南海夏季风爆发早晚的越赤道气流特征

根据国家气候中心提供的南海夏季风爆发期典型偏早（1966、1972、1996、2000、2001年）和偏晚年份（1970、1973、1987、1989、1991年）,利用ECMW F再分析1-5月逐日经向风资料,计算5个通道越赤道气流和越赤道乞流总量的距平值;探讨越赤道气流与南海夏季风爆发早晚的关系与特征。为预测南海夏季风爆发早晚提供判据。     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

索马里跨赤道气流对南海夏季风爆发的重要作用

通过分析NCEP/NCAR多年再分析资料,清楚地揭露了南海夏季风爆发与索马里跨赤道南风气流建立之间的重要关系.对应南海夏季风爆发,总是已先期在赤道印度洋地区有西风加强和索马里跨赤道南风气流的建立;而且,若南海夏季风爆发偏早(晚),赤道印度洋地区西风的加强和索马里跨赤道南风气流的建立也偏早(晚).可以认为,索马里跨赤道南风气流的稳定建立是南海夏季风爆发的重要物理机制之一,它的建立导致赤道印度洋地区西风的持续加强和向东扩展,并最终在南海地区形成西南气流.     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响

利用1948—2017年再分析资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发早晚的可能影响及相关的物理过程,发现太阳黑子数与南海夏季风建立日期之间存在显著的正相关关系,即太阳活动偏强（弱）年南海夏季风爆发偏晚（早）。对相关大气环流特征进行合成分析表明,太阳活动峰值（谷值）年,5月菲律宾附近上空往往出现异常反气旋（气旋）,西太平洋副热带高压偏强、西伸（偏弱、东撤）。一方面,这与赤道以南海洋性大陆的对流活动异常以及与之相联系的局地经向环流密切相关,另一方面,热带印度洋-西太平洋沿赤道的纬向Walker环流异常对此也有一定贡献。进一步的研究揭示出太阳活动影响南海夏季风爆发的信号最初很可能来源于平流层温度的响应,随着太阳辐射增强,春季前期整个南半球对流层下层-平流层上层一致偏暖,温度梯度的变化削弱了对流层的平均经圈环流,导致大气质量的重新分布,引起低层出现负的南极涛动（AAO）型分布,在南半球中纬度地区形成气旋性环流异常,造成索马里越赤道气流建立偏晚,进而有利于南海夏季风爆发的推迟。      

夏季越赤道气流对南海季风及华东旱涝的影响

应用NCEP／NCAR全球再分析资料和NOAA卫星接收的HIRS－Tb12等资料，研究了东半球夏季越赤道气流的气候学特征、越赤道气流对南海季风爆发的影响、越赤道气流与高压对越赤道气流的维持和强度变化具有重要的作用；北太平洋海温场对越赤道气流的强弱也具有重要的影响；5、6月份索马里越赤道气流偏强，则南海季风爆发偏早；华东地区夏旱年越赤道气流显著偏强，雨涝年呈弱相间的变化。     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明:南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异，最早的可以1 d就推进影响到华南地区，最晚的却要42 d，并且这种变化具有明显的年代际变化特征，即20世纪70年末以前，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早，而70年代末以后，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚；当南海夏季风建立后，若东亚大槽较深，冷空气活动较活跃，索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱，南亚高压和东亚地区急流位置偏南，就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚，反之，则偏早；南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间，索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强），华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

赤道涡旋与南海夏季风爆发

文中应用１９７９－１９９５年共１７ａ的８５０ｈＰａ风场资料和ＮＯＡＡ卫星的ＯＬＲ资料，分析了南海夏季风爆发的特征。证实南海夏季风爆发，落后于同纬度的中南半岛和菲律宾岛屿地区。但在南海的东部和西部，季风爆发几乎是同时的，具有某种驻波的特征。文中还证实，大多数年份的４，５月间在１０５°Ｅ附近有赤道涡旋形成，这个涡旋引导它上游的赤道西风或南半球西风进入南海南部，为南海的季风爆发创造有利条件。这种涡旋不活跃的年份，季风爆发往往偏晚。它们之间可能存在某种联系。４月中旬，这个涡旋的形成和１０５°Ｅ越赤道气流的初步建立是同时的。进入５月份，这支越赤道气流逐渐加强。南海夏季风的活动与这支气流可能关系密切。如果称位于１０５°Ｅ附近的赤道涡旋为东亚的爆发涡旋，它显然与南亚季风的情况有较大差别。南亚的爆发涡旋与季风爆发的关系是直接的，而在东亚，则是间接的，这也说明了东亚季风比南亚季风更具有复杂性。     

南海夏季风爆发与大气对流低频振荡的年际变化

根据1980～1991年云顶黑体温度（TBB）相位和强度的变化确定了南海夏季风爆发的时间,分析研究了夏季风爆发期间TBB场和850hPa风场的变化过程及其与海温的关系。结果表明:南海夏季风爆发平均时间是5月第4候,它爆发的时间和强度有显著的年际变化,并与大气的低频振荡及前期海洋的热力状况有密切关系。南海夏季风爆发早年（4月第6候）,副热带高压较弱,撤离南海较快,从赤道东印度洋到赤道西太平洋,大气对流活动较强,夏季风爆发南海早于孟加拉湾,季风爆发时90～100°E区域过赤道气流显著加强。夏季风爆发晚年（6月第1候）情况相反。南海夏季风爆发早晚与大气30～60天振荡到达南海的位相有关,前冬和早春南海海温的高低和4月中旬至5月中南半岛强对流区的出现时间,是南海夏季风爆发年际变化的前期征兆。根据前冬南海海温预测1998年南海夏季风爆发的时间和强度与实际相符。     

气候变暖背景下南海夏季风建立和结束日期及与其强度的关系

利用1948—2012年NCEP/NCAR再分析全球格点日平均资料,将南海区域(110～120 °E,10～20 °N) 850 hPa 候平均纬向风稳定地由东(西)风转为西(东)风,且同一层上稳定地有θse≥335 K(θse<335 K)确定为南海夏季风建立(结束)日期,得到近65 a南海夏季风建立、结束、持续日期序列。赤道印度洋地区的顺时针旋转的涡旋与越赤道气流及副高对南海夏季风的爆发起着决定性作用。南海夏季风建立日期与其强度的关系密切,夏季风建立越晚(早)其强度越强(弱),纬向风在对流层高层先(后)发生突变。气候变暖对南海夏季风的建立和结束日期及强度的影响是显著的,气候变暖后南海夏季风建立早(晚)年明显偏多(少),强度明显偏弱。      

2007年南海夏季风爆发前后大气环流的非典型性突变特征

南海夏季风爆发的一般特征是南亚高压移至中南半岛北部;西太平洋副热带高压连续向东撤出南海地区,移到120°E以东的热带洋面上;高（低）空东北（西南）气流占据南海大部分地区,相应的105°E附近的越赤道气流建立,南海季风槽形成并同时伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。国家气候中心的监测表明,2007年南海夏季风于5月第5候爆发。该年季风爆发后,虽然源自热带地区的低空西南气流迅速占据南海上空,高空盛行东北气流,且南亚高压西移至中南半岛上空,但对流、高度场以及降水场的突变特征均很不明显,表现为季风爆发后南海上空的对流依然偏弱,副高没有马上撤离南海,同时华南地区的降水量也没有迅速增强。因此,2007年南海夏季风爆发前后大气环流的变化特征具有非典型性。     

ONSET AND RETREAT DATES OF THE SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON AND THEIR RELATIONSHIPS WITH THE MONSOON INTENSITY IN THE CONTEXT OF CLIMATE WARMING

Global gridded daily mean data from the NCEP/NCAR Reanalysis(1948-2012) are used to obtain the onset date,retreat date and duration time series of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) for the past 65 years.The summer monsoon onset(retreat) date is defined as the time when the mean zonal wind at 850 hPa shifts steadily from easterly(westerly) to westerly(easterly) and the pseudo-equivalent potential temperature at the same level remains steady at greater than 335 K(less than 335 K) in the South China Sea area[110-120°E(10-20°N)].The clockwise vortex of the equatorial Indian Ocean region,together with the cross-equatorial flow and the subtropical high,plays a decisive role in the burst of the SCSSM.The onset date of the SCSSM is closely related to its intensity.With late(early) onset of the summer monsoon,its intensity is relatively strong(weak),and the zonal wind undergoes an early(late) abrupt change in the upper troposphere.Climate warming significantly affects the onset and retreat dates of the SCSSM and its intensity.With climate warming,the number of early-onset(-retreat) years of the SCSSM is clearly greater(less),and the SCSSM is clearly weakened.     

东亚下垫面热力异常与南海夏季风爆发早晚和强弱的关系

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料，采用Mann-Kendall 突变检验方法，并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值，讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明，我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后，且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征，发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱)，华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大，有利于北方的冷空气向南输送。此外, 气候变暖后我国南方地面气温升高，海陆热力差异减小，东亚热带冬季风减弱，有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送，并在东南部形成异常的水汽通量辐合，有利于形成强降水。气候变暖后，中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

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。     

Impacts of land surface and sea surface temperatures on the onset date of the South China Sea summer monsoon

The present study analyzes the differences in spatial and temporal variations of surface temperatures between early and late onset years of the South China Sea summer monsoon (SCSSM). It is found that when the land surface temperature north of 40^oN is lower (higher) and the sea surface temperature over the South China Sea-western North Pacific (SCS-WNP) is higher (lower) in winter, the onset of the SCSSM begins earlier (later). When the land surface temperature north of 40^oN is higher (lower) and the sea surface temperature over the SCS-WNP is lower (higher) in spring, the onset of the SCSSM occurs earlier (later). The reason why the anomalies of the land surface temperatures north of 40^oN can influence the atmospheric circulation is investigated by analysis of the wind and temperature fields. In order to verify the mechanisms of influence over the land and sea surface temperature distribution patterns and test the ability of the p-σ regional climate model (p-σ RCM9) to simulate the SCSSM onset, three types of years with early, normal, and late SCSSM onset are selected and the SCSSM regimes are numerically simulated. According to the results obtained from five sensitive experiments, when the land surface temperature is higher in the eastern part, north of 40^oN, and lower in the western part, north of 40^oN, and it rises faster in the eastern coastal regions and the Indian Peninsula, while the sea surface temperatures over the SCS-WNP are lower, the early onset of the SCSSM can be expected.