季风的季节、年际和年代际变化

区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程和全球季风的分布以及季风的年际和年代际变化。最后对季风研究的潜在方向作了适当的讨论。     

20世纪印度洋气候变率特征

利用时间连续性相对较为理想的 GISST资料 ,分析了 2 0世纪印度洋气候变率的基本特征 ,探讨了它与赤道中、东太平洋和西太平洋暖池区气候变化之间的联系 ,结果表明 :(1 )北印度洋 SST的季节变化具有鲜明的季风特征 ,在西南季风爆发期 ,海温达到全年最冷 ;南印度洋 SST的季节循环特征较为合乎常规 ,大致落后太阳辐射季节循环 2个月左右 ;赤道印度洋沿着非洲东海岸 ,SST的季节变化受季风带影响显著 ,但在赤道中东印度洋 ,SST的季节循环特征不明显。(2 )印度洋 ,特别是 2 0°S以北的热带印度洋 SST的变化 ,具有显著的整体一致性 ,自 2 0世纪 50年代中期以来持续变暖 ,赤道印度洋增暖了大约 0 .6℃。当赤道中东太平洋出现暖异常时 ,2 0°S以北的热带印度洋海域同样出现暖异常 ;赤道印度洋 SST与 Nino3区指数的相关系数 ,在滞后 Nino 3区指数 4～ 5个月左右达到最大。 (3)西太平洋暖池区 SST的变化 ,与南印度洋西风漂流区、赤道北印度洋存在显著的正相关。在年代际的时间尺度上 ,赤道印度洋和西太平洋暖池区 SST的变率特征极为一致。 (4)南印度洋 SST的年际振荡幅度 ,远强于热带印度洋 ;南印度洋的 SST演变特征 ,从统计上看 ,更多地与西太平洋暖池 SST变化相协调。     

海南岛雷暴大风天气形势和环境参数特征分析

利用海南岛区域加密自动站资料和海口站探空资料,结合ERA-Interim再分析资料对2014-2018年海南岛雷暴大风的强度、时空分布、环流形势和物理量参数特征进行分析研究。结果表明:(1)海南岛雷暴大风主要出现在5-8月的午后到傍晚时段,最大阵风风速大部分在8级及以上。(2)雷暴大风的环流形势可以分为三类,即西南热低压型、季风槽型和冷锋型,其中季风槽型根据槽线位置可以分为华南沿海槽型和南海低压槽型。(3)西南热低压型雷暴大风的大气不稳定能量最大,上干下湿,垂直风切变较小;冷锋型的大气不稳定能量最小,上干下湿,垂直风切变最大;季风槽型的大气不稳定能量较大,整层较湿,垂直风切变最小。(4)季风槽天气形势下发生雷暴大风时,较容易伴随短时强降水天气,西南热低压型的雷暴大风风力比其他类型更大。     

亚洲季风与ENSO对新加坡降雨影响的初步研究

根据1800-1989年(110年)的资料,分析研究了新加坡地区月平均和年平均降雨量的一些特征。主要结论是:新加坡年平均降雨量存在准2-6年和18年的周期振荡;亚洲季风以及ENSO对新加坡降雨量有明显的影响。新加坡年雨量的谷值出现在西南季风期而峰值在东北季风期。在El Nino年,新加坡降雨量多为负距平;而在反El Nino年,新加坡降雨量多为正距平。      

印度季风与季风研究的新进展

本文讨论对于印度夏季风结构以及季风的季节内与年际变化的了解.已经证明,大尺度季风降水与具有Charney(1969)所讨论的热带内辐合带(ITCZ)的动力特征的热带辐合带(TCZ)有联系.季风降水的季节内变化与年际变化起源于TCZ的时空变化.活跃期与中断期之间的季节内变化的重要尺度是15天(与天气尺度的扰动向西传播有关)和40天(与TCZ的向北传播有关).详细分析卫星云图表明,印度地区季节内变化最突出的特征是TCZ从赤道印度洋向北朝受热大陆传播.迄今为止,还没有报道说世界上其它热带地区出现过这样的向极传播.现已有能够模拟季风的过渡及季节内变化的简单模式,但其中的机制还不是很清楚.年际尺度变化与季节内变化的结构非常类似,所以大陆TCZ与印度洋、太平洋TCZ在季节内尺度上的相互关系应该也能说明年际变化.在年际尺度上,就象厄尔尼诺现象与印度干旱有关系一样,亚洲季风与太平洋上的状况存在着联系.热带地区海面温度(SST)与云量的关系相当复杂,对于有组织对流,有一个28℃的临界值.随着对热带辐合带的动力学的深入了解,以后必将会重视季风的季节内变化与年际变化.     

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。     

1982年夏季东亚季风环流准双周振荡的分析

本文利用1982年7月的格点风资料,分析了夏季东亚季风环流的准双周振荡过程,寻求了引起振荡的天气系统,研究了季风环流、高低空过赤道气流的振荡过程,发现均和台风的生消及移动有关。西太平洋地区和南海地区的季风环流的振荡过程有明显的差异。     

云南5月降雨量与前期季节内振荡活动相互关系的分析研究

云南地处低纬高原,受南亚季风影响,其5月降雨量的多寡基本表征了这一地区雨季开始的早晚,对该地区的农业生产有着重要的影响,本文利用TBB（黑体辐射温度）资料及云南地区的降水资料,分析研究了该地区5月降雨量与前期印度洋赤道地区季节内振荡活动的关系。分析结果表明,冬季印度洋赤道地区季节内振荡活动的强弱与次年5月云南地区的降雨量有着密切的联系,即,当冬季印度洋赤道地区季节内振荡活动较强时,次年云南地区5月降雨量较常年偏多;反之,则偏少。     

印度夏季季风的研究

随季节而变化的季风环流是与每年亚洲大陆的加热和冷却作用相联系的,它构成了大气环流的最重要的大尺度特征。印度季风是指印度洋地区低层大气的盛行风向一年之内作两次逆转变化,这主要是北部的大陆和南部的海洋之间的加热不同所造成的。“季风”一词不仅用于印度洋上的盛行风系统,而且还与非洲和南亚的热带和赤道地区的天气现象相联系。亚洲夏季季风则意味着6—9月期间的降雨。印度夏季季风与亚洲许多国家的国计民生息息相关。以往由于印度洋地区资料缺少,使研究工作受到限制。最近通过“季风试验”(MONEX)和“全球大气研究计划第一次全球试验”(FGGE),这方面的研究正在取得新的进展。     

微机在强对流诊断上的应用

一般认为强对流天气的发生必须具备两个基本条件,其一是大气层结是潜在不稳定的,有相当大的不稳定能量;其二是有触发机制存在,能使潜在不稳定能量转化为对流动能。因此,确定大气层结是否潜在不稳定,并进一步计算出潜在不稳定能量的大小,将有助于强对流天气的预报。可以有多种方法计算大气层结潜在不稳定能量,例如T-lnP图解法与比能廓线法等,但具体操作是人工绘制的。近年来,随着微机在气象领域的广泛应用,在天气诊断方面利用微机代替手工     

川西平原一次暖区暴雨的能量天气学分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料,应用能量天气学方法对发生在2015年8月14日的川西平原暖区暴雨进行了分析。结果表明,总能量在8月14日经历了在上午积聚和午后释放的过程,并且随着时间由北向南增加,这和雨带从成都往眉山、乐山移动一致。总能量极大值14时出现在30°N附近,这和强降雨中心午间出现在眉山吻合。14日白天潜热能和总能量变化趋势一致,且不同时段变化值接近,潜热能的变化是导致总能量变化的主要因子,潜热能是此次川西平原暖区暴雨的主要贡献者。川西平原潜热能明显增大,有利于出现降水,潜在不稳定区和雨区有较好的对应关系。饱和能差较小,对流不稳定能量增加,有利于出现降水。14日14时对流不稳定能量和潜在不稳定能量显著增大,能量平衡高度达到200h Pa附近,导致成片暴雨区的出现。      

基于稳定度和能量指标作强对流天气的短时预报指标分析

主要基于1995—2001年强对流天气过程和高空探测资料,计算了K指数、A指数、位势不稳定指标以及能量平衡高度、位势不稳定能量等指标,并进行量化检验和预报指标的对比。结果表明:(1)A指数、K指数的数值大小对于强对流天气的预报具有一定效果。(2)位势不稳定指标I在安徽南方应用比北方的预报效果好,安徽南北方I的临界值有差异,北方I的临界值小,南方I的临界值大。(3)逐年的能量平衡高度和位势不稳定能量都可以分为两个阶段,第一阶段能量平衡高度高于350 hPa且处于极值是强对流天气预报的重要指标。总温度较高、饱和总温度较高、位势不稳定能量较高时,能量平衡高度较高;反之,能量平衡高度较低。这种对应关系可以通过α=0.01的显著性水平检验。(4)强对流天气过程期间,能量平衡高度较高。随着位势不稳定能量的增大,出现强对流天气的可能性也增大。     

纳木错湖夏季典型大气边界层特征的数值模拟

为了进一步检验分析纳木错湖对当地地方性环流、湖气能量交换及大气边界层的影响,在本文中使用美国NCAR新版MM5V3.7非静力中尺度模式,设计了有湖面、3/4湖面、1/2湖面及无湖四组试验,以NCEP再分析资料做初、边值条件,做了48 h三重嵌套模拟试验,对比中国科学院"纳木错圈层相互作用"综合观测站实测资料,说明该模式模拟性能良好。白天在纳木错湖风与念青唐古拉山北坡谷风共同作用下,在念青唐古拉山脊处汇合,形成一强水平切变及辐合上升运动,造成了该地夏季白天复杂多变的天气;夜间由于南岸湖风与山风叠加,使得整个区域为强大南风气流控制,这也补给了水汽和热量,也为白天不稳定运动提供了能量。对大气边界层特征的模拟结果表明:由于白天(夜晚)纳木错湖的存在有很好的降温(保温)作用,该湖表现出了明显的冷(暖)湖效应;纳木错湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热均小于周围陆地,夜间湖面有强潜热通量;纳木错湖使得白天湖区边界层顶低,陆区边界层顶高,夜间相反。这样的地方性环流和大气边界层特征的配合,是该地中小尺度天气剧烈变化的重要原因。     

OLR资料所揭示的热带地区低频振荡的变化特征

本文使用1979年1月至1984年12月射出长波辐射(OLR)资料,对热带地区低频振荡的一些特性进行了研究,认为正常年份30—60天振荡的合成功率谱最强,El Nino年最弱。低频波活动冬夏差异较大,其年际变化大值区冬季在赤道地区,夏季位置偏北,位于印度洋和西太平洋。就六年平均而言,低频波在西太平洋及印度洋地区有明显的经向传播,赤道地区低频波的纬向传播主要集中在北半球夏季。此外,30—60天OLR滤波场的强弱与印度季风的爆发和减弱有较好的对应关系。      

一次大范围暴雪天气的大气环境形成机理研究

通过分析2009年11月9—12日的一次大范围暴雪天气事件,探讨其发生前期和过程中的大气环境条件及形成机理。通过研究分析环流特征、星载雷达有关能数、物理量场诊断等表明:此次天气过程中暴雪区域上空对流层中低层一直存在着一层具有增温增湿特征的层状云,暴雪前大气低层高温高湿的环境为暴雪的发生提供了一个有利的温湿能量蓄积场;东北回流冷空气的入侵是层状云开始形成的触发机制;大气低层因水汽凝结产生的大量凝结潜热促进了垂直上升运动,大气中低层在水汽条件具备时,通过垂直上升运动的作用使水汽大量凝结增长,形成层状云。     

NUMERICAL STUDY OF THE SHORT-TERM CLIMATIC OSCILLATION FORCED BY EL NINO DURING NORTHERN WINTER

Using a nine-layer global spectral model, numerical schemes with two different SST distributions in January(control case and abnormal case) have been tested to study the climatic effect, propagation charateristics and the maintenance mechanism of the short-term climatic oscillation caused by El Nino during northern winter. The main results are as follows:(1) During northern winter, there exist two wave trains because of the influence of El Nino. One is similar to PNA pattern, and the other is similar to EUP pattern.(2) The PNA-like wave train caused by the anomalous SST forcing in central and eastern equatorial Pacific Ocean is due to the response of ultralong wave and long wave components of Rossby mode, and the EUP-like wave traincrossing Eurasia is mainly due to the wave component of Rossby mode.(3) During northern winter, the warm water region in central equatorial Pacific Ocean is the source of forced wave trains.(4) In northern winter,the energy source for maintaining the short-term climatic oscillation is from the interaction between eddies, and between eddy and zonal flow.     

南海夏季风爆发前后扰动演变及其数值研究

以球面正压涡度方程为数学模型，建立了线性和非线性的数值积分模式，通过在模式中设置不同的基本流场和初始扰动场，研究基流和初始场对扰动发展的作用，揭示在球面正压大气中扰动发展的动力学机制。数值试验结果表明:在线性模式中，扰动的移动和发展与基流的分布有着很密切的关系，基流影响着扰动纬向传播的速度和方向； 在非线性模式中，当基流稳定时，扰动的移动以及传播与线性模式的结果相同，但与线性情况的最大区别在于，此时扰动能量的增长存在上限。同时发现，扰动的发展既依赖于基本气流的分布，也依赖初始扰动的结构；南海夏季风爆发前后的基本流场是正压不稳定的，且这种不稳定在季风爆发时达到最强，这可以成为季风爆发的动力学解释。     

北京地区两次极端特大暴雨过程中短时强降水环境条件对比分析

针对北京地区2012年7月21日(简称“7.21”过程)和2016年7月20日(简称“7.20”过程)极端特大暴雨中的短时强降水,对短时强降水实况、环流形势、地形影响及环境的动力、水汽和热力条件进行了分析,并结合较长时段的历史资料,从单点和区域角度对环境动力、水汽和潜在热力条件的极端性进行了对比分析。结果表明:(1)尽管两次过程中的短时强降水实况差异显著,但均出现在非常有利的天气形势下。(2)针对短时强降水环境的单点动力、水汽和热力条件对比显示,两次过程中的850 hPa动力抬升和整层可降水量(PWAT)均极端偏强,但抬升指数(LI)表征的热力条件差异差别巨大,2012年“7.21”过程中为偏强,2016年“7.20”过程中为偏弱。(3)针对长时间序列资料的标准化偏差异常(SD)显示,两次过程中850 hPa风场和PWAT的SD均超过了3σ,为极端偏强,LI表征的潜在热力条件方面,2012年“7.21”过程中低于-1σ,2016年“7.20”过程中与历史同期持平,表明热力条件的差异是导致两次极端暴雨过程中短时强降水强度巨大差异的重要原因。     

夏季海洋性大陆区域气候与赤道太平洋中部型海温异常的直接和间接联系

利用1979-2015年NCEP/NCAR月平均再分析资料、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的月平均降水资料（CMAP）以及英国哈得来中心海表温度月平均资料,采用2009年Kao等定义的中部型ENSO指数,给出了夏季中部型海表温度（SST）异常指数,并分析了中部型ENSO和海洋性大陆（MC）区域气候的联系。结果表明,当夏季中部型海表温度正异常事件发生时,海洋性大陆核心区域（中太平洋）出现显著降水和气温负（正）异常,此时海洋性大陆核心区域有明显的负（正）热源异常,大气受冷却（加热）而下沉（上升）,同时潜热释放之外的非绝热加热表现为负（正）异常,易于导致降水负（正）异常。海洋性大陆区域与中太平洋间主要通过水平环流和垂直环流建立联系。（1）中部型ENSO指数显著正异常时,在对流层低（高）层,海洋性大陆区域和中太平洋间存在由关于赤道的对称气旋性（反气旋性）环流对而形成的直接联系,并使得海洋性大陆区域东部辐散（辐合）偏弱,而海洋性大陆区域西部辐散（辐合）偏强。（2）在垂直剖面上,赤道中太平洋海表温度的正异常和海洋性大陆核心区域的大气异常冷却有利于促使该地区低层赤道西风异常增强并进而利于中部型海表温度正异常的维持,并由此通过反沃克环流圈促进海洋性大陆区域下沉运动增强。此为海洋性大陆与中太平洋间的直接联系,可由皮叶克尼斯机制进行解释。而位于中太平洋与秘鲁地区的异常垂直环流亦可用这一机制进行解释。海洋性大陆与中太平洋的间接联系主要表现在由赤道外低纬和中纬度地区均存在的沿弧形路径上的垂直环流而建立的海洋性大陆与中太平洋地区的联系上。这些弧形垂直剖面上的垂直环流不仅与局地哈得来环流有关,还与热带和中纬度的罗斯贝波动有关。这些结果有利于深刻认识中部型ENSO对海洋性大陆区域气候的影响机理以及与热带外环流异常的联系。