南海地区热通量的时空变化特征

本文利用美国 NCEP1958-1998 年高斯网格月平均再分析资料,分析了南海及周边地区(0～20°N,100～125°E)热通量(包括潜热通量和感热通量)的时空变化,结果表明该潜热通量、感热通量具有明显的季节转换特征.南海中部海区是潜热通量、感热通量季节变化最剧烈的关键区,南海季风对潜热、感热输送均有影响,并且蒸发潜热输送大于感热输送.EOF 分析表明,风速对潜热、感热输送贡献较大,另外气温和相对湿度对潜热输送有贡献,而水温与气温差对感热输送有贡献.整个南海地区潜热通量、感热通量具有明显的年际变化特征,潜热通量存在5～8 a 以及 2 a 左右的周期振动,而感热通量只有 5～8 a 的周期振动.     

塔克拉玛干沙漠地表热力异常与南疆夏季降水的关系

利用塔里木盆地25个常规气象站1979-2003年夏季(6-8月)逐月降水资料和NCEP/DOE新再分析月平均地表热通量资料,采用SVD诊断方法分析了塔克拉玛干沙漠春、夏季地表热力异常与南疆夏季降水之间的关系.结果表明:地表热力场与降水场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有较好的时空相关;沙漠中部偏西偏北区域(38°～40°N、78°～83°E)与南疆西部、西北部地区为SVD耦合相关的显著区域;南疆夏季降水与沙漠春、夏季地表感热呈负相关关系,与地表潜热呈正相关关系;前期春季塔克拉玛干沙漠地表感热、潜热异常变化可作为夏季南疆降水异常具有指示意义的一个信号.     

华南夏季极端降水时空变异及其与西北部太平洋海气异常关联性初探

基于长时间序列的观测和再分析数据,分析了1958-2008年间华南夏季极端降水的时空变异特征及其与西北部太平洋海域的海表温度、潜热通量以及水汽输送异常的联系.华南地区夏季极端降水异常变化的主要模态显示,华南绝大部分地区夏季极端降水异常呈同相变化,并以2～5年的年际变化最为显著.特别是近50年来该地区夏季极端降水趋势变化在20世纪80年代末存在明显转折,即在1989年之前华南绝大部分地区夏季极端降水频次呈减少趋势,之后表现为增多趋势.结果表明,西北部太平洋同期海气异常与我国华南地区夏季极端降水显著关联的关键区主要位于南海海域及其邻近的西太平洋暖池区.该海域的海表温度、潜热通量的异常变化可能是影响华南夏季极端降水的重要因素,而南海北部水汽经向输送的异常变化可能是引起华南夏季极端降水变异的关键因素之一.这可为我国华南地区夏季极端降水变异规律、机理及模拟预测研究提供一定的参考依据.     

夏季南海低空越赤道气流变化与亚澳季风区降水异常的联系

基于1979—2014年ERA-Interim逐月风场和水汽通量资料及GPCP逐月降水率资料,采用相关分析及合成分析等方法研究了夏季南海低空越赤道气流的变化特征及其与亚澳季风区降水异常的联系。结果表明:1)夏季南海低空越赤道气流强度的年际变化特征明显,具有3~4 a的周期。2)夏季南海低空越赤道气流强度变化与热带东印度洋和海洋性大陆区域降水异常具有显著的负相关关系、与热带西太平洋降水异常存在明显的正相关关系、与我国中部地区降水异常存在较好的负相关关系。3)当夏季南海低空越赤道气流强度偏强时,850 hPa上自阿拉伯海向东一直延伸到热带西太平洋为西风异常,这种环流形势有利于热带西太平洋出现水汽辐合,使得该区域降水出现明显偏多,同时热带东印度洋低层为东风异常,受其影响,热带东印度洋和海洋性大陆区域出现水汽辐散,使得该区域降水偏少;此外,在我国东南沿海为一个气旋式风场异常,不利于来自热带海洋的水汽输送到达我国中部地区,使得该地区降水偏少;反之亦然。4)当夏季南海低空越赤道气流偏强时,东亚地区局地Hadley环流表现为异常偏弱,低空偏南越赤道气流异常在20°N附近与来自北半球的冷空气交汇上升,赤道附近及30~40°N地区出现异常下沉运动,使得热带海洋性大陆区域和我国中部地区降水减少;反之亦然。     

1961-2012年夏季南亚高压与云南地区降水的关系

基于1961-2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南地区124个观测站月降水资料,利用相关分析法分析夏季南亚高压与云南地区降水的关系。结果表明：1961-2012年夏季滇西南地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关,滇南地区降水与南亚高压面积呈较显著负相关;6月滇西北和滇南地区降水与南亚高压脊线位置、高压主中心纬度呈显著正相关,滇西南地区降水与南亚高压主中心强度呈显著正相关,而与南亚高压主中心经度呈显著负相关,滇中地区降水与南亚高压主中心纬度呈显著正相关;7月滇西南、滇西北的西南部和滇西的北部地区降水与南亚高压脊线位置呈较显著正相关,滇西地区降水与南亚高压主中心强度呈较显著负相关,滇中和滇东地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关;8月滇西南、滇中、滇南和滇东地区降水与南亚高压面积呈显著负相关。     

热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响

利用1979~2015年NCEP/NCAR发布的月平均全球再分析资料,分析了热带印度洋-西太平洋水汽输送异常对中国东部夏季降水的影响及其形成机理。研究结果表明:热带印度洋-西太平洋地区（10°S~30°N,60°~140°E）夏季异常水汽输送主要包括两个模态,他们可以解释总的水汽输送异常34%的方差。其中,第一模态（EOF1）表现为异常水汽沿反气旋从热带西太平洋经过南海及孟加拉湾输送到中国东部上空,对应南海、孟加拉湾水汽路径输送均偏多,此时西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽在长江中下游地区辐合并伴随显著上升运动,有利于长江中下游降水偏多;第二模态（EOF2）表现为异常水汽从热带印度洋沿阿拉伯海、印度半岛、中南半岛等呈反气旋式输送,华南上空相应出现气旋式水汽输送异常,并对应异常水汽辐合和上升运动,有利于华南降水偏多。就可能的外部成因而言,EOF1与ENSO关系密切,表现为前冬热带中东太平洋显著偏暖,夏季同期热带北印度洋、南海上空显著偏暖,造成西太平洋副热带高压显著偏强,异常水汽主要来源于热带西太平洋和南海;EOF2与同期热带印度洋偶极子（TIOD）异常有关,TIOD为正位相时热带印度洋上空出现异常东风,华南上空出现异常气旋并伴随水汽异常辐合,异常水汽主要来源于热带南印度洋。     

南海海温和西南地区土壤湿度异常与中国东部夏季降水的可能联系

利用1958—2001年NOAA海温资料、欧洲中心(ECMWF)ERA40土壤湿度再分析资料和中国100 °E以东444站的降水资料,探讨了南海海温和土壤湿度异常与我国东部夏季降水之间的可能联系,并初步讨论其可能的物理过程。结果表明,春季南海海温与西南地区东部土壤湿度的异常变化之间存在显著的负相关关系,而土壤湿度的异常与我国东部夏季降水之间也存在密切的联系。当春季南海海温异常偏高(低)时,我国西南地区东部的土壤通常出现异常偏干(湿),而夏季长江流域降水偏多(少)、东南沿海地区降水偏少(多)。进一步分析表明,春季南海海温异常偏高(低),有利于我国南部区域低层西南风减弱(偏强),西南地区东部水汽输送减少(增加),导致该地区春季的降水异常减少(增加)、土壤偏干(湿);通过蒸发反馈机制使得夏季西南地区东部地表温度偏高(低),引起副高西伸(东退)发展,最终导致我国东部地区夏季降水的异常。      

影响长江中下游夏季降水的青藏高原水汽抽吸作用和水汽路径的定量化研究

基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料,首先评估了两种再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性;其次,提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数;然后,采用合成分析法定义了与长江中下游(MLRYR)夏季降水关系密切的水汽路径有5条:孟加拉湾路径、云贵路径、南海路径、低纬路径和汇合路径,并对其强度进行了定量计算。研究表明:ERA-Interim相对MERRA再分析资料在高原适用性更优。在年际变化上,5条水汽路径与MLRYR夏季降水呈同相位变化。5条路径之间关联密切,构成了两条影响M LRYR降水的反气旋式水汽输送相关链:"南海-孟加拉湾-高原南缘-云贵-M LRYR"和"南海-华南-M LRYR"。南海水汽路径是中国东部地区降水重要的水汽通道;汇合路径是调控M LRYR夏季降水的重要水汽输入通道,而云贵东向路径与整个长江流域的降水呈显著正相关。影响MLRYR夏季降水的高原水汽抽吸作用主要发生在高原南缘。高原水汽抽吸作用可以将低层的水汽抽吸至高层,通过增加长江流域西入的纬向水汽输送间接影响到长江流域的降水。     

2006年东亚夏季风活动特征与我国东部雨带分布

利用1979—2006年NCEP/NCAR大气月平均资料、OLR对流和CMAP降水日平均资料,从季节平均、月平均、季节内振荡不同时间尺度分析了2006年东亚夏季风活动特征及其与雨带分布之间的联系。结果表明,2006年东亚夏季风爆发时间正常,而夏季风推进过程存在异常：前沿在华南地区和华北地区维持时间偏长、在长江流域维持时间偏短,夏季风极端北界偏北,这种推进异常与南海夏季风强度偏强有关。南海夏季风强度偏强及推进过程异常导致东亚夏季(6—8月)降水为Ⅰ类雨带分布,即长江流域降水偏少,华南、黄淮流域-朝鲜半岛-日本中南部降水偏多。从月时间尺度看,2006夏季各月都具有南海地区夏季风强度偏强、前沿位置偏北和偏东的异常趋势;西太平洋副热带高压6月偏西偏南,7、8月偏北,在这种异常形势下,长江流域6、7、8各月降水都偏少,华南地区各月以偏多为主,黄淮流域7、8月降水偏多。从季节内振荡看,2006年大气季节内振荡(ISO)纬向传播与气候平均相比具有特殊性,长江流域纬度带西传波和静止波偏弱,华南地区纬度带东传波和静止波偏强,ISO这种异常与夏季长江流域降水偏少、华南降水偏多有关。     

太平洋海－气热通量与长江流域降水及东亚500 hPa环流的遥相关

本文采用对两种气象要素场的相关场作ＥＯＦ分解的方法，对１９５１－１９７９年太平洋海－气感热、潜热通量与长江流域降水和东亚５００hPa环流作了分析。结果表明，太平洋海－气感热、潜热通量与后期（τ＝６）长江流域降水存在显著相关区，感热和潜热的异常分布能造成长江流域降水分布不均。同时，冬季（１２—２月）太平洋潜热通量的变化与夏季（６—８月）对流层中层的赤道辐合带、副热带高压等系统有较密切的联系。     

甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究

采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。     

青藏高原前期冬春季地面热源与我国夏季降水关系的初步分析

首先对青藏高原地表热通量再分析资料与自动气象站(AWS)实测资料进行对比, 结果表明: 相对于美国国家环境预报中心和国家大气中心20世纪90年代研制的NCEP/NCAR(Kalnay 等1996)和NCEP/DOE (Kanamitsu 等2002) 再分析资料, ECMWF(Uppala 等2004)资料在高原地区的地表热通量具有较好的代表性。进一步利用奇异值分解(SVD)方法分析了ECMWF资料反映的高原地面热源与我国夏季降水的关系, 发现前期青藏高原主体的冬季地面热源与长江中下游地区夏季降水量呈负相关, 与华北和东南沿海地区的夏季降水量呈正相关。而长江中下游地区夏季降水量还与春季高原南部的地面热源存在负相关、与高原北部的地面热源存在正相关。高原冬、春季地面热源场的变化是影响我国夏季降水的重要因子。     

基于TRMM卫星探测的南海及周边地区降水、云和潜热特征的比较研究

利用1998—2013年热带测雨卫星（TRMM）3A12资料,对南海及其周边地区降水、云和潜热的三维特征及其变化进行了对比研究,把南海及其周边地区分为四个区域:华南地区、中南半岛、马来群岛、南海。结果表明:（1）地面降水率EOF分析的第一、二模态方差贡献率分别为57.16%和8.72%,第一模态向量场均为正值,降水呈现南多北少的分布特征;第二模态向量场体现了降水变化南北反相的特征,马来群岛降水变化与其他三个区域反相。从两个模态时间系数序列看出,1998—2005年整个区域降水总体减少,区域降水北部增多南部减少;2005—2013年整个区域降水总体增多,区域降水南部增多北部减少。（2）南海及其周边地区降水夏秋季多,春冬季少,降水中心春夏季北移,秋冬季南撤,其中马来群岛夏季降水最少,冬季最多;其它三个区域都是夏季降水最多,华南和中南半岛冬季最少,南海春季最少。（3）赤道附近对流降水为主,23 °N以北区域层云降水为主,5~23 °N之间区域两种类型降水比例随季节变化,其中陆地降水比例随季节变化明显,特别是华南地区陆地夏季对流降水比例大于50%,冬季层云降水比例大于80%;海洋对流降水所占比例普遍大于50%,随季节变化小。（4）云冰、云水含量水平分布大值区与降水大值区相对应;二者随高度先增加后减少,云冰在13 km高度达到最大值,云水在2.5 km高度达到最大。春冬季,马来群岛云冰含量最大;夏秋季,南海云冰含量最大。云水含量在四个季节都以南海最大。（5）潜热加热率水平分布大值区与降水大值区相对应;随高度呈双峰分布,峰值分别出现在1~2 km高度和4 km高度处,春冬季马来群岛潜热加热率最大。      

亚洲中部春夏季大气环流持续性异常与我国东部夏季旱涝的关系

通过对北半球(20oN以北)1958~2002年 500 hPa月平均高度场各格点的点对点月际相关系数的分析,探讨了环流的持续性。结果表明,亚洲中部上空存在着北半球中高纬度唯一的显著的高度场持续区,它的中心区位于(30oN~50oN, 70oE~110oE),这里正是广袤的青藏高原北坡、蒙古高原及黄土高原地区,一年中各月的持续性有明显的季节变化,冬末春初的2月对3月和3月对4月基本上没有持续性可言;4~5月出现了明显的持续性,相关系数突然增长到0.6;5月对6月的持续性继续增加,相关系数达到0.8。夏季至初秋(6~9月)各个月际稳定地保持着0.8的高相关系数。秋、冬各月持续性逐渐减弱,直至春季降到了最低。将1958~2002年中5~9月的月平均高度距平正、负持续最明显的两个7年的逐月环流和季环流作对比分析,得知在正持续年夏季东亚中纬度大气环流呈“西高东低”型;而负持续年的夏季则是“东高西低”型。它们都具有气候意义的稳定性。相应的,在明显正持续年夏季中国东部降水分布呈“北少南多”;而在明显负持续年则是“北多南少”。在这45年间,夏季亚洲中纬度500 hPa的月高度距平由负持续转为正持续,与中国东部降水由“北多南少”转为“南多北少”是对应的。分区逐日识别500 hPa天气系统的结果表明,正持续年亚洲中纬地区盛行高脊,长江中下游地区多低槽和辐合流型;负持续年则盛行低槽,长江中下游多副高控制和西南流型。揭示了中国夏季发生区域旱涝灾害的两种不同的气候进程和盛行天气过程。这样在5、6月份即可预测东亚夏季或盛夏环流形势与中国的降水趋势。     

西太平洋-南海地区潜热通量长期变化趋势的南北差异及成因分析

利用1958~2014年美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目(OAFlux)的月平均潜热通量和相关气象要素数据,以及NCEP/NCAR再分析表面气压数据,通过Trend-EOF分析方法,本文研究了西太平洋—南海地区潜热通量的长期变化趋势。发现西太平洋—南海地区潜热通量整体呈上升的趋势,其中冬季上升趋势最强。冬季潜热通量趋势存在明显的南北差异,特别是在南海地区,南海北部为上升趋势而南部为下降趋势。南海北部以及菲律宾海地区冬季潜热通量上升的主要原因是海气比湿差的增大,而南海南部潜热通量呈下降趋势,在东侧主要原因是风速减小,在西侧主要原因是海气比湿差减小。南海潜热通量长期趋势的南北差异是风速和海气比湿差的共同作用造成的。另外,研究发现风速变化趋势受到局地环流变化的影响,在表面气压下降中心线以北地区为上升趋势,在其以南为下降趋势,而海气比湿差的变化趋势则主要取决于海表温度的变化趋势。     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

春季华南土壤湿度异常与中国夏季降水的可能联系

基于ERA40（ECMWF）1958—2001年土壤湿度再分析资料和中国541站降水资料,通过观测分析揭示了华南春季土壤湿度异常与中国夏季降水的联系及其可能的物理过程。结果表明,春季华南土壤湿度与夏季华南（长江流域及其以北地区）降水呈正（负）相关;春季华南土壤湿度负（正）异常,夏季华南降水异常偏少（多）,而长江以北地区降水则偏多（少）。通过对春季华南土壤湿度异常年份对应的环流异常特征的诊断分析发现：土壤湿度负异常年,西太平洋副高位置明显偏西,华南地区对应异常的下沉运动和水汽辐散,导致该地区降水偏少;而长江中下游地区对应异常的上升运动和水汽通量的辐合,降水偏多;土壤湿度正异常年的情况大致相反。进一步的分析表明,春季华南土壤湿度与同期长江中下游及以北地区土壤湿度存在明显的负相关关系。春季华南土壤湿度负（正）异常年的同期华北到长江中下游区域土壤湿度为正（负）异常,将导致南部区域的地表温度异常升高（降低）,北部地表温度异常偏低（偏高）,并通过改变地表对大气的加热,引起夏季大气环流的异常,最终造成夏季降水异常。     

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。     

秋季南海北部持续性强降水和环流异常的准双周振荡特征

基于1998—2011年的TRMM卫星逐日降水资料、NCEP/NCAR大气再分析资料以及向外长波辐射(OLR)资料,利用小波分析、Butterworth带通滤波、EOF分析以及合成分析的方法,对秋季(9—10月)南海北部地区(10°—24°N,100°—120°E)持续性强降水的低频特征进行分析。结果表明,秋季南海北部降水存在显著的准双周振荡特征,主要表现为南海北部地区一致变化型和南海东北部地区和中南半岛沿海地区反相变化型两个模态。其中,第一模态的低频降水主要集中在中南半岛沿岸附近的南海中西部,第二模态则主要集中在南海东北部。进一步对与这两种模态相关联的大气环流和OLR的低频场进行合成分析。结果表明,第一模态的对流层低层准双周低频信号主要来源于南半球近赤道上空,该地区异常强对流活动产生的波列和气旋性环流越赤道进入南海并加强传播至南海北部。而第二模态则来源于南海中南部和吕宋岛东侧西太平洋上空,异常强对流和气旋性环流的合并加强并传播至南海东北部。     

青藏高原春季土壤湿度异常对我国夏季降水影响的模拟研究

利用耦合的全球海气模式（NCAR CCSM3）, 对青藏高原春季土壤湿度异常影响我国夏季7月降水的机制进行了数值模拟。结果表明, 高原6~62 cm深度的中层土壤湿度异常与表层土壤湿度异常有很好的一致性, 相对而言, 中层土壤湿度异常的持续性较好。若5月高原中层土壤偏湿, 则春末至夏初高原地面蒸发、 潜热通量增加, 而感热通量、 地面温度降低, 高原表面的加热作用减弱, 使得印度高压西撤偏晚, 环流系统的季节性转换偏晚, 东亚地区形成有利于我国夏季出现第I类雨型的环流分布形势, 使我国东部雨带偏北, 华北地区多雨, 江淮地区降水偏少, 华南地区降水偏多; 反之亦然。