南海至西太平洋一带夏季低空越赤道气流和季风的初步研究

本文对南海至西太平洋一带夏季低空越赤道气流的情况和西南季风的来源,进行了初步研究。发现:(1)就气候平均而言,东非低空急流的影响范围,包括印度南部、孟加拉湾南部直到中南半岛南部和南海南部。在这一范围内,夏季月平均西南季风强度的年际变化十分一致;(2)夏季在中南半岛南部、南海南部,西南季风的主要来源是上游印度、孟加拉湾地区,直接来自南半球的气流比重不大。而热带西北太平洋的西南季风,则主要来自南半球;(3)在110-140°E 的赤道地区,并不存在一支主要的越赤道气流;(4)在150°E 附近的新几内亚东岸,有一条越赤道气流的通道。热带西北太平洋的西南季风,主要就是这支越赤道气流转向而成(但似乎要求这支气流的南风分量强度超过某一下限,即存在一阈值,才能对西北太平洋的西南季风变化有影响)。新几内亚岛上的山脉,对南半球东南信风的阻挡,是形成这支越赤道气流的重要原因之一;(5)大致在15°N 以南的南亚至西北太平洋地区,其西南季风主要由二支气流构成:一支在非洲东岸附近越过赤道,成为东非低空急流,经印度南部,往下游一直影响到南海南部;另一支在新几内亚东岸附近越过赤道,转向成西南气流影响西北太平洋。     

西南季风潮与2004年5月我国南方暴雨

以2004年5月初及5月中旬我国华南等地两次较大暴雨过程为例, 分析了西南季风潮与我国前汛期降水的关系。初步结论指出:西南季风潮的爆发与我国华南降水, 特别是大暴雨的形成关系极为密切, 而这次西南季风潮的爆发又与来自南半球的越赤道气流直接有关。同时指出, 这次西南季风潮的爆发主要与来自85°~95°E孟加拉湾地区所在经度的越赤道气流有关, 它们是印度洋“半球间宏观系统”的一个部分。而南海季风潮仅仅是西南季风潮的一种特例, 在这两次重大降水过程中没有南海季风潮的爆发和影响。     

华南连续性特大致洪暴雨个例分析

利用气象常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,从越赤道气流、降水时空分布以及过程开始、持续和结束环流时特征等方面对2005年6月18~24日华南连续性特大致洪暴雨过程进行了分析。结果发现,暴雨的空间分布有着双雨带特征,即南北两条雨带,北面雨带对应着切变线,南面的雨带对应着低空急流;暴雨开始前及暴雨过程中,索马里附近一直维持强盛的越赤道气流,同时在100°~160°E之间也有越赤道气流活动并有西进现象;500hPa西风槽、850hPa切变线是这次过程开始和维持的重要系统;华南上空对流层高层东风的建立是这次过程结束时重要特征;南海北部至广东上空低空急流中心风速的周期性脉动与广东强降水的日变化现象有着很好的对应关系。     

东南亚地区过赤道气流的转换和南北半球低纬高压带的摆动

众所周知,东南亚地区过赤道气流的转换和推进,对南海和西太平洋地区热带辐合带的建立,台风的发展,以及我国南部的天气都有密切关系。因此,了解过赤道气流转换的基本状况无疑是十分必要的。本文通过1975年7月～1980年6月共5年的低纬地区850毫巴和200毫巴图,分析了东南亚赤道地区(10°N—10°S,90—140°E)低空和高空过赤道气流转换的一些特征,并且发现南北半球低纬高压带的摆动对东南亚过赤道气流的转换起着重要作用。     

北半球冬季风时期越赤道气流的初步分析

利用1980—1986年格点风资料，分析了各年北半球冬季风期间（12—2月）东半球对流层低层及高空的越赤道气流通道。在该地区冬季低空具有气候意义的通道是105°E、125°E、45°E、80°E及150°E 5条，其中以100°—130°E为主要通道。高空则主要集中在80°–120°E区间。在1983—1984、1984—1985年两个冬季，45°E处出现较强的低空北风越赤道气流，这与高纬度大西洋东部上空持续的强阻塞形势有关。这支强越赤道气流与南印度洋及南太平洋多热带风暴也有联系。由平均经圈环流分析指出，     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

南半球气流对南海和北太平洋西部地区热带环流的影响

本文讨论了影响南海和北太洋西部地区热带环流的几支气流性质。我们发现,西太平洋的西南风与其上游的西南季风关联不大,主要是受起源于澳利大亚东北沿海的强东南信风影响。这支东南信风经常在东经125度附近越过赤道,转向为北半球的西南气流影响西太平洋地区。对这支气流所产生的云带及天气和对北半球台风活动的影响也进行一些讨论。 本文还提出,有可能存在一支起源于印度洋东部、经常于90°—100°E间越过赤道而转向的西南气流,这支气流影响南海地区。 本文还讨论了我国附近热带地区各支气流的影响范围。     

北半球夏季风时期东半球越赤道气流通道的研究

本文利用1974—1979六年的格点风资料,分析了北半球夏季风期间(6—9月)东半球对流层低层及高空的越赤道气流通道.指出在该地区低空具有气候意义的仅有45°E、105°E、150°E及70°E四条通道.高空则存在两条主要的自北向南越赤道气流通道:100°E及60—70°E.根据连续方程,计算了1979年6—8月850、700、500、300、250及200hPa各层的垂直速度ω,指出在东半球存在两支主要的季风经圈环流.     

对亚洲两支越赤道气流与华南暴雨的关系探讨

利用NCEP/NCAR再分析资料和TBB资料对华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的关系进行了探讨。分析结果表明华南暴雨与亚洲两支越赤道气流的变化联系紧密 ;在华南暴雨发生前 ,在索马里和 10 5°E赤道附近存在经向风扰动增强现象。阿拉伯海地区和孟加拉湾地区的风速在华南暴雨发生前逐渐增强。另外还发现华南暴雨发生前华南地区存在季风涌过程。     

“05.6”华南暴雨中低纬度系统活动及相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星逐时云顶亮温资料(分辨率为0.05°×0.05°)及射出长波辐射资料(分辨率为0.5°×0.5°)、实时地面加密观测和实况探空资料等,对"05.6"华南持续性暴雨过程期间南海季风活动、副热带高压演变、冷空气影响、高低空急流耦合等进行深入分析,探讨中低纬度不同尺度系统的活动特征及相互作用。结果表明:"05.6"华南暴雨是在中纬度地区位势高度场稳定的北高南低背景下,由东亚沿岸槽和青藏高原短波系统引导中纬度冷空气与低纬度地区季风系统相互作用下产生的;南海副热带季风的活跃与100°～120°E处越赤道气流通道的消失密切相关,其两次大规模向北推进是过程开始和结束的重要标志;副热带高压较多年平均明显偏南且强度达到最强,700 hPa中纬度冷空气的明显南侵对暴雨过程有重要贡献;高空急流入口区右后方与低空急流左侧由于强烈的高空辐散和非地转平衡强迫,构成一支横跨低空急流的经向次级环流,高低空急流耦合的正反馈机制是华南暴雨异常的重要原因之一。     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明:南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异，最早的可以1 d就推进影响到华南地区，最晚的却要42 d，并且这种变化具有明显的年代际变化特征，即20世纪70年末以前，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早，而70年代末以后，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚；当南海夏季风建立后，若东亚大槽较深，冷空气活动较活跃，索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱，南亚高压和东亚地区急流位置偏南，就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚，反之，则偏早；南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间，索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强），华南地区前汛期的锋面降水较强（弱）。     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

南海周边越赤道气流的多时间尺度变化特征及其与环流和降水的联系

利用NCAR/NCEP-1再分析资料、NOAA的OLR资料以及GPCP降水资料等,通过功率谱分析、超前滞后回归等方法,对夏季南海周边105 °E、125 °E以及150 °E三支越赤道气流进行了多尺度特征分析,重点探讨三支越赤道气流季节内振荡与热带大气环流异常及南海周边降水的联系。结果表明,在季节内时间尺度上,105 °E与125 °E越赤道气流均具有10~20 d以及30~60 d低频振荡显著周期,而150 °E越赤道气流则以10~20 d周期为主。在年际尺度上,105 °E、125 °E、150 °E越赤道气流分别具有2~4年、2~3年、2~6年振荡周期。无论是季内还是年际变化,皆以105 °E与125 °E这两支越赤道气流之间关系较密切。南亚-南海-西太平洋地区对流层低层10~20 d振荡的气旋(对流加强)和反气旋(对流减弱)的环流活动变化,决定着105 °E及125 °E越赤道气流的10~20 d振荡的演变。这两支越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常变化与热带夏季季节内振荡(BSISO)的演变过程非常相似,而150 °E越赤道气流之30~60 d振荡所伴随的异常低频环流则与南半球热带辐合带关系密切。105 °E及125 °E越赤道气流的季节内振荡及年际异常均与南海周边降水异常密切相关。      

越赤道气流的时空特征分析

利用1948—2010年NCEP/NCAR逐日再分析场(2.5°×2.5°)的经向风资料,初步分析了全球越赤道气流的时空分布特征。结果表明,全球越赤道气流通道分布存在明显的空间不对称性,即垂直不对称性和沿经向不对称,低层通道窄而多,高层通道宽而少;东半球低层通道数远较西半球多,且强度更强。在时间分布上,夏季越赤道气流总和无论高低层都强于冬季。这些反映了南北半球空气质量交换的时空分布的不对称性,即空气质量的交换主要集中在夏季和东半球。此外,夏季在140°E~150°E向北的越赤道气流强度逐年增强,在冬季位于120°E~130°E处向南的越赤道气流在逐年减弱,且在1958年前后向南的越赤道气流出现突然增强期。     

南半球冷空气爆发对华南连续性暴雨影响的个例分析

2005年6月17—24日,华南地区发生了连续多日的暴雨天气过程,给该地区带来了严重的洪涝灾害,在此期间南半球有较强的冷空气活动。为了弄清南半球冷空气对这次连续多日暴雨过程的影响及其物理途径,利用NCEP每6小时1°×1°经纬度的再分析资料、逐小时的TBB以及华南地区地面降水等资料,以这次连续性暴雨天气过程为例,初步分析了南半球冷空气爆发在华南地区暴雨形成中的作用。结果发现：在500hPa西风带低压槽的诱导下,马斯克林高压向东移动并登陆澳大利亚,促使南半球冷空气爆发,加大了40～60°E、60～70°E和85～95°E等通道的越赤道气流,它们转向后汇向华南地区,增强了华南南部和南海北部地区的低空急流和暴雨区的水汽输送,这是华南地区连续多日暴雨的主要原因之一。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

东亚夏季风与1994年华南连续大暴雨

１９９４年华南两次连续大暴雨期间，对华南暴雨有重要作用的东亚热带夏季风，主要由９０°Ｅ（８５°Ｅ）通道的越赤道气流和印度半岛南部洋面上强大的赤道西风所组成。在这两次连续大暴雨产生前，东亚热带夏季风都有持续爆发的现象。东亚夏季风常以东亚热带夏季风或东亚副热带夏季风的形式影响华南。     

2009年广东前汛期一次连续性特大暴雨的特征及成因

用地面常规站、自动气象站资料,探空资料,卫星云图产品及NCEP／NCAR1°×1°每6h再分析资料等,对2009年5月23-24日广东中西部沿海地区的连续性特大暴雨进行了分析。结果表明：此次强降水持续时间长、强度大、降水落区集中,具有明显的中α尺度特征。由于西太平洋副热带高压稳定维持,南海中尺度涡旋和偏南风低空急流快速北抬;涡旋北侧的暴雨区为强辐合上升区;索马里越赤道气流、孟加拉湾西南季风气流及110°E越赤道气流汇流形成强盛而狭窄的季风涌水汽输送带,为暴雨区提供充分的水汽和不稳定能量。两次中尺度对流云团的强烈发展造成了此次强降水;而高层的环流形势有利于对流云团在珠江口西侧的稳定少动。     

2003年淮河流域特大暴雨期间低纬环流分析

利用NCEP NCAR提供的OLR和气象要素场再分析资料 ,对 2 0 0 3年 6～ 7月淮河流域特大暴雨期间西南季风和东亚季风以及热带低纬地区环流的异常特征及其对梅雨暴雨的贡献进行了分析。结果表明 ,暴雨期间 ,长江流域附近地区维持准稳定的比常年明显偏强的南风带 ,北方冷空气亦比常年偏强 ;三次强降雨过程 ,低层均表现为稳定的强南风与阶段性增强的偏北气流的经向辐合。三次强降水过程中有两次 ,来自西北太平洋的东南气流的水汽输送占主导地位。异常环流分析表明 ,淮河流域强降雨时段 ,东南亚季风和南海季风异常偏弱 ;赤道西北太平洋地区东风气流比常年同期异常偏强。诊断分析认为 ,高原东部和南部地区对流活动比常年同期偏弱 ,80～1 1 5°E地区越赤道气流比常年异常偏弱 ,可能是西南季风异常偏弱原因。而偏强的WAKER环流可能是西北太平洋地区低纬地区东风异常偏强的原因。另外 ,印度尼西亚地区低层气流辐合异常偏强有利于副高的稳定和加强 ,进而使我国东南部地区长时间维持强异常偏强的东南气流 ,从而为淮河流域的持续暴雨提供了源源不断的来自南海和西北太平洋的暖湿气流     

应用拉格朗日方法研究四川盆地暴雨的水汽来源

基于拉格朗日方法的轨迹追踪模式HYSPLIT v4.9可用来追踪水汽的来源以及运行轨迹。结合应用拉格朗日方法与欧拉方法,通过分析四川盆地2013年6月29日—7月2日、7月7—11日和7月15—19日三次暴雨过程来研究孟加拉湾地区的水汽通道对四川盆地暴雨的影响。分析结果表明：影响这三次暴雨过程的水汽通道均有多条,但其中最为主要的均为来自孟加拉湾的水汽通道。孟加拉湾水汽输送在低空环流系统的作用下,一部分是直接越过云贵高原输送向四川盆地,另一部分是绕过云贵高原在南海地区与南海水汽以及越赤道水汽在西太副高外围东南气流的作用下一并输送到四川盆地;其中在南亚季风强大的西南气流作用下,孟加拉湾大气河中的水汽主要越过云贵高原输送向四川盆地。同时分析对比了孟加拉湾水汽输送通道与大气河(Atmospheric River)之间的异同点,发现孟加拉湾水汽输送通道与大气河之间存在着一定的相似性。