南海夏季风爆发时期的大气环流变化特征

利用美国国家环境预报中心和气象研究中心的42年模式再分析资料,采用合成分析的方法,考察了南海夏季风爆发时期环流季节变化的特征.研究发现:尽管采用不同指标确定的南海夏季风爆发时间在有的年份差别很大,但各种不同指标对应的南海夏季风爆发时期大气环流的变化具有某些共同的特征.通过对各种指标确定夏季风爆发时间一致年份的大气环流特征分析表明,延伸到南海北岸附近地区的海上锋区对流加热和孟加拉湾北部陆地上的对流加热、沿东亚近海向西太平洋推进的冷空气是控制南海夏季风爆发的主要因素.对南海夏季风爆发早与爆发晚的年份的合成环流特征进一步表明:爆发早的年份,影响东亚附近海区的冷空气势力和南海南部的对流活动相对强,而爆发晚的年份,冷空气和南海南部的对流活动的影响要相对弱的多.日本本岛南部黑潮海区因冷空气激发的对流活动对南海夏季风的爆发也有重要的影响.     

春季南海南部上混合层数值模拟与数值实验

采用一维湍动能模式对南海南部的 SST及混合层进行数值模拟和数值试验。结果表明 :TKE模式能够模拟南海南部的海表面温度 SST以及除南海南部 5月中旬以外的上混合层深度随时间变化基本特征。在 5～ 6月 ,SST的日振荡主要依赖于短波辐射的日变化 ,风的混合作用抑制了 SST的日周期振荡。春季夏季风爆发期间 ,南海海面潜热通量和感热通量与短波辐射和风应力相比较 ,是一个对 SST和混合层影响较小的量。在春季南海南部 ,短波辐射作用能使 SST升高的最大值约为 4℃ ;潜热和感热通量能使 SST的下降的最大值为 3℃。风应力对南海混合层深度随时间变化趋势起着决定的作用 ,并能使其深度加深 2 0～ 30 m,而短波辐射则使混合层的深度变浅2～ 3m,潜热和感热通量会使混合层的深度加深 1～ 2 m。在春季南海南部 ,热通量对混合层深度的影响与风应力相比要小得多     

2021年春季海洋天气评述

2021年春季(3—5月)的大气环流特征为:北半球极涡为偶极型分布,极涡较常年平均值偏强,中高纬度西风带呈现4波型。3月,南下冷空气活动偏弱,月内海雾过程频发。4月,北部海域受高压影响,低层形势场稳定,冷空气活动减弱。5月,我国近海受温带气旋影响出现大风天气。春季我国近海出现了5次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程2次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次,温带气旋影响的大风过程2次。春季共有8次海雾过程,3月3次,4月2次,5月3次。近海浪高在2 m以上的海浪过程有8次,大浪日数偏少。西北太平洋和南海共生成2个台风。我国近海的海面温度整体呈上升趋势,东部和南部海域升温明显,南部和北部海域海面温度梯度增加。     

南海海表温度气候变异及对局地台风的影响

通过分析1951—2010年海表面温度(SST)数据发现,南海SST在1980年前后发生了显著的气候变异:与1980年以前相比,南海SST在1980年后平均升高0.44℃,升温幅度明显强于西北太平洋。利用同一时期风应力数据分析探讨了南海SST气候变异与南海风应力变化的关系,发现1980年后南海风应力平均较1980年前减弱了1.04×10-2 N/m2,风应力的显著减弱是导致SST跃升的主要原因。进一步通过数据分析,研究了SST气候变异对南海大尺度环流和南海局地台风活动的影响。结果表明,受SST显著增暖的影响,1980年后南海台风多发季节大气环流发生北风和西风异常,台风高频区东退,强度显著增强,登陆中国华南地区前的气压平均较1980年前下降约8.4hPa,对华南地区的影响加剧。     

MJO对我国南海冬季风异常的影响

利用长时间的逐日再分析资料和澳大利亚气象局提供的MJO指数,研究了MJO对我国南海冬季风异常的影响和过程。结果表明,随着MJO的对流中心从西印度洋进入西太平洋,南海海面风场出现偏南风-东北风-偏南风异常的振荡现象,表明南海冬季风阶段性的间断和活跃,最明显的偏南风异常和东北风异常分别位于MJO第8—2位相和第5—6位相。通过合成MJO各位相下500 h Pa东亚大槽异常和200 h Pa东亚急流异常,我们进一步证实南海冬季风活跃期(MJO第5—6位相),东亚大槽加深,高空急流加强,我国华南沿海上空的反气旋式环流异常,东南边缘的引导气流利于冷空气南下直达南海。相反,在南海冬季风间断期(MJO第8—2位相),东亚大槽和高空急流均减弱,不利于冷空气的南下。对200 h Pa垂直速度的分析表明,MJO深对流活动的东移,调整东亚局地Hadley环流异常,在高空表现为反气旋/气旋式环流异常交替发展东移,最终消失在北太平洋地区。一方面通过科氏力的作用,引起东亚高空急流的异常,进而影响东亚大槽的位置和强度,从而影响冷空气的南下;另一方面直接加剧南海海面风场异常的南北向振荡。因此,在做南海冬季风季内变化特别是大风天气过程的延伸期预报时,热带MJO活动可以作为一个重要因子考虑在内。     

环境因子对南海土台风“蝴蝶”与“银河”强度的影响

选取了两例迅速增强的南海土台风"蝴蝶"(1321)与"银河"(1603),分析了其增强时南海及周边海域的高低空环流形势、垂直风切变情况和海洋热状况,并利用WRF(Weather Research and Forecasting Model,WRF)模式探究两者强度不同的环境原因。"银河"虽具有较有利的海洋下垫面条件,但并未发展为台风,是因为不利的高低空环流形势和垂直风切变条件。"蝴蝶"迅速增强为强台风是因为其发生时北方冷空气南下,西南暖湿气流爆发等有利条件。WRF模式对海表面温度(SST)影响土台风强度的敏感性实验表明,土台风强度对于SST的响应表现为非线性正相关,SST升高,土台风增强的速率将减缓。7—9月的南海SST均高于28℃,已满足土台风增强条件。因此,在对于土台风的预报中,需特别注意SST以外的其他环境因子。     

南海区域热状况的气候变化特征分析

基于NCEP/NCAR近表层气温(SAT)、日本气象厅海表温度(SST)和OA Flux3热通量数据,利用EEOF、趋势分析、突变检验等统计方法,分析了南海区域热状况的气候变化特征。主要结论有:(1)南海区域常年平均SST为26～29℃,东南高西北低;常年平均SAT为23～28℃,深海区高而近陆地或海洋性大陆低;5—9月均维持高值缓变状态,2—5月和10—1月则分别为快速的增暖和降温过程;二者变率均较小;(2)南海区域各季SST和SAT呈全区一致型分布;随时间呈明显的增暖趋势,SST较SAT显著;各季存在明显的突变现象,秋季相对要早,冬、春季相对滞后;(3)南海区域海气热通量以潜热通量为主,常年平均潜热通量约80～140 W/m~2,自南向北递增;12—4月为快速下降过程,9—12月为缓慢上升过程;变率较大,具有显著的地域性;(4)各季潜热通量呈全区一致型分布;随时间先平缓下降而后缓慢增长;各季存在明显的突变现象。     

中国南海及邻近海域SST时空分布和变化特征分析

基于2003—2015年的国产自主SST多源遥感融合数据,以中国南海及邻近海域为研究区,开展了SST时空分布和变化特征分析,结果表明:SST的空间分布总体呈现南高北低的特点,在研究区内,纬度每降低1°,SST增大约0.19℃,在近赤道区域,纬度每降低1°,SST约增大0.30℃;SST区域极大值的季节变化特征明显,冬季SST极大值均分布于5°N以南海域,夏季多分布于15°N以北海域,春秋两季分布介于冬春两季之间,秋季略偏向南海北部,春季略偏向南海南部。从时间变化上看,研究区SST呈现震荡上升趋势,上升速率约0.04℃/a;南海南部SST变化比较平缓,SST年变化速率一般小于0.04℃/a;近岸海域受人类活动的影响,SST年变化速率一般在0.05℃/a以上;在河口沿岸海域,受温度较低的冲淡水影响,SST升温不明显。     

2021年冬季海洋天气评述

2021 年冬季(2021 年12 月—2022 年2 月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3 波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出现了 8 次 8 级以上大风过程, 其中冷空气大风过程4 次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3 次,冷空气和台风共同影响的大风过程1 次。我国近海未出现大范围的海雾过程。西北太平洋和南海共生成 2 个热带气旋,且均达到超强台风级,其中 2122 号台风“雷伊”是历史上 12 月在南海海域达到超强台风级的 2 个台风之一,也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风,还是影响南海最晚的超强台风。另外,全球其他海域共生成热带气旋14 个。我国近海出现2. 0 m 以上大浪过程的天数有56 d,约占冬季总日数的62%。冬季,我国近海海域呈明显降温趋势,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,冬季海面温度较常年整体偏高。     

环境因子对南海土台风“蝴蝶”与“银河”强度的影响*

选取了两例迅速增强的南海土台风“蝴蝶”(1321)与“银河”(1603), 分析了其增强时南海及周边海域的高低空环流形势、垂直风切变情况和海洋热状况, 并利用WRF (Weather Research and Forecasting Model, WRF)模式探究两者强度不同的环境原因。“银河”虽具有较有利的海洋下垫面条件, 但并未发展为台风, 是因为不利的高低空环流形势和垂直风切变条件。“蝴蝶”迅速增强为强台风是因为其发生时北方冷空气南下, 西南暖湿气流爆发等有利条件。WRF模式对海表面温度(SST)影响土台风强度的敏感性实验表明, 土台风强度对于SST的响应表现为非线性正相关, SST升高, 土台风增强的速率将减缓。7—9月的南海SST均高于28℃, 已满足土台风增强条件。因此, 在对于土台风的预报中, 需特别注意SST以外的其他环境因子。     

Coupled seasonal variability in the South China Sea

The present study documents the relationship between seasonal variations in sea surface temperature (SST) and precipitation in the South China Sea (SCS) region. There are strong interactions between the atmosphere and ocean in the seasonal variations of SST and precipitation. During the transition to warm and cold seasons, the SST tendency is primarily contributed by net heat flux dominated by shortwave radiation and latent heat flux with a complementary contribution from ocean advection and upwelling. The contribution of wind-driven oceanic processes depends on the region and is more important in the northern SCS than in the southern SCS. During warm and cold seasons, local SST forcing contributes to regional precipitation by modulating the atmospheric stability and lower-level moisture convergence. The SST difference between the SCS and the western North Pacific influences the convection over the SCS through its modulation of the circulation pattern.     

基于卫星遥感海温数据的南海SST预报误差订正

尝试利用卫星遥感高分辨率海表温度资料GHRSST (Group for High Resolution Sea Surface Temperature) 与海表温度(sea surface temperature, SST)数值预报产品之间的误差, 建立一种南海SST模式预报订正方法。首先, 利用南海的Argo浮标上层海温数据对GHRSST 海温数据进行验证, 结果表明两者之间均方根误差约为0.3℃, 相关系数为0.98, GHRSST 海温数据可用于南海业务化数值预报SST的订正。预报订正后的SST与Argo浮标海温数据相比, 24h、48h和72h的均方根误差均由0.8℃左右下降到0.5℃以内。与GHRSST 海温数据相比, 南海北部海域(110°E—121°E, 13°N—23°N)订正后的24h、48h和72h的SST预报空间误差均显著减小, 在冷空气影响南海期间或中尺度涡存在的过程中, SST预报订正效果也较为显著。因此, 该方法可考虑在南海业务化SST数值预报系统中应用。     

南海表层水温场的时空特征与长期变化趋势

本文利用月平均表层水温（SST）、850hPa经向风和西太平洋副热带高压等资料分析了南海表层水温距平（SSTA）场的时空特征和长期变化趋势，并探讨了SST的年际和长期变化原因．结果表明，南海SSTA场分别存在着以全域同位相振荡和东南一西北向反位相振荡的两个主要模态．其中，前者是主要模态，以年际振荡为主，而后者则是次要模态，以季节振荡为主．进一步分析发现，南海中部的SST存在着显著的年际和年代际变化，并在1981年前后发生了一次由低到高的气候转变，而且南海中部SST的长期变化趋势非常明显，在1950—2006年间增温0．92℃．相关和合成分析表明，南海SST的年际和长期变化可能是由南海上空的经向风异常和西太平洋副热带高压的纬向变动引起的．     

Detection of cyclonic eddy generated by looping tropical cyclone in the northern South China Sea:a case study

A case study on the cyclonic eddy generated by the tropical cyclone looping over the northern South China Sea (NSCS) is presented, using TOPEX/POSEIDON altimeter data and AVHRR sea surface temperature (SST) data.Three cases relating to the tropical cyclone events (Typhoon Kai-Tak in July 2000, Tropical Storm Russ in June 1994and Tropical Storm Maria in August-September 2000) over the NSCS have been analyzed. For each looping tropical cyclone case, the cyclonic eddy with an obvious sea level depression appears in the sea area where the tropical cyclone takes a loop form, and lasts for about 2 weeks with a slight variation in location. The cold core with the SST difference greater than 2 ℃ against its surrounding areas is also observed by the satellite-derived SST data.     

Detection of cyclonic eddy generated by looping tropical cyclone in the northern South China Sea: a case study

A case study on the cyclonic eddy generated by the tropical cyclone looping over the northern South China Sea (NSCS) is presented, using TOPEX/POSEIDON altimeter data and AVHRR sea surface temperature (SST) data. Three cases relating to the tropical cyclone events (Typhoon Kai-Tak in July 2000, Tropical Storm Russ in June 1994 and Tropical Storm Maria in August-September 2000) over the NSCS have been analyzed. For each looping tropical cyclone case, the cyclonic eddy with an obvious sea level depression appears in the sea area where the tropical cyclone takes a loop form, and lasts for about 2 weeks with a slight variation in location. The cold core with the SST difference greater than 2℃against its surrounding areas is also observed by the satellite-derived SST data.     

南海表层水温年际变化的大尺度特征

通过对COADS海洋气象资料的分析,得出南海表层水温(SST)年际变化的若干大尺度特征.结果表明:南海SST年际具有一定的准周期性,其显著周期为24～30个月;南海SST年际变化与年循环之间有着一种锁相关系,关键位相在于北半球冬春季节;南海典型冷暖年份合成SST距平场的时空结构十分相似;在年际时间尺度上,南海SST和南方涛动指数有反相关系,与经向风海面热收支之间有同位相关系;南海暖池面积指数的年际变化与南海SST年际变化一致.     

东中国海海温在增暖停滞期的变化特征及成因分析

通过HadSST3原始观测数据和HadISST1重组数据,分析了东中国海海温在增暖停滞期(1998—2014年)的变化特征。研究表明:两组数据的海温变化特征和程度相似。在增暖停滞期,渤海、黄海和东海海温线性趋势主要表现为负,降温最多的集中在长江口附近,约-1℃。渤海、黄海及东海部分区域的净热通量对海温降低起正作用,而在东海黑潮区海洋的净热通量对海温降低起负作用,黑潮入侵的减弱可能是东海海表温度下降的主要原因。在增暖停滞期,海温变化趋势具有较显著的区域性季节特征。春季海温几乎呈现全海盆的下降趋势,尤以长江口附近下降最多,可达-1.4℃;夏季海温下降趋势较春季减弱,下降最多的地区主要集中在渤海;秋季渤海海温下降较明显;冬季海温变化主要在长江口沿岸,渤黄海海温的变化并不明显。     

1985–2019年南海诸岛珊瑚礁区热压力时空变化研究分析

全球气候变暖引起的热压力增大是南海诸岛珊瑚礁面临的最主要威胁,基于热压力对珊瑚礁白化的评估有利于对其保护和管理。周热度（Degree Heating Week , DHW）可以衡量热压力的强度和持续时间,代表过去连续12周珊瑚礁区海表温度（SST）正异常的累积。本文基于美国国家海洋和大气管理珊瑚礁监测计划（National Oceanic and Atmospheric Administration-Coral Reef Watch, NOAA-CRW）海表温度数据集,逐像元对35个年最大周热度数值进行K-means聚类分析,将南海诸岛珊瑚礁区分为6个区域:南沙–1、南沙–2、南沙–3、东沙、西沙和中沙珊瑚礁区。分析南海诸岛珊瑚礁区1985–2019年热压力时空变化及其与El Ni?o的相关关系。结果表明:（1）南海诸岛珊瑚礁区最大DHW为0～12.9℃?周,纬度上由高到低呈现减小变化规律。（2）线性拟合法分析1985–2019年的年最大DHW,显示南海诸岛珊瑚礁区热压力强度呈现上升趋势,为0.013～0.174℃?周/a,南海诸岛珊瑚礁区最大DHW出现在1998年、2010年、2014年。（3）年最大DHW可能造成93.9%的珊瑚礁发生超过一次白化的风险,19.6%的珊瑚礁发生超过一次死亡的风险。（4）南海诸岛珊瑚礁区的月均DHW和ONI交叉小波分析显示两者存在多时段8～32个月共振周期的时频特征和时滞相关性,证实南海诸岛珊瑚礁热压力随着厄尔尼诺事件发生而显著增大;时滞相关分析表明,ONI与南海诸岛珊瑚礁区热压力呈正相关关系,后者滞后于前者7～9个月的时间。     

南海及邻近海域异常海温影响局域大气环流的初步试验

南海及邻近海域表层海温（SST）异常的气候意义可以通过IAP－AGCM的数值模拟得到反映。数值试验表明，东亚大气环流对这种SST异常的响应具有时变性（或称季节性），在空间上维持一定的经向结构和纬向结构。确切地说，南海冷水年份，即南海和孟加拉湾负距平、西太平洋正距平的年份，2，3月份南海有东北风异常；夏季菲律宾附近维持一个反气旋式的差值环流，它的低频活动造成了这个地区九水场的低频振荡；与环流较一致的是夏季西太平洋副热带高压活动有所减弱、东移，造成了水汽经向输送的异常分布。