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.     

用高层气象要素和海面温度作印度夏季风开始和雨量长期预报

通过广泛分析与印度夏季风联系在一起的大尺度流场特征,发现季风前的印度高层气象要素,澳大利亚高层气象要素,印度洋海面温度,欧洲雪冰覆盖与季风开始期,夏季降水量有着密切的相关,本文用这些气象变量,作季风开始期和降水的预报。     

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。     

孟加拉湾季风爆发可预测性的分析和初步应用

基于季风区对流层中高层副高脊附近的经向温度梯度能表征季节转换和季风爆发的物理本质这一事实,使用1980—1999年过渡季节期间(3～5月)逐日和月平均的NCEP／NCAR高空温度场再分析资料,对该温度梯度潜在的预报季风爆发进行了分析。结果表明：在已知初始时刻孟加拉湾季风区对流层中高层经向温度梯度的前提下,依据初始时刻的经向温度梯度和气候平均的经向增温率梯度,可以对孟加拉湾季风爆发的迟早做出定性预测。另外,由于孟加拉湾地区季风爆发日期与3月份青藏高原上空对流层中高层气温有显著相关,故前期高原上空对流层中高层的气温高低也是判断孟加拉湾季风爆发迟早的重要因子。对2000年和2001年孟加拉湾季风爆发迟早定性预测的结果表明,这两种预报方法具有潜在的应用价值。     

基于海温异常的南海夏季风爆发的可预报性分析

定义了综合评估南海地区大气对海温异常等外强迫响应的指数,并以此作为中间变量提出了利用前期海温异常预报南海夏季风爆发早晚的方法,进一步分析了基于海温异常的南海夏季风爆发的可预报性。分析表明:基于前期海温的异常,对于以日为单位预报对象的定量的南海夏季风爆发日期来说,基本没有可预报性;而对于定性的南海夏季风爆发早晚的预测,则可预报性大为提高。其预报时效可以提前至前期秋季的11月份。     

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:Ⅱ青藏高原及邻近地区地表感热加热的作用

本文是系列文章的第二篇,首先分析了１９８９年亚洲夏季风爆发时期青藏高原及邻近地区地表感热通量和大气温度场季节变化的基本特征,着重讨论了春季高原地表感热加热和亚洲季风爆发的联系,然后分析了１９８０～１９８９年１０ａ南海季风爆发的气候学特征。上述工作表明,在春末初夏过渡季节,高原上空大气温度变化出现阶段性的跃升,并同亚洲夏季风阶段性的爆发有很好的对应关系。高原地表感热通量的持续增大导致了对流层高层局地反气旋式扰动环流的出现,使南亚反气旋北进的过程明显受到高原局地热力环流的调制,而热带东风急流入口区所产生的强烈的高层辐散,提供了有利于热带季风对流在南海地区首先爆发的动力学条件。此外,从５月份至６月中下旬,青藏高原、伊朗—阿富汗上空强大暖中心相继建立的结果,直接导致了热带地区上空大气南北温度梯度的反向依次在南海—孟加拉湾东部和阿拉伯海—印度次大陆由东向西相继建立,从而决定了亚洲季风建立的过程在不同地区爆发的时间不同。     

高原季风年际变化的初步分析

高原近地层夏季为热低压,冬季为冷高压控制,与此气压场相应还存在一冬夏盛行风向相反的季风层,即“高原季风”。高原季风对高原地区气候的形成及我国西部地区的旱涝有明显的影响。研究高原季风的年际变化规律可为中长期预报提供一定的气候背景。高原季风的基本特征(即冬季为冷高压,夏季为热低压),反映在600mb高度距平图上最为清楚。本文将通过对600mb高度距平场的分析,讨论高原季风的年际变化及其对我国西部一些地区旱涝的影响。从测站密度来看,高原地区的600mb图要比500mb图更好,因为前者有大量地面记录可以利用。     

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。     

季风与ENSO的选择性相互作用:年循环和春季预报障碍的影响

本文主要基于对Webster and Yang（1992）一文的回顾,讨论了年循环在季风和ENSO相互作用中的作用、春季预报障碍（SPB）、Webster-Yang指数（WYI）、以及亚洲夏季风的前期讯号等内容。亚洲季风和ENSO作为全球天气和气候变率的主要来源,它们之间的相互作用存在明显的年变化和季节“锁相”特征:在北半球秋冬季,亚洲季风对流活动最弱,此时ENSO的信号最强;但是到了北半球春季,亚洲季风对流快速爆发,而此时的ENSO信号却迅速衰减。亚洲季风和ENSO位相的错位变化使得热带海—气系统的不稳定性在北半球春季达到最大,此时任意一个微小的扰动都容易快速增长,最终导致基于ENSO的预报技巧减小。亚洲夏季风环流本质上可以看成是大气对副热带地区潜热加热的低频罗斯贝波响应,它具有很强的垂直风切变,这是WYI定义的物理基础。WYI数值越大,代表垂直东风切变越大,即亚洲季风环流增强,反之亦然。利用WYI与前期大气环流场、欧亚雪盖、土壤湿度等物理量进行回归分析,结果表明:当亚洲夏季风增强时,前期冬季和春季,在北印度洋和亚洲副热带地区上空出现东风异常,同时在更高纬度地区伴随出现西风的异常;此外,副热带地区如印度次大陆、中南半岛和东亚的土壤湿度增大;中纬度地区尤其是青藏高原中西部的积雪密度明显减小。这些前期讯号的发现有助于我们构建动力统计模型,进而提高对亚洲夏季风的季节预报水平。     

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.     

南海季风试验与东亚夏季风

南海季风试验是一次国际性大气与海洋的联合试验 ,旨在更好地了解南海季风的爆发、维持与变化 ,以改进东亚和东南亚地区的季风预报。 1998年 5～ 8月进行的外场试验取得了圆满成功 ,获得了大量气象与海洋资料。不少国家对这些资料进行四维资料同化 ,并改进数值模拟和预报 ;同时也为东亚与南海地区季风的研究提供了必要的资料集。文中总结了中国科学家在这方面的主要研究成果 ,共包括 6个方面 :(1)南海夏季风的爆发过程与机理 ;(2 )南海季风爆发过程中对流与中尺度系统的发展及其与大尺度环流的相互作用 ;(3)低频振荡与遥相关作用 ;(4 )南海海 气通量的测量及其与季风活动的关系 ;(5 )夏季风时期南海海洋的热力结构、环流和中尺度涡旋及其与ENSO事件的关系 ;(6 )南海与东亚季风的数值模拟。     

北半球500mb环流形势的年度预报

本文根据北半球500mb 月平均年际变高的分析,发现北半球大气环流的年际变化具有周期性的振动.从而提出了一个500mb 月平均位势高度值的预报方程。即:(?)(?).验证了四年的预报效果,平均相关系数为0.65.     

南海季风爆发早晚年大气环流的输送异常Ⅰ: 动力输送异常

利用NCEP逐日再分析资料,计算和分析了1949~2009年的南海季风爆发时间,并分析讨论了南海季风爆发偏早年和偏晚年大气环流的差异。结果表明:1)南海季风的爆发伴随着该地区降水的显著增加,且爆发时间在1958~1997年间呈偏早趋势。2)在南海季风爆发早年相对于晚年,中高层纬向风在青藏高原和西南太平洋西风异常偏强、孟加拉湾和南海有东风异常偏弱。3)在低层,孟加拉湾、南海和东海西风异常偏强、西南太平洋东风异常偏弱;而青藏高原北部塔里木盆地北风异常偏弱、中国中东部、南海和孟加拉湾南风异常偏弱、东海南风异常偏强。亚欧大陆、印度洋、南海和西南太平洋的大气环流异常与南海地区降水关系密切。      

大理地区对流层至低平流层大气垂直结构的特征分析

利用JICA计划中日合作"2008年季风过程与暴雨天气上游关键区综合气象观测试验"期间在大理站的GPS探空资料,分析了季风3个加密观测阶段该地区对流层至低平流层大气垂直结构特征。结果表明,观测期间对流层顶以第二(副热带)对流层顶为主,平均高度为14.8 km,对流层平均温度递减率为6.4℃·km~(-1);对流层顶高度与气温、气压和风速均呈显著的负相关;季风爆发前(后)水汽主要集中在6.6(8.3)km以下对流层;季风爆发前对流层至低平流层被西风带控制;季风爆发阶段对流层至低平流层风速减小,低平流层风向由西风转成东风;季风强盛阶段低平流层东风逐渐下传,对流层高层至低平流层风速增大,风向基本转成偏东风。     

南海夏季风异常活动的前期特征

应用1979～1999年NOAA卫星月平均OLR资料及1950～1999年NCEP/NCAR再分析的月平均资料,采用合成分析的方法对南海夏季风爆发前一年10月～次年4月的异常特征进行讨论,并做信度检验.结果表明,在季风爆发的前期,大气环流和海温的异常与南海夏季风的异常关系密切.不同因子与南海夏季风异常发生最佳相关的时间及持续的程度并不完全一致,从所选取与南海夏季风爆发密切相关的关键区可见:OLR在初春、纬向风速和垂直速度在整个前期的异常与南海夏季风的异常存在极强的相关性.在强(弱)南海夏季风年的前期,热带海温基本呈La Ni?a(El Ni?o)型分布,其中在12月的海温距平分布与来年南海夏季风的强弱关系最为密切.     

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及SVD技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份4～6月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋-印度洋海温的关系。结果表明,南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（1）当热带中、东太平洋—印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高）,西太平洋—澳洲邻近海域海温高（低）时,南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异,印度洋主要为晚春至初夏（4～6月）,南海为5～6月,而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（2）不同的海温异常产生不同的季风环流型,南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响,与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时,南海夏季风爆发早;反之,爆发晚。（3）热带太平洋—印度洋海温异常引起季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。     

厄尔尼诺对南海季风爆发及热带风暴活动的影响

在统计分析1949～1998 年资料的基础上,研究了厄尔尼诺现象与南海季风爆发及热带风暴活动的相互关系。分析表明:厄尔尼诺现象易导致南海季风较早爆发且不利于热带风暴的活动,对进行早期南海季风的爆发时期和热带风暴的多寡预报有指示意义。     

南海夏季风爆发早晚的大气热源特征分析

利用1972—2007年NCEP/NCAR再分析资料计算大气热源,分析了南海夏季风爆发前后大气热源的特征,在此基础上,以南海夏季风爆发偏早年(1983年)和爆发偏晚年(1989年)为例,对比分析大气热源和大气环流特征的差异。结果表明:季风爆发后热源中心有明显的北抬现象,伴随着我国南部至南海区域低层较强的西南风建立;季风爆发偏早年,中层大气在我国以北出现负距平,赤道区域热源中心值较平均水平高,与之对应的是爆发偏晚年热源中心值偏低,偏早年季风爆发前在赤道至南海区域有较大的热源梯度,这种动力和热力形势的配置使季风爆发偏早年Hadley环流强度增强,导致从孟加拉湾向北的水汽输送增多,南海夏季风爆发时间偏早,造成雨带北移的时间提前。     

南海季风爆发的统计动力分析

作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.     

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。