卫星Tbb资料揭示的夏季南中国海对流的变化特征

利用日本气象研究厅提供的1980年到1997年共18年3h一次的Tbb资料,计算夏季南中国海Tbb多年候平均值,采用研究多年候平均的Tbb≤-10C低值带的变化特征,来研究夏季南中国海对流活动的季节变化特征,揭示对流什么时候开始影响三亚飞行情报区和三亚飞行情报区哪块区域受对流影响最大.结果表明南海夏季对流在6月2候开始活跃,即三亚飞行情报区东南部对流开始活跃;6月5候、7月6候、8月4候对流活动对三亚飞行情报区东南部影响极大;南海对流活动具有明显的区域权重性,对流活动主要在南海东南部海面上,对三亚飞行情报区东南部影响较大;对流强度有明显的月内振荡;对流活动区域呈明显东西向振荡.     

南海区域对流活动的气候特征及其与ENSO的关系

利用1979—2013年NCEP再分析向外长波辐射、降水率和ENSO指数资料,运用联合经验正交函数等诊断方法,分析了南海区域各季对流活动年内、年际尺度变化特征和年际变化与同期ENSO指数的关系。结果表明：南海南部对流活动各月之间少变,南海中北部区域对流被抑制期和活跃期均较为持久,对流活跃区5月中旬中期跳跃北扩,9月后由北向南缓慢撤退;南海区域秋、冬和春季变化表现出良好的全区一致性,冬季对流活动较好地保留了上年秋季的异常状态,并进一步稳定地持续到春季;秋、冬和春季活动的年际变化很可能受ENSO调制,厄尔尼诺状态下,南海对流活动受抑制,拉尼娜状态下相反;夏季对流活动表现出南北反向型和全区一致型的两类重要年际变化形态,前者可能受ENSO的调制,厄尔尼诺抑制南端对流而使北端对流更活跃,后者有明显的线性趋势,气候变暖使夏季南海上空对流更活跃;春季对流的异常状态很难持续到夏季。     

华南及邻近海域夏季深对流活动气候特征

利用具有较高时空分辨率与很好时空完整性的11年(1996—2007年，无2004年)6—8月静止卫星数字红外云图和TBB资料，给出了华南及邻近海域夏季深对流活动气候分布特征，并同文献中给出的雷暴日分布和闪电分布进行了对比分析。结果表明，华南及邻近海域夏季深对流活动有5个活跃中心，其月变化特征与大尺度环流背景密切相关。6月华南陆地区域深对流活动较活跃，7、8月南海海域深对流活动较活跃。华南及邻近海域深对流活动具有间歇性发展特征，其周期大约为3～5候，但华南海岸线附近为海陆过渡区域，深对流活动持续比较活跃且间歇性特征不突出；深对流活动旬与候变化特征表明华南陆地区域和南海海域深对流活动呈现反相关变化趋势。深对流活动的日变化特征显示该区域陆地与海洋、山地与盆地的热力差异所导致的海陆风环流与山谷风环流使得华南海岸线附近区域的深对流活动具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征，山地与盆地的深对流活动具有显著的午夜后向盆地传播的特征。深对流活动日变化特征还表明该区域不仅具有一般热对流、海洋深对流和双峰型深对流等多种类型对流活动，且两广海岸线邻近区域具有持续时间长、日变化较不显著的海岸线深对流和其它天气系统触发和维持的深对流。     

2003年夏季OLR特征及与中国异常天气的关系

利用NOAA卫星观测的多年平均OLR及2003年的OLR资料,分析了2003年夏季OLR场的异常特征及其与2003年中国夏季异常天气的关系。结果表明,2003年夏季在60～150°E范围内热带辐合带(ITCZ)主要分布在赤道以北的阿拉伯海、孟加拉湾到南海地区,其中孟加拉湾、阿拉伯海地区的对流较常年偏强,而南海地区的对流较常年的偏弱;菲律宾以东洋面的OLR场数值异常偏高,对流活动异常不活跃,这是2003年台风异常偏少的主要原因;OLR大于250W·m-2的区域所表征的西太平洋副热带高压与常年相比,表现为南北活动相对稳定、东西出现振荡、强度偏强的特征,这是2003年南方持续高温酷暑天气的主要原因之一。     

南海热带对流季节内振荡对江淮流域旱涝影响的初步分析

使用TBB17年逐月、候平均资料和欧亚500hPa候平均高度距平场,计算了南海地区逐月TBB的标准差,分析其时空分布特征。采用带通滤波方法,分析了江淮流域旱(1985年)、涝(1991、1998年)年南海地区TBB季节内振荡及其经向传播特征。结果表明,江淮流域涝年,南海地区TBB30～60d和10～20d振荡十分活跃,向北传播非常明显。当TBB强对流位相传播到30°N附近的副热带地区时,激发其对流扰动加强,造成江淮流域集中暴雨。而旱年则相反。南海和30°N地区对流活动的强弱差异与500hPa候平均高度距平场的遥相关揭示出江淮流域旱涝年波列结构有很大的不同。     

南海夏季风的低频特征

利用１９７５－１９９３年（其中１９７８年缺）的向外长波辐射（ＯＬＲ）资料,分析了南海低频振荡的季节变化特征及其与南海夏季建立和活动的关系。结果表明：南海低频振荡在夏季期间比冬季风期间明显较强,南海夏季风一般在初夏第一个较强低频荡的负值位相开始建立;南海夏季风期间低频振荡的环流实体是ＩＴＣＺ的南北振荡和西太平洋高压西脊点的东西摆动,低频振荡与现海季风的活跃和中断（或减弱）密度相关;南海低频振荡与大气     

我国东部夏季降水季节内振荡与低频大气环流演变特征分析

利用1979—2017年夏季逐日气象数据,使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解和超前滞后回归方法分析了我国东部地区夏季降水季节内振荡（Intra-seasonal Oscillation,ISO）的时空特征及其与低纬和北太平洋中高纬度低频大气环流的联系。结果表明：EOF分解的第一模态表现为我国东南部地区ISO降水显著偏多,而我国北方地区偏少的空间型,相应的低频向外长波辐射（Outgoing Long wave Radiation,OLR）场表现为我国东南部地区低频对流异常活跃,而北方地区异常不活跃的南北偶极子型分布。位于南海至副热带西太平洋上空的低频对流异常活跃区与低频上升气流和低频水汽辐合带协同北传和西北传,在我国东南部地区ISO降水异常偏多位相峰值之前一周抵达华南上空,我国东部地区ISO降水开始呈现出南北偶极子空间型;与此同时,200 hPa低频经向风在北太平洋中高纬度表现为一个纬向低频波列形式,并向西传播,当低频波列中的低频南风异常西传到东亚—日本岛上空时,与低纬北传的高层异常北风形成经向对比,造成我国东南部地区上空出现强的低频散度异常。以上低纬度低频信号西北传与北太平洋中高纬度低频波列西传的协同作用,使得异常活跃的对流活动、水汽异常辐合区、异常上升运动和高层异常辐散区均锚定在我国东南部上空,形成该地区ISO降水异常偏多位相。     

基于静止卫星的青藏高原及周边地区夏季对流的气候特征分析

利用2010-2014年静止气象卫星FY-2E的红外TBB资料,分析了夏季青藏高原（高原）及周围地区对流的气候特征。分析表明,5月,高原最主要的对流发生在东部边缘。6月,随着亚洲夏季风爆发,最强的对流（强对流）发生在高原的东南侧。7-8月,强盛的西南风给高原中东部部分地区带来丰沛的水汽,高原的东南部形成一条对流（强对流）活跃带。在高原西部,对流发生频率大于6%的区域出现在西部南麓的时间约为37候,并于7月底-8月初到达最北。在高原中部,对流（强对流）开始活跃的时间为6月上旬（中旬）,维持整个盛夏,并分别经历3次向北推进,最北约到达34°N。在高原东部,5月底开始对流都处于相对活跃期,有3次（两次）对流（强对流）的北进。高原对流（强对流）发生频率存在两个季节内变率大值区,分别位于高原中南部雅鲁藏布江中段和高原东南部西藏、青海、四川三省交界处。对流发生频率的第一模态主要是高原东南部和南部的印度季风区对流的反向模态,第二模态则体现了高原西部和印度大陆80°E以西地区与南亚大陆80°E以东地区的对流发生频率的三极型变化。      

夏季季节内振荡对西北太平洋台风活动的影响

利用夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation, BSISO)指数和台风密集度分析了夏季季节内振荡和西北太平洋台风活动的关系。台风密集度定义为一天内500 km范围内台风出现的概率,与台风经纬度位置相比,台风密集度可更灵活地表达台风生成及移动特征。结果表明夏季季节内振荡对台风活动有明显的调制作用。当夏季季节内振荡指数1(BSISO1)处于第1、5、6、7、8位相时,南海及菲律宾以东海域台风活动明显增强;当夏季季节内振荡指数2(BSISO2)处于第2、3、4位相时,西北太平洋台风活动也明显增强。当夏季季节内振荡处于这些位相时,台风活动增强与南海及菲律宾以东海域环流气旋式异常、对流活动正异常相一致。      

苏门答腊地区对流活动及其与南海夏季风建立的关系

使用日本气象厅提供的1980-1997年TBB资料和NCEP／NCAR 40a逐日再分析资料,分析了苏门答腊地区对流活动特征及其与南海夏季风建立的关系,发现南海夏季风的建立与冬季位于苏门答腊的对流中心由冬入夏沿“大陆桥”和中南半岛的系统性移动有密切联系。苏门答腊地区对流沿“大陆桥”移动加快是一个先兆信号,正是对流移动的突然加速,对随后中南半岛对流增强有直接影响;中南半岛地区对流爆发引起副热带高压带在该地区断裂从而导致了南海地区对流活跃和夏季风的建立。南海夏季风爆发之前,南海地区与苏门答腊地区的对流呈偶极型分布;南海地区和苏门答腊南部地区的对流变化几乎呈反相关关系,南海夏季风爆发之前,苏门答腊南部地区对流旺盛;南海地区对流增强期间,苏门答腊南部地区对流减弱。由此可以把南海地区与苏门答腊南部TBB之差小于等于5K(并维持1候)的开始日期作为南海夏季风爆发的指标之一。     

南海夏季风季节内振荡的年际变化研究

利用NCEP/NCAR风场、 垂直速度再分析资料和NOAA的逐日向外长波辐射 (简称OLR) 资料, 运用Butterworth带通滤波方法, 对南海夏季风季节内振荡 (简称ISO) 的特征和年际变化情况进行了初步研究。气候平均状况下ISO在亚洲季风区存在5个活动中心, 其中包括南海南部地区 (5°N～15°N, 110°E～120°E)。气候平均状况下南海ISO在5～9月有三次比较明显的活跃过程。以850 hPa风在西南方向上的投影 (Vsw) 经30～60天带通滤波后的绝对值在南海区域的夏季平均定义了当年南海夏季风ISO活动指数, 以此确定了南海夏季风ISO活跃年和不活跃年, 并由此提取了两者在逐日序列和水平分布场特征上的差异。通过对南海夏季风ISO活跃年与不活跃年ISO信号差别的研究发现: 在南海夏季风ISO活动较活跃年份的一个完整周期的8个位相合成中, 低频对流中心从热带印度洋西部东传到达南海后, 受Walker环流和西太平洋副热带高压底层东风气流阻挡等其它动力和热力因素的影响转向东北传。春季南海地区较强的Walker环流和对流活动有可能作为南海夏季风ISO活跃的前期信号。     

Effect of the westward-propagating zonal wind anomaly on the initial development of quasi-biweekly oscillation over the South China Sea during early summer

以往许多研究揭示了夏季西太平洋及其南海地区准双周振荡纬向西传的传播特征。然而,本研究通过对南海初夏(5-6月)准双周振荡典型事件的合成分析发现,南海初夏准双周对流和经向风异常表现为局地变化的特征,而纬向风异常却表现为纬向西传特征。通过对准双周散度异常倾向的诊断分析,表明与纬向风异常相关的效应异常项领先于准双周散度异常,可以加强准双周对流及经向风异常的强度,从而促进南海夏初准双周振荡的初始发展。     

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。     

南海夏季风对流季节内振荡的频谱变化特征

利用1980～1997年TBB资料和海表温度（SST）资料,诊断分析了南海对流季节内变化频谱及强度的变化特征,并探讨对流季节内振荡强度与对流本身强度以及南海SST之间的关系。结果表明,南海对流季节内变化强度及频谱存在明显的年内变化、年际变化和年代际变化特征;南海地区夏半年对流及其ISO1强度与后期冬季南海SST有一定的关系,当夏半年对流较强（弱）,ISO1较强（弱）时,则后期冬季南海SST偏低（高）。     

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。     

东亚夏季风环流和雨带的季节内变化

基于常规气象要素资料及变差度方法, 分析了东亚夏季风环流的演变特征, 发现东亚地区在夏季期间存在两次明显的次季节突变, 主要表现为西太平洋副热带高压 (副高) 的两次东退北跳, 第一次是在6月中旬, 第二次是在7月下旬。由于副高与雨带密切相关, 雨带在演进过程中也呈现出两次明显的突跳, 分别对应于江淮流域至日本一带梅雨期以及中国华北和东北雨季的开始。较第一次北跳而言, 副高的第二次北跳更为明显。副高的第一次北跳主要受南海地区对流活动加强的影响, 而第二次北跳则是暖池对流活动与高纬地区环流共同作用的结果。暖池地区向东北方向传播的Rossby波列以及高纬地区东传的Rossby波通过锁相作用使得副高强烈北跳。此外, 副高与其西部边缘凝结潜热的相互作用导致副高发生季节内的低频振荡。 风场变差度的分析表明, 高纬地区对流层中低层环流的调整随着夏季季节进程逐渐减弱, 这与中高纬地区温差的变化有关。而高纬地区高层环流的调整在夏季后半期随着高度的增加却逐渐增强, 这与高层环流从夏到冬的季节变化有关。从风场相似度的变化上还可以看到, 副高第二次北跳后东亚地区呈现出明显不同的环流状态。 南半球环流对于南海及暖池地区对流活动的增强有重要影响。6月中旬, 南海与暖池地区对流活动的增强是由于南海西边界西风加强并向东扩展造成的, 这与马斯克林高压 (马高) 的加强密切相关。而在7月中旬, 澳大利亚高压 (澳高) 的增强使其东北部的越赤道气流加强, 南半球大量冷空气侵入到暖池地区, 加强了暖池地区的不稳定性以及低层的辐合, 从而使暖池地区的对流活动增强。但在夏季前半期, 暖池对流活动也可调制澳高强度与其东北部越赤道气流强弱的关系, 使得二者呈现出相反的变化趋势。南半球冬季期间, 澳高在振荡中减弱, 这与澳洲大陆下垫面温度及上游马高的能量频散有关, 前者影响澳高的变化趋势 (减弱), 而后者影响澳高的低频振荡。     

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流活动对南海夏季风爆发的影响

利用1979-2003年NCAR/NCEP-2再分析全球日平均资料,及1979～2003年全球候平均的CMAP降水和NOAA日平均的向外长波辐射资料,分析了中高纬大气环流异常和低纬30～60天低频对流的活动对南海夏季风爆发迟早的影响.分析结果表明,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度负距平(低频气旋)、中纬度大陆为位势高度正距平(低频反气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度负距平(低频气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度正距平(低频反气旋)时,副热带高压脊较早撤出南海,与此同时,孟加拉湾东部低频对流活跃东传,菲律宾南部周围低频对流发展西移,华南地区低频对流活动南移以及加里曼丹低频对流活跃北移.在这种情况下,南海夏季风爆发偏早.相反,当5月1～15日期间乌拉尔山及其以西地区对流层出现位势高度正距平(低频反气旋)、中纬度大陆为位势高度负距平(低频气旋)、我国东部沿岸地区为位势高度正距平(低频反气旋)、鄂霍次克海地区为位势高度负距平(低频气旋)时,副热带高压脊撤出南海较迟; 与此同时,孟加拉湾东部低频对流不活跃、东传晚,菲律宾南部周围低频对流不活跃、其西移与孟加拉湾东部低频对流的东传反位相,华南地区低频对流活动也不活跃,加里曼丹低频对流较弱.在这种情况下,南海夏季风爆发偏迟.     

南海—西北太平洋地区低频振荡特征及其对TC群发过程的影响

根据中国气象局上海台风研究所整编的热带气旋最佳路径数据集(CMA-STI),以及定义的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)群发标准,分析了南海—西太平洋地区的低频振荡特征,及其对TC群发活动的影响,研究了TC群发与季风槽的关系。结果表明,孟加拉湾—西太平洋的近赤道地区有两支主要的对流区,分别位于南海—西太平洋地区和孟加拉湾东南部。10~20 d大气准双周振荡(Quasi-Biweekly Oscillation,QBWO)周期是南海—西太平洋地区对流活动的主要周期,大部分年份QBWO占原始序列的方差贡献达20%以上。QBWO的强度具有明显的年际变化,20世纪80年代以前强度变化较大,80年代之后变化较小。根据定义的TC群发标准,发现1990年6—9月西北太平洋地区共有4次TC群发过程,都发生在低频对流活动的湿位相。分析对流活动干位相—湿位相—干位相的演变,发现TC的群发期集中在湿位相,湿位相期间大气低层为低频气旋性环流,较强的正涡度有利于初始涡旋扰动的形成和发展,为TC群发提供了有利的环流背景场。根据定义的季风槽强度指数,发现季风槽强度与TC群发过程有很好的对应关系,由于季风槽的活跃使得对流活动处于湿位相期,同时季风槽区提供了有利的正涡度条件,促使TC群发活动产生。