南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

西南季风爆发前后南海SST变化特征及影响因子分析

利用1982-2001年NCEP／NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子。结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降。南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因。季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关。而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致。因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子。     

西南季风爆发前后南海SST变化特征及影响因子分析

利用1982～2001年NCEP/NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子.结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降.南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因.季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关.而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致.因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子.     

冬季台风“南玛都”结构性质的初步研究

利用1982～2001年NCEP/NCAR再分析的周平均SST场、逐日表面热通量场及近地层10米高度风场资料,分析了南海地区季风爆发前后几周南海多年平均SST随时间的变化和空间分布特征及其影响因子.结果表明,南海季风爆发前,SST急剧升高,季风爆发后,SST的变化呈现比较明显的空间差异,南海北部SST继续上升,而南部SST持续下降.南海季风爆发前,海面净得热,这是季风爆发前南海SST上升的主要原因.季风爆发后几周,海面净得热减少,此时的海表净热通量收支与SST无显著相关.而季风爆发期和爆发后几周,南海SST变化的不均匀性与西南气流具有很好的相关性,南海的降温区呈东北-西南走向,与低层西南气流的方向一致.因而,在季风爆发后的一段时间内,近地层风场导致的海洋表面及内部动力过程是影响南海SST变化的另一重要因子.     

南海夏季风爆发期间的波包传播特征

利用2004年和1998年强弱南海夏季风年的逐日位势高度场资料,从能量传播的角度诊断分析了南海夏季风爆发期间的波包传播特征及其与季风爆发的联系.结果表明(1)孟加拉湾是南海季风爆发的关键区域.(2)南海季风爆发前,南海地区的波包值有明显的突变,可能体现了季风爆发的爆发性特征.(3)1998弱夏季风年波包值相对较小,传播较慢;2004强夏季风年波包值相对较大,传播迅速.(4)南海夏季风爆发前,对流层整层的波包值都随时间增加,爆发前一天低层和高层的波包值有相同的变化,夏季风爆发之后,低层波包值与高层的波包值有反相的变化.     

南海夏季风爆发前后南海海温之演变特征

利用1983—2002年NCEP/NCAR再分析的周平均海温（SST）场、逐日OLR、风场、海平面气压场、2 m高度空气比湿资料,及Woods Hole海洋研究所提供的OAFlux逐日潜热通量和ISCCP(国际卫星云气候计划)逐日短波辐射通量等资料,分析了南海地区季风爆发前后几周的南海多年平均SST随时间的演变和空间分布特征及其物理过程。结果表明：（1） 西南季风爆发前,南海全区SST显著升高,其中北部（17 ?N以北）升温幅度明显大于南部;从季风爆发到季风爆发后1周（季风爆发期）,南海全区SST急剧降低;之后几周（季风爆发后）,SST变化存在较明显的空间差异,南海北部转为升温趋势,而南部SST持续下降。（2） 季风爆发前,短波辐射增加,且南海北部增加幅度大于南部,导致南海SST上升且存在南北不均匀性。（3） 季风爆发期间,南海短波辐射急剧减少、潜热通量显著增加以及西南气流的突然增强共同导致SST的下降。（4） 季风爆发后,南海北部短波辐射增加而南部减少,对南北SST变化差异的产生有重要作用,同时近地层风场引起的海表动力过程也是影响SST变化的另一重要原因。（5） 季风爆发前后短波辐射的变化均和云量多少有关;季风爆发期间的潜热变化在南海南部主要是风速变化的结果,北部海气比湿差的贡献比较大。     

海温及其变化对南海夏季风爆发的影响

文中利用 1 5a(1 982～ 1 996)的 NOAA射出长波辐射 (OLR)、NCEP/NCAR的风场和海表温度 (SST)再分析网格点资料研究了南海、太平洋和印度洋海温及其变化对南海夏季风爆发的影响。首先发现爆发时南海区域平均的海表温度高于 2 9℃。季风爆发的时间与南海南部SST年循环最高值出现的时间基本一致。冬春季海表增暖是环流场突变的基础。SST超前于低层西风和对流的增强而升高 ,从而造成季节性的大气条件不稳定增大。通过暖池移动过程 ,考察了南海夏季风爆发期间 SST场、风场和 OLR场的演变特征。季风环流的变化是对海表增温强迫的响应。最大暖水轴在 1 0°N出现有利于 ITCZ在南海建立。南海 -西太平洋增温时 ,具有很强的纬向不均匀性 ,而印度洋则比较均匀。南海深对流的爆发与 SST纬向梯度有关。南海夏季风爆发的年际变化与 SST异常有关系。季风爆发偏晚年和偏早年冬春季 SST正、负距平区的符号相反。偏晚年的 SSTA分布呈 El Nino型 ,偏早年的 SSTA分布如同 L aNina型。不同类型的 SST异常对季风环流的影响不同。在 El Nino型强迫下 ,西太平洋副热带高压比常年偏南、偏西 ,东风在南海维持的时间较长 ,赤道西风出现的时间晚 ,南海地区对流活动受到抑制 ,故南海季风爆发偏晚。反之 ,爆发偏早     

南海夏季风爆发迟早与赤道纬向风关系的诊断研究

利用ECMWF和NCEP(1958～1999年)的再分析资料，研究南海夏季风与前期气象要素的关系，结果表明:南海夏季风建立日期与当年2月份赤道印度洋地区的纬向风存在高层(200～100 hPa)为正、低层(1000～700 hPa)为负的显著相关分布，类似于偶极子的分布特征；而在赤道中太平洋地区(160°E～160°W)则存在高层为负、低层为正的另一个显著相关“偶极子”。分析这种相关特征的持续性，发现上述形势从2月份到5月份一直存在，且赤道印度洋地区高低层相反的相关分布从3月份开始逐渐东移，到5月份维持在印度洋东部至南海一带。从5月份的相关系数分布图可发现，南海地区低层为负相关，高层为正相关，说明低层西风异常、高层东风异常的赤道纬向风分布有利于南海夏季风早爆发。针对南海夏季风建立日期与赤道地区(10°S～10°N平均)纬向风的“偶极子”型相关分布特征，定义了一个用于诊断南海夏季风爆发迟早的前期因子。该因子与大部分学者定义的南海夏季风建立日期存在着显著的相关，说明该因子对南海夏季风爆发迟早有一定的反映能力和预测作用。根据Gill(1980年)理论分析发现，上述2月份赤道地区纬向风异常是同期赤道印度洋-大陆桥地区异常强对流活动造成热带赤道大气环流显著异常变化的结果。     

Projected changes in summer water vapor transport over East Asia under the 1.5°C and 2.0°C global warming targets

水汽输送的变化对于降水的变化有重要贡献。基于优选的13个CIV1IP5模式发现:RCP4.5和RCP8.5排放情景下,1.5°C和2.0°C增暖时东亚夏季水汽输送均加强,且2.0°C增暖时模式间一致性更好;水汽含量的增加对东亚南部和北部水汽输送的加强均有贡献,东亚南部水汽输送的加强也与低层环流的加强相联系。0.5°C额外增暖(1.5°C和2.0°C增暖间比较)时,两种排放情景下水汽输送的变化在我国南海与东北地区存在差异,使得两个地区降水变化存在差异;水汽输送的变化与低层环流的变化关系密切,且模式间一致性相对低。     

印度尼西亚群岛邻近海域SST对越赤道气流的影响

利用COADS资料研究了印度尼西亚群岛邻近海域海表面温度(SST)的季节变化特征,并根据热带大气扰动量的低阶模式,分析了印度尼西亚群岛邻近SST的季节变化对越赤道气流季节变化的影响.研究结果表明:印度尼西亚群岛邻近海域年平均SST基本上关于赤道对称分布,最高温度出现在赤道附近;由于南海SST冬季较低,冬季(北半球)SST的经向差最大值(大于2℃)出现在110°E附近;夏季(北半球)最大经向温差出现在130～145°E和110°E附近,它有利于105°E越赤道气流的形成和维持.     

An Inter-hemispheric Teleconnection and a Possible Mechanism for Its Formation

Through observational analyses,an inter-hemispheric teleconnection is identified between the subtropical region of the South China Sea to the western Pacific near the Philippines(WP)and the region to the east of Australia(AE).The teleconnection is significantly correlated with sea surface temperature anomalies(SSTAs)in key sea areas(including the Indian Ocean,the South China Sea,and the area to the east of Australia).Based on the IAP T42L9 model,numerical experiments are performed to explore a possible mechanism for the formation of the teleconnection.The results show that the positive SST anomalies in the key sea areas may jointly contribute to the occurrence and maintenance of the positive geopotential height anomalies over both the WP and AE and be a critical factor in the teleconnection formation.The large-scale SST anomaly in the Indian Ocean,involving the tropics and subtropics of both hemispheres,may lead to concurrent atmospheric responses over both the WP and AE,while the effect of the local SST anomaly to the east of Australia seems to reinforce and maintain the positive height anomaly over the AE.     

THE INTERDECADAL VARIATION OF THE SOUTH ASIAN HIGH AND ITS ASSOCIATION WITH THE SEA SURFACE TEMPERATURE OF TROPICAL AND SUBTROPICAL REGIONS

This study aims to explore the interdecadal variation of South Asian High (SAH) and its relationship with SST (Sea surface temperature) of the tropical and subtropical regions by using the NCEP/NCAR monthly reanalysis data from 1948 to 2012, based on the NCAR CAM 3.0 general circulation model. The results show that: 1) the intensity of SAH represents a remarkable interdecadal variation characteristic, the intensity of SAH experienced from weak to strong at the late 1970s, and after the late 1970s , its strength is enhanced and the area is expanded in the east-west direction. The expansion degree is greater westward than eastward, while it is opposite in summer. 2) Corresponding to the interdecadal variation of SAH intensity, after the late 1970s, the divergent component of wind field has two ascending and three descending areas. Of the two ascending areas, one is located in the East Pacific, the other location varies with the season from the Indian Ocean in winter to the South China Sea and West Pacific in summer. Three descending areas are located in the north-central Africa, the East Asia and the Middle Pacific region respectively. 3) Corresponding to the interdecadal variation of SAH intensity, the rotational component of wind field at the lower level is an anomalous cyclone over the South China Sea and West Pacific in summer, while in winter, it is an anomalous cyclone over the Indian Ocean, and an anomalous anticyclone over the equatorial Middle Pacific. 4) Numerical simulations show that the interdecadal variation of SAH is closely related to the SST of the tropical and subtropical regions. The SST of Indian Ocean plays an important role in winter, while in summer, the SST of the South China Sea and West Pacific plays an important role, and the SST of the East Pacific also plays a certain role.     

华南夏季风降水开始日的异常与前冬大气环流和海温的关系

利用1951～2004年NCEP/NCAR再分析资料及ERSST海温资料,研究了华南夏季风降水开始日期的变化特征及其与前期冬季大气环流和海温的关系。小波分析表明,夏季风降水开始日期具有明显的年际和年代际变化,年际变化以准2～3年变化为主,年代际变化周期约16年。华南夏季风降水开始偏早年在大气环流上的前兆信号表现为前期冬季乌拉尔山阻塞高压偏强、东亚大槽较深,阿留申低压偏强,冷空气活动偏强。冬季,鄂霍次克海附近的海温异常为华南夏季风降水开始迟早有物理意义的、稳定正相关前兆信号。合成分析表明,冬季鄂霍次克海附近SST正异常时,5月100 hPa青藏高压偏东偏北偏弱,异常偏西风控制华南;850 hPa环流在华南表现为东北风,华南受冷空气影响为主,华南夏季风降水开始日期偏晚。相反时,若冬季鄂霍次克海附近SST负异常,5月100 hPa青藏高压偏西偏南偏强,异常偏东风控制华南;850 hPa环流在华南表现为偏南风,华南受热带系统影响为主,华南夏季风降水开始日期偏早。并提出冬季中高纬度地区冷空气活动影响华南夏季风降水开始日异常的物理机制。     

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。      

雷暴云特征数据集及我国雷暴活动特征

基于FY-2E气象卫星相当黑体亮度温度（TBB）和云分类数据（CLC）及全球闪电探测网（WWLLN）闪电数据,通过对TBB不超过-32℃的云区进行椭圆拟合,定义1 h内上述云区或椭圆区域有WWLLN闪电发生的个例为雷暴云,获得雷暴云时间、位置、形态、结构、闪电活动等特征参量,构建雷暴云特征数据集,并基于该数据集初步分析了我国陆地和毗邻海域的雷暴活动特征。研究表明:我国华南、西南、青藏高原东、中部和南海雷暴最为活跃,华北和东北地区是北方雷暴活动较强的区域。雷暴活动时间变化海陆差异明显,陆地雷暴活动峰值出现在6—8月,南海雷暴活动一个峰值出现在5月左右,另一峰值出现在8月后,且纬度越低出现越晚。陆地大部分地区雷暴活动在14:00—20:00（北京时）达到峰值,毗邻海域雷暴活动峰值主要出现在早上。雷暴云TBB不超过-32℃面积符合对数正态分布,峰值区间位于1×103~1×104 km2,平均值为3.0×104 km2。南海雷暴云面积最大,陆地上大于雷暴云面积平均值1.2×105 km2的区域主要分布于我国地形的第一阶梯和柴达木盆地。     

我国东部海洋温度锋区对大气的强迫作用——季节变化

采用一系列高分辨率的卫星资料研究了我国东部海区的海洋温度锋对局地大气的强迫作用及其季节变化。分析表明, 当春季海洋锋增强时, 海温与海表面风速之间存在明显的正相关关系, 并且在海洋锋的暖 (冷) 侧形成海表风的辐合 (辐散), 表现为海洋对大气的强迫作用。海温对表面风场的影响程度与海洋锋的强度成正比, 春季影响程度最大, 夏、秋季最小。海洋锋对其附近的总降水、对流、层云降水均有影响, 尤其在春季海洋锋暖侧的降水强度增大, 对流降水的频次增多, "雨顶" 高度也有明显的抬升。暖流对大气的影响不仅局限在边界层, 其影响可达整个对流层。另外, 分析发现对流降水对海温的响应比层云降水更加敏感。研究还表明, 暖流上空高、低云呈现相反的年循环特点, 冬季多0.5~2 km的边界层云, 夏季多云底在10 km以上的高云。深对流云集中出现在3~6月, 从冬季到初夏, 30%以上的云量中心抬高了接近8 km。春季和初夏在海洋锋的暖侧频繁地出现深对流活动。     

黑潮延伸体区域海表温度锋的时空变化特征分析

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和AVISO中心的海表高度异常资料,分析了黑潮延伸体区域的海表温度锋的时空变化特征以及导致其年代际变化可能的原因。结果表明,气候平均态的黑潮延伸体区域海表温度锋位于黑潮延伸体区域北部边缘,在143 °E和150 °E附近存在两个弯曲,SST水平梯度最大值出现在142 °E附近,强度超过4.5 ℃/(100 km),其后强度自西向东逐渐递减,在149 °E附近又出现一个较弱的大值中心,在141~153 °E范围内,海表温度锋位置的平均值为36.25 °N,强度的平均值为3.22 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋南北位置的季节变化很弱,而其强度的季节变化非常显著。相较于较弱的季节变化,海表温度锋位置的年际和年代际的低频变化则要显著得多,其南北变化跨度超过2 °。海表温度锋强度的年际和年代际的低频变化也较强,超过4.5 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋的变化与太平洋年代际振荡（PDO）以及北太平洋涡旋振荡（NPGO）存在显著的相关关系,NPGO和PDO在中东太平洋区域会强迫产生海表高度异常,随后向西传播,在约3年后到达黑潮延伸体区域,使该区域流场发生变化产生海洋热平流异常,最终导致海表温度锋强度发生变化。      

南海及周边地区云量分布及低云量与南海海温的关系

利用国际卫星云气候计划提供的月平均云气候资料集,分析了南海及周边地区云量的分布特征,并进一步研究了低云量与南海海温的关系。结果表明:(1)南海及周边地区总云量分布存在显著的季节性差异特征。(2)低云主要分布在南海海区,中云为华南地区,而高云则主要位于靠近赤道区域。(3)低云受海表温度影响较大,而中高云则主要与强对流相对应。低云主要分布于南海海表冷水中心南侧的暖水区内的温度梯度区,其高值区分布与海表温度梯度分布基本一致,海表温度梯度的大小与高值中心的低云量成正比。(4)低云量高值中心位置与水平海温梯度区两侧基本一致,高温暖水受西边界强迫上升在海表层辐合,有利于低云的生成。     

CLIMATIC FEATURES OF SEA TEMPERATURE OF WARM POOL AND RELATIONSHIP WITH SST OF ITS ADJACENT REGIONS*

In this paper,climatic features of sea temperature of western Pacific warm pool and the relationship with sea surface temperature (SST) of its adjacent regions are analyzed based on the observed sea temperature on vertical cross section along 137°E in western Pacific,the monthly mean SST of Xisha Station in South China Sea and the global monthly mean SST with resolution of 1°×1° (U.K./GISST2.2).The results indicate that (1) in a sense of correlation.SST of western Pacific warm pool can represent its sea subsurface temperature from surface to 200 m-depth level in winter,and it can only represent sea temperature from surface to 70 m depth in summer.The sea subsurface temperature anomaly of warm pool may be more suitable for representing thermal regime of western Pacific warm pool.The sea subsurface temperature of warm pool has a characteristic of quasi-biennial oscillation.(2)Warm pool and Kuroshio current are subject to different ocean current systems (3)Furthermore,the relationship between SST of Xisha Station and SST of warm pool has a characteristic of negative correlation in winter and positive correlation in summer,and a better lag negative correlation of SST of Xisha Station with sea subsurface temperature of warm pool exists.(4)Additionally,oscillation structure of sea temperature like "a seesaw" exists in between warm pool and Regions Nino3 and Nino4.January (June) maximum (minimum) sea subsurface temperature anomaly of warm pool may serve as a strong signal that indicates maturity phase (development phase) of La Nina (El Nino) event,it also acts as a strong signal which reveals variations of SST of Regions Nino3 and Nino4.     

Subseasonal variability during the South China Sea summer monsoon onset

Analysis of the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI) data for the period 1998–2007 reveals large subseasonal fluctuations in sea surface temperature (SST) of the South China Sea during the summer monsoon onset. These subseasonal SST changes are closely related to surface heat flux anomalies induced by surface wind and cloud changes in association with the summer monsoon onset. The SST changes feed back on the atmosphere by modifying the atmospheric instability. The results suggest that the South China Sea summer monsoon onset involves ocean–atmosphere coupling on subseasonal timescales. While the SST response to surface heat flux changes is quick and dramatic, the time lag between the SST anomalies and the atmospheric convection response varies largely from year to year. The spatial–temporal evolution of subseasonal anomalies indicates that the subseasonal variability affecting the South China Sea summer monsoon onset starts over the equatorial western Pacific, propagates northward to the Philippine Sea, and then moves westward to the South China Sea. The propagation of these subseasonal anomalies is related to the ocean–atmosphere interaction, involving the wind-evaporation and cloud-radiation effects on SST as well as SST impacts on lower-level convergence over the equatorial western Pacific and atmospheric instability over the Philippine Sea and the South China Sea.