伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变

主要基于美国NCEP和NCAR的再分析资料（1980～1996年），针对南海夏季风爆发日期进行合成分析，研究了伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变。其结果清楚地表明伴随南海夏季风爆发，南亚和东南亚地区的对流层低层风场、对流层高层位势高度场以及大气湿度场和垂直运动场都有极显著的变化。南亚和东南亚850 hPa上涡旋对的发展和活动以及500 hPa副高从南海地区的东撤对南海季风爆发起着重要作用。伴随南海夏季风的爆发，在孟加拉湾到南中国海一带整层湿度和500 hPa垂直上升运动都出现了极明显的增加。对流层高层和对流层低层环流演变的特征也清楚表明，南海夏季风爆发既是全球环流冬夏演变的一个部分，又有显著的区域性特征。本文还指出南海夏季风在北部比中部和南部早建立的结论依据不足，进而补充给出了亚洲季风爆发日期示意图。     

近40年青藏高原季风变化的主要特征

通过计算1961－1995的逐日青藏高原季风指数，初步确定了高原夏季风开始和结束的时间，在此基础上研究了季风指数的年际变化特征以及和500hPa高度场、东亚季风之间的可能联系。结果表明：夏季风开始和结束的时间呈反相关关系；高原季风的年际和年代变化明显；高原冬季风强（弱）与同期高原及乌拉尔山500hPa高度场偏高（低）以及东亚冬季风偏强（弱）相联系；高原夏季风偏强（弱）与同期贝湖至高原南部500hPa高度场偏低（高）、西亚和中国东部高度场偏高（低）以及东亚夏季风偏强（弱）相联系。     

季风指数及其年际变化II·南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度。指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关。绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变。季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度。最后分析指出,南海850 hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化。     

季风指数及其年际变化Ⅱ.南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度.指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关.绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变.季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度.最后分析指出,南海850hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化.     

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。     

东亚冬、夏季风强度指数及其与陕西降水变化的关系

使用最新的海平面气压资料计算了东亚冬、夏季风强度指数，分析了近50a东亚季风的变化特征，以及东亚季风强度与陕西省降水的同期和非同期相关关系，结果表明：强的东亚冬季风，易造成陕西省冬季降水偏少，强的东亚夏季风，易造成陕西省夏季北部多雨、南部少雨的气候特征，反之亦然。此外，比较了强弱东亚冬季风年北半球500hPa高度场距平特征差异，从大气环流方面分析了东亚季风影响陕西省气候变化的原因。     

南海季风爆发与风向改变指数关系初探

通过定义一个风向改变指数,探讨了该指数与南海夏季风爆发之间的关系,得到以下主要结论:利用Yamamoto突变检验,定义了南海关键区,南海季风爆发时,850 hPa上的风场在该关键区确有突变发生;南海夏季风爆发时的风场突变是全球风场突变的一部分;分析了南海关键区上该指数的空间分布和时间演变,发现30～300 hPa平均于5月初风场开始反向,其早于低层风场反向约2周,这对预报南海季风爆发具有启示意义.     

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。     

南海夏季风爆发与大气对流低频振荡的年际变化

根据1980～1991年云顶黑体温度（TBB）相位和强度的变化确定了南海夏季风爆发的时间,分析研究了夏季风爆发期间TBB场和850hPa风场的变化过程及其与海温的关系。结果表明:南海夏季风爆发平均时间是5月第4候,它爆发的时间和强度有显著的年际变化,并与大气的低频振荡及前期海洋的热力状况有密切关系。南海夏季风爆发早年（4月第6候）,副热带高压较弱,撤离南海较快,从赤道东印度洋到赤道西太平洋,大气对流活动较强,夏季风爆发南海早于孟加拉湾,季风爆发时90～100°E区域过赤道气流显著加强。夏季风爆发晚年（6月第1候）情况相反。南海夏季风爆发早晚与大气30～60天振荡到达南海的位相有关,前冬和早春南海海温的高低和4月中旬至5月中南半岛强对流区的出现时间,是南海夏季风爆发年际变化的前期征兆。根据前冬南海海温预测1998年南海夏季风爆发的时间和强度与实际相符。     

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验(SCSMEX)区1998年5～6月"科学1号"和"实验3号"观测船得到的一天4次加密探空资料,重点分析了南海北部地区(15～25°N,108～122°E)夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征.结果表明,南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化.季风爆发前,南海北部地区高层辐合、低层辐散,以下沉气流为主;季风爆发后,在200 hPa左右高层辐散,而在900～950 hPa左右低层辐合,并出现强上升气流.这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变,直接导致南海对流的快速发展,对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化.     

Multi-scale climate variability of the South China Sea monsoon: A review

This review recapitulates climate variations of the South China Sea (SCS) monsoon and our current understanding of the important physical processes responsible for the SCS summer monsoon's intraseasonal to interannual variations. We demonstrate that the 850 hPa meridional shear vorticity index (SCSMI) can conveniently measure and monitor SCS monsoon variations on a timescale ranging from intraseasonal to interdecadal. Analyses with this multi-scale index reveal that the two principal modes of intraseasonal variation, the quasi-biweekly and 30–60-day modes, have different source regions and lifecycles, and both may be potentially predicted at a lead time longer than one-half of their corresponding lifecycles. The leading mode of interannual variation is seasonally dependent: the seasonal precipitation anomaly suddenly reverses the sign from summer to fall, and the reversed anomaly then persists through the next summer. Since the late 1970s, the relationship between the SCS summer monsoon and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) has significantly strengthened. Before the late 1970s, the SCS summer monsoon was primarily influenced by ENSO development, while after the late 1970s, it has been affected mainly in the decaying phase of ENSO. The year of 1993 marked a sudden interdecadal change in precipitation and circulation in the SCS and its surrounding region. Over the past 60 years, the SCS summer monsoon's strength shows no significant trend, but the SCS winter monsoon displays a significant strengthening tendency (mainly in its easterly component and its total wind speed). A number of outstanding issues are raised for future studies.     

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。     

PRELIMINARY ANALYSES OF THE ACTIVITIES OF SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON IN 1998

The NCEP reanalyzed data, OLR and SST observations are used to study the onset time and the multi-time scales features of the South China Sea (SCS) summer monsoon in 1998 and its interaction with the sea surface temperature and the effect on the precipitation in Guangdong province. It is found that the 1998 SCS summer monsoon set in on May 17 (in the fourth pentad of the month). The year witnesses a weak monsoon with the OLR oscillating at cycles of about 1 month and the Southwest Monsoon of about 1/2 month. The mon-soon over the Bay of Bengal and the cross-equatorial current near 105°are two driving forces for low-frequency variations of the SCS monsoon. The weak activity in the year was resulted from positive anomalies of SST in the equatorial eastern Pacific in early spring and subsequent formation of positive anomalies of SST in the SCS through the Arabian Sea.     

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。     

南海海平面高度年循环的特征

根据 ＴＯＰＥＸ／ ＰＯＳＥＩＤＯＮ－ＥＲＳ高度计提供的海平面高度异常资料和并行海洋气候模式（ＰＯＣＭ）模拟海平面高度资料，分析了南海海平面高度年循环特征。结果表明：ｌ月，３月和５月海平面高度的异常值分别与７月，９月，１１月的异常值相反。ｌ月（７月），深水海区与吕宋海峡的海平面高度为负（正）异常，在大部分陆架区和南海的西和南部，海平面高度为正（负）异常。在３月（９月），除海平面高度异常的量级已减少，且较小的ＳＳＨ正异常（负异常）出现在南海的中部以外，海平面高度异常的分布型与 １月（７月）类似； ＳＳＨ的年循环的最大振幅出现在吕宋岛的西北海域；风的季节变化是南海ＳＳＨ季节变化的主要原因。     

南海夏季风爆发早晚环流EOF特征

取国家气候中心提供的南海夏季风爆发期≤26候的偏早年(1970、1973、1987、1989、1991),爆发期≥32候的偏晚年(1966、1972、1996、2000、2001),利用ECMWF逐日4月10日～5月10日资料,进行EOF进行展开.揭示南海夏季风爆发偏早、偏晚的前期环流特征.     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

STUDY ON THE CAUSE OF HEAVY RAIN 200506 （HR200506） IN GUANGDONG

A continuous heavy rain visited Guangdong province during June 18-25, 2005 (named Heavy Rain 200506, HR200506) and had resulted in enormous economic loss. The ageostropic Q vectors, θse,meridional circulation, computed from the NCEP reanalysis, and TBB are used to study the rainfall processes. The results indicated that a convective system moved northwards from the South China Sea (SCS)and stayed in Guangdong for several days, which was a direct cause of HR200506. The process is a result of the activity of the South China Sea summer monsoon. There were two rainbands of HR200506 in Guangdong. One laid in the north of Guangdong that produced frontal rainfall; another situated on the south of Guangdong which produced monsoon rainfall.     

NCEP和ECMWF资料表征南海夏季风的差异

比较美国国家环境预报中心（NCEP）和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的再分析资料,分析了二者用低层风场表征南海夏季风上的差异.结果表明,NCEP得到的南海夏季风指数有明显的减小趋势,而ECMWF则没有;二者在年际尺度上都能较好地表征南海夏季风强度,而年代际尺度上有明显的位相差.与西沙站的探空资料比较结果表明,NCEP在经向风上更接近观测资料,而经向风的趋势变化正是西沙站西南风减小趋势的主要贡献项;ECMWF资料在年代际尺度变化上更接近观测资料.与1998年南海夏季风试验SCSMEX的再分析资料比较显示,NCEP资料在空间上与SCSMEX资料更相似.