利用风云气象卫星反演产品定义南海夏季风爆发指标

夏季风爆发伴随着风场和大气温湿度的急剧变化,我国风云气象卫星反演的云导风(AMV)和黑体亮温(TBB)产品可从大气动力和热力两个方面对夏季风活动进行实时监测。根据气象卫星AMV和TBB资料综合分析,选择南海夏季风监测区域为110~120 °E,10~20 °N。夏季风爆发期间,对流层高层(150~300 hPa高度层范围)云导风由偏西风转为偏东风,风云气象卫星区域日平均TBB下降至280 K以下,综合利用AMV和TBB双指标可更好描述南海夏季风的爆发特征。定义气象卫星监测南海夏季风爆发判别方法为:4月15日以后,AMV和TBB指标同时稳定大于临界值,其中,AMV指标稳定是指持续10天且中断不超过5天,TBB指标稳定是指维持5天。该判别方法可为南海夏季风业务服务和研究提供参考。      

南海地区定常行星波特征及其与南海夏季风的关系

利用美国NCAR/NCEP的1951—2001年全球大气日平均再分析资料,对南海区域的高低层大气长波的变化特征及其与南海夏季风爆发时间的关系进行分析。结果表明,（1） 纬向1～3波合成风场基本反映原始纬向风场的变化,南海地区处于东西风带的南北过渡区。（2） 对流层高低层（200 hPa和850 hPa）纬向1波在南海区域累加值（S1）正负转换时间与南海夏季风建立日期较吻合。高层S1由正值稳定变为负值（西风转为东风）的时间比南海夏季风爆发提前1～2候,低层S1由负值稳定转为正值（东风转为西风）的时间则几乎与南海夏季风爆发时间同期。（3） 以低层纬向1波（S1）值随时间的变化为主要指标,定义了一个南海夏季风爆发指数,该指数对南海夏季风的建立具有较好的反映能力。      

南海夏季风爆发与大气对流低频振荡的年际变化

根据1980～1991年云顶黑体温度（TBB）相位和强度的变化确定了南海夏季风爆发的时间,分析研究了夏季风爆发期间TBB场和850hPa风场的变化过程及其与海温的关系。结果表明:南海夏季风爆发平均时间是5月第4候,它爆发的时间和强度有显著的年际变化,并与大气的低频振荡及前期海洋的热力状况有密切关系。南海夏季风爆发早年（4月第6候）,副热带高压较弱,撤离南海较快,从赤道东印度洋到赤道西太平洋,大气对流活动较强,夏季风爆发南海早于孟加拉湾,季风爆发时90～100°E区域过赤道气流显著加强。夏季风爆发晚年（6月第1候）情况相反。南海夏季风爆发早晚与大气30～60天振荡到达南海的位相有关,前冬和早春南海海温的高低和4月中旬至5月中南半岛强对流区的出现时间,是南海夏季风爆发年际变化的前期征兆。根据前冬南海海温预测1998年南海夏季风爆发的时间和强度与实际相符。     

苏门答腊地区对流活动及其与南海夏季风建立的关系

使用日本气象厅提供的1980-1997年TBB资料和NCEP／NCAR 40a逐日再分析资料,分析了苏门答腊地区对流活动特征及其与南海夏季风建立的关系,发现南海夏季风的建立与冬季位于苏门答腊的对流中心由冬入夏沿“大陆桥”和中南半岛的系统性移动有密切联系。苏门答腊地区对流沿“大陆桥”移动加快是一个先兆信号,正是对流移动的突然加速,对随后中南半岛对流增强有直接影响;中南半岛地区对流爆发引起副热带高压带在该地区断裂从而导致了南海地区对流活跃和夏季风的建立。南海夏季风爆发之前,南海地区与苏门答腊地区的对流呈偶极型分布;南海地区和苏门答腊南部地区的对流变化几乎呈反相关关系,南海夏季风爆发之前,苏门答腊南部地区对流旺盛;南海地区对流增强期间,苏门答腊南部地区对流减弱。由此可以把南海地区与苏门答腊南部TBB之差小于等于5K(并维持1候)的开始日期作为南海夏季风爆发的指标之一。     

海温及其变化对南海夏季风爆发的影响

文中利用 1 5a(1 982～ 1 996)的 NOAA射出长波辐射 (OLR)、NCEP/NCAR的风场和海表温度 (SST)再分析网格点资料研究了南海、太平洋和印度洋海温及其变化对南海夏季风爆发的影响。首先发现爆发时南海区域平均的海表温度高于 2 9℃。季风爆发的时间与南海南部SST年循环最高值出现的时间基本一致。冬春季海表增暖是环流场突变的基础。SST超前于低层西风和对流的增强而升高 ,从而造成季节性的大气条件不稳定增大。通过暖池移动过程 ,考察了南海夏季风爆发期间 SST场、风场和 OLR场的演变特征。季风环流的变化是对海表增温强迫的响应。最大暖水轴在 1 0°N出现有利于 ITCZ在南海建立。南海 -西太平洋增温时 ,具有很强的纬向不均匀性 ,而印度洋则比较均匀。南海深对流的爆发与 SST纬向梯度有关。南海夏季风爆发的年际变化与 SST异常有关系。季风爆发偏晚年和偏早年冬春季 SST正、负距平区的符号相反。偏晚年的 SSTA分布呈 El Nino型 ,偏早年的 SSTA分布如同 L aNina型。不同类型的 SST异常对季风环流的影响不同。在 El Nino型强迫下 ,西太平洋副热带高压比常年偏南、偏西 ,东风在南海维持的时间较长 ,赤道西风出现的时间晚 ,南海地区对流活动受到抑制 ,故南海季风爆发偏晚。反之 ,爆发偏早     

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。     

利用大尺度环流确定2006年南海夏季风爆发日期

南海夏季风爆发最显著的特征就是南海地区西南风的突然增强和降水的明显增多,往往采用南海地区低层平均风场和(或)对流强度来判别南海夏季风的爆发日期。这种方法在大多数的年份是适用的,但是2006年由于0601号台风“珍珠”的介入,利用南海地区的区域指标来确定南海夏季风的爆发日期就略显不足。要解决以上的问题,必须从更大尺度上去想办法。利用经圈和纬圈环流可以较好地确定2006年南海夏季风的爆发日期。分析结果表明2006年南海夏季风爆发于5月16日(第4候)。     

基于拉格朗日方法的气流轨迹模式在判定南海夏季风爆发时间中的应用分析

利用NCEP再分析资料，驱动基于拉格朗日方法的气流轨迹模式（HYSPLITv4.9），模拟追踪南海区域850 hPa 4—6月逐日的气流后向轨迹，根据模拟出的南海监测区低层气流来源，定义1948—2009年南海夏季风的爆发日期，通过分析62年南海夏季风爆发日期的时间序列，得出南海季风爆发早年占13%，正常年占73%，爆发晚年占14%。将拉格朗日方法与两种利用风场并结合温湿指标的方法定义南海夏季风爆发时间对比发现，一些年份在南海季风爆发之前，南海监测区低空形成的西南气流来源于副热带，从而可以排除副热带气流对定义南海夏季风爆发时间的影响。由轨迹模式模拟的结果还发现在个别年份南海季风爆发时，南海区域低空盛行东南风而非通常认为的西南气流。     

南海夏季风活动指标的定义及应用

为了分析南海夏季风活动不同阶段的大气环流特征,引入南海区域(105~120°E,5~20°N)平均高(200 hPa)低(850 hPa)层风场和向外长波辐射(OLR)作为南海夏季风指数。分析结果表明这些指数的组合可以较好地反映南海夏季风季节内以下时间尺度的活动情况。当南海地区低层平均为西南风、高层为东北风且OLR异常(OLRa)小于零时,南海夏季风处于活跃期,此时副高远离南海,南海区域对流强盛,有明显的季风槽;当南海地区低层为西南风,高层为东北风,但是OLRa大于零时,南海夏季风处于不活跃阶段,此时副高远离南海,虽然南海地区对流不活跃,但是季风环流依然存在且向北扩展,使得华南-江南对流活跃;当南海地区风场为其他情况时,此时不论对流强弱,南海夏季风处于中断期,南海或者受副高控制,或者受热带气旋影响,季风环流在南海地区中断。利用定义的南海夏季风活动指标对2011年和2012年南海夏季风活动进行分析,结果指出这两年南海夏季风活跃期较长,季节内对流北传事件一般发生在南海夏季风活跃期或活跃期向非活跃期的转换期,而中断期即使有强对流发生,也不会向北传播。分析了这两年中断和不活跃情况下的大气环流分布,进一步验证了定义的南海夏季风活动指标的实用性。     

南海夏季风季节内振荡的年际变化研究

利用NCEP/NCAR风场、 垂直速度再分析资料和NOAA的逐日向外长波辐射 (简称OLR) 资料, 运用Butterworth带通滤波方法, 对南海夏季风季节内振荡 (简称ISO) 的特征和年际变化情况进行了初步研究。气候平均状况下ISO在亚洲季风区存在5个活动中心, 其中包括南海南部地区 (5°N～15°N, 110°E～120°E)。气候平均状况下南海ISO在5～9月有三次比较明显的活跃过程。以850 hPa风在西南方向上的投影 (Vsw) 经30～60天带通滤波后的绝对值在南海区域的夏季平均定义了当年南海夏季风ISO活动指数, 以此确定了南海夏季风ISO活跃年和不活跃年, 并由此提取了两者在逐日序列和水平分布场特征上的差异。通过对南海夏季风ISO活跃年与不活跃年ISO信号差别的研究发现: 在南海夏季风ISO活动较活跃年份的一个完整周期的8个位相合成中, 低频对流中心从热带印度洋西部东传到达南海后, 受Walker环流和西太平洋副热带高压底层东风气流阻挡等其它动力和热力因素的影响转向东北传。春季南海地区较强的Walker环流和对流活动有可能作为南海夏季风ISO活跃的前期信号。     

全球海气相互作用关键区及区内气候特征分析

采用合成分析方法研究了南海夏季风的爆发过程及其前期征兆。研究结果表明，在南海夏季风爆发之前，对流首先在中南半岛出现，随后在临近南海夏季风爆发时，菲律宾附近也出现对流活动，这表明菲律宾附近对流活动的出现也是引起南海夏季风爆发的原因之一。在南海夏季风爆发之前，赤道印度洋上（75～95°E）的赤道西风有一次明显的增强过程，它对南海夏季风的爆发也起了十分重要的作用，因为一方面它通过赤道西风的东扩促使南海南部的赤道西风建立和增强；另一方面，它又通过西风的北抬以及激发孟加拉湾的对流扰动发展和北移东传，诱使我国华南沿海西风的增强和南压，从而对南海夏季风爆发产生影响。进一步的研究还表明，印度洋赤道西风和南海南部赤道西风的增强又分别与南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的增强以及索马里、85°E附近和105 °E附近向北越赤道气流的增强有关。     

南海夏季风爆发与海温和大气对流的低频变化

根据云顶黑体温度（ＴＢＢ）相位变化并参考西沙站海面温度（ＳＳＴ）状况确定了南海夏季风爆发时间,分析研究了与夏季风爆发时间和强度有关的ＴＢＢ和ＳＳＴ变化过程,结果表明：南海夏季风爆发平均时间是５月第４候,爆发的时间和强度有显著的年际变化,爆发期间的海气状况与大气的低频振荡密切相关。夏季风爆发早年（５月第２候）,大气对流活动较强,西南风较强,海温下降我年（６月第１候）情况则相反;它爆发的强度还与爆发期     

海陆分布和地形对1998年夏季风爆发的热力影响

应用1980－1995年5天平均的CMAP降水资料、美国NMC850hPa风、卫星反演的向外长波辐射（OLR）和上部对流层水汽亮温（BT）等资料分析比较了南海夏季风爆发前后的基本特征。结果发现：BT能够反映南海夏季风的爆发及其与周围地区降水的关系，但局地降水信息的反映不够具体；OLR能够比较好的反映热带海洋上的降水，但陆地上的低值OLR可能受到地形的影响，仅仅850hPa风场不能完全确定夏季风的爆发。南海季风转换区域定义在南海的中北部比较合适，这是因为南海夏季风爆发前就存在着长年位于南海南部的带海洋对流性雨带；南海夏季风爆发后西南季风气流和季风雨带从印度洋经孟加拉湾和南海伸向西北太平洋，开始了南亚和东亚夏季风的爆发过程。     

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。     

热带西太平洋对流活动特征与南海夏季风爆发的关系

利用1979-2009年2.5°×2.5°的逐日OLR资料研究了西太平洋暖池对流活动的特征,发现4-5月西太平洋暖池对流活动主要集中在暖池的东南部地区,而6月第2侯对流逐渐向北扩展,对流的范围和强度都逐渐增大。在南海夏季风爆发偏早年,4月份西太平洋暖池对流活动偏强,而在南海夏季风爆发偏晚年,4月份西太平洋暖池对流活动偏弱。     

亚洲夏季风爆发的深对流特征

文中应用ＮＯＡＡ卫星反演的１９８０～１９９５年候平均对流层上部水汽亮温（ＢＴ）资料、向外长波辐 射（ＯＬＲ）资料和美国ＮＭＣ全球分析８５０　ｈＰａ风资料与美国ＣＭＡＰ降水资料作了对比分析，发现Ｂ Ｔ能够较好地反映中低纬度地区的深对流降水，偏南风场辐合区与深对流降水有比较一致的 关系，而ＯＬＲ不能反映热带外地区的对流降水。ＢＴ资料所具有的这一特征可以应用于亚洲夏 季风爆发过程的深对流特征分析。ＢＴ描述深对流的临界值是２４４　Ｋ。亚洲季风区是全球深对 流季节变化范围和强度最大的地区。赤道外地区的夏季风爆发可以定义为来自热带地区深对 流的季节扩张。中南半岛上的夏季风对流发生在南海夏季风爆发之前。华南前汛期深对流是 中低纬系统相互作用的结果。第２８候，南海夏季风的突然爆发在降水、风场和卫星反演 的深对流特征上都有明确的反映。南海夏季风爆发后，印度夏季风对流由南向北逐渐爆发， 青藏高原东侧和中国东部沿海的夏季风对流向北推进早于中国中部地区。     

亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。     

高分辨率卫星实测资料揭示的近年亚洲热带夏季风爆发进程

利用高分辨率卫星观测资料,从气候态角度分析了亚洲热带夏季风爆发特征。研究表明,亚洲热带夏季风最先在中南半岛西部爆发,随后在整个中南半岛和孟加拉湾东部,然后扩大至孟加拉湾西部和南海。夏季风爆发后,与孟加拉湾和南海相比,中南半岛雨量增强形势不明显。第26—28候（即5月第2候—5月第4候）是亚洲热带夏季风的爆发阶段。整个爆发过程,低层风场的时空演变与对流降水相对应,海表温度场增温较海表风场提早约1候左右;华南地区以锋面降水为主,即副热带季风降水。采用对流降水和海表上空10 m风场分别代表夏季风降水和盛行风向的时空演变特征较常规资料更为准确、精细。     

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.     

亚洲热带气候态夏季风涌传播特征及其对中国降水的影响

基于1979—2020年逐日的NOAA向外长波辐射资料、NCEP/NCAR再分析风场资料,以及全球CMAP再分析降水资料,探讨了气候态亚洲热带夏季风涌的传播过程及与我国夏季相应的降水联系。分析结果表明,主汛期亚洲热带气候态夏季风季节内振荡(CISO)活动是亚洲夏季风活动的主要特征,随时间北传的亚洲热带夏季风CISO称为亚洲热带夏季风涌,主要有南亚夏季风涌和南海夏季风涌。亚洲热带夏季风涌的传播可分为四个阶段。在亚洲热带夏季风涌的发展阶段,印度洋区域低频气旋与对流活跃,孟加拉湾和南海热带区域被低频东风控制,我国大部分地区无降水发生,降水中心位于两广地区。当进入亚洲热带夏季风涌活跃阶段,孟加拉湾和南海热带地区低频气旋和对流活跃,东亚低频“PJ”波列显著,我国降水中心北移到长江以南的附近区域。亚洲热带夏季风涌减弱阶段,孟加拉湾与南海低频气旋消亡,对流减弱,低频西风加强,日本南部附近为低频反气旋控制,我国长江中下游低频南风活跃,降水中心也北移到长江中下游地区,而华南地区已基本无降水,此阶段的大气低频环流场与亚洲热带夏季风涌发展阶段基本相反。进入亚洲热带夏季风涌间歇阶段时,孟加拉湾和南海热带地区低...