季节内变化对东亚夏季风爆发的影响及其机理研究

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东亚夏季风系统的季节内变化,特别是作为其初始阶段的南海夏季风爆发过程对东亚地区夏季降水和气候变化有重要的影响。本文在前人研究的基础上选用850hPa纬向风和OLR作为主要因子,选取两者耦合度最高的区域作为爆发关键区,以日为单位重新定义了南海夏季风的爆发日期,在此基础上对南海夏季风的爆发过程及爆发机理做了系统的研究,得到了如下的主要结论:  (1)南海夏季风的爆发是一个动力场和的热力场耦合发展的过程。南海夏季风爆发前的一般特征包括,孟加拉湾涡旋发展,菲律宾以南的对流建立并北传,以及105°E左右越赤道气流突然建立。但同时,南海夏季风爆发特征存在年际变化:爆发早年在爆发之前在赤道地区有经向风的辐合,伴随90°E和105°E两支越赤道气流的建立与孟加拉湾涡旋底部的西风汇合促使南海夏季风爆发,而爆发晚年直至爆发当日没有建立起有利于夏季风爆发的异常环流和对流形势。夏季风爆发期间,30-60天的季节内振荡(ISO)主要表现为经向传播,南海地区的ISO主要由其南部的加里曼丹岛和爪哇海北传而来。在爆发早年的爆发当日,南海地区已为对流活跃位相,低频西风盛行南海中南部地区,而在爆发晚年的爆发当日,南海地区仍为低频东风控制,活跃对流尚未建立。而10-20天的准双周振荡(QBW)不仅有经向传播,还有明显的纬向传播特征。南海地区的QBW主要由其东南侧的赤道西太平洋向西北传播而来。与爆发早年相比,爆发晚年的QBW强度要小得多。爆发早年传至南海季风爆发关键区的低频活跃对流早于爆发晚年。  (2)南海夏季风爆发一般发生在ISO的发展位相。在南海夏季风爆发早/晚年,季风爆发处于ISO发展位相的正/负位相阶段,在南海夏季风爆发期内,ISO在整个要素的变化中占主导地位,这样,只有在ISO与气候态共同增长的情况下,即ISO的发展位相才会使得整个要素值达到阈值,使南海夏季风得以爆发。在季风爆发早年,由于爆发日早于气候态爆发日,所以在爆发日前后,气候态都处于阈值以下,只有当ISO处于发展位相的正位相的时候,整个要素值才可能达到阈值条件。而在季风爆发晚年,因为爆发日在气候态爆发日之后,所以在爆发日之前,气候态已经超过阈值,所以只要ISO有所增长,南海夏季风就可以爆发。并且,ISO的发展位相越早出现,季风爆发也就越早。反之,若一段时间内一直被ISO的衰减位相占据,南海夏季风的爆发则只能被推迟。  (3)南海夏季风的爆发过程以30-60天的季节内振荡(ISO)为主导,同时,90天以上的大尺度异常和10-20天的准双周振荡(QBW)对南海夏季风的爆发起调制作用。南海地区纬向风的变化是对外源强迫如海温异常等的响应。当90天以上强西风异常时,可以与较早到来的ISO第一个发展位相协同作用,促使南海夏季风在4月中下旬爆发。当90天以上基本气流表现为强东风异常时,对5月初到来的ISO第一个发展位相起压制作用,使得南海夏季风推迟到6月1日以后爆发,当90天以上的异常气流较弱时,主要由ISO本身决定南海夏季风的爆发日期。于此同时,强的QBW正(负)位相可以使得南海夏季风爆发提前(推迟)。特别地,由于QBW的时间尺度可以影响到季风爆发的维持,所以,在有些年份,QBW可以通过和ISO共同作用使季风爆发推迟或提前15天以上。  (4)根据预报年份前期的海温异常强迫的信号,对于月际尺度的南海夏季爆发时间的可预报性为5个月左右,即可以在上一年的11月根据赤道地区的海温异常分布在月际尺度上对南海夏季风爆发早晚作出预报。ISO位相可预报性为一个ISO波长,即40天左右的时间。利用ISO位相可以将南海夏季风的可预报性提高到40天左右。QBW位相的可预报性为一个QBW波长,即14天左右的时间,以此可以在10天内的尺度上调制爆发日期。利用QBW位相可以显著提高南海夏季风的爆发日期的预报准确率。
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