影响南海夏季风爆发因子的诊断研究

通过南海夏季风爆发偏早年和偏晚年前期冬春季东亚地区的环流、积雪及海温等要素特征的诊断分析,揭示了南海夏季风爆发时间早晚与前期冬季东亚大气环流、热带对流、热源及热带太平洋海温的异常分布有密切联系,南海夏季风爆发偏早年的前期有冬季风偏强,高原积雪偏少,海洋大陆地区的对流活跃、热源增强及LaNina型海温分布等主要特征;南海夏季风爆发偏晚年的前期特征则基本相反。根据1997～1998年冬春环流、积雪及海温等的特征作了1998年南海夏季风爆发时间的预测,其结果与1998年的实况基本一致。     

异常南海夏季风的OLR前期特征

应用1979-1999年NOAA卫星月平均OLR资料及1950-1999年NCAR/NCEP再分析的海表温度月平均资料，采用合成分析的方法对异常南海夏季风爆发前期的特征进行分析，并做信度检验。结果表明，在季风爆发的前期，对流活动和海温的异常与南海夏季风的异常关系密切。OLR在初春、垂直速度在整个前期与南海夏季风的异常存在着极强的相关性。在强（弱）南海夏季风年的前期，热带海温基本呈LaNina(ElNino)型分布，其中在12月，海温的距平分布与来年南海夏季风的强弱关系最为密切。     

异常南海夏季风的OLR前期特征

应用 1979～ 1999年 NOAA卫星月平均 OL R资料及 195 0～ 1999年 NCAR/ NCEP再分析的海表温度月平均资料 ,采用合成分析的方法对异常南海夏季风爆发前期的特征进行分析 ,并做信度检验。结果表明 ,在季风爆发的前期 ,对流活动和海温的异常与南海夏季风的异常关系密切。OL R在初春、垂直速度在整个前期与南海夏季风的异常存在着极强的相关性。在强 (弱 )南海夏季风年的前期 ,热带海温基本呈 L a Nina(El Nino)型分布 ,其中在12月 ,海温的距平分布与来年南海夏季风的强弱关系最为密切     

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.     

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。     

南海夏季风爆发与热带海洋海温和大气环流异常变化关系的研究

用合成和相关分析方法及SVD技术研究了南海夏季风爆发早、晚年份4～6月季风建立时期季风环流的异常及其与热带太平洋-印度洋海温的关系。结果表明,南海夏季风爆发与热带大气环流和海温变异密切相关。（1）当热带中、东太平洋—印度洋（主要在西南部）及南海海温低（高）,西太平洋—澳洲邻近海域海温高（低）时,南海夏季风爆发早（晚）。不同区域海温对季风的影响有明显的季节差异,印度洋主要为晚春至初夏（4～6月）,南海为5～6月,而热带太平洋从前冬一直持续到夏季。（2）不同的海温异常产生不同的季风环流型,南海夏季风爆发早、晚年大气环流的异常变化基本相反。南海夏季风的活动主要受印度季风环流变化的影响,与前期冬春季西太副高的强弱及位置变化密切相关。西太副高弱时,南海夏季风爆发早;反之,爆发晚。（3）热带太平洋—印度洋海温异常引起季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发早、晚的物理过程。     

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。     

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.     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系Ⅰ.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用.当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早).在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型.对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚).而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚).     

印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系I.耦合分析

运用CSVD和联合CSVD等较新颖的统计方法,在去除/未去除ENSO影响的思路下,探讨了印度洋海温异常和南海夏季风建立迟早的关系,结果表明:在没有去除ENSO信号(外部作用)影响的情况下,全区一致型的海温异常分布对南海夏季风建立迟早起着重要的作用。当全区温度距平为正(负)时,南海夏季风建立较晚(早)。在去除了ENSO信号的影响后,非ENSO全区一致型和SIODM型是影响南海夏季风建立早晚的两个主要的印度洋海温分布型。对于非ENSO全区一致型的海温分布,当前期海温全区为负(正)距平时,南海夏季风建立较早(晚)。而对于SIODM型的海温分布,则当前期海温距平为西负东正(西正东负)的SIODM型时,南海夏季风建立较早(晚)。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。     

2019年南海季风爆发异常偏早的机制分析

利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析资料及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐日向外长波辐射、海温距平等资料诊断分析2019年中国南海季风爆发异常偏早的机制。结果表明:（1）南海季风爆发于5月6日，青藏高原和中南半岛热源较常年弱，对季风爆发无明显影响。（2）中高纬度环流中期变化过程中在青藏高原及附近区域形成为期两周的偏强高压脊，来自热带的暖平流以及青藏高原东部晴空辐射强等因素使其温度偏高，起到加快海陆热力差异季节转变进程的作用，对季风爆发至关重要。（3）孟加拉湾气旋 “Fani”北上及登陆后迅速减弱后的残留低压的凝结潜热释放，“Fani”凝结潜热释放和气旋性环流增强诱发孟加拉湾西南季风爆发从而引起西南季风暖平流输送，因“Fani”而加强北跳的南亚高压反气旋环流的暖平流输送，“Fani”影响结束后西南季风与东亚冷槽后部回流辐合产生降水释放凝结潜热等因素，一步接一步，形成了加剧温度正距平的“接力”，最终导致中国南海地区温度梯度增强，越赤道气流增强，南海季风爆发。（4）厄尔尼诺及赤道西太平洋实时海温阶段性正距平增大使得西北太平洋副热带高压偏西偏强，本身不利于季风爆发；但其西端的偏东风在赤道印度洋与中高纬度南下的偏北气流辐合，并在赤道印度洋和孟加拉湾海温正距平阶段性增强的背景下得以强烈发展，生成孟加拉湾气旋“Fani”，其在北上过程中发展成为台风，由此引起大气环流一系列变化，最终导致南海季风的偏早爆发。      

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

The Potential Predictability of the South China Sea Summer Monsoon in a Dynamical Seasonal Prediction System

The potential predictability of climatological mean circulation and the interannual variation of the South China Sea summer monsoon (SCSSM) were investigated using hindcast results from the Institute of Atmospheric Physics Dynamical Seasonal Prediction System (IAP DCP),along with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data from the period of 1980-2000.The large-scale characteristics of the SCSSM monthly and seasonal mean low-level circulation have been well reproduced by IAP DCP,especially for the zonal wind at 850 hPa;furthermore,the hindcast variability also agrees quite well with observations.By introducing the South China Sea summer monsoon index,the potential predictability of IAP DCP for the intensity of the SCSSM has been evaluated.IAP DCP showed skill in predicting the interannual variation of SCSSM intensity.The result is highly encouraging;the correlation between the hindcasted and observed SCSSM Index was 0.58,which passes the 95% significance test.The result for the seasonal mean June-July-August SCSSM Index was better than that for the monthly mean,suggesting that seasonal forecasts are more reliable than monthly forecasts.     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

东亚下垫面热力异常与南海夏季风爆发早晚和强弱的关系

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料,采用Mann-Kendall 突变检验方法,并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值,讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明,我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后,且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征,发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱),华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大,有利于北方的冷空气向南输送。此外, 气候变暖后我国南方地面气温升高,海陆热力差异减小,东亚热带冬季风减弱,有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送,并在东南部形成异常的水汽通量辐合,有利于形成强降水。气候变暖后,中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化及可能原因

基于NCEP/NCAR再分析资料,利用信噪比(SNR)方法研究了南海夏季风强度潜在可预报性的年代际变化,结果表明:南海夏季风强度潜在可预报性在20世纪80年代出现了由潜在可预报性偏低位相向偏高位相的年代际转折。进一步的研究发现,南海夏季风强度潜在可预报性和东印度洋—西太平洋(EIOWP)的海表温度(SST)存在明显的正相关。当EIOWP区域SST年际变率较大时,对南海夏季风影响较强,使得南海夏季风的外部信号增强,从而提高了潜在可预报性;当EIOWP区域SST年际变率较小时,对南海夏季风影响较弱,南海夏季风的外部信号进而减弱,潜在可预报性降低。