南海-太平洋热带气旋形成个数对调制广东汛期降水季节内变化的环流系统对比分析

利用上海台风所组织整编的《台风年鉴》(1949—2005年)、NCEP逐日再分析资料和中国逐日降水资料,分析南海-西太平洋热带气旋形成个数多年(以下简称多年)、形成个数少年(以下简称少年)对广东30～60天振荡降水的影响。考虑到其周期振荡的非规则性,相应降水9个位相(即第1、3、5、7和9位相分别对应降水的最低值、正转折点(由负转为正)、最高值、负转折点(由正转负)和最低值)分别对850 hPa、200 hPa风场和850 hPa的动能、涡度、水汽通量输送以及Hadley环流和Walker环流场进行合成分析。结果表明,在多年,具有较大动能的阿拉伯海-孟加拉湾地区环流东移与南海-西太平洋的西北-东南走向的异常气旋-反气旋对西移的交汇,通过在北半球上升、南半球下沉的异常闭合经圈环流和水汽输送,把西边和南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加;而在少年,广东地区30～60天振荡降水与阿拉伯海-孟加拉湾地区环流联系不强,主要受南海-西太平洋的东北-西南走向的异常气旋反气旋对的影响,通过北半球低纬增强的异常上升支的局地作用和水汽输送,把南边海洋暖湿气流源源不断输送到广东,使其30～60天振荡降水增加。由于109～119°E,10～20°N区域异常的动能、西风、东风切变、垂直速度和水汽输送均比少年强,从而使得广东30～60天振荡降水在多年比少年强。     

热带夏季风场与对流场季节内振荡传播模比较

利用1979-2007年卫星观测日平均OLR资料以及NCEP/DOE第2套再分析资料中的风场资料,采用有限区域波一频分析、合成分析等方法,分析对比对流层高、低层风场与对流场所表征的热带北半球夏季季节内振荡(BSISO)各种传播模态谱分布气候特征及其年际异常。结果表明:各要素反映的BSISO各种模态的气候特征及其年际变化存在一定差异,总体而言对流层低层风(850hPa纬向风或经向风)与对流比较一致。850hPa经向风(纬向风)所反映的纬向(经向)传播BSISO谱分布气候特征与对流情况最相似。在ENSO发展年,850hPa经向风反映的赤道东传波加强趋势与对流较为一致;850hPa纬向风、经向风反映的北传波变化趋势都与对流相似。在ENSO衰减年,850hPa纬向风(经向风)反映的赤道东传波(赤道外西传波)减弱趋势与对流较为一致;对流以及850hPa经向风、200hPa纬向风和200hPa经向风4种要素都能体现南海及周边地区北传波明显减弱这一特征。对流和850hPa纬向风所反映的北传波与印度洋偶极子模态之间关系一致。     

南海及周边地区TBB季节内振荡及其与ENSO的联系

文中利用1980～1997年TBB资料,采用小波变换分析方法,对南海及周边地区季节内振荡(ISOs)进行了诊断分析。结果表明:南海及菲律宾以东洋面TBB具有相似的ISOs特征,其年变化表现为单峰型,夏秋季强,冬春季弱,而孟加拉湾地区的ISOs有所不同,呈双峰型,峰值出现5月和11月。南海地区ISOs的周期结构具有复杂性,主要有两个周期段,即以53.8d为峰值的50～70d振荡(ISO1)和以32d为峰值的13～36d振荡(ISO2)。南海地区ISO1的年际变化与周边地区(孟加拉湾、菲律宾以东洋面以及南半球澳大利亚与印度尼西亚之间洋面)ISO1的年变化有显著的正相关,说明这种ISO1的年变化为较大范围的区域现象;而南海地区ISO2的年际变化与周边地区相关性不显著,为局地现象。影响南海地区ISOs的传播具有多向性,ISO1以东传为主,ISO2以西传为主,它们都具有北传的特征。可见,南海地区ISOs既受到来自赤道地区的影响,也受到来自西太平洋和孟加拉湾的影响,同时南海地区局地也可以生成强烈对流活动,从而使得南海地区对流的ISOs变得复杂化。统计结果发现,ENSO与ISO1有密切的联系,但对ISO2的影响不明显。ENSO对ISO1的影响不但表现在南海地区,对孟加拉湾和菲律宾以东洋面上的ISO1有更加明显影响作用,负相关表明ENSO冷事件发生时上述地区ISO1受到压制。可以推测,ENSO通过对热带大气环流(特别是副热带高压)的影响来对南海及周边地区ISO1进行调制。     

“0506”华南持续性暴雨的季风环流背景

提出了确定东亚夏季风活动区域、划分热带季风和副热带季风活动区域的指标,利用大气对流层风速、位势高度、湿度、温度、OLR以及TBB等NCEP/NCAR资料,从月、候和过程平均多种时间尺度,诊断分析了2005年6月(简称“0506”)华南持续性暴雨的季风环流活动变化特征.结果表明:副热带高压强度偏强,西脊点位置偏西偏南,热带西太平洋(130°～140°E)区域越赤道气流偏强,华南处于气旋性低压异常区,无论是月时间尺度还是暴雨过程时间尺度都表现出这些明显特征;暴雨过程水汽除了来源于孟加拉湾和南海外,水汽通量异常部分主要来自南海和热带西太平洋,热带西太平洋水汽随着副高边缘气流经过南海向华南输送,从而为暴雨过程提供了丰富的水汽来源;2005年6月热带季风前沿在华南沿海地区停滞时间比气候平均偏长(2候),该特征是华南暴雨预报值得参考的信号;6月整个南海地区平均季风偏强,主要体现于经向风明显偏强,但华南持续性暴雨过程开始于南海地区夏季风非活跃期,这与热带季风季节内振荡向北传播到华南有关.以上季风活动变化特征为华南强降水提供了有利的动力条件和丰富的水汽来源.     

南海季风建立前后珠江三角洲的陆气热量交换与热力边界层结构特征

根据动力与热力指标,2004和2005年南海季风建立前后可分成明显的4个阶段——季风建立前的雨期、非雨期;季风建立后的活跃期与非活跃期。对2004和2005年南海季风建立前后的广州番禺综合外场观测资料进行分析,得到了这4个阶段陆气热量交换与热力边界层的主要特征:净辐射与净短波辐射的变化趋势基本一致,净短波辐射与净长波辐射之比为3.49—4.81,净短波辐射是净辐射的主要贡献项,云量与降水是控制净短波辐射与净辐射的直接因素;季风活跃期间午间对流云系对太阳辐射衰减显著,造成了辐射各分量以及热通量的峰值区变窄,量值急剧变小;季风建立前后感热与潜热均是净辐射的主要消耗项,占净辐射的90%以上,潜热明显大于感热,2005年较2004年潜热的分配额有明显的增加,其原因可能与近地层的风速较大,总是维持向上的湿度梯度有关;季风建立前后除季风活跃期外边界层位温结构均具有明显的日变化特征,午间混合层可发展至1070m,而季风活跃期间午间混合层发展受到对流云释放潜热的抑制,导致季风活跃期混合层消失的现象,分析还发现季风建立前后各阶段夜间残余混合层均不明显。分析表明引起陆气能量过程及边界层热力结构差异的关键因素之一是云系与降水,加强边界层过程与降水宏微观过程相互作用的研究是深入认识陆气过程与边界层结构特征的关键。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。     

GENERAL SITUATION ABOUT ACTIVITY OF SUMMER MONSOON OVER SOUTH CHINA SEA IN 2004 ASIAN SUMMER MONSOON INDEX

Based on daily NCEP reanalysis data, OLR and satellite rainfall data, the characteristic of the activities of South China Sea summer monsoon(SCSSM) in 2004 were analyzed. The results showed that the establishment of SCSSM was little later than normal and the intensity was stronger than normal. Influenced by the location of the northwest Pacific subtropical high, which was much northward and westward than normal, SCSSM was active mainly in the South China Sea areas. There existed obvious intraseasonal oscillation and two significant periods of SCSSM, one was about 20-30 days and the other about 40-50 days. The transportation of moisture was concentrated on the South China Sea and the northwest Pacific regions, reducing the northward transportation and resulting in drought in southern China     

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。     

夏季(5-10月)南海准双周和20～60天振荡的年代际变化特征

通过周期和波谱分析,指出南海对流夏季(5—10月)具有显著的准双周振荡(10~20天,QBWO)和20~60天振荡(ISO)周期。在南北向传播上,南海对流QBWO和ISO均以波数为2的向北传播为主。在东西方向传播上,QBWO以波数为1的向西传播为主,而ISO则以波数为1的向西和向东传播为主。在大气环流发生突变的三个不同年代下(1958—1976年、1977—1993年和1994—2011年),QBWO强度、传播次数、频次和传播波谱能量均呈现逐渐增强的趋势。ISO强度的变化为正常略弱、较弱和较强,传播次数、频次和传播波谱能量则为较强、较弱和较强。导致这些变化的可能因子也有所不同,海气相互作用和水汽对流条件对QBWO的变化起了共同主导作用。对ISO而言,纬向风垂直切变影响更为重要。     

SEASONAL PREDICTIONS FOR SPRING AND AUTUMN SURFACE AIR TEMPERATURES OVER SOUTHERN CHINA BY THE NCEP CFSV2

In this study, we investigate the variations of spring and autumn air temperatures in southern China (SC) and associated atmospheric circulation patterns. During the boreal spring, the SC air temperature is mainly influenced by tropical sea surface temperature anomalies (SSTAs). On the one hand, the El Ni?o SSTA pattern may induce a stronger-than-normal western Pacific subtropical high, which leads to warming in SC. On the other hand, the warm SSTAs in the tropical Indian Ocean may trigger anomalous Rossby wave trains, which propagate northeastward and result in anomalously high temperature in SC. During the boreal autumn, however, the SC temperature is more likely affected by mid-latitude atmospheric circulation, such as the wave trains forced by the North Atlantic SSTAs. The NCEP Climate Forecast System version 2 (CFSv2) is able to capture the climatology of SC air temperatures during both spring and autumn. For interannual variation, the CFSv2 shows a good skill for predicting the SC temperature in spring, due to the model’s good performance in capturing the associated atmospheric circulation anomalies as responses to tropical SSTAs, in spite of the overestimated relationship with the El Ni?o–Southern Oscillation (ENSO). However, the model has a poor skill for predicting the SC temperature in autumn, primarily due to the unrealistic prediction of its relationship with the ENSO.