中国南海夏季风强、弱年多尺度相互作用能量学特征

中国南海夏季风为东亚季风的主要系统之一,其具有多重尺度特征,除季节平均环流场外,低频(季节内振荡)和高频(天气尺度)扰动也十分活跃,各尺度系统存在明显的年际变化。该研究使用ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析资料,从季风平均动能(MKE)诊断的角度出发,探讨了1979—2010年中国南海夏季风环流年际变化的能量来源及其和扰动场的相互作用过程。结果表明:中国南海夏季风对流活跃年份,中国南海南部(12°N以南)及中南半岛一带为季风平均动能显著增强区,此与南亚季风区西风急流的增强并向东延伸有关;中国南海北部(12°N以北)及西太平洋为气旋性环流盘踞,季风槽加深。中国南海南部季风平均动能增强的能量源自于扰动动量通量与平均环流的相互作用,强季风年,平均环流失去较少的动能给扰动场(亦即平均环流保留较多的动能)。通过进一步探讨高频(<10d)及低频(10—90d)扰动场与平均环流不同分量的(散度、涡度、风垂直切变)相互作用过程,发现季风平均动能的增长主要来自于<10d扰动与季风平均散度和涡度的相互作用。中国南海北部季风槽区季风平均动能的维持来自于大气热源和平均上升运动的相互作用,但同时有较多的季风平均动能向扰动动能转换,有利于扰动的成长。因此,强季风年,中国南海北部热带气旋生成数目增多,夏季北传的季节内振荡也增强,导致中国南部沿海及华南地区出现较多的灾害天气。

南海季风爆发期间中尺度对流云带演变特征与持续性加强的机理研究

南海季风爆发与随后爆发的东亚季风,与夏季东亚地区旱涝关系密切,而相伴的南海对流活动与季风爆发的维持和发展存在何种相互关系,是需要探究的。为此,利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mis-sion,TRMM)的雷达(Precipitation Radar,PR)、微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)、加密探空等综合观测资料,研究了1998年5~6月中国南海季风试验(South China Sea Monsoon Experiment,SCSMEX)期间南海北部(15°N^25°N,108°E^122°E)中尺度对流云带的结构、演变和降水特征,探讨了对流有效位能、风切变及相变潜热在对流云带维持和发展中的作用机理。结果表明,季风爆发前南海北部地区尽管存在较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE),但垂直风切变很小。季风爆发后,季风环流使对流有效位能和垂直风切变加强和维持,从而导致南海的对流云呈现维持和加强的态势,可发展为深厚中尺度对流云,降水加强。季风爆发期间对流发展产生的水分相变潜热加热率可增加2倍以上,加热、加湿廓线幅度加大、厚度变深,不仅为南海热量、水汽的向上持续性传输提供了有利条件,而且频繁持续的对流活动所提供的热力、动力效应对季风环流的发展和维持的是起正作用的。

南海季风爆发期间大气环流结构与对流热量、水汽输送特征

利用中国南海季风试验（SCSMEX）区1998年5～6月“科学1号”和“实验3号”观测船得到的一天4次加密探空资料，重点分析了南海北部地区（15～25°N，108～122°E）夏季风爆发前后大气环流的动力、热力和湿度场分布与海洋对流热量和水汽输送特征。结果表明，南海北部季风爆发前后的大气动力场、温湿场出现快速而明显的变化。季风爆发前，南海北部地区高层辐合、低层辐散，以下沉气流为主；季风爆发后，在200hPa左右高层辐散，而在900-950hPa左右低层辐合，并出现强上升气流。这种动力场的显著变化引起温度、湿度场的改变，直接导致南海对流的快速发展，对流活动伴随着剧烈的热量和水汽垂直输送和转化。

一种表征南海季风强度的指标及其与华南降水的关系

风场强度与方向的季节性变化是季风区最显著的气象要素变化特征之一。Lu and Chan(1999)利用大气低层风场,定义了一个表征南海季风强度的指数,为简单起见,只用了经向风分量,研究表明该指数与华南夏季降水有很好的相关。为了进一步验证和改进该指数,本文利用逐月NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)风场再分析资料以及华南地区的基准、基本气象站降水资料,将设计指数时允许的实际风的投影方向从规定的正北方向(即经向风),拓展为允许偏转的其他方向,以此建立改进的指数。为了更好地反应改进后的指数与华南降水的月异常之间的关系,本文引入了广义线性模型及正态分布和Gamma分布两类假设,来建立两者非线性的回归关系。结果证明,实际风在自正北方向逆时针旋转11.3°的方向上的投影与华南降水具有最好的相关性,采用这一方向上的投影可以对原指数加以改进;中国南海季风所覆盖的风场与华南降水的月异常之间有显著的非线性关系,而对降水采用Gamma分布假设的广义线性模型能够比正态分布假设得到更符合实际的回归结果。