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。     

1986年东海与南海的海-气界面热量交换

采用实测资料计算1986年7—12月东海和南海观测海域海-气界面热量交换。结果表明：7—9月上旬,大气向观测海域输送热量是主要现象,因为这时的气温比水温高,潜热通量与感热通量出现反相变化,天气晴好,海洋大量吸热;9月中旬—12月,观测海域向大气输送热量是主要现象,东海表现得比南海更为明显,主要贡献来自潜热通量和感热通量。受冷空气影响时,感热通量重要;在热带辐合带和热带气旋系统内海-气界面热量交换强烈,大气对海洋的响应为主。     

南海西南季风爆发前后海-气通量交换系 数研究

动量交换系数(CD)、感热交换系数(CH)和潜热(或水汽)交换系数(CE)是气候模式中参数化海-气通量必需的参数,不同地区、天气、海况的试验中计算结果各异。文章利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第3次南海海-气通量观测试验资料,使用涡旋相关法和TOGA COARE2.5b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海-气界面动量、感热通量、潜热通量等的湍流交换系数,讨论了各通量交换系数的变化特征及其与气象要素变化的关系。结果表明:西南季风爆发前后,随着风向、风速、云量、降水、湿度及海面状态等变化,通量交换系数也发生变化:中性条件动量交换系数(CDn)在季风爆发前数值略小,季风爆发后数值增大;中性条件感热交换系数和潜热交换系数(CHn,CEn)对天气变化的反应不够敏感。动量交换系数主要受风速影响,但在不同风速区间相关关系有异。(CH)与海-气温差呈现正相关关系,和气温有明显的负相关关系。CE与风速的关系密切,但当风速>12 m/s,CE随风速的变化趋向一个稳定值。另外当海-气温差大约<2℃时,CE随着海-气温差增大相应增大,反映了通量交换系数不仅与风影响下的下垫面特性有关,而且还与稳定度参数有关。各通量交换系数与气象要素变化的关系可以拟合为多项式或者简单的线性关系式。     

西太平洋热带海域西风爆发过程湍流通量输送的某些特征

本文根据中、美、日、澳、法等近20个国家在热带海洋全球大气海气耦合响应试验强化期（1992年11月～1993年2月）定点、连续观测获得大气和海洋资料，使用考虑风速和大气层结影响的整体输送动力学公式，计算动量、感热和潜热等的湍流通量。结果表明，西风爆发过程与其他天气过程相比，无论是大气向海洋输送的动量通量，还是海洋向大气输送的感热通量和潜热通量，其值都是最大的。文中还讨论了整体输送公式中的曳力系数、感热交换系数和潜热交换系数更准确的计算方法。     

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.     

2002年南海季风建立及其雨带变化的天气学研究

利用南海海 气通量观测试验资料结合NCEP ,GPCP以及GMS - 5云图资料 ,综合分析了 2 0 0 2年 5～ 6月南海西南季风建立过程及其雨带变化 ,确定 5月 14日西沙及北部海区西南季风爆发 ,5月 15日整个南海季风爆发 ,季风爆发时间属于正常年 ;季风爆发时风向、风速、云量、降水、湿度、辐射及海面温度等要素都发生突变。这种突变是由大气环流的突变造成的。季风爆发前后大气环流变化过程是 :80～ 90°E越赤道气流加强 ,同时印缅低压加深 ,孟加拉湾南北向气压梯度增大 ,而后东亚大陆上气旋发展东移 ,副热带高压东撤 ,孟加拉湾低压槽前的赤道西风突然加强越过中南半岛 ,南海北部首先出现强西南风 ,继而南海季风迅速地全面爆发。孟加拉湾西南风加强到南海季风爆发是一个连续的过程 ,大陆冷空气南下起了重要的作用。南海季风爆发时呈现单雨带型 ,而后由单雨带型转变为双雨带型 ,雨带受副热带高压和季风系统共同影响 ,并且随着副热带高压移动位置变化。     

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。     

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.     

藏北高原草甸下垫面近地层能量输送及微气象特征

利用GAME/Tibet 1998年IOP观测资料,分析研究藏北高原草甸下垫面近地层的地面加热场、地表能量平衡、地面阻曳系数CD及感热通量整体输送系数CH等特征,得到了一些有关藏北高原草甸下垫面近地层能量输送及微气象特征结构的新认识.     

The role of equatorial waves in the onset of the South China Sea summer monsoon and the demise of El Niño during 1998

The observed sequence of events leading to the onset of the summer monsoon in the South China Sea (SCS) is described, with a particular focus on conditions during the South China Sea monsoon experiment (SCSMEX) in May–June 1998. During SCSMEX, SCS monsoon onset occurred within the context of a multitude of scale interactions within the ocean-atmosphere system on intraseasonal time scales. Results from the 1998 SCSMEX case study illustrate that SCS monsoon onset is preceded by the development of an eastward-propagating Madden-Julian Oscillation (MJO) in the Indian Ocean, as suggested by previous authors, and the subsequent emanation of a convectively coupled Kelvin wave into the Pacific. Remarkably similar results are obtained in an independent composite of 25 years of data. Since both the MJO and Kelvin waves generate westerly surface winds in their wake, it is suggested that these waves may accelerate or trigger the monsoon onset process in the southern SCS. A detailed analysis of the Kelvin wave that propagated through the SCS during SCSMEX shows that it was responsible for a large portion of the surface wind shift leading to monsoon onset in 1998. Finally, easterly wind anomalies in the eastern Pacific associated with the Indian Ocean MJO event during the SCSMEX period are shown to result in the sudden demise of the 1997–1998 El Niño event.     

Overview of the South China sea monsoon experiment

The present paper gives an overview of the key project “ South China Sea Monsoon Experiment(SCSMEX)” operated by the Ministry of Science and Technology of China during the period of 1996-2001. The SCSMEX is a joint atmospheric and oceanic field experiment which aims to better understandthe onset, maintenance, and variability of the summer monsoon over the South China Sea (SCS). It is a large-scale international effort with many participating countries and regions cooperatively involved in this experiment. With the field observation in May-August 1998, a large amount of meteorological and oceanic data was acquired, which provides excellent datasets for the study of the SCS monsoon and the East Asian monsoon and their interaction with the ocean. The preliminary research achievements are as follows. (1) The earliest onset of the Asian monsoon over the SCS and Indo-China Peninsula has been well documented. From the viewpoint of the synoptic process, its onset is closely related to the early rapid development of a twin cyclone to the east of Sri Lanka. The conceptual model of the SCS monsoon onset in 1998 was put forward. The 50-year time series of the SCS monsoon onset date was also made. (2) Two major modes, namely the 30-60-day and 10-20-day oscillations were ascertained. The influences of the abnormal SCS monsoon on the precipitation over eastern China and its modes were identified. A strong(weak) monsoon over the SCS usually leads to less (more) precipitation over the middle and lower reaches of the Yangtze River basin, and more (less) precipitation in North China. (3) During the monsoon onset over the SCS, a wide variety of organized mesoscale convective systems (MCSs) were observed by a Doppler radar array deployed over the northern SCS. The relationship between large-scale circulations and MCSs during the monsoon onset process in 1998 was clearly revealed. It was suggested that there is a kind of positive feedback mechanism between large-scale circulations and MCSs. (4) The SST over the SCS during the early period influences the timing of the monsoon onset date and the monsoon‘s intensity. During the monsoon onset, the ocean undergoes a process of energy release through air-sea interaction. During the break phase of the SCS monsoon, the ocean demonstrates the process of energy re-accumulation. Obvious differences in the air-sea turbulent flux exchange between the southern and northern parts of the SCS due to different characteristic features of the atmosphere and sea structure were observed in those regions.(5) The verification of impact of intensive observations on the predictive performance is made by the use of regional models. The air-sea coupled regional climate model (CRCM) was also developed under the SCSMEX Project . The simulation of the oceanic circulation in 1998 produced with the model was well compared with the observations.     

1998年南海季风爆发期间近海面层大气湍流结构和通量输送的观测研究

1998年5月14日至6月22日,在西沙永兴岛近海铁塔上进行了一次海-气通量观测试验,观测期包括了西南季风爆发前、爆发、爆发后风速加强等几个阶段。这次试验获得该年西南季风爆发的天气特征以及由涡度相关法、廓线法计算的动量、感热、潜热通量及湍流强度等一些统计量分布。分析结果表明,观测期湍流强度σu、σv、σw与平均风速之比为0.096、0.066、0.045;在近中性条件下（z/L≈0）,各相似函数基本为常数,σu/u＊≈3,σv/u＊≈2,σw/u＊≈1.25;在稳定条件下u、v、w三方向σ/u＊近似相等;在稳定与不稳定条件下σt/t＊随稳定度参数z/L的变化趋势相似,但符号相反。摩擦速度u＊随风速的变化接近于关系式u＊=0.029U10+0.006（U10为10m高度30min平均风速）,空气动力粗糙度长度z0变化在0.01～0.35mm之间。观测期动量通量变化在0.05～0.30N/m2之间,季风爆发期明显增大;曳力系数CD平均为1.12×10-3,它随平均风速变化可以表示为关系式103CD=0.003U210+0.020U10+0.836或103CD=0.056U10+0.732。感热通量由海洋输向大气,平均值为7.8W/m2,数值在0～15W/m2之间变化,季风爆发后明显增大;潜热通量数值一般变化于50～200W/m2,白天中午数值较高,夜间较低。季风爆发后也明显增大。观测期间鲍恩比（BowenRatio）日平均为0.05左右。     

西太平洋-南海地区潜热通量长期变化趋势的南北差异及成因分析

利用1958~2014年美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目(OAFlux)的月平均潜热通量和相关气象要素数据,以及NCEP/NCAR再分析表面气压数据,通过Trend-EOF分析方法,本文研究了西太平洋—南海地区潜热通量的长期变化趋势。发现西太平洋—南海地区潜热通量整体呈上升的趋势,其中冬季上升趋势最强。冬季潜热通量趋势存在明显的南北差异,特别是在南海地区,南海北部为上升趋势而南部为下降趋势。南海北部以及菲律宾海地区冬季潜热通量上升的主要原因是海气比湿差的增大,而南海南部潜热通量呈下降趋势,在东侧主要原因是风速减小,在西侧主要原因是海气比湿差减小。南海潜热通量长期趋势的南北差异是风速和海气比湿差的共同作用造成的。另外,研究发现风速变化趋势受到局地环流变化的影响,在表面气压下降中心线以北地区为上升趋势,在其以南为下降趋势,而海气比湿差的变化趋势则主要取决于海表温度的变化趋势。     

中南半岛地区热力特征对南海季风爆发的可能影响及机理

利用1998年5月1日－8月31日南海季风试验(SCSMX)产1980年1月－1995年12月NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析1998年和多年平均情况下南海夏季风爆发期间中南半岛地区热力特征，揭示该地区热状况的异常与南海夏季风爆发之间的可能联系，从而讨论引起南海夏季风爆发的可能机制。结果发现，南海季风爆发前中南半岛附近地区存在较强的持续地面感知加热并具有显的低频振荡特征，低层大气在中南半岛地区出现较强的暖中心，由此导致局地强的水平温度梯度和位势高度梯度，有利于加强该地区的西南风。南海季风爆发前中南半岛地区低层出现较强的辐合风，高层出现较强的辐散风，这种低层强的辐合，高层强的辐射散配置有利于垂直运动的发展，降水的加强，进而触发南海季风的爆发。对多年平均资料的分析也证实了1998年南海季风爆发过程中所具有的特征，并进一步发现南海季风爆发前中南半岛地区850hPa温度是逐渐增加的，且增温幅度大于南海地区上空，由此加强了中南半岛与南海之间的温差。另外，比纬圈温度偏差和位势高度偏差的分析中发现，南海季风爆发期间南海和中南半岛地区的副高东撤与中南半岛地区的增温和孟加拉湾低槽的向东扩展有关。     

南海季风试验研究

介绍了"九五"国家攀登项目"南海季风试验"外场观测系统和主要结果.该试验是一次旨在了解南海季风爆发,维持和变化主要物理过程的大气与海洋联合试验,是由十几个国家与地区参加的一次大型国际合作项目.通过1998年5～8月的外场观测试验,取得了大量和多种大气与海洋的加密观测资料,为南海和东亚季风及其与海洋的相互作用研究提供了比较完善的资料集.目前研究正在深入阶段.作者只是对这个试验的一般情况作了说明.     

南海季风区冰相相变潜热对中尺度对流云和降水影响作用的数值模拟研究

利用可分辨云模式及中国南海北部试验区加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场模拟分析了1998年5月15日至6月11日中国南海北部地区中尺度对流系统(Mesoscal Convective System,简称MCS)中冰相相变潜热对云和降水、辐射传输以及大尺度环境场的影响作用。研究表明,冰相相变潜热总体上不会引起明显的大气辐射通量的变化,但会引起较明显的下垫面热通量的变化。凝华潜热释放显著地增加了大气稳定度,造成对流和下垫面热通量的减弱,从而导致地面降水减小10.11%。碰冻潜热释放也使得大气稳定度增加,不利于中尺度对流系统对流的发展,区域累积降水量减小2.2%。融化潜热的冷却效应,使得融化层以下的大气降温,从而增加了低层大气的不稳定性,有利于海面热通量的输送,导致MCS降水增加4.1%。因此,冰相相变潜热对降水的影响主要是通过影响大气环境稳定,进而影响洋面感热通量和潜热通量的垂直输送和对流的发展,导致区域降水改变。     

光滑海面上风、温、湿廓线的层结订正模式及海气整体交换系数

详细介绍了光滑面标量粗糙度ＺＴ,Ｚｑ与风速粗糙度Ｚ０的相似表达式,论述了把Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论推广到光滑面上湍流气层的合理性,从而得到光滑面风、温、湿层结订正廓线与粗糙面廓线相统一的形式。总结了用该模式处理的三个海上梯度观测资料的计算结果,揭示出了微风时通过光滑海面的海气通量及整体交换系数受层结影响远大于风速影响的特征。并给出光滑界面上不同层结的整体交换系数随风速变化的拟合公式。     

THE CHARACTERISTICS OF AIR-SEA HEAT FLUX EXCHANGE DURING THE GENERATION AND DEVELOPMENT OF LOCAL TYPHOONS OVER THE SOUTH CHINA SEA

A South China Sea （SCS） local TC （SLT） is defined as a tropical cyclone （TC） that forms within the SCS region and can reach the grade of tropical storm （TS） or above. The statistical features of the SLTs from 1985 to 2007 are analyzed first. It is found that over the SCS about 68% of the TCs can develop into TSs. The SLT intensity is relatively weak and associated with its genesis latitude as well as its track. The SLT monthly number presents a seasonal variation with two peaks in May and July to September. Based on the daily heat flux data from the Woods Hole Oceanographic Institution_Objectively Analyzed air-sea Fluxes （WHOI_OAFlux） in the same period, the air-sea exchange during the process of generation and development of the SLT is studied. Results show that the heat fluxes released to the atmosphere increase significantly day by day before cyclogenesis. The ocean to the south to the TC center provides the main energy. Along with the development of SLT, the regions with large heat fluxes spread clockwise to the north of TC, which reflects the energy dispersion property of vortex Rossby waves in the periphery of the TC. Once the SLT forms the heat fluxes are not intensified as much. During the whole process, the net heat, latent heat and sensible heat flux display a similar evolution, while the latent heat flux makes a main contribution to the net heat flux. The maximum air-sea heat exchange always occurs at the left side of the TC moving direction, which may reflect the influence of the SCS summer monsoon on TC structure.