1998年南海夏季风爆发前后区域动能收支研究

利用1998年南海季风试验(SCSMEX)资料和区域动能收支方程，对南海南部和北部两个区域该年夏季风爆发前后的区域总动能和区域扰动动能收支进行了诊断分析。结果表明，南海北区夏季风爆发前后动能主要在高层制造，大部分动能被摩擦消耗，南区夏季风爆发前后动能主要在高层被破坏，摩擦项充当动能源。扰动动能主要在高层和部分在低层制造。在此期间，南海地区一直向邻近区域输出动能。     

南海夏季风演变的气候学特征

本文总结南海北部地区夏季风演变的气候学特征，发现南海地区５月第３候对流层高层东风和北风爆发，对流层低层西风第１次跃升，东亚经向季风环流圈开始形成，这可以成为南海地区夏季风爆发的标志。对流层低层西风在６月中旬开始的第２次连续跃升对应江淮地区的梅雨爆发期。类似地，中国大陆夏季对流层低层５月初和６月初有两次爆发性增暖过程，第２次比第１次强烈得多。南海北部地区对流层低层纬向风速、比湿盛夏呈双峰型，纬向风速峰值分别出现在６月第５候和８月第４候，比湿峰值分别出现在６月第６候和８月第５候。比湿突升对应纬向风速突升，但略落后于风速峰值出现的时间。南海北部地区季风爆发前，温度是波动式上升的，南海季风爆发后，温度是波动式下降的。中国大陆东部及南海地区夏季对流层低层比湿分布有３次突变，即４月中旬南海北部比湿突增，并开始出现高比湿中心，而南海南部为最大比湿中心；５月中旬最大比湿中心已从南海南部跳到了南海北部－华南并向江淮流域扩展；６月中旬江淮流域比湿突增并一直维持到８月，同时南海南部高比湿带消失。而５月中旬ＯＬＲ有一次突变，ＯＬＲ低值区爆发性向北扩张，这对应于南海地区夏季风的爆发。而孟加拉湾地区夏季风演变的气候学特征与南海地区有较     

1998年SCSMEX期间南海夏季风海气交换的主要特征

根据1998年“南海季风试验（SCSMEX）”强化观测期间“实验3号”和“科学1号”科学考察船船基大气海洋自动观测系统两点连续观测的大气、海洋资料,使用考虑到风速和大气层结影响的整体输送公式计算海-气间的湍流通量交换。根据计算结果分析南海夏季风期间海表大气要素和海温日均值的逐日变化、海洋向大气输送的潜热通量和感热通量以及大气向海洋输送的动量通量等。结果表明：这次夏季风于5月21日从南海南部开始爆发,然后向北部扩展全面爆发。夏季风期间南海南部和南海北部的大气、海洋结构和海气交换特征等都有明显差别。此外,海表温度的变化除了与太阳总辐射有关外,主要是与海洋向大气输送的潜热通量变化有关,对本次夏季风发生较晚、强度较弱作了海-气交换的物理解释,并与1992～1993年西太平洋热带海域西风爆发过程作了比较。     

中国南海夏季风强、弱年多尺度相互作用能量学特征

中国南海夏季风为东亚季风的主要系统之一,其具有多重尺度特征,除季节平均环流场外,低频（季节内振荡）和高频（天气尺度）扰动也十分活跃,各尺度系统存在明显的年际变化。该研究使用ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析资料,从季风平均动能（MKE）诊断的角度出发,探讨了1979-2010年中国南海夏季风环流年际变化的能量来源及其和扰动场的相互作用过程。结果表明:中国南海夏季风对流活跃年份,中国南海南部（12°N以南）及中南半岛一带为季风平均动能显著增强区,此与南亚季风区西风急流的增强并向东延伸有关;中国南海北部（12°N以北）及西太平洋为气旋性环流盘踞,季风槽加深。中国南海南部季风平均动能增强的能量源自于扰动动量通量与平均环流的相互作用,强季风年,平均环流失去较少的动能给扰动场（亦即平均环流保留较多的动能）。通过进一步探讨高频（<10 d）及低频（10-90 d）扰动场与平均环流不同分量的（散度、涡度、风垂直切变）相互作用过程,发现季风平均动能的增长主要来自于<10 d扰动与季风平均散度和涡度的相互作用。中国南海北部季风槽区季风平均动能的维持来自于大气热源和平均上升运动的相互作用,但同时有较多的季风平均动能向扰动动能转换,有利于扰动的成长。因此,强季风年,中国南海北部热带气旋生成数目增多,夏季北传的季节内振荡也增强,导致中国南部沿海及华南地区出现较多的灾害天气。      

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.     

1998年夏季风爆发前后南海上混合层的特征及成因

利用1998年“南海季风实验（SCSMEX）”南北部两个点的资料,采用J.Launianen和T.Vihma提出的方法,计算了潜热通量、感热通量和风应力,分析了南海上混合层动力、热力特征及其与南海夏季风爆发之间的关系。发现在西南季风爆发前后,南海北部、南部的两个观测点的海洋上混合层温度和深度随时间的变化具有不同的特点：北部混合层温度经历由高到低再变高,混合层深度经历由浅变深再变浅的3个时段;南部混合层温度经历由低到高再变低,混合层深度经历由深变浅再变深的3个时段。这与南海南、北部海面的风和海面热通量具备不同的特征有关。在5～6月南海上混合层动力、热力特征基本受局地风与短波辐射控制,海面潜热和感热的作用较小。在5月份,南海南部观测点海面附近存在浅薄的高盐高密度层,在60m以上的上层海洋内存在着许多高盐高密度核。在1998年“南海季风实验”期间南海南、北部两个观测点都存在较浅薄的障碍层,在西南季风爆发期间,南海北部观测点的障碍层较厚达到20m以上。     

南海夏季风爆发期间的波包传播特征

利用2004年和1998年强弱南海夏季风年的逐日位势高度场资料,从能量传播的角度诊断分析了南海夏季风爆发期间的波包传播特征及其与季风爆发的联系.结果表明(1)孟加拉湾是南海季风爆发的关键区域.(2)南海季风爆发前,南海地区的波包值有明显的突变,可能体现了季风爆发的爆发性特征.(3)1998弱夏季风年波包值相对较小,传播较慢;2004强夏季风年波包值相对较大,传播迅速.(4)南海夏季风爆发前,对流层整层的波包值都随时间增加,爆发前一天低层和高层的波包值有相同的变化,夏季风爆发之后,低层波包值与高层的波包值有反相的变化.     

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     

1998年夏季中国南部低频降水特征与南海低频夏季风活动

1998年 5～ 8月 4 0°N以南的中国地区低频 (含准 4 5天、准 2 3天和准14天 )降水率及其方差占总降水率及其方差的比重很大 ,因此研究低频降水及与其相对应的低频环流对长江流域洪涝的影响是很重要的。研究表明 ,准 4 5天东西向低频槽脊由南海不断向北传播 ,以及低槽中的低频低涡向西传播是形成长江流域低频降水的重要原因 ,低频降水主要位于低频西风区 ,而低频槽南侧的低频西风实质是南海低频夏季风的表现 ,由此可见 ,南海低频夏季风的向北传播对长江流域降水具有重要贡献。     

近20 a孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发早晚的影响

基于美国NOAA现代极高分辨率辐射仪(Advanced Very High Resolution Radiometer)提供的1993—2012年逐日海表温度(SST)资料,利用季节经验正交函数(S-EOF)和相关分析等统计方法,研究了孟加拉湾海表温度变化对南海夏季风爆发的影响。结果表明,孟加拉湾的(6~14°N,85~95°E)海区海表温度变化对南海夏季风爆发早晚具有重要指示意义,该海区海表温度异常(SSTA)与南海夏季风的爆发日期存在密切的正相关,通过了0.05信度的显著性检验,即当孟加拉湾海表温度正(负)异常时,南海夏季风晚(早)爆发。应用德国马普气象研究所的ECHAM5全球大气环流模式在孟加拉湾关键海区进行了敏感性数值试验,发现在关键海区降低其5月海表温度02℃的情况下,南海夏季风爆发日期相应提前5 d左右,而在升高02℃情况下,南海夏季风推后10 d左右爆发。在孟加拉湾5月海表温度降低的情况下,促使80~100°E的越赤道气流增强,南海区域西风分量增强,进而促使南海夏季风提前爆发。     

An Analysis of the Characteristics of Monsoon Onset over the Bay of Bengal and the South China Sea in 2010

Based on NCEP/NCAR daily reanalysis and the Tropical Rainfall Measuring Mission data, the background atmospheric circulation and the characteristics of meteorological elements during the period of the Bay of Bengal monsoon (BOBM) and the South China Sea (SCS) monsoon (SCSM) in 2010 are studied. The impacts of the BOBM onset on the SCSM onset and the relationship between the two monsoons are also analyzed. The two main results are as follows. (1) The BOBM onset obviously occurs earlier than the SCSM onset in 2010, which is a typical onset process of the Asian monsoon. During the BOBM’s onset, northward jump, and eastward expansion, convective precipitation and southwest winds occurred over the SCS, which resulted in the onset of the SCSM. (2) The relationship among strong convection, heavy rainfall, and vertical circulation configuration is obtained during the monsoon onsets over the BOB and SCS, and it is concluded that the South Asian High plays an important role in this period.     

Cloud Condensation Nuclei over the Bay of Bengal during the Indian Summer Monsoon

The first measurements of cloud condensation nuclei(CCN) at five supersaturations were carried out onboard the research vessel "Sagar Kanya"(cruise SK-296) from the south to the head-bay of the Bay of Bengal as part of the Continental Tropical Convergence Zone(CTCZ) Project during the Indian summer monsoon of 2012. In this paper, we assess the diurnal variation in CCN distributions at supersaturations from 0.2% to 1%(in steps of 0.2%) and the power-law fit at supersaturation of 1%.The diurnal pattern shows peaks in CCN concentration(NCCN) at supersaturations from 0.2% to 1% between 0600 and 0700 LST(local standard time, UTC+0530), with relatively low concentrations between 1200 and 1400 LST, followed by a peak at around 1800 LST. The power-law fit for the CCN distribution at different supersaturation levels relates the empirical exponent(k) of supersaturation(%) and the NCCNat a supersaturation of 1%. The NCCNat a supersaturation of 0.4% is observed to vary from 702 cm~(-3) to 1289 cm~(-3), with a mean of 961 ± 161 cm~(-3)(95% confidence interval), representing the CCN activity of marine air masses. Whereas, the mean NCCNof 1628 ± 193 cm~(-3) at a supersaturation of 1% is higher than anticipated for the marine background. When the number of CCN spectra is 1293, the value of k is 0.57 ± 0.03(99% confidence interval)and its probability distribution shows cumulative counts significant at k ≈ 0.55 ± 0.25. The results are found to be better at representing the features of the marine environment(103 cm~(-3) and k ≈ 0.5) and useful for validating CCN closure studies for Indian sea regions.     

The Onset of the Monsoon over the Bay of Bengal: The Year-to-Year Variations

In situ buoy observation data spanning four years(2008-2011) were used to demonstrate the year-to-year variations of the monsoon onset processes in the Bay of Bengal(BoB).A significant early(late) monsoon onset event in 2009(2010) was analyzed in detail.It is found that the year-to-year variations of monsoon onset can be attributed to either the interannual variability in the BoB SST or the irregular activities of the intra-seasonal oscillation(ISO).This finding raises concern over the potential difficulties in simulating or predicting the monsoon onset in the BoB region.This uncertainty largely comes from the unsatisfactory model behavior at the intra-seasonal time scale.     

1998年南海及其附近地区夏季风的爆发特征及其机制分析

利用NCEP/NCAR 1998年再分析资料和SS T资料, 研究了1998年南海季风爆发的特征及其机制。结果显示, 南海及其附近地区夏季风爆发分为3个阶段, 并具有不同的特征, 在南海季风爆发前, 南海海温已提前突然增温达极高值, 感热通量梯度在海陆之间的转换可能是引起东亚副热带季风和南海季风爆发的重要因子。     

Role of Western Pacific Oceanic Variability in the Onset of the Bay of Bengal Summer Monsoon

The influence of the tropical Indo-Pacific Ocean heat content on the onset of the Bay of Bengal summer monsoon(BOBSM) onset was investigated using atmospheric data from the NCEP and ocean subsurface temperature data from the Japan Metorology Agency(JMA).Results showed that the onset time of the BOBSM is highly related to the tropical Pacific upper ocean heat content(HC),especially in the key region of the western Pacific warm pool(WPWP),during the preceding winter and spring.When the HC anomalies in the WPWP are positive(negative),the onset of the BOBSM is usually early(late).Accompanied by the variation of the convection activity over the WPWP,mainly induced by the underlying ocean temperature anomalies,the Walker circulation becomes stronger or weaker.This enhances or weakens the westerly over the tropical Indian Ocean flowing into the BOB in the boreal spring,which is essential to BOBSM onset.The possible mechanism of influence of cyclonic/anti-cyclonic circulation over the northwestern tropical Pacific on BOBSM onset is also discussed.     

阿拉伯海和孟加拉湾夏季风气候特征的差异

利用 1 958— 1 997年 3— 1 1月 NCEP/NCAR850和 2 0 0 h Pa再分析风场资料 ,研究了南亚夏季风活动的气候特征。发现南亚不同区域的经、纬向风季节变化及纬向风的峰型结构差异明显。夏季在阿拉伯海和孟加拉湾分别有两个最明显西南风速中心 ,这两个地区的西南风活动明显不同 ,孟加拉湾西南风出现及向北推进到2 0°N时间比阿拉伯海明显偏早 ,结束时间偏晚 ,是南亚季风区西南夏季风维持时间最长的地区。对比分析强、弱夏季风年 6— 8月高、低层经、纬向风距平垂直切变矢量风场发现 ,热带低纬度越赤道气流及南亚季风区的流场结构明显不同。     

孟加拉湾热源对亚洲夏季风环流系统的影响

利用 1951—2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均资料和我国 160个测站 1951—2000年月降水量资料,计算了夏季大气热源气候分布,分析了夏季孟加拉湾地区热源年际异常及亚洲季风环流系统的响应,以及夏季孟加拉湾地区热源与中国夏季降水的年际关系。结果表明:夏季亚洲季风区最强的热源中心位于孟加拉湾东北部一带。当孟加拉湾热源异常强 (弱 )时,南亚高压偏西 (东 ),西太平洋副热带高压位置偏东(西);印度夏季风偏强 (弱),东亚热带季风偏弱 (强 )。孟加拉湾热源异常对南亚高压、南亚季风、副热带高压的影响显著,对东亚热带季风的影响不显著。夏季孟加拉湾热源与同期长江以南、华南东部部分地区降水呈明显负相关,而与西南到华南西部地区降水呈明显正相关。     

热带印度洋MJO活动对孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的影响

通过对1979—2008年热带太平洋30—60 d振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)指数、美国国家环境预报中心再分析资料和日本气象厅降水资料的分析,发现热带东印度洋MJO强度和传播状况影响孟加拉湾西南夏季风季节内振荡及相关低频环流、对流和降水分布。当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南季风季节内振荡活动在4—8月比其不活跃时提前约20 d(约1/2个周期),其对于孟加拉湾西南季风季节内振荡的影响可持续整个季风期,使西南季风的季节内振荡不仅酝酿期和活跃期提前发生,季风期有所延长,季节内振荡也更强。西南季风季节内振荡具有明显的北传和东传特征,北传沿孟加拉湾通道从赤道向副热带推进,而东传则沿10°—20°N从孟加拉湾向东传至南海地区。春末夏初时热带东印度洋MJO的异常状况,正是通过对西南季风季节内振荡东传和北传的影响,进而对孟加拉湾西南季风季节内振荡在季风期的酝酿、维持和活跃产生作用,这种作用同时体现在强度和时间上。孟加拉湾西南夏季风季节内振荡强度与热带东印度洋MJO在4月21日—5月5日的活动呈现显著负相关,当热带东印度洋MJO在春末夏初较活跃时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡的强度较大,在5—8月经历3次季节内振荡波动,低频对流场和环流场在1—3位相(孟加拉湾西南夏季风季节内振荡为正位相)和4—6位相(负位相)时呈反位相特征,这是由MJO低频对流的东传及在孟加拉湾和南海这两个通道上的北传引起的。从印度半岛到菲律宾群岛的降水在1—3位相和4—6位相上分别为正异常和负异常,其中,在第2位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波峰)和第5位相(孟加拉湾西南季风季节内振荡波谷)时分别为降水最大正异常和最大负异常。反之,在热带印度洋MJO在春末夏初不活跃年时,孟加拉湾西南夏季风季节内振荡活动较弱,强度偏弱且振荡也不规律。     

上游赤道西风在南海夏季风暴发中的重要作用

利用17年（1979～1995）的NMC全球格点分析资料及从NOAA极轨卫星观测的地球向外长波辐射（OLR）资料,研究了南海夏季风暴发的年际变化特征。用本文的定义标准,南海季风从1979年到1995年间暴发的平均日期是5月第4候。南海夏季风暴发前后,南海周围地区对夏季风暴发的直接影响来自南海上游70°～90°E的赤道西风的加强和北抬东伸,同时索马里越赤道气流的加强和阿拉伯海高压在海上消失通过影响赤道西风也间接影响到南海。其中阿拉伯海反气旋的消失可能是南海夏季风暴发的一个重要信号。南海夏季风暴发的年际变化较