云导风和TBB在监测南海夏季风爆发中的应用

利用风云静止气象卫星的可见光图像、水汽导风（AMV）、云顶亮温（TBB）和射出长波辐射（OLR）等多种资料,分析了2006—2011年南海及附近区域的对流活动和风场分布,选取110～120 °E,5～20 °N作为气象卫星监测南海夏季风活动的区域。分析表明,近6年间,亚洲夏季风爆发前,多数年份的对流首先在孟加拉湾东南部以及中南半岛南部生成,然后向西和向东扩展,少数年份的对流首先在南海区域活跃;多数年份南海夏季风首先在南海南部爆发,少数年份首先在南海北部爆发。通过对比分析,南海夏季风区域平均TBB<273 Ｋ和OLR<230 W/m2有很好的一致性,但是TBB<273 K滞后于南海夏季风爆发时间,南海夏季风活动期间出现多次TBB高值,经向平均TBB更能显示南海夏季风的爆发特征。南海夏季风区域平均的对流层中高层风场（AMV）由西风转为东风能较好地描述南海夏季风的爆发特征,其转为东风的时间和气候中心确定的南海夏季风爆发时间较吻合。这为利用气象卫星监测南海夏季风活动提供了新方法。      

南海夏季风爆发迟早与赤道纬向风关系的诊断研究

利用ECMWF和NCEP(1958～1999年)的再分析资料，研究南海夏季风与前期气象要素的关系，结果表明:南海夏季风建立日期与当年2月份赤道印度洋地区的纬向风存在高层(200～100 hPa)为正、低层(1000～700 hPa)为负的显著相关分布，类似于偶极子的分布特征；而在赤道中太平洋地区(160°E～160°W)则存在高层为负、低层为正的另一个显著相关“偶极子”。分析这种相关特征的持续性，发现上述形势从2月份到5月份一直存在，且赤道印度洋地区高低层相反的相关分布从3月份开始逐渐东移，到5月份维持在印度洋东部至南海一带。从5月份的相关系数分布图可发现，南海地区低层为负相关，高层为正相关，说明低层西风异常、高层东风异常的赤道纬向风分布有利于南海夏季风早爆发。针对南海夏季风建立日期与赤道地区(10°S～10°N平均)纬向风的“偶极子”型相关分布特征，定义了一个用于诊断南海夏季风爆发迟早的前期因子。该因子与大部分学者定义的南海夏季风建立日期存在着显著的相关，说明该因子对南海夏季风爆发迟早有一定的反映能力和预测作用。根据Gill(1980年)理论分析发现，上述2月份赤道地区纬向风异常是同期赤道印度洋-大陆桥地区异常强对流活动造成热带赤道大气环流显著异常变化的结果。     

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。     

南海季风爆发与风向改变指数关系初探

通过定义一个风向改变指数,探讨了该指数与南海夏季风爆发之间的关系,得到以下主要结论:利用Yamamoto突变检验,定义了南海关键区,南海季风爆发时,850 hPa上的风场在该关键区确有突变发生;南海夏季风爆发时的风场突变是全球风场突变的一部分;分析了南海关键区上该指数的空间分布和时间演变,发现30～300 hPa平均于5月初风场开始反向,其早于低层风场反向约2周,这对预报南海季风爆发具有启示意义.     

海温及其变化对南海夏季风爆发的影响

文中利用 1 5a(1 982～ 1 996)的 NOAA射出长波辐射 (OLR)、NCEP/NCAR的风场和海表温度 (SST)再分析网格点资料研究了南海、太平洋和印度洋海温及其变化对南海夏季风爆发的影响。首先发现爆发时南海区域平均的海表温度高于 2 9℃。季风爆发的时间与南海南部SST年循环最高值出现的时间基本一致。冬春季海表增暖是环流场突变的基础。SST超前于低层西风和对流的增强而升高 ,从而造成季节性的大气条件不稳定增大。通过暖池移动过程 ,考察了南海夏季风爆发期间 SST场、风场和 OLR场的演变特征。季风环流的变化是对海表增温强迫的响应。最大暖水轴在 1 0°N出现有利于 ITCZ在南海建立。南海 -西太平洋增温时 ,具有很强的纬向不均匀性 ,而印度洋则比较均匀。南海深对流的爆发与 SST纬向梯度有关。南海夏季风爆发的年际变化与 SST异常有关系。季风爆发偏晚年和偏早年冬春季 SST正、负距平区的符号相反。偏晚年的 SSTA分布呈 El Nino型 ,偏早年的 SSTA分布如同 L aNina型。不同类型的 SST异常对季风环流的影响不同。在 El Nino型强迫下 ,西太平洋副热带高压比常年偏南、偏西 ,东风在南海维持的时间较长 ,赤道西风出现的时间晚 ,南海地区对流活动受到抑制 ,故南海季风爆发偏晚。反之 ,爆发偏早     

南海夏季风演变的气候学特征

本文总结南海北部地区夏季风演变的气候学特征，发现南海地区５月第３候对流层高层东风和北风爆发，对流层低层西风第１次跃升，东亚经向季风环流圈开始形成，这可以成为南海地区夏季风爆发的标志。对流层低层西风在６月中旬开始的第２次连续跃升对应江淮地区的梅雨爆发期。类似地，中国大陆夏季对流层低层５月初和６月初有两次爆发性增暖过程，第２次比第１次强烈得多。南海北部地区对流层低层纬向风速、比湿盛夏呈双峰型，纬向风速峰值分别出现在６月第５候和８月第４候，比湿峰值分别出现在６月第６候和８月第５候。比湿突升对应纬向风速突升，但略落后于风速峰值出现的时间。南海北部地区季风爆发前，温度是波动式上升的，南海季风爆发后，温度是波动式下降的。中国大陆东部及南海地区夏季对流层低层比湿分布有３次突变，即４月中旬南海北部比湿突增，并开始出现高比湿中心，而南海南部为最大比湿中心；５月中旬最大比湿中心已从南海南部跳到了南海北部－华南并向江淮流域扩展；６月中旬江淮流域比湿突增并一直维持到８月，同时南海南部高比湿带消失。而５月中旬ＯＬＲ有一次突变，ＯＬＲ低值区爆发性向北扩张，这对应于南海地区夏季风的爆发。而孟加拉湾地区夏季风演变的气候学特征与南海地区有较     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究Ⅰ.夏季风流场结构

利用1979～2003年的NCEP/NCAR再分析资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统 (南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风) 流场结构及其季节演变的气候学特征.结果表明: 南亚夏季风和北澳夏季风纯属热带季风, 盛行纬向气流和纬向风垂直正切变, 即低层西风、高层东风, 但北澳夏季风的强度明显弱于南亚夏季风, 而东亚夏季风由热带季风和副热带季风组成, 盛行经向气流和经向风垂直正切变, 即低层南风、高层北风, 且纬向气流高低层配置相对复杂, 相对北澳夏季风而言, 南亚夏季风的低层西风强而深厚, 而东亚夏季风的低层南风强而深厚.从热带季风区流场结构的季节演变过程看, 这三个夏季风子系统均为垂直斜压结构.三者的共性还表现在热带季风区纬向气流高低层配置的季节性转向, 即夏季风爆发时从低层东风、高层西风转换为低层西风、高层东风, 夏季风撤退时从低层西风、高层东风转换为低层东风、高层西风.此外, 南亚夏季风的季内变化平稳, 而东亚夏季风和北澳夏季风的季内变化剧烈; 东亚夏季风的经向跨度大、维持时间最长, 而北澳夏季风的经向跨度小、维持时间最短.     

亚澳季风各子系统气候学特征的异同研究 I.夏季风流场结构

利用1979~2003年的NCEP/NCAR再分析资料探讨了亚澳季风各夏季风子系统(南亚夏季风、东亚夏季风、北澳夏季风)流场结构及其季节演变的气候学特征。结果表明:南亚夏季风和北澳夏季风纯属热带季风,盛行纬向气流和纬向风垂直正切变,即低层西风、高层东风,但北澳夏季风的强度明显弱于南亚夏季风,而东亚夏季风由热带季风和副热带季风组成,盛行经向气流和经向风垂直正切变,即低层南风、高层北风,且纬向气流高低层配置相对复杂,相对北澳夏季风而言,南亚夏季风的低层西风强而深厚,而东亚夏季风的低层南风强而深厚。从热带季风区流场结构的季节演变过程看,这三个夏季风子系统均为垂直斜压结构。三者的共性还表现在热带季风区纬向气流高低层配置的季节性转向,即夏季风爆发时从低层东风、高层西风转换为低层西风、高层东风,夏季风撤退时从低层西风、高层东风转换为低层东风、高层西风。此外,南亚夏季风的季内变化平稳,而东亚夏季风和北澳夏季风的季内变化剧烈;东亚夏季风的经向跨度大、维持时间最长,而北澳夏季风的经向跨度小、维持时间最短。     

伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变

主要基于美国NCEP和NCAR的再分析资料（1980～1996年），针对南海夏季风爆发日期进行合成分析，研究了伴随南海夏季风爆发的大尺度大气环流演变。其结果清楚地表明伴随南海夏季风爆发，南亚和东南亚地区的对流层低层风场、对流层高层位势高度场以及大气湿度场和垂直运动场都有极显著的变化。南亚和东南亚850 hPa上涡旋对的发展和活动以及500 hPa副高从南海地区的东撤对南海季风爆发起着重要作用。伴随南海夏季风的爆发，在孟加拉湾到南中国海一带整层湿度和500 hPa垂直上升运动都出现了极明显的增加。对流层高层和对流层低层环流演变的特征也清楚表明，南海夏季风爆发既是全球环流冬夏演变的一个部分，又有显著的区域性特征。本文还指出南海夏季风在北部比中部和南部早建立的结论依据不足，进而补充给出了亚洲季风爆发日期示意图。     

基于拉格朗日方法的气流轨迹模式在判定南海夏季风爆发时间中的应用分析

利用NCEP再分析资料，驱动基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLITv4.9），模拟追踪南海区域850 hPa 4—6月逐日的气流后向轨迹，根据模拟出的南海监测区低层气流来源，定义1948—2009年南海夏季风的爆发日期，通过分析62年南海夏季风爆发日期的时间序列，得出南海季风爆发早年占13%，正常年占73%，爆发晚年占14%。将拉格朗日方法与两种利用风场并结合温湿指标的方法定义南海夏季风爆发时间对比发现，一些年份在南海季风爆发之前，南海监测区低空形成的西南气流来源于副热带，从而可以排除副热带气流对定义南海夏季风爆发时间的影响。由轨迹模式模拟的结果还发现在个别年份南海季风爆发时，南海区域低空盛行东南风而非通常认为的西南气流。     

南海夏季风爆发前后低纬大气环流突变特征

利用1982～1996年15年平均的NCEP再分析资料,研究南海夏季风爆发前后低纬大气环流的突变特征。结果表明,东南亚地区对流层中上层厚度（温度）场、高低风场和大气层顶净辐射加热率（QRT）都有突变发生。海温场的变化相对其他要素较为缓慢,但也存在明显的转折点。QRT突变最早,其次是海温场变化出现明显转折,再是厚度（温度）场、低层风场突变,高层风场的突变最迟;低层风场突变最快,其次是厚度（温度）场,最后是QRT和高层风场。南海地区的降水,水汽场的突变发生在南海夏季风爆发前,而且突变较快。     

青藏高原地面热源对亚洲季风爆发的热力影响

利用多年NCEP/NCAR再分析全球逐候平均气象场资料和逐旬感热、潜热资料，对亚洲夏季风爆发期间青藏高原及其邻近地区地面加热场的特征进行分析。着重讨论了高原和邻近地区感热加热对亚洲夏季风爆发的影响，具体分析了高原感热加热对亚洲夏季风推进的影响机制，以及对热带低层西风气流的作用。结果发现，中纬度主原的感热加热所造成的经、纬向热力差异是导致亚洲夏季风爆发的原因。亚洲夏季风建立区域和时间的差异与高原感热加热的区域性有关。高原感热加热在南海夏季风爆发前后对南海地区低层西风所流所起的作用不同，在季风爆发前是加速低层西风，在季风爆发后起削弱西风气流的作用。对亚洲夏季风爆发早年和晚年的感热加热进行了对比分析，发现亚洲夏季风爆发时间的年际变化与热源的年际变化有关。     

南海夏季风爆发机制的数值实验研究

通过3个数值实验和对1998年及1996年南海夏季风爆发的对比分析以及多年资料统计研究发现,南海夏季风何时爆发与南海局部地区的海温高低和南海经度上南北海温差异的大小关系不密切,主要决定于南海及其周围大范围地区的环流形势。南海季风爆发前10天内,其环流特征是低层850hPa上,西太平洋副热带高压脊经菲律宾西伸控制南海,南亚至东南亚为宽广的低槽区所控制,高空200hPa上,南亚高压位于阿拉伯海至南海一带,中心位于孟加拉湾东侧和中南半岛西侧的低纬地区,广大北方为西风气流所控制。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

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.     

利用风云气象卫星反演产品定义南海夏季风爆发指标

夏季风爆发伴随着风场和大气温湿度的急剧变化,我国风云气象卫星反演的云导风(AMV)和黑体亮温(TBB)产品可从大气动力和热力两个方面对夏季风活动进行实时监测。根据气象卫星AMV和TBB资料综合分析,选择南海夏季风监测区域为110~120 °E,10~20 °N。夏季风爆发期间,对流层高层(150~300 hPa高度层范围)云导风由偏西风转为偏东风,风云气象卫星区域日平均TBB下降至280 K以下,综合利用AMV和TBB双指标可更好描述南海夏季风的爆发特征。定义气象卫星监测南海夏季风爆发判别方法为:4月15日以后,AMV和TBB指标同时稳定大于临界值,其中,AMV指标稳定是指持续10天且中断不超过5天,TBB指标稳定是指维持5天。该判别方法可为南海夏季风业务服务和研究提供参考。      

中东急流的季节转变特征及与印度夏季风爆发早晚的关系

采用1968—2009年NCEP/NCAR逐候再分析资料,分析了季节转换期间中东急流的变化特征及其热力机制。结果表明:中东急流中心的强度和位置存在明显的季节变化特征,第67候—次年第24候偏强且位置稳定偏南(27.5 °N)、第38—44候偏弱且位置稳定偏北(45 °N)。200 hPa纬向风场EOF第1空间模态反映了中东急流在冬、夏季的位置,冬季主要位于埃及和沙特阿拉伯上空,夏季主要位于黑海东部至咸海东部上空,且中东急流在冬季比在夏季强。第26—31候和第54—61候分别是中东急流春夏季和秋冬季的季节转换期,其200 hPa西风演变与500～200 hPa平均南北温差演变的对应关系很好,表明南北温差的季节性转变导致了200 hPa西风的季节性转变。个例分析表明,印度夏季风爆发日期早晚与中东急流季节转换日期早晚的关系非常密切。印度夏季风爆发较早（晚）时,由于500～200 hPa南北温差大值区域向北推进较早（晚）,因此,中东急流向北推进较早（晚）,同时40～90 °E对流层低层西风急流出现也较早（晚）。      

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。      

1998年5月南海夏季风建立的诊断和模拟研究

利用NCEP/NCAR高空格点和TBB资料,通过大气热源、水汽汇和准地转位涡方程诊断分析,以及中期数值模拟试验,讨论了南海夏季风建立的中期突变过程物理机制,也讨论了青藏高原的动力和热力作用的影响。研究表明,南海季风建立之前,在孟加拉湾有热带气旋发展,我国华南和南海地区受南下冷空气的锋面系统影响,该两个天气系统产生的降水凝结潜热的作用,增强了从孟加拉湾到南海、西太平洋低纬地区的低层西南气流及高空东风气流,並使200 hPa层上反气旋北跃到22°N附近,导致南海夏季风建立。1998年5月南海夏季风的爆发,主要是前期这两种热源因素共同作用的结果。高原的感热作用加强了四周低层气流向髙原的辐合及髙层气流向外的辐散,从而有利于夏季风建立,但相对于降水凝结潜热作用,影响较小。高原地形动力作用对西风带系统有明显的动力阻滞作用,有利于反气旋北上,但对低纬上下层风场的直接影响不显著。     

利用大尺度环流确定2006年南海夏季风爆发日期

南海夏季风爆发最显著的特征就是南海地区西南风的突然增强和降水的明显增多,往往采用南海地区低层平均风场和(或)对流强度来判别南海夏季风的爆发日期。这种方法在大多数的年份是适用的,但是2006年由于0601号台风“珍珠”的介入,利用南海地区的区域指标来确定南海夏季风的爆发日期就略显不足。要解决以上的问题,必须从更大尺度上去想办法。利用经圈和纬圈环流可以较好地确定2006年南海夏季风的爆发日期。分析结果表明2006年南海夏季风爆发于5月16日(第4候)。