1998年南海季风试验期间海 气通量的估算

根据1998年南海季风试验西沙海面铁塔梯度观测资料，利用总体（Bulk）系数法和多层结通量廓线法对西沙海面的海-气通量进行了估算，得出两种方法估算的潜热通量、感热通量基本一致。总体系数法估算的潜热通量比多层结通量廓线法略大1～3 W·m-2，感热通量小0～1.5 W·m-2。一般而言，季风爆发期间潜热输送逐渐增加；季风爆发前期夜间潜热通量比季风爆发后期大；季风爆发后期，白天潜热通量明显大于爆发初期和中期。感热通量季风爆发前海面向大气输送，爆发后期大气向海面输送。动量通量和摩擦速度随风速增加。     

南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征

根据南海季风试验期间“科学1号”和“实验3号”在加密观测期间所得到的1天4次的探空观测资料,分析了南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征。结果表明：（1）南海北部季风爆发的日期是5月17日,而南海南部季风爆发的日期是5月21～22日左右,季风爆发在南海北部表现出与南部明显不同的特征,其突然的爆发性更为显著。（2）南海季风爆发前后,混合层高度的变化在南海南部与南海北部有明显的不同。在季风爆发前,都存在着明显的混合层,但其厚度不同。南海南部混合层的高度变化在930～970hPa范围内,而南海北部偏高,约为900～980hPa。随着季风的爆发,混合层厚度减小,甚至消失。（3）南海季风爆发前后对流层中低层表现出明显不同的层结结构。季风爆发前,空气比湿较小,大气稳定,混合层顶高度较高,在对流层中存在一个明显的干层。随着季风的爆发,干层逐渐减弱,或趋于消失。这主要是由于季风爆发后,西南季风把大量暖湿空气输送到南海地区,对流活动增强,大气呈现不稳定层结并伴有降水发生的结果。     

1998年地面加热场的基本特征及其与南海夏季风爆发的可能联系

文中对 1 998年 1月 1日到 8月 31日共 2 4 3d的南海季风试验再分析资料的地面感热场和潜热场进行 EOF分析 ,由感热的第一特征向量场发现 ,中南半岛地区、青藏高原的东北部和印度半岛的大部分是感热通量大值区 ,而海洋上是小值区 ,海陆热力差异十分明显 ,这种海陆感热对比是促使季风爆发的大背景。由感热的时间经度演变图可以看出 ,中南半岛所在经度范围内南北连续的感热分布对南海季风的早爆发具有重要作用。由温度平流项的分布可发现 ,中南半岛的加热作用明显早于青藏高原地区 ,使得中南半岛对南海季风的早期爆发有重要作用 ,而青藏高原对于南海季风的维持具有重要意义。由于印度半岛与中南半岛的海陆分布的差异 ,使得两个地区的温度平流项也有所不同     

2008年夏季风期间西沙海域海-气通量交换及热量收支

2008年4—10月在中国南海西沙永兴岛近海进行了第4次海-气通量观测试验,获得了整个夏季风期间近海面层湍流脉动量及辐射、表层水温、波浪及距水面3.5、7.0、10.5m高度温、湿、风梯度观测资料,根据涡动相关法和COARE3.0法计算结果研究了2008年南海西南季风爆发、发展、中断、衰退包括暴雨、台风、冷空气影响等天气过程中海-气通量交换和热量收支变化。结果表明:(1)季风爆发前的晴天太阳总辐射强,而海洋失热量较小,热量净收支为较大正值,海面温度迅速升高。季风爆发期太阳总辐射仍然较强,大气长波辐射也有所增强,而海面长波辐射变化很小,故海面净辐射收支仍为正值;(2)季风活跃期特别是降水阶段感热通量增大,季风中断阶段变小;季风活跃期虽然潜热通量增大,由于太阳短波辐射没有减少,海洋净热量收支稍有盈余;中断阶段潜热通量、感热通量减少,海洋吸热大于季风活跃期;降水阶段由于太阳短波辐射减小,感热通量增大,海洋热量收支出现较大负值,海面温度很快降低。季风衰退期风力减弱,湿度减小,潜热通量减小,海洋热量收入又出现较大正值,海面温度回升;(3)台风影响过程中潜热通量随着风速增强迅速增大;感热通量因降水情况不同而有差异,晴天时减小,大雨时剧烈增大;由于太阳短波辐射减少、潜热通量剧增,海洋热量净收支出现负值,促使海面温度迅速降低;(4)动量通量主要与海表面风速有关;动量通量τ与风速V的关系可以表示为τ=0.00171v~2-0.003809v+0.02213。     

南海夏季风爆发前后南海海温之演变特征

利用1983—2002年NCEP/NCAR再分析的周平均海温（SST）场、逐日OLR、风场、海平面气压场、2 m高度空气比湿资料,及Woods Hole海洋研究所提供的OAFlux逐日潜热通量和ISCCP(国际卫星云气候计划)逐日短波辐射通量等资料,分析了南海地区季风爆发前后几周的南海多年平均SST随时间的演变和空间分布特征及其物理过程。结果表明：（1） 西南季风爆发前,南海全区SST显著升高,其中北部（17 ?N以北）升温幅度明显大于南部;从季风爆发到季风爆发后1周（季风爆发期）,南海全区SST急剧降低;之后几周（季风爆发后）,SST变化存在较明显的空间差异,南海北部转为升温趋势,而南部SST持续下降。（2） 季风爆发前,短波辐射增加,且南海北部增加幅度大于南部,导致南海SST上升且存在南北不均匀性。（3） 季风爆发期间,南海短波辐射急剧减少、潜热通量显著增加以及西南气流的突然增强共同导致SST的下降。（4） 季风爆发后,南海北部短波辐射增加而南部减少,对南北SST变化差异的产生有重要作用,同时近地层风场引起的海表动力过程也是影响SST变化的另一重要原因。（5） 季风爆发前后短波辐射的变化均和云量多少有关;季风爆发期间的潜热变化在南海南部主要是风速变化的结果,北部海气比湿差的贡献比较大。     

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。     

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     

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:Ⅰ季风爆发的阶段性特征

该工作将亚洲季风区作为一个复杂的海-陆-气耦合系统,来深入考察季风区海-气、陆-气相互作用的基本事实和物理过程,探讨它们在决定亚洲季风爆发及北半球行星尺度大气环流的季节突变的物理机理。本文是系列文章的第一篇,着重研究亚洲夏季风爆发的区域性和阶段性特征,以及过渡季节热带、副热带地区海-气、陆-气相互作用的基本事实,初步分析了它们之间的联系。研究表明,热带季风对流于4月底到5月初越过赤道进入北半球,首先出现在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区,然后于5月中旬和6月上旬末分别出现在南海和印度半岛地区,呈阶段性爆发的特征。季风对流在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区爆发阶段,在大气环流变化和对流活动中心位置出现区别于南海季风和印度季风爆发的特征。通过对地表感热通量和海表潜热通量的分析,表明热带海洋上海表感热通量甚小于海表潜热通量,南海季风爆发时期印度洋上海表潜热通量显著增大,印度季风爆发后海表潜热通量的高值中心在孟加拉湾和阿拉伯海上建立起来。印度洋上低层增强的过赤道气流引起的强烈的海-气相互作用导致海表水汽的大量蒸发,并通过其输送作用,为季风对流的爆发提供了充足的水汽来源。过渡季节在副热带地区(沿27.5～37.5°N纬带上), 青藏高原和西太平洋上地(海)表感热通量和潜热通量均有迅速的季节变化性, 但趋势相反。当青藏高原上地表感热通量和潜热通量呈阶段性的显著加大, 西太平洋上海表感热通量和潜热通量迅速减小。这种大陆和海洋对大气加热的显著的季节化的差异, 影响着大气环流的季节转变。     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979－1995年（缺1986、1987、1993）NCEP／NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料，对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：印度半岛和中南半岛地区感势通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系，是季风爆发的主要关键区。这两个地区的感热积累是东亚季风爆发的触发因素之一，尤其是印度半岛北部感热通量的突变对印度夏季风演变十分重要。印度半岛北部与青藏高原西部的热力差异在季风的爆发和维持中占有重要地位。而东北亚与西北太平洋的热力差异只对东亚夏季风的演变有影响，与冬季风则无直接关联。在东亚季风的爆发中居主导地位的还是印度半岛北部和青藏高原西北部的感热加热作用。     

南海季风建立前后珠江三角洲的陆气热量交换与热力边界层结构特征

根据动力与热力指标,2004和2005年南海季风建立前后可分成明显的4个阶段——季风建立前的雨期、非雨期;季风建立后的活跃期与非活跃期。对2004和2005年南海季风建立前后的广州番禺综合外场观测资料进行分析,得到了这4个阶段陆气热量交换与热力边界层的主要特征:净辐射与净短波辐射的变化趋势基本一致,净短波辐射与净长波辐射之比为3.49—4.81,净短波辐射是净辐射的主要贡献项,云量与降水是控制净短波辐射与净辐射的直接因素;季风活跃期间午间对流云系对太阳辐射衰减显著,造成了辐射各分量以及热通量的峰值区变窄,量值急剧变小;季风建立前后感热与潜热均是净辐射的主要消耗项,占净辐射的90%以上,潜热明显大于感热,2005年较2004年潜热的分配额有明显的增加,其原因可能与近地层的风速较大,总是维持向上的湿度梯度有关;季风建立前后除季风活跃期外边界层位温结构均具有明显的日变化特征,午间混合层可发展至1070m,而季风活跃期间午间混合层发展受到对流云释放潜热的抑制,导致季风活跃期混合层消失的现象,分析还发现季风建立前后各阶段夜间残余混合层均不明显。分析表明引起陆气能量过程及边界层热力结构差异的关键因素之一是云系与降水,加强边界层过程与降水宏微观过程相互作用的研究是深入认识陆气过程与边界层结构特征的关键。     

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。     

2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较

基于2002年南海夏季风期间西沙海气通量观测试验, 采用梯度廓线法计算了观测期间的动量通量、潜热通量、感热通量及其相关要素, 并进行了分析与对比.结果表明: 南海夏季风爆发前后, 南海北部海气通量及其相关要素等都存在显著差异, 不同天气形势下也有较大变化; 南海北部海域在全球海气相互作用中的影响可能不如西太平洋显著; 平均而言, 三次试验的南海北部海气通量变化较小, 感热通量与潜热通量之间存在比较稳定的比例关系, 鲍恩比(Bowen Ratio)维持在大约0.05.     

南海西南季风爆发的气候特征

利用多年的海洋船舶、岛屿站和沿岸站观测记录及卫星观测的高反射云（ＨＲＣ）资料，揭示南海西南季风爆发和建立时期的环流特征及要素变化。在南海，西南季风爆发的平均时间为５月中旬，北部略早（５月１２日），南部略迟（５月２０日），但年际差别可达一个月左右。伴随着西南季风的爆发，南海云量和降水量增多，对流加强，但海区之间具有很大的不均匀性。西南季风建立以后，强对流区稳定于南海中部，季风雨带没有明显的跳跃现象。西南季风爆发之前，南海表层温度迅速升高，其开始时间较季风爆发约提前一个月，海面水温的升高为季风爆发提供了热量和水汽条件。４—５月，南海海面热交换分量（海面吸收的太阳辐射、潜热输送等）发生明显的改变，特别是潜热交换和蒸发量明显增大，它可能是西南季风首先在南海爆发的原因之一。     

南海地区热通量的时空变化特征

本文利用美国 NCEP1958-1998 年高斯网格月平均再分析资料,分析了南海及周边地区(0～20°N,100～125°E)热通量(包括潜热通量和感热通量)的时空变化,结果表明该潜热通量、感热通量具有明显的季节转换特征.南海中部海区是潜热通量、感热通量季节变化最剧烈的关键区,南海季风对潜热、感热输送均有影响,并且蒸发潜热输送大于感热输送.EOF 分析表明,风速对潜热、感热输送贡献较大,另外气温和相对湿度对潜热输送有贡献,而水温与气温差对感热输送有贡献.整个南海地区潜热通量、感热通量具有明显的年际变化特征,潜热通量存在5～8 a 以及 2 a 左右的周期振动,而感热通量只有 5～8 a 的周期振动.     

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。     

2005年南海夏季风建立偏晚和持续异常偏南的成因分析

通过分析大气环流及其热力结构演变特征,揭示2005年春末夏初南海季风爆发偏迟和持续异常偏南的原因。结果表明,阿拉伯高压偏强,与中高纬度高压脊叠加,导致较高纬度冷空气南下青藏高原南侧及中南半岛一带,抑制了中南半岛附近地区大气增温,不利于南海季风的爆发;索马里急流及赤道西风建立偏晚使中南半岛对流凝结潜热偏弱,是中南半岛一带大气增温偏迟的另一重要原因。6月上中旬,印度半岛北部冷空气势力偏强,大气增温缓慢,使印度季风和亚洲南部季风槽向北推进迟缓,使强劲的西南季风径直向东输送进入南海,有利于南海西南季风长期持续偏南。春末青藏高原积雪偏多,积雪融化抑制了地面增温和大气感热加热,是南海季风爆发偏晚的另一重要原因。6月上中旬,西南季风北上偏迟导致高原对流偏弱,热源偏弱,负反馈作用抑制了西南季风进一步北上,导致西南季风持续异常偏南。     

西南季风爆发前后大理近地层风场及湍流通量的变化特征

利用2008年4~5月大理国家气候观象台近地面层观测系统的梯度、涡动相关通量观测资料,结合背景场环流分析,分析了西南季风爆发前后大理近地面层的风速、风向变化特征、风速廓线和垂直切变变化特征以及动量、感热和潜热通量变化特征。结果显示:西南季风爆发前,大理近地层风向以东南风为主,平均风速较大;风速日变化的双峰型特征较显著,风速的垂直切变大,动量通量数值较大且日变化特征较明显。西南季风爆发后,大理近地层西北风频率显著增加,平均风速减小;风速日变化以单锋型为主,风速垂直切变较前期显著减小,动量通量数值减小而日变化特征较不显著。西南季风开始前后大理地气热量交换都以潜热为主,西南季风开始前一旬期间,潜热通量的逐日变化特点是随时间逐渐减少,感热通量逐渐增大,二者差值逐渐减小;西南季风开始后潜热通量的逐日变化为逐渐增大而感热通量逐渐减少,二者差值逐渐增大。就月平均值的日变化而言,潜热通量峰值变化不大,雨季略低于干季的4月;感热通量4~6月的月平均逐月降低。其原因既与雨季天气的变化有关,也与下垫面状况的改变相联系。     

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。      

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。     

南海海洋站观测海气热通量的时间演变特征

为探索西沙和南沙海气热通量时间演变特征,用海洋站观测资料计算了1998年南海夏季风爆发前后,海气界面热量交换值及海面热收支年循环。结果表明：季风爆发前,西沙海气界面热量交换较弱,水汽通量较小,以海洋获得热量为主;季风爆发后,海气界面热量交换接近平衡。南沙全年主要是海洋对大气加热。南沙和西沙海面吸收短波辐射年周期特征明显,极大值出现在冬半年。西沙海面潜热通量存在半年周期特征,极大值也是出现在冬半年。结论：冬半年海面热通量变化对翌年的季风将产生重要影响。