南海夏季风爆发的大气热源特征及其爆发迟早原因的探讨

利用ECMWF(1979～1993年)的再分析资料分析了南海夏季风爆发前后的大气热源演变特征,并由此确定了南海夏季风爆发的大气热源判据。将该判据应用于1979~1993年总共15年的平均场,可判定南海夏季风平均于28候(5月第4候)爆发。而且,对于逐年南海夏季风爆发,该判据也有较好的指示意义。本文还发现,南海夏季风爆发的迟早与4月份40 S纬圈平均的大气热源垂直积分有着非常密切的联系,由此得到的南海夏季风爆发时间的前期判定指标能较好地判断南海夏季风的爆发时间。南海夏季风爆发迟早的原因,及其与4月份40 S纬圈平均之间的联系,可以通过南北半球哈得莱环流的变化得到解释。     

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。     

南海夏季风爆发期间的波包传播特征

利用2004年和1998年强弱南海夏季风年的逐日位势高度场资料,从能量传播的角度诊断分析了南海夏季风爆发期间的波包传播特征及其与季风爆发的联系.结果表明(1)孟加拉湾是南海季风爆发的关键区域.(2)南海季风爆发前,南海地区的波包值有明显的突变,可能体现了季风爆发的爆发性特征.(3)1998弱夏季风年波包值相对较小,传播较慢;2004强夏季风年波包值相对较大,传播迅速.(4)南海夏季风爆发前,对流层整层的波包值都随时间增加,爆发前一天低层和高层的波包值有相同的变化,夏季风爆发之后,低层波包值与高层的波包值有反相的变化.     

2019年南海夏季风爆发特征及其与10~25 d ISO的关系北大核心

使用NCEP/NCAR再分析资料对2019年高度场、OLR场和风场进行了环流分析,计算假相当位温、西南风和垂直风切变等物理量,并且使用Lanczos滤波器滤波后进行分位相讨论了ISO与2019年南海夏季风爆发的关系。结果表明,2019年南海夏季风爆发的日期为5月6日,其爆发偏早。在5月6日后具体特征表现为:200 hPa高空急流范围扩大,强度增强;副热带高压不断东撤,南海地区不再盛行西南风;850 hPa上南海地区盛行西南风且对流大面积爆发;假相当位温随高度变化的特征显示出对流增强的趋势。为了探讨2019年南海夏季风爆发与ISO的关系,进一步研究发现2019年存在10~25 d大气季节内振荡。一方面,ISO有利于2019年爆发时间偏早,另一方面,南海夏季风爆发后从孟加拉湾—印度洋东部低频对流多次随时间向东北传播,经历发展—最强—减弱—抑制—最弱—恢复的6个阶段,有利于南海地区偏西风增强以及对流活动的爆发维持,使得其爆发强度增强。     

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。     

南海夏季风活动的年际和年代际特征

利用NCEP风场资料和候平均向外长波辐射（OLR）资料分析了南海区域低层风场与对流活动的关系,在此基础上,采用南海中南部的纬向风平均值来定义南海夏季风的爆发,确定了长序列（1949～1998）的南海夏季风爆发日期和强度指数,并研究南海夏季风活动的年际和年代际变化特征。结果表明：南海夏季风爆发日期和强度指数呈显著的反相关;50年来的气候趋势是,爆发日期逐渐偏晚,强度指数逐渐减弱。二者都存在着明显的年际和年代际变化,它们在不同阶段上的波动是各种时间尺度振荡叠加的结果,而年代际尺度具有非常重要的作用。东印度洋海温异常在南海夏季风爆发前后,均与南海夏季风强度指数呈显著的反相关。东太平洋海温异常在南海夏季风爆发之前,与强度指数反相关,而爆发之后,与强度指数正相关。这体现了南海夏季风活动与ENSO事件的密切关系。     

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     

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。     

南海夏季风爆发早晚的越赤道气流特征

根据国家气候中心提供的南海夏季风爆发期典型偏早(1966、1972、1996、2000、2001年)和偏晚年份(1970、1973、1987、1989、1991年),利用ECMW F再分析1~5月逐日经向风资料,计算5个通道越赤道气流和越赤道乞流总量的距平值;探讨越赤道气流与南海夏季风爆发早晚的关系与特征。为预测南海夏季风爆发早晚提供判据。     

ONSET AND RETREAT DATES OF THE SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON AND THEIR RELATIONSHIPS WITH THE MONSOON INTENSITY IN THE CONTEXT OF CLIMATE WARMING

Global gridded daily mean data from the NCEP/NCAR Reanalysis(1948-2012) are used to obtain the onset date,retreat date and duration time series of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) for the past 65 years.The summer monsoon onset(retreat) date is defined as the time when the mean zonal wind at 850 hPa shifts steadily from easterly(westerly) to westerly(easterly) and the pseudo-equivalent potential temperature at the same level remains steady at greater than 335 K(less than 335 K) in the South China Sea area[110-120°E(10-20°N)].The clockwise vortex of the equatorial Indian Ocean region,together with the cross-equatorial flow and the subtropical high,plays a decisive role in the burst of the SCSSM.The onset date of the SCSSM is closely related to its intensity.With late(early) onset of the summer monsoon,its intensity is relatively strong(weak),and the zonal wind undergoes an early(late) abrupt change in the upper troposphere.Climate warming significantly affects the onset and retreat dates of the SCSSM and its intensity.With climate warming,the number of early-onset(-retreat) years of the SCSSM is clearly greater(less),and the SCSSM is clearly weakened.     

低平流层准两年变率研究

分析ＮＣＡＲ／ＮＣＥＰ４０年分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约２８．２个月,最大振幅的２０ｈＰａ,西（东）风距平平垂直下传平均速度１．２１（１．０４）ｋｍ／月。用１０ｈＰａ和７０ｈＰａ月平均纬向风标准化距平之差反映整层准两年变率的相位。低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西（东）风切变时,中纬气温偏低（高）。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低续续向风与中纬气温准年     

低平流层准两年变率研究

分析NCAR/NCEP40年再分析资料得出,赤道低平流层纬向风年际变率的平均周期约28.2个月,最大振幅在20hPa,西(东)风距平垂直下传平均速度1.21(1.04)km/月。用10hPa和70hPa月平均纬向风标准化距平之差可反映整层准两年变率的相位,低平流层两半球中纬气温有与之配合的振荡,西(东)风切变时,中纬气温偏低(高)。赤道纬向风准两年变率引起的经圈环流异常是联系低纬纬向风与中纬气温准两年变率的纽带。     

Influence of the 11-year solar cycle on the effects of the equatorial quasi-biennial oscillation, manifesting in the extratropical northern atmosphere

Using the longest and most reliable ozonesonde data sets grouped for four regions (Japan, Europe, as well as temperate and polar latitudes of Canada) the comparative analysis of regional responses of ozone, temperature, horizontal wind, tropopause and surface pressure on the equatorial quasi-biennial oscillation (QBO effects), manifesting in opposite phases of the 11-year solar cycle (11-yr SC) was carried out. The impact of solar cycle is found to be the strongest at the Canadian Arctic, near one of two climatological centres of polar vortex, where in solar maximum conditions the QBO signals in ozone and temperature have much larger amplitudes, embrace greater range of heights, and are maximized much higher than those in solar minimum conditions. The strengthening of the temperature QBO effect during solar maxima can explain why correlation between the 11-yr SC and polar winter stratospheric temperature is reversed in the opposite QBO phases. At the border of polar vortex the 11-yr SC also modulates the QBO effect in zonal wind, strengthening the quasi-biennial modulation of polar vortex during solar maxima that is associated with strong negative correlation between stratospheric QBO signals in zonal wind and temperature. Above Japan the QBO effects of ozone, temperature, and zonal wind, manifesting in solar maxima reveal the downward phase dynamics, reminding similar feature of the zonal wind in the equatorial stratosphere. Above Europe, the QBO effects in solar maxima reveal more similarity with those above Japan, while in solar minima with the effects obtained at the Canadian middle-latitude stations. It is revealed that the 11-yr SC influences regional QBO effects in tropopause height, tropopause temperature and surface pressure. The influence most distinctly manifest itself in tropopause characteristics above Japan. The results of the accompanying analysis of the QBO reference time series testify that in the period of 1965–2006 above 50-hPa level the duration of the QBO cycle in solar maxima is 1–3 months longer than in solar minima. The differences are more distinct at higher levels, but they are diminished with lengthening of the period.     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

Relative Roles of Intraseasonal and Above-seasonal Components in the South China Sea Summer Monsoon Onset

Multi-scale contributions are involved in the South China Sea (SCS) summer monsoon (SCSSM) onset process. The relative roles of intraseasonal oscillation and above-seasonal component in the year-to-year variation of the SCSSM onset are evaluated in this study. The 30-90-day and above-90-day components are major contributors to the year-to-year variation of the SCSSM onset, and the former contributes greater portion, while the 8-30-day component has little contribution to the onset. In the early onset cases, the 30-90-day westerly winds move and extend eastward from the tropical Indian Ocean (TIO) to the SCS monsoon region relatively earlier, and replace the easterly winds over the SCS with the cooperation of the 30-90-day cyclone moving southward from northern East Asia. The westerly anomalies of the above-90-day component in spring jointly contribute to the early SCSSM onset. In the late onset cases, the late eastward expansion of 30-90-day westerly wind over the TIO, accompanied by the late occurrence and weakening of the 30-90-day anticyclone over the SCS, and its late withdraw from the SCS, as well as the persistent easterly anomalies of above-90-day component, suppress the SCSSM onset. However, the SCSSM outbreaks in the obvious weakening stage of 30-90-day easterly anomalies. The easterlies-to-westerlies transition of the 30-90-day 850- hPa zonal wind over the SCS in spring is closely associated with sea surface temperature in the tropical western Pacific in preceding winter and spring, while the interannual variation of the above-90-day zonal wind in April-May is closely related to the decaying stage of the El Ni?o-Southern Oscillation events.     

赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡与行星运动

利用实况资料和小波分析方法研究了赤道平流层中下层纬向风准2 a振荡(简称QBO)周期变化与行星运动之间的联系, 结果表明, QBO周期以火星冲日(25.68月)周期为基准, 时而变长, 时而变短。当地球、土星、天王星3星一线时, 火星冲日月份30 hPa纬向风由东风向西风转换;而3星成直角时, 则从西风向东风的转换。QBO周期变化与木星冲日时的视赤纬存在明显的对应关系。当木星冲日视赤纬达到正极值时(此时为北半球的冬季), QBO周期达到最大;当木星冲日视赤纬达到负极值时(此时为北半球的夏季), QBO周期达到最小。QBO周期与木星冲日视赤纬之间的相关系数高达0.496, 并通过0.001显著性检验。QBO强度与周期、木星冲日时的视赤纬呈现反相变化, 即QBO强度的强(弱), 对应于QBO周期的短(长)。木星冲日负(正)视赤纬, 在过去60 a中, QBO的强度总体呈现增加的趋势, 与天王星的视赤纬减小存在一定的联系。     

NUMERICAL INVESTIGATION OF QBO IN OZONE

In this paper, a two-dimensional primitive equation model, coupling dynamical, radiative andphotochemical processes, is used to simulate the quasi-biennial oscillation (QBO) in ozone. TheQBO in total ozone has been successfully simulated when the forcing of equatorial stratosphericQBO in zonal wind is imposed. The simulated characters of QBO in ozone are in close agreementwith those observed. We further analyzed the mechanism of formation and maintenance of QBO inozone. In the different phases of QBO in equatorial stratospheric wind field, the global circulationhas so great difference that it makes the effects of advection transfer and eddy transfer present aquasi-biennial periodical variation. Chemical effect and dynamical effect are basically out-of-phase.They together form and maintain the QBO in ozone. Total variation rate is a tiny difference of thetwo large amounts. At the lower level of middle-high latitudes, however, it has a phase differenceof about 1-2 months between dynamical and negative chemical effects, where the dynamical effectis comparatively greater. QBO in ozone has no clear counter effects on atmospheric circulation. The experiment resultsshow that the effects of QBO in ozone on temperature field and wind field are very small.     

赤道平流层QBO与我国7月雨型的关联

根据1953～1991年赤道平流层纬向风资料分析,得出我国东部地区7月份主要雨带位置与赤道平流层30～50 hPa平均纬向风准两年振荡（以下简称赤道平流层QBO）有较好的关联。在西风位相条件下,我国7月主要雨带位置较偏北;在东风位相条件下,我国7月主要雨带位置易偏南。它们之间的关系主要是通过对对流层环流的影响相联系的。利用赤道平流层纬向风的变化规律并结合冬季北太平洋对流层环流特征,对我国7月主要雨带类型的预报,有一定实用意义。     

2007 年南海夏季风季节内振荡的北传及影响因子

利用2007年全球降水气候计划GPCP(the Global Precipitation Climatology Project)卫星红外窗口导出的全球降水指数GPI(the Global Precipitation Index)的日降水资料及频率-波数分析方法,分析2007年南海夏季风季节内振荡(Intraseasonal Oscillation,ISO)的传播特征,并使用美国国家环境预报中心(NCEP)/美国大气研究中心(NCAR)再分析的逐日资料,探讨影响其传播的主要因子.结果表明,南海夏季风ISO有明显的北传趋势,并且明显比南传分量占优.影响南海夏季风ISO北传的主要因子是平均纬向风垂直切变和平均经向风对异常水汽的输送.之所以异常经向风对平均水汽的输送及海-气相可作用的影响在南海地区不重要,而在印度季风区有一定的贡献,是因为平均水汽和纬向风分布在两个地区的差异.