伴随南海季风爆发区域尺度环流演变机理的诊断分析和数值模拟

利用1957－1998年NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析伴随南海夏季风爆发中南半岛和南海地区环流系统的演变，揭示该地区热力特征与南海夏季风爆发之间的可能联系。结果发现，不同高度上标志着南海爆发的环流系统如500hPa上的副热带高压、200hPa上的南亚高压以及850hPa 上的孟加拉湾低槽等系统在南海季风爆发期间具有显的变化特征，对流层中高层以上的环流系统反映了大尺度环流的季节变化特征，而对流层低层环流系统的变化可能与局地特征具有密切关系。从中南半岛和南海两个地区地面感热和潜热加热与该地区温压场变化之间的关系上看，中南半岛地区的热力作用对南海季风爆发期间区域环流系统演变具有重要作用，数值试验结果进一步证实了这一点。     

一次寒潮天气过程的发展和成因——基于位涡原理的分析

利用NCAR/NCEP再分析资料,以及MICAPS全国各站点资料,应用等熵位涡原理,对2009年1月下旬发生的寒潮天气过程进行分析.分析结果表明:这次寒潮过程冷空气源地在中高纬新地岛附近.寒潮爆发后,其向南越过长江流域,低层风速加大常以冷涌的形式出现.整个寒潮爆发阶段,高空高位涡向南向东从高层到底层不断侵入到中国,并在垂直方向上出现了对流层顶折叠的现象.此过程中伴随着正涡度增强,对应的低涡系统也越强,当到达我国北方地区时,东亚大槽加深,槽后冷空气随着高空引导气流迅速南下影响我国.     

南海夏季风建立期间副高带断裂和东撤及其可能机制

使用1998年南海夏季风试验（SCSMEX）资料和日本气象研究所（MRI）所提供的TBB资料，分析了南海夏季风建立期间副高带断裂和东撤过程的主要特征及其可能机制。发现北半球副热带高压带的断裂（低层早于高层）和印缅槽（或孟加拉湾槽）的形成是南海夏季风建立的重要前期征兆之一，也为副高东撤和南海夏季风的建立提供了重要条件。斯里兰卡附近低涡的持续北移是副高断裂和印缅槽建立过程的显特征。分析表明，南海夏季风建立之前，印度半岛的感热加热和中南半岛的潜热加热所激发的气旋性流场在孟加拉湾地区是相互迭加的，这有利于孟加拉湾低涡活动和低槽的形成，这可能是副高断裂和印缅槽活跃的机制。伴随着印缅前西南气流和赤道副高东撤、季风加强和对流加热之间存在一种正反馈作用，这导致了副高的连续东撤和南海夏季风的“爆发性”以及各种要素的突变特征。当南海夏季风对流减弱后，西太平洋副高则会西伸。     

南亚夏季风爆发前后流场的演变特征

为研究南亚夏季风爆发前后流场的演变特征,利用诊断分析方法,对影响季风爆发的因子作了分析.结果表明,南亚季风的爆发与高层青藏高压的西进北抬、中层的爆发性涡旋的生成和低层索马里急流的加强密切有关.在季风爆发正常年份,青藏高压活动表现为北抬--西进--北抬形态,季风爆发前其西进明显.季风爆发偏晚时索马里急流的经向输送比爆发偏早时的要强.在季风爆发前,大多数年份在印度次大陆西海岸对流层中层有爆发性涡旋生成.     

南海夏季风爆发迟早年对流层温度场演变特征及其热力成因

分析了１９９３与１９９４年南海夏季风爆发前后华南上空温度场演变特征及其热力过程,结果表明：南海夏季风的爆发与华南及邻近地区对流层的季节性增温从而使得华南与赤道地区对流层的南北温差逆转的现象有密切联系;暖平流作用是导致南海季风爆发前华南地区上空对流层增温的一个重要因子,在此期间由上升运动引起的绝热冷却过程总是抑制对流层的增温;非绝热加热因子对温度局地变化的贡献依赖于华南地区降水的多寡。由于１９９４年     

南亚夏季风爆发前后高度场温湿场的演变特征

利用诊断分析方法，研究南亚夏季风爆发前后高度场、温湿场的演变特征。结果发现夏季风的爆发与南亚高压、马斯克林高压、南美洲大陆上的高压以及巴哈马群岛附近海域上的高压密切相关。季风爆发前后，印度次大陆上高度场在垂直方向发生了反相变化，低层减弱，高层加强，这使得垂直对流发展加强。南亚夏季风爆发前后在印度次大陆及其西岸各层上湿度均急剧增大。表明随着南亚夏季风的爆发，全球温度场、高度场、湿度场都发生了重大调整，南亚夏季风的爆发是全球环流形势调整的一环。     

南海表面海温异常对南海季风影响的数值模拟

采用P-σ混合坐标系区域气候模式模拟了4－7月南海季风的爆发、演变过程，并进行了3组敏感性数值试验，研究南海表面海温异常对南海季风的影响，得到以下结论：（1）南海4月份海温异常对南海季风的爆发日期影响不大，但对季风爆发后的强度有所影响，异常增温造成南海季风增强，异常降温则南海季风减弱。（2）南海季风爆发和强度的变化与南海本身的海温变化情况有密切的关系，尤其是5月份南海海温异常。5月份南海异常增温可以使南海季风提前爆发，季风增强，南海海温异常降低时，南海季风爆发的时间推迟，季风减弱。（3）南海海温持续异常可以影响南海及中国大陆的高低空环流变化，海温持续异常增温可以使南海季风提前爆发，显地加强南海季风，并有利于南海季风向北推进，但当海温在6月份进一步持续增温时，则有利于季风维持在较南地区，阻碍季风向北发展；当海温持续异常降低时，南海季风推迟爆发，且明显减弱。     

1998年南海夏季风爆发过程数值模拟

用中尺度模式MM5(V3)对1998年南海（SCS）夏季风爆前后低纬环流的演变过程进行了数值模拟，共做了2个数值试验，分别是固定海温试验和日平均海温试验。结果表明，在两种海温强迫下，模式系统都能模拟出南海季风爆发前后区域环流的演变特征，并且进一步证实5月21日是1998年南海季风爆发日。日平均海温强迫模拟的降水中心位置和实况更接近，而两种海温强迫对环流和降水影响的差别主要表现在对中尺度特征的影响方面。     

1998年南海夏季风环流与动能收支的多尺度特征

利用1998年NCEP／NCAR日平均资料研究南海夏季风环流及动能收支的多尺度变化。结果表明：1998年南海夏季风环流在对流层高层以季节变化为主,在低空以季节内变化为主;但在整个对流层,动能收支各项的变化均表现为短周期变化过程较强,而季节变化则较弱。在夏季风爆发前后,动能收支主要取决于120d和30-60d变化,爆发阶段突出了准两周与天气尺度变化的重要作用。     

近海加强台风“威马逊”(1409)环境条件及结构特征的数值研究

利用新一代区域数值模式GRAPES对1409号超强台风"威马逊"强度急剧变化过程进行数值模拟试验,模拟结果较好地再现了台风"威马逊"在南海的路径和强度的变化特征,进一步利用数值模拟结果对"威马逊"发展的环境条件及其结构变化特征展开分析。分析结果表明,"威马逊"急剧发展期间高层辐散低层辐合同时增加,且高层辐散明显强于低层辐合;低层水汽流入增加,主要的流入边界是东南边界,且总水汽净流入量与台风强度变化有较好对应关系;环境风垂直切变较弱,且"威马逊"强度在深层和高层切变减小后24 h达到强盛。台风开始发展前动力和热力结构上均具有显著的不对称性结构,对流运动东南强、西北弱。强盛期南强北弱,东西方向趋于对称发展,且台风低层眼壁迅速收缩,高层有向外扩张趋势;切向风迅速增大,有很强的经向梯度,中高层气旋性环流显著增强。温度场上具有显著的暖心结构,强盛期台风中心正温度距平可达到11℃以上,集中于台风中心高空300~200 h Pa之间,并向高低层传播。低层不断有正涡度流入,台风中心附近正涡度增大,正涡度柱呈铅直发展并向对流层中上层传播。这些结构的变化都有利于"威马逊"强度的发展。     

南亚季风环流与臭氧时空分布变化关系的特征分析

利用2005年1月至2017年12月搭载在美国环境监测Aura卫星上的臭氧监测仪（Ozone Monitoring Instrument, OMI）数据和NCEP气象资料,在夏季风环流指数定义方法的基础上,重新定义了南亚区域冬季风环流指数,并分别计算了南亚夏季风和冬季风环流指数. 结合冬夏两季环流的强弱变化采用相关分析、合成分析和奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）等方法,探讨了环流异常形势下臭氧的时空变化特征. 结果表明:①南亚夏季纬向环流与经向环流的强度变化存在一致性,冬季经向环流与纬向环流的强度变化差异较大. ②南亚臭氧柱总量的季节变化明显,且近13年来臭氧柱总量整体呈上升趋势. ③夏季（冬季）风环流指数与对流层中低（中高）层和平流层中低层臭氧的相关性显著,但夏季平流层和对流层的相关趋势相反. ④夏季风环流增强对应青藏高原?伊朗高原上空及南侧区域的上升运动增强,对臭氧的输送作用是造成对流层臭氧分布呈现差异的原因. ⑤冬季风环流强弱期的垂直上升和下沉运动中心的移动,以及南北向、东西向气流交汇区的差异是造成臭氧分布不同的原因.     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水气候平均的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,从气候平均角度诊断分析了南海夏季风爆发和撤退前后大气结构特征及其与南亚季风的差异,探讨华南前汛期锋面降水对南海夏季风爆发的可能影响。结果表明:①季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有与孟加拉湾和南亚地区明显不同的特征,大气低层(850 hPa以下)温度梯度的逆转(由负变正)发生在西南季风爆发之后。②850hPa西风建立在南海大气低层(850 hPa以下)经向温度梯度为弱负值的时候,是受热成风约束的结果。③季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有独特性,是由于东亚地区独特的地理位置,受来源于中纬度冷空气影响的缘故。④随着华南降水强度加强,对流释放潜热加热了中高层大气,有利于南海经向温度梯度的逆转,从而在热成风关系约束下使高层南亚高压的北移,因此华南前汛期第一阶段锋面降水是南海夏季风爆发的有利因素。     

热带海温异常与南海夏季风建立迟早的初步研究

利用NCEP再分析的海表温度场、风场、高度场的格点资料,应用合成和相关分析等方法,初步探讨了热带印度洋和热带太平洋海温异常与南海夏季风建立的关系.研究结果表明,热带印度洋和热带太平洋海温异常在有些年份并不同号,从而对南海夏季风建立迟早的影响并不完全一致.进一步分析表明,热带印度洋和热带太平洋海温异常可能是通过影响热带地区Walker环流建立和加强,进而南海夏季风建立的迟早.     

Precursory influence of the Antarctic Oscillation on the onset of Asian summer monsoon

The Asian summer monsoon(ASM) begins firstly over the Indo-China Peninsula in early May and over the South China Sea(SCS) in mid-May.The different monsoon onset dates can exert distinct effects on the summer rainfall in Asia.Statistical results indicate that the Antarctic Oscillation(AAO) in the boreal winter has a significant precursory influence on the ASM onset dates.In stronger AAO years,both the Mascarene high and the Australia high in March are stronger owing to the "see-saw" structure of atmospheric circulation over the subtropics and higher latitudes in the Southern Hemisphere,and the tropical intertropical convergence zone(ITCZ) is deeper.Thus,the pressure gradient between the subtropical and tropical regions increases in spring.As a result,the Somalia cross-equatorial flow(SCEF) occurs earlier,strengthens,and enhances the westerlies over the tropical Indian Ocean.The enhanced westerlies impel an eastward withdrawal of the western Pacific subtropical high and intensify the convergence and rising motion at the lower troposphere,accelerating the burst of ASM.Differently,weaker AAO weakens the pressure gradient between the tropical and subtropical regions and delays the establishment of SCEF,resulting in a delayed onset of ASM.This study extends the leading time of seasonal forecast of ASM onset from the previous spring to winter and provides useful information about precursory signals in climate prediction operation.     

Southern Hemisphere mean zonal wind in upper troposphere and East Asian summer monsoon circulation

1 Introduction Variability of the East Asian summer monsoon (EASM) has been detected by considering roles of El Nino and Southern Oscillation (ENSO) cycle, snow cover over Eurasia and Tibetan Plateau, and signals from the soil (namely, the soil temperatur…     

Dynamical impact of anomalous East-Asian winter monsoon on zonal wind over the equatorial western Pacific

Abstract Zonal wind anomaly over the equatorial western Pacific plays an important role in the occurrence of ENSO. The mechanism to produce zonal wind anomaly over the equatorial western Pacific is studied in this paper. It is shown clearly that zonal wind anomaly over the equatorial western Pacific is closely related to the anomaly of EastAsian winter monsoon. Anomalous strong （weak） East-Asian winter monsoon can excite not only the westerly （easterly）anomaly over the equatorial western Pacific but also a cyclonic （an anticyclonic） circulation over the east of the Philippines. The above anomalous circulation results from dynamical impacts of anomalous pressure pattern due to the East-Asian winter monsoon. Because there is westward （eastward） pressure gradient over the equatorial western Pacific, i.e. there is αp/αx 〈 0 （〉 0）, during strong （weak） East-Asian winter monsoon.     

Seasonal variation of global stratosphere-troposphere mass exchange

By Wei formula in pressure coordinate, the stratosphere-troposphere mass exchange (STME) is diagnosed globally for 44 years from 1958 to 2001 using the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis datasets. Regions of mass flux into the stratosphere are found over Indonesia, bay of Bangladesh and the mid-west coast of South Africa. Compensating mass outflow from the stratosphere appears mainly over mid-latitudes near large-scale troughs. Upward and downward transport of mass at the middle and high latitudes accompany with each other. Mass flux into troposphere is stronger in autumn and winter than in spring and summer. Strong downward mass flux into the troposphere occurs in eastern Asia the whole year with nearly stable sites. Although the area of eastern Asia accounts for only 5.6% of that of the northern hemisphere (NH), its net mass exchange reaches 15.83% of that of the NH, which means that research on STME of eastern Asia is greatly important to that of the NH and even the global areas. Air across the tropopause enters more from stratosphere to troposphere than that from troposphere to stratosphere, which is possibly related with systematic bias of the assimilated datasets and with persistent rise of the tropopause height. Contributions of the mass exchange and the mass flux exchange in the NH and southern hemisphere (SH) on their latitudes increase from equator to pole, with larger contributions in the NH. Mass exchange and mass flux exchange per areas at high latitudes are larger than that at low latitudes, which means greater mass exchange efficiency at high latitudes.     

Seasonal variation of global stratosphere-troposphere mass exchange

By Wei formula in pressure coordinate, the stratosphere-troposphere mass exchange (STME) is diagnosed globally for 44 years from 1958 to 2001 using the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis datasets. Regions of mass flux into the stratosphere are found over Indonesia, bay of Bangladesh and the mid-west coast of South Africa. Compensating mass outflow from the stratosphere appears mainly over mid-latitudes near large-scale troughs. Upward and downward transport of mass at the middle and high latitudes accompany with each other. Mass flux into troposphere is stronger in autumn and winter than in spring and summer. Strong downward mass flux into the troposphere occurs in eastern Asia the whole year with nearly stable sites. Although the area of eastern Asia accounts for only 5.6% of that of the northern hemisphere (NH), its net mass exchange reaches 15.83% of that of the NH, which means that research on STME of eastern Asia is greatly important to that of the NH and even the global areas. Air across the tropopause enters more from stratosphere to troposphere than that from troposphere to stratosphere, which is possibly related with systematic bias of the assimilated datasets and with persistent rise of the tropopause height. Contributions of the mass exchange and the mass flux exchange in the NH and southern hemisphere (SH) on their latitudes increase from equator to pole, with larger contributions in the NH. Mass exchange and mass flux exchange per areas at high latitudes are larger than that at low latitudes, which means greater mass exchange efficiency at high latitudes.