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。      

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。     

赤道东太平洋海温异常期间印度洋偶极子对东亚季风区影响的数值模拟

利用中科院大气所的IAP AGCM-Ⅱ大气环流模式，模拟了在存在和没有赤道东太平洋海温异常影响下，印度洋偶极子对东亚季风区天气气候的影响。结果表明：后者东亚地区西南季风的爆发偏晚，南海夏季风增强，此时我国大陆降水偏多；而前者西南季风的爆发将更偏晚，南海夏季风减弱，此时华北降水偏少；赤道东太平洋海温异常和印度洋偶极子有协同作用。     

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。     

2019年南海季风爆发异常偏早的机制分析

利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析资料及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐日向外长波辐射、海温距平等资料诊断分析2019年中国南海季风爆发异常偏早的机制。结果表明:（1）南海季风爆发于5月6日，青藏高原和中南半岛热源较常年弱，对季风爆发无明显影响。（2）中高纬度环流中期变化过程中在青藏高原及附近区域形成为期两周的偏强高压脊，来自热带的暖平流以及青藏高原东部晴空辐射强等因素使其温度偏高，起到加快海陆热力差异季节转变进程的作用，对季风爆发至关重要。（3）孟加拉湾气旋 “Fani”北上及登陆后迅速减弱后的残留低压的凝结潜热释放，“Fani”凝结潜热释放和气旋性环流增强诱发孟加拉湾西南季风爆发从而引起西南季风暖平流输送，因“Fani”而加强北跳的南亚高压反气旋环流的暖平流输送，“Fani”影响结束后西南季风与东亚冷槽后部回流辐合产生降水释放凝结潜热等因素，一步接一步，形成了加剧温度正距平的“接力”，最终导致中国南海地区温度梯度增强，越赤道气流增强，南海季风爆发。（4）厄尔尼诺及赤道西太平洋实时海温阶段性正距平增大使得西北太平洋副热带高压偏西偏强，本身不利于季风爆发；但其西端的偏东风在赤道印度洋与中高纬度南下的偏北气流辐合，并在赤道印度洋和孟加拉湾海温正距平阶段性增强的背景下得以强烈发展，生成孟加拉湾气旋“Fani”，其在北上过程中发展成为台风，由此引起大气环流一系列变化，最终导致南海季风的偏早爆发。      

海温异常对东亚夏季风及长江流域降水影响的分析及数值试验

对夏季的向外长波辐射(OLR)场及前期热带海温之间的奇异值分解(SVD)分析表明,当自前冬开始的热带海温呈La Nia 型异常分布,相应的对流的最佳耦合模态将是:从印度半岛经孟加拉湾直至南海以及西太平洋暖池都为强对流活动区,而在中国江淮流域地区则为弱区.当海温呈El Nio分布时,则相反.数值试验的结果是:在1998年实际海温强迫下,模式十分成功地模拟了该年夏季流场的基本特征,南海季风爆发的日期及强度皆与实际十分符合,印度季风也偏弱.特别是模式成功地模拟出了1998年长江流域6～7月的强降水,距平百分率达到100%以上.改变热带海温,分别用气候海温代替赤道东太平洋和西印度洋实际海温.结果发现,在用赤道东太平洋气候海温取代实际海温时,与1998年实况相比,印度季风与南海季风明显加强,长江流域降水趋于正常值.即如果1998年不出现El Nio现象,或者海温异常的强度减弱,则长江流域降水就会大大减弱.1998年热带西印度洋海温异常对东亚季风的影响与热带东太平洋十分相像.暖洋面将有利于长江流域的强降水,而不利于南海季风的加强.关键词:海面温度;长江流域;洪涝;南海季风;数值试验     

亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅱ:云南主汛期季节内振荡活动过程及其对MJO活动的响应

利用NCEP OLR、风场再分析资料和日本APHRO_MA_V1003R1降水资料,针对云南主汛期季节内振荡(ISO)活跃年分析了对应低频对流场、环流场和降水的异常特征,以及热带印度洋大尺度振荡MJO分别激发孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO,从而对云南主汛期ISO和降水产生的影响.在云南主汛期ISO活跃年,低频对流场和环流场在云南ISO波动的1～3位相和4～6位相呈反位相特征,这主要由热带印度洋低频对流东传、北传和副热带西太平洋低频对流西传造成的.热带印度洋的低频对流在发展过程中,一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃并继续向云南传播;另一方面沿孟加拉湾以南继续东传到南海,激发了南海热带季风ISO活跃并北传到副热带中国东部地区,再沿副热带西传至云南,越过云南后与沿孟加拉湾西岸从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期.云南主汛期降水在1～3位相由于副热带低频对流西传和孟加拉湾低频对流东北向传播而处于正距平(第2位相降水最多);在4～6位相,由于副热带低频对流抑制区西传和孟加拉湾低频对流抑制区东北向传播而降水减少(第5位相降水最少),云南主汛期降水与当地低频对流有较好的对应关系.当热带印度洋MJO较强时,4-7月以两条路径向云南的三次传播增强和提前,使得云南主汛期ISO活动也加强,对应产生三次低频对流活跃期,这种MJO由热带印度洋向云南的传播需要30～40天的时间.因此,正是热带印度洋MJO分别对孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲夏季风系统共同作用于云南主汛期ISO,影响当地降水.     

孟加拉湾西南季风与南海热带季风季节内振荡特征的比较

采用美国国家环境预报中心的向外长波辐射和风场资料及日本气象厅的降水资料,用30-60d滤波后的夏季风指数在孟加拉湾和南海的区域平均值分别代表孟加拉湾西南季风和南海热带季风季节内振荡,对两支季风的季节内振荡特征进行比较分析,发现孟加拉湾西南季风的季节内振荡和南海热带季风的季节内振荡在夏季风期间(5-10月)都有约3次半的波动.夏季风期间,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,夏季风的季节内振荡有4次从阿拉伯海的东传和3次从西太平洋的西传,其中7月后东传可直达西太平洋.孟加拉湾和南海在夏季风期间都有4次季节内振荡的经向传播,但孟加拉湾在约15°N以南为季节内振荡从热带东印度洋的北传,在约15°N以北则为副热带季风季节内振荡的南传;而在南海则是4次季节内振荡从热带的北传.在以孟加拉湾西南季风季节内振荡和南海热带季风季节内振荡分别划分的6个位相中,都存在1-3位相和4-6位相中低频对流、环流形势相反的特征,这是由热带东印度洋季节内振荡的东传和北传所致.热带印度洋季节内振荡沿西南-东北向经过约14d传到孟加拉湾,激发了孟加拉湾西南季风季节内振荡的东传,经过约6d到达南海,激发了南海热带季风季节内振荡的北传,经过约25d到达华南,形成热带印度洋季节内振荡向华南的经纬向接力传播(45d).孟加拉湾西南季风季节内振荡所影响的降水主要是在20°N以南的热带雨带随低频对流的东移而东移;而南海热带季风季节内振荡所影响的降水除了这种热带雨带随低频对流的东移外,还有在20°N以北的东亚副热带地区存在雨带随南海低频对流的北移而北移.     

西太平洋副高与ENSO的关系及其对福建雨季降水分布的影响

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。     

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。     

Impact of the Thermal State of the Tropical Western Pacific on Onset Date and Process of the South China Sea Summer Monsoon

Since the early or late onset of the South China Sea summer monsoon （SCSM） has a large impact on summer monsoon rainfall in East Asia, the mechanism and process of early or late onset of the SCSM are an worthy issue to study. In this paper, the results analyzed by using the observed data show that the onset date and process of the SCSM are closely associated with the thermal state of the tropical western Pacific in spring. When the tropical western Pacific is in a warming state in spring, the western Pacific subtropical high shifts eastward, and twin cyclones are early caused over the Bay of Bengal and Sumatra before the SCSM onset. In this case, the cyclonic circulation located over the Bay of Bengal can be early intensified and become into a strong trough. Thus, the westerly flow and convective activity can be intensified over Sumatra, the Indo-China Peninsula and the South China Sea （SCS） in mid-May. This leads to early onset of the SCSM. In contrast, when the tropical western Pacific is in a cooling state, the western Pacific subtropical high anomalously shifts westward, the twin cyclones located over the equatorial eastern Indian Ocean and Sumatra are weakened, and the twin anomaly anticyclones appear over these regions from late April to mid-May. Thus, the westerly flow and convective activity cannot be early intensified over the Indo-China Peninsula and the SCS. Only when the western Pacific subtropical high moves eastward, the weak trough located over the Bay of Bengal can be intensified and become into a strong trough, the strong southwesterly wind and convective activity can be intensified over the Indo-China Peninsula and the SCS in late May. Thus, this leads to late onset of the SCSM. Moreover, in this paper, the influencing mechanism of the thermal state of the tropical western Pacific on the SCSM onset is discussed further from the Walker circulation anomalies in the different thermal states of the tropical western Pacific.     

TROPICAL SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALY AND INDIAN SUMMER MONSOON*

The time series of the sea surface temperature(SST) anomaly,covering the eastern (western) equatorial Pacific,central Indian Ocean,Arabian Sea.Bay of Bengal and South China Sea(SCS),have been analyzed by using wavelet transform.Results show that there exists same interdeeadal variability of SST in the tropical Pacific and tropical Indian Ocean,and also show that the last decadal abrupt change occurred in the 1970s.On the interannual time scale,there is a similar interannual variability among the equatorial central Indian Ocean and the adjacent three sea basins(Arabian Sea.Bay of Bengal and South China Sea).but the SST interannual changes of the Indian Ocean lagged 4-5 months behind that of the equatorial central-east Pacific.Meanwhile,the interannual variability and long-range change between SST anomaly and Indian summer monsoon rainfall in recent decades have been explained and analyzed.It indicates that there existed a wet(dry) period in India when the tropical SST was lower(higher)than normal,but there was a lag of phase between them.     

中南半岛对流对南海夏季风建立过程的影响

利用RegCM2模式进行数值试验,得到中南半岛对流对北半球副高带断裂、进而对孟加拉湾对流建立具有重要影响,而孟加拉湾对流建立后激发的Rossby波列又是南海夏季风建立的主要因子之一.进一步分析中南半岛对流、副高带断裂及南海夏季风建立的年际变化,得到中南半岛对流的强弱(活跃的早晚)与副高带在孟加拉湾北部断裂及南海夏季风爆发的早晚有密切关系.它们还与海温异常及纬圈环流的变化相联系:当赤道中东太平洋海温偏暖(冷)时,Walker环流偏弱(强),中南半岛对流偏弱(强),副高带断裂偏晚(早),南海夏季风建立偏迟(早).     

热带西太平洋夏季风和南海夏季风之间的联系

根据热带西太平洋（１３０°－１６０°Ｅ,１０°－２０°Ｎ）上空对流的年际变化,对表面温度、向外长波幅射、８５０ ｈＰａ纬向风进行了合成分析。合成分析结果表明,热带西太平洋上空的弱（强）对流对应着前冬和春季厄尔尼诺（拉尼娜）型的海温异常。与以前的研究结果进行了比较,说明上述海温异常的时空分布也与热带西太平洋和南海季风的爆发早晚相关联。合成分析结果还表明,热带西太平洋上空的弱（强）对流对应着从热带西太平洋向西伸展到盂加拉湾的东风（西风）异常。数值模拟也得到类似的结果。此外,在对流弱（强）的夏季,热带西太平洋上空的对流和南海低层纬向风均表现出弱（强）的季节演变特征。     

南海夏季风爆发前后SST异常特征及其与近地面西南气流的关系

利用1982~1999年周平均海表温度资料和逐日近地面风场资料,采用合成分析与相关分析技术,研究了南海和孟加拉湾地区夏季风爆发前后短时间尺度SST变率的异常及其与近地面西南气流的关系。结果表明:季风爆发前2周,南海和孟加拉湾海温的上升除与海洋现象有关外,还与大气的影响因子有一定的关系;季风爆发后1~2周,南海和孟加拉湾海温变率出现较大差异,二者西南部海温降低,而其东海岸及西北部海温却升高;海温变率这种异常分布与西南气流的变化具有较好的相关性,即西南气流的增强导致南海西南部和孟加拉湾西南部海温降低及二者东海岸与西北部海温升高,这是由于离岸的上翻作用及海洋蒸发作用共同所致。     

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

An Analysis of the Characteristics of Monsoon Onset over the Bay of Bengal and the South China Sea in 2010

Based on NCEP/NCAR daily reanalysis and the Tropical Rainfall Measuring Mission data, the background atmospheric circulation and the characteristics of meteorological elements during the period of the Bay of Bengal monsoon (BOBM) and the South China Sea (SCS) monsoon (SCSM) in 2010 are studied. The impacts of the BOBM onset on the SCSM onset and the relationship between the two monsoons are also analyzed. The two main results are as follows. (1) The BOBM onset obviously occurs earlier than the SCSM onset in 2010, which is a typical onset process of the Asian monsoon. During the BOBM’s onset, northward jump, and eastward expansion, convective precipitation and southwest winds occurred over the SCS, which resulted in the onset of the SCSM. (2) The relationship among strong convection, heavy rainfall, and vertical circulation configuration is obtained during the monsoon onsets over the BOB and SCS, and it is concluded that the South Asian High plays an important role in this period.     

Role of Western Pacific Oceanic Variability in the Onset of the Bay of Bengal Summer Monsoon

The influence of the tropical Indo-Pacific Ocean heat content on the onset of the Bay of Bengal summer monsoon(BOBSM) onset was investigated using atmospheric data from the NCEP and ocean subsurface temperature data from the Japan Metorology Agency(JMA).Results showed that the onset time of the BOBSM is highly related to the tropical Pacific upper ocean heat content(HC),especially in the key region of the western Pacific warm pool(WPWP),during the preceding winter and spring.When the HC anomalies in the WPWP are positive(negative),the onset of the BOBSM is usually early(late).Accompanied by the variation of the convection activity over the WPWP,mainly induced by the underlying ocean temperature anomalies,the Walker circulation becomes stronger or weaker.This enhances or weakens the westerly over the tropical Indian Ocean flowing into the BOB in the boreal spring,which is essential to BOBSM onset.The possible mechanism of influence of cyclonic/anti-cyclonic circulation over the northwestern tropical Pacific on BOBSM onset is also discussed.     

COMPOSITE ANALYSIS OF SUMMER MONSOON ONSET PROCESS OVER SOUTH CHINA SEA

Based on the method of composite analysis, the onset process and preceding signs of summer monsoon over the South China Sea (SCS) is investigated. The result indicates that convection activities appear first over the Indo-China Peninsula prior to the onset of the monsoon, then around the Philippines just at the point of onset, implying that the convection activities around the Philippines serve as one of the reasons leading to the SCS monsoon onset. Before the SCS monsoon onset, the equatorial westerly over the Indian Ocean (75°E 95°E ) experiences noticeable enhancement and plays an important role on the SCS monsoon onset. It propagates eastward rapidly and causes the establishment and strengthening of equatorial westerly in the southern SCS, on the one hand, it results in the migration southward of the westerly on south side of the south-China stationary front by means of shift northeastward of the westerly and convection over the Bay of Bengal, on the other. Further study also shows that the intensification of equatorial westerly in the Indian Ocean (75°E 95°E) and the southern SCS is closely related to the reinforcement of the Southern-Hemisphere Mascarene high and Australian high, and cross-equatorial flow northward around Somali, at 85°E and 105°E, respectively.