南海夏季风建立的模式诊断研究

应用全球谱模式 (T42L9)对 1 986年和 1 987年个例进行了一系列有、无凝结潜热加热和地表感热以及地形作用的单因子敏感性数值预报试验 ,对预报模式输出的大气凝结潜热量和地面感热通量的时空变化特征进行了诊断分析。个例敏感性试验结果表明 ,大气凝结潜热对南海地区西南风的建立极为重要。诊断分析结果指出 ,在南海夏季风建立前 ,中南半岛地区是强大的凝结潜热加热区 ,远比印度半岛地区强。地形和中南半岛凝结潜热的共同作用可能是导致南海夏季风早于印度夏季风建立的重要原因。 1 987年 5月份在中南半岛地区的凝结潜热量比 1 986年明显偏低 ,直到 5月底 6月初才明显上升 ,这可能是该年南海夏季风建立晚的一个原因 ,中南半岛地区凝结潜热的变化可能是影响季风建立早晚的重要因子之一。     

The Earliest Onset Areas and Mechanism of the Tropical Asian Summer Monsoon

The multi-yearly averaged pentad meteorological fields at 850 hPa of the NCEP/NCAR reanalysis dada and the TBB fields of the Japan Meteorological Agency during 1980-1994 are analyzed. It is found that if the pentad is taken as the time unit of the monsoon onset, then the tropical Asian summer monsoon (TASM) onsets earliest, simultaneously and abruptly over the whole area in the Bay of Bengal (BOB), the Indo-China Peninsula (ICP), and the South China Sea (SCS), east of 90°E, in the 27th to 28th pentads of a year (Pentads 3 to 4 in May), while it onsets later in the India Peninsula (IP) and the Arabian Sea (AS), west of 90°E. The TASM bursts first at the south end of the IP in the 30th to 31st pentads near 10°N, and advances gradually northward to the whole area, by the end of June. Analysis of the possible mechanism depicts that the rapid changes of the surface sensible heat flux, air temperature, and pressure in spring and early summer in the middle to high latitudes of the East Asian continent between 100°E and 120癊are crucially responsible for the earliest onset of the TASM in the BOB to the SCS areas. It is their rapid changes that induce a continental depression to form and break through the high system of pressure originally located in the above continental areas. The low depression in turn introduces the southwesterly to come into the BOB to the SCS areas, east of 90°E, and thus makes the SCS summer monsoon (SCSSM) burst out earliest in Asia. In the IP to the AS areas, west of 90°E, the surface sensible heat flux almost does not experience obvious change during April and May, which makes the tropical Indian summer monsoon (TISM) onset later than the SCSSM by about a month. Therefore, it is concluded that the meridian of 90°E is the demarcation line between the South Asian summer monsoon (SASM, i.e., the TISM) and the East Asian summer monsoon (EASM, including the SCSSM). Besides, the temporal relations between the TASM onset and the seasonal variation of the South Asian high (SAH) are discussed, too, and it is found that there are good relations between the monsoon onset time and the SAH center positions. When the SAH center advances to north of 20°N, the SCSSM onsets, and to north of 25°N, the TISM onsets at its south end. Comparison between the onset time such determined and that with other methodologies shows fair consistency in the SCS area and some differences in the IP area.     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析

青藏高原作为世界第三极,其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要,也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim中1979-2016年3-10月青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料,通过分析得出以下结论:3-5月青藏高原主体由感热占据,感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势,潜热强度较小但随时间而增强。季风爆发后的6-8月,青藏高原感热强度减弱,潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布特征。季风消退后的9-10月,感热与潜热强度相当,但感热呈现出西高东低的分布特征。过去38年,青藏高原地表感热总体呈现微弱下降趋势,潜热呈较弱上升趋势。青藏高原西部地区感热呈微弱下降趋势,潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强,东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势,分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致,通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析青藏高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。      

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。     

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。     

Subgrid-scale vertical heat fluxes for the African region

Summary A diagnostic model for complete heat budgets in the free atmosphere is presented and is applied to the African-Atlantic sector between 35°S–30°N for May 1979. The model is based on the conservation equations for latent and sensible heat. These are evaluated in a form integrated over 24 hours in time and over atmospheric boxes of 2.5°×2.5° in horizontal and 100 hPa in vertical direction. Grid-scale input data are the 3D-ECMWF-diagnoses of the FGGE period plus parameterized fields of surface rain, evaporation and sensible Heat flux. This leads to an overspecification of latent and sensible heat budgets for any atmospheric column between surface and top of the atmosphere and thus yields an objective column imbalance. In order to separate the vertical subscale fluxes of rain, moisture and heat in the free atmosphere the model uses a closure assumption for the coupling between moisture and sensible heat flux as well as one for the vertical imbalance profiles; it is demonstrated that the budgets are not too sensitive with respect to these parameterizations.Results are presented in terms of vertical profiles of the subscale vertical fluxes of rain, moisture and heat. These are interpeted as measures of convective activity, with particular emphasis on the ITCZ. May 1979 averages as well as results for a respresentative single day are discussed. The imbalance (=the error) can be sufficiently well separated from the signal. It is shown that the low-level mass flux divergence does not coincide with the position of the ITCZ while the maximum of the subscale fluxes does coincide. Over the continent, it is not the horizontal mass flux convergence which feeds the ITCZ and the rainbelt but rather the subscale moisture flux and its convergence in the vertical. Over the Saharan latitudes, there is considerable convective flux of sensible heat, but not of latent heat. Over the ocean, deep convection in the ITCZ is weaker than over Africa, and it is consistently correlated with upward converging subscale moisture flux. The fields of the subscale vertical fluxes are coherent in space and time. It is argued from these results that the presented diagnostic model is potentially useful for testing parameterizations of convection in general circulation and climate models.With 19 Figures     

陆面过程模式对土壤含水量初值的敏感性研究

利用IAP94陆面过程模式,采用淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)期间两种下垫面(森林和旱田)、不同季节(5月、8月和11月)的观测资料,研究了模式对土壤含水量初值的敏感性.结果表明:对于森林和旱田下垫面,当土壤含水量减少时,地表净辐射均略有减少,同时潜热通量减少而感热通量增加.另外,模式对土壤含水量初值的敏感性有较明显的季节差异,相对而言在晚春和夏季较强,而在秋季明显减弱.这说明春夏季节的土壤含水量初值在淮河流域区域气候的模拟和预测中尤其值得关注.     

西南季风爆发前后大理近地层风场及湍流通量的变化特征

利用2008年4~5月大理国家气候观象台近地面层观测系统的梯度、涡动相关通量观测资料,结合背景场环流分析,分析了西南季风爆发前后大理近地面层的风速、风向变化特征、风速廓线和垂直切变变化特征以及动量、感热和潜热通量变化特征。结果显示:西南季风爆发前,大理近地层风向以东南风为主,平均风速较大;风速日变化的双峰型特征较显著,风速的垂直切变大,动量通量数值较大且日变化特征较明显。西南季风爆发后,大理近地层西北风频率显著增加,平均风速减小;风速日变化以单锋型为主,风速垂直切变较前期显著减小,动量通量数值减小而日变化特征较不显著。西南季风开始前后大理地气热量交换都以潜热为主,西南季风开始前一旬期间,潜热通量的逐日变化特点是随时间逐渐减少,感热通量逐渐增大,二者差值逐渐减小;西南季风开始后潜热通量的逐日变化为逐渐增大而感热通量逐渐减少,二者差值逐渐增大。就月平均值的日变化而言,潜热通量峰值变化不大,雨季略低于干季的4月;感热通量4~6月的月平均逐月降低。其原因既与雨季天气的变化有关,也与下垫面状况的改变相联系。     

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...     

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响.本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通...     

CLM在淮河流域数值模拟试验

文中利用 1998年HUCEX资料对CommonLandModel(CLM )的模拟能力进行了验证。结果表明 ,CLM不但能够较好地模拟陆 气间各种能量通量 ,而且还能模拟出土壤中温度的时空分布特征。春季 ,CLM对潜热模拟偏高 ,从而引起土壤温度模拟偏低 ;而在夏季 ,潜热模拟偏低 ,在旱地下垫面由于净辐射模拟偏低使土壤温度的模拟仍然偏低 ,水田下垫面的土壤温度模拟趋向合理。夏季的水田无论在对大气的能量输送还是土壤的温度分布上 ,都有其特殊性 ,需在陆面模式中予以特殊的考虑。     

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。     

江门前汛期不同降水时段特征

通过对江门地区1971～2007年3—6月候雨量、日雨量,2003～2007年南海和华南地区低层（850hPa）风场、向外长波辐射（OLR）场和水汽场在南海夏季风爆发前后差异的比较分析,发现：江门前汛期降水由锋面降水和夏季风降水2个时段组成,降水集中期分别为5月第2候和6月第2候。南海夏季风爆发后,江门第1次出现的降水可看作是夏季风降水的开始,南海夏季风的不同爆发类型对江门夏季风降水的开始时间有不同影响。江门前汛期的锋面降水为大尺度抬升凝结降水,而具有热带性质的夏季风降水为对流性降水;由于降水性质的不同,导致两者在降水持续时间、降水形式等方面表现出差异。     

夏季青海湖局地环流及大气边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力模式,采用两重嵌套方法,模拟了青海湖区域的局地环流及大气边界层特征,并且与无湖试验进行了比较。结果表明:白天由于青海湖的存在有很好的降温作用,夜晚则有保温效应,表现出明显的冷(暖)湖效应;青海湖对感热和潜热的影响有很强的日变化,白天湖面感热、潜热都小,夜间情况相反,这使得白天青海湖是冷干岛,夜间是暖湿岛;青海湖使得白天湖面边界层顶低,陆面边界层顶高,夜间相反。这样的边界层顶高度和温度、地面能量通量相配合,形成了一个很好的保护机制,对青海湖的水土保持和生态环境的维持有正效应;青海湖使得湖面上空大气下沉,陆面上空大气上升,从而产生了湖面上空大气冷干,陆面上空大气暖湿的边界层特征;青海湖边缘的陆面形成的较大的湿气柱围绕着湖面,起到了保护湖面的作用;青海湖低空白天有明显的湖面向四周的辐散气流,而夜间则为从北偏东方向来的陆风。     

夏季我国干旱、半干旱区陆面过程能量平衡及其局地大气环流

利用NCEP资料分析得出,夏季我国干旱,半干旱区在整个欧亚大陆上是陆面感热通量最强的地方,与此对应的陆面潜热通量则最弱.陆面所接收的太阳短波辐射主要以感热和长波辐射的能量形式释放.该区降水量很少,降水量的年际变率也很弱;因此,该区的陆面热量通量都显出很弱的年际变率;然而,这些通量的年代际变率信号则比较显著.我国干旱、半干旱区大气环流的热力过程与其陆面过程特征密切相关.该区对流层大气的辐射冷却很强,达-3 K d-1.由于缺乏水汽和上升运动,大尺度凝结加热率、深对流加热率、浅对流加热率都非常弱.因此,600hPa以上的大气以绝热下沉加热来平衡辐射冷却;600hPa以下,陆面感热引起的垂直扩散加热率非常强,多达8 K d-1,它除了平衡辐射冷却以外还制造对流层低层的对流运动,以绝热上升冷却来平衡多余的垂直扩散加热.总之,我国干旱、半干旱区的陆面过程特征决定了该区大气运动的特殊垂直结构,即对流层低层对流上升运动及其上层的下沉运动.我国干旱、半干旱区陆面能量平衡及其局地大气环流的年代际变率,是全球气候系统年代际变率的必然结果.     

1998年南海季风试验期间海 气通量的估算

根据1998年南海季风试验西沙海面铁塔梯度观测资料，利用总体（Bulk）系数法和多层结通量廓线法对西沙海面的海-气通量进行了估算，得出两种方法估算的潜热通量、感热通量基本一致。总体系数法估算的潜热通量比多层结通量廓线法略大1～3 W·m-2，感热通量小0～1.5 W·m-2。一般而言，季风爆发期间潜热输送逐渐增加；季风爆发前期夜间潜热通量比季风爆发后期大；季风爆发后期，白天潜热通量明显大于爆发初期和中期。感热通量季风爆发前海面向大气输送，爆发后期大气向海面输送。动量通量和摩擦速度随风速增加。     

Surface fluxes estimation over agricultural areas. Comparisonof methods and the effects of land surface inhomogeneity

Summary  The Bowen Ratio-Energy Balance (BREB) and the aerodynamic method were used to estimate turbulent fluxes of sensible and latent heat flux over an irrigated agricultural area (IAA) and over two dry agricultural areas (DAA1 and DAA2). These turbulent fluxes were analysed and particular attention paid to two specific areas. First, a quantitative analysis of sensible and latent heat fluxes obtained by the BREB method was carried out, taking into account different soil type, vegetation and surface conditions. The results showed that in IAA latent heat flux was higher than sensible heat flux, except in summer months, while in DAA1 and DAA2, sensible heat flux was higher except in the months when the vegetation was at the stage of maximum development. Second, sensible and latent heat fluxes estimates from the BREB method were compared with those obtained from the aerodynamic method. In this comparison factors such as soil type, soil vegetation cover, homogeneity or inhomogeneity of terrain and mesoscale effects such as orography and wind patterns were taken into account. The results show that in conditions of light wind, the two methods only concur if the condition of horizontal homogeniety is fulfilled. The influence of inhomogeneity seems to decrease and agreement between methods improves, if the wind is stronger and the effects of meso and synoptic scales are predominant. Received May 18, 1999/Revised March 15, 2000     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。     

青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系

利用第三次青藏高原大气科学观测试验数据,对高原不同地区感热、潜热交换等湍流输送特征进行了分析,并进一步对比研究了其与气象环境因子的相关关系。结果表明:（1）高原各站之间感热和潜热的差异性较大,但大多在雨季潜热会大于感热。干燥的狮泉河站属于高寒荒漠地区,降水极少,全年感热都远大于潜热,波文比年平均值可达到20.0;湿润的比如站和嘉黎站潜热在4～10月均显著大于感热,波文比在4～10月的数值范围在0.27～0.88。（2）高原感热和潜热通量的季节变化与高原季风所处的地理位置有密切关系,高原中部的感热通量在3～5月达到最大值,而高原西部则在4～6月最大,可能与高原季风的活动有关。（3）通过与气象要素的相关分析表明,高原西部狮泉河站感热与地气温差的正相关关系最为显著,全年的相关系数可以达到0.905,在4个季节相关系数也均大于0.79,这可能与下垫面是裸地有关;高原中部安多站和那曲站感热与风速的正相关在夏季最为显著,比如站感热与风速的正相关在冬季最为明显,而狮泉河站感热与风速在春、夏季均有着十分显著的正相关。