伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变

主要基于美国NCEP和NCAR的再分析资料（1980～1996年），针对南海夏季风爆发日期进行合成分析，研究了伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变。其结果清楚地表明伴随南海夏季风爆发，南亚和东南亚地区的对流层低层风场、对流层高层位势高度场以及大气湿度场和垂直运动场都有极显著的变化。南亚和东南亚850 hPa上涡旋对的发展和活动以及500 hPa副高从南海地区的东撤对南海季风爆发起着重要作用。伴随南海夏季风的爆发，在孟加拉湾到南中国海一带整层湿度和500 hPa垂直上升运动都出现了极明显的增加。对流层高层和对流层低层环流演变的特征也清楚表明，南海夏季风爆发既是全球环流冬夏演变的一个部分，又有显著的区域性特征。本文还指出南海夏季风在北部比中部和南部早建立的结论依据不足，进而补充给出了亚洲季风爆发日期示意图。     

1998年夏季风爆发前后南海上混合层的特征及成因

利用1998年“南海季风实验（SCSMEX）”南北部两个点的资料,采用J.Launianen和T.Vihma提出的方法,计算了潜热通量、感热通量和风应力,分析了南海上混合层动力、热力特征及其与南海夏季风爆发之间的关系。发现在西南季风爆发前后,南海北部、南部的两个观测点的海洋上混合层温度和深度随时间的变化具有不同的特点：北部混合层温度经历由高到低再变高,混合层深度经历由浅变深再变浅的3个时段;南部混合层温度经历由低到高再变低,混合层深度经历由深变浅再变深的3个时段。这与南海南、北部海面的风和海面热通量具备不同的特征有关。在5～6月南海上混合层动力、热力特征基本受局地风与短波辐射控制,海面潜热和感热的作用较小。在5月份,南海南部观测点海面附近存在浅薄的高盐高密度层,在60m以上的上层海洋内存在着许多高盐高密度核。在1998年“南海季风实验”期间南海南、北部两个观测点都存在较浅薄的障碍层,在西南季风爆发期间,南海北部观测点的障碍层较厚达到20m以上。     

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验(SCSMEX)区1998年5～6月"科学1号"和"实验3号"观测船得到的一天4次加密探空资料,重点分析了南海北部地区(15～25°N,108～122°E)夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征.结果表明,南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化.季风爆发前,南海北部地区高层辐合、低层辐散,以下沉气流为主;季风爆发后,在200 hPa左右高层辐散,而在900～950 hPa左右低层辐合,并出现强上升气流.这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变,直接导致南海对流的快速发展,对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化.     

南海西南季风爆发日期及其影响因子

利用1950～1999年NCEP全球格点日平均资料,在总结南海西南季风爆发前后850 hPa大气环流特征的基础上,提出了一个较为客观的确定南海西南季风爆发日期的大气环流方法.在与1980～1991年其他多种指标确定的爆发日期比较后,作者认为该大气环流方法所确定的爆发日期基本合理,并给出了1950～1999年各年南海西南季风爆发的日期.通过合成对比分析和相关分析发现,前期热带太平洋地区海温异常分布是影响南海西南季风爆发早晚的重要因素.菲律宾以东洋面海温偏高,赤道太平洋中部偏东地区海温偏低,可以使低层西太平洋副高减弱、高层中东太平洋洋中槽加深,印度洋热带地区偏西风偏强,印度洋-太平洋热带地区Walker环流偏强,为热带对流在孟加拉湾-南海地区发展提供了有利的环境.在孟加拉湾南部偏西气流的作用下,南海地区对流活动较为容易发展起来,低层较弱的西太平洋副热带高压也容易较早地撤出南海上空,使得南海西南季风较早爆发.反之亦然.     

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     

1998年季风试验期间南海蒸发波导特征分析

利用1998年南海季风试验期间“科学1号”和“实验3号”科考船每天四次的高分辨率探空数据,分析了南海季风爆发前后蒸发波导特征。结果表明:南海季风爆发后蒸发波导发生概率大于爆发前,且南海南部发生概率大于北部;南海蒸发波导具有明显的日变化特征,总体上呈现“低-高-低”的趋势,波导强度日变化比波导高度日变化剧烈;季风爆发前的波导强度和高度比爆发后的方差小,较稳定;季风期间南海南部的波导强度总体上比北部强,波导高度比北部低。这可能是西南季风的爆发改变了近海面大气边界层结构引起的。      

1998年SCSMEX期间南海夏季风海气交换的主要特征

根据1998年“南海季风试验（SCSMEX）”强化观测期间“实验3号”和“科学1号”科学考察船船基大气海洋自动观测系统两点连续观测的大气、海洋资料,使用考虑到风速和大气层结影响的整体输送公式计算海-气间的湍流通量交换。根据计算结果分析南海夏季风期间海表大气要素和海温日均值的逐日变化、海洋向大气输送的潜热通量和感热通量以及大气向海洋输送的动量通量等。结果表明：这次夏季风于5月21日从南海南部开始爆发,然后向北部扩展全面爆发。夏季风期间南海南部和南海北部的大气、海洋结构和海气交换特征等都有明显差别。此外,海表温度的变化除了与太阳总辐射有关外,主要是与海洋向大气输送的潜热通量变化有关,对本次夏季风发生较晚、强度较弱作了海-气交换的物理解释,并与1992～1993年西太平洋热带海域西风爆发过程作了比较。     

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     

模式顶选取对南海季风爆发过程模拟的影响

本文利用MM5(V3)中尺度模式系统以1998年5月南海季风爆发过程为例，试验了模式顶层气压选取对南海季风爆发过程模拟结果的影响。共做了2个数值试验，分别将模式项选在100hPa和50hPa。试验表明，模式顶选取更高将使得和南海季风爆发过程相对应的东亚高空急流强度和位置模拟与观测更趋一致，并且南海北部地区季风爆发后强降水发生的时间及降水强度的模拟也得到明显改善。     

南海夏季风爆发前后亚洲地区的大尺度环流突变

用１９８０—１９８６年的ＥＣＭＷＦ资料分析了南海季风爆发前后大气环流突变的平均特征。结果表明：南海季风的爆发一般发生在５月１０日前后，大气环流出现一次明显突变──高空南亚高压由１０—１５°Ｎ骤然北跳到１５—２０°Ｎ，南海北部西风转为东风；低空南海北部及附近地区西南风迅速加强并向东扩展，而中纬地区的偏北风也相应加强南压，青藏高原东南部到中国长江中下游一带为温度、湿度梯度大值区；中国西南地区出现低压环流。同时，青藏高原东南部及中国东部平原地区对流层大气发生急速增暖，大气热源和水汽汇明显增强。在南海季风爆发后南海北部大气热源亦显著增强，但比风场的突变落后５—１０天，而西沙海温的变化与季风爆发却比较一致。另外，地形对大气热源的分布有一定的影响，青藏高原东南坡的加热对南海季风的爆发可能比较重要。     

南海夏季风爆发的数值预报模拟实验

1998年5月21日00时（UTC）,对流层上部200hPa的南亚反气旋中心位于（16oN,94oE）附近,850hPa南海的中南部仍为副热带反气旋控制;到21日12时,200hPa的南亚反气旋中心迅速移到（21oN,94oE）附近,同时850hPa的南海副热带反气旋减弱东撤,南海的中南部由东南风转变为西南风,南海夏季风爆发。本文利用美国国家大气研究中心和宾西法尼亚州大学联合研制的中尺度模式（MM5V2）模拟预报这一过程,同时通过敏感性实验研究了区域边界条件和水平分辨率对季风预报模拟实验的影响。     

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     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998 Part II: Effect of Mesoscale Convective Systems on Large-Scale Fields

1. Introduction The strong convective weather is developed under the favorable large-scale circulations, which demon- strated the large-scale weather system's controlling ef- fect on strong convections. Once the convection is formed, it will produce the feedback effect on the large-scale environmental conditions by transporting momentum, heat and moisture upward, and influence or change the environmental wind, humidity, tem- perature, atmospheric stratification fields and so on, thus forming t…     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998 Part Ⅱ: Effect of Mesoscale Convective Systems on Large-Scale Fields

The apparent heat sources and apparent moisture sinks, and large-scale wind, temperature as well as the surface pressure fields during the summer monsoon onset over the northern South China Sea (SCS) in 1998 were diagnosed. The results suggested that there was a kind of positive feedback mechanism between large-scale circulations and mesoscale convective systems (MCSs). Before the monsoon onset, the largescale background provided favorable synoptic and dynamic conditions for the summer monsoon onset and the formation of mesoscale convective activities, whereas after the summer monsoon onset, occurrence of the persistent and extensive mesoscale convective activities produced obvious feedback effect on large-scale circulations. Because of the release of latent heating produced by enhanced convective activities, the intense atmospheric heating appeared over the northern SCS, which resulted in: (1) the meridional temperature gradient over the SCS reversed from upper-level to low-level and then the large-scale circulations were changed seasonally;(2) correspondingly, the surface pressure over the northern SCS deepened continually and formed a broad monsoon trough and the obvious pressure-fall areas, thus making the subtropical high move out of the SCS eventually;(3) with the development of the low pressure circulations in the middle and low troposphere, the MCSs further enhanced and extended southward, which was conducive to the SCS monsoon onset and maintenance over the middle and southern SCS;and (4) the deepening of monsoon trough facilitated the monsoon flow and moisture transport on its southern side, thus the monsoon onset reaching peak period.     

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.     

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统 的研究：Ⅱ中尺度对流系统对大尺度场的作用

通过对1998年南海季风爆发过程中大尺度风场、温度场、厚度场、地面气压场以及视热源与视水汽汇的演变分析研究了对流活动对大尺度场的作用,结果表明:大尺度环流与中尺度对流活动之间可能存在着一种正反馈机制。在季风爆发早期,大尺度背景与中尺度对流活动的关系主要表现为前者为季风爆发以及中尺度对流活动的发生提供有利的天气和动力条件;季风爆发后期持续的大范围中尺度对流活动反过来会对大尺度环流存在明显的反馈作用。由对流活动强烈发展产生的凝结潜热释放在南海北部造成了显著的大气加热,使对流层中上层出现一明显的加热中心,这导致:(1)南海上空经向温度梯度由高层向低层发生反向,形成北高南低的温度梯度,从而使大尺度环流发生季节性改变;(2)相应南海北部地面气压不断加深,形成宽广的季风槽和明显的减压区,促使副热带高压从南海地区最后撤离;(3)随着中低层低压环流的不断发展,对流系统和降水区进一步加强并向南扩展,有利于南海季风在南海中、南部地区爆发和维持;(4)季风槽的加深使其南侧的季风气流与水汽输送进一步加强,促使季风爆发过程达到盛期。     

1998年南海夏季风爆发前后的海洋上空大气边界层

The variations of the marine atmospheric boundary layer (MABL) associated with the South China Sea Summer Monsoon were examined using the Global Positioning System (GPS) sounding datasets obtained four times daily during May-June 1998 on board Research Vessels Kexue 1 and Shiyan 3. The MABL height is defined as the height at the lowest level where virtual potential temperature increases by 1 K from the surface. The results indicate that the MABL height decreased over the northern South China Sea (SCS) and remained the same over the southern SCS, as sea surface temperature (SST) fell for the northern and rose for the southern SCS after the monsoon onset. Over the northern SCS, a decrease in both the SST and the surface latent-heat flux after the onset resulted in a reduction of the MABL height as well as a decoupling of MABL from clouds. It was found that MABL height reduction corresponded to rainfall occurrence. Over the southern SCS, a probable reason for the constant increase of SST and surface heat flux was the rainfall and internal atmospheric dynamics.     

THE CLIMATIC CHARACTERISTICS OF SUMMER MONSOON ONSET OVER THE SOUTH CHINA SEA I.40-YEAR AVERAGE

By using 40-year NCEP reanalysis daily data (1958-1997), we have analyzed the climatic characteristics of summer monsoon onset in the South China Sea (105°E ~ 120°E, 5°N ~ 20°N, to be simplified as SCS in the text followed) pentad by pentad (5 days). According to our new definition, in the monsoon area of the SCS two of the following conditions should be satisfied: 1) At 850hPa, the southwest winds should be greater than 2m/s. 2) At 850 hPa, θ_se should be greater than 335°K. The new definition means that the summer monsoon is the southwest winds with high temperature and high moisture. The onset of the SCS summer monsoon is defined to start when one half of the SCS area (105°E ~ 120°E,5°N ~ 20°N) is controlled by the summer monsoon. The analyzed results revealed the following: 1) The summer monsoon in the SCS starts to build up abruptly in the 4th pentad in May. 2) The summer monsoon onset in the SCS is resulted from the development and intensification of southwesterly monsoon in the Bay of Bengal. 3) The onset of the summer monsoon and establishment of the summer monsoon rainfall season in the SCS occur simultaneously. 4) During the summer monsoon onset in the SCS, troughs deepen and widen quickly in the lower troposphere of the India; the subtropical high in the Western Pacific moves eastward off the SCS in the middle troposphere; the easterly advances northward over the SCS in the upper troposphere.     

南海夏季风爆发机制的数值实验研究

通过3个数值实验和对1998年及1996年南海夏季风爆发的对比分析以及多年资料统计研究发现,南海夏季风何时爆发与南海局部地区的海温高低和南海经度上南北海温差异的大小关系不密切,主要决定于南海及其周围大范围地区的环流形势。南海季风爆发前10天内,其环流特征是低层850hPa上,西太平洋副热带高压脊经菲律宾西伸控制南海,南亚至东南亚为宽广的低槽区所控制,高空200hPa上,南亚高压位于阿拉伯海至南海一带,中心位于孟加拉湾东侧和中南半岛西侧的低纬地区,广大北方为西风气流所控制。     

Observational Study on the Onset of the South China Sea Southwest Monsoon

ＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＯｎｓｅｔｏｆｔｈｅＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａＳｏｕｔｈｗｅｓｔＭｏｎｓｏｏｎＹａｎＪｕｎｙｕｅ（阎俊岳）ＮａｔｉｏｎａｌＣｌｉｍａｔｅＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１ＲｅｃｅｉｖｅｄＮｏｖｅｍｂ...