2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响Ⅰ:诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海-气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆-气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区.因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的.文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响.2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛-南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件.此外,中南半岛-南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系.通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期.     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅱ青藏高原及邻近地区地表感热加热的作用

本文是系列文章的第二篇,首先分析了１９８９年亚洲夏季风爆发时期青藏高原及邻近地区地表感热通量和大气温度场季节变化的基本特征,着重讨论了春季高原地表感热加热和亚洲季风爆发的联系,然后分析了１９８０～１９８９年１０ａ南海季风爆发的气候学特征。上述工作表明,在春末初夏过渡季节,高原上空大气温度变化出现阶段性的跃升,并同亚洲夏季风阶段性的爆发有很好的对应关系。高原地表感热通量的持续增大导致了对流层高层局地反气旋式扰动环流的出现,使南亚反气旋北进的过程明显受到高原局地热力环流的调制,而热带东风急流入口区所产生的强烈的高层辐散,提供了有利于热带季风对流在南海地区首先爆发的动力学条件。此外,从５月份至６月中下旬,青藏高原、伊朗—阿富汗上空强大暖中心相继建立的结果,直接导致了热带地区上空大气南北温度梯度的反向依次在南海—孟加拉湾东部和阿拉伯海—印度次大陆由东向西相继建立,从而决定了亚洲季风建立的过程在不同地区爆发的时间不同。     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅰ:个例分析

利用南海季风试验分析场和NCAR向外长波辐射通量(OLR)资料研究了1998年孟加拉湾季风和南海季风爆发期间副热带环流的大尺度和天气尺度特征,探讨了孟加拉湾季风爆发与南海季风爆发之间的物理联系及孟加拉湾季风气旋的对流凝结潜热释放对副热带高压“撤出”南海的影响。结果表明,1998年5月爆发的东亚季风展现出典型的从孟加拉湾地区东传发展到南海地区的过程。随着孟加拉湾季风爆发和对流活动增强、北移,南海北部出现了低层西风和对流活动,领先于副热带高压在南海地区减弱和撤退。结果还显示南海北部地区的对流凝结加热有助于该地区经向温度梯度的反转,在热成风关系的制约下南海上空副热带高压脊面的垂直倾斜由冬季型转向夏季型,季风爆发。     

青藏高原冬春季积雪影响南海季风爆发的机制

利用1958-1998年NCEP／NCAR再分析资料、1975-1998年OLR资料和1973-1998年青藏高原月平均积雪日数站点资料,分析了高原冬春季积雪影响南海季风爆发的可能机制。结果表明：多雪年,高原感热加热偏弱,高原地区以及东侧的中上层大气温度偏低,大尺度经向温度梯度逆转时间偏晚;同时高原地区Hadley环流季节转换时间偏晚,中南半岛上空维持下沉异常气流,导致孟加拉湾副高断裂偏晚,中南半岛地区对流爆发偏晚,中南半岛地表温度下降时间偏晚,中南半岛与南海局地纬向温度梯度逆转时间偏晚;上述大尺度经向温度梯度和中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用使得南海季风爆发偏晚。     

1998年地面加热场的基本特征及其与南海夏季风爆发的可能联系

文中对 1 998年 1月 1日到 8月 31日共 2 4 3d的南海季风试验再分析资料的地面感热场和潜热场进行 EOF分析 ,由感热的第一特征向量场发现 ,中南半岛地区、青藏高原的东北部和印度半岛的大部分是感热通量大值区 ,而海洋上是小值区 ,海陆热力差异十分明显 ,这种海陆感热对比是促使季风爆发的大背景。由感热的时间经度演变图可以看出 ,中南半岛所在经度范围内南北连续的感热分布对南海季风的早爆发具有重要作用。由温度平流项的分布可发现 ,中南半岛的加热作用明显早于青藏高原地区 ,使得中南半岛对南海季风的早期爆发有重要作用 ,而青藏高原对于南海季风的维持具有重要意义。由于印度半岛与中南半岛的海陆分布的差异 ,使得两个地区的温度平流项也有所不同     

1998年青藏高原东部及其邻近地区大气热源与南海夏季风的关系

利用 1998年 5 8月南海季风试验期间的站点观测资料及NCEP再分析资料 ,计算了大气热源和水汽汇 ,并分析了南海季风爆发前后季风区对流层温度演变及其热力机制。结果表明 :南海夏季风的爆发与季风区对流层中高层南北温度梯度的逆转密切相关。南北温度梯度最先在孟加拉湾以东季风区发生逆转 ,半个月后在印度半岛及其以西地区逆转。季风爆发前中南半岛北部对流层中高层的迅速增温是由感热和潜热共同造成的 ,而华南及南海北部地区的增温则是由暖平流所致。 5、6月高原东部对流层中高层由非绝热加热造成的显著增温对东亚夏季风的北进和维持是非常重要的。 5、6月高原地区热源以感热为主 ;7、8月感热和潜热共同起作用     

2005年南海夏季风建立偏晚和持续异常偏南的成因分析

通过分析大气环流及其热力结构演变特征,揭示2005年春末夏初南海季风爆发偏迟和持续异常偏南的原因。结果表明,阿拉伯高压偏强,与中高纬度高压脊叠加,导致较高纬度冷空气南下青藏高原南侧及中南半岛一带,抑制了中南半岛附近地区大气增温,不利于南海季风的爆发;索马里急流及赤道西风建立偏晚使中南半岛对流凝结潜热偏弱,是中南半岛一带大气增温偏迟的另一重要原因。6月上中旬,印度半岛北部冷空气势力偏强,大气增温缓慢,使印度季风和亚洲南部季风槽向北推进迟缓,使强劲的西南季风径直向东输送进入南海,有利于南海西南季风长期持续偏南。春末青藏高原积雪偏多,积雪融化抑制了地面增温和大气感热加热,是南海季风爆发偏晚的另一重要原因。6月上中旬,西南季风北上偏迟导致高原对流偏弱,热源偏弱,负反馈作用抑制了西南季风进一步北上,导致西南季风持续异常偏南。     

1998年南海季风试验期间海 气通量的估算

根据1998年南海季风试验西沙海面铁塔梯度观测资料，利用总体（Bulk）系数法和多层结通量廓线法对西沙海面的海-气通量进行了估算，得出两种方法估算的潜热通量、感热通量基本一致。总体系数法估算的潜热通量比多层结通量廓线法略大1～3 W·m-2，感热通量小0～1.5 W·m-2。一般而言，季风爆发期间潜热输送逐渐增加；季风爆发前期夜间潜热通量比季风爆发后期大；季风爆发后期，白天潜热通量明显大于爆发初期和中期。感热通量季风爆发前海面向大气输送，爆发后期大气向海面输送。动量通量和摩擦速度随风速增加。     

青藏高原冬春积雪影响南海季风爆发的数值研究

采用NCAR CAM3.0大气环流模式,研究了冬春季青藏高原积雪异常对南海夏季风爆发的可能影响机制.通过比较多雪年与少雪年试验中的热力场、环流场季节演变的差异得出,多雪年青藏高原感热加热偏弱、高原纬度的中上层大气温度偏低,导致大尺度经向温度梯度反转时间偏晚；同时,青藏高原感热加热偏弱将不利于Hadley环流的季节转换,使得中南半岛上空的下沉异常气流维持时间较长、副高在孟加拉湾断裂的时间偏晚、中南半岛对流爆发偏晚、中南半岛地表温度下降时间偏晚,从而造成中南半岛与南海局地纬向温度梯度反转时间也偏晚.在上述大尺度经向温度梯度以及中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用下,多雪年南海季风爆发偏晚.     

青藏高原的热力和机械强迫作用以及亚洲季风的爆发I. 爆发地点

使用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的客观分析资料、ECMWF/TOGA补充数据集,美国NMC气候分析中心的向外长波辐射（OLR）资料以及国家气候中心存档的中国336个测站的降水资料,研究了1989年春天青藏高原和邻近地区的热力特征和环流特征,及其对亚洲季风区季节转换的影响。文中集中分析了表面感热和潜热通量的时空分布特征。结果表明:1989年亚洲季风的爆发由三个接续的阶段组成。第一阶段是5月上旬在孟加拉湾东岸,称为孟加拉（BOB）季风爆发阶段。第二阶段是5月20日左右开始的中国南海（SCS）季风爆发阶段。第三阶段是6月10日左右开始的印度上空的南亚季风（或称印度季风）的爆发阶段。分析表明,正是由于青藏高原的热力和机械强迫作用才使亚洲季风首先在孟加拉湾地区出现。BOB季风环流提供了有利的背景条件,使SCS季风接着爆发。最后随着亚洲热带流型的西移,印度季风爆发才发生。     

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。     

2019年南海季风爆发异常偏早的机制分析

利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）逐日再分析资料及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐日向外长波辐射、海温距平等资料诊断分析2019年中国南海季风爆发异常偏早的机制。结果表明:（1）南海季风爆发于5月6日，青藏高原和中南半岛热源较常年弱，对季风爆发无明显影响。（2）中高纬度环流中期变化过程中在青藏高原及附近区域形成为期两周的偏强高压脊，来自热带的暖平流以及青藏高原东部晴空辐射强等因素使其温度偏高，起到加快海陆热力差异季节转变进程的作用，对季风爆发至关重要。（3）孟加拉湾气旋 “Fani”北上及登陆后迅速减弱后的残留低压的凝结潜热释放，“Fani”凝结潜热释放和气旋性环流增强诱发孟加拉湾西南季风爆发从而引起西南季风暖平流输送，因“Fani”而加强北跳的南亚高压反气旋环流的暖平流输送，“Fani”影响结束后西南季风与东亚冷槽后部回流辐合产生降水释放凝结潜热等因素，一步接一步，形成了加剧温度正距平的“接力”，最终导致中国南海地区温度梯度增强，越赤道气流增强，南海季风爆发。（4）厄尔尼诺及赤道西太平洋实时海温阶段性正距平增大使得西北太平洋副热带高压偏西偏强，本身不利于季风爆发；但其西端的偏东风在赤道印度洋与中高纬度南下的偏北气流辐合，并在赤道印度洋和孟加拉湾海温正距平阶段性增强的背景下得以强烈发展，生成孟加拉湾气旋“Fani”，其在北上过程中发展成为台风，由此引起大气环流一系列变化，最终导致南海季风的偏早爆发。      

春夏季节转换中亚洲季风区副热带高压断裂特征及其可能机制分析

分析了春夏转换季节中亚洲季风区北半球副热带高压断裂的气候学特征及其可能机制。分析表明,北半球副高断裂最先发生在孟加拉湾中南半岛一带。孟加拉湾和中南半岛地区经圈环流的季节转换在高低层存在差异。在3~5月的经圈环流演变中,孟加拉湾地区经圈环流表现为对流层低层首先发生改变,呈高、低层正、反Hadley环流配置,大气加热以感热为主,因而高度场表现出的副高在孟加拉湾首先断裂只是对流层低层的表现。中南半岛则表现为从低到高的整层上升运动增强,经圈环流的减弱、消失是地表感热和潜热共同作用的结果,因而整个对流层副高的断裂应在中南半岛地区。中纬度亚洲大陆积雪季节溶化以高原为中心表现出东快西慢特征,导致105 E以东的东亚中纬度感热首先增加,地表感热加热大气的结果有利于大气经圈环流下沉气流减弱,从而加剧了中南半岛地区经圈环流减弱进程,为北半球副高在孟加拉湾中南半岛地区断裂提供了大尺度气候变化背景。     

南海西南季风爆发日期及其影响因子

利用1950～1999年NCEP全球格点日平均资料,在总结南海西南季风爆发前后850 hPa大气环流特征的基础上,提出了一个较为客观的确定南海西南季风爆发日期的大气环流方法.在与1980～1991年其他多种指标确定的爆发日期比较后,作者认为该大气环流方法所确定的爆发日期基本合理,并给出了1950～1999年各年南海西南季风爆发的日期.通过合成对比分析和相关分析发现,前期热带太平洋地区海温异常分布是影响南海西南季风爆发早晚的重要因素.菲律宾以东洋面海温偏高,赤道太平洋中部偏东地区海温偏低,可以使低层西太平洋副高减弱、高层中东太平洋洋中槽加深,印度洋热带地区偏西风偏强,印度洋-太平洋热带地区Walker环流偏强,为热带对流在孟加拉湾-南海地区发展提供了有利的环境.在孟加拉湾南部偏西气流的作用下,南海地区对流活动较为容易发展起来,低层较弱的西太平洋副热带高压也容易较早地撤出南海上空,使得南海西南季风较早爆发.反之亦然.     

中南半岛与南海热力差异对南海季风爆发的影响

利用1958-1998年NCEP/NCAR再分析资料和1975-1998年OLR资料,分析了中南半岛与南海热力差异的季节和年际变化特征,以及这种热力差异对南海季风爆发的影响.结果表明,中南半岛与南海热力差异存在明显的季节变化,从第3候歼始,感热加热的作用使中南半岛地表温度高于南海并一直持续到第25候,之后,中南半岛与南海热力差异发生逆转,这种逆转是由于第22-23候出现在中南半岛的对流及降水造成中南半岛地表温度降低所致.进一步研究指出,中南半岛与南海热力差异的上述季节变化特征还表现出最著的年际差异,这种年际差异对南海季风的爆发有着重要影响.首先,上述热力差异的逆转是南海季风爆发的一个必要条件:1958-1998年,逆转时间均早于(或等于)南海季风爆发时间;其次,中南半岛地表温度高于南海的持续时间与南海季风爆发日期之间呈显著正相关,即中南半岛地表温度高于南海的时间越早、转为低于南海的时间越迟,则南海季风爆发越迟.     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面-过程的可能影响Ⅱ： 数值试验

在对南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响进行了诊断分析的基础上,应用MM5/NOAHLSM模式,研究了中南半岛陆气相互作用对2004年南海夏季风爆发过程的可能影响。结果发现:在南海夏季风爆发前,中南半岛南海地区低层气温差确实出现低值,甚至负值;尽管短期内中南半岛土壤湿度和降水的变化没有引起季风爆发日期的改变,但对季风爆发的强度有影响。土壤湿度和降水变化引起的干异常可导致地表感热通量的增大和地表温度的升高,致使中南半岛与南海之间低层的温差异常(负温差)减小,季风爆发强度减弱;不同的是,湿异常可引起季风爆发强度增强。这一结果说明,在南海夏季风爆发前期,中南半岛上空对流活动和降水异常及其引起的土壤湿度的异常变化在一定程度上会影响到季风爆发的过程。文章还比较了不同温湿地表条件下低层大气状态的差异和地表能量、水分平衡过程的不同,分析了陆气相互作用对季风活动产生影响的物理机制。     

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。     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979～1995年(缺1986、1987、1993)NCEP/NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料,对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数(REOF)分析.结果表明印度半岛和中南半岛地区感热通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系,是季风爆发的主要     

孟加拉湾季风爆发对南海季风爆发的影响Ⅱ:数值试验

通过数值试验研究了孟加拉湾季风爆发期间该地区旺盛的对流凝结加热对南海季风爆发和副热带高压“撤出”南海的影响,结果证明在孟加拉湾地区引入模拟的对流凝结潜热使该地区出现了强烈的上升运动,引起了孟加拉湾季风的爆发。同时由于对凝结加热的非对称Rossby响应,在南海北部导致西风出现和增强及垂直上升运动。因低层水汽平流的共同作用下,在南海北部引起了对流的发展。而正是南海北部的凝结加热促使南海地区温度经向梯度逆转,使副热带高压脊面的倾斜从冬季型转为夏季型,即低层的副热带高压减弱南移。最后当对流在南海地区发展起来时,副热带高压移出南海地区。