青藏高原与印度洋热力对比及其与南亚夏季风的关系

本文基于1979-2017年逐日再分析资料,通过分析对流层中上层青藏高原和印度洋之间的热力差异,提出了一个热力对比指数(TCI),并分析了TCI与南亚夏季风的强度和爆发时间的关系.研究表明:相比单独的青藏高原或者印度洋的温度,TCI能更好地表示南亚夏季风强度的变化.TCI越大时,南亚夏季风爆发时间越早;TCI逐候增量的...     

青藏高原—印度洋热力差对南亚季风活动的多尺度影响

海陆热力差异是季风形成和演变的根本驱动力,青藏高原与印度洋热力差异是影响南亚季风活动的重要因素。本文围绕次季节、季节、年际和年代际等不同时间尺度上青藏高原与印度洋的热力差异对南亚季风活动的影响,回顾和总结了相关研究成果。在次季节尺度上,主要聚焦在两者的热力差异对南亚季风爆发的影响;在年际尺度上,着重阐释了其对南亚季风强度年际变化的指示意义;在年代际尺度上,考察了热力差异和南亚季风降水关系的年代际变化。同时,本文对该领域一些需要进一步研究的问题进行了讨论。     

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。     

青藏高原地面热源对亚洲季风爆发的热力影响

利用多年NCEP/NCAR再分析全球逐候平均气象场资料和逐旬感热、潜热资料，对亚洲夏季风爆发期间青藏高原及其邻近地区地面加热场的特征进行分析。着重讨论了高原和邻近地区感热加热对亚洲夏季风爆发的影响，具体分析了高原感热加热对亚洲夏季风推进的影响机制，以及对热带低层西风气流的作用。结果发现，中纬度主原的感热加热所造成的经、纬向热力差异是导致亚洲夏季风爆发的原因。亚洲夏季风建立区域和时间的差异与高原感热加热的区域性有关。高原感热加热在南海夏季风爆发前后对南海地区低层西风所流所起的作用不同，在季风爆发前是加速低层西风，在季风爆发后起削弱西风气流的作用。对亚洲夏季风爆发早年和晚年的感热加热进行了对比分析，发现亚洲夏季风爆发时间的年际变化与热源的年际变化有关。     

南海夏季风爆发的环流特征及指标研究

使用美国NCEP/NCAR高度场和风场资料及外逸长波辐射(OLR)资料,分析了4～7月南亚和东亚上空环流场,给出了南海夏季风爆发的定义及1953～1999年季风爆发的时间序列,指出季风爆发存在3种类型的环流场,发现东印度洋赤道两侧涡旋对的出现对季风爆发有很好的指示意义.综合季风爆发过程中热力学和动力学要素的特征,建立了适合南海夏季风爆发的指数计算经验公式.     

亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。     

4—6月MJO北传与东亚季风爆发的关系

大气季节内振荡(MJO)对东亚季风的活跃、推进和中断具有显著影响,然而其在东亚季风爆发中的作用一直没有得到深入探讨。利用经验正交函数(EOF)分解和超前滞后回归分析方法,探讨了1979—2011年4—6月MJO的北传与东亚季风爆发的关系。研究表明:4—6月MJO有两次明显的北传过程,分别发生在5月中旬和6月中旬。逐候向外长波辐射资料EOF分析的前两个模态对应了MJO的不同位相,可以表征MJO的向东向北传播。超前滞后回归分析表明,伴随MJO的北传,降水带北移、印度洋到我国南海地区西南风建立、西太平洋副热带高压撤出南海及南亚高压北抬,这些环流异常形势有利于东亚季风的爆发。进一步对PC1所确定的季风爆发候与其它5个季风爆发指数进行对比发现,在大多数年份中,PC1所确立的季风爆发候与其它指数相差2候以内,其中,与其它5个指数所表征的季风爆发时间严格一致的年份分别有15、10、11、10、12年,表明MJO对东亚季风的爆发具有普遍作用。     

热带海温异常对东南亚夏季风爆发的影响

通过季风指数Im定义了能表征东南亚地区降水实况的东南亚夏季风指数,根据东南亚夏季风指数测算出东南亚夏季风爆发的平均时间为5月7日.利用东南亚夏季风指数分析热带海温场及垂直速度场的变化后发现,在东南亚夏季风爆发的前期秋、冬季节,中东太平洋地区以及中西印度洋地区的冷海温有利于东南亚地区夏季风的提前爆发.当中东太平洋地区是冷(暖)海温时,对应着纬向的Walker环流及季风环流圈强(弱),东南亚地区的对流也强(弱),则东南亚地区夏季风爆发早(迟).     

南亚高压上下高原时间及其与高原季风建立早晚的关系

本文利用1948—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料,定义了南亚高压动态特征指数,讨论了南亚高压上下高原的时间以及与高原季风建立早晚的关系。研究表明,南亚高压北界位置在4月初开始北移,5月迅速北抬,最北可达到55°N,9月开始南撤,西伸脊点在5—10月移动较稳定,5—7月向西移动到青藏高原上空,8—10月向东移动撤离高原,11月—次年4月东西摆动剧烈。南亚高压初上高原大致为6月第3候(33候),而撤离约为10月第4候(58候)。南亚高压移上高原的时间较高原夏季风建立晚73 d左右。南亚高压撤离高原时间较高原冬季风建立约早5 d。高原夏季风的建立和南亚高压初上高原是青藏高原热力作用在不同阶段的结果,反映在了高原的高低层上。     

南海季风区地面温度变化特征及其与季风爆发的联系

分析1979年1月至1995年12月17a南海季风区修平均地面温度资料的时空变化特征发现，中南半岛西北部和印度半岛分别为地面修平均温度标准差的大值区，其位置和强度在南海季风爆发前后月份具有显著差异。从候平均温度纬圈偏差的时间演变来看，中南半岛地区纬圈温度偏差由正转负的时间早于印度半岛地区，并分别与南海夏季风和印度夏季风爆发的时间其本对应。在夏季风爆发之前，印度半岛和中南半岛地区的地面温度是逐候增加的，季风爆发以后地面温度迅速降低，而海洋上的表面温度增温幅度明显小于与其相邻地陆地，此外，从南海季风爆发早晚年中南半岛与南海地区表面温度距平差和各自温度距平的时间演变看，中南半岛地区地面温度的变化在触发南海季风爆发及其年际变化过程中可能起主导作用。     

亚洲-澳大利亚海陆地形与热力季节演变下的季风槽和季风降水

通过对1999-2007年美国NCEP FNL逐日全球大气分层分析资料和同期美国NASA热带测雨卫星(TRMM)降水产品资料进行气象要素分解,取其海陆差异影响的要素场,对亚洲-澳大利亚季风区的季风槽进行了逐候辨识,分析了亚澳季风区850 hPa各槽线的季节演变与降水的关系.结果发现在亚洲夏季风最强盛的时候青藏高原周边地区一共有五个季风槽,澳大利亚夏季风最强盛的时候在其周边地区存在三个季风槽,这些季风槽都有对应的降水出现并受当地半岛尺度地形的影响.南亚和东南亚的季风槽以及对应的降水持续时间约为半年(24-60候),东亚和澳大利亚季风期要短一些(28-48候和1-17候).东亚和澳大利亚北部地区都存在季风爆发之前的前汛期降水或过渡时期降水.     

东亚副热带西风急流位置变化与亚洲夏季风爆发的关系

利用1961～2000年的NCEP/NCAR候平均再分析资料,初步探讨了季节转换期间东亚副热带西风急流南北和东西向位置变化与亚洲季风爆发之间的联系。结果表明,亚洲夏季风爆发伴随着东亚副热带西风急流轴线的北跳和急流中心西移,急流轴北跳至35°N以北的青藏高原上空,南支西风急流消失,亚洲季风环流形势建立。南海季风爆发早年,低纬的东风向北推进的时间早,到达的纬度偏北,中纬的西风急流强度偏弱,季风爆发晚年则相反。同时,南海夏季风爆发早年,青藏高原上空急流核出现较早,西太平洋上空急流核减弱较快,急流中心“西移”较早。而在南海夏季风爆发晚年,西太平洋上空的急流核减弱较迟,青藏高原上空急流核形成偏晚,急流中心“西移”较迟。此外,急流中心东西向位置和强度变化与江淮流域梅雨的开始和结束也有密切关系。     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979－1995年（缺1986、1987、1993）NCEP／NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料，对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：印度半岛和中南半岛地区感势通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系，是季风爆发的主要关键区。这两个地区的感热积累是东亚季风爆发的触发因素之一，尤其是印度半岛北部感热通量的突变对印度夏季风演变十分重要。印度半岛北部与青藏高原西部的热力差异在季风的爆发和维持中占有重要地位。而东北亚与西北太平洋的热力差异只对东亚夏季风的演变有影响，与冬季风则无直接关联。在东亚季风的爆发中居主导地位的还是印度半岛北部和青藏高原西北部的感热加热作用。     

高原热力作用对高原夏季风爆发的指示意义

利用1979-2011年ECMWF月平均再分析资料、逐月青藏高原地面加热场强度距平指数(B-H)以及中国地面国际交换站逐日24 h降水量,研究了高原热力作用与高原夏季风之间的联系,结果表明:B-H与传统高原季风指数(TPMI)之间存在较好的同时相关关系,B-H与动态高原季风指数(DPMI)之间存在较好的超前1~3个月的相关关系,这种关系在干季尤为明显。前期2月青藏高原热力作用偏强将会导致高原夏季风爆发偏早,爆发初期强度偏强。     

用湿位涡定义的印度夏季风指数及其与中国气候的关系

印度季风区是世界上季风现象最显著的地区,伴随着夏季风爆发和撤退,季风区的大气风场和湿度场都存在明显的季节转换,这种季节转换可以作为区分夏季风与冬季风的一个很好的标准。以往的季风指数大多只考虑了季风区的动力场或热力场的演变特征。在综合考虑了印度季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的印度夏季风指数。湿位涡是一个动力学和热力学的综合量,它既反映了风场的涡旋状况又反映了大气的垂直稳定度。研究表明:该指数可以很好地反映季风区大气热力场和动力场的季节演变特征。用湿位涡定义的印度夏季风指数不仅稳定而且可以较好地反映夏季风爆发时间、季风强度及季风的活跃与中断等多种特征。与以往的环流指数相比,湿位涡季风指数描述季风爆发时间的能力有较明显的改进。此外,该指数还可以很好地反映印度夏季降水的年际演变特征。初步的相关分析表明:印度夏季风爆发时间与中国西北及华北地区夏季降水呈负相关,与次年长江中下游以南地区夏季气温也存在显著的负相关。此外,印度夏季风平均强度与前期华南地区春季降水也有密切关系。     

南亚夏季风爆发的统计动力分析

作者对南亚(印度)夏季风爆发作了统计动力分析,即将南亚夏季风爆发前后的高低层风场看作一个整体,并以南亚夏季风爆发日为基准,作了经验正交函数(矢量)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了季风爆发前后大规模的风系变化,其时间系数直接体现了南亚夏季风的爆发,在爆发日前后该模态反映的偏差风系有剧烈变化,这表明季风爆发时大气环流有突变发生;第二模态反映了具有5～7天振荡周期的中纬天气尺度波系及其对低纬季风区的影响;第三模态反映了热带、副热带地区呈准双周振荡的低频扰动.     

热带印度洋海温异常不同模态对南海夏季风爆发的可能影响

热带印度洋海温异常两种主要的模态分别是春季最强的全区一致型海温变化和秋季发展成熟的东西反位相偶极型模态, 本文主要分析了这两种海温模态对当年南海夏季风爆发的不同影响机制。对热带印度洋全区一致增暖和变冷年份的合成分析表明: 热带印度洋的增暖 (变冷) 通过海气相互作用激发印度洋－西太平洋异常的Walker环流圈, 加强 (减弱) 西太平洋副热带高压的强度, 进而有利于南海夏季风爆发的推迟 (提早)。由于热带印度洋全区一致型海温变化滞后响应于前冬ENSO事件, 因此, 作者提出热带印度洋的这种海温模态对维持ENSO对第二年南海夏季风爆发的影响起到了重要的传递作用。作者进一步通过1994年个例研究了热带印度洋偶极型海温模态对南海夏季风爆发的可能影响。1994年的热带印度洋偶极子在初夏就表现出很强的强度, 显著削弱了印度洋的夏季风环流, 尤其是索马里急流和赤道印度洋西风气流的强度。南海上游季风气流的减弱以及热带印度洋异常反气旋的发展阻碍了印度洋西南季风向南海的推进, 从而使得这一年南海夏季风爆发偏晚大约2候。     

青藏高原季风活动与大气热源/汇的关系

利用1948-2013年NCEP/NCAR逐日和逐月再分析资料分析了青藏高原(下称高原)大气冷热源转换日期与高原季风爆发日期及二者强度的关系。结果表明:近66年来高原Q1呈现明显的季节变化,热汇最强在1月,热源最强在7月;高原由热汇转变为热源的日期大致在15候,而热源转变为热汇则大致在58候;高原热力作用与高原夏季风强度呈正相关关系,即当大气热源强(弱)时,高原夏季风强(弱);热源强(弱)年高原主体气流辐合较强(弱),而高原四周辐散较强(弱);高原主体与四周大气热力差异也呈明显的季节转变,7月高原主体与其四周大气的热力差和高原季风呈正相关,即当高原主体热源较四周大气强(弱)时,高原夏季风就越强(弱)。     

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。     

珠峰北坡绒布河谷地面风场变化的比较研究

利用2007年6月强化观测实验期间获得的大气观测资料和同时期的NCEP/NCAR大尺度再分析资料,结合2006年同期的分析结果,进一步研究了珠峰北坡绒布河谷地区的地面风场状况及其对南亚夏季风的响应,并与2006年的结果进行了比较.结果表明,2007年6月绒布河谷地区的风场也存在强弱变化,其逐日变化也与南亚夏季风指数有一定关系:在绒布河谷弱风期间,南亚夏季风强盛,在孟加拉湾和阿拉伯海地区形成的强烈涡旋可以把暖湿气流向西北方向输送,从而在河谷地区形成温度和湿度高值;在局地强风期间,南亚夏季风季风指数变化较大,此时绒布河谷地区的风场变化对季风的响应很小,可能主要为大气热力驱动.比较2006年和2007年的观测结果表明,南亚夏季风可以通过改变局地辐射和热力状况的改变而影响珠峰北坡绒布河谷地区地面环流的变化,但其影响程度随季风的强弱可能有所不同.