亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅱ:云南主汛期季节内振荡活动过程及其对MJO活动的响应

利用NCEP OLR、风场再分析资料和日本APHRO_MA_V1003R1降水资料,针对云南主汛期季节内振荡(ISO)活跃年分析了对应低频对流场、环流场和降水的异常特征,以及热带印度洋大尺度振荡MJO分别激发孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO,从而对云南主汛期ISO和降水产生的影响.在云南主汛期ISO活跃年,低频对流场和环流场在云南ISO波动的1～3位相和4～6位相呈反位相特征,这主要由热带印度洋低频对流东传、北传和副热带西太平洋低频对流西传造成的.热带印度洋的低频对流在发展过程中,一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃并继续向云南传播;另一方面沿孟加拉湾以南继续东传到南海,激发了南海热带季风ISO活跃并北传到副热带中国东部地区,再沿副热带西传至云南,越过云南后与沿孟加拉湾西岸从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期.云南主汛期降水在1～3位相由于副热带低频对流西传和孟加拉湾低频对流东北向传播而处于正距平(第2位相降水最多);在4～6位相,由于副热带低频对流抑制区西传和孟加拉湾低频对流抑制区东北向传播而降水减少(第5位相降水最少),云南主汛期降水与当地低频对流有较好的对应关系.当热带印度洋MJO较强时,4-7月以两条路径向云南的三次传播增强和提前,使得云南主汛期ISO活动也加强,对应产生三次低频对流活跃期,这种MJO由热带印度洋向云南的传播需要30～40天的时间.因此,正是热带印度洋MJO分别对孟加拉湾西南季风ISO和南海热带季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲夏季风系统共同作用于云南主汛期ISO,影响当地降水.     

孟加拉湾西南季风与南海热带季风季节内振荡特征的比较

采用美国国家环境预报中心的向外长波辐射和风场资料及日本气象厅的降水资料,用30-60d滤波后的夏季风指数在孟加拉湾和南海的区域平均值分别代表孟加拉湾西南季风和南海热带季风季节内振荡,对两支季风的季节内振荡特征进行比较分析,发现孟加拉湾西南季风的季节内振荡和南海热带季风的季节内振荡在夏季风期间(5-10月)都有约3次半的波动.夏季风期间,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,夏季风的季节内振荡有4次从阿拉伯海的东传和3次从西太平洋的西传,其中7月后东传可直达西太平洋.孟加拉湾和南海在夏季风期间都有4次季节内振荡的经向传播,但孟加拉湾在约15°N以南为季节内振荡从热带东印度洋的北传,在约15°N以北则为副热带季风季节内振荡的南传;而在南海则是4次季节内振荡从热带的北传.在以孟加拉湾西南季风季节内振荡和南海热带季风季节内振荡分别划分的6个位相中,都存在1-3位相和4-6位相中低频对流、环流形势相反的特征,这是由热带东印度洋季节内振荡的东传和北传所致.热带印度洋季节内振荡沿西南-东北向经过约14d传到孟加拉湾,激发了孟加拉湾西南季风季节内振荡的东传,经过约6d到达南海,激发了南海热带季风季节内振荡的北传,经过约25d到达华南,形成热带印度洋季节内振荡向华南的经纬向接力传播(45d).孟加拉湾西南季风季节内振荡所影响的降水主要是在20°N以南的热带雨带随低频对流的东移而东移;而南海热带季风季节内振荡所影响的降水除了这种热带雨带随低频对流的东移外,还有在20°N以北的东亚副热带地区存在雨带随南海低频对流的北移而北移.     

热带印度洋MJO活动异常对四川盆地降水的影响

利用四川省132个气象观测站降水资料和NOAA的逐日向外长波辐射(OLR)资料,分析了主汛期热带东印度洋MJO活动异常年低频对流传播的显著差异,及其影响四川盆地主汛期降水的物理过程。探讨了热带东印度洋MJO活跃年低频振荡向四川盆地传播的路径和源头,以及孟加拉湾西南季风系统、东亚副热带季风系统的低频振荡分别对四川盆地主汛期低频对流活动的影响。结果表明:热带印度洋的低频对流激发了孟加拉湾西南季风ISO进入活跃期,并在西南气流的引导下继续向四川盆地传播;低频对流先从热带印度洋东传至菲律宾群岛南部的热带洋面,并向东亚副热带地区北传,激发了东亚副热带季风ISO的活跃加强,进而向四川盆地西传。热带印度洋MJO活动异常对四川盆地降水的调制,正是通过两支季风系统(孟加拉湾夏季风和东亚副热带夏季风)的共同作用,影响了四川盆地主汛期异常的对流活动以及降水的多寡。      

MJO活动轨迹对贵州区域强降水过程延伸期预报的影响分析北大核心

通过对贵州省主汛期季节内振荡(Intra-Seasonal Oscillation,ISO)活跃年进行低频对流场和降水的合成分析,确定了影响贵州主汛期ISO和降水的热带印度洋(Indian Ocean,IO)低频对流关键区和南海(South China Sea,SCS)低频对流关键区,并利用MJO活动轨迹对贵州区域强降水过程开展了延伸期预报试验。将贵州省主汛期ISO位相划分为发展、峰值、减弱、抑制、谷值和恢复6个位相,发现贵州主汛期ISO活跃年的降水与本地区低频对流具有较好的对应关系,即在峰值位相时低频对流最强、降水正异常强度最强;在谷值位相时低频对流最弱、降水负异常强度最强。同时,热带和副热带低频对流场在贵州主汛期ISO波动的第1、4位相、第2、5位相及第3、6位相均呈反位相特征。在热带印度洋低频对流发展、并东传的过程中,有两条传播路径分别激发了孟加拉湾西南季风ISO活跃和南海热带季风ISO活跃共同影响贵州主汛期降水;在贵州主汛期有3个低频对流活跃期,IO关键区和SCS关键区ISO都有3次提前的低频对流加强。基于上述研究,分析MJO活动轨迹对贵州主汛期区域强降水过程的影响,发现热带印度洋MJO活动中心强度在贵州区域强降水过程发生前15 d~前3 d具有较好的持续性预报信号,提前9 d时正相关性最好。与延伸期预报业务规定的预报时段(未来11~30 d)相结合,通过确定贵州典型区域强降水过程发生前(提前量为10 d)至过程结束时段的MJO活动轨迹在历年中的最相似时段,发现MJO活动中心轨迹和强度对贵州区域强降水过程的趋势预报具有较好的指示意义。     

亚洲夏季风季节内振荡对云南主汛期降水的影响Ⅰ:云南主汛期季节内振荡特征及其传播过程

利用云南省124个气象观测站降水资料和NCEP OLR再分析资料,分析了云南主汛期(6-8月)季节内振荡(ISO)的活动特征及其传播的年际差异,并着重分析了云南主汛期ISO活跃年热带印度洋ISO向云南传播的两条路径和两个亚洲季风系统ISO分别对云南主汛期ISO的影响。云南主汛期平均降水量与区域平均OLR呈显著负相关,用低频(30～60天)OLR表征云南夏季风ISO,其强度具有明显的年际差异。在云南主汛期ISO活跃年,ISO主要来自于两条传播路径:一条是从副热带西太平洋或中国东南部的三次西传,强度较大,分别造成云南主汛期内3次低频对流显著活跃期;另一条是从热带印度洋沿孟加拉湾西岸的西南-东北向传播,到达云南时加剧了云南主汛期的低频对流。在云南主汛期ISO不活跃年,主汛期仅有两次弱的低频对流,主要来自于副热带两次弱的纬向低频OLR传播,第一次是从副热带西太平洋的西传,第二次是从阿拉伯海北部的东传。在云南主汛期ISO活跃年,热带印度洋低频对流一方面沿孟加拉湾西岸向西南-东北方向传播,激发了孟加拉湾西南季风ISO继续向云南传播;另一方面东传到南海以南的热带洋面并向南海北传,激发了南海夏季风ISO北传到副热带中国东部地区,再向云南西传,越过云南后与从东北方向传来的低频对流在孟加拉湾以北地区交汇,完成了一个经纬向接力传播的周期。因此,正是热带印度洋ISO通过两条路径对南海夏季风ISO和孟加拉湾西南季风ISO的激发,使得东亚夏季风和南亚夏季风这两个亚洲季风系统共同作用于云南主汛期ISO。     

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频反气旋活跃,对流不显著,日本南部附近的低频反气旋北移减弱,我国东部基本在低频南风的控制下,降水中心也逐步北移到华北-朝鲜半岛一带,此时的大气低频环流场与亚洲季风涌活跃阶段基本相反。      

南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响

利用1961—2020年广西地面气象观测站逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响。结果表明,当南海夏季风爆发偏早时,东亚大槽显著偏强,中高纬度地区经向环流增强;华南沿海西南风显著偏强,配合中高纬度偏强的经向型环流引导北风南下,南北风在广西上空交汇;印度洋到海洋性大陆热带季节内振荡（MJO）处于对流活跃位相,且向东移动明显,低频对流带在西南季风引导下向广西输送;广西上升气流显著偏强,暴雨日数偏多。反之,暴雨日数偏少。     

MJO活动对云南5月降水的影响

本文分析了1979～2008年5月MJO(Madden and Julian Oscillation)不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响。按MJO活动中心位置从西向东分为8个位相, 在不同位相上, 云南5月降水呈现出明显的差异:第4～6位相(MJO对流中心位于赤道印度洋中部至西太平洋)降水偏多, 而第7～8位相(赤道太平洋中部以东)和第1～3位相(赤道印度洋中西部)降水偏少, 其中以第6位相的降水正异常和第2位相的负异常最为显著。在MJO 1～8位相中, 对流主体从热带印度洋东移。在第1～3位相, 孟加拉湾还未形成西南向水汽输送, 而云南又处于水汽辐散区, 降水较少;第4位相时对流主体到达90°N附近, 部分对流云系向孟加拉湾北传, 并在孟加拉湾生成气旋性环流, 向云南输送水汽, 云南降水增多;第5位相时对流主体传到南海, 部分对流云系在南海北传, 同时在南海形成北传的气旋性环流;第6位相时赤道MJO对流主体虽然东移出孟加拉湾, 但孟加拉湾和南海的两个气旋性环流依然继续北传, 孟加拉湾气旋东部的西南风和南海气旋西部的东北风在云南交汇, 云南被强烈的水汽辐合区控制, 降水最充沛。第7～8位相时, 对流主体减弱, 东移到南海和西太平洋一带, 孟加拉湾转向为偏北风, 停止向云南输送水汽, 且云南处于水汽辐散区控制, 降水偏少。因此, MJO主体在东传过程中, 激发了热带对流在孟加拉湾和南海两条通道上的北传, 强盛的水汽输送和两个海区气旋环流的有利配置是造成云南5月降水的重要原因。     

前期季节内振荡对云南5月降水的影响

采用OLR和风场再分析资料及降水资料,发现一个与云南雨季5月降水显著相关的关键区(77.5~82.5 °E,5~10 °N),关键区内OLR低频振荡(Ikey)在4月2—3候的平均值(Ikey-Apr)与云南5月降水具有显著负相关,云南5月多雨年时为负值(低频对流活跃),少雨年时为正值(低频对流受抑制)。多雨年时,关键区在4月2—3候出现的强低频对流标志着亚洲热带季风开始在关键区建立并进入ISO(季节内振荡)活跃期,约20 d后的4月末—5月初关键区低频振荡再次进入活跃位相,激发西南季风沿西南-东北方向传播并向云南输送水汽,当低频对流传到云南后,西南季风在云南建立,云南较早进入雨季,5月降水迅速增多。而当关键区低频信号于4月末—5月初较晚出现时,第二次低频对流和西南季风ISO的东北向传播也随之推迟,夏季风在云南建立和云南雨季开始偏晚,5月降水偏少。把Ikey-Apr作为云南雨季开始早晚和降水多寡的前兆信号。云南5月多雨年从4月第4候—5月第5候,低频对流在云南形成了一个完整波型,5月第1候前孟加拉湾和云南处于低频对流抑制区控制下,西南向水汽输送未形成。5月第1候后关键区低频对流开始向西北-东北向传播,孟加拉湾低频西南风加强,暖湿气流逐渐传向云南,西南季风在云南建立,雨季提前开始,降水迅速增多。      

印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO（Madden-Julian Oscillation）多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。     

关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展

资料分析显示,与850 hPa风场相比,地面风的变化能更好地表征亚洲各季风系统的特征。基于地面风的季节性反转和降水的显著变化所构建的亚洲夏季风(ASM)爆发指数和等时线图表明:亚洲热带夏季风(TASM)在5月初首先在孟加拉湾(BOB)东南部爆发后不是向西传播,而是向东经中印半岛向东推进,于5月中到达中国南海(SCS),6月初到达热带西北太平洋。印度夏季风的表面低压系统源于近赤道阿拉伯海地区,于6月初到达印度西南部喀拉拉邦,印度夏季风随之爆发。亚洲副热带夏季风(STASM)5月初在西北太平洋日本本州东南的海区发生后向西南伸展,于6月初与南海季风降水区连接,形成东北—西南向雨带,夏季风在中国东南沿海登陆,日本的“梅雨”(Baiu)开始。6月中该雨带向北到达长江流域和韩国,江淮梅雨和韩国的“梅雨”(Changma) 开始。本文还回顾了亚洲热带夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展。春季青藏高原和南亚海陆分布的联合强迫作用使海表温度(SST)在BOB中东部形成短暂但强盛的暖池,在高层南亚高压的抽吸作用下,常伴有季风爆发涡旋(MOV)发展,使冬季连续带状的副高脊线在孟加拉湾东部断裂,导致亚洲热带季风首先在BOB爆发。BOB东/西部有东/西风型垂直切变,利于激发/抑制对流活动,并增加/减少海洋向大气的表面感热加热,从而使得亚洲夏季风爆发的向西传播在BOB西海岸遇到屏障。季风爆发逐渐向东伸展引发南海和热带西太平洋夏季风相继爆发。季风降水释放的强大潜热使南亚高压发展西伸,纬向非对称位涡强迫显著增强;在阿拉伯半岛强烈的表面感热加热所诱发的中层阿拉伯反气旋的共同作用下,位于阿拉伯海近赤道的低压系统北移发展成为季风爆发涡旋,导致印度季风爆发。由此可见,历时约一个月的亚洲热带夏季风爆发的三个阶段(孟加拉湾、南海和印度季风爆发)是发生在特定的地理环境下受特定的动力—热力学规律驱动的接续过程。     

热带大气季节内振荡对西南地区东部夏季降水的影响及其可能机制

利用1979~2013年6~8月的西南地区东部20个台站日降水量资料、逐日MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、全球OLR(Outgoing Longwave Radiation)逐日格点资料以及NCEP/NCAR再分析日资料,采用合成分析和线性回归等方法,对夏季MJO不同位相活动影响西南地区东部夏季降水的原因及其可能机制进行了初步分析。研究表明,MJO与西南地区东部夏季降水之间存在着显著的关系,当MJO处于第4(第6)位相时,由于西太平洋副高位置偏南(偏北)、向西南地区东部的水汽输送偏多(偏少),在异常上升(下沉)气流影响下,西南地区东部夏季降水偏多(偏少)。MJO影响西南地区东部夏季降水的可能原因是:当MJO处于第4位相时,赤道东印度洋地区上空大气释放凝结潜热,其激发东北向传播的异常波动,进而影响东亚环流,使得西南地区东部出现夏季降水偏多的环流形势,西南地区东部夏季降水增多;但在第6位相时,西太平洋地区上空对流释放的凝结潜热,其激发PJ(太平洋-日本)型Rossby波列,出现不利于西南地区东部夏季降水的环流形势,西南地区东部夏季降水偏少。     

Forecast skill of the tropical intraseasonal oscillation in the NCEP GFS dynamical extended range forecasts

This study examines the forecast performance of tropical intraseasonal oscillation (ISO) in recent dynamical extended range forecast (DERF) experiments conducted with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Global Forecasting System (GFS) model. The present study extends earlier work by comparing prediction skill of the northern winter ISO (Madden-Julian Oscillation) between the current and earlier experiments. Prediction skill for the northern summer ISO is also investigated. Since the boreal summer ISO exhibits northward propagation as well as eastward propagation along the equator, forecast skill for both components is computed. For the 5-year period from 1 January, 1998 through 31 December, 2002, 30-day forecasts were made once a day. Compared to the previous DERF experiment, the current model has shown some improvements in forecasting the ISO during winter season so that the skillful forecasts (anomaly correlation>0.6) for upper-level zonal wind anomaly extend from the previous shorter-than 5 days out to 7 days lead-time. A similar level of skill is seen for both northward and eastward propagation components during the summer season as in the winter case. Results also show that forecasts from extreme initial states are more skillful than those from null phases for both seasons, extending the skillful range by 3–6 days. For strong ISO convection phases, the GFS model performs better during the summer season than during the winter season. In summer forecasts, large-scale circulation and convection anomalies exhibit northward propagation during the peak phase. In contrast, the GFS model still has difficulties in sustaining ISO variability during the northern winter as in the previous DERF run. That is, the forecast does not maintain the observed eastward propagating signals associated with large-scale circulation; rather the forecast anomalies appear to be stationary at their initial location and decay with time. The NCEP Coupled Forecast System produces daily operational forecasts and its predication skill of the MJO will be reported in the future.     

夏季MJO持续异常的主要特征分析

在MJO传播过程中,其活动中心并不总是规律地沿赤道东传。本文通过资料分析发现,夏季MJO的活动中心会出现东传停滞的情况,表现为MJO在赤道太平洋持续异常活跃或者在印度洋持续异常活跃两种形式。为更好描述MJO这种东传不明显的异常特征,本文定义了一个描述MJO持续异常的指数,并据此对夏季MJO持续异常的主要特征进行分析。通过小波分析的方法,发现夏季MJO持续异常时其振荡周期会出现缩短或变弱。通过对MJO持续异常状况下的大气环流进行合成对比分析后发现,夏季MJO的持续异常会对热带大气环流造成显著的影响。具体表现为:MJO夏季在赤道太平洋（印度洋）持续活跃的时候,赤道沃克环流减弱（增强）,西太平洋哈得来环流增强（减弱）,西太平洋副高位置偏北（偏南）,赤道太平洋（印度洋）高层辐散且对流活跃。     

The ISO Events in the Winter of 2007

The intraseasonal oscillation (ISO) events that occurred from November 2007 to February 2008 in the tropical Indian Ocean region were investigated by analyzing observational oceanic and atmospheric datasets.The results reveal that two ISO events were generated and developed from November 2007 to February 2008 in the tropical area of the Indian Ocean,which both originated from the southern African continent and propagated along a northeastward direction and finally penetrated into the equatorial eastern Indian Ocean.Compared with the general winter MJO event,which tended to travel along the equator from the western Indian Ocean into the western Pacific,the ISO of winter 2007 propagated not only along the equator into the eastern part of the Indian Ocean but was also transported northward into the subtropical region in the eastern Indian Ocean,which is more similar to the behavior of traditional summer ISO events.     

Comparison of the Structure and Evolution of Intraseasonal Oscillations Before and After Onset of the Asian Summer Monsoon

High-resolution satellite-derived data and NCEP-NCAR reanalysis data are used to investigate intraseasonal oscillations （ISO） over the tropical Indian Ocean.A composite evolution of the ISO life cycle is constructed,including the initiation,development,and propagation of rainfall anomalies over the tropical Indian Ocean.The characteristics of ISO over the tropical Indian Ocean are profoundly different before and after the onset of the Indian summer monsoon.Positive precipitation anomalies before monsoon onset appear one phase earlier than those after monsoon onset.Before monsoon onset,precipitation anomalies associated with ISO first initiate in the western tropical Indian Ocean and then propagate eastward along the equator.After monsoon onset,convective anomalies propagate northward over the Indian summer monsoon region after an initial eastward propagation over the equatorial Indian Ocean.Surface wind convergence and air-sea interaction play critical roles in initiating each new cycle of ISO convection.