2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面-过程的可能影响Ⅱ： 数值试验

在对南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响进行了诊断分析的基础上,应用MM5/NOAHLSM模式,研究了中南半岛陆气相互作用对2004年南海夏季风爆发过程的可能影响。结果发现:在南海夏季风爆发前,中南半岛南海地区低层气温差确实出现低值,甚至负值;尽管短期内中南半岛土壤湿度和降水的变化没有引起季风爆发日期的改变,但对季风爆发的强度有影响。土壤湿度和降水变化引起的干异常可导致地表感热通量的增大和地表温度的升高,致使中南半岛与南海之间低层的温差异常(负温差)减小,季风爆发强度减弱;不同的是,湿异常可引起季风爆发强度增强。这一结果说明,在南海夏季风爆发前期,中南半岛上空对流活动和降水异常及其引起的土壤湿度的异常变化在一定程度上会影响到季风爆发的过程。文章还比较了不同温湿地表条件下低层大气状态的差异和地表能量、水分平衡过程的不同,分析了陆气相互作用对季风活动产生影响的物理机制。     

中南半岛对流对南海夏季风建立过程的影响

利用RegCM2模式进行数值试验,得到中南半岛对流对北半球副高带断裂、进而对孟加拉湾对流建立具有重要影响,而孟加拉湾对流建立后激发的Rossby波列又是南海夏季风建立的主要因子之一.进一步分析中南半岛对流、副高带断裂及南海夏季风建立的年际变化,得到中南半岛对流的强弱(活跃的早晚)与副高带在孟加拉湾北部断裂及南海夏季风爆发的早晚有密切关系.它们还与海温异常及纬圈环流的变化相联系:当赤道中东太平洋海温偏暖(冷)时,Walker环流偏弱(强),中南半岛对流偏弱(强),副高带断裂偏晚(早),南海夏季风建立偏迟(早).     

中南半岛影响南海夏季风建立和维持的数值研究

利用美国大气研究中心研制的第三代公共气候模式(CCM3)模拟了中南半岛对南海夏季风的建立和维持的影响,数值试验结果表明,中南半岛对南海夏季风的建立和维持起了非常重要的作用.同时还就中南半岛影响南海夏季风建立和维持的机制进行了讨论.     

1998年南海夏季风建立前后的突变特征及爆发过程

利用南海季风试验所得到的最新资料分析了１９９８年南海夏季风建立前后的突变特征及其爆发过程,初步认定１９９８年亚洲夏季风最早（５月２３日）在南海地区建立,它是亚洲冬季风形势向夏季风形势转换的最早体现。副高从南海地区连续东撤是南海地区夏季风建立的直接过程,它的撤出有利于不稳定能量的释放,形成南海夏季风的爆发性。提出赤道印度洋地区的西风和降水向中南半岛地区扩展、华南静止锋活跃南压,这种形式的中低纬相互作     

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.     

太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响

利用1948—2017年再分析资料以及反映太阳周期活动的太阳黑子数资料,研究了太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发早晚的可能影响及相关的物理过程,发现太阳黑子数与南海夏季风建立日期之间存在显著的正相关关系,即太阳活动偏强(弱)年南海夏季风爆发偏晚(早)。对相关大气环流特征进行合成分析表明,太阳活动峰值(谷值)年,5月菲律宾附近上空往往出现异常反气旋(气旋),西太平洋副热带高压偏强、西伸(偏弱、东撤)。一方面,这与赤道以南海洋性大陆的对流活动异常以及与之相联系的局地经向环流密切相关,另一方面,热带印度洋-西太平洋沿赤道的纬向Walker环流异常对此也有一定贡献。进一步的研究揭示出太阳活动影响南海夏季风爆发的信号最初很可能来源于平流层温度的响应,随着太阳辐射增强,春季前期整个南半球对流层下层-平流层上层一致偏暖,温度梯度的变化削弱了对流层的平均经圈环流,导致大气质量的重新分布,引起低层出现负的南极涛动(AAO)型分布,在南半球中纬度地区形成气旋性环流异常,造成索马里越赤道气流建立偏晚,进而有利于南海夏季风爆发的推迟。     

影响南海夏季风爆发因子的诊断研究

通过南海夏季风爆发偏早年和偏晚年前期冬春季东亚地区的环流、积雪及海温等要素特征的诊断分析,揭示了南海夏季风爆发时间早晚与前期冬季东亚大气环流、热带对流、热源及热带太平洋海温的异常分布有密切联系,南海夏季风爆发偏早年的前期有冬季风偏强,高原积雪偏少,海洋大陆地区的对流活跃、热源增强及LaNina型海温分布等主要特征;南海夏季风爆发偏晚年的前期特征则基本相反。根据1997～1998年冬春环流、积雪及海温等的特征作了1998年南海夏季风爆发时间的预测,其结果与1998年的实况基本一致。     

中南半岛与南海热力差异对南海季风爆发的影响

利用1958-1998年NCEP/NCAR再分析资料和1975-1998年OLR资料,分析了中南半岛与南海热力差异的季节和年际变化特征,以及这种热力差异对南海季风爆发的影响.结果表明,中南半岛与南海热力差异存在明显的季节变化,从第3候歼始,感热加热的作用使中南半岛地表温度高于南海并一直持续到第25候,之后,中南半岛与南海热力差异发生逆转,这种逆转是由于第22-23候出现在中南半岛的对流及降水造成中南半岛地表温度降低所致.进一步研究指出,中南半岛与南海热力差异的上述季节变化特征还表现出最著的年际差异,这种年际差异对南海季风的爆发有着重要影响.首先,上述热力差异的逆转是南海季风爆发的一个必要条件:1958-1998年,逆转时间均早于(或等于)南海季风爆发时间;其次,中南半岛地表温度高于南海的持续时间与南海季风爆发日期之间呈显著正相关,即中南半岛地表温度高于南海的时间越早、转为低于南海的时间越迟,则南海季风爆发越迟.     

南海夏季风爆发的EOF分析

本文利用1983～1992年的NCEP资料．对南海夏季风爆发做经验正交函数分解，分析了主要模态的时空变换特征。结果表明：太阳辐射北移，是南海夏季风爆发的最重要的因素。南海夏季风爆发前后，在典型季风区850hPa上东西风有一次重大调整。南半球中高纬西风带槽脊振幅的增强和北半球副热带系统经向环流的加大是南海夏季风爆发的重要原因。西太平洋副高的迅速减弱东撤，导致南海夏季风的爆发。     

南海夏季风爆发与玉林出现强降雨过程的初步分析

通过分析近50年来南海夏季风爆发前后与玉林市出现强降雨过程的关系,得出南海夏季风爆发前后是玉林产生强降雨过程的集中时期,对大暴雨天气过程尤为明显.     

南海夏季风爆发的动力过程研究

利用1958—1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海季风爆发日为临界日期,计算了40年合成的季风爆发前月平均带状基流;在该基流上,计算了球面正压涡度方程中Rossby波的稳定性;并用谱函数展开法定义和计算了发展型波包的演变。结果显示：南海夏季风爆发前气候平均场上有球面Rossby波的正压不稳定,该不稳定主要由南半球的西风急流所激发,且不稳定扰动的最大振幅均出现在南半球西风急流以南。球面Rossby波发展型波包的最大振幅随时间会由两个半球的中高纬度向低纬扩展,虽然不能越过赤道,却激发了热带地区的积云对流,积云对流的爆发并向季风区传播,加速了大气环流的调整,其结果造成了南海夏季风的爆发。可见,南海夏季风的爆发虽是局地现象,但其爆发原因却是全球性的。     

中南半岛地区热力特征对南海季风爆发的可能影响及机理

利用1998年5月1日－8月31日南海季风试验(SCSMX)产1980年1月－1995年12月NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析1998年和多年平均情况下南海夏季风爆发期间中南半岛地区热力特征，揭示该地区热状况的异常与南海夏季风爆发之间的可能联系，从而讨论引起南海夏季风爆发的可能机制。结果发现，南海季风爆发前中南半岛附近地区存在较强的持续地面感知加热并具有显的低频振荡特征，低层大气在中南半岛地区出现较强的暖中心，由此导致局地强的水平温度梯度和位势高度梯度，有利于加强该地区的西南风。南海季风爆发前中南半岛地区低层出现较强的辐合风，高层出现较强的辐散风，这种低层强的辐合，高层强的辐射散配置有利于垂直运动的发展，降水的加强，进而触发南海季风的爆发。对多年平均资料的分析也证实了1998年南海季风爆发过程中所具有的特征，并进一步发现南海季风爆发前中南半岛地区850hPa温度是逐渐增加的，且增温幅度大于南海地区上空，由此加强了中南半岛与南海之间的温差。另外，比纬圈温度偏差和位势高度偏差的分析中发现，南海季风爆发期间南海和中南半岛地区的副高东撤与中南半岛地区的增温和孟加拉湾低槽的向东扩展有关。     

硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的数值模拟研究

硫酸盐气溶胶(SO₄^2-)和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。南海夏季风(SCSSM)作为东亚夏季风的子系统之一,与东亚大气环流和降水有着重要的相互影响。前人对SO₄^2-和BC对东亚副热带季风已有详细研究,但对SO₄^2-和BC影响南海夏季风的机制研究较少。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO₄^2-和BC对南海—华南经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了气溶胶影响SCSSM爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,SO₄^2-和BC均有利于中南半岛对流层整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使...     

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。     

1998年地面加热场的基本特征及其与南海夏季风爆发的可能联系

文中对 1 998年 1月 1日到 8月 31日共 2 4 3d的南海季风试验再分析资料的地面感热场和潜热场进行 EOF分析 ,由感热的第一特征向量场发现 ,中南半岛地区、青藏高原的东北部和印度半岛的大部分是感热通量大值区 ,而海洋上是小值区 ,海陆热力差异十分明显 ,这种海陆感热对比是促使季风爆发的大背景。由感热的时间经度演变图可以看出 ,中南半岛所在经度范围内南北连续的感热分布对南海季风的早爆发具有重要作用。由温度平流项的分布可发现 ,中南半岛的加热作用明显早于青藏高原地区 ,使得中南半岛对南海季风的早期爆发有重要作用 ,而青藏高原对于南海季风的维持具有重要意义。由于印度半岛与中南半岛的海陆分布的差异 ,使得两个地区的温度平流项也有所不同     

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.     

南海夏季风爆发早晚对广西气候的影响

应用广西1960年以来地面88个观测站日平均气温、降水量、相对温度、均风速、总云量等气象资料,以及1970-2001年ECMW F再分析资料850hPa比湿和垂直速度资料,分析南海夏季风异常早晚的广西气象要素特征。结果表明：南海夏季风偏早,广西地面气温偏低,季风爆发当候广西气候特征往多雨方向发生变化,而爆发之后气候趋于较正常状态;南海夏季风偏晚年,爆发前6候,地面气温高,在季风爆发后5候内降水量较多;南海夏季风偏早、偏晚与广西多数固定月、季时间尺度的气温、降水量的关系无明显增加线性相关。     

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。     

1998年南海夏季风爆发过程中副热带高压减弱的诊断分析

1998年南海夏季风爆发于5月21日。利用NCEP再分析资料,用Zwack-Okossi涡度方程诊断分析引起季风爆发前后南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱的物理因子,结果表明:在夏季风爆发前,华东-华南沿岸附近高空槽前的正涡度平流区随高空槽的东南移动向南海和菲律宾中部附近地区推进;正涡度平流是引起上述地区850 hPa气旋性涡度增大的最主要的物理因子,其次是暖平流。在夏季风爆发后,潜热加热项的作用迅速增大至与正涡度平流项大小相当,这两项是引起区域平均气旋性涡度增加的最主要的物理因子;它们和暖平流项一起抵偿了辐散项和绝热项的负贡献,令季风区的气旋性涡度得以发展/维持。因此,正涡度平流是直接导致南海-西太平洋副热带反气旋脊迅速减弱最重要的物理因子。