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。     

“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。     

南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征

对NCEP 1 °×1 °再分析资料进行分析表明,南海地区发展型和不发展型中层涡旋的结构特征有着明显的区别:发展型中层涡旋的中心涡度逐渐增大,并同时向高层和低层发展,其中低层辐合维持得较好;而不发展中层涡旋的中心涡度则逐渐减小,不再向高层发展,其中低层辐合维持得较差。对称性分析表明,发展型中层涡旋的水平风场和风速垂直剖面都具有良好的对称性,而不发展型的较差;发展型中层涡旋中心的风速垂直切变小,有利于对流层中上层暖心的建立与加强,而不发展型则相反。平衡性分析表明,发展型涡旋在对流层中低层的平衡性较好,涡旋维持着较好的风压平衡关系,有利于涡旋的发展;不发展型涡旋则较差。纬向剖面位涡异常分析表明,发展型中层涡旋的正位涡异常在增强的同时向上发展,涡旋处于持续发展的阶段;而不发展型位涡则相反,一方面强度在减小,另一方面没有向上发展,涡旋逐渐减弱。      

南海及周边地区TBB年及以上时间尺度振荡特征诊断研究

应用小波变换方法,对1980～1997年逐日TBB资料进行分析, 发现南海地区TBB年时间尺度(约6～15个月)和年际时间尺度(2～5年)变化显著.年时间尺度变化,在纬向上东传特征明显,在经向上具有赤道反对称的分布特征.南海地区TBB年时间尺度变化振幅与东太平洋海温异常之间存在调制作用.TBB年际时间尺度变化具有10年际变化特征,1980年代年际时间尺度变化显著,1990年代明显减弱.该时间尺度变化与Ni(n)o3区海温异常有非常显著的关系,El Ni(n)o期间,南海地区TBB较高,对流相对较弱;La Ni(n)a期间,南海地区TBB较低,对流较强,表明南海地区大气环流对太平洋海温异常有明显的响应.     

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1070 m,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.     

流域生态健康评价理论与方法研究进展

对流域进行生态健康评价,将为流域的规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据。本文回顾了国内外流域生态健康评价的历史和现状,着重阐述了流域生态系统健康评价的尺度与方法。流域生态系统健康评价主要有两种方法：一是生物监测法,二是指标体系法。对流域进行生态健康评价,重点在于建立评价指标体系。流域生态健康评价的指标体系应该包括生物、水质、水文、栖息地、社会经济和人类健康等六方面指标。最后,明确指标选取的基本原则,并指出了目前流域生态健康评价存在的问题及今后的研究趋势。     

黄河流域NDVI时空变化及其与降水/径流关系

NDVI是表征区域植被覆盖的重要指标。本文把黄河流域划分为 16个区域 ,利用Pathfinder (探路者 )的AVHRR NDVI资料 ,得到各区域 1982～ 1998年NDVI统计序列 ,详细分析了各区域NDVI时空变化特征。研究表明 ,17年来黄河流域各分区年平均NDVI都呈增加趋势 ,说明植被覆盖增加 ,生态环境好转 ,但是 8月份龙羊峡以上和兰河干流区间NDVI则有所下降 ,生态环境有局部恶化趋势。最后研究各区域NDVI与降水、径流和径流系数的年内、年际相关关系 ,结果表明 :从年内变化看 ,黄河流域各区域NDVI变化与降水、径流变化呈明显的正相关 ;从年际变化看 ,黄河流域各区域NDVI波动趋势与降水具有一定的相关性 ,但与径流、径流系数变化的关系相对复杂 ,不具有明显的相关性     

COMPARISON OF THE STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF DEVELOPED VERSUS UNDEVELOPED MID-LEVEL VORTEXES

Using the NCEP 1°×1°reanalysis data,several obvious differences of the structural characteristics of developed versus undeveloped mid-level vortexes are studied.First,the central vorticity of the developed mid-level vortex increases towards higher levels while the undeveloped one decreases.The low-level convergence structure maintains well in the developed mid-level vortex whereas the undeveloped one does badly.Second,on the one hand,according to the symmetric analysis,the horizontal wind field and wind vertical section of the developed mid-level vortex are well symmetric while those of the undeveloped one are less symmetric.Meanwhile,weak wind vertical shear help the developed mid-level vortex to establish a warm core in upper-and mid-levels of the troposphere.On the other hand,according to the balance analysis,better balance between wind and pressure is shown in the mid-and lower-levels of the troposphere of the developed mid-level vortex than in those of the undeveloped vortex.Third,positive anomaly of potential vorticity is enhanced and developed in the vertical direction of the developed vortex.However,the undeveloped vortex weakens with a weak positive anomaly.