青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发I. 爆发地点

使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的客观分析资料、ECMWF/TOGA补充数据集,美国NMC气候分析中心的向外长波辐射（OLR）资料以及国家气候中心存档的中国336个测站的降水资料,研究了1989年春天青藏高原和邻近地区的热力特征和环流特征,及其对亚洲季风区季节转换的影响。文中集中分析了表面感热和潜热通量的时空分布特征。结果表明:1989年亚洲季风的爆发由三个接续的阶段组成。第一阶段是5月上旬在孟加拉湾东岸,称为孟加拉（BOB）季风爆发阶段。第二阶段是5月20日左右开始的中国南海（SCS）季风爆发阶段。第三阶段是6月10日左右开始的印度上空的南亚季风（或称印度季风）的爆发阶段。分析表明,正是由于青藏高原的热力和机械强迫作用才使亚洲季风首先在孟加拉湾地区出现。BOB季风环流提供了有利的背景条件,使SCS季风接着爆发。最后随着亚洲热带流型的西移,印度季风爆发才发生。     

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅱ青藏高原及邻近地区地表感热加热的作用

本文是系列文章的第二篇,首先分析了１９８９年亚洲夏季风爆发时期青藏高原及邻近地区地表感热通量和大气温度场季节变化的基本特征,着重讨论了春季高原地表感热加热和亚洲季风爆发的联系,然后分析了１９８０～１９８９年１０ａ南海季风爆发的气候学特征。上述工作表明,在春末初夏过渡季节,高原上空大气温度变化出现阶段性的跃升,并同亚洲夏季风阶段性的爆发有很好的对应关系。高原地表感热通量的持续增大导致了对流层高层局地反气旋式扰动环流的出现,使南亚反气旋北进的过程明显受到高原局地热力环流的调制,而热带东风急流入口区所产生的强烈的高层辐散,提供了有利于热带季风对流在南海地区首先爆发的动力学条件。此外,从５月份至６月中下旬,青藏高原、伊朗—阿富汗上空强大暖中心相继建立的结果,直接导致了热带地区上空大气南北温度梯度的反向依次在南海—孟加拉湾东部和阿拉伯海—印度次大陆由东向西相继建立,从而决定了亚洲季风建立的过程在不同地区爆发的时间不同。     

南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响

利用1961—2020年广西地面气象观测站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响。结果表明,当南海夏季风爆发偏早时,东亚大槽显著偏强,中高纬度地区经向环流增强;华南沿海西南风显著偏强,配合中高纬度偏强的经向型环流引导北风南下,南北风在广西上空交汇;印度洋到海洋性大陆热带季节内振荡（MJO）处于对流活跃位相,且向东移动明显,低频对流带在西南季风引导下向广西输送;广西上升气流显著偏强,暴雨日数偏多。反之,暴雨日数偏少。     

中南半岛地区热力特征对南海季风爆发的可能影响及机理

利用1998年5月1日－8月31日南海季风试验(SCSMX)产1980年1月－1995年12月NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析1998年和多年平均情况下南海夏季风爆发期间中南半岛地区热力特征，揭示该地区热状况的异常与南海夏季风爆发之间的可能联系，从而讨论引起南海夏季风爆发的可能机制。结果发现，南海季风爆发前中南半岛附近地区存在较强的持续地面感知加热并具有显的低频振荡特征，低层大气在中南半岛地区出现较强的暖中心，由此导致局地强的水平温度梯度和位势高度梯度，有利于加强该地区的西南风。南海季风爆发前中南半岛地区低层出现较强的辐合风，高层出现较强的辐散风，这种低层强的辐合，高层强的辐射散配置有利于垂直运动的发展，降水的加强，进而触发南海季风的爆发。对多年平均资料的分析也证实了1998年南海季风爆发过程中所具有的特征，并进一步发现南海季风爆发前中南半岛地区850hPa温度是逐渐增加的，且增温幅度大于南海地区上空，由此加强了中南半岛与南海之间的温差。另外，比纬圈温度偏差和位势高度偏差的分析中发现，南海季风爆发期间南海和中南半岛地区的副高东撤与中南半岛地区的增温和孟加拉湾低槽的向东扩展有关。     

亚洲夏季风爆发的基本气候特征分析

利用统一的亚洲热带夏季风爆发指标,重新制作了季风爆发日期的推进图,确证了亚洲热带夏季风最早在热带东印度洋与中印半岛中南部爆发的观点,这发生在26候(5月10日前后),28候(5月20日前后)在南海地区相继爆发,这两个地区的爆发是属同一季风系的不同爆发阶段。以后通过对海陆热力对比、季节内振荡等多方面的分析,对夏季风的爆发机制问题进行了深入的研究,提出了气候学意义下影响亚洲热带夏季风爆发的关键影响因子。在此基础上,给出了夏季风最早在热带东印度洋-中印半岛-南海地区爆发机理的一种概念模式图,即大气环流的季节进程是季风爆发的背景条件;而中印半岛及其邻近地区对流活动和感热与潜热加热的迅速增强与北推、印缅槽的强烈加深,以及高原东部地区的西风暖平流作用是夏季风爆发的主要驱动力,其结果是使经向温度梯度首先在这个地区反向并建立强的上升运动区,使热带季风和降水迅速发展和加强;来自不同源地的低频30—60 d和10—20 d季节内振荡的锁相则是夏季风爆发的一种触发因子,正是这些因子的共同作用导致了亚洲热带夏季风在这个地区的最早爆发。     

南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征

根据南海季风试验期间“科学1号”和“实验3号”在加密观测期间所得到的1天4次的探空观测资料,分析了南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征。结果表明：（1）南海北部季风爆发的日期是5月17日,而南海南部季风爆发的日期是5月21～22日左右,季风爆发在南海北部表现出与南部明显不同的特征,其突然的爆发性更为显著。（2）南海季风爆发前后,混合层高度的变化在南海南部与南海北部有明显的不同。在季风爆发前,都存在着明显的混合层,但其厚度不同。南海南部混合层的高度变化在930～970hPa范围内,而南海北部偏高,约为900～980hPa。随着季风的爆发,混合层厚度减小,甚至消失。（3）南海季风爆发前后对流层中低层表现出明显不同的层结结构。季风爆发前,空气比湿较小,大气稳定,混合层顶高度较高,在对流层中存在一个明显的干层。随着季风的爆发,干层逐渐减弱,或趋于消失。这主要是由于季风爆发后,西南季风把大量暖湿空气输送到南海地区,对流活动增强,大气呈现不稳定层结并伴有降水发生的结果。     

海洋性大陆区域OLR的气候低频振荡及其与中国降水的可能联系

利用1979—2009年NCEP/NCAR再分析资料和地面观测站降水资料,研究了海洋性大陆（Maritime Continent,MC）区域的低频振荡气候学特征及其与中国东部降水扰动的关系。结果表明:气候平均状况下MC区域存在显著的低频振荡（CLFO）,30～60 d季节内振荡在4—9月强度最大,且MC区域为低频OLR方差贡献率大值区。低频时间尺度上,MC区域OLR在4—9月有4次比较明显的活跃过程,在1～4（5～8）位相,对流相对较弱（活跃）。OLR的CLFO在热带地区显著东传,在南北方向亦存在位相的传播。从MC区域经南海、菲律宾群岛至中国长江流域存在类似于EAP波列（或P-J型遥相关）的扰动环流分布。不同位相上,低频环流及加热场的变化表明,中国降水的扰动在4—9月间受到MC区域CLFO的可能影响。低频热力场在南北方向上呈现EAP波列状或P-J型遥相关状分布。在OLR的CLFO的峰（谷）位相时,MC区域低层辐散（辐合）,高层辐合（辐散）,低频对流相对较弱（较强）,在MC区域至日本海激发EAP波列（或P-J型遥相关）;在对流层上层南亚高压因低频气旋（反气旋）而位置偏东（偏西）;中国的江南及河套地区降水偏少（偏多）,西南及青海、甘肃等地降水增加（减少）。在转换位相时,MC区域低频对流在部分地区更为活跃,在对流层低层激发低频的气旋-反气旋-气旋的波列,南亚高压偏南,长江中上游、吉林地区出现明显的辐合区,降水偏多,黄淮之间及云贵地区降水偏少。这些结果有助于人们深刻认识气候学意义上的低频振荡特征及LFO的季节锁相问题,有利于进一步认识中国不同地区降水扰动的成因。      

季风与ENSO的选择性相互作用:年循环和春季预报障碍的影响

本文主要基于对Webster and Yang（1992）一文的回顾,讨论了年循环在季风和ENSO相互作用中的作用、春季预报障碍（SPB）、Webster-Yang指数（WYI）、以及亚洲夏季风的前期讯号等内容。亚洲季风和ENSO作为全球天气和气候变率的主要来源,它们之间的相互作用存在明显的年变化和季节“锁相”特征:在北半球秋冬季,亚洲季风对流活动最弱,此时ENSO的信号最强;但是到了北半球春季,亚洲季风对流快速爆发,而此时的ENSO信号却迅速衰减。亚洲季风和ENSO位相的错位变化使得热带海—气系统的不稳定性在北半球春季达到最大,此时任意一个微小的扰动都容易快速增长,最终导致基于ENSO的预报技巧减小。亚洲夏季风环流本质上可以看成是大气对副热带地区潜热加热的低频罗斯贝波响应,它具有很强的垂直风切变,这是WYI定义的物理基础。WYI数值越大,代表垂直东风切变越大,即亚洲季风环流增强,反之亦然。利用WYI与前期大气环流场、欧亚雪盖、土壤湿度等物理量进行回归分析,结果表明:当亚洲夏季风增强时,前期冬季和春季,在北印度洋和亚洲副热带地区上空出现东风异常,同时在更高纬度地区伴随出现西风的异常;此外,副热带地区如印度次大陆、中南半岛和东亚的土壤湿度增大;中纬度地区尤其是青藏高原中西部的积雪密度明显减小。这些前期讯号的发现有助于我们构建动力统计模型,进而提高对亚洲夏季风的季节预报水平。     

地形强迫在高纬地区30～60天低频振荡中的作用

利用30～60天带通滤波器对高纬地区500 hPa_1～2波的振幅及位相角进行滤波。发现30～60天低频振荡沿纬圈方向的传播是围绕一个平衡位置的振荡,其振荡范围在100o之内,而在不同振荡周期之间表现出不同的特点。它们分别是:（1）振荡型,即波向西或向东传播速度大致相等;（2）向西传播较慢而向东传播较快型;（3）向东传播较快而向西传播较慢型。还利用以地形为强迫的二层斜压模式对产生低频振荡机理进行了分析和数值研究,结果表明,在一定的选定参数之下,地形强迫可使模式大气产生30～60天的低频振荡,且具有3种振荡类型,其图像与观测结果的图像有较好的一致性,产生这种振荡的机制是地形强迫波在某些位相是发展的,而在另一些位相则是衰减的。而波的传播速度与振幅的大小有关。当波振幅较小时,地形强迫作用会迫使波的位相回到被激发时的位相,从而形成周期振荡。     

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。     

Onset of the regional monsoon over Southeast Asia

Summary ?This is an observational study in which regional features of the different summer monsoon components over Asia especially the South China Sea (SCS) are examined. The authors use various data sets including satellite measurements to understand the onset, maintenance, and retreat of monsoon and explain the connection and independence among the variabilities in the monsoon components. It is shown that while outgoing longwave radiation (OLR) data can only measure tropical convection, upper-tropospheric water vapor band brightness temperature (BT) represents appropriately convective precipitation in both the tropics and the extratropics. The authors define criteria for measuring the SCS monsoon using precipitation, BT, OLR, and lower-tropospheric winds and suggest that multi-variables should be considered to depict regional monsoon features adequately. Under the criteria defined in this study, the SCS summer monsoon is considered as an expansion of deep convection from the tropics. The onset of the monsoon occurs in mid-May, with its precursory signal found over the Indochina peninsula. It is characterized by an abrupt establishment, especially over the central SCS. Although the role of convection over the southern SCS in the monsoon onset is unclear, the early precipitation over the northern SCS and South China, resulted from the effect of subtropical fronts, is separated from the tropical monsoon rainfall. The relative independence from one monsoon component to another is explained by the effects from local topography and land-sea thermal contrast. Received November 5, 1999/Revised April 13, 2000     

热带环流演变与南海季风爆发

利用1958－1997年的NCEP／NCAR再分析资料，分析了南、北半球中低纬环流的气候特征，并讨论了南海夏季风爆发与大尺度环流的关系。研究发现阿拉伯海经向环流管的上升气流和南半球纬向环流管的上升气流在5月份同时到达南海，经向环流管低层的偏西风和纬向环管低层的偏南风共同组成西南风，于是5月份西南季风在南海地区首先爆发。此外，由于青藏高原地形及各经度海陆分布的影响，造成太阳辐射加热不均，是热带夏季风爆发的直接原因，也是南海季风早于印度风爆发的重要原因。     

Onset of the summer monsoon over the southern Vietnam and its predictability

The summer monsoon onset over southern Vietnam is determined through a new criterion based on both in situ daily rainfall at six selected stations provided by the Institute of Meteorology and Hydrology, Vietnam, and the zonal component of the wind at 1,000 hPa from the National Center for Environmental Prediction/Department of Energy Reanalysis 2. Over the period 1979–2004, the summer monsoon onset mean date is on 12 May, with a standard deviation of 11.6 days. The temporal and spatial structures of the atmospheric conditions prevailing during the onset period are detailed. Clear changes are seen in the zonal wind (strengthened over the Bay of Bengal and changed from negative to positive over South Vietnam) and in convection (deeper), in association with an intensification of the meridional gradients of sea level pressure at 1,000 hPa and of moist static energy at 2 m over Southeast Asia. The predictability of onset dates is then assessed. Cross-validated hindcasts based upon four predictors linked to robust signals in the atmospheric dynamics are then provided. They are highly significant when compared to observations (56% of common variance). Basically, late (early) onsets are preceded in March–April by higher (lower) sea level pressure over the East China Sea, stronger (weaker) southeasterly winds over southern Vietnam, decreasing (increasing) deep convection over the Bay of Bengal, and the reverse situation over Indonesia (120–140°E, 0–10°S).     

长江中下游入梅指数及早晚梅年的海气背景特征

利用1957～2001年全国160站逐月降水资料和116站入梅日期资料,定义了一个长江中下游入梅指数,以定量描述长江中下游地区平均入梅的早晚,再结合ERA－40高分辨率再分析资料和ERSST海温资料,利用相关分析和合成分析, 分别研究了早、晚梅年同期（6～7月份）和前期（前一年12月份至当年5月份）的大尺度大气环流及海温的异常特征。结果表明:早梅年同期,200 hPa南亚高压偏北,印度北部、孟加拉湾－印度尼西亚－副热带太平洋地区上空的对流偏强,西太平洋副热带高压和赤道辐合带位置偏北,东亚副热带夏季风偏强,晚梅年则相反。前期1月份北太平洋涛动及4月份西太平洋暖池附近的对流与当年入梅早晚存在显著的相关关系:早梅年,1月份北太平洋涛动偏弱,4月份西太平洋暖池附近的对流活跃;晚梅年,1月份北太平洋涛动偏强,4月份西太平洋暖池附近的对流偏弱。此外, 从前期海温场来看,早梅年,1～4月份北大西洋中高纬地区海温偏低,低纬地区海温偏高,呈南北偶极子分布状态,2月份西太平洋暖池附近海域及北半球冬、春季环澳大利亚海域海温明显偏高,晚梅年情况正好相反。以上这些前期信号为长江中下游地区入梅的短期气候预测提供了参考依据。     

夏季索马里急流的建立及其影响机制

定义了夏季索马里急流（SSMJ）的建立指数，从而确定了1948--2002年的SSMJ建立日期，并以此为基础研究了SSMJ建立过程以及前冬海陆热力异常和冬季风异常对其建立早晚的影响。结果表明：SSMJ的建立是亚洲季风爆发的最早信号；其建立过程受到马斯克林高压、中非低压以及阿拉伯高压等非洲-印度洋系统的影响，而印度低压的发展有利于SSMJ越过赤道后向东转向；夏季索马里急流建立时间的年际变化反映了北半球冬季海陆热力差异的年际异常；强（弱）东亚冬季风时，次年春季SSMJ建立偏迟（早）。     

云南雨季开始期与热带OLR的联系

利用NCEP 1979—2003年1~12月再分析的OLR逐日、月平均资料及同期云南雨季开始期资料,通过相关统计、对比合成等方法,重点分析了南海和孟湾海区的OLR场变化对云南雨季开始期的影响。结果表明,南海和孟湾海区OLR在云南雨季开始偏早年与偏晚年之间差异明显,南海海区前期的对流活动对云南雨季开始期有更显著的指示性,但孟湾海区对流的强弱仍是影响云南雨季开始期的重要因素之一。     

Targeted Observations for Improving Prediction of the NAO Onset

Based on the viewpoint that the North Atlantic Oscillation(NAO) has an intrinsic timescale of approximate two weeks and can be treated as an initial value problem, targeted observations for improving the prediction of the onset of NAO events are investigated by using the conditional nonlinear optimal perturbation(CNOP) method with a quasigeostrophic model. The results show that flow-dependent sensitive areas for the prediction of NAO onset are mainly located over North Atlantic and its upstream regions. Targeted observations over the main sensitive areas could improve NAO onset prediction in most cases(approximately 75%) due to reduced errors in anomalous eddy vorticity forcing(EVF) projection in the typical NAO mode. Moreover, a flow-independent sensitive area is determined based on the winter climatological flow, which is located over North America and its adjacent ocean. The NAO onset prediction can also be improved by targeted observations over the flow-independent sensitive area, but the skill improvement is somewhat lower than that derived from observations over the flow-dependent sensitive area. The above results indicate that targeted observations over sensitive areas identified by the CNOP method can help to improve the onset prediction of NAO events.     

南海夏季风爆发的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式 (RegCM_NCC) 对南海夏季风爆发进行模拟研究。研究表明:该模式对积云对流参数化方案的选择十分敏感, 其中以Kuo积云参数化方案为最好, 可以比较成功地模拟出南海夏季风的爆发时间、爆发前后高、低层风场的剧烈变化以及季风与季风雨带的向北推进。然而该方案对于雨量和副热带高压位置的模拟, 与观测相比尚存在一定的偏差, 主要表现为副热带高压位置模拟偏北、偏东; 南海地区的降水量模拟偏少、降水范围偏小。此外, 采用4种参数化方案 (Kuo, Grell, MFS, Betts-Miller) 集成的结果在某种程度上要优于单个方案的结果, 这种改善主要体现在对南海地区季风爆发后降水的模拟上。     

The Earliest Onset Areas and Mechanism of the Tropical Asian Summer Monsoon

The multi-yearly averaged pentad meteorological fields at 850 hPa of the NCEP/NCAR reanalysis dada and the TBB fields of the Japan Meteorological Agency during 1980-1994 are analyzed. It is found that if the pentad is taken as the time unit of the monsoon onset, then the tropical Asian summer monsoon (TASM) onsets earliest, simultaneously and abruptly over the whole area in the Bay of Bengal (BOB), the Indo-China Peninsula (ICP), and the South China Sea (SCS), east of 90°E, in the 27th to 28th pentads of a year (Pentads 3 to 4 in May), while it onsets later in the India Peninsula (IP) and the Arabian Sea (AS), west of 90°E. The TASM bursts first at the south end of the IP in the 30th to 31st pentads near 10°N, and advances gradually northward to the whole area, by the end of June. Analysis of the possible mechanism depicts that the rapid changes of the surface sensible heat flux, air temperature, and pressure in spring and early summer in the middle to high latitudes of the East Asian continent between 100°E and 120癊are crucially responsible for the earliest onset of the TASM in the BOB to the SCS areas. It is their rapid changes that induce a continental depression to form and break through the high system of pressure originally located in the above continental areas. The low depression in turn introduces the southwesterly to come into the BOB to the SCS areas, east of 90°E, and thus makes the SCS summer monsoon (SCSSM) burst out earliest in Asia. In the IP to the AS areas, west of 90°E, the surface sensible heat flux almost does not experience obvious change during April and May, which makes the tropical Indian summer monsoon (TISM) onset later than the SCSSM by about a month. Therefore, it is concluded that the meridian of 90°E is the demarcation line between the South Asian summer monsoon (SASM, i.e., the TISM) and the East Asian summer monsoon (EASM, including the SCSSM). Besides, the temporal relations between the TASM onset and the seasonal variation of the South Asian high (SAH) are discussed, too, and it is found that there are good relations between the monsoon onset time and the SAH center positions. When the SAH center advances to north of 20°N, the SCSSM onsets, and to north of 25°N, the TISM onsets at its south end. Comparison between the onset time such determined and that with other methodologies shows fair consistency in the SCS area and some differences in the IP area.