南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

南海夏季风期间水汽输送的气候特征

通过分析NCEP/NCAR 1973～1998年(共26年)4～8月的再分析比湿场和风场资料,研究了南海夏季风期间的水汽输送特征.夏季,东亚上空水汽水平输送特征在各月有很大差异,这是夏季风环流系统演变的结果.孟加拉湾南部地区是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地,来自上游孟加拉湾南部地区的水汽输送对南海季风的爆发具有重要意义.经向水汽输送主要有利于20～30°N之间华南地区的水汽辐合.从总的收支看,南海地区是一个水汽汇区.南海季风爆发早晚年的水汽输送通道存在明显差别.在爆发偏早年,从赤道印度洋到南海地区的输送通道建立早且维持时间长,4～5月南海易成为水汽辐合区;在偏晚年,南海地区水汽则是辐散的,不利于形成季风性降水.南海季风爆发早晚年与长江中下游旱涝年的水汽输送有一定联系.     

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。     

南海夏季风活动及其影响

资料分析及其同南亚（印度）夏季风的比较,指出建立的突发性和经向分量的重要性是南海夏季风活动的两个最基本特征。根据南海夏季风经向分量与纬向分量同样重要的特征,并考虑南海地区大气环流的基本形势,提出了用对流层高低层散度差构成季风指数,它可以更好地描写南海夏季风的活动。资料分析和大气环流模式（GCM）数值模拟试验都清楚地表明南海夏季风年际异常对大气环流和气候有极为重要的影响,不仅影响东亚地区,而且通过东亚-太平洋-美洲（PJ或称EPA）波列影响美国的天气气候变化。     

Interdecadal Change in the Interannual Variability of South China Sea Summer Monsoon Intensity

The interdecadal change in the interannual variability of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) intensity and its mechanism are investigated in this study. The interannual variability of the low-level circulation of the SCSSM has experienced a significant interdecadal enhancement around the end of the 1980s, which may be attributed to the interdecadal changes in the evolution of the tropical Indo-Pacific sea surface temperature(SST) anomalies and their impacts on the SCSSM. From 1961 to 1989...     

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。     

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.     

季风指数及其年际变化II·南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度。指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关。绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变。季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度。最后分析指出,南海850 hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化。     

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.     

Comparison of Characteristics Between the South China Sea Summer Monsoon Outbreaks in 2004 and 2008

The South China Sea summer monsoon is an important system affecting the weather and climate in China;its outbreak and evolution vary from year to year.Using the reanalysis data from the U.S.National Centers for Environmental Prediction (NCEP) and outgoing longwave radiation (OLR) data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA),USA,we analyze the circulation pattern,precipitation distribution,convection,temperature,and humidity around the monsoon outbreaks in 2004 and 2008.Results show that the monsoon had a late onset in 2004 (May 19) but an early outbreak in 2008 (May 4).Prior to the monsoon outbreak in 2008,cross-equatorial flows in Somalia were weaker than in 2004,subtropical precipitation did not arrive in southern China as it did in 2004,and the strongest convection was located more southward than in 2004.The results also indicate that accumulated rainfall in the Indochina Peninsula was about 61% of that in 2004 during a period of 25 days leading up to the monsoon outbreak,causing differences in land surface processes and then different activity levels for the summer monsoon.Post-onset warm and humid conditions in 2008 (2004) maintained through the end of October (mid-September),while the summer monsoon lasted longer in 2008 than in 2004.     

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。     

南海夏季风建立、活跃和中断期的特征

根据欧洲中心(ECMWF)1979～1993年15年风资料和GMS 卫星观测的黑体辐射云顶温度TBB资料,取南海地区伴有强对流的西风/偏西南风建立作为南海夏季风爆发的标志,对南海夏季风爆发的特征和夏季风活动过程进行了分析.表明南海夏季风爆发平均日期在5月16日左右,但年际变化显著,最晚是6月上旬.有些年份在4月下旬会出现短暂的伴有强对流的西南风,而在6月初出现第二次强西南风爆发,第二次爆发才是真正的夏季风爆发.南海夏季风爆发前,在北纬1 5°N以北的南海地区往往会先出现强西南风,这是由于北方冷空气南下引起冷锋前两风加强,或者由于南海副热带高压的加强或北移引起的西风加强,不能称作真正的南海夏季风爆发.季风爆发以后,南海季风活动有显著的活跃和中断变化,在季风爆发至8月20日期间,平均中断1～2次/a,中断时间约1 5 d/a.     

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。     

Observational and Modeling Studies of Impacts of the South China Sea Monsoon on the Monsoon Rainfall in the Middle-Lower Reaches of the Yangtze River During Summer

Based on the ERA-40 and NCEP/NCAR reanalysis data,the NOAA Climate Prediction Center’s merged analysis of precipitation(CMAP),and the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model version 3(MM5v3),we defined a monsoon intensity index over the East Asian tropical region and analyzed the impacts of summer(June-July) South China Sea(SCS) monsoon anomaly on monsoon precipitation over the middle-lower reaches of the Yangtze River(MLRYR) using both observational data analysis and numerical simulation methods.The results from the data analysis show that the interannual variations of the tropical monsoon over the SCS are negatively correlated with the southwesterly winds and precipitation over the MLRYR during June-July.Corresponding to stronger(weaker) tropical monsoon and precipitation,the southwesterly winds are weaker(stronger) over the MLRYR,with less(more) local precipitation.The simulation results further exhibit that when changing the SCS monsoon intensity,there are significant variations of monsoon and precipitation over the MLRYR.The simulated anomalies generally consist with the observations,which verifies the impact of the tropical monsoon on the monsoon precipitation over the MLRYR.This impact might be supported by certain physical processes.Moreover,when the tropical summer monsoon is stronger,the tropical anomalous westerly winds and positive precipitation anomalies usually maintain in the tropics and do not move northward into the MLRYR,hence the transport of water vapor toward southern China is weakened and the southwest flow and precipitation over southern China are also attenuated.On the other hand,the strengthened tropical monsoon may result in the weakening and southward shift of the western Pacific subtropical high through self-adjustment of the atmospheric circulation,leading to the weakening of the monsoon flows and precipitation over the MLRYR.     

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。     

Influences of MJO-induced Tropical Cyclones on the Circulation-Convection Inconsistency for the 2021 South China Sea Summer Monsoon Onset

The South China Sea Summer Monsoon(SCSSM) onset is characterized by an apparent seasonal conversion of circulation and convection. Accordingly, various indices have been introduced to identify the SCSSM onset date. However,the onset dates as determined by various indices can be very inconsistent. It not only limits the determination of onset dates but also misleads the assessment of prediction skills. In 2021, the onset time as identified by the circulation criteria was 20May, which is 12 days e...     

夏季南海季风槽与印度季风槽的气候特征之比较

亚洲夏季风槽包括两大重要组成部分,即南海夏季风槽和印度夏季风槽.两个季风槽同属于热带夏季风系统,具有热带辐合带的性质.但由于所处地理位置、海陆分布、受到的影响系统不同等原因,两个季风槽有明显的异同点.利用气候平均资料分析,揭示南海夏季风槽和印度季风槽的结构特征和演变特征的异同点,有利于提高对亚洲夏季风系统的认识.作者首先讨论了结构特征方面的差异,从季风槽的对流特征、环流场配置特征、热力结构特征等方面探讨了两个季风槽的区别,分析结果表明南海夏季风槽和印度夏季风槽在结构特征方面区别不算很大,都具有热带季风辐合带的典型结构,低层辐合,高层辐散,有明显的季风经圈环流,热力结构特征均是低层偏冷,中高层偏暖.相对来说,印度夏季风槽比南海夏季风槽强且深厚.其次对南海夏季风槽和印度夏季风槽的演变的气候特征所进行的分析表明,季风槽建立时间与季风爆发时间是一致的.南海夏季风槽爆发早且突然,撤退缓慢,维持时间长;印度夏季风槽则是渐进式的爆发,撤退迅速,维持时间较短.两个季风槽的温湿演变特征也有所不同.     

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。     

The Weakening Relationship between ENSO and the South China Sea Summer Monsoon Onset in Recent Decades

The El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) is traditionally regarded as the most important factor modulating the interannual variation of the South China Sea summer monsoon(SCSSM) onset. A preceding El Ni?o(La Ni?a) usually tends to be followed by a delayed(an advanced) monsoon onset. However, the close relationship between ENSO and SCSSM onset breaks down after the early-2000 s, making seasonal prediction very difficult in recent years. Three possible perspectives have been proposed to explain the weakening linkage between ENSO and SCSSM onset, including interdecadal change of the ENSO teleconnection(i.e., the Walker circulation), interferences of other interannual variability(i.e., the Victoria mode), and disturbances on intraseasonal time scales(i.e., the quasi-biweekly oscillation). By comparing the epochs of 1979–2001 and 2002–19, it is found that the anomalous tropical Walker circulation generated by ENSO is much weaker in the latter epoch and thus cannot deliver the ENSO signal to the SCSSM onset. Besides, in recent years, the SCSSM onset is more closely linked to extratropical factors like the Victoria mode, and thus its linkage with ENSO becomes weaker. In addition to these interannual variabilities, the intraseasonal oscillations like the quasi-biweekly oscillation can disrupt the slow-varying seasonal march modulated by ENSO. Thus, the amplified quasi-biweekly oscillation may also contribute to the weakening relationship after the early-2000 s. Given the broken relationship between ENSO and SCSSM onset, the extratropical factors should be considered in order to make skillful seasonal predictions of SCSSM onset, and more attention should be paid to the extended-range forecast based on intraseasonal oscillations.     

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。