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。

局地海陆热力对比对南海夏季风爆发影响的数值试验

使用s-p区域气候模式,通过两组海温异常下的数值试验和2个理想试验来初步探讨南海与中南半岛局地海陆热力对比对南海夏季风爆发的影响。结果表明:冬春季南海海温增暖使南海高低空均呈现出有利于季风环流形成的形势,促进南海夏季风的爆发;冬春季南海海温变冷的作用则基本相反。南海地区局地海陆热力对比是南海夏季风爆发的可能原因之一,这种局地的海陆热力差异叠加在大尺度的海陆热力差异作用之上,对南海季风在南海地区突发性爆发特征的形成起了一定的促进作用。

黑潮地区海温影响南海夏季风爆发日期的数值试验

采用合成分析和相关分析等方法讨论了季节转换时期 ( 4～ 6月 )黑潮地区海温异常对南海夏季风爆发时间和西太平洋副高位置与强度的影响。数值模拟结果进一步表明 ,该地区海温正异常将导致西太平洋副高位置偏南 ,强度偏强 ,南海夏季风建立较晚 ,强度偏弱 ,江淮流域偏涝 ;反之亦然。

南海-热带东印度洋海温异常对南海夏季风影响的数值试验

用低阶大气环流谱模式就前期冬春季南海-热带东印度洋(10 oN～15 oS, 90～120 o E) 海温异常对南海夏季风的影响进行了数值试验。结果表明, 当南海-热带东印度洋海温异常偏暖时,其南北两侧大气低层出现异常气旋性环流,高层出现异常反气旋性环流,其东西两侧, 在南海-热带西太平洋大气低层出现强大的异常辐合,高层出现强大的异常辐散;在热带西印度洋大气低层为明显的辐散,高层为明显的辐合,得到了与Gill理论相一致的结论。此时大气低层赤道两侧异常气旋性环流阻挡了赤道索马里越赤道SW气流进入南海, 加强了赤道西风, 并明显减弱了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾以东的异常反气旋性环流加强了西太平洋副热带高压, 使其位置偏南偏西, 同时大气高层印度洋上空的异常东风加强了南亚高压, 从而导致南海夏季风强度减弱, 爆发可能推迟。在南海-热带东印度洋海温异常偏冷时,大气低层赤道两侧异常反气旋性环流减弱了赤道索马里越赤道SW气流, 加强了澳大利亚越赤道SW气流,菲律宾东北部的异常气旋性环流不利于其东侧的副热带高压发展, 同时大气高层印度洋上空的异常西风减弱南亚高压强度,有利于南海夏季风加强, 爆发可能提前。

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。

南海夏季风持续异常的特征及其对全球环流的影响II.数值试验

利用T42L9全球大气环流谱模式进行数值试验 ,以揭示南海夏季风强度异常的特征及其影响。控制试验结果表明 ,该模式不仅能够很好地模拟出气候平均的西风带槽脊和高低空气流分布以及它们的季节性变化 ,而且对于与亚洲季风有关的各个主要系统 ,如南亚高压、副高进退及越赤道气流等都有较强的模拟能力。在亚洲季风区及热带太平洋这一大范围区域的大气内部热源异常强迫下 ,模式显示出了南海夏季风持续异常的特征、北半球热带外环流的响应以及亚洲季风区降水异常分布。南海夏季风长时间强度异常所引起的大气内部热源异常 ,一方面通过三维垂直环流的异常联结着南海夏季风对北半球热带内外环流的影响 ,另一方面它又通过持续异常期的波列传播 ,即能量的传播 ,不仅影响我国长江流域降水 ,还会逐渐影响到北半球中高纬环流结构。这样西风带环流形势将会发生相应的变化和调整 ,南海夏季风持续异常影响到了北半球大气环流和天气气候的变化。

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了 １９８６年南海夏季风爆发的环流演变特征，由经向风速剖面图看出，南风首先在中南半岛迅速加强，然后向南海发展，南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明，地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的，包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程，单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。

南海季风试验

目前,全球有60%以上的人口生活在季风区,季风活动造成的干旱和洪涝,直接影响该地区的经济建设和社会发展。中国处于亚洲季风区,每年的天气气候深受季风活动的影响。如夏天,特别是在每年5—9月的汛期,中国大范围的降水分布、降水带移动以及旱涝灾害,在很大程度上受夏季风控制。1991年梅雨季,发生在江淮地区持续两个月的特大暴雨和洪涝。

南海夏季风建立的数值模拟试验

利用中国科学院大气物理研究所全球谱模式(T42L9)对南海夏季风建立的过程进行了数值模拟试验.试验结果表明:通过青藏高原的动力作用和东南亚地区强大的潜热加热产生印度洋上跨赤道的偏南辐散风、高原南侧的偏西辐散风、高原东侧的偏北辐散风和西太平洋上的偏东辐散风,这4支散度流加强南海海域大尺度低空辐合,南海的雨季和西南季风爆发.

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(J MA)再分析资料进行对比分析。结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致。

初夏南海季风低压发展的数值试验

本文用热带有限区域σ—坐标六层初始方程数值预报模式对1979年6月下旬一次南海季风低压的发展过程进行了数值模拟,试验结果表明,本例南海季风低压的发展对大地形不敏感,与南海台风的数值试验结果不同.削减湿度场的试验表明,季风低压的发展与大气中水汽含量密切相关,湿度减小,季风低压发展缓慢甚至发展不起来.积云对流过程及其潜热的释放对季风低压发展有显著影响,它使得低压区的上升运动加强.改变低压南侧的西南风强度,导致水汽及能量输送的减小,不利于低压的发展.低压的发展主要由积云对流所驱动.

南海季风试验综述

介绍了以中国科学家为主力、在我国及其周边地区开展的第1次大型的国际性大气-海洋科学试验——南海季风试验(1996—2000年)。该试验研究有助于揭示大气活动及其与水圈间相互作用的内在规律，不断提高我国重大灾害性天气气候预报的准确率和服务水平，显著增强气象防灾减灾能力；同时，南海季风试验研究中所揭示出的一些新的科学认识，对全球能量和水份循环试验计划这一世界性的重大气候研究也具有重要意义。

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。

夏季风爆发对南海南北部低空大气波导的影响

大气波导是对流层中具有异常垂直大气折射率梯度的大气层结,对于预测电磁波传播和评估海上探测通信系统等具有重要的科学意义和应用价值。根据1998年南海季风试验期间,东沙岛、南沙岛探空站和"实验3号"、"科学1号"科考船在加密观测期间观测的1天4次高分辨率探空数据,统计分析了夏季风前后南海除了蒸发波导外的低空大气波导发生规律,结果表明夏季风爆发对于南海低空大气波导特征具有重要影响。总体上,大气波导发生概率在夏季风爆发前较高,爆发后较低;夏季风爆发前后,大气波导发生概率在南海北部变化较大(约12%),在南海南部变化较小(约10%)。夏季风爆发抬升了南海北部大气波导层高度,降低了南海南部大气波导层高度,其幅度都小于300m;南海夏季风爆发后,除了南海北部大气波导强度略有增强外,南海低空大气波导厚度和强度都有所减少,其中南海南部减少较多,分别约为40m和1M单位。分析显示,湿度锐减是引发南海低空大气波导的直接原因,夏季风爆发向南海低层大气输送了大量暖湿水汽,形成了不同的大气边界层,造成了南海大气波导特征的南北差异。

季风期间南海低空大气波导统计分析

根据1998年南海季风试验期间南海部分探空站、‘科学1号’和‘实验3号’观测的每天4次的高分辨率探空资料,引入截止波长判断式,统计分析了南海季风期间较强大气波导发生规律及时空分布特征。结果表明:季风期间南海较强大气波导的发生概率为30%左右,从北到南逐渐增加,波导层结高度逐渐降低,70%以上发生在1km高度之内;大气波导发生概率和层结高度呈现‘低-高-低’的日变化趋势,夜晚发生波导概率较高,深夜波导层结高度最低,比较稳定。

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。

关于南海夏季风建立的大尺度特征及其机制的讨论

使用１９９８年南海季风试验期间高质量资料和 ＮＣＥＰ／ ＮＣＡＲ ４０年再分析资料分析了南海季风建立前后的大尺度环流特征和要素的突变及爆发过程。发现南亚高压迅速地从菲律宾以东移到中南半岛北部，印缅槽加强，赤道印度洋西风加强并向东向北迅速扩展和传播，以及相伴随的中低纬相互作用和西太平洋副高连续东撤是南海夏季风建立的大尺度特征，与此同时，亚洲低纬地区的南北温差和纬向风切变也发生相应的突变。数值实验结果指出，印度半岛地形的陆面加热作用在其东侧激发的气旋性环流对于印缅槽的加强有重要作用，并进而有利于南海夏季风先于印度夏季风爆发。

南海季风区冰相相变潜热对中尺度对流云和降水影响作用的数值模拟研究

利用可分辨云模式及中国南海北部试验区加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场模拟分析了1998年5月15日至6月11日中国南海北部地区中尺度对流系统(Mesoscal Convective System,简称MCS)中冰相相变潜热对云和降水、辐射传输以及大尺度环境场的影响作用。研究表明,冰相相变潜热总体上不会引起明显的大气辐射通量的变化,但会引起较明显的下垫面热通量的变化。凝华潜热释放显著地增加了大气稳定度,造成对流和下垫面热通量的减弱,从而导致地面降水减小10.11%。碰冻潜热释放也使得大气稳定度增加,不利于中尺度对流系统对流的发展,区域累积降水量减小2.2%。融化潜热的冷却效应,使得融化层以下的大气降温,从而增加了低层大气的不稳定性,有利于海面热通量的输送,导致MCS降水增加4.1%。因此,冰相相变潜热对降水的影响主要是通过影响大气环境稳定,进而影响洋面感热通量和潜热通量的垂直输送和对流的发展,导致区域降水改变。

东亚下垫面热力异常与南海夏季风爆发早晚和强弱的关系

根据湿位涡(MPV)定义的南海季风爆发时间序列,选出了南海季风爆发的早晚年和强弱年,利用EOF分析了早晚年地表温度和海表温度时空变化的差异,并分别对南海夏季风爆发早晚年和正常年进行了数值模拟。结果发现,在18—28候地表温度在40°N以北东部地区较高,西部地区较低,我国东部沿海地区和印度半岛的地表温度增温较快,以及台湾附近海域的海表温度较低,都会使南海夏季风提前爆发。通过对强弱季风年潜热通量和感热通量的合成分析发现,冬季感热和潜热在强弱年的主要差异在海洋上和近海地区,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。春季的差异往往与冬季的分布相反。冬、春季下垫面热力异常引发的海陆热力差异的变化对南海季风爆发早晚和强弱有重要的影响。

南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征

根据南海季风试验期间“科学１号”和“实验３号”在加密观测期间所得到的１天４次的探空观测资料，分析了南海季风爆发前后大气层结和混合层的演变特征。结果表明：（１）南海北部季风爆发的日期是５月１７日，而南海南部季风爆发的日期是５月月～２２日左右，季风爆发在南海北部表现出与南部明显不同的特征，其突然的爆发性更为显著。（２）南海季风爆发前后，混合层高度的变化在南海南部与南海北部有明显的不同。在季风爆发前，都存在着明显的混合层，但其厚度不同。南海南部混合层的高度变化在 ９３０～９７０ ｈＰａ范围内，而南海北部偏高，约为 ９００～９８０ ｈＰａ。随着季风的爆发，混合层厚度减小，甚至消失。（３）南海季风爆发前后对流层中低层表现出明显不同的层结结构。季风爆发前，空气比湿较小，大气稳定，混合层顶高度较高，在对流层中存在一个明显的干层。随着季风的爆发，干层逐渐减弱，或趋于消失。这主要是由于季风爆发后，西南季风把大量暖湿空气输送到南海地区，对流活动增强，大气呈现不稳定层结并伴有降水发生的结果。