2006年南海夏季风爆发过程数值模拟

本文用中尺度模式MM5V37对2006年南海（SCS）夏季风爆发过程进行了数值模拟。结果表明，模拟结果很好的反映了此次季风爆发的过程及与季风爆发相伴台风演变过程。从而证明了通过台风的协助，南海上空的季风风场和水汽通道的建立，南海夏季风建立的过程。     

南海夏季风爆发迟早的影响因子分析

本通过统计分析、合成分析和相关分析，探讨了影响南海夏季风爆发迟早的因子。研究发现，这些因子包括海温的变化，热带地区对流的活动以及大气环流的形势等，它们在南海夏季风爆发早晚年间存在着很大的差异。     

西南印度洋海温异常影响亚洲夏季风爆发的数值试验

利用中国科学院大气物理研究所的9层大气环流模式(IAP9—AGCMⅡ)作了西南印度洋海温月异常对亚洲夏季风爆发影响的数值试验。试验结果表明，当该海域1—3月份的海温出现异常增暖时，印度夏季风和东亚夏季风的爆发均较平常晚，反之，二者的建立均较平常早；该海域1—3月份的海温异常对亚洲季风区的降水也有明显的影响。     

春季南海南部上混合层数值模拟与数值实验

采用一维湍动能模式对南海南部的SST及混合层进行数值模拟和数值试验。结果表明：TKE模式能够模拟南海部的海表面温度SST以及除南海南部5月中旬以外的上混合层深度随时间变化基本特征。在5－6月,SST的日振荡主要依赖于短波辐射的日变化,风的混合作用抑制了SST的日周期振荡。春季夏季风爆发期间,南海海面潜热通量和感热通量与短波辐射和风应力相比较,是一个对SST的混合层影响较小的量。在春季南海部,短波辐射作用能使SST升高的最大值约为4℃;潜热和感热通量能使SST的下降的最大值为3℃。风应力对南海混合层深度随时间变化趋势起着决定的作用,并能使其深度加深20－30m,而短波辐射则使混合层的深度变浅2－3m,潜热和感热通量会使混层的深度加深1－2m。在春季南海南部,热通量对混合层深度的影响与风应力相比要小得多。     

中国东部城市下垫面变化对南海夏季风爆发影响的数值模拟

本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)开发的公用大气环境模式(CAM5.1)进行了中国东部大规模城市下垫面变化对南海夏季风爆发影响的数值模拟研究.结果表明:CAM5.1模式能够很好地模拟出东亚夏季风系统季节演变过程中大尺度环流场和降水分布的变化.敏感性试验结果表明中国东部大规模城市群的发展会使得南海夏季风提前1侯爆发;控制试验中5月中旬南海地区东南风向西南风的转变,以及降水量激增现象的出现,均较无城市试验中提前.同时,城市化快速发展阶段与南海夏季风爆发的年代际变化存在时间段的吻合,初步推断城市下垫面发展可能是1993年之后南海季风提前爆发的原因之一.对南海季风爆发影响的原因分析可以看出,城市化引起的下垫面物理属性变化,使得从春至夏的季节转变中,东部(110°-120°E)中高纬度陆地对大气的感热加热增强,减小了海陆之间的热力对比,加快陆地低层大气降压,从而引导南海季风提前爆发.     

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。     

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。     

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。     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水异常变化的联系

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,分析南海夏季风爆发异常情况下大气结构的变化特征,讨论华南冷空气活动、前汛期锋面降水情况与南海夏季风爆发异常之间的关系。结果表明:①南海夏季风爆发日期的异常变化主要取决于低层纬向风变化。②200 hPa以下对流层温度经向梯度逆转较早(晚),并且有(无)从上往下逐渐传播的变化趋势,则南海夏季风爆发偏早(晚)。③华南春季冷空气活跃(不活跃),降水偏多(偏少),南海季风爆发偏早(晚)。④综合提出了一个关于华南冷空气活动、锋面降水与夏季风爆发之间关系的物理概念模型。     

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。     

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.     

南海夏季风建立日期的预报研究

利用1958-2001年ECMWF和1948-2006年NCEP的全球再分析气象资料,研究南海夏季风爆发迟早与前期气象要素场之间的关系。结果表明,南海夏季风建立日期与当年2月份全球风场(u、v、ω分量)、位势高度场、气温场等气象要素场之间都存在显著相关区。把各要素场中的显著高相关区视为影响季风建立日期的关键区,并定义关键区内的要素平均值为建立日期的预报因子,从中选取10个与建立日期关系最为紧密的预报因子建立预报方程,对季风建立日期进行预测。分析发现,有10个预报因子与季风建立日期有密切联系,对季风爆发迟早有一定的指示能力和预测作用。最后,经过SAS系统的分析和试验选择最好的回归预测方案,利用10个预测因子建立南海夏季风建立日期回归预报方程(简称回归预报方程)。对回归预测方程进行回报实验发现,拟合得到的南海夏季风建立日期与许多学者确定的建立日期之间的相关系数都达到95%以上的置信度,拟合误差基本控制在2候以内,有一定的预报能力。可以说,该方法是作为预报南海夏季风爆发迟早的一种新的尝试。     

澳大利亚高压对南海夏季风爆发前期的影响

利用NCEP/NCAR的在分析资料,分析了1948～2004年期间澳大利亚（以下简称澳高）的年变化和日变化及其对南海夏季风的影响。结果显示在澳高强弱年这种影响有着不同的结果：在年际变化中,澳高与南海夏季风的相关性在澳高弱年明显大于强澳高年;而日变化中,澳高与南海夏季风的相关性在澳高弱年为正,澳高强年则为负。进一步研究表明,造成这些现象的原因大致可以归为：强弱澳高年,越赤道气流的通道变换;西太平洋副热带高压（以下简称副高）的位置偏向;马斯可林高压（以下简称马高）的作用的叠加效应.这些作用对于南海夏季风的重要组成部分：越赤道气流产生了重要影响,从而影响了南海夏季风的强度。     

南海夏季风活动激发的大气遥相关型

北半球夏季,南海地区是全球大气热状况变化最为激烈的区域之一,而南海夏季风则是该地区最为活跃的天气事件,它的演变必将导致其它地区大气环流的响应．通过相关计算、合成分析等手段,揭示与南海夏季风活动相关联的北半球大气遥相关型的存在．该波列状的遥相关型与东亚地区相连,经北太平洋延伸至北美西岸．最高的相关位于西太平洋副热带高压区域,因而它可能对我国旱涝天气产生重要影响．     

热带气旋与南海季风的相互作用

通过个例分析和历史统计, 对热带气旋与夏季南海季风的相互作用进行了研究, 揭示了热带气旋活动导致南海低空急流增强的机制。在个例分析中, 以0604 号热带气旋 “碧利斯”为例, 利用中尺度数值模式 MM5 进行了多组数值模拟实验。结果表明, 强盛的西南季风使热带气旋登陆的维持时间变长, 对热带气旋的降水有显著的增幅作用; 与此同时, 热带气旋对西南季风的作用也不可忽略。在热带气旋登陆过程中引发的一系列中尺度对流系统, 会使得南海上空低层大气的气压梯度力增大, 导致南海季风中低空急流增强。最后, 对 1950?2009 年具有与 “碧利斯”相似路径的30 个热带气旋进行了统计, 发现其中80% 的热带气旋活动伴随着南海区域低空风速的正异常。     

基于GIS/RS的东海南部渔场海表温度与中上层鱼类渔获量的关系

根据1998～2005年东海区渔获数据以及同期NOAA/AVHRR资料反演的海表温度数据,分析了我国东海南部中上层渔获量与海表温度和梯度的关系。该区域的渔汛在7～9月,捕捞量约占全年的87.9%。渔区温度集中分布在27.5～30.0℃,温度梯度主要分布在0.5～3.0,1.5～2.0为鱼类最适范围。在该研究海域,反映出渔获量随温度升高而增加,渔获量高值所对应的平均温度较高而温度梯度则相对较低。该区域温度与渔获量比温度梯度与渔获量的相关性略低,可见,温度梯度对东海南部的渔业资源有着更重要的影响。但是,两者的相关性都不明显,这是因为影响鱼类资源的因素除了表温外,还有底层的温度、盐度及饵料生物量等多种环境因子。文中的计算都是在自主开发设计的"海洋渔场渔情分析预报软件系统"中进行。     

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     

南海西南季风爆发的预测研究

利用多个气候场的主分量因子通过相关分析筛选 ,而后进行逐步回归预报。求得南海西南季风爆发的日期与高度场、海温场等因子场的主分量之间的联系。结果表明 ,南海夏季风爆发日期 (196 7- 1997)与上述主分量因子之间有较密切的关系 ,由 9个主分量因子组成的预报方程 ,通过α =0 0 1显著性检验 ,其方程复相关系数为 0 9392。其平均拟合误差为 2 896 ,试报 1998年南海北部和南部西南季风爆发的日期为第 135 6 9d (5月 16日 )和第 138 5 3d (5月 19日 ) ,与SCSMEX的观测结论 1998年南海北部夏季风爆发 (5月 17日 )的日期仅差 1d ,南海中南部夏季风爆发 (5月 2 5日 )的日期相差 6d。由此可见 ,利用相关和回归方法用因子场的主分量作为因子预报南海北部夏季风爆发的效果比较好 ,南部则相对较差。另外 ,研究发现南海北部夏季风爆发主要与海温场的影响有关 ,高度场对南海南部夏季风爆发影响较大 ,且厄尔尼诺与南海南部西南季风爆发偏晚有关 ,但与南海北部西南季风爆发关系不大。可以说 ,这一方法是对南海夏季风爆发预报的一种新的尝试。