南海北部冷涌及其环流特征

利用中国南部沿海风向、地面气温及南海北部风速的变化确定南海北部冷涌的判别标准,构建了一个冷涌发生频率指数,对南海北部冷涌的年际变化特征及其环流异常进行讨论。结果表明,南海北部冷涌频率指数能够更加全面地描述冷涌系统的特征,与全国范围的冷空气爆发关系密切。南海北部冷涌与中高纬、中低纬环流具有密切的联系,是二者共同作用的结果。当贝加尔湖以西高压脊偏强,中高纬环流经向度加大,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东时,有利于大陆上冷空气南下入海,在南海北部形成冷涌。冷涌发生时,经向Hadley环流加强,调整中纬与低纬地区的大气质量,高层向北输送的大气在科氏力作用下导致东亚副热带西风急流加强,有利于冷涌的维持和加强。     

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统 的研究：I中尺度对流系统发生发展的大尺度条件

南海季风试验(SCSMEX)的观测表明,1998年南海北部夏季风爆发(5日16～20日)的主要特征是中尺度对流活动的突然爆发和降水迅速增加.文章通过讨论大尺度背景下中尺度对流活动及降水形成的物理条件,揭示了该时段中尺度对流系统与中尺度雨带形成的可能机制(1)在季风爆发初期华南及南海北部地区对流层低层较高的假相当位温与对流不稳定性、低层西南风辐合和高层的辐散为该地区的中尺度对流系统的发展提供了有利的大尺度热力与动力条件;来自孟加拉湾与副热带高压西侧的西南气流为南海北部强降水区提供了大量水汽,形成了该区深厚的湿层和强水汽辐合;(2)来自东亚中高纬地区几次冷空气活动是对流活动发生的重要触发机制,其作用是使对流不稳定能量迅速释放和对流活动在大范围地区突然爆发;(3)通过对南海季风试验期间安装在东沙岛和实验3号科学考察船上的双多普勒雷达资料反演的降水量分析表明,活跃的对流在季风槽和相应的风场切变线作用下,不断地组织并形成一些中尺度对流雨带(MCSs).1998-5-15～19季风爆发时段内,可观测到约12次中尺度降水过程,它们的生命期为6～10 h或更长;(4)南海季风槽与低层切变线的建立以及其中中尺度低涡的产生和发展是中尺度对流系统形成与维持的必要条件.     

初夏南海季风低压发展的数值试验

本文用热带有限区域σ—坐标六层初始方程数值预报模式对1979年6月下旬一次南海季风低压的发展过程进行了数值模拟,试验结果表明,本例南海季风低压的发展对大地形不敏感,与南海台风的数值试验结果不同.削减湿度场的试验表明,季风低压的发展与大气中水汽含量密切相关,湿度减小,季风低压发展缓慢甚至发展不起来.积云对流过程及其潜热的释放对季风低压发展有显著影响,它使得低压区的上升运动加强.改变低压南侧的西南风强度,导致水汽及能量输送的减小,不利于低压的发展.低压的发展主要由积云对流所驱动.     

加热效应对南海季风低压垂直环流的贡献

人们对季风低压的研究大多是限于印度季风低压,而对南海季风低压研究甚少。近年来作者用合成法对南海季风低压的结构做了一些研究,同时根据FGGEⅢB资料用涡度方程和扰动动能方程做诊断分析,讨论了南海季风低压的发生发展过程。结果表明:对于南海季风低压的形成和维持,积云对流和环境场的作用有着重要贡献,而斜压不稳定和正压不稳定的贡献很小。     

2007年南海夏季风爆发前后大气环流的非典型性突变特征

南海夏季风爆发的一般特征是南亚高压移至中南半岛北部;西太平洋副热带高压连续向东撤出南海地区,移到120°E以东的热带洋面上;高（低）空东北（西南）气流占据南海大部分地区,相应的105°E附近的越赤道气流建立,南海季风槽形成并同时伴有对流降水的发展和温、湿等要素的突变。国家气候中心的监测表明,2007年南海夏季风于5月第5候爆发。该年季风爆发后,虽然源自热带地区的低空西南气流迅速占据南海上空,高空盛行东北气流,且南亚高压西移至中南半岛上空,但对流、高度场以及降水场的突变特征均很不明显,表现为季风爆发后南海上空的对流依然偏弱,副高没有马上撤离南海,同时华南地区的降水量也没有迅速增强。因此,2007年南海夏季风爆发前后大气环流的变化特征具有非典型性。     

基于QuikSCAT资料的江淮流域旱涝年南海季风变化特征

利用2001、2003年的QuikSCAT风场和中国降水的逐日资料,分析江淮流域旱、涝年南海夏季风的演变特征及其低频分量与江淮流域降水的关系。结果表明:（1） 2001、2003年南海夏季风爆发时间相当,但2003年6月中下旬季风出现明显的中断,2001年6—7月南海季风表现出明显的由南海中南部向北部推进的过程,而2003年同时期的季风则徘徊于南海中南部地区;（2） 2001、2003年的夏季(5—9月)海表面的低频纬向风场同时都存在3对低频振荡中心,且在季风爆发后均有明显的向北传播特征,南海中部和北部表现出近乎相反的低频位相,但2001年低频振荡的强度及低频波列维持的时间均大于2003年的;（3） 根据纬向风低频振荡强中心区域的位置,在南海中部和北部分别定义了南海低频夏季风指数IM-SCS和IN-SCS,发现这两个指数与我国6—7月江淮流域的降水及青藏高原中东部降水之间均存在显著的滞后负相关关系,而与云南中部、西部及华北部分地区的降水则表现出显著的滞后正相关关系。      

冷涌结构及冷涌期中低纬环流相互作用的数值试验

本文利用1982年12月下旬一次冷涌过程的数值试验结果,分析了冷涌的结构并初步讨论了冷涌期中低纬环流的相互作用。结果表明,冷涌仅在近地面反映清楚,水平流场上表现为由大地形激发的开尔文波引起的东北大风沿青藏高原东侧迅速南下,而冷涌前沿则是以重力波特征向南传播。Hadley环流随冷涌南进不断加强。冷涌在涡度场和散度场上分别为一条状北倾的正涡度区和辐合区,它对应于冷锋南下时造成的上升运动区。冷涌能引起赤道地区的扰动加强和中纬度对流层高层西风急流的增强。冷涌期中低纬地区能量增大,通过能量的频散作用把中低纬环流连结起来了。      

冬季南海冷涌形成与传播的数值模拟

本文利用复杂地形条件下的热带有限区数值预报模式和ECMWF格点资料,较好地模拟了1981年1月上旬的一次南海冷涌过程,分析了冷涌的基本特征,并初步研究了冷涌的中纬度激发条件和低纬环流对冷涌的可能影响。      

FSU全球谱模式及其T21在国内机器上运转的初步结果

美国佛罗里达州大学全球谱模式(FSUGSM),是主要用于低纬中期数值天气预报和数值模拟研究的全球多层原始方程模式。特点是对低纬大气的物理过程考虑得比较细致,例如在积云对流参数化、辐射与云的相互作用、行星边界层的处理和物理初值化等方面都有其特色。近几年来,在用来制作10天低纬中期数值预报、模拟季风爆发、季     

1998年夏季热带内外大气低频振荡特征分析

利用纬向平均的局地经向环流模式，对1984年南海地区4月28日～5月31日每日两个时次的局地平均经向环流进行模拟。模拟结果与观测结果吻合，反映出1984年南海夏季风形势的建立是一个经历反复的过程。此外，用诊断分析的方法通过计算各动力和热力强迫因子对季风经向环流的贡献，发现驱动1984年南海夏季风经向环流的首要因子是潜热加热项，主要由北部凝结加热，南部蒸发冷却的经向不均匀加热场分布使得潜热加热对环流的作用为正。温度垂直对流输送项的作用次之，该项的分布在南海北部的值为正、南部值近似为零，这种分布形势也使该因子能单独引起一个正季风环流。第三大因子是纬向温度平流输送项，在南海地区北部有暖平流，南部冷平流的温度平流分布形势对季风环流也起正的作用。而对季风中断期的因子分析表明：潜热加热及纬向温度平流的作用与正季风环流建立期完全相反，温度垂直对流的正作用也大大减弱。     

A NUMERICAL EXPERIMENT STUDY ON THE FORMING MECHANISMS OF LOW-LATITUDE CIRCULATION CELLS AND PRECIPITATION DURING AN EAST ASIAN COLD SURGE

The forming mechanisms of low-latitude circulation cells and precipitation during an East Asian cold surge have been studied by using a five-layer primitive equation model.Numerical experiments show that in mid-high latitudes,the propagation of the East Asian winter monsoon is nearly a dry process;in low-latitudes,the effects of cumulus convection intensify the northeast monsoon and northeast trade wind;however,they also prevent the intertropical convergence zone(ITCZ) from further southward invasion,and strengthen the meridional and zonal cells over East Asia. Numerical results also indicate that the winter monsoon precipitation in Indonesia and Northern Australia can exist independently.Both the South China Sea(SCS) cold surge and the West Pacific northeast cross-equatorial trade wind are of importance for the formation of the Northern Australia summer monsoon and its precipitation.Numerical results show that the development of cumulus convection,triggered by the SCS cold surge,is a crucial factor in forming the heavy monsoon precipitation and low-level stationary disturbances in Indonesia and Borneo.The tropical topography and northeast trade wind disturbances only affect the intensity of precipitation there.     

亚洲夏季风爆发的深对流特征

文中应用ＮＯＡＡ卫星反演的１９８０～１９９５年候平均对流层上部水汽亮温（ＢＴ）资料、向外长波辐 射（ＯＬＲ）资料和美国ＮＭＣ全球分析８５０　ｈＰａ风资料与美国ＣＭＡＰ降水资料作了对比分析，发现Ｂ Ｔ能够较好地反映中低纬度地区的深对流降水，偏南风场辐合区与深对流降水有比较一致的 关系，而ＯＬＲ不能反映热带外地区的对流降水。ＢＴ资料所具有的这一特征可以应用于亚洲夏 季风爆发过程的深对流特征分析。ＢＴ描述深对流的临界值是２４４　Ｋ。亚洲季风区是全球深对 流季节变化范围和强度最大的地区。赤道外地区的夏季风爆发可以定义为来自热带地区深对 流的季节扩张。中南半岛上的夏季风对流发生在南海夏季风爆发之前。华南前汛期深对流是 中低纬系统相互作用的结果。第２８候，南海夏季风的突然爆发在降水、风场和卫星反演 的深对流特征上都有明确的反映。南海夏季风爆发后，印度夏季风对流由南向北逐渐爆发， 青藏高原东侧和中国东部沿海的夏季风对流向北推进早于中国中部地区。     

不同资料揭示南海夏季风爆发特征的比较

利用全球月平均海温资料，近地面的风、气温、湿度资料，以及海表感热和潜热资料，在综合分析海温和气象要素变化的基础上，确定了7个全球海气相互作用的关键区，并运用相关分析法，着重分析了各关键海区上空气象要素场与海温的时滞相关，以揭示不同关键海区海气相互作用的异同。分析表明：不同海区海气热力相互作用较强，海温与气温比湿有较好的互代性，特别是中东太平洋和南印度洋海区。动力作用对海温的影响各海区差异较大，中西太平洋海区的动力影响可能更关键。在感热潜热与海温的相关中，东西太平洋海区和西北太平洋及南印度洋两季风区都较关键。通过分析各海区海温和各气象要素相邻月的持续相关概率，进一步了解哪些要素、哪些区在哪些时段其异常持续性好，或异常持续性容易发生破坏，这不仅对做预报有一定的参考价值，也为我们讨论海气相互作用的物理机制提供了依据。     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

East Asian winter monsoon: results from eight AMIP models

 This study evaluates simulations of the East Asian winter monsoon in eight GCMs that participated in the Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP). In addition to validating the mean state of the winter monsoon, the cold surge and its transient properties, which includes the frequency, intensity, preferred propagation tracks, and the evolution patterns of the surges, are examined. GCM simulated temporal distribution of the Siberian high and cold surges is also discussed. Finally, the forcing of the cold surges on the tropical surface wind and convection, along with their interannual variation is analyzed. The mean state of the winter monsoon is generally portrayed well in most of the models. These include the climatological position of the Siberian high, the 200 hPa divergent center, and the large-scale wind patterns at the surface and the 200 hPa. Models display a wide range of skill in simulating the cold surge and its transient properties. In some of the models, the simulated cold surge trajectory, intensity, frequency, propagation patterns and source regions are in general agreement with those from the observed. While in others, the models cannot adequately capture these observed characteristics. The temporal distribution of the Siberian high and cold surges were realistically reproduced in most GCMs. Most models were able to simulate the effect of the cold surges on the tropical surface wind, although a few models unrealistically generated subtropical southerly wind in the mid-winter. The relationship between cold surges and the tropical convection was not satisfactorily simulated in most models. The common discrepancies in the winter monsoon simulation can be attributed to many factors. In some models, the reason is directly related to the improper location of the large-scale convective center near the western Pacific. The satisfactory simulations of the monsoon circulation and the cold surges are partly due to the topographical characteristics of the East Asian continent, i.e., the Tibetan Plateau to the west and the oceans to the east. The correct simulation of the interannual variation of the surface wind near the South China Sea (SCS) and the maritime continent is a demanding task for most of the models. This will require adequate simulations of many aspects, including tropical convection, the Siberian cold dome, the extratropical-tropical linkage, and the air-sea interaction. The discrepancies noted here furnish a guide for the continuing improvement of the winter monsoon simulations. Improved simulations will lead to an adequate delineation of the surface wind and convection near the maritime continent, which is essential for portraying the winter monsoon forcing in a coupled model. Received: 10 March 1997/Accepted: 4 June 1997     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998Part I: Analysis of Large-Scale Fields for Occurrence and Development of the Mesoscale Convective Systems

1. Introduction China is located in the East Asian monsoon re- gion. Every year's weather and climate in this region is deeply affected by the monsoon activities. Es- pecially, during flooding season (May to September), the summer monsoon controls large-scale precipitation patterns, the movement of seasonal rain belt and oc- currence of drought/flood disasters. The Asian mon- soon can be divided into two systems (Tao and Chen, 1987). As a major component and its unique location, the South …     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998 Part Ⅰ: Analysis of Large-Scale Fields for Occurrence and Development of the Mesoscale Convective Systems

The summer monsoon onset over the northern South China Sea (SCS) in May 16-20, 1998 was characterized by the abrupt onset of mesoscale convective activities and rapid increase of precipitation. The possible mechanism for formation of the mesoscale convective systems (MCSs) and related rain belts were revealed through discussing their forming physical conditions under the large-scale background: (1) The high pseudo-equivalent potential temperature and the convective instability in the lower troposphere, the low-level southwesterly confluence and the high-level divergence over South China and the northern SCS provided the favorable large-scale thermodynamic and dynamic conditions for development of MCSs. The southwesterly flow from the Bay of Bengal (BOB) interacted with that to the western flank of the subtropical high, which constituted the major moisture channels, thus bringing about deep wet layers and strong moisture convergence;(2) triggered by several cold troughs from high and mid latitudes, the convectively unstable energy was released and the convective activities over the northern SCS broke out abruptly;(3)analysis of retrieved precipitation based on the dual-Doppler radar during South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) indicated that active convection influenced by the monsoon trough and corresponding wind shear line organized and formed continually some mesoscale convective rainbelts. During May 15-19,about 12 precipitation processes with 6-12-hour life span or more were observed;and (4) under the favorable synoptic conditions, establishment of the monsoon trough and shear line in the low levels, as well as production and development of mesoscale low vortex were all necessary conditions for the formation and maintenance of MCSs.     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960～2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性.涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱.涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反.涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多.     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960-2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性。涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱。涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反。涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多。     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。