云导风和TBB在监测南海夏季风爆发中的应用

利用风云静止气象卫星的可见光图像、水汽导风（AMV）、云顶亮温（TBB）和射出长波辐射（OLR）等多种资料,分析了2006—2011年南海及附近区域的对流活动和风场分布,选取110～120 °E,5～20 °N作为气象卫星监测南海夏季风活动的区域。分析表明,近6年间,亚洲夏季风爆发前,多数年份的对流首先在孟加拉湾东南部以及中南半岛南部生成,然后向西和向东扩展,少数年份的对流首先在南海区域活跃;多数年份南海夏季风首先在南海南部爆发,少数年份首先在南海北部爆发。通过对比分析,南海夏季风区域平均TBB<273 Ｋ和OLR<230 W/m2有很好的一致性,但是TBB<273 K滞后于南海夏季风爆发时间,南海夏季风活动期间出现多次TBB高值,经向平均TBB更能显示南海夏季风的爆发特征。南海夏季风区域平均的对流层中高层风场（AMV）由西风转为东风能较好地描述南海夏季风的爆发特征,其转为东风的时间和气候中心确定的南海夏季风爆发时间较吻合。这为利用气象卫星监测南海夏季风活动提供了新方法。      

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。     

近20 a孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发早晚的影响

基于美国NOAA现代极高分辨率辐射仪(Advanced Very High Resolution Radiometer)提供的1993—2012年逐日海表温度(SST)资料,利用季节经验正交函数(S-EOF)和相关分析等统计方法,研究了孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发的影响。结果表明,孟加拉湾的(6~14°N,85~95°E)海区海表温度变化对南海夏季风爆发早晚具有重要指示意义,该海区海表温度异常(SSTA)与南海夏季风的爆发日期存在密切的正相关,通过了0.05信度的显著性检验,即当孟加拉湾海表温度正(负)异常时,南海夏季风晚(早)爆发。应用德国马普气象研究所的ECHAM5全球大气环流模式在孟加拉湾关键海区进行了敏感性数值试验,发现在关键海区降低其5月海表温度02℃的情况下,南海夏季风爆发日期相应提前5 d左右,而在升高02℃情况下,南海夏季风推后10 d左右爆发。在孟加拉湾5月海表温度降低的情况下,促使80~100°E的越赤道气流增强,南海区域西风分量增强,进而促使南海夏季风提前爆发。     

利用大尺度环流确定2006年南海夏季风爆发日期

南海夏季风爆发最显著的特征就是南海地区西南风的突然增强和降水的明显增多,往往采用南海地区低层平均风场和(或)对流强度来判别南海夏季风的爆发日期。这种方法在大多数的年份是适用的,但是2006年由于0601号台风“珍珠”的介入,利用南海地区的区域指标来确定南海夏季风的爆发日期就略显不足。要解决以上的问题,必须从更大尺度上去想办法。利用经圈和纬圈环流可以较好地确定2006年南海夏季风的爆发日期。分析结果表明2006年南海夏季风爆发于5月16日(第4候)。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

南海夏季风爆发的大气热源特征及其爆发迟早原因的探讨

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料分析了南海夏季风爆发前后的大气热源演变特征,并由此确定了南海夏季风爆发的大气热源判据。将该判据应用于1979~1993年总共15年的平均场,可判定南海夏季风平均于28候(5月第4候)爆发。而且,对于逐年南海夏季风爆发,该判据也有较好的指示意义。本文还发现,南海夏季风爆发的迟早与4月份40 S纬圈平均的大气热源垂直积分有着非常密切的联系,由此得到的南海夏季风爆发时间的前期判定指标能较好地判断南海夏季风的爆发时间。南海夏季风爆发迟早的原因,及其与4月份40 S纬圈平均之间的联系,可以通过南北半球哈得莱环流的变化得到解释。     

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。      

东亚夏季风活动与东亚高空西风急流位置北跳关系的研究

利用美国NCEP/NCAR再分析资料(1980～1999年)探讨了东亚夏季风活动的两个重要事件,即南海夏季风爆发和江淮流域梅雨起始,与东亚高空西风急流位置北跳的关系.系统的分析研究表明,东亚高空西风急流在由冬向夏的转变过程中一般存在着两次向北突跳现象,并与东亚夏季风活动有密切关系.第一次东亚高空急流的北跳(由25～28°N跳到30°N以北)平均发生在5月8日左右,比南海夏季风爆发日期(平均为5月15日)早7天左右;高空急流位置的北跳是中高纬度大气环流系统减弱北退的表现,它为热带环流和系统的向北推进提供了条件,从而有利于南海夏季风的爆发.第二次东亚高空急流的北跳(由32°N左右北跳到35°N以北)平均发生在6月7日左右,先于江淮流域梅雨起始时间(平均在6月18日左右)10天左右,它是梅雨起始的前期征兆.高空西风急流的两次北跳分别与亚洲大陆南部地区对流层中上层(500～200 hPa)经向温度梯度的两次逆转(反向)有关,在由冬到夏的季节转换中,由于大陆加热较快,导致对流层中上层大气在5～25°N间的经向温度梯度发生反向(逆转),通过地转适应使流场向气压场(温度场)调整,从而高空急流位置北跳.数据分析还发现,东亚高空急流位置的第一次北跳有时也受到南半球副热带高空急流位置北移和加强的影响.     

南海夏季风建立、活跃和中断期的特征

根据欧洲中心(ECMWF)1979～1993年15年风资料和GMS 卫星观测的黑体辐射云顶温度TBB资料,取南海地区伴有强对流的西风/偏西南风建立作为南海夏季风爆发的标志,对南海夏季风爆发的特征和夏季风活动过程进行了分析.表明南海夏季风爆发平均日期在5月16日左右,但年际变化显著,最晚是6月上旬.有些年份在4月下旬会出现短暂的伴有强对流的西南风,而在6月初出现第二次强西南风爆发,第二次爆发才是真正的夏季风爆发.南海夏季风爆发前,在北纬1 5°N以北的南海地区往往会先出现强西南风,这是由于北方冷空气南下引起冷锋前两风加强,或者由于南海副热带高压的加强或北移引起的西风加强,不能称作真正的南海夏季风爆发.季风爆发以后,南海季风活动有显著的活跃和中断变化,在季风爆发至8月20日期间,平均中断1～2次/a,中断时间约1 5 d/a.     

南海及其邻近地区夏季风爆发的特征及其机制的初步研究

利用ＯＬＲ和ＴＢＢ资料,提出一个指标,确定了１９７５～１９９３年间南海夏季风爆发日期,发现与风向转变的日期比较一致。在此基础上,讨论了南海夏季风爆发的过程。随后,还讨论了南海夏季风爆发与海温异常、高原热状况和海陆温差变化的关系,发现它与４月份南海、东太平洋赤道以及３０～４０°ＮＳＳＴＡ有关,与海陆温差由冬季的冷陆暖海转变到热陆冷海有关。     

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

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.     

不同资料揭示南海夏季风爆发特征的比较

利用全球月平均海温资料，近地面的风、气温、湿度资料，以及海表感热和潜热资料，在综合分析海温和气象要素变化的基础上，确定了7个全球海气相互作用的关键区，并运用相关分析法，着重分析了各关键海区上空气象要素场与海温的时滞相关，以揭示不同关键海区海气相互作用的异同。分析表明：不同海区海气热力相互作用较强，海温与气温比湿有较好的互代性，特别是中东太平洋和南印度洋海区。动力作用对海温的影响各海区差异较大，中西太平洋海区的动力影响可能更关键。在感热潜热与海温的相关中，东西太平洋海区和西北太平洋及南印度洋两季风区都较关键。通过分析各海区海温和各气象要素相邻月的持续相关概率，进一步了解哪些要素、哪些区在哪些时段其异常持续性好，或异常持续性容易发生破坏，这不仅对做预报有一定的参考价值，也为我们讨论海气相互作用的物理机制提供了依据。     

Determination of onset date of the South China Sea summer monsoon in 2006 using large-scale circulations

Since the South China Sea (SCS) summer monsoon (SCSSM) is pronouncedly featured by abruptly intensified southwesterly and obviously increased precipitation over the SCS,the lower-tropospheric winds and/or convection intensities are widely used to determine the SCSSM onset.The methods can be used successfully in most of the years but not in 2006.Due to the intrusion of Typhoon Chanchu(0601)that year,the usual method of determining SCSSM onset date by utilizing the SCS regional indices is less capable of pinpointing the real onset date.In order to solve the problem,larger-scale situations have to be taken into account.Zonal and meridional circulations would be better to determine the break-out date of SCSSM in 2006.The result indicates that its onset date is May 16.Moreover,similar onset dates for other years can be obtained using various methods,implying that large-scale zonal and meridional circulations can be used as an alternative method for determining the SCSSM onset date.     

NUMERICAL SIMULATION EXPERIMENTS OF THE IMPACTS OF LOCAL LAND-SEA THERMODYNAMIC CONTRASTS ON THE SCS SUMMER MONSOON ONSET

1INTRODUCTIONAmongdrivingfactorsfortheEastAsianmonsoonareplanetary-scaleland-seathermodynamiccontrast(e.g.betweentheEurasiancontinentandthePacificOcean)andsub-planetary-scaleone(e.g.betweentheIndochinaandtheSouthChinaSea).ItisovertheSouthChinaSea(SCS)andadjoiningareasthattheEastAsiansummermonsoonfirstbreaksout.ItthenadvancestotheregionsofEastAsiaandSouthAsia.ItisthereforenaturaltofindlocalgeographicandtopographiceffectsoftheSCSregionevidentlyshownontheonsetoftheSCSsummermonsoon…     

青藏高原地面热源对亚洲季风爆发的热力影响

利用多年NCEP/NCAR再分析全球逐候平均气象场资料和逐旬感热、潜热资料，对亚洲夏季风爆发期间青藏高原及其邻近地区地面加热场的特征进行分析。着重讨论了高原和邻近地区感热加热对亚洲夏季风爆发的影响，具体分析了高原感热加热对亚洲夏季风推进的影响机制，以及对热带低层西风气流的作用。结果发现，中纬度主原的感热加热所造成的经、纬向热力差异是导致亚洲夏季风爆发的原因。亚洲夏季风建立区域和时间的差异与高原感热加热的区域性有关。高原感热加热在南海夏季风爆发前后对南海地区低层西风所流所起的作用不同，在季风爆发前是加速低层西风，在季风爆发后起削弱西风气流的作用。对亚洲夏季风爆发早年和晚年的感热加热进行了对比分析，发现亚洲夏季风爆发时间的年际变化与热源的年际变化有关。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

南海-西太平洋春季对流10~30天振荡强度对南海夏季风爆发早晚的影响

采用NCEP再分析资料,揭示了南海-西太平洋春季对流存在显著的10~30天振荡周期。在年际尺度上,南海-西太平洋春季对流10~30天振荡强度（简称SCSWP_SISO）与南海夏季风爆发日期存在显著的负相关关系。当春季菲律宾和西太平洋海温偏高、赤道太平洋中部及以东地区海温偏低时,索马里、110 °E越赤道气流会加强,南海-西太平洋偏西风加强,产生异常气旋性环流,垂直上升运动增强,水汽异常偏多,东西风切变增强,有利于SCSWP_SISO增强。而SCSWP_SISO增强时,有由南往北、自西向东的异常气旋传播,从而减弱低层副热带高压使之较早撤出南海,南海夏季风得以较早爆发。反之亦然。在不同的年代际背景下,SCSWP_SISO经历了偏弱、较弱和偏强的变化,但影响其变化的因子并不完全一致。在第一阶段（1958—1976年）,主导因子是南海-西太平洋冷的海温与异常下沉运动、异常减弱的水汽-对流条件。在第二阶段（1977—1993年）,主导因子为中东太平洋异常偏冷的海温以及局地异常减弱的风场垂直切变。在第三阶段（1994—2011年）,主导因子为热带海温的整体偏暖、风场垂直切变的增强以及水汽-对流的加强。但随着SCSWP_SISO的年代际增强,其与南海夏季风爆发日期的相关关系却呈现下降趋势。      

亚洲夏季风爆发的深对流特征

文中应用ＮＯＡＡ卫星反演的１９８０～１９９５年候平均对流层上部水汽亮温（ＢＴ）资料、向外长波辐 射（ＯＬＲ）资料和美国ＮＭＣ全球分析８５０　ｈＰａ风资料与美国ＣＭＡＰ降水资料作了对比分析，发现Ｂ Ｔ能够较好地反映中低纬度地区的深对流降水，偏南风场辐合区与深对流降水有比较一致的 关系，而ＯＬＲ不能反映热带外地区的对流降水。ＢＴ资料所具有的这一特征可以应用于亚洲夏 季风爆发过程的深对流特征分析。ＢＴ描述深对流的临界值是２４４　Ｋ。亚洲季风区是全球深对 流季节变化范围和强度最大的地区。赤道外地区的夏季风爆发可以定义为来自热带地区深对 流的季节扩张。中南半岛上的夏季风对流发生在南海夏季风爆发之前。华南前汛期深对流是 中低纬系统相互作用的结果。第２８候，南海夏季风的突然爆发在降水、风场和卫星反演 的深对流特征上都有明确的反映。南海夏季风爆发后，印度夏季风对流由南向北逐渐爆发， 青藏高原东侧和中国东部沿海的夏季风对流向北推进早于中国中部地区。