2011年南海夏季风爆发过程及其与长江中下游梅雨的联系

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E-TBB及台站降水资料,对2011年南海夏季风爆发前后的环流特征进行分析。结果表明:2011年强对流活动由孟加拉湾扩展到南海地区,同时伴随着南亚高压移至中南半岛北部,西太平洋副热带高压向东撤出南海地区,南海夏季风于5月第4候(第28候)爆发;季风爆发后,印度-孟加拉湾季风槽形成,南海地区低空开始盛行西南气流,并伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。随着季风活动的推进,我国雨带北抬,长江中下游一带进入梅雨期,出现降水大值区。通过分析发现长江中下游梅雨与南海夏季风均受副热带高压影响,且两者的强度为显著的负相关关系,梅雨开始时间与南海夏季风爆发时间呈显著的正相关关系。2011年南海夏季风偏弱,爆发时间偏早,长江中下游梅雨强度偏强,入梅时间异常偏早。     

2007年南海夏季风爆发前后大气环流的非典型性突变特征

南海夏季风爆发的一般特征是南亚高压移至中南半岛北部;西太平洋副热带高压连续向东撤出南海地区,移到120°E以东的热带洋面上;高（低）空东北（西南）气流占据南海大部分地区,相应的105°E附近的越赤道气流建立,南海季风槽形成并同时伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。国家气候中心的监测表明,2007年南海夏季风于5月第5候爆发。该年季风爆发后,虽然源自热带地区的低空西南气流迅速占据南海上空,高空盛行东北气流,且南亚高压西移至中南半岛上空,但对流、高度场以及降水场的突变特征均很不明显,表现为季风爆发后南海上空的对流依然偏弱,副高没有马上撤离南海,同时华南地区的降水量也没有迅速增强。因此,2007年南海夏季风爆发前后大气环流的变化特征具有非典型性。     

大气环流的季节突变与季风的建立II·个别年份南海夏季风的情况

将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标。用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标。但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标。此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整。南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象。     

大气环流的季节突变与季风的建立Ⅱ.个别年份南海夏季风的情况

将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标.用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标.但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标.此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整.南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象.     

东亚地区夏季风爆发过程

利用中国194站1961～1995年日降水资料及NCEP1979～1997年候格点降水资料,探讨了亚洲地区自春到夏的雨季开始分布。结果表明,东亚地区自春到夏存在副热带季风雨季开始和热带季风雨季开始。前者于4月初开始于华南北部和江南地区,随后向南和向西南扩展,于4月末扩展到华南沿海和中南半岛,这个雨带主要是冷空气和副热带高压西侧转向的SW风以及南亚地区冬春副热带南支西风槽中西风汇合而形成的,是副热带季风雨季开始。后者是南海热带季风爆发后使原来由江南移到华南沿岸的副热带季风雨带随副热带高压北进而北进,前汛期雨季进入盛期,江南出现第二次雨峰,形成梅雨期和江淮及华北雨季。同时,热带季风雨带也自东向西传播到达南亚地区而形成热带季风雨季。还讨论了1998年东亚地区夏季风爆发过程,指出南海夏季风爆发期的季风由副高北侧形成的新生气旋进入南海造成南海中部西风和南海越赤道气流转向的SW季风加强汇合而形成,因而是东亚季风系统中环流系统季节变化造成的,和印度季风无关。在南海季风爆发期阿拉伯海仍由副热带反气旋控制,南亚仍是上述副热带反气旋北侧NW风南下后转向的偏西副热带气流所控制,索马里低空急流仍未爆发,赤道西风并未影响南海。     

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.     

对南海季风进退及强度的气候分析

根据南海及其附近地区的海面和高空气象资料,计算了南海的季风指数分布和月、季变化,并根据低空流场分析了季风的来源和进退趋势,对季风的推进路径和强度变化作了讨论。结果表明:南海夏季风首先出现于泰国湾,然后由西南向东北扩展,最早影响南海的夏季风是来自副热带高压南侧的东南气流,其后是通过90°E、105°E附近的越赤道气流;在南海夏季风盛行后,印度季风才并入。对冬季风的强度、厚度和影响范围,也进行了较详尽的分析。     

海陆分布和地形对1998年夏季风爆发的热力影响

应用1980－1995年5天平均的CMAP降水资料、美国NMC850hPa风、卫星反演的向外长波辐射（OLR）和上部对流层水汽亮温（BT）等资料分析比较了南海夏季风爆发前后的基本特征。结果发现：BT能够反映南海夏季风的爆发及其与周围地区降水的关系，但局地降水信息的反映不够具体；OLR能够比较好的反映热带海洋上的降水，但陆地上的低值OLR可能受到地形的影响，仅仅850hPa风场不能完全确定夏季风的爆发。南海季风转换区域定义在南海的中北部比较合适，这是因为南海夏季风爆发前就存在着长年位于南海南部的带海洋对流性雨带；南海夏季风爆发后西南季风气流和季风雨带从印度洋经孟加拉湾和南海伸向西北太平洋，开始了南亚和东亚夏季风的爆发过程。     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅱ:亚洲季风区季节转换指数

在“季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ :副热带高压结构气候学特征研究”的基础上 ,进一步讨论亚洲夏季风爆发与当地对流层中上层东西向暖脊的经向位置变化关系。亚洲夏季风相继在孟加拉湾、南海和南亚爆发期间 ,除了对流层高、低空风场及深对流活动在季风爆发前后具有反相的变化以外 ,副热带高压脊面附近大气经向温度梯度亦具有明显的反相特征。对流层中上层 (2 0 0～ 5 0 0hPa)脊面附近建立的北暖南冷的温度结构 ,能够反映亚洲各季风区夏季风爆发共同的本质特征 ,根据季节转换的热力学基础 ,指出对流层中上层经向温度梯度作为度量季风爆发的指标是合理可行的。文中提出了以副热带高压脊面附近对流层中上层大气经向温度梯度作为表征季节转换的指数 ,给出了确定季节转换开始日期的具体定义以及历年季节转换日期序列 ,同时给出由85 0hPa纬向风和OLR表征的季风爆发日期序列。相关分析表明 ,85 0hPa纬向风只是个区域性指标 ,而南北温度梯度具有一定的普适性     

大地形与扰动的不稳定

本文分两部分。第一部分,讨论地形对于正压扰动稳定性的影响,指出造成不稳定的必要条件是:(d~2u/dy~2)-β-fA(dh/dy)=0,其中u是基流,h是地形高度。此外,尚讨论了振幅随时间的增长率,不稳定扰动移速等问题。第二部分,讨论了地形对于斜压扰动的稳定性的影响,指出在斜压大气中,地形的作用较正压大气显得更加重要。     

论青藏高原隆起作用于大气的临界高度

在以前工作的基础上，从大气动力学、热力学及气候学的角度，进一步论证了在青茂高原隆起过程中存在一个临界高度ｈｃ（－１．５－２ｋｍ）。当高原隆起突破这一临界高度时才开始对大气产生强烈的作用，从而造成大气环流、大气热力结构、亚洲区域以及全球气候等一系列巨大转变。     

风速垂直切变对于对流的发展和结构的影响

本文分两个部分。在第一部分中,分析了具有速度垂直切变的盛行风,对于对流发展强度的影响。指出,风速垂直切变对于对流的发展是否有利,决定于对流流场的结构。对于一种特定的流场,通过扰动增长率的计算,定量地讨论了风速垂直切变和不稳定层结对扰动发展的相对重要性。 在第二部分中,进一步求得了考虑风速垂直切变影响后的非线性对流运动方程组在边界热源作用的解,对解的数值计算表明,由于风速垂直切变的作用,对流流场的结构与静止大气中的情况不同,不再是轴对称的,而主要由两个顺时针流动的涡环组成,这种流场结构,与一般移动的雷阵雨云中的流场结构很相似。     

大地形与正压扰动的移行

本文研究了坡度为常数的大地形对于正压扰动移行的影响,并且讨论了周晓平、顾震潮两人所得的结果。     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

青藏高原隆升作用于大气临界高度的数值研究

利用Ｐ－σ混合坐标系全球大气环流模式研究了青藏高原隆升作用于大气临界高度问题,通过对数值试验结果的分析进一步证实了在高原隆升的过程中存在着一个临界高度,这个高度在夏季约为１５００～２０００ｍ。当高原总体平均高度超过临界高度后,高原周围地区的气流主要以绕流为主,爬坡气流的速度较小,稳定的高原季风开始形成,高原地区范围内为强大的上升运动区,高原南侧和中国东部地区出现一条明显的雨带,随着高原隆升高度的增高,雨带内的降水量逐渐增加,同时高原西侧附近地区形成一个稳定的感热通量大值带     

初始扰动对冰雹云发展影响的数值研究

在水平均一的初始场中触发对流的发生可采用热力扰动和强迫抬升两种方法,但扰动的方式、强度和范围的不同对模拟的对流云的发展有着重要的影响。本文利用一次冰雹云发展前期的实测探空资料,对热力扰动的强度、范围进行了数值试验,结果表明：在同样的层结条件下,随着扰动强度、厚度的增加,所模拟的冰雹云的强度也增加,且以湿热泡扰动触发的冰雹云最强,其次是湿泡,而热泡扰动最弱。但无论以何种方式启动,只要模拟的冰雹云的云顶高度相当,云体的宏微观特征差异就不大。     

南京雨量日变化之分析

南京每小时雨量纪录始于民国十七年岁首,终于二十六年十二月,为期不足十年,而民国十七年一年之中,观测地点尝有迁移,实际完整之纪录仅八年,今为统计方便计,断自十九年,迄于二十三年, 虽为期甚短不规则之变化,未能尽行消除,然高低之所在,已跃然于纸上矣。以五年各小时平均总量而论,最高点在下午六时,次高点在上午八时;最低点在正午,次低点在子夜后一时,二低点雨量之差甚微,最高点与次高点则相差22粍之多,全日较差即最高点与次高点之差为44粍,各季平均之雨量日变化大致亦与年平均者相似,惟最高与最低     

海陆分布对于大气环流的地形与热力的影响

关於海陆分布对大气环流的影响,有两派意见.一派著重於热力的影响,另一派则着重於动力的影响.对海洋而言,在冬季大陆可以看作冷源,在夏季则好似一热源.由於海洋上与大陆上受热不同的结果,冬季在西伯利亚可长期维持着一强大高压.关於冬夏季风的产生,一般也都认为是由於海陆受热不同的效果.     

论大气模式的设计

文中提出了设计大气模式的原则：包含有可能达到目的的有关制约大气过程的物理因子和物理机制;模式整体性质合理;计算稳定,精确;有合适的网格和分辨率;适当的计算域和模式各部分之间协调。并分别对它们进行了讨论。最后,特别强调了设计目的和模式的一致,还对各不同预报模式中所考虑的因子、物理过程的相对重要性进行了讨论。