南海夏季风异常及其对南海与周边地区的大气和海洋要素的影响

通过对南海夏季风异常年夏季南海及周边地区主要海-气要素场的对比分析,得到以下主要结论:强、弱季风年夏季南海及周边地区的主要海-气要素都表现出明显的差异。强季风年夏季南海中南部地区低层西风加强、高层东风加强,以南海北部为中心存在气旋性距平环流,上升运动增强。相应地,南海及我国东南沿海地区对流和降水增强,而长江中下游地区降水偏少。弱季风年则表现出与强季风年几近相反的分布特征。此外,强季风年西太平洋副热带高压较弱季风年位置明显偏东、强度明显偏弱。与对流和降水的分布相对应,强、弱季风年夏季南海及周边地区大气热源状态的分布也表现出明显的差异,差别最显著的区域正是在南海及周边地区。在强季风年,西起孟加拉湾东至菲律宾以东的洋面上为较明显的热源增强区,而弱季风年则为明显的热源减弱区。此外,强、弱季风年,南海海域的海面高度、海洋环流、海表温度等表征海洋状况的要素分布也明显不同,分布形势几近相反。海温作为重要的外源强迫,不仅对季风环流的形成有重要作用,而且明显受到季风异常的影响,进而对局地的天气气候产生重要的滞后影响。     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

东亚季风过渡带降水变化特征及物理机制研究进展

东亚季风过渡带地处东亚夏季风北边缘附近,是典型的生态脆弱区与气候敏感带。东亚季风过渡带降水变化同时与东亚夏季风和中高纬西风带环流系统的变化密切关联,变异机理与典型季风区和干旱区降水有较大差别。目前专门针对东亚季风过渡带降水变异机理的研究还比较少。 此文从东亚季风过渡带夏季降水的年际、年代际变化特征和物理机制出发,分别回顾热带关键区的海温异常和中高纬环流系统等对东亚季风过渡带夏季降水年际变化的影响,以及太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡与气候系统外强迫对东亚季风过渡带降水年代际变化的贡献。最后, 在进展回顾的基础上,展望定量区分外强迫和内部变率对东亚季风过渡带降水年代际变化的相对贡献等未来需进一步开展的研究方向。     

南海海温与我国夏季降水相关关系的研究

近20年来,气象工作者一直把赤道东太平洋海温对我国汛期降水的影响作为海-气相互作用中的重要研究课题。陈烈庭(1977)研究了赤道东太平洋地区海温异常变化对我国汛期降水的影响;黄嘉佑(1989)利用相关矩方法分析了赤道东太平洋海温与我国夏季雨日之间的关系;魏风英等(1992)研究了赤道东太平洋海温等因子与长江流域夏季旱、涝之间的关系及各因子在旱、涝形成中的贡献。研究结果表明,赤道东太平洋海温对我国降水有显著影响。 南海地处赤道西太平洋边缘,是低纬热带海域,它位于季风气流上游,是我国夏季降水的水汽和各种能量的重要源地之一,因此该海域海表面温度(简称海温)的变化与季风环流的相互作用可直接影响我国东部低纬地区的降水。罗绍华等(1985)曾作过南海海温与长江中、下游夏季降水的相关分析,分析结果认为,南海前期海温变化与长江中、下游夏季降水有密切关系,即前期海温偏暖时,长江中、下游夏季降水往往偏多,反之,前期海温变冷时,降水少。但是,由于上述研究是利用1951-1972年的资料,而且仅限于长江中、下游地区与南海海温的相关分析,因而还不尽如人意。随着南海海温资料和我国降水资料的不断累积,为进一步深入研究南海海温变异与我国降水的关系提供更好的条件,本文试图通过分析南海前期各季海温与长江中、下游和东南沿海地区的降水关系,找出在海温影响下的降水分布特征及旱、涝出现规律,为长江中、下游和东南部地区旱、涝的长期预测提供依据。     

西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变最经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征.结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993-1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早.第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少.相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进人盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反.第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多.相应的大范嗣环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反.     

El Nio对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Nio事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Nio不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Nio发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Nio成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Nio衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Nio影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

El Niño对东亚气候年际异常影响的数值模拟

根据1949~1998年期间8次显著El Niño事件合成的24个月年际海温异常(SSTAs)和气候平均的海温(SST),利用CCM3分别进行了3个包含10次积分的集合试验,即控制试验(CTRL),热带太平洋海洋全球大气试验(TOGA)以及整个太平洋海洋全球大气试验(TOGA-NP),通过对比分析这3个试验之间的集合模拟结果,揭示了在El Niño不同演变阶段东亚气候年际异常响应结构以及北太平洋年际SSTAs在此过程中的调制作用.结果表明:El Niño发展阶段夏季,东亚地区大气环流异常呈显著的负PJ波列,副热带高压减弱、偏东,东亚夏季风增强,东北和江淮流域降水偏多,华北和长江流域及其以南地区降水偏少;El Niño成熟阶段冬季,东亚大槽加强,东亚北部冬季风加强,西太平洋副热带地区低层有显著的反气旋式异常风场,华南地区降水显著增多;El Niño衰亡阶段夏季东亚气候年际异常型与其发展阶段夏季几乎相反.同时,北太平洋年际SSTAs对El Niño影响东亚气候年际异常有一定的调制作用,使模拟的我国降水异常分布更符合观测.     

南海海温与赤道东太平洋海温的遥相关

南海不仅蕴藏着丰富的海底石油和各种矿产,而且还是海上重要航道,具有政治、军事和经济的特殊地位。它处于菲律宾、马来西亚和中南半岛三面陆地的环抱之中,东边与热带西太平洋边缘接壤,是一个半封闭的深水海域,既受陆地影响,又与邻近海域有关联,具有独特的海洋环境特征。由于南海为低纬热带海洋,而且处于季风气流上游,因此是我国夏季降水的水汽和各种能量的重要源地之一。它的海温变化与季风环流的相互作用以直接影响我国东部低纬地区的降水量。因此,研究南海海温的变化特征及其与El Nino的关系,不仅是研究该海域海洋环境预报的重要课题,而且可为中国南方天气与气候及其预测的研究提供重要依据. 本文在分析南海海温与赤道太平洋海温长期趋勢的基础上,采用了典型相关分析方法研究两海区的遥相关,并重点对南海滞后赤道东太平洋海温12个月的两海区前两对典型变量的交叉谱进行了分析。     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

海洋在亚洲夏季风对全球变暖响应中的作用

前人的模式研究表明全球变暖之后亚洲夏季风降水和环流的改变存在着一种自相矛盾的现象。本文利用最新的IPCC-AR4模式模拟资料和FOAM模式来研究亚洲夏季风对全球增暖的响应机制。大多数IPCC-AR4模式以及FOAM模式重现了亚洲夏季风降雨与环流变化的自相矛盾性。利用FOAM模式,本文通过系统改变海洋增暖信号来理解海洋变暖在季风响应中的作用机理。结果表明亚洲夏季风降雨和环流对全球变暖的不同响应主要是由于印度洋的变暖加强了中上层大气的变暖(从而降低了经向的热梯度)和水汽输送。全球增暖导致海陆温差的增大使得大气对流中心北移从而减弱了北印度洋的底层大气季风风速。这些敏感性实验还表明了太平洋的变暖增强了亚洲夏季风环流但减少了降雨量,从而削弱了印度洋增暖对亚洲夏季风的颖响。模式研究还表明了海洋的增暖能够增强亚洲夏季风自身的内在变率。     

夏季西太平洋副高的年际变化及异常特征分析

利用NCEP/NCAR Reanalysis Ⅱ资料计算1979—2014年3项副高指数,并根据异常副高指数筛选副高异常年份发现副高在正位相年期间较气候态面积更大,西伸脊点偏西,脊线偏南;负位相年情况相反。此外,通过对副高异常年份海温异常场水汽通量场及环流形势分析得出结论:正位相年年间前冬热带太平洋海温异常偏高,水汽通量在长江中下游集聚,东亚副热带季风环流偏弱、梅雨锋区环流加强并且500 hPa鄂霍茨克海阻塞高压发展、200 hPa南亚高压东伸偏东均有利于副高位置偏南,西伸加强;负位相年与正位相年环流形势相反。结果表明:西太副高异常不仅受前期海温影响,同期水汽通量、大气环流形势等对副高影响的同样不可忽视,这为副高预测提供了一定思路。     

西风带研究的重要意义

西风带作为北大西洋气候区和东亚季风气候区之间的联系纽带,对东亚季风气候和西风带气候具有重要影响,西风带在一定意义上控制着东亚季风的北界。西风环流与青藏高原相互作用,对亚洲季风区气候乃至全球气候都有极其深刻的影响。西风环流在冰期-间冰期旋回中的位置、强度的剧烈变化对东亚季风气候和全球气候影响显著,对季风降水、西风带降水时空分布及亚洲粉尘活动和黄土形成、堆积等都有非常重要的意义。     

台风“威马逊”（1409）在南海北部急剧增强的环境因子分析

利用ECMWF-interim逐6 h再分析资料、中国气象局台风最佳路径资料和NOAA逐日OISST海表温度等资料,并采用ARW-WRF中尺度数值模式,对1409号台风"威马逊"在南海北部海域急剧增强的原因进行分析和数值敏感性试验。结果表明:低层西南季风气流突然增强和高空东风急流异常偏强的高低空环流的最佳配置,是此次台风在南海北部海域急剧增强的主要动力机制;整层环境风垂直切变较大,而低层环境风垂直切变小,高层出流强、低层水汽充沛,是台风在南海北部海域快速增强过程中所独具的环境特征;南海北部海温异常偏高是造成此次台风猛烈发展并出现登陆极端强度的决定性因子。     

大气低层风场对南海海温的影响及其与季风的关系

利用1960-1999年月平均海表温度资料和大气低层风场资料,分析了南海海表温度与局地风场之间的关系及其季节变化特征,讨论了局地风场对南海海温的影响与季风的联系.结果表明,南海海表温度异常与局地风场异常之间的关系具有明显的季节变化特征,南海海表温度异常在夏季与纬向风异常呈明显的负相关,在冬季与经向风异常呈明显的正相关,这种季节变化与东亚季风特性(即盛行风存在明显的季节变化)密切相关.为南海海表温度监测预测提供气候背景,从而也解释了过去在大气低层风速与南海海表温度异常相关性方面不同研究结果存在差异的原因.     

1990s年代际转型前后南海季风系统的季节变化

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节变化尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993—1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态表现为冬夏反位相的年周期变化,但爆发早年夏季风持续时间略长于爆发晚年,空间上都反映了南海中央海盆区的夏季强降水和850 hPa上南海北部的气旋性环流异常,但夏季风爆发早年中国华南沿海降水加强而南海南部降水偏少。相应的大范围环流场上主要反映了南海夏季风爆发后进入盛夏时节亚太地区大范围的环流特征,南海夏季风爆发偏早年索马里越赤道气流偏强,东亚季风槽位置偏北,爆发偏晚年则相反。第二模态反映了南海季风系统春秋反位相的季节变化,且秋季的振幅更强,空间降水场上对应着秋季华南沿海和南海北部与南海中南部北旱南涝的跷跷板式分布,850 hPa风场上则主要表现为异常的东北季风,该模态时空特征表明南海夏季风爆发偏早年的秋季,冬季风建立也偏早,越南及周边地区的降水偏多。相应的大范围环流场上则主要反映了冬季风的环流特征,在南海夏季风爆发偏早年的秋季,菲律宾以东的热带对流减弱,PJ波列增强,爆发晚年则相反。     

1321号台风“蝴蝶”强度变化特征和影响因素分析

利用NCEP/NCAR全球再分析格点资料（空间分辨率1°×1°）、台风实况资料及海南省气象台站观测资料,选取1321号台风＂蝴蝶＂为研究个例,从天气学原理高低空形势及动力、热力学物理量等多角度分析了＂蝴蝶＂强度演变特征及影响因素.研究结果表明,副热带高压与高空西风槽是影响此次台风的主要大尺度天气系统,弱冷空气南侵、南海海温偏高及越赤道气流强盛是＂蝴蝶＂迅速加强的重要原因.西风槽引导弱冷空气南侵使得台风外围环流气压梯度增加,斜压不稳定状态加剧;南海海温达到29℃,海温偏高使台风区域大气层结降低,深热对流发展;105°E越赤道气流强盛为台风提供了充沛水汽和能量.三者共同作用促使台风强度突然增强.另外,低层涡度、高层散度、湿位涡及水汽通量等物理量能够较好地表征＂蝴蝶＂强度变化特征.低层辐合流入、高层辐散流出为台风的加强提供了动力条件;湿位涡下负上正表明大气热力层结不稳定;水汽通量增加表明水汽条件充足.良好的动力条件、热力条件与水汽条件共同作用,使得＂蝴蝶＂在短时间内迅速加强为强台风.     

东南印度洋海温变化对我国东部夏季降水的影响

利用区域气候模式RegCM3对东南印度样海温变化对我国夏季降水的影响进行了模拟研究,结果表明:热带东南印度洋海温异常通过影响东亚大气环流和105°E附近越赤道气流,对南海夏季风爆发产生影响。热带东南印度洋海温异常对我国夏季降水影响显著,特别是长江中下游及黄淮地区的降水,与东南印度洋海温分别呈现出正相关及负相关的关系。     

南沙海区西南大风成因及预报着眼点

本文用东亚低纬地区常规观测资料研究了1988年南沙海区夏季风期间西南大风成因及预报着眼点。结果表明,南沙海区西南大风产生的原因有:1)东亚季风环流的准双周振荡;2)南半球澳大利亚冷高压加强造成赤道105～110°E地区的过赤道气流加强,结果启动东亚季风环流并使其加强;3)北半球ITCZ上热带气旋移近南海时,也可启动季风环流并使其加强。预报着眼点主要是准双周振荡的时间、澳大利亚冷高压的强度和位置、北半球ITCZ上热带气旋的强度和路径、对流层高层北支高空东风急流的厚度变化等。     

El Ni?o衰退年印度洋海盆模态对印度夏季季风降水的影响

采用全印度陆地降水资料、NCEP/NCAR大气资料以及Had ISST资料集的SST资料,使用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和相关分析回归分析等统计方法,在前人的基础上,系统研究了厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)及印度洋海盆模态(Indian Ocean Basin mode,IOB)对印度夏季季风降水的影响,指出厄尔尼诺衰退年印度夏季降水在反对称模态和北印度洋二次增暖共同的作用下表现出初夏减少晚夏增加的特点。通过观测分析发现,厄尔尼诺在其发展年和衰退年对印度夏季季风降水的影响截然不同。在发展年,中东太平洋的异常增暖引起Walker环流的改变,印度洋区域的下沉气流抑制印度大陆降水。在衰退年,厄尔尼诺对印度洋进行"充电",产生印度洋海盆增暖模态。在这个过程中,局地海气相互作用引起衰退年的印度降水有初夏减少晚夏增加的特点。其中春季印度洋的反对称风场(赤道以北为东北风异常,赤道以南为西北风异常)对印度夏季风有一定的减弱作用,这种异常环流减弱了初夏印度降水。同时反对称风场会造成在夏季北印度洋的二次增暖,又会促进了晚夏降水的异常增加。通过水汽输运通量的诊断分析进一步验证了上述海盆模态对印度夏季降水的作用。