南海夏季风维持期的气候特征Ⅱ——年代际变化

利用NCEP1958～1997年逐日格点气象资料对我国南海地区(105～120°E,5～20°N)夏季风维持期的年代际变化进行了仔细分析,分析结果发现对南海地区夏季风影响最大的是1970年代末期大气环流的突变.突变以1978年为界,分析工作主要是将前20年情况与后20年进行对比.前20年夏季风建立晚、结束早、降水较少、对流活动较弱、季风较弱;后20年则与此相反,季风建立早、结束晚、降水较多、对流活动较强、季风较强.分析对比前20年与后20年夏季风维持期高低空环流形势后发现,后20年南海地区上空对流下层辐合较强而对流层上层辐散较强,显然这种形势对后20年南海夏季风和对流降水的发展是十分有利的.需指出的是南海地区中心部分夏季风维持期的降水和OLR值的年代际变化趋势正好与南海其它地区相反,也就是说后20年南海地区中心部分降水较少,OLR值较高,而前20年正好相反.后20年和前20年的ENSO指数和南海地区海温的差别也十分明显,前20年ENSO指数和海温较低,而后20年都较高.     

北大西洋多年代际振荡（AMO）对南海夏季风撤退年代际变率的影响及可能机理

基于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）物理科学实验室（PSL）和科罗拉多大学环境科学研究所（CIRES）重建的NOAA-CIRES 20th再分析数据和国际综合海洋大气数据集（ICOADS）的全球月海表温度数据（ERSST）,并结合数值试验分析了南海夏季风撤退的年代际变率特征及北大西洋多年代际振荡（AMO）对其产生的影响。结果表明,南海夏季风撤退时间具有明显的年代际变率,南海夏季风撤退偏晚（早）年代中国南海及其附近区域上空有显著的气旋性（反气旋性）环流异常,降水偏多（少）。进一步研究发现,AMO与南海夏季风撤退年代际变率呈显著正相关,即AMO为正位相时,南海夏季风撤退偏晚;AMO为负位相时,南海夏季风撤退偏早。北大西洋海温升高（即AMO位于正位相）,从海洋释放更多的热通量到大气,导致北大西洋上空对流层的对流活动明显增强,通过海-气相互作用激发北大西洋上空的波活动异常,进而影响与东北亚关键区域大气环流变化密切相关的中纬度欧亚遥相关波列的形成和传播,引起东北亚关键区的正位势高度异常和明显的下沉运动,并在其对流层低层产生辐散运动,能量伴随着偏北的辐散风气流传播至中国南海及邻近区域辐合上升,进一步加强了南海区域的气旋性环流异常,使得南海夏季风撤退偏晚。AMO负位相时,异常情况与之大致相反,使得南海夏季风撤退偏早。      

南海夏季风撤退期的气候特征Ⅰ——40年平均

用NCAR/NCEP1958～1997年共40年资料对南海夏季风撤退的气候特征进行了分析.8月上旬西伯利亚冷空气开始南进,由于青藏高原的阻挡作用,在我国东部大陆推进得很快,到达南海后继续向南推进,最后导致9月中旬左右南海夏季风从南海撤退.就个别年份而言,最早的撤退时间是8月中,最晚的是10月中,可以差两个月.南海夏季风撤退与建立过程是很不相同的,南海夏季风和夏季风雨带的建立都是爆发性的,在全区域几乎是同时建立,但撤退是由北向南缓慢撤退的,历时一个月左右.在撤退期间,南海降水形势变化不大,但在撤退之后,南海夏季风雨季转变为ITCZ雨季,其相应和雨区随着太阳南移向南推进.南海夏季风撤退后,南海降水30～60天振荡明显减弱,而准两周振荡仍比较活跃.     

夏季风爆发前后南海地区降水性质的变化

利用1998—2006年共9年4—6月的TRMM卫星2A25资料,选取南海中北部地区(110～120°E,10～20°N)为关键区域,分别对比分析了夏季风爆发前后南海地区降水特性的差异。结果表明:⑴南海夏季风爆发后,对流和层云的降水比面积均有明显增加,且层云的降水比面积增加幅度更大。夏季风爆发后的对流降水比降水量减小,而层云降水比降水量增加。⑵南海夏季风爆发后,强降水所占的比重比爆发前有所增加,而弱降水所占比重减小。⑶南海夏季风的爆发使南海地区降水场的水平分布发生变化,降水中心发生偏移。⑷夏季风爆发后,南海地区降水的垂直结构也相应发生变化。降水率随高度的变化率加大,释放出更多的潜热,并通过正反馈机制使得对流降水变得更加深厚,层云降水的冻结层高度也得到一定的提升。     

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。     

南海区域对流活动的气候特征及其与ENSO的关系

利用1979—2013年NCEP再分析向外长波辐射、降水率和ENSO指数资料,运用联合经验正交函数等诊断方法,分析了南海区域各季对流活动年内、年际尺度变化特征和年际变化与同期ENSO指数的关系。结果表明：南海南部对流活动各月之间少变,南海中北部区域对流被抑制期和活跃期均较为持久,对流活跃区5月中旬中期跳跃北扩,9月后由北向南缓慢撤退;南海区域秋、冬和春季变化表现出良好的全区一致性,冬季对流活动较好地保留了上年秋季的异常状态,并进一步稳定地持续到春季;秋、冬和春季活动的年际变化很可能受ENSO调制,厄尔尼诺状态下,南海对流活动受抑制,拉尼娜状态下相反;夏季对流活动表现出南北反向型和全区一致型的两类重要年际变化形态,前者可能受ENSO的调制,厄尔尼诺抑制南端对流而使北端对流更活跃,后者有明显的线性趋势,气候变暖使夏季南海上空对流更活跃;春季对流的异常状态很难持续到夏季。     

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。     

细粒子污染形成灰霾天气导致广州地区能见度下降

用NCAR/NCEP1958～1997年共40年资料对南海夏季风撤退的气候特征进行了分析。8月上旬西伯利亚冷空气开始南进,由于青藏高原的阻挡作用,在我国东部大陆推进得很快,到达南海后继续向南推进,最后导致9月中旬左右南海夏季风从南海撤退。就个别年份而言,最早的撤退时间是8月中,最晚的是10月中,可以差两个月。南海夏季风撤退与建立过程是很不相同的,南海夏季风和夏季风雨带的建立都是爆发性的,在全区域几乎是同时建立,但撤退是由北向南缓慢撤退的,历时一个月左右。在撤退期间,南海降水形势变化不大,但在撤退之后,南海夏季风雨季转变为ITCZ雨季,其相应和雨区随着太阳南移向南推进。南海夏季风撤退后,南海降水30～60天振荡明显减弱,而准两周振荡仍比较活跃。     

不同时间尺度上南海夏季风强度与海洋热力条件的关系

用NCAR/NCEP1958—1997年共40年资料对南海夏季风撤退的气候特征进行了分析。8月上旬西伯利亚冷空气开始南进，由于青藏高原的阻挡作用，在我国东部大陆推进得很快，到达南海后继续向南推进，最后导致9月中旬左右南海夏季风从南海撤退。就个别年份而言，最早的撤退时间是8月中，最晚的是10月中，可以差两个月。南海夏季风撤退与建立过程是很不相同的，南海夏季风和夏季风雨带的建立都是爆发性的，在全区域几乎是同时建立，但撤退是由北向南缓慢撤退的，历时一个月左右。在撤退期间，南海降水形势变化不大，但在撤退之后，南海夏季风雨季转变为ITCZ雨季，其相应和雨区随着太阳南移向南推进。南海夏季风撤退后，南海降水30—60天振荡明显减弱，而准两周振荡仍比较活跃。     

南海夏季风槽的年际变化和影响研究

南海夏季风槽是南海夏季风的重要组成部分，它的活动不仅对大气环流和气候有明显影响，其本身也具有明显的年际变化特征。首先定义了一个描写南海夏季风槽强度的指数，然后分别对强、弱南海夏季风槽年的例子进行了合成分析。分析结果表明，对应强、弱不同的南海夏季风槽年份，在大气环流背景、对流活动以及海温背景场方面都有很明显的区别，说明南海夏季风槽的异常不是偶然的，有其十分明显的大背景。合成分析的结果还表明，南海夏季风槽的强弱异常不仅对中国夏季降水有重要影响，还会通过遥相关过程影响北半球的其他区域。     

1990s年代际转型前后南海季风系统的气候季节内振荡(CISO)特征

利用多变量经验正交分解(MV-EOF)等方法,研究了在季节内振荡尺度上南海季风系统的时空分布特征。结果表明:南海夏季风的爆发时间在1993/1994年前后存在显著的年代际转型,由爆发偏晚转变成爆发偏早。第一模态反映了南海夏季风爆发时季风系统的时空特征,转型前后特征类似,降水场自赤道向北依次呈现干-湿-干交替分布的特征,南海中心为异常气旋。相应的大范围环流场主要反映了转型前的偏晚年,南海夏季风槽位置偏南,转型后的偏早年,南海夏季风槽位置偏北。第二模态体现了南海季风系统夏季的时空特征,转型前后共同特征表现为南海地区夏季北湿南干的南北偶极子降水分布及南海中心区的异常西风。相应的大范围环流场主要反映了南海季风活动与东亚季风呈现反位相的特点,且对流信号向北传播。转型前的偏晚年,季风活动受准双周振荡控制,对流信号由西北方向传入南海;转型后的偏早年,季风活动以30～60天振荡为主,对流信号由东南方向传播至南海。     

台风内部的中尺度波动与多边形眼墙的形成

用小波变换分析了1948～2003年南海夏季风强度指数序列振荡特征,并研究了Lanczos滤波器滤出的不同时间尺度上南海夏季风强度与SODA资料提供的海洋热力条件的关系。结果表明,南海夏季风强度变化存在准4年的年际变化、约9年周期的十年际变化和38年左右周期的年代际变化。年际变化最强,年代际变化最弱。不同尺度上的南海夏季风强度变化与海洋热力条件的显著相关区有很大的地域差异。南海夏季风强度的年际变化主要与近赤道地区的热带海洋变化有关,相关关系呈准2年变化。若前一年秋冬季节的赤道东印度洋、赤道西太平洋出现海温和温跃层深度正异常和赤道西印度洋、赤道中东太平洋出现海温和温跃层深度负异常时,对应于当年的年际尺度上的南海夏季风加强;反之则减弱。南海夏季风强度与后期海温的对应关系为:南海夏季风加强,秋季时,南海周边海区和澳大利亚东部海区海温显著负相关;冬季时,热带西印度洋、赤道中东太平洋和赤道大西洋海温出现显著的正相关。南海夏季风强度的年代变化受PDO的调制。年代际尺度上南海夏季风强度的变化即与全球变暖有关,也与PDO有关。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

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。     

华南前汛期不同降水时段的特征分析

利用1957-2001年华南地区74个测站逐日降水资料和同期NCEP／NCAR逐日再分析格点资料，对华南前汛期(4-6月)不同降水时段的特征进行了比较。分析发现，华南前汛期降水由锋面降水和夏季风降水两个时段组成。锋面降水时段主要集中在4月，为典型的由冬到夏过渡的环流形势，华南地区高空为平直的副热带西风急流，大气层结稳定，水汽来源主要是阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送；南海夏季风爆发前，副高仍控制南海地区，华南地区水汽输送主要来源于阿拉伯海的西风输送和西太平洋副高南侧东风的转向输送及孟加拉湾的西南输送；南海夏季风爆发后，副高东撤退出南海地区，南半球越赤道水汽输送加强并与孟加拉湾水汽输送连通，华南区域内对流发展；夏季风降水时段盛期主要集中在6月，此时南亚高压跃上高原，华南地区处于南亚高压东部，对流发展极其旺盛，强大的南半球越赤道水汽输送越过孟加拉湾和南海地区向华南地区输送。     

中国东部城市群发展对南海夏季风爆发影响的模拟研究

本文利用NCAR开发的CAM5.1(Community Atmosphere Model Version 5.1)模式,针对我国东部大规模城市下垫面发展对南海夏季风爆发的影响进行了数值模拟研究。结果表明我国东部大规模城市群发展可能使得南海夏季风提前1候爆发;机理分析表明:在南海夏季风爆发之前,中国东部城市群发展引起的陆面增温,使得南海及其附近地区南北温差提前逆转、中国东部区域海平面气压降低,导致中南半岛到南海地区西南气流加强,中南半岛到南海地区降水增加,而凝结潜热垂直变化强迫出的异常环流,促进了南亚高压的加强及提前北跳,相伴随的高层抽吸作用有助于季风对流的建立和西太平洋副高的减弱东撤,从而形成了有利于南海夏季风爆发的高低层环流条件,导致南海夏季风提前爆发。另外,观测结果表明1993年之后南海夏季风爆发的日期相对上一个年代明显提前约2候,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,表明城市下垫面发展可能是南海夏季风提前爆发的原因之一。     

南海夏季风北推时间及相关环流变化特征

利用1958—2004年NCEP/NCAR逐日再分析资料和我国730站降水资料分析了南海夏季风爆发后影响到华南地区的时间差异及其环流变化特征。结果表明:南海夏季风向北推进影响到华南地区的时间存在明显差异，最早的可以1 d就推进影响到华南地区，最晚的却要42 d，并且这种变化具有明显的年代际变化特征，即20世纪70年末以前，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏早，而70年代末以后，南海夏季风影响到华南地区的时间总体上要偏晚；当南海夏季风建立后，若东亚大槽较深，冷空气活动较活跃，索马里越赤道气流形成的西南风、110°~120°E地区越赤道气流形成的偏南风以及副热带高压西侧边缘的偏南风均偏弱，南亚高压和东亚地区急流位置偏南，就会使得南海夏季风影响到华南地区的时间偏晚，反之，则偏早；南海夏季风推进影响到华南地区的时间偏晚（早）年期间，索马里、105°E和130°E越赤道气流输送的水汽通量和西太平洋副热带高压南部的东南气流水汽输送均较弱（强），华南地区前汛期的锋面降水较强（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。     

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.     

南海夏季风强度指数及其变化特征

依据南海夏季风活动的基本特征，设计了一个动力不因子（西南风分量）与热力学因子（OLR）相结合标准化的南海夏季风强度指数Is。并计算出1975－1999年6、7、8中各月及夏季Is的数据，给出了强、弱夏季风月和年。分析了其变化特征和Is与夏季风爆发早晚，及与广东和我国降水的关系。结果表明：近35年来，南海夏季风年际变化有准10年和准3－4年变化周期。南海夏季风爆发早（晚），则该年夏季风大多偏强（弱）。南海夏季风强（弱）年，广东后汛期偏涝（旱），前汛期降水正常或偏旱（正常），我国东北、华北大部和江南大部夏季降水偏多（少），而长江中下游和华北西部以及华西偏少（多）。