水汽条件有关的大气湿过程和山脉对印度西南季风中断向活跃转变过程的影响。试验范围是0°—180°E、22.5°—57.5°N,初始场取自FGGE—Ⅲ_b网格点资料。 试验结果表明:在非绝热因子中湿空气的非绝热过程起主要作用,它是西南季风中断结束后迅速出现季风活跃环流的主要机制。山脉的存在也有利于出现季风活跃环流和增加印度地区的季风降水。若在数值试验中削减大气里的水份含量或去掉山脉地形后,模拟结果与正常水汽和有山情况下的非绝热试验结果(接近实况)差异较大,尤其是削减水汽含量后,印度季风环流继续保持初始场中季风中断时的主要特征。     

4—6月MJO北传与东亚季风爆发的关系

大气季节内振荡(MJO)对东亚季风的活跃、推进和中断具有显著影响,然而其在东亚季风爆发中的作用一直没有得到深入探讨。利用经验正交函数(EOF)分解和超前滞后回归分析方法,探讨了1979—2011年4—6月MJO的北传与东亚季风爆发的关系。研究表明:4—6月MJO有两次明显的北传过程,分别发生在5月中旬和6月中旬。逐候向外长波辐射资料EOF分析的前两个模态对应了MJO的不同位相,可以表征MJO的向东向北传播。超前滞后回归分析表明,伴随MJO的北传,降水带北移、印度洋到我国南海地区西南风建立、西太平洋副热带高压撤出南海及南亚高压北抬,这些环流异常形势有利于东亚季风的爆发。进一步对PC1所确定的季风爆发候与其它5个季风爆发指数进行对比发现,在大多数年份中,PC1所确立的季风爆发候与其它指数相差2候以内,其中,与其它5个指数所表征的季风爆发时间严格一致的年份分别有15、10、11、10、12年,表明MJO对东亚季风的爆发具有普遍作用。     

青藏高原雨季中断及活跃

青藏高原盛夏雨季降水中断和活跃是高原地区一种季节性天气气候现象。本文所指的雨季中断是高原夏季雨季期间的少雨时段。 我们选用1969—1978年7—8月各层等压面图、雨量和风场等资料对青藏高原盛夏雨季中断、活跃以及印度季风中断、活跃作了分析。通过对比分析发现:高原盛夏雨季中断和活跃存在着准两周振动规律,及两者在环流上存在着明显的差异。     

南亚夏季风期间OLR的准40天振荡和准双周振荡

文中采用时间域的带通滤波方法和合成分析技术,通过对1981年夏季月份OLR资料的准40天和准双周振荡的对比分析得到:(1)南亚季风区普遍存在准40天和准双周振荡,季风的活跃和中断要受其影响。(2)江淮流域到日本地区和南海到西太平洋地区OLR的分布是反位相的,它表明只有当南海季风槽断裂时,热带西南季风才能进入东亚大陆,这时大陆的季风雨较强。(3)OLR的分布表明,东亚大陆和印度北部平原季风雨的活跃与中断,对准40天振荡是同步的,而对准双周振荡是反位相的。(4)东亚大陆季风雨活跃与中断位相的转变,准40天振荡是从南海扰动中分裂出一块向北移动引起,而准双周振荡则是来自印度北部平原的季风扰动有规律的向东移动引起。      

南海夏季风爆发前后海-气界面热交换特征

文中利用 2 0 0 0与 2 0 0 2年二次南海海 气通量观测资料和同期西沙站资料 ,研究了南海夏季风爆发前后海洋表面热收支变化特征。研究表明 :南海夏季风爆发前后 ,影响海面热收支变化的主要分量是净短波辐射通量和潜热通量 ,在季风爆发前后不同阶段 ,二个分量的变化有不同表现形式 ,但不论二者如何变化 ,季风爆发与活跃期 ,海面热收入减小或为净支出 ;季风爆发前及中断期间 ,海面热收入逐渐增加 ;由于大的热惯性 ,海温变化落后于海面热收支的变化 ,海温的这种滞后效应通过影响潜热通量调节海面热收支的变化 ,又反过来影响自身的变化 ,形成短期振荡过程 ,这种振荡过程与季风的活跃、中断过程相对应。     

东南亚夏季风中断、过渡与活跃期的区域能量学研究

对两次季风演变过程的能量学研究表明，季风演变具有鲜明的阶段性能量学特征。中断期，积云加热小，两个转换函数值很小；过渡期，积云加热增强明显，两个转换函数值迅速加大，边界输送作用也明显朝有利方向变化，同时，纬向平均气流变为向季风供应扰动动能；活跃期，大尺度加热变得重要，积云加热维持，两个转换函数也保持大的正值。分析表明，印度季风东传对东南亚季风活跃的触发作用是重要的，但季风活跃的维持则主要依靠区域内部能量学过程。     

初夏南亚高压转型与季风垂直环流的关系

本文通过对1979年6月21日至7月7日期间100毫巴南亚高压转型与李风垂直环流关系的分析,指出:当南亚高压为西部型时,我国东部季风流管呈近东西走向,110°—130°E季风流管轴位于25°N附近,强度偏强,这时雨带明显,分布在30°N附近;当转为东部型后,120°E附近的季风流管轴移至27.5°N,西端未动,季风流管转为东北—西南走向,强度减弱,相应的雨带也北抬减弱。同时指出在西部型转东部型过程中,在南亚高压环流控制期间,在对流层下部存在着一个纬向涡旋,与高压中心位置对应,它随着南亚高压东移而东移,对李凤垂直环流强度有直接的影响。因此在考虑季风垂直环流演变时,不仅要研究100毫巴南亚高压的演变,而且还要注意从高原东移的纬向涡旋对季风垂直环流的影响。     

1996年7月桂北、桂中异常气候成因分析

分析了1996年7月桂北、桂中异常气候的大气环流特征，提出：500hPa极涡偏强、中高度经向度明显、西太平洋副热带高压偏强、100hPa南亚高压偏强偏西、以及低空西南季风活跃是形成1996年7月桂北、桂中异常气候的主要原因。     

夏季风期间南海对流活动对西北太平洋热带气旋的影响分析

利用1979—2008年NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA的OLR逐日资料和西北太平洋热带气旋(TC)资料,分析了夏季风期间南海(105～120 °E,5～20 °N)对流活动的季节内振荡(ISO)特征及其对西北太平洋TC的生成及路径的影响,并采用TC路径模式从大尺度环境场角度初步探讨了ISO对TC运动的影响机制,结果表明,(1) 夏季风期间的南海对流活动存在活跃期、不活跃期交替更迭的ISO现象,与之对应的季风环流型存在显著差异:南海对流活跃(不活跃)表示南海夏季风活跃(不活跃),南海-西北太平洋季风槽强(弱)且向东伸展(向西撤退),副热带高压偏东(西),季风环流强(弱)。(2) 南海夏季风活跃(不活跃)期,TC生成频数多(少)且生成位置偏西(东)。(3) 针对西行进入135 °E以西,25 °N以南的这类西北太平洋TC(WNP-TC),在活跃期,多以偏西或西北路径直行进入南海;而不活跃期时,多转向北上不进入南海。(4) 路径模式模拟结果显示:南海季风活跃(不活跃)时,大尺度环境场的引导作用有利于WNP-TC直行进入南海(转向北上,不进入南海)。同时,WNP-TC的生成位置越偏西越有利于WNP-TC进入南海。      

热力强迫对湿斜压大气中南亚高压平衡态的影响

本文基于Lorenz的湿模式,引入地形效应并进行适当简化,在低谱近似下得到了描述大气运动的非线性耗散系统。讨论了在热力强迫与大气环流的非线性相互作用下,湿、斜压大气在参数空间的平衡态与南亚高压的流型分布及其东西摆动。结果表明:南亚高压典型的平衡态流型是西部型、东部型和带状高压,而且东西部流型的转换并非高压中心的连续位移,而是表现为一个高压中心消失后经过流场上的调整重新建立新的高压中心的过程。     

1979年夏季亚洲季风区域40—50天周期振荡的环流及其水汽输送场的变化

本文使用FGGE LevelⅢb资料,采用综合方法研究T40—50天周期振荡的环流演变及其水汽输送的变化,发现40—50天周期扰动的向北和向东的位相传播紧密联系着南亚中部和东南亚季风的活跃和中断的位相转变。季风的活跃(中断)是以印度洋西部穿越赤道的水汽输送和穿越阿拉伯海东部(75°E)向东的水汽输送的极大(极小)值为特征的,并向东和向北传播;与之相联系的Q_1的极大(极小)值和OLR的极小(极大)值也向东向北传播。与索马里急流相联系的穿越赤道的水汽输送的变化通过40—50天周期扰动的传播对中国夏季季风降水发生影响,其时间落后为10—12天。     

东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水及Hadley环流中心海温资料等,对东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系进行了研究。参考前人定义的亚太热力差指数,计算了1979-2016年亚太热力场由夏向冬的季节转变时间(平均为56. 6候)。结果表明,该季节转变时间点能很好地表征东亚季风环流由夏向冬的季节转变。东亚季风环流由夏向冬的转变特征表现为:低层大陆热低压转为大陆冷高压,阿留申低压形成加强,低空偏南风转为偏北风;中层东亚大槽形成,副高单体减弱成一个副热带高压带;高层南亚高压中心从青藏高原移至菲律宾以东洋面上,高空偏北风转为偏南风。此外由夏向冬的季节转变时间与中国前冬降水和地面气温有着紧密的联系,并且该转变时间的早晚与前期夏季热带太平洋的海温呈现类ENSO异常海温型的相关分布,即表现为前期夏季热带中东太平洋海温偏低(高)时,后期东亚夏季型季风环流向冬季型季风环流转变易偏晚(早),这对东亚季风环流季节转变的预测提供了依据。     

夏季青藏高原对于南亚平均季风环流形成与维持的热力作用

本文应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散的定常准地转34层球坐标模式来研究青藏高原对于南亚季风环流形成与维持的热力作用。计算结果表明:在北半球夏季,只考虑高原的地形强迫作用是不能形成南亚高压与南亚季风环流的,而青藏高原上空的非绝热加热对于南亚高压与南亚平均季风环流的形成与维持起了重要作用。计算结果还表明了青藏高原的非绝热加热对于形成一支横跨印度次大陆直到日本南部的强西南风带同样也起了重要的作用。      

亚洲季风区纬圈剖面内准40天周期振荡的环流结构及其演变

本文利用1979年FGGE LevelⅢb资料研究了30°E—150°W范围内赤道和15°N纬带两个剖面内的准40天周期振荡的环流和温度场结构,讨论了它们的变化及其与亚洲地区季风活跃和中断的关系。发现有以下结果:(1)亚洲季风槽内的上升气流不仅构成了强大的经向季风环流圈,同时在其两侧也形成了东、西向(纬偏异常)环流圈,并受到准40天周期扰动的显著影响。季风槽两侧的热力学结构显著不同。(2)15°N纬带上60°E以西的北非和沙特阿拉伯上空的下沉(上升)区域向东扩展至南海—菲律宾地区导致其东面(西面)的高(低)层东(西)风动量下(上)传,使得季风中断(活跃),引起130°E以西地区低层西风和其东面太平洋上空的高层东风发生相互作用。向东传播的正(负)温度扰动与强的上升(下沉)运动相结合使得这一地区成为准40天周期振动的能量源地。(3)在赤道剖面上,扰动风场的位相向东向上传播,准40天周期的扰动动能向扰动位能转换,西风动量向下传播,其动力学特性与开尔文波有明显的不同。