闕志萍 李崇銀

1 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室,北京 100029

2 中國科學院研究生院,北京 100049

3 解放軍理工大學氣象學院,南京 211101

亞洲兩個季風區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的比較分析

闕志萍1,2李崇銀1,3

1 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室,北京 100029

2 中國科學院研究生院,北京 100049

3 解放軍理工大學氣象學院,南京 211101

本文利用ECMWF逐日再分析資料 (1961～2000年),主要從結構和水平傳播包括經(jīng)向傳播和緯向傳播方面對南海和南亞兩個季風區(qū)的30～60天振蕩進行了比較分析。研究結果發(fā)現(xiàn),兩個季風區(qū)的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩都存在明顯的年際變化,但并沒有出現(xiàn)同相或反相的變化關系。兩個季風區(qū)ISO在結構上既有相似的地方也有不同點,在垂直結構上都有“斜壓”特征,但南海大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的風場和溫度場隨高度西傾都要比南亞地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩更明顯;在水平結構上南海低頻 (30～60天)季風槽也要比印度低頻季風槽顯著。另外以1996年夏季為例比較分析了兩個季風區(qū)的大氣ISO的經(jīng)向傳播和緯向傳播特征,結果發(fā)現(xiàn)兩個季風區(qū)ISO在經(jīng)向上的傳播都是在5月初開始,且以向北傳播為主,但在南海季風區(qū)向北傳播開始的時間比在印度季風區(qū)要稍早,起始緯度更高,北傳到達的緯度更低,傳播特征也不如印度季風區(qū)典型。緯向傳播上在不同時間傳播特點不同,傳播方向也不同。但無論是向東還是向西傳播,南海地區(qū) ISO相對比南亞地區(qū)的ISO要強,傳播速度也相對要快一些。

季節(jié)內(nèi)振蕩 (ISO) 南海和南亞季風區(qū) 比較分析 結構 傳播

1 引言

季節(jié)內(nèi)振蕩 (Intraseasonal Oscillation,簡稱ISO)是重要的大氣環(huán)流系統(tǒng)之一,不少研究已表明它的活動對天氣氣候變化有著重大的影響,尤其是在熱帶和副熱帶地區(qū)。因此,自20世紀70年代初發(fā)現(xiàn)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩以來,國內(nèi)外已經(jīng)對其進行了一系列的研究 (Madden and Julian,1971,1972;Krishnamurti and Subrahmanyan,1982;Murakami et al.,1984;Lau and Chan,1985;李崇銀,1990,1995;董敏和李崇銀,2007)。關于大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的結構特征,分析發(fā)現(xiàn)熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩在垂直方向上主要表現(xiàn)為“斜壓”結構特征,其緯向風和溫度隨高度有明顯西傾現(xiàn)象,以致對流層上層和對流層下層呈反相的特征。然而,中高緯度的大氣ISO卻有典型的正壓垂直結構特征,其高度場(溫度場)和風場擾動在對流層上層和下層呈一致的分布形勢。由于熱帶大氣ISO實際上是多尺度的,但主要表現(xiàn)為1波擾動,所以其水平結構特征也就主要表現(xiàn)為東西向的“偶極子”特征,而中高緯度的大氣ISO不僅主要為2波和3波的擾動,其水平結構更多地表現(xiàn)為Rossby波列 (即低頻波列)的特征。關于大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的傳播,主要分為緯向傳播和經(jīng)向傳播。北半球熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩多表現(xiàn)出向東移動的緯向傳播特征,而在赤道以外的副熱帶大氣中,季節(jié)內(nèi)振蕩更以西傳為主;而經(jīng)向傳播則存在地域和季節(jié)性的差異,東亞地區(qū)夏季在30°N以南大氣季節(jié)內(nèi)振蕩主要表現(xiàn)為從赤道向北傳播,在30°N以北主要表現(xiàn)為向南傳播;東亞地區(qū)冬季大氣季節(jié)內(nèi)振蕩主要是向南傳播。

亞洲季風是由南亞 (印度)季風和東亞季風這兩個相關但又各具特色的子季風系統(tǒng)所組成。Tao and Chen(1987)指出南海夏季風不僅是東亞季風的重要組成部分,而且對印度季風和東亞夏季風的建立起著重要作用;亞洲季風首先在南海爆發(fā),然后分別向西北和北方擴展,使其印度夏季風和東亞夏季風逐漸建立。1980年代初,Yasunari(1980)發(fā)現(xiàn)印度季風區(qū)的云量也有30～40天的周期變化,這不僅又一次證實了30～60天振蕩的存在,而且將熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩同季風活動聯(lián)系了起來。通過對 MONEX(Monsoon Experiment)資料的分析,Krishnam urti and Subrahmanyan(1982)發(fā)現(xiàn)印度季風區(qū)的槽脊活動也有30～50天的振蕩和向北傳播的特征;Murakami et al.(1984)、Murakam i and Nakazawa(1985)的研究不僅揭露出亞洲季風區(qū)季節(jié)內(nèi)擾動風場和位勢高度場的東傳和向北移動特征,而且提出了擾動能量頻散問題;Li Chongyin(1985)從動力學上研究了熱帶大氣ISO的產(chǎn)生機制以及季風槽向北傳播和擾動向西頻散能量的原因。這樣,大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的研究從20世紀80年代開始得到蓬勃開展,不僅把大氣30～60天振蕩作為大氣運動的準周期變化現(xiàn)象,而且視其為大氣運動的一類實體 (系統(tǒng))。

其后國內(nèi)外學者對南海季風的季節(jié)內(nèi)振蕩進行了不少研究 (Li Chongyin,1985;Sumathipala and Murakami,1988;Chen and Xie,1988;李崇銀,1990;Huang,1994;何金海和丁一匯,1996;林愛蘭,1998;琚建華等,2005),對其基本特征和性質已有相當?shù)慕沂竞驼J識。南海季風區(qū)和南亞季風區(qū)都處于熱帶,因此南海和南亞大氣季節(jié)內(nèi)振蕩都具有熱帶ISO的特點,但與赤道附近的大氣MJO有一定的差異。同時,由于兩個季風區(qū)本身的性質及各種因素的綜合作用,又使得這兩個季風區(qū)的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩存在不同的特點。以前分別對亞洲兩個季風區(qū)大氣ISO本身的研究比較多,但是對于南海季風區(qū)和印度季風區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的比較研究相對較少,因此本文將從大氣ISO的結構和傳播特點出發(fā),對南海和南亞地區(qū)的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩進行比較分析,希望能更深入地揭示和認識兩個季風區(qū)的大氣季節(jié)內(nèi)振蕩。

本文第2節(jié)是所用資料和方法說明,第3節(jié)是南海和南亞季風區(qū)大氣ISO的年際變化特征,第4節(jié)是南海和南亞大氣季節(jié)內(nèi)振蕩垂直結構和水平結構的對比,第5節(jié)是南海和南亞大氣季節(jié)內(nèi)振蕩經(jīng)向傳播和緯向傳播的比較,最后是結論和討論。

2 資料和方法說明

本文所用的資料有歐洲中心1961～2000年逐日再分析資料 (分辨率為2.5°×2.5°),包括溫度、位勢高度、水平和垂直風速,以及1975～2004年OLR逐日資料。

在分析研究中已將閏年的2月第二十九天剔除,即2月全部為28天。分析選取了兩個區(qū)域,其中南海地區(qū)為 (10°N～20°N,105°E～120°E),南亞地區(qū)為 (5°N～25°N,60°E～100°E)。文中用到了Morlet小波分析,帶通濾波和合成技術,帶通濾波使用的是一維Butterwo rth函數(shù)。參照Mao and Chan(2005)的方法,對某一波動過程f(t),根據(jù)其振幅的大小和對應時間t的位置,可以在一個波動周期中定義8個位相。其位相3和位相7對應振幅的波峰和波谷,分別為波動的正位相和負位相;位相1是波動由負位相向正位相的轉變位相,位相5是波動由正位相向負位相的轉變位相;位相2、4、6和8為振幅達到極值振幅一半所對應的位置。本文的合成分析都是對大氣ISO的相同位相進行的,不會出現(xiàn)不同位相間人為“正負相抵”的情況。

3 南海和南亞季風區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的年際變化特征

關于如何表征夏季風活動,人們根據(jù)不同的研究目的,用不同的要素定義了許多種南海季風指數(shù)和南亞季風指數(shù)。例如,Webster and Yang(1992)用200 hPa和850 hPa緯向風的差來定義南亞季風指數(shù);謝安等 (1997)用南海區(qū)域平均OLR及緯向風來定義南海夏季風的爆發(fā)和活動;李崇銀和張利平 (1999)基于南海夏季風環(huán)流的最基本特征,用對流層上下層散度差來描寫南海夏季風,既能同時考慮經(jīng)向風和緯向風,又能反映對流活動的一定特征;吳尚森和梁建茵 (2001)根據(jù)850 hPa西南風的大小簡單定義南海夏季風指數(shù)。本文為了提取季風指數(shù)的季節(jié)內(nèi)振蕩,因而選用了區(qū)域平均850 hPa西南風作為南海季風指數(shù),而南亞季風指數(shù)選用了Webster-Yang指數(shù) (Webster and Yang,1992),兩者統(tǒng)一起來即可寫成:

其中,對于南海夏季風指數(shù),V為南海地區(qū)850 hPa上夏季全風速在西南方向上的投影,即而對于印度季風指數(shù),V=u(850 hPa)-u(200 hPa)。

為了提取出南海夏季風和印度夏季風 ISO的主要周期,根據(jù)上述季風指數(shù)定義的公式計算出1961～2000年南海地區(qū)和印度地區(qū)逐日季風指數(shù),并對其進行小波分析。南海地區(qū)夏季風季節(jié)內(nèi)振蕩主要以30～60天和15～25天為主要振蕩周期,但是在不同年份,兩個主要周期的強度存在很大的不同,而印度地區(qū)夏季風振蕩主要以30～60天振蕩周期為主導。

將南海地區(qū)季風指數(shù)和印度地區(qū)季風指數(shù)進行30～60天濾波,可得出兩地區(qū)帶通濾波的解釋方差圖 (圖1)。將1961～2000年每年的30～60天濾波后的南海季風指數(shù)序列濾波后的南海季風指數(shù)序列同原序列做相關分析,用相關系數(shù)的平方來表示30～60天濾波后的南海季風指數(shù)序列方差占原始南海季風指數(shù)序列的方差的比例,得出南海季風指數(shù)30～60天帶通濾波的解釋方差圖 (圖1a)。按同樣的方法可以得出印度季風指數(shù)30～60天帶通濾波的解釋方差圖 (圖1b)。從圖1中可以看出,無論是南海地區(qū)還是印度地區(qū)的30～60天振蕩,都存在明顯的年際變化。

為了提取出振蕩較強年,將兩地區(qū)30～60天振蕩解釋方差標準化后大于0.5的年份作為振蕩強年。因此,可得出南海地區(qū)30～60天振蕩強年為:1967、1969、1972、1973、1974、1975、1978、1979、1984、1985、1992、1996年共 12年;印度地區(qū) 30～60天振蕩強年為:1961、1962、1964、1968、1978、1979、1982、1985、1986、1987、1996、1997、1998、2000共14年。

從圖1中兩個季風區(qū)30～60天振蕩曲線的比較還可以看到,亞洲兩個季風區(qū)大氣ISO的年際變化既沒有明顯的同相變化關系,也不存在明顯反相變化關系。這在一定意義上是兩個季風系統(tǒng)獨立性的反映,我們難以用某個季風系統(tǒng)ISO的強弱來推斷另一個季風系統(tǒng)ISO的強度變化。為了揭示夏季單獨南海區(qū)域強弱ISO年和印度區(qū)域ISO強弱年的各自特征,選取了南海和印度地區(qū)各自振蕩強年的大氣ISO動能來做合成,排除掉兩個地區(qū)都是振蕩強年的1978、1979、1985及1996年4年,則南海地區(qū)為 1967、1969、1972、1973、1974、1975、1984、1992年共8年,而印度地區(qū)為1961、1962、1964、1968、1982、1986、1987、1997、1998、2000年共10年。同理,排除掉兩個地區(qū)都是振蕩弱年1980、1988、1993和1995年4年,南海地區(qū)單獨弱年為1961、1964、1966、1968、1971、1976、1981、1989、1990和1995年共10年,而印度地區(qū)振蕩弱年為1965、1967、1969、1974、1992和 1999共 6年。表1中給出了單獨南海區(qū)域及印度區(qū)域夏季強弱ISO年的850 hPa大氣ISO動能合成的平均值,從表1可以清楚看到,無論是南海地區(qū)ISO動能強年還是弱年,印度地區(qū)的ISO動能都沒有很大的變化,而印度地區(qū)ISO動能強弱年不同時,南海地區(qū)ISO動能區(qū)卻有很大的變化。這說明南海地區(qū)ISO動能強弱年與印度地區(qū)ISO關系不大,而印度地區(qū)ISO動能的強弱年與南海地區(qū)ISO關系密切。

圖1 1961～2000年 (a)南海地區(qū)和 (b)印度地區(qū)30～60天振蕩的解釋方差 (占總方差的百分比)Fig.1 The exp lained variance(the percentage to total variance)of 30-60 days oscillation over(a)the South China Sea(SCS)and(b)South A sia during 1961-2000

表1 南海地區(qū)ISO強弱年和印度地區(qū)ISO強弱年的區(qū)域平均動能Table 1 The composite of atmospheric ISO kinetic energy at 850 hPa for strong and weak ISO years over the SCSand South Asia

4 南海和南亞30～60天振蕩結構比較

南海季風區(qū)和南亞季風區(qū)同處于熱帶地區(qū),因而這兩個地區(qū)的季節(jié)內(nèi)振蕩自然而然就具有熱帶ISO的結構特征,但同時,它們還具有各自的特點。

4.1 南海和南亞30～60天振蕩垂直結構的比較

為了比較南海和南亞地區(qū)30～60天振蕩垂直結構,我們選取了同時是南海地區(qū)和南亞地區(qū)振蕩強年的4個年份,利用1978、1979、1985和 1996年夏季資料按位相合成分析得到了10°N～20°N平均30～60天濾波低頻緯向風u、溫度T和垂直速度ω的高度—經(jīng)度剖面圖,圖2和圖3分別給出的是第2和第6位相的情況。

從總體上來說,無論是南海地區(qū)還是印度地區(qū),熱帶ISO的垂直結構特征都很明顯,30～60天振蕩的緯向風擾動隨高度西傾,對流層上層風場和對流層低層風場呈相反特征;在溫度場上擾動也有西傾的結構;溫度場和緯向風場都存在著很明顯的對流層上下層近乎反相的“斜壓”結構特征。在垂直速度場上,30～60天振蕩在對流層有上下一致的垂直運動,且最大上升或下沉運動在400 hPa左右。但是從圖2和圖3都可以看出,雖然西傾不是很強,但南海季風區(qū)西傾比印度季風區(qū)更明顯,印度季風區(qū)已經(jīng)基本上變?yōu)樗?。另?按同樣的方法分析得到了5°S～5°N平均30～60天濾波低頻緯向風u、溫度T和垂直速度ω高度—經(jīng)度剖面圖(圖略),與之相比較可以發(fā)現(xiàn),在10°N～20°N地區(qū)的大氣低頻振蕩與MJO存在著一定的區(qū)別。5°S～5°N地區(qū)大氣低頻振蕩 (即MJO)的西傾比10°N～20°N區(qū)域的 ISO更明顯,并且在東亞經(jīng)度區(qū)不如在印度經(jīng)度區(qū)西傾明顯,這與 10°N～20°N區(qū)域ISO的情況剛好相反。

圖2 多年合成10°N～20°N地區(qū)大氣30～60天振蕩第2位相的 (a)緯向風u(單位:m/s)、(b)溫度 T(單位:°C)和 (c)垂直速度ω(單位:m/s)的高度—經(jīng)度剖面圖Fig.2 Height-longitude sections of(a)u(m/s),(b)T(°C),and(c) ω (m/s)of atmospheric 30-60 days oscillation averaged over 10°N-20°N for phase 2

圖3 同圖2,但為第6位相Fig.3 The same as Fig.2,but for phase 6

圖4 多年合成30～60天濾波后的第2位相低頻風場形勢Fig.4 The composite of 30-60-day filtered low-frequency wind in phase 2 for many years

4.2 南海和南亞30～60天振蕩水平結構的比較

為了比較南海和南亞30～60天振蕩的水平結構,圖4給出了按位相合成的第2位相30～60天濾波后的低頻風場,從上至下分別為200 hPa、500 hPa和850 hPa。由圖4我們可以看到,850 hPa上在5°N以北從阿拉伯海一直往東直到菲律賓以東的西太平洋都受偏西氣流控制;在南海北部及臺灣以北從西太平洋到中國大陸東部有一支很強的東南氣流,與南海中南部的偏西氣流構成了一個東西向的南海低頻季風槽。而在印度北部,南面的偏西氣流與青藏高原南麓的弱偏東氣流,構成了一個比較淺的為印度季低頻風槽。很顯然,南海低頻季風槽在強度上要比印度低頻季風槽強,這可能是南海相對有較多熱帶氣旋生成的原因之一,因為強的低頻氣旋性渦度的存在有利于熱帶氣旋的產(chǎn)生 (潘靜等,2010)。在500 hPa上從赤道附近到20°N都盛行較強的偏西氣流,但南海低頻季風槽和印度低頻季風槽的形態(tài)仍然可以看到,只是位置較850 hPa偏北。而在200 hPa上形勢有明顯不同,兩個低頻季風槽都已不存在,原印度低頻季風槽區(qū)已為低頻西北氣流所控制,原南海低頻季風槽區(qū)已為低頻西風氣流控制;阿拉伯海區(qū)域盛行低頻偏南氣流,青藏高原東部為較強低頻氣旋性環(huán)流控制,而西部為低頻反氣旋性環(huán)流控制。因此,南海和南亞的低頻(30～60天振蕩)流場既有共同的特征,又有差異。在對流層中低層,兩個地區(qū)都有低頻季風槽存在,其南邊都有較強的低頻西風氣流;但是南海地區(qū)的低頻季風槽要強于南亞地區(qū)的低頻季風槽。在對流層上層,南海和南亞的低頻流場有明顯的差異,南海地區(qū)200 hPa基本為偏西氣流控制,而南亞主要為西北氣流控制。對比圖4中不同高度層的流場形勢,可以看到南海地區(qū)的低頻流場有相對較為明顯一些的西傾特征,同垂直結構的分析結果一致。

5 南海和南亞30～60天振蕩水平傳播的比較

大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的水平傳播主要分為經(jīng)向傳播和緯向傳播,雖然以往的研究表明,熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩在緯向上主要表現(xiàn)為緩慢向東傳播,而在經(jīng)向上表現(xiàn)為向北傳播,但是熱帶大氣30～60天振蕩的水平傳播具有較明顯的地域性,緯向傳播除了緩慢東傳之外,也有西移的情況,特別是在赤道以外的熱帶地區(qū),熱帶大氣30～60天振蕩的向西移動還是常見的現(xiàn)象。而經(jīng)向上的傳播也并非都向北傳播,在不同地區(qū)也具有不同的經(jīng)向傳播特征。為了比較南海季風區(qū)和印度季風區(qū)夏季30～60天振蕩在水平方向上的傳播,對1978、1979、1985和1996年四個南海地區(qū)和印度地區(qū)季節(jié)內(nèi)振蕩均為強年的年份進行了分析,得到了類似的結果。本文中將以1996年為例給出圖加以說明,不同年份的情況稍有不同,但總體來說基本上一樣。

5.1 南海和南亞30～60天振蕩經(jīng)向傳播的比較

為了比較南海季風區(qū)和印度季風區(qū)夏季30～60天振蕩在經(jīng)向上的傳播,分別給出了1996年經(jīng)過30～60天帶通濾波后的850 hPa低頻緯向風在70°E～90°E(圖 5a) 和 100°E～120°E(圖 5b) 經(jīng)度帶平均的緯度—時間剖面圖。

平均來看,南海季風區(qū)ISO一般比印度季風區(qū)ISO開始向北傳播要早,這與南海季風比印度季風早爆發(fā)有關,但由于各年季風爆發(fā)時間不同,所以ISO的傳播情況也會有些不同。具體分析1996年,可以看出,印度季風區(qū)和南海季風都表現(xiàn)出明顯的向北傳播,傳播開始的時間略有不同,都是從5月初開始傳播,但南海季風區(qū)相對要早一些。從傳播開始的緯度來看,印度季風區(qū)從赤道地區(qū)就開始出現(xiàn)了北傳,而南海季風區(qū)從3°N附近開始傳播;印度季風區(qū)ISO北傳可以一直延伸到30°N,而南海季風區(qū) ISO的明顯向北傳播只能到22°N左右;從傳播速度來看,印度地區(qū)ISO的北傳速度明顯要比南海地區(qū)大。

為進一步考察更多關于南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO經(jīng)向傳播特點,下面給出了1996年經(jīng)過30～60天帶通濾波后的低頻 OLR在 70°E～90°E(圖6a)和100°E～120°E(圖6b)經(jīng)度帶平均的緯度—時間剖面圖。從圖6來看,OLR的 ISO與緯向風的ISO傳播略有不同。雖然從總體來說兩個季風區(qū)低頻OLR的經(jīng)向傳播仍然以北傳為主,但是在印度季風區(qū),8月中旬以后北傳已經(jīng)不明顯,反而在較低緯度處出現(xiàn)向南傳播的現(xiàn)象。南海季風區(qū)低頻OLR向北傳播比低頻緯向風到達更高緯度,一直延伸到26°N附近,并且在10月初才出現(xiàn)了南傳。

圖5 1996年70°E～90°E(a)和100°E～120°E(b)經(jīng)度帶平均850 hPa 30～60天濾波低頻緯向風 (單位:m/s)的時間—緯度剖面圖。箭頭表示季節(jié)內(nèi)振蕩傳播的方向 (下同)Fig.5 Time-latitude sections of 30-60-day filtered 850-hPa low-frequency zonal wind(m/s)averaged over(a)70°E-90°E and(b)100°E-120°E in 1996.The arrow smean the propagating direction of ISO(the same below)

5.2 南海和南亞30～60天振蕩緯向傳播的比較

季風區(qū)ISO不僅存在經(jīng)向上的傳播,同樣也存在緯向傳播。下面,我們來分析南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO的緯向傳播情況。仍然使用1996年夏季30～60天濾波后的850 hPa緯向風,得到了10°N～20°N平均的經(jīng)度—時間剖面圖 (圖7)。從圖7可以看出,在7月中旬以前,南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO在緯向傳播上表現(xiàn)出相反的傳播方向,印度季風區(qū) (70°E～90°E)ISO在緯向上表現(xiàn)為向東傳播,而南海地區(qū) (100°E～120°E)ISO為向西傳播。到7月中旬以后,兩個季風區(qū)ISO都基本以東傳為主;但8月中旬開始兩個地區(qū)又都表現(xiàn)為西傳的特征。并且,從圖7中的等值線額度可以看出,無論是向西傳播還是向東傳播,南海地區(qū)的ISO相對比南亞地區(qū)的ISO要強?？偟膩砜?南海地區(qū)ISO傳播的速度比印度地區(qū)ISO傳播的速度要快一些。進一步分析1996年低頻OLR的時間—經(jīng)度剖面情況 (圖8),從低頻OLR來看,與低頻緯向風的緯向傳播有著較為相似的情況,但相反的緯向傳播特征更為明顯。

圖6 1996年70°E～90°E(a)和100°E～120°E(b)經(jīng)度帶平均30～60天濾波OLR(單位:W/m2)的時間—緯度剖面Fig.6 Time-latitude sections of 30-60-day filtered OLR(W/m2)averaged over(a)70°E-90°E and(b)100°E-120°E in 1996

6 總結和討論

南海和南亞都屬于亞洲季風區(qū),在這兩個季風區(qū)都存在季節(jié)內(nèi)振蕩,也都屬于熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩,但是這兩個地區(qū)的季節(jié)內(nèi)振蕩又存在自身的特點。本文主要從結構和水平傳播包括經(jīng)向傳播和緯向傳播方面對這兩個季風區(qū)的30～60天振蕩進行了比較分析,得出以下主要結論:

(1)無論是南海季風區(qū)還是印度季風區(qū),大氣30～60天振蕩的強度都存在明顯的年際變化。但亞洲兩個季風區(qū)大氣ISO的年際變化既沒有明顯的同相變化關系,也不存在明顯反相變化關系。無論是南海地區(qū)ISO動能強年還是弱年,印度地區(qū)的ISO動能都沒有很大的變化,而印度地區(qū)ISO動能強弱年不同時,南海地區(qū)ISO動能區(qū)卻有很大的變化。這說明南海地區(qū)ISO動能強弱年與印度地區(qū)ISO關系不大,而印度地區(qū)ISO動能的強弱年與南海地區(qū)ISO關系密切。

(2)南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO結構上既有相似的地方也有不同點,相似之處是垂直結構上溫度場和緯向風場都存在著很明顯的對流層上下層近乎反相的“斜壓”結構特征;而對流層上下層垂直速度保持一致性,且都有西傾的特征。不同點是在10°N～20°N之間南海地區(qū) ISO結構的西傾要比印度地區(qū)明顯,這與在5°S～5°N的MJO結構情況剛好相反,那里在南亞經(jīng)度區(qū)ISO結構的西傾更明顯。水平結構上兩個季風區(qū)的 ISO也存在區(qū)別,850 hPa上南海低頻季風槽很明顯,而印度低頻季風槽相對較弱。200 hPa上南海季風區(qū)受低頻西南氣流控制,而南亞季風區(qū)北部有較強的低頻西北氣流。

圖7 1996年10°N～20°N緯度帶平均850 hPa 30～60天濾波低頻緯向風 (單位:m/s)的時間—經(jīng)度剖面圖Fig.7 Time-longitude section of 30-60-day filtered 850-hPa low-frequency zonal wind(m/s)averaged over 10°N-20°Nin 1996

圖8 1996年10°N～20°N平均30-60天濾波低頻OLR(單位:W/m2)的時間—經(jīng)度剖面Fig.8 Time-longitude section of 30-60-day filtered low-frequency OLR(W/m2)averaged over 10°N-20°Nin 1996

(3)以1996年夏季為代表所作的經(jīng)向傳播分析表明,南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO在經(jīng)向上的傳播都是在5月初開始,且以向北傳播為主。大氣ISO北傳開始的時間在南海季風區(qū)要比在印度季風區(qū)稍早一點;南海季風區(qū)ISO北傳的起始緯度要高于印度季風區(qū),北傳到達的最高緯度比印度季風區(qū)要低,傳播特征也不及在印度季風區(qū)那么典型。

(4)以1996年夏季為代表所作的緯向傳播分析表明,在7月中旬以前,南海季風區(qū)和印度季風區(qū)ISO在緯向傳播上表現(xiàn)出相反的傳播方向,印度季風區(qū)ISO主要表現(xiàn)為向東傳播,而南海地區(qū)ISO主要為向西傳播。到7月中旬以后,兩個季風區(qū)ISO都基本以東傳為主,但8月中旬開始兩個地區(qū)又都表現(xiàn)為西傳的特征。無論是向西傳播還是向東傳播,南海地區(qū)的ISO相對比南亞地區(qū)的 ISO要強?？偟膩砜?南海地區(qū)ISO傳播的速度比印度地區(qū)ISO傳播的速度要快一些。

本文對比分析研究了亞洲兩個季風區(qū)大氣ISO的相似特征,尤其是它們的差異,使我們對兩個季風區(qū)的ISO有了更進一步的認識。關于導致它們有明顯差異的原因,本文未及討論,將是下面我們要深入研究的問題。

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Comparative Analysis of the Atmospheric In traseasonal Oscillation in Two Asian Monsoon Regions

QUE Zhiping1,2and L IChongyin1,3

1StateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmosphericSciencesandGeophysicalFluidDynamics,InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029
2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049
3MeteorologicalCollege,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing211101

The ECMWF daily reanalysis data(1961-2000)are used to study the differences of intraseasonal oscillation(ISO)betw een the South China Sea(SCS)and South Asia(SA)monsoon regions through the band-pass filtering for 30-60 days.The comparative analysisof the ISO in these two regions ismademainly from the structure and ho rizontal propagation including zonal propagation and meridional propagation.It is found that the vertical structure of ISO in the SCS tiltswestward mo reobviously than that in SA and that the summermonsoon trough over the SCS ismore powerful than that over SA.Themeridional and zonal propagationsof the ISO in the two monsoon regions in 1996 are compared as an example.It is show n that all of them propagate no rthward but the ISO over the SCS begins to propagate no rthward earlier and arrivesat the lower latitude than thatover SA;the northward propagating is relatively slow over the SCS;the zonal propagation of the ISO isobviously differentover these two regions,befo re July the ISO propagates westward over the SCSw hile eastward over SA.

intraseasonal oscillation(ISO),South China Sea(SCS)and South Asia(SA)monsoon regions,comparative analysis,structure,p ropagation

1006-9895(2011)05-0791-10

P462

A

闕志萍,李崇銀.2011.亞洲兩個季風區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的比較分析 [J].大氣科學,35(5):791-800. Que Zhiping,Li Chongyin.2011.Comparative analysis of the atmospheric intraseasonal oscillation in two Asian monsoon regions[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),35(5):791-800.

2010-09-26,2011-02-28收修定稿

國家自然科學基金資助項目U 0833602,國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目2010CB950400

闕志萍,女,1987年出生,碩士研究生,主要從事季風研究。E-mail:quezhiping@sina.com