南海夏季风强度年代际变化基本特征

利用美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR) 的再分析资料, 通过合成分析、对比分析等方法, 对南海夏季风的年代际变化的划分、不同年代际阶段平均场的差异及其成因进行研究。分析表明:南海夏季风强度具有显著的年代际变化特征, 在20世纪70年代末出现了年代际时间尺度的转折, 可将其分成两个阶段, 1960—1976年 (简称第一阶段) 和1980—1998年 (简称第二阶段), 第二阶段与第一阶段相比, 南海地区夏季西南风强度显著减弱, 年际变化的方差显著变大, 变化周期变短, 但是南海中南部地区的上升运动却有所加强。夏季, 从低层到对流层高层, 中国大陆上空的气温显著降低, 海洋上空的气温有所升高, 在热力作用下, 导致大陆中低层位势高度增加比海洋上大, 形成大陆地区反气旋性环流加强, 从而减弱了南海中北部地区的西南风。从辐散风场来看, 赤道东太平洋地区海温显著增加可能对南海中南部地区上升运动的加强起着重要的作用。     

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。     

南海夏季风建立的气候特征Ⅱ—年代际变化

用NCEP 40年再分析格点气象资料对南海夏季风建立的气候特征的年限变化进行了分析，得到：（1）南海夏季风的建立时间前20年与后20年明显不同，前20年较晚为5月第6候，后20年则分别为5月的第4候和第5候，（2）除了第3个10年（1978－1987年）外，其余3个10年南海夏季风雨季的建立都比夏委风建立要早1至2候。（3）南海夏季风建立是孟加拉湾西南季风爆发性发展和东进的结果，4个10年孟加拉湾西南季风都在5月第3候及5月第4候有一个爆发性的发展过程，但它的东进速度及爆发强度却很不相同，这对南海夏季风建立时间的早晚有重要影响。（4）南海夏季风建立期间，前20年与后20年高低空环流形势相差很大，前20年与后20年相比对流层低层印缅槽较强而副热带高压中心位置偏东，对流层高层副热带高压中心移上中南半岛后北移距离较大，位置偏北，经过比较可以看出对于南海夏季风的建立和发展来看后20年的环流形势较为有利。     

南海暖池的季节和年际变化及其与南海季风爆发的关系

用ＬＥＶＩＴＵＳ和ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ ＯＩＳＳＴ资料，分析了南海暖池的季节和变化特征及其与西太平洋暖池和印度洋暖池的关系，讨论了南海暖池强度指数的年际变化与南海季风爆发时间的联系，结果指出，南海暖池有明显的季节变化牲，１２～２月隆冬季节最弱，３～４月迅速发展北上，６～９月达其盛期，整个南海均为高于２８℃的暖水，１０～１１月迅速减弱南退：在南海暖池盛期，整个南海均为高于２８℃的暖水最大厚度达５５ｍ，     

南海夏季风对华南夏季降水年代际变化的影响

华南夏季降水和南海夏季风都具有准两年的变化特征。研究表明：20世纪70年代以后，华南夏季降水年代际变化主要表现在准两年尺度平均方差的变化上，当准两年方差大时，相应的华南夏季降水多，反之亦然。但是在1976年以前南海夏季风对华南夏季降水的影响并不大，这似乎与两者准两年变化关系的年代际变化有关。南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化在1953-1976年是弱的反位相变化关系，相反地，这一时段它们的非准两年变化成分有很强的正相关；在1977-2000年这一阶段，南海夏季风和华南夏季降水的准两年变化具有很强的正相关，但是它们的非准两年变化成分的相关性则很差。分析结果还表明，20世纪70年代大气环流的年代际变异使得华南夏季降水准两年变化在最近20多年成为其年际时间演变的主导成分。     

越赤道气流的季节变化及其对南海夏季风爆发的影响

基于NCEP/NCAR资料分析了对流层越赤道气流的季节变化,指出越赤道气流中心在低层位于925hPa,在高层位于150 hPa。东半球的越赤道气流是一种典型的季风型气流,而西半球越赤道气流具有信风特征。研究结果还表明,低层的索马里和南海越赤道气流对南海夏季风的爆发有至关重要的作用,在季风爆发前2候,索马里急流有一次迅速的增强,这一增强有利于加速孟加拉湾地区西风的向东扩展,并使控制在南海上空的西太平洋副高东撤;同时,南海越赤道气流的迅速增强也推动副高北上,共同促使南海夏季风全面爆发。不仅如此,二者对季风爆发的早晚也有重要影响,当前期这两支越赤道气流建立偏早、强度偏强时,南海夏季风爆发易偏早。反之,当其建立偏晚、强度偏弱时,季风爆发易偏晚。     

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.     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区及机制初探

利用1958—2011年NCEP/ NCAR再分析资料和ERSST资料,采用Lanczos时间滤波器、相关分析、回归分析、合成分析和交叉检验等方法,研究了影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区海温异常的来源与可能机制。结果表明,前冬(12—2月)热带西南印度洋和热带西北太平洋是影响南海夏季风爆发年际变化的关键海区。冬季热带西南印度洋(热带西北太平洋)的异常增暖是由前一年夏季El Ni?o早爆发(强印度季风异常驱动的行星尺度东-西向环流)触发、热带印度洋(西北太平洋)局地海气正反馈过程引起并维持到春季。冬季热带西北太平洋反气旋性环流(气旋性环流)及印度洋(热带西北太平洋)的暖海区局地海气相互作用使得印度洋(热带西北太平洋)海温异常维持到春末。春季,逐渐加强北移到10 °N附近的低层大气对北印度洋(热带西北太平洋)暖海温异常响应的东风急流(异常西风)及南海-热带西北太平洋维持的反气旋性环流(气旋性环流)异常,使得南海夏季风晚(早)爆发。      

1998年南海夏季风的爆发与大气季节内振荡的活动

利用NCEP再分析及TBB资料,系统地研究了1998年南海夏季风爆发与大气季节内振荡活动的关系,结果表明,1998年南海夏季风爆发与南海及其临近地区30～60天低频振荡的发展有着极为密切的关系。南海及临近地区30～60天低频纬向风及低频动能的时间-经（纬）度剖面明显地反映出该地区的大气季节内振荡的加强是由于其临近地区（菲律宾以东）30～60天低频气旋发展及其向西扩展的结果,与孟加拉湾地区低频气旋的活动关系不大;同时,我们也看到了夏季风爆发前后南海地区为850hPa低频动能的大值区,而200hPa上为一弱区,反映了1998年南海夏季风爆发期间该地区大气季节内振荡有上弱下强的垂直分布特征。进一步分析表明,南海及其临近地区大气季节内振荡的活动主要为局地振荡型,夏季风爆发后才有明显的向北传播,成为南海夏季风爆发影响东亚大气环流和天气的重要途径之一。另外,1980和1986年南海地区30～60天低频动能的发展特征与1998年的类似,说明了南海及其临近地区大气季节内振荡的局地振荡特征并不是1998年所特有的,它对南海夏季风爆发有普遍的重要作用。     

SEASONAL AND INTER-ANNUAL VARIABILITY OF THE SOUTH CHINA SEA WARM POOL AND ITS RELATION TO THE SOUTH CHINA SEA MONSOON ONSET

The South China Sea warm pool interacts vigorously with the summer monsoon which is active in the region. However, there has not been a definition concerning the former warm pool which is as specific as that for the latter. The seasonal and inter-annual variability of the South China Sea warm pool and its relations to the South China Sea monsoon onset were analyzed using Levitus and NCEP/NCAR OISST data. The results show that, the seasonal variability of the South China Sea warm pool is obvious, which is weak in winter, develops rapidly in spring, becomes strong and extensive in summer and early autumn, and quickly decays from mid-autumn. The South China Sea warm pool is 55 m in thickness in the strongest period and its axis is oriented from southwest to northeast with the main section locating along the western offshore steep slope of northern Kalimantan-Palawan Island. For the warm pools in the South China Sea, west Pacific and Indian Ocean, the oscillation, which is within the same large scale air-sea coupling system, is periodic around 5 years. There are additional oscillations of about 2.5 years and simultaneous inter-annual variations for the latter two warm pools. The intensity of the South China Sea warm pool varies by a lag of about 5 months as compared to the west Pacific one. The result also indicates that the inter-annual variation of the intensity index is closely related with the onset time of the South China Sea monsoon. When the former is persistently warmer (colder) in preceding winter and spring, the monsoon in the South China Sea usually sets in on a later (earlier) date in early summer. The relation is associated with the activity of the high pressure over the sea in early summer. An oceanic background is given for the prediction of the South China Sea summer monsoon, though the mechanism through which the warm pool and eventually the monsoon are affected remains unclear.     

DETERMINATION OF SOUTH CHINA SEA MONSOON ONSET AND EAST ASIAN SUMMER MONSOON INDEX

Results of the definition of South China Sea summer monsoon onset date and East Asian summer monsoon index in recent years are summarized in this paper. And more questions to be resolved are introduced later.     

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。     

南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系

利用1979—2016年NCEP再分析资料, 分析了南海季风爆发的年代际转折与东亚副热带夏季降水的关系。结果表明:南海夏季风爆发时间在1993/1994年出现年代际转变, 1979—1993年爆发时间相对偏晚, 夏季华南降水偏少, 长江中下游至日本南部降水偏多; 1994—2016年爆发时间偏早, 夏季华南降水偏多, 长江中下游到日本南部降水偏少。南海季风爆发时间年代际转折与夏季东亚副热带降水关系可能受到菲律宾越赤道气流强度的调控, 季风爆发时间与菲律宾越赤道气流有显著正相关, 且均在1993/1994年间存在年代际转变。在1994—2016(1979—1993)年南海夏季风爆发偏早(晚), 菲律宾越赤道气流偏弱(强), 澳大利亚北部有偏北(南)风异常, 将暖池的热量往赤道输送, 使得赤道对流增强(减弱), 产生异常上升(下沉)运动汇入Hadley环流上升支, 增强(减弱)的Hadley环流导致下沉主体偏北(南), 促使副高脊线偏北(南), 从西北太平洋(孟加拉湾)往华南地区(江淮到日本南部)输送水汽增强, 所以华南(江淮到日本南部)夏季降水偏多。      

COMPOSITE ANALYSIS OF SUMMER MONSOON ONSET PROCESS OVER SOUTH CHINA SEA

Based on the method of composite analysis, the onset process and preceding signs of summer monsoon over the South China Sea (SCS) is investigated. The result indicates that convection activities appear first over the Indo-China Peninsula prior to the onset of the monsoon, then around the Philippines just at the point of onset, implying that the convection activities around the Philippines serve as one of the reasons leading to the SCS monsoon onset. Before the SCS monsoon onset, the equatorial westerly over the Indian Ocean (75°E 95°E ) experiences noticeable enhancement and plays an important role on the SCS monsoon onset. It propagates eastward rapidly and causes the establishment and strengthening of equatorial westerly in the southern SCS, on the one hand, it results in the migration southward of the westerly on south side of the south-China stationary front by means of shift northeastward of the westerly and convection over the Bay of Bengal, on the other. Further study also shows that the intensification of equatorial westerly in the Indian Ocean (75°E 95°E) and the southern SCS is closely related to the reinforcement of the Southern-Hemisphere Mascarene high and Australian high, and cross-equatorial flow northward around Somali, at 85°E and 105°E, respectively.     

APPLICATION OF HYSPLIT MODEL IN DEFINITION OF THE ONSET OF SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON

Using NCEP reanalysis data and an airflow trajectory model based on the Lagrangian method, the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model, the daily backward trajectories on the height of 850 hPa above the South China Sea (SCS) area are simulated from April to June. The onset date of the SCS summer monsoon from 1948 to 2009 is determined according to the simulated source of airflow in the monitored area of the SCS. By analyzing the SCS monsoon onset dates over the 62 years, we found that the number of years in which the SCS monsoon onset is earlier accounts for 13%, and the later years 14%, the normal years 73%, of all the 62 years. Analyses with the Lagrangian method, done in comparison with the other two methods which combine wind and potential pseudo-equivalent temperature, were performed to determine the onset dates of the SCS summer monsoon. In some years, the source of the southwest airflow in the monitored area of the SCS is in the subtropical region before the onset of the SCS monsoon, so the airflow from the subtropics can be distinguished with the airflow from the tropics by using the Lagrangian method. The simulation by the trajectory model indicated that in some years, after the onset of SCS summer monsoon, the SCS will be controlled by the southeast wind instead of the southwesterly usually expected.     

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。     

CLIMATIC CHARACTERISTICS OF THE ONSET OF SOUTH CHINA SEA SUMMER MONSOON II. INTER-DECADAL VARIATION

By using the 40-year NCEP (1958-1997) grid point reanalysis meteorological data, we analyzed the inter-decadal variation on the climatic characteristics of the onset of South China Sea summer monsoon. The results are as follows. (1) There was great difference on the onset date of the SCS summer monsoon between the first two decades and the last two decades. It was late on the 6th pentad of May for the first two decades and was on the 4th and 5th pentad of May for the next two decades. (2) Except for the third decade (1978-1987), the establishment of the monsoon rainfall was one to two pentads earlier than the onset of the summer monsoon in all other three decades. (3) The onset of the SCS monsoon is the result of the abrupt development and eastward advancement of the southwesterly monsoon over the Bay of Bengal. The four-decade analysis shows that there were abrupt development of the southwesterly monsoon over the Bay of Bengal between the 3rd and 4th pentad of May, but there was great difference between its eastward movement and its onset intensity. These may have important effect to the earlier or later onset of the SCS summer monsoon. (4) During the onset of the SCS summer monsoon, there were great difference in the upper and lower circulation feature between the first two and the next two decades. At the lower troposphere of the first two decades, the Indian-Burma trough was stronger and the center of the subtropical high was located more eastward. At the upper troposphere, the northward movement of the center of subtropical high was large and located more northward after it landed on the Indo-China Peninsula. After comparison, we can see that the circulation feature of the last two decades was favorable to the establishment and development of the SCS summer monsoon.     

南海夏季风爆发的气候特征

利用ＴＯＧＡ－ＣＯＡＲＥ强化期“实验３”号科学考究船所取得的表面气象的探空资料,对考察期间的热通量进行详尽的分析和计算,特别是对发生在ＩＯＰ期间的两次西风爆发过程中西太平洋热带海域热通量的特征进行了重点分析,并讨论了它们与大尺度环流及其中高纬度环流的关系。