2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较

利用国际北极浮冰运动观测资料 (IABP)(1979～1998)以及NCEP/NCAR月平均海平面气压再分析资料(1960～2002), 通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵, 研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系.冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成, 与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区.尽管北极涛动(北大西洋涛动)通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动, 但是, 北极涛动(北大西洋涛动)并不是决定海冰运动主模态的关键性因素.     

南海夏季风爆发前后海-气界面热交换特征

文中利用 2 0 0 0与 2 0 0 2年二次南海海 气通量观测资料和同期西沙站资料 ,研究了南海夏季风爆发前后海洋表面热收支变化特征。研究表明 :南海夏季风爆发前后 ,影响海面热收支变化的主要分量是净短波辐射通量和潜热通量 ,在季风爆发前后不同阶段 ,二个分量的变化有不同表现形式 ,但不论二者如何变化 ,季风爆发与活跃期 ,海面热收入减小或为净支出 ;季风爆发前及中断期间 ,海面热收入逐渐增加 ;由于大的热惯性 ,海温变化落后于海面热收支的变化 ,海温的这种滞后效应通过影响潜热通量调节海面热收支的变化 ,又反过来影响自身的变化 ,形成短期振荡过程 ,这种振荡过程与季风的活跃、中断过程相对应。     

南海夏季风期间海-气通量整体输送系数分析

利用 2 0 0 0年南海海 气通量观测资料 ,建立了南海季风期间海 气通量整体输送系数的计算公式 ;同时 ,利用2 0 0 0和 2 0 0 2年观测资料与邻近海区同类公式进行了对比试验研究。结果表明 ,使用邻近海区的同类公式计算的海 气通量的误差高于新建立公式所得结果。因此 ,开展南海海 气通量观测试验对建立适合于南海的整体输送系数的计算公式是必要的     

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

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。     

夏季风期间南海南部海区海-气通量交换浅析

海洋考察资料分析表明，夏季风期间南海南部海区海洋输向大气的热通量倍增，热通量的增、减过程与对流天气密切相关，季风潮天气过程中的热通量值居各天气过程之首，某些时段感热通量会出现大气向海洋的反向输送过程，地理环境使同一天气过程影响下海区内各通量的水平分布明显不均，海洋输向大气的热通量明显影响500hPa以下各层大气。     

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.     

1998年SCSMEX期间南海夏季风海气交换的主要特征

根据1998年“南海季风试验（SCSMEX）”强化观测期间“实验3号”和“科学1号”科学考察船船基大气海洋自动观测系统两点连续观测的大气、海洋资料,使用考虑到风速和大气层结影响的整体输送公式计算海-气间的湍流通量交换。根据计算结果分析南海夏季风期间海表大气要素和海温日均值的逐日变化、海洋向大气输送的潜热通量和感热通量以及大气向海洋输送的动量通量等。结果表明：这次夏季风于5月21日从南海南部开始爆发,然后向北部扩展全面爆发。夏季风期间南海南部和南海北部的大气、海洋结构和海气交换特征等都有明显差别。此外,海表温度的变化除了与太阳总辐射有关外,主要是与海洋向大气输送的潜热通量变化有关,对本次夏季风发生较晚、强度较弱作了海-气交换的物理解释,并与1992～1993年西太平洋热带海域西风爆发过程作了比较。     

2021年南海夏季风爆发偏迟原因分析

通常La Ni?a年南海夏季风爆发偏早,但是2021年La Ni?a背景下南海夏季风于5月第6候爆发,较常年偏迟。利用NCEP/NCAR再分析资料,从热带海温异常(SSTA)和季节内振荡(ISO)北传的角度来分析2021年南海夏季风爆发偏迟的原因。结果表明La Ni?a确实使春季的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)减弱,特别是4月之前;但是由于热带印度洋海温在冬春季持续偏暖的背景下抵消了La Ni?a的影响,特别是在5月,La Ni?a的影响小于热带印度洋的作用,导致5月西太副高偏强,南海夏季风爆发偏迟。此外,受La Ni?a影响,4月西太副高偏弱,南海地区背景正压南风偏弱,不利于南海地区赤道ISO的北传,这与气候态正好相反;随着热带印度洋SSTA的影响越来越显著,西太副高逐渐加强,直到5月下旬,背景正压经向南风才扩展到10°N以南地区,导致2021年南海地区赤道ISO北传偏迟,这也是2021年南海夏季风爆发偏迟的一个重要原因。热带印度洋和太平洋SSTA通过“竞争”共同对南海夏季风爆发产生影响,因此关注二者在冬春季的发展非常重要。     

南海夏季风与印度夏季风爆发早晚的年际差异

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料分析了南海夏季风与印度夏季风的爆发时间,根据爆发时间差值区分了差异大小年,结果表明二者的爆发具有明显的年际异常.差异偏小年,南海夏季风爆发时,印度半岛已经盛行偏西风,两者几乎同时建立;而差异偏大年,南海夏季风爆发后7候左右印度才盛行偏西风,印度夏季风爆发得晚,环流形势有明显差异;进一步分析机制表明,印度夏季风的建立主要由经向温度反转所决定,而南海夏季风的建立取决于纬向温度反转,二者的爆发具有相对独立性,且纬向温度反转的早晚更大程度上影响了差异的大小,积温线密集带出现的早晚决定了温度反转的早晚.     

Effects of the Thermal Contrast Between Indo-China Peninsula and South China Sea on the SCS Monsoon Onset

The seasonal and interannual variations of the thermal contrast between Indo-China Peninsula (ICP)and South China Sea (SCS) were analyzed using the pentad mean NCEP/NCAR reanalysis data during 1958-1998 and the pentad mean outgoing long-wave radiation (OLR) data during 1975{1998, along with the effects of such a thermal contrast on the SCS monsoon onset (SCSMO). It is shown that there exists significant seasonal evolution for such a thermal contrast. The surface temperature of ICP is higher than that of SCS from pentad 3 to pentad 25 due to the sensible heating of the ICP. After pentad 25, such a thermal gradient reverses due to the temperature decrease resulted from the convection and rainfall over the ICP from pentad 22 to pentad 23. Furthermore, the above seasonal evolution of the discussed thermal contrast also demonstrates a remarkable interannual change which plays an important role in the SCSMO.On one hand, the reversion happens prior to (or simultaneously with) the SCSMO each year during 1958-1998, thus becoming a precondition for the SCSMO. On the other hand, the earlier (later) the date when the surface temperature of ICP becomes higher (lower) than that of the SCS, the later the SCSMO.     

南海季风爆发的统计动力分析

作者对南海季风爆发作了统计动力分析,即将南海季风爆发前后的高低层风场看成一个整体,并以南海季风爆发日为基准,对风场作了经验正交函数(EOF)分析,得到了以下结论:偏差风场的第一模态反映了高低层东亚夏季风环流在南海季风爆发日前后有剧烈变化,这直接体现了南海季风的爆发,并表明此时大气环流有突变发生;第二、三模态则分别反映了具有5～7天振荡周期的中高纬大气长波活动和亚洲季风区中准双周低频振荡的主要活动区,以及中低纬度大气环流的相互作用;第二模态体现了偏差风场的幅散风部分而第三模态则体现了旋转风部分.     

Predictability of South China Sea Summer Monsoon Onset

Predicting monsoon onset is crucial for agriculture and socioeconomic planning in countries where millions rely on the timely arrival of monsoon rains for their livelihoods. In this study we demonstrate useful skill in predicting year-to-year variations in South China Sea summer monsoon onset at up to a three-month lead time using the GloSea5 seasonal forecasting system. The main source of predictability comes from skillful prediction of Pacific sea surface temperatures associated with El NiÑo and La NiÑa. The South China Sea summer monsoon onset is a known indicator of the broadscale seasonal transition that represents the first stage of the onset of the Asian summer monsoon as a whole. Subsequent development of rainfall across East Asia is influenced by subseasonal variability and synoptic events that reduce predictability, but interannual variability in the broadscale monsoon onset for East Asian summer monsoon still provides potentially useful information for users about possible delays or early occurrence of the onset of rainfall over East Asia.     

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。     

2007年南海夏季风的爆发过程

利用NCEP/NCAR再分析资料、向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,OLR)资料以及卫星、地面站点降水资料,对2007年南海夏季风爆发前后的对流活动、环流形势及降水分布进行研究,结果表明:2007年对流活动增强首先出现在孟加拉湾东岸,然后扩展到南海地区;同时副高东撤北抬,南海夏季风于5月中下旬(29候)爆发;季风爆发后,南海地区开始盛行西南气流,亚洲中低纬地区南北温差(风向切变)由正(负)变负(正).2007年南海夏季风爆发期间,水汽输送和季风涌活动增强使我国东部地区降水增多.     

热带环流演变与南海季风爆发

利用1958－1997年的NCEP／NCAR再分析资料，分析了南、北半球中低纬环流的气候特征，并讨论了南海夏季风爆发与大尺度环流的关系。研究发现阿拉伯海经向环流管的上升气流和南半球纬向环流管的上升气流在5月份同时到达南海，经向环流管低层的偏西风和纬向环管低层的偏南风共同组成西南风，于是5月份西南季风在南海地区首先爆发。此外，由于青藏高原地形及各经度海陆分布的影响，造成太阳辐射加热不均，是热带夏季风爆发的直接原因，也是南海季风早于印度风爆发的重要原因。     

影响1991年和1994年南海夏季风爆发迟早的物理因子探讨

通过使用美国NCEP/NCAR再分析资料,利用纬向平均的局地经向环流模式成功地模拟了1991年(爆发晚年)和1994年(爆发早年)南海夏季风的建立过程,经过分析发现,虽然南海夏季风爆发时近地面南风均含有由气压梯度力驱动的地转成分和由除了气压梯度力外的所有动力和热力驱动的非地转成分,且与三维温度梯度有关的温度平流和对流均有正贡献作用,但各因子在(这两年对南海夏季风环流建立时起正贡献的)排序上有明显的差异,主要的差异为:对1991年6月7日00UTC而言,引起地转风的气压梯度力和引起非地转风的热力及动力的合力作用相当.在引起地转偏差的因子中,起正贡献作用的主要因子是潜热加热.而对1994年5月2日00UTC而言,气压梯度力作用相对较小,在引起地转偏差的因子中,起正贡献作用的最大因子是平均纬向温度平流.另外,边界效应独自对模拟的南海近地面最大南风的贡献占42%.引起南海近地层非地转南风的热力和动力因子(稳定度)在1994年5月2日00UTC(早年)均比1991年6月7日00UTC(晚年)大(小).     

南海夏季风爆发的数值预报模拟实验

1998年5月21日00时（UTC）,对流层上部200hPa的南亚反气旋中心位于（16oN,94oE）附近,850hPa南海的中南部仍为副热带反气旋控制;到21日12时,200hPa的南亚反气旋中心迅速移到（21oN,94oE）附近,同时850hPa的南海副热带反气旋减弱东撤,南海的中南部由东南风转变为西南风,南海夏季风爆发。本文利用美国国家大气研究中心和宾西法尼亚州大学联合研制的中尺度模式（MM5V2）模拟预报这一过程,同时通过敏感性实验研究了区域边界条件和水平分辨率对季风预报模拟实验的影响。     

The Interannual Variations of the Summer Monsoon Onset overthe South China Sea

Summary Interannual variations of the summer monsoon onset over the South China Sea (SCS) have been studied using data from over seventeen years (1979–1995) of NMC global analysis and of Outgoing Longwave Radiation (OLR) observed with NOAA polar-orbitting satellites. It was found that the summer monsoon onset in the SCS occurs abruptly with a sudden change of zonal wind direction from easterly to westerly and an exploding development of deep convection in the whole SCS region in the middle of May. Based on the criteria defined in this paper for the SCS summer monsoon onset, the average onset date over the SCS from 1979 to 1995 is around the fourth pentad of May. The airflow and general circulation over the SCS changes dramatically after the onset. The ridge of the subtropical high in the western Pacific in the lower troposphere weakens and retreats eastward from the SCS region with an establishment of westerly winds over the whole region. During the SCS monsoon onset, the most direct impact in the vicinity of the SCS are the equatorial westerlies in the Bay of Bengal through their eastward extension and northward movement. An indirect influence on the SCS onset is also caused by the enhancement of the Somali cross-equatorial flow and the vanishing Arabian High over the sea; the latter may be a signal for the SCS onset. There are quite significant interannual variations in the SCS onset. In the years of a delayed onset, the most profound feature is that the easterly winds stay longer in the SCS than on average. Deep convection activities are suppressed. The direct cause is the abnormal existence of the western Pacific subtropical high over the SCS region. Moreover, compared to the average, the equatorial westerlies in the Bay of Bengal are also weaker in the years of a delayed onset. No significant changes for the cross-equatorial flow at 105 °E are observed for these years. It has also been found that the interannual variations of the SCS onset are closely related with the ENSO events. In the years of a delay, the Walker circulation is weaker, and the sea surface temperature (SST) anomalies in the western Pacific are negative. Received April 14, 1997 Revised July 11, 1997