南海夏季风撤退的气候特征Ⅱ——年代际变化

南海地区夏季风撤退期有明显的年代际变化,与南海夏季风维持期相类似,在1970年代末期有明显的突变。所以分析工作以1978年为界,主要是将前20年情况与后20年进行对比。前20年夏季风撤退较早,撤退期降水较少,对流活动较弱;后20年则与此相反,夏季风撤退较晚,撤退期降水较多,对流活动较强。南海地区夏季风撤退期的年代际变化与PDO和太阳磁循环的气候变化比较一致。     

强弱南海夏季风年水汽输送路径特征分析

采用印度洋偶极子指数（dipole mode index,简称DMI）、Nino3指数和国内学者定义的5种东亚夏季风指数来比较分析印度洋偶极子（Indian Ocean dipole,简称IOD）、ENSO与东亚夏季风年际变化联系的年代际改变,讨论了这种改变的可能成因。结果表明,东亚夏季风指数分别与DMI、Ni-no3指数的年际变化的联系都呈明显的年代际改变。东亚夏季风指数除了在20世纪80年代及90年代初期与DMI联系较弱之外,其余时段均与DMI具有很好的正相关关系。当季风指数与DMI为正相关时,其与Nino3指数则呈负相关,IOD和ENSO对夏季风具有相反的影响。当季风指数与DMI呈较强的正相关时,其与ENSO的相关较弱;而在70年代末至80年代初季风指数与ENSO呈较强的相关时,其与DMI的关系亦较弱。东亚夏季风与IOD、ENSO年际变化之间的联系呈现此强彼弱的特点。1972—1982年和1983—1993年这两个阶段海温分布的显著不同,可能导致了海气相互作用过程中环流变化的周期及分布的改变,使得东亚夏季风与IOD和ENSO的关系发生年代际改变。     

2007年南海夏季风的爆发过程

利用NCEP/NCAR再分析资料、向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,OLR)资料以及卫星、地面站点降水资料,对2007年南海夏季风爆发前后的对流活动、环流形势及降水分布进行研究,结果表明:2007年对流活动增强首先出现在孟加拉湾东岸,然后扩展到南海地区;同时副高东撤北抬,南海夏季风于5月中下旬(29候)爆发;季风爆发后,南海地区开始盛行西南气流,亚洲中低纬地区南北温差(风向切变)由正(负)变负(正).2007年南海夏季风爆发期间,水汽输送和季风涌活动增强使我国东部地区降水增多.     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅰ.诊断分析

用1980～1996年OLR资料及NCEP/NCAR再分析资料研究了南海夏季风持续异常的基本特征及其与全球环流的关系.对比分析结果指出,强弱南海夏季风期大尺度环流(副热带高压、局地 Hadley环流及 Walker环流等)变化基本相反.在南海地区出现强弱持续异常的季风活动时,该地区的对流活动不仅与大尺度热带和副热带流场有关,而且还反映出北半球西风带环流的调整.北半球中高纬大气环流对南海夏季风持续异常是有响应的.南海地区季风的强弱,特别是出现持续异常时,强弱季风所对应的动能差异是全球性的,其相应的大气热状态也截然不同.南海夏季风强烈而持续的对流活动明显通过改变大气热源的分布和大尺度垂直环流的结构,影响到更大范围地区的环流状况.     

Pacific decadal oscillation and the decadal change in the intensity of the interannual variability of the South China Sea summer monsoon

本研究表明,二十世纪南海夏季风的年际变率强度在一定程度上受到太平洋年代际振荡(PDO)的调控,PDO处于暖(冷)位相时南海夏季风的年际变率强度偏强(弱)。热带太平洋海温的年际变率强度及南海夏季风与ENSO的关系在上述调控中起到重要作用。PDO处于暖位相时,热带太平洋海温变率偏大,ENSO事件偏强,因而沃克环流及西北太平洋反气旋异常的位置和强度均发生改变,最终导致南海夏季风与热带太平洋海温的相互作用更强,南海夏季风年际变率强度增大,反之亦然。     

2004年与2008年的南海夏季风特征比较

利用NCEP再分析资料及NOAA的OLR资料对2004、2008年季风爆发前后的环流形势、降水分布、对流场、温湿场进行分析,结果表明:2008年季风爆发(5月4日)比2004年(5月19日)偏早,爆发前,2008年索马里越赤道气流比2004年弱,2008年副热带降水始终未能似2004年那样抵达华南地区,2008年最强对流位置比2004年偏南;季风爆发前第5候至爆发前,2008年中南半岛25日累积降水量约为2004年的61%,使得陆面过程存在差别,进而导致南海夏季风活跃程度不同;季风爆发后,2008年(2004年)南海地区的温暖潮湿状态一直维持到10月底(9月中旬),2008年南海夏季风的维持时间比2004年长。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

1990s年代际转型前后南海季风系统的气候季节内振荡(CISO)特征

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节内振荡尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993/1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态反映了南海夏季风爆发时季风系统的时空特征,转型前后特征类似,降水场自赤道向北依次呈现干-湿-干交替分布的特征,南海中心为异常气旋。相应的大范围环流场主要反映了转型前的偏晚年,南海夏季风槽位置偏南,转型后的偏早年,南海夏季风槽位置偏北。第二模态体现了南海季风系统夏季的时空特征,转型前后共同特征表现为南海地区夏季北湿南干的南北偶极子降水分布及南海中心区的异常西风。相应的大范围环流场主要反映了南海季风活动与东亚季风呈现反位相的特点,且对流信号向北传播。转型前的偏晚年,季风活动受准双周振荡控制,对流信号由西北方向传入南海;转型后的偏早年,季风活动以30～60天振荡为主,对流信号由东南方向传播至南海。     

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。     

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

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。     

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响Ⅰ.诊断分析

用1980－1996年OLR资料及NCEP／NCAR再分析资料研究了南海夏季风持续异常的基本特征及其与全球环流的关系。对比分析结果指出，强弱南海夏季风期大尺度环流（副热带高压、局地Hadley环流及Walker环流等）变化基本相反。在南海地区出现强弱持续异常的季风活动时，该地区的对流活动不仅与大尺度热带和副热带流场有关，而且还反映出北半球西风带环流的调整。北半球中高纬大气环流对南海夏季风持续异常是有响应的，南海地区季风的强弱，特别是出现持续异常时，强弱季风所对应的动能差异是全球性的，其相应的大气热状态也截然不同。南海夏季风强烈而持续的对流活动明显通过改变大气热源的分布和大尺度垂直环流的影响，影响到更大范围地区的环流状况。     

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     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究Ⅱ.2005与2001年5月云南旱涝成因的对比分析

2001年和2005年的5月云南分别出现了严重的洪涝和干旱天气.通过分析研究表明,这两年在大尺度环流形势、季风爆发的早晚和强弱以及ENSO背景的影响等方面都有着显著的不同.2001年5月对流层中层的东亚槽位置偏西且强度偏强,同时南支槽稳定维持且较强,致使冷暖空气易于在云南地区交汇,这可能是在该地区产生较强降水的主要环流形势,而2005年5月东亚槽位置偏东,南支槽较弱,致使云南地区几乎没有水汽来源和缺乏冷暖空气的交汇,这是产生干旱的主要环流形势;同时南海季风爆发的早晚和强弱与云南5月降水也有着较好的关系,2001年5月南海季风爆发偏早且强度偏强,而2005年5月南海季风爆发偏晚且强度偏弱,这两年5月的降水差异较大;对水汽分布的分析还表明,2001年5月云南地区为水汽辐合区,且较常年平均偏大,水汽通量为西南向,且强度较强.而2005年5月云南为水汽辐散区,孟加拉湾的水汽向东进入南海,云南地区非常干燥;从ENSO大背景对其影响的分析可知,2001年5月的洪涝和2005年5月的干旱与这两年的前期海温变化似乎也存在一定的联系.     

南海及周边地区TBB年及以上时间尺度振荡特征诊断研究

应用小波变换方法,对1980～1997年逐日TBB资料进行分析, 发现南海地区TBB年时间尺度(约6～15个月)和年际时间尺度(2～5年)变化显著.年时间尺度变化,在纬向上东传特征明显,在经向上具有赤道反对称的分布特征.南海地区TBB年时间尺度变化振幅与东太平洋海温异常之间存在调制作用.TBB年际时间尺度变化具有10年际变化特征,1980年代年际时间尺度变化显著,1990年代明显减弱.该时间尺度变化与Ni(n)o3区海温异常有非常显著的关系,El Ni(n)o期间,南海地区TBB较高,对流相对较弱;La Ni(n)a期间,南海地区TBB较低,对流较强,表明南海地区大气环流对太平洋海温异常有明显的响应.     

南海夏季风异常活动的前期特征

应用1979～1999年NOAA卫星月平均OLR资料及1950～1999年NCEP/NCAR再分析的月平均资料,采用合成分析的方法对南海夏季风爆发前一年10月～次年4月的异常特征进行讨论,并做信度检验.结果表明,在季风爆发的前期,大气环流和海温的异常与南海夏季风的异常关系密切.不同因子与南海夏季风异常发生最佳相关的时间及持续的程度并不完全一致,从所选取与南海夏季风爆发密切相关的关键区可见:OLR在初春、纬向风速和垂直速度在整个前期的异常与南海夏季风的异常存在极强的相关性.在强(弱)南海夏季风年的前期,热带海温基本呈La Ni?a(El Ni?o)型分布,其中在12月的海温距平分布与来年南海夏季风的强弱关系最为密切.     

夏季海洋性大陆区域OLR年际变动与中国长江中上游旱涝的关系

利用1979—2007年的NECP资料、GISST月平均资料和中国160个降水测站资料，用SVD方法分析了热带海洋性大陆区域OLR与夏季中国降水场的关系。结果表明：孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带（SPCZ）、印尼群岛及其附近海域的对流活动与我国夏季长江中上游降水场存在密切联系。若孟加拉湾、南海季风槽、南太平洋辐合带区的OLR偏高（偏低），及东印度洋、印尼群岛附近的OLR偏低（偏高），则夏季长江中上游及以北地区的降水偏多（偏少）。定义了与长江中上游降水相关的海洋性大陆区域OLR指数IMCOLR，并由IMCOLR指数确定高低值年再进行合成分析，发现印尼群岛及其海域气柱内净的辐射和海表热通量的异常增加，有利于该地区对流活动增强和OLR负异常的产生和维持；而孟加拉湾、南海和热带西太平洋存在海表热通量的减弱和辐射冷却的加强，有利于对流活动减弱，导致潜热释放异常减少和维持OLR正异常。热带海洋性大陆区域对流活动IMCOLR与海表温度异常间的相关关系表明，热带海洋性大陆地区对流活动的年际变动可受到热带印度洋海温异常和太平洋区域“三级型”海温异常的共同影响。这些热力强迫异常可导致对流层低层大气异常响应，产生P-J类遥相关，影响中国长江流域中上游降水异常。     

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。     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系Ⅱ.机理分析

通过区分ENSO外部影响和偶极子内部局地作用, 探讨了前期春季的印度洋海温异常对南海夏季风建立早晚的可能影响途径.结果表明: 在没有去除ENSO信号 (外部作用) 的情况下, 全区一致型的海温分布主要通过影响热带印度洋上空纬向季风环流的强弱来影响南海夏季风建立的早晚.去除ENSO信号后, 非ENSO全区一致型的海温分布则主要通过影响低层东西向的气压差异和对流层中上层的南北温度梯度的逆转, 进而对南海夏季风建立的早晚产生影响;而南印度洋偶极子 (SIODM) 型的海温分布则主要通过影响亚洲大陆热低压、西太平洋副热带高压和高低层的辐合辐散运动影响南海夏季风的建立.