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。     

南亚海陆热力差异及其对热带季风区环流的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了亚洲热带季风区海陆分布所造成的热力差异,以及空间非均匀加热对热带季风区环流特别是初夏过渡季节环流的影响.在大尺度环流背景下,次大陆地形对亚洲热带地区环流的影响主要表现在对低层环流的热力作用,其中感热加热对冬、春季环流的影响明显,对秋季环流的作用相对较小.中南半岛和印度半岛之间的热力差异及其对环流的影响受到青藏高原的调配作用.在初夏过渡季节,高原热力强迫作用于低纬低层环流,使低纬约90 (E以东出现南风加强、以西出现北风加强,从而增强了中南半岛上空的潜热加热,减弱了其低层的感热加热,印度半岛地区还加强了低层的感热加热.多尺度、各种性质的加热共同作用于低纬大气,形成了亚洲热带地区独有的环流特征.     

关于南海夏季风建立的大尺度特征及其机制的讨论

使用1998年南海季风试验期间高质量资料和NCEP/NCAR40年再分析资料分析了南海季风建立前后的大尺度环流特征和要素的突变及爆发过程。发现南亚高压迅速地从菲律宾以东移到中南半岛北部,印缅槽加强,赤道印度洋西风加强并向东向北迅速扩展和传播,以及相伴随的中低纬相互作用和西太平洋副高连续东撤是南海夏季风建立的大尺度特征,与此同时,亚洲低纬地区的南北温差和纬向风切变也发生相应的突变。数值实验结果指出,印度半岛地形的陆面加热作用在其东侧激发的气旋性环流对于印缅槽的加强有重要作用,并进而有利于南海夏季风先于印度夏季风爆发。     

青藏高原抬升加热气候效应研究的新进展

对近4年来关于青藏高原加热影响气候的研究进行回顾.首先介绍利用位涡方程和热力适应理论,揭示;夏季高原上空低层气旋式及高层反气旋式环流结构稳定维持的动力学机理.结果表明高原加热作用造成的低层正涡源是低层气旋式环流得以稳定维持的重要原因.而边界层摩擦产生的负位涡是平衡正位涡的主要因素.高原加热还在高原上空形成负位涡,它影响着盛夏的大气环流,是青藏高原上空强大而稳定的反气旋环流得以维持的重要因素.在春夏过渡季节青藏高原非绝热加热对大气环流季节变化以及亚洲季风爆发的影响力方面,进一步确认了感热加热在过渡季节早期(5月中旬以前)环:流演变中的重要作用.青藏高原非绝热加热的时间演变引起了海陆热力差异对比的变化,使副热带高压带首先在孟加拉湾东部断裂,亚洲季风因而在孟加拉湾爆发.结果还表明,用纬向风垂直差异的时空分布能更准确地表示季节变化的区域差异.在青藏高原非绝热加热与北半球环流系统年际变化的联系方面,发现夏季青藏高原的加热强(弱)的年份,高原感热加热气泵(SHAP)高(低)效工作,使高原加热对周边地区低层暖湿空气的抽吸效应和对高层大气向周边地区的排放作用加强(减弱),高原及邻近地区的上升运动,下层辐合和上层辐散均增强(减弱),从而影响着高原和周边地区的环流以及亚洲季风区大尺度环流系统.而且高原的加热强迫还能够激发产生一支沿亚欧大陆东部海岸向东北方向传播的Rossby波列,其频散效应可影响到更远的东太平洋以至北美地区的大气环流.研究还表明,盛夏的南亚高压存在"青藏高压型"和"伊朗高压型"的双模态,它们与高原加热状态有关,且显著地与亚洲季风区的气候分布密切联系.     

近期青藏高原对亚洲气候影响的动力学研究进展

总结回顾了近年青藏高原影响的气候动力学研究。青藏高原在不同季节对气候的影响具有的不同特性:(1) 冬季高原为弱冷源的特征;(2) 春季高原与环流的相互作用使中国南方盛行西南气流进而形成江南春雨,在从冬到夏的季节推进过程中,青藏高原还调控南亚-印度洋海陆气相互作用,激发孟加拉湾季风爆发性涡旋,促使孟加拉湾季风在高原东部爆发;(3) 夏季斜坡上的感热加热形成高原感热气泵,与海陆热力对比共同作用,控制南亚季风和东亚季风;(4) 在年际和年代际时间尺度上,冬季热源异常是北半球大气环流变化的结果,同时对中国南方持续性异常雨雪事件产生影响;在春夏季节,高原热力强迫的变化强烈地影响环流和亚洲气候。其中青藏高原表面感热通量和其上空大气热源在春季和夏季呈减弱趋势在近30年逐渐减弱,影响到中国近几十年夏季季风和雨带分布。最后提出青藏高原影响研究的气候动力学面临的科学问题。      

印度半岛热力变化对亚洲季风环流异常的影响

海陆热力差异的季节性变化是季风产生的原始驱动力,因此海洋和大陆任何一方的变化必然会影响季风环流出现异常。本文探讨了欧亚大陆高、低层气温、南亚大陆和印度洋之间海陆热力差异的变化特征,发现南亚大陆的印度半岛区域下垫面的季节性增暖出现最早,其增暖从春季就开始出现,比对流层上层增暖偏早约两个月,相应的低层经向海陆温度梯度由冬季型转为夏季型最早的区域出现在80°E附近。进一步分析了印度半岛下垫面热力异常的变化特征及其与季风环流异常的关系,初步揭示了南亚区域高、低层气温变化的相互联系,发现印度半岛下垫面的迅速增温引起了大气的强感热加热,进而影响高、低层季风环流的异常变化。结果表明,春末夏初印度半岛暖下垫面的加热作用有利于亚洲夏季型季风环流建立偏早,同时也有利于亚洲夏季季风环流的加强,而冷下垫面的作用则相反。     

夏季亚洲季风槽的断裂过程及其结构特征

本文分析了1982年7月一次亚洲季风槽的断裂过程。结果发现,在盛夏亚洲季风盛行期间,中南半岛与南海地区的季风槽可在西太平洋副热带高压东退与孟加拉湾季风低压的西移过程中断裂消失。与此同时,热带西南季风北进,梅雨雨带北移,雨景加大。此外,根据季风区内纬向风的垂直结构,说明了下列事实的成因:在印度和中南半岛季风槽附近及其南侧广大地区内,经常出现大量的季风云团和季风低压;而在西太平洋季风槽的北侧及槽的附近,则经常产生强的热带气旋和台风螺旋云系;南海地区的状况介于以上两者之间,在这里可以有弱的台风生成,也可以有季风云团存在。      

春季青藏高原加热异常对亚洲热带环流和季风爆发的影响

使用NCEP/NCAR再分析等资料,从年际变化的角度,选取季风爆发前青藏高原感热加热异常强/弱年进行合成分析,结果表明：季风爆发前高原加热异常偏强,使得高层环流趋向于季节变化的方向;中、低层孟加拉湾等地区有气旋式环流、上升运动及降水增强,孟加拉湾季风爆发偏早。为进一步证实合成分析的相关结论,设计了对春季高原感热加热异常的敏感性数值试验,结果表明：高原感热加热异常对环流的影响结果与资料诊断分析基本一致,高原感热加热加强（减弱）导致孟加拉湾季风爆发偏早（偏晚）。     

青藏高原影响亚洲夏季气候研究的最新进展

文中回顾了近 10a来吴国雄等在青藏高原影响亚洲夏季气候研究方面的最新进展。通过分析东西风交界面的演变证明 ,由于青藏高原的春季加热 ,亚洲季风区对流层低层冬季盛行偏东风转变为夏季偏西南风最早发生在孟加拉湾东部 ,与其相伴随的激烈对流降水出现在其东面。因此孟加拉湾东部至中印半岛西部是亚洲季风最早爆发的地区。同时也指出盛夏伊朗高原和青藏高原加热所激发的同相环流嵌套在欧亚大陆尺度的热力环流中 ,从而加强了东亚的夏季风 ,加剧了中西亚的干旱 ;并通过其所激发的波动对夏季东亚的气候格局产生重要影响。文中还比较了夏季南亚高压的伊朗模态和青藏模态性质的异同及其对亚洲夏季降水异常分布的不同影响。     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979－1995年（缺1986、1987、1993）NCEP／NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料，对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：印度半岛和中南半岛地区感势通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系，是季风爆发的主要关键区。这两个地区的感热积累是东亚季风爆发的触发因素之一，尤其是印度半岛北部感热通量的突变对印度夏季风演变十分重要。印度半岛北部与青藏高原西部的热力差异在季风的爆发和维持中占有重要地位。而东北亚与西北太平洋的热力差异只对东亚夏季风的演变有影响，与冬季风则无直接关联。在东亚季风的爆发中居主导地位的还是印度半岛北部和青藏高原西北部的感热加热作用。     

两次华南持续性暴雨过程中热带西太平洋对流异常作用的比较

利用NOAA的外逸长波辐射资料(OLR)和NCEP/NCAR再分析资料以及华南地区台站降水资料诊断分析了热带西太平洋对流活动在2005年和2006年华南地区持续性暴雨发生的大尺度环流背景上的物理作用.分析表明:2005年6月17～24日华南持续性暴雨过程与热带西太平洋对流的10～25天低频振荡从150 °E附近西传有关,持续性暴雨期间西太平洋副热带高压持续西伸的Gill型环流响应对应于传播到120 °E附近强对流的低频间歇期;2006年5月下旬～6月中旬华南的持续性暴雨可能与热带西太平洋的双热带辐合带(ITCZ)南支对流带异常强盛有关,持续强盛的南支ITCZ使得115～135 °E平均的局地Hadley环流最大上升中心位于0～5 °S,菲律宾海附近区域上升运动的减弱有利于西太平洋副热带高压持续西伸加强.通过比较这两例典型的华南持续性暴雨过程发现,副热带高压在华南地区持续西伸是两次持续性暴雨发生的共同的大尺度环流背景,而热带西太平洋对流活动则通过不同的物理过程影响副热带高压的持续西伸.     

LAND-SEA THERMAL CONTRAST OVER SOUTH ASIA AND ITS INFLUENCES ON TROPICAL MONSOON CIRCULATION

Based on the NCEP/NCAR reanalysis data, the thermodynamic features and the effect of spatially nonuniform heating on the circulation of the tropical monsoon area in South Asia due to the land- sea distribution have been analyzed, The influences of the subcontinent topography on the Asian tropical circulation are mostly characterized by its thermodynamic effects on low-level circulation, of which the strongest is observed in winter and spring but the relatively weak in summer, followed by the weakest in autumn. The thermodynamic difference between the lndo china Peninsula and Indian Peninsula and its influence on the circulation are regulated by the Tibetan Plateau. During the transitional period from spring to early summer, the Tibetan Plateau thermal forcing generates a large-scale cyclonic circulation in low latitudes in the lower troposphere. As a result, the southerlies/northerlies are increased to the east/west of the Bay of Bengal, Therefore latent heating of the atmosphere is strengthened and the surface sensible heating over the Indochina Peninsula is weakened. On the other hand the surface sensible heating over the Indian Peninsula is increased. It is shown that heating with various scales and different kinds can affect the tropical atmosphere in different ways, which lead to the unique characteristics of the tropical Asian circulation.     

印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO（Madden-Julian Oscillation）多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。     

Recent Progress in the Impact of the Tibetan Plateau on Climate in China

Studies of the impacts of the Tibetan Plateau （TP） on climate in China in the last four years are reviewed. It is reported that temperature and precipitation over the TP have increased during recent decades. From satellite data analysis, it is demonstrated that most of the precipitation over the TP is from deep convection clouds. Moreover, the huge TP mechanical forcing and extraordinary elevated thermal forcing impose remarkable impacts upon local circulation and global climate. In winter and spring, stream flow is deflected by a large obstacle and appears as an asymmetric dipole, making East Asia much colder than mid Asia in winter and forming persistent rainfall in late winter and early spring over South China. In late spring, TP heating contributes to the establishment and intensification of the South Asian high and the abrupt seasonal transition of the surrounding circulations. In summer, TP heating in conjunction with the TP air pump cause the deviating stream field to resemble a cyclonic spiral, converging towards and rising over the TP. Therefore, the prominent Asian monsoon climate over East Asia and the dry climate over mid Asia in summer are forced by both TP local forcing and Eurasian continental forcing.
Due to the longer memory of snow and soil moisture, the TP thermal status both in summer and in late winter and spring can influence the variation of Eastern Asian summer rainfall. A combined index using both snow cover over the TP and the ENSO index in winter shows a better seasonal forecast.
On the other hand, strong sensible heating over the Tibetan Plateau in spring contributes significantly to anchor the earliest Asian monsoon being over the eastern Bay of Bengal （BOB） and the western Indochina peninsula. Qualitative prediction of the BOB monsoon onset was attempted by using the sign of meridional temperature gradient in March in the upper troposphere, or at 400 hPa over the TP. It is also demonstrated by a numerical experiment and theoretical study that the heating over the TP lea     

东亚夏季风强弱年大气环流和热源异常对比分析

根据黄刚等定义的东亚夏季风指数, 对强、弱东亚夏季风年大气环流、大气热源和外强迫源SST的差异进行分析, 结果表明:强 (弱) 东亚夏季风年前期冬季到夏季, 太平洋SSTA为La Ni?a (El Ni?o) 型分布, 西太平洋暖池SST暖 (冷), 使得暖池附近对流活动较强 (较弱)。与此同时, 南亚大陆从印度半岛、青藏高原南部、中南半岛至华南大气异常加热 (变冷), 并且海陆热力对比加强 (减弱), 有利于出现强 (弱) 的东亚夏季风。此外, 由于暖池附近对流活动强 (弱), 该地区上升气流较强 (弱), Walker环流增强 (减弱), 当强 (弱) 的东亚夏季风向北推进时, 副热带西风急流北撤位置偏北 (南), 副热带高压位置也偏北 (南), 7月至8月华北 (江淮流域) 位于副热带西风急流南侧, 降水偏多, 江淮流域 (华北) 降水偏少。并给出与东亚夏季风年际变异有关的大气环流和SST异常的物理图像。     

关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展

资料分析显示,与850 hPa风场相比,地面风的变化能更好地表征亚洲各季风系统的特征。基于地面风的季节性反转和降水的显著变化所构建的亚洲夏季风(ASM)爆发指数和等时线图表明:亚洲热带夏季风(TASM)在5月初首先在孟加拉湾(BOB)东南部爆发后不是向西传播,而是向东经中印半岛向东推进,于5月中到达中国南海(SCS),6月初到达热带西北太平洋。印度夏季风的表面低压系统源于近赤道阿拉伯海地区,于6月初到达印度西南部喀拉拉邦,印度夏季风随之爆发。亚洲副热带夏季风(STASM)5月初在西北太平洋日本本州东南的海区发生后向西南伸展,于6月初与南海季风降水区连接,形成东北—西南向雨带,夏季风在中国东南沿海登陆,日本的“梅雨”(Baiu)开始。6月中该雨带向北到达长江流域和韩国,江淮梅雨和韩国的“梅雨”(Changma) 开始。本文还回顾了亚洲热带夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展。春季青藏高原和南亚海陆分布的联合强迫作用使海表温度(SST)在BOB中东部形成短暂但强盛的暖池,在高层南亚高压的抽吸作用下,常伴有季风爆发涡旋(MOV)发展,使冬季连续带状的副高脊线在孟加拉湾东部断裂,导致亚洲热带季风首先在BOB爆发。BOB东/西部有东/西风型垂直切变,利于激发/抑制对流活动,并增加/减少海洋向大气的表面感热加热,从而使得亚洲夏季风爆发的向西传播在BOB西海岸遇到屏障。季风爆发逐渐向东伸展引发南海和热带西太平洋夏季风相继爆发。季风降水释放的强大潜热使南亚高压发展西伸,纬向非对称位涡强迫显著增强;在阿拉伯半岛强烈的表面感热加热所诱发的中层阿拉伯反气旋的共同作用下,位于阿拉伯海近赤道的低压系统北移发展成为季风爆发涡旋,导致印度季风爆发。由此可见,历时约一个月的亚洲热带夏季风爆发的三个阶段(孟加拉湾、南海和印度季风爆发)是发生在特定的地理环境下受特定的动力—热力学规律驱动的接续过程。     

The East Asian summer monsoon: an overview

Summary The present paper provides an overview of major problems of the East Asian summer monsoon. The summer monsoon system over East Asia (including the South China Sea (SCS)) cannot be just thought of as the eastward and northward extension of the Indian monsoon. Numerous studies have well documented that the huge Asian summer monsoon system can be divided into two subsystems: the Indian and the East Asian monsoon system which are to a greater extent independent of each other and, at the same time, interact with each other. In this context, the major findings made in recent two decades are summarized below: (1) The earliest onset of the Asian summer monsoon occurs in most of cases in the central and southern Indochina Peninsula. The onset is preceded by development of a BOB (Bay of Bengal) cyclone, the rapid acceleration of low-level westerlies and significant increase of convective activity in both areal extent and intensity in the tropical East Indian Ocean and the Bay of Bengal. (2) The seasonal march of the East Asian summer monsoon displays a distinct stepwise northward and northeastward advance, with two abrupt northward jumps and three stationary periods. The monsoon rain commences over the region from the Indochina Peninsula-the SCS-Philippines during the period from early May to mid-May, then it extends abruptly to the Yangtze River Basin, and western and southern Japan, and the southwestern Philippine Sea in early to mid-June and finally penetrates to North China, Korea and part of Japan, and the topical western West Pacific. (3) After the onset of the Asian summer monsoon, the moisture transport coming from Indochina Peninsula and the South China Sea plays a crucial “switch” role in moisture supply for precipitation in East Asia, thus leading to a dramatic change in climate regime in East Asia and even more remote areas through teleconnection. (4) The East Asian summer monsoon and related seasonal rain belts assumes significant variability at intraseasonal, interannual and interdecadal time scales. Their interaction, i.e., phase locking and in-phase or out-phase superimposing, can to a greater extent control the behaviors of the East Asian summer monsoon and produce unique rythem and singularities. (5) Two external forcing i.e., Pacific and Indian Ocean SSTs and the snow cover in the Eurasia and the Tibetan Plateau, are believed to be primary contributing factors to the activity of the East Asian summer monsoon. However, the internal variability of the atmospheric circulation is also very important. In particular, the blocking highs in mid-and high latitudes of Eurasian continents and the subtropical high over the western North Pacific play a more important role which is quite different from the condition for the South Asian monsoon. The later is of tropical monsoon nature while the former is of hybrid nature of tropical and subtropical monsoon with intense impact from mid-and high latitudes.     

Influence of the Tibetan Plateau on the Summer Climate Patterns over Asia in the IAP/LASG SAMIL Model

A series of numerical experiments are carried out by using the Spectral Atmospheric Model of State Key Laboratory of Numerical Modeling Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics （SAMIL） to investigate how the Tibetan Plateau （TP） mechanical and thermal forcing affect the circulation and climate patterns over subtropical Asia. It is shown that, compared to mechanical forcing, the thermal forcing of TP plays a dominant role in determining the large-scale circulation in summer. Both the sensible heating and the latent heating over TP tend to generate a surface cyclonic circulation and a gigantic anticyclonic circulation in the mid- and upper layers, whereas the direct effect of the latter is much more significant. Following a requirement of the time-mean quasi-geostrophic vorticity equation for large-scale air motion in the subtropics, convergent flow and vigorous ascending motion must appear to the east of TP. Hence the summer monsoon in East China is reinforced efficiently by TP. In contrast, the atmosphere to the west of TP is characterized by divergent flow and downward motion, which induces the arid climate in Mid-Asia.