Decadal Changes in Interannual Dependence of the Bay of Bengal Summer Monsoon Onset on ENSO Modulated by the Pacific Decadal Oscillation

Interannual variations of the Bay of Bengal summer monsoon (BOBSM) onset in association with El Ni?o?Southern Oscillation (ENSO) are reexamined using NCEP1, JRA-55 and ERA20C atmospheric and Hadley sea surface temperature (SST) reanalysis datasets over the period 1900?2017. Decadal changes exist in the dependence of the BOBSM onset on ENSO, varying with the Pacific Decadal Oscillation (PDO). A higher correlation between the BOBSM onset and ENSO arises during the warm PDO epochs, with distinct late (early) onsets following El Ni?o (La Ni?a) events. In contrast, less significant correlations occur during the cold PDO epochs. The mechanism for the PDO modulating the ENSO?BOBSM onset relationship is through the variations in SST anomaly (SSTA) patterns. During the warm PDO epochs, the superimpositions of the PDO-related and ENSO-related SSTAs lead to the SSTA distribution of an El Ni?o (La Ni?a) event exhibiting significant positive (negative) SSTAs over the tropical central?eastern Pacific and Indian Ocean along with negative (positive) SSTAs, especially over the tropical western Pacific (TWP), forming a strong zonal interoceanic SSTA gradient between the TWP and tropical Indian Ocean. Significant anomalous lower tropospheric easterlies (westerlies) together with upper-tropospheric westerlies (easterlies) are thus induced over the BOB, favoring an abnormally late (early) BOBSM onset. During the cold PDO epochs, however, the superimpositions of PDO-related SSTAs with El Ni?o-related (La Ni?a-related) SSTAs lead to insignificant SSTAs over the TWP and a weak zonal SSTA gradient, without distinct circulation anomalies over the BOB favoring early or late BOBSM onsets.     

The Onset of the Monsoon over the Bay of Bengal: The Year-to-Year Variations

In situ buoy observation data spanning four years(2008-2011) were used to demonstrate the year-to-year variations of the monsoon onset processes in the Bay of Bengal(BoB).A significant early(late) monsoon onset event in 2009(2010) was analyzed in detail.It is found that the year-to-year variations of monsoon onset can be attributed to either the interannual variability in the BoB SST or the irregular activities of the intra-seasonal oscillation(ISO).This finding raises concern over the potential difficulties in simulating or predicting the monsoon onset in the BoB region.This uncertainty largely comes from the unsatisfactory model behavior at the intra-seasonal time scale.     

An Analysis of the Characteristics of Monsoon Onset over the Bay of Bengal and the South China Sea in 2010

Based on NCEP/NCAR daily reanalysis and the Tropical Rainfall Measuring Mission data, the background atmospheric circulation and the characteristics of meteorological elements during the period of the Bay of Bengal monsoon (BOBM) and the South China Sea (SCS) monsoon (SCSM) in 2010 are studied. The impacts of the BOBM onset on the SCSM onset and the relationship between the two monsoons are also analyzed. The two main results are as follows. (1) The BOBM onset obviously occurs earlier than the SCSM onset in 2010, which is a typical onset process of the Asian monsoon. During the BOBM’s onset, northward jump, and eastward expansion, convective precipitation and southwest winds occurred over the SCS, which resulted in the onset of the SCSM. (2) The relationship among strong convection, heavy rainfall, and vertical circulation configuration is obtained during the monsoon onsets over the BOB and SCS, and it is concluded that the South Asian High plays an important role in this period.     

孟加拉湾季风爆发可预测性的分析和初步应用

基于季风区对流层中高层副高脊附近的经向温度梯度能表征季节转换和季风爆发的物理本质这一事实,使用1980—1999年过渡季节期间(3～5月)逐日和月平均的NCEP／NCAR高空温度场再分析资料,对该温度梯度潜在的预报季风爆发进行了分析。结果表明：在已知初始时刻孟加拉湾季风区对流层中高层经向温度梯度的前提下,依据初始时刻的经向温度梯度和气候平均的经向增温率梯度,可以对孟加拉湾季风爆发的迟早做出定性预测。另外,由于孟加拉湾地区季风爆发日期与3月份青藏高原上空对流层中高层气温有显著相关,故前期高原上空对流层中高层的气温高低也是判断孟加拉湾季风爆发迟早的重要因子。对2000年和2001年孟加拉湾季风爆发迟早定性预测的结果表明,这两种预报方法具有潜在的应用价值。     

青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发I. 爆发地点

使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的客观分析资料、ECMWF/TOGA补充数据集,美国NMC气候分析中心的向外长波辐射（OLR）资料以及国家气候中心存档的中国336个测站的降水资料,研究了1989年春天青藏高原和邻近地区的热力特征和环流特征,及其对亚洲季风区季节转换的影响。文中集中分析了表面感热和潜热通量的时空分布特征。结果表明:1989年亚洲季风的爆发由三个接续的阶段组成。第一阶段是5月上旬在孟加拉湾东岸,称为孟加拉（BOB）季风爆发阶段。第二阶段是5月20日左右开始的中国南海（SCS）季风爆发阶段。第三阶段是6月10日左右开始的印度上空的南亚季风（或称印度季风）的爆发阶段。分析表明,正是由于青藏高原的热力和机械强迫作用才使亚洲季风首先在孟加拉湾地区出现。BOB季风环流提供了有利的背景条件,使SCS季风接着爆发。最后随着亚洲热带流型的西移,印度季风爆发才发生。     

东亚地区夏季风爆发过程

利用中国194站1961～1995年日降水资料及NCEP1979～1997年候格点降水资料,探讨了亚洲地区自春到夏的雨季开始分布。结果表明,东亚地区自春到夏存在副热带季风雨季开始和热带季风雨季开始。前者于4月初开始于华南北部和江南地区,随后向南和向西南扩展,于4月末扩展到华南沿海和中南半岛,这个雨带主要是冷空气和副热带高压西侧转向的SW风以及南亚地区冬春副热带南支西风槽中西风汇合而形成的,是副热带季风雨季开始。后者是南海热带季风爆发后使原来由江南移到华南沿岸的副热带季风雨带随副热带高压北进而北进,前汛期雨季进入盛期,江南出现第二次雨峰,形成梅雨期和江淮及华北雨季。同时,热带季风雨带也自东向西传播到达南亚地区而形成热带季风雨季。还讨论了1998年东亚地区夏季风爆发过程,指出南海夏季风爆发期的季风由副高北侧形成的新生气旋进入南海造成南海中部西风和南海越赤道气流转向的SW季风加强汇合而形成,因而是东亚季风系统中环流系统季节变化造成的,和印度季风无关。在南海季风爆发期阿拉伯海仍由副热带反气旋控制,南亚仍是上述副热带反气旋北侧NW风南下后转向的偏西副热带气流所控制,索马里低空急流仍未爆发,赤道西风并未影响南海。     

东亚夏季风的强度与前期西太平洋暖池热含量异常的关系

本文利用日本气象厅提供的历史海温资料、Hadley海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料(1951~2010年)等探讨了东亚夏季风的强度与前期暖池热含量异常的关系。结果表明,西太平洋暖池热含量可以作为东亚夏季风强度的前期预测因子,两者正相关关系显著。本文选取相关系数更大、持续性更好的前期冬季暖池关键区(-5.5°~5.5°N;157.5°~170.5°E)热含量来进行预报。将暖池热含量指数和东亚夏季风指数均回归到夏季大气环流场上,发现在暖水年次年夏季西太副高偏弱、位置偏北,菲律宾以东以北洋面为气旋性环流,对流上升运动增强,赤道西太平洋地区为显著的西风距平,日本岛以东洋面为反气旋环流,对流下沉运动增强,日本岛以南、黄海至我国中东部地区为显著的东风距平,且前期2月西风带位置偏北,引起夏季海陆热力差异较大,最终导致东亚夏季风强度异常偏高;冷水年则相反。综上所述,当前期冬季西太平洋暖池热含量异常偏高(低)时,会造成次年东亚夏季风强度偏强(弱)。     

1998年南海、孟加拉湾夏季风期间动能收支特征

该文采用1998年加密观测资料经同化处理后得到的客观分析格点资料, 对南海地区和孟加拉湾地区的动能收支进行了诊断分析和对比, 得出: B区夏季风爆发, 其850 hPa区域平均总动能表现为爆发性增长, C区则表现为一个逐步增长的过程.越赤道气流通过南边界的动能输送对B区夏季风建立贡献很大, 西边界动能输入对C区夏季风建立也起了十分显著的作用.季风盛行期, B区夏季风动能的发展维持主要是动能水平通量散度的贡献, 其中西边界动能的流入贡献最大, 孟加拉湾夏季风的变化主要为印度季风影响所致; C区夏季风动能主要是依靠其区域内动能制造来维持.对于850 hPa层, B区主要通过斜压过程制造动能, 正压过程破坏更多的动能, C区主要是正压过程制造动能.两区对流层高层都为动能主要流出区, 而对流层低层, B区为动能流入区, C区为动能流出区.     

Cloud Condensation Nuclei over the Bay of Bengal during the Indian Summer Monsoon

The first measurements of cloud condensation nuclei(CCN) at five supersaturations were carried out onboard the research vessel "Sagar Kanya"(cruise SK-296) from the south to the head-bay of the Bay of Bengal as part of the Continental Tropical Convergence Zone(CTCZ) Project during the Indian summer monsoon of 2012. In this paper, we assess the diurnal variation in CCN distributions at supersaturations from 0.2% to 1%(in steps of 0.2%) and the power-law fit at supersaturation of 1%.The diurnal pattern shows peaks in CCN concentration(NCCN) at supersaturations from 0.2% to 1% between 0600 and 0700 LST(local standard time, UTC+0530), with relatively low concentrations between 1200 and 1400 LST, followed by a peak at around 1800 LST. The power-law fit for the CCN distribution at different supersaturation levels relates the empirical exponent(k) of supersaturation(%) and the NCCNat a supersaturation of 1%. The NCCNat a supersaturation of 0.4% is observed to vary from 702 cm~(-3) to 1289 cm~(-3), with a mean of 961 ± 161 cm~(-3)(95% confidence interval), representing the CCN activity of marine air masses. Whereas, the mean NCCNof 1628 ± 193 cm~(-3) at a supersaturation of 1% is higher than anticipated for the marine background. When the number of CCN spectra is 1293, the value of k is 0.57 ± 0.03(99% confidence interval)and its probability distribution shows cumulative counts significant at k ≈ 0.55 ± 0.25. The results are found to be better at representing the features of the marine environment(103 cm~(-3) and k ≈ 0.5) and useful for validating CCN closure studies for Indian sea regions.     

太平洋和印度洋在南海夏季风爆发年代际变化中的作用

利用1951～1998年多种大气和海洋资料,研究了太平洋和印度洋在南海夏季风爆发中的作用.结果表明,影响南海夏季风爆发早晚的因素存在着年代际变化:1951～1970年,印度洋起主要作用;1970～1998年西太平洋起主要作用.该年代际变化主要是1970年前后北极涛动(AO)的跃变以及西太平洋副高强度变化的结果.1951...     

热带印度洋MJO活动对孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的影响

通过对1979—2008年热带太平洋30—60 d振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)指数、美国国家环境预报中心再分析资料和日本气象厅降水资料的分析,发现热带东印度洋MJO强度和传播状况影响孟加拉湾西南夏季风季节内振荡及相关低频环流、对流和降水分布。当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南季风季节内振荡活动在4—8月比其不活跃时提前约20 d(约1/2个周期),其对于孟加拉湾西南季风季节内振荡的影响可持续整个季风期,使西南季风的季节内振荡不仅酝酿期和活跃期提前发生,季风期有所延长,季节内振荡也更强。西南季风季节内振荡具有明显的北传和东传特征,北传沿孟加拉湾通道从赤道向副热带推进,而东传则沿10°—20°N从孟加拉湾向东传至南海地区。春末夏初时热带东印度洋MJO的异常状况,正是通过对西南季风季节内振荡东传和北传的影响,进而对孟加拉湾西南季风季节内振荡在季风期的酝酿、维持和活跃产生作用,这种作用同时体现在强度和时间上。孟加拉湾西南夏季风季节内振荡强度与热带东印度洋MJO在4月21日—5月5日的活动呈现显著负相关,当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的强度较大,在5—8月经历3次季节内振荡波动,低频对流场和环流场在1—3位相(孟加拉湾西南夏季风季节内振荡为正位相)和4—6位相(负位相)时呈反位相特征,这是由MJO低频对流的东传及在孟加拉湾和南海这两个通道上的北传引起的。从印度半岛到菲律宾群岛的降水在1—3位相和4—6位相上分别为正异常和负异常,其中,在第2位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波峰)和第5位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波谷)时分别为降水最大正异常和最大负异常。反之,在热带印度洋MJO在春末夏初不活跃年时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡活动较弱,强度偏弱且振荡也不规律。     

020106 西太平洋暖池区海表水温暖异常对东亚夏季风影响的研究

对夏季热带西太平洋暖池区海表水温暖异常年的东亚大气环流做了合成分析,然后用奇异值分解(SVD)方法做了进一步统计检验,揭示了东亚夏季风变异与暖池区海表水温异常的密切关系和它们间最佳耦合模态.结果发现当夏季暖池区暖异常时,在对流层低层西太平洋地区可产生一个强的反气旋偏差环流,使得副热带高压南侧东风气流大大加强,并向西伸展到中南半岛南部,从而影响了东南亚热带和副热带地区西南季风的变化(强/弱).中南半岛至中国东部大陆夏季风增强,赤道东印度洋、南海南部和中部、西太平洋热带地区夏季风减弱.SVD分析还发现经向风和纬向风与海表水温之间各存在两个最佳耦合模态,结果表明,不仅整个暖池海表水温暖/冷异常对东亚大气环流异常有重要影响,而且暖池区内海表水温有显著的暖和冷异常差异时,对东亚大气环流的影响也很明显(耦合总体平方协方差约占总体协方差的0.20),尤其是在南海至长江以南地区.     

Analysis of Basic Features of the Onset of the Asian Summer Monsoon

In this paper,a relatively systematic climatological research on the onset of the Asian tropical summer monsoon(ATSM)was carried out.Based on a unified index of the ATSM onset,the advance of the whole ATSM was newly made and then the view that the ATSM firstly breaks out over the tropical eastern Indian Ocean and the middle and southern Indo-China Peninsula was further documented,which was in the 26th pentad(about May 10),then over the South China Sea(SCS)in the 28th pentad.It seems that the ATSM onset over the two regions belongs to the different stages of the same monsoon system.Then,the onset mechanism of ATSM was further investigated by the comprehensive analysis on the land-sea thermodynamic contrast,intraseasonal oscillation,and so on,and the several key factors which influence the ATSM onset were put forward.Based on these results,a possible climatological schematic map that the ATSM firstly breaks out over the tropical eastern Indian Ocean,the Indo-China Peninsula,and the SCS was also presented, namely seasonal evolution of the atmospheric circulation was the background of the monsoon onset;the enhancement and northward advance of the convections,the sensible heating and latent heating over the Indo-China Peninsula and its neighboring areas,the dramatic deepening of the India-Burma trough,and the westerly warm advection over the eastern Tibetan Plateau were the major driving forces of the summer monsoon onset,which made the meridional gradient of the temperature firstly reverse over this region and ascending motion develop.Then the tropical monsoon and precipitation rapidly developed and enhanced. The phase-lock of the 30-60-day and 10-20-day low frequency oscillations originated from different sources was another triggering factor for the summer monsoon onset.It was just the common effect of these factors that induced the ATSM earliest onset over this region.     

南海夏季风建立的气候特征及其机制的讨论

使用1998年南海季风试验期问高质量资料和NCEP／NCAR40年再分析资料分析了南海季风建立前后的大尺度环流特征和要素的突变及爆发过程。发现南亚高压迅速从菲律宾以东移到中南半岛北部，孟加拉湾槽加深加强，赤道印度洋西风加强并向东向北迅速扩展和传播，以及伴随的中低纬相互作用和西太平洋副高连续东撤是南海夏季风建立的大尺度特征。与此同时，亚洲低纬地区的南北温差和纬向风切变也发生相应的突变。数值试验结果表明，印度半岛地形的陆面加热作用在其东侧激发的气旋性环流对于孟加拉湾槽的加强有重要作用，并进而有利于南海夏季风先于印度夏季风爆发。     

南海夏季风爆发的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式 (RegCM_NCC) 对南海夏季风爆发进行模拟研究。研究表明:该模式对积云对流参数化方案的选择十分敏感, 其中以Kuo积云参数化方案为最好, 可以比较成功地模拟出南海夏季风的爆发时间、爆发前后高、低层风场的剧烈变化以及季风与季风雨带的向北推进。然而该方案对于雨量和副热带高压位置的模拟, 与观测相比尚存在一定的偏差, 主要表现为副热带高压位置模拟偏北、偏东; 南海地区的降水量模拟偏少、降水范围偏小。此外, 采用4种参数化方案 (Kuo, Grell, MFS, Betts-Miller) 集成的结果在某种程度上要优于单个方案的结果, 这种改善主要体现在对南海地区季风爆发后降水的模拟上。     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

索马里跨赤道气流对南海夏季风爆发的重要作用

通过分析NCEP/NCAR多年再分析资料,清楚地揭露了南海夏季风爆发与索马里跨赤道南风气流建立之间的重要关系.对应南海夏季风爆发,总是已先期在赤道印度洋地区有西风加强和索马里跨赤道南风气流的建立;而且,若南海夏季风爆发偏早(晚),赤道印度洋地区西风的加强和索马里跨赤道南风气流的建立也偏早(晚).可以认为,索马里跨赤道南风气流的稳定建立是南海夏季风爆发的重要物理机制之一,它的建立导致赤道印度洋地区西风的持续加强和向东扩展,并最终在南海地区形成西南气流.     

阿拉伯海和孟加拉湾夏季风气候特征的差异

利用 1 958— 1 997年 3— 1 1月 NCEP/NCAR850和 2 0 0 h Pa再分析风场资料 ,研究了南亚夏季风活动的气候特征。发现南亚不同区域的经、纬向风季节变化及纬向风的峰型结构差异明显。夏季在阿拉伯海和孟加拉湾分别有两个最明显西南风速中心 ,这两个地区的西南风活动明显不同 ,孟加拉湾西南风出现及向北推进到2 0°N时间比阿拉伯海明显偏早 ,结束时间偏晚 ,是南亚季风区西南夏季风维持时间最长的地区。对比分析强、弱夏季风年 6— 8月高、低层经、纬向风距平垂直切变矢量风场发现 ,热带低纬度越赤道气流及南亚季风区的流场结构明显不同。     

亚洲夏季风爆发前后西北太平洋和孟加拉湾热带气旋活动统计特征

亚洲夏季风爆发始于孟加拉湾,然后向中国南海和印度次大陆扩展,其过程约持续1个月。各地区夏季风爆发时间呈明显的年际变化。利用热带气旋资料和气象再分析资料,统计了1951-2010年孟加拉湾和中国南海夏季风爆发前后西北太平洋热带气旋、孟加拉湾气旋风暴活动和夏季风爆发的关系。结果表明,在孟加拉湾夏季风爆发过程中,共有36 a出现孟加拉湾气旋风暴,并且夏季风爆发偏早年出现风暴的几率最高,为80%。在孟加拉湾夏季风爆发偏早、正常和偏晚3种类型中,孟加拉湾风暴活动频率高峰期多出现在夏季风爆发前后几天内。并且在孟加拉湾风暴活动频率高峰出现前期,西北太平洋热带气旋最先出现活动频率高峰。孟加拉湾夏季风爆发前有40%-50%的年份西北太平洋出现热带气旋活动,其中,夏季风爆发偏早年,爆发前西北太平洋热带气旋活跃的时间偏早（4月第2候）,且多活动在中国南海和菲律宾附近;爆发正常年,西北太平洋热带气旋活跃的时间为4月第4候,多活动在略偏东的海域;爆发偏晚年,西北太平洋热带气旋活跃的时间为5月初,活动区域最偏东。中国南海夏季风爆发过程中,60 a中共有29 a西北太平出现热带气旋,其中爆发偏早和正常年出现热带气旋的频率较高,并且热带气旋多出现在爆发当日和爆发后一段时间。整体来看,亚洲夏季风爆发前,西北太平洋热带气旋活动频率最先开始增强,然后孟加拉湾风暴开始活跃并伴随着孟加拉湾夏季风爆发,夏季风爆发偏早和正常年,孟加拉湾夏季风爆发后,西北太平洋热带气旋再次增强,中国南海夏季风爆发。      

Characteristics of Tropical Sea Surface Temperature Anomalies and Their Influences on the Onset of South China Sea Summer Monsoon

The characteristics of sea surface temperature anomalies(SSTAs)in the tropical oceans and their influences on the onset of South China Sea summer monsoon(SCSSM)have been studied.The anomaly of SST in tropical Pacific Ocean exerts persistence impact for one to three months on atmospheric circulations.If the warm pool becomes anomalously warmer during an earlier period from February to April,the SCSSM breaks out earlier,and vice versa.Singular value decomposition(SVD)and composite analysis have shown that,in La Ni a pattern,the convection over Western Pacific will occur earlier and be stronger than normal,which favors the convergence at a lower layer over Western Pacific,as well as the strengthening of upwelling branch of Walker circulation,leading to an earlier burst of westerly in the southern South China Sea.Moreover,the convection in Sumatra appears earlier than normal and favors the westerly evolution in eastern Indian Ocean,resulting in the splitting of the subtropical high belt and an early onset of SCSSM.However,the atmospheric circulation anomaly is reversed in El Nio pattern.