南海夏季风爆发的多尺度特征及其可预报性

【摘要】：本文使用1979-2009年美国国家环境预报中心再分析气候预测系统(CFSR)的日平均资料,确定了1979-2009年每年南海夏季风爆发的具体日期,分析了南海夏季风爆发早晚年环流降水场的差别,以及准双周和30-60天周期季节内振荡对季风爆发早晚的贡献;揭示了厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)冷暖位相和太平洋年代际涛动(PDO)正负位相不同组合海温异常分布背景下,太平洋海温年际年代际变化对南海夏季风爆发早晚的影响和可能的物理机制,并在此基础上定义了南海夏季风爆发早晚的预测指标,对2010年南海夏季风做出预报检验其有效性。具体结论如下。 南海夏季风爆发偏早年,季风爆发前热带东印度洋出现横跨赤道两侧气旋式涡旋对异常,并逐渐向两极分离,而热带西太平洋一直处于对流活跃的状态。当赤道北侧异常气旋北移到孟加拉湾,其南侧西风和菲律宾以东异常气旋南侧的西风连接贯通,使得南海低空西南风加强,导致南海夏季风爆发。南海夏季风爆发偏晚年,季风爆发前阿拉伯海附近出现异常气旋,而热带东印度洋并没有显著的气旋式涡旋对分布,赤道西太平洋异常东风一直延伸到印度洋,季风环流较弱。最为显著的环流特征是西北太平洋低空被异常反气旋占据,说明西太副高在季风爆发前较强使得南海季风爆发偏晚。 季节内振荡在南海主要以准双周和30-60天的周期为主。南海夏季风爆发早晚年,季风爆发前30-60天季节内振荡对流活动在赤道地区的传播有很大区别,主要表现在对流传播方向和形成源地的不同;然而季风爆发前准双周振荡在赤道均以从赤道西太平洋向赤道印度洋的向西传播为主。夏季风爆发早年,季风爆发前30-60天季节内振荡对流降水在赤道中东印度洋出现,并形成横跨赤道两侧的气旋式涡旋对,随后分别向南北分离,同时对流沿赤道向东传入海洋大陆和西太平洋;对流降水形成从孟加拉湾经中南半岛和海洋大陆到赤道西太平洋的西北-东南向分布。赤道西太平洋对流向西北传入南海,南海气旋式环流形成夏季风全面爆发。爆发晚年季风爆发前30-60天季节内振荡对流降水在赤道西印度洋出现并向东、向北扩展,气旋涡旋对横跨赤道东印度洋,且北半球气旋向北移动;赤道对流东传到海洋大陆和西太平洋,形成从阿拉伯海、孟加拉湾经中南半岛和海洋大陆到赤道西太平洋的西北-东南向分布的对流活跃带。赤道西南太平洋对流降水向西北传入南海,南海夏季风全面爆发。季风爆发早年,季风爆发前准双周振荡在赤道东印度洋出现横跨赤道两侧的气旋式涡旋对,与对流加热所激发的Rossby波极为相似。季风爆发时赤道东印度洋气旋式涡旋对转变为反气旋对。季风爆发晚年,准双周振对流在南海地区随时间演变特征以南北向的传播为主,在季风爆发前后有明显的从中国华南地区向南的传播和从赤道向北的传播,两者在南海汇合加强,可能对南海夏季风爆发起到触发作用。 南海夏季风爆发时间年际年代际变化与太平洋海表温度的分布密切相关,特别是与ENSO和PDO的位相配置有关。当Nino3.4指数处于正位相,PDO指数也处于正位相,即两者处于正的同位相,热带西太平洋海温负异常得到加强,与此相关的异常反气旋也将从前一年冬季持续到初夏。因此,西北太平洋副热带高压加强,且持续较长时间,在初夏依然占据南海和中南半岛,导致南海夏季风爆发偏晚。如果PDO指数处于负位相,受其影响赤道中东太平洋SST正异常有所削弱,而热带西太平洋SST负异常也有所减弱,这主要取决于Nino3.4指数的强度和PDO负位相强度的对比,这也使得南海夏季风爆发异常偏早偏晚的可预报性降低。当Nino3.4指数为负位相,同时PDO指数也处于负位相,那么热带西太平洋以及菲律宾海域的海温暖异常得到加强对流活跃,进而使得西太副高较弱,导致夏季风爆发偏早。 根据南海夏季风爆发时间和海温距平的相关场,定义热带西太平洋海温距平指数和赤道中太平洋海温距平指数。通过对季风爆发早晚年和正常年的分析对比,定义客观标准(1)西太平洋海温距平指数和赤道中太平洋海温距平指数从前一年秋季9月到季风爆发前3月份基本保持相反的位相,并且西太平洋海温距平指数没有发生正负位相转换;(2)西太平洋海温距平指数从前一年9月到该年3月这7个月的月平均指数的绝对值大于等于0.2;(3)满足(1)(2)条件后,当西太平洋海温距平指数和赤道中太平洋海温距平指数分布在第二象限,则南海夏季风爆发可能异常偏晚,而当两者位于第四象限时南海夏季风爆发可能异常偏早。(4)当两个指数位于第一和第三象限时季风可能正常时间爆发,而满足条件(1)但不满足(2)时季风正常时间爆发的可能性较大。并对2010年和2011年南海夏季风爆发早晚做出了合理预测。