王蓉，肖瑜璋，俞勝賓，宋萍萍，楊凡、3

（1.國家海洋局南海預報中心，廣東省海洋預報臺，廣東廣州510300；2.國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心，廣東廣州510300；3.國家海洋局珠海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東珠海 519015）

南海北部近岸海域風場特征分析與預報研究

王蓉1，肖瑜璋2，俞勝賓1，宋萍萍1，楊凡1、3

（1.國家海洋局南海預報中心，廣東省海洋預報臺，廣東廣州510300；2.國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心，廣東廣州510300；3.國家海洋局珠海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東珠海 519015）

南海北部近岸海域北靠東亞大陸，南面廣闊的南海海域，地理位置十分獨特，具有典型的季風特征。本文對南海北部近岸海域風場與大尺度大氣環(huán)流特征的相關分析，闡述大氣環(huán)流異常對南海北部近岸海域風場的影響。研究表明，南海北部近岸海域風場分布具有較強的區(qū)域性和季節(jié)性；因氣候年際變化的強弱，如厄爾尼諾與南方濤動（ENSO）循環(huán)、南海暖池面積指數(shù)的年際變化，與南海北部近岸海域風場強度也具有相關性。除使用傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計方法外，前期大氣環(huán)流的診斷分析、大氣外部強迫因子的前期強信號以及數(shù)值預報產(chǎn)品等的綜合運用、綜合診斷分析，是改進、提高中長期天氣過程和短期氣候預測的有效方法。

南海北部；近岸海域；風場特征；大氣環(huán)流異常

1 引言

南海幅員遼闊，背靠大陸，地處亞熱帶和熱帶區(qū)域，海面溫度高、濕度大、水氣含量豐沛，既是熱帶氣旋形成的源地之一，又是南北半球赤道氣流交換重要通道，其地理位置十分獨特。

南海季風（包括夏季風和冬季風）是最典型又最重要的季風系統(tǒng)，其與東亞季風、南亞（印度）季風系統(tǒng)既相互聯(lián)系又有獨立性，是大尺度大氣環(huán)流的重要組成部分。因地形影響、海陸熱力對比及盛行氣流與天氣系統(tǒng)活動的差異，南海近岸海域風場分布具有較強的區(qū)域性和季節(jié)性；因氣候年際變化的強弱，如厄爾尼諾與南方濤動（ENSO）循環(huán)、南海暖池面積指數(shù)的年際變化，南海近岸海域風場強度也具有相關性。

一般而言，大氣運動的時間尺度越長，它的空間尺度也越大。對于中長期天氣過程和短期氣候而言，不僅大氣內(nèi)部動力、熱力過程是重要的，大氣外部強迫因子如海洋和陸面熱狀況也是十分重要的。南海近岸海域風場受季風環(huán)流影響，由于東亞大氣環(huán)流和季風的活動年年有較大差異，造成南海近岸海域風場特征復雜，增加了中長期天氣過程和短期氣候預測的難度。

2 南海夏季風與南海近岸海域風場特征

南海的夏季風屬熱帶暖濕的西南季風，其最大風速中心位于對流層低層850 hPa，而上空平流層低層200 hPa是東風帶[1]。南海夏季風建立時期，對流層高低空環(huán)流都有很明顯的急劇變化，這變化不單與南海夏季風的建立有密切關系，還是東亞大氣環(huán)流從冬季型向夏季型轉(zhuǎn)換的重要標志。南海區(qū)域夏季風的建立具有爆發(fā)性，對流層大氣環(huán)流變化十分迅速，整個南海轉(zhuǎn)為西南氣流控制只需1天時間。

亞洲夏季風最早在南海爆發(fā)，南海夏季風爆發(fā)最早在南海北部[2]。在南海北部近岸海域夏季風爆發(fā)（5月中旬）之前，對流層低空850 hPa上（見圖1），南海基本上仍受太平洋副熱帶高壓西側(cè)環(huán)流控制，南海15°N以南低層基本盛行偏東氣流，在南海北部部分區(qū)域盛行西南風，其中115°E以東為副高北側(cè)的副熱帶西南風，這種西南風來自孟加拉灣，是印巴地區(qū)的強西北氣流轉(zhuǎn)向而成的，轉(zhuǎn)向之后在南海北部和華南地區(qū)融入副高壓北側(cè)副熱帶西南風，其上空對流層高層為西風帶。這標志著經(jīng)向夏季風環(huán)流圈的建立和南海海域夏季風爆發(fā)，沿海、大陸雨季的開始，因而具有重要的預報意義。

圖1 1998年5月20～22日對流層低層850 hPa流場和溫度場（等溫線間隔為2℃）客觀分析

圖2 1998年5月21～22日對流層高層200 hPa流場和溫度場（等溫線間隔為2℃）客觀分析

圖1和圖2是1998年南海夏季風爆發(fā)時，對流層低層850hPa和高層200 hPa流場和溫度場客觀分析[2]。1998年南海夏季風爆發(fā)于5月第5侯，由圖可見，南海的中南部仍為副熱帶反氣旋所控制（見圖1b）；與此同時，200 hPa南亞反氣旋中心位于16°N；94°E附近（見圖2a）。到5月21日12時，對流層高層200 hPa南亞反氣旋中心已跳躍式地北移至21°N；94°E附近（見圖2b）。此時低層850 hPa南海中南部副熱帶反氣旋迅速減弱東撤，南海的中南部的東南風轉(zhuǎn)為西南風（見圖1c），南海夏季風全面爆發(fā)。此后，西太平洋副熱帶高壓脊繼續(xù)減弱，南海的季風槽進一步發(fā)展（見圖1d），南亞反氣旋中心繼續(xù)增強（見圖2c）。

5月初，受副熱帶高壓西南側(cè)偏東氣流轉(zhuǎn)向的影響，南海大部分區(qū)域以南風和東南風為主。從5月下旬開始，隨著南海高壓的東撤，南海北部近岸海域115°E以西，完全受西南氣流控制，而115°E以東受西南氣流影響有2個較強的階段：分別在6月下旬至7月上旬和8月上旬至9月中上旬。

伴隨南海夏季風的爆發(fā)，南海地區(qū)的濕度場加強、大氣環(huán)流垂直運動加劇，濕度場的明顯加強要比夏季風爆發(fā)時間提早2～3 d。夏季風爆發(fā)后，使得南海北部近岸海域的夏季風在6月下旬至7月上旬和整個8月間都達到最強。西南風的增強主要來源于索馬里急流的西南氣流和105°E附近的越赤道氣流以及副熱帶高壓南側(cè)偏東南氣流相互作用的結(jié)果[3]。

南海夏季風建立之后十分穩(wěn)定，一直維持到9月份。到10月上旬，東亞地區(qū)對流層低空西風轉(zhuǎn)東風，這對應著夏季風逐漸從南海北部近岸海域向南撤出，大氣環(huán)流由夏季型向冬季型轉(zhuǎn)換。在22.5°N以北，西南風減弱南撤迅速，以南則減弱南撤緩慢。

3 南海冬季風與南海近岸海域風場特征

南海不僅是一個強夏季風區(qū)域，也是一個強冬季風區(qū)域。

南海冬季風有一個復雜的氣候系統(tǒng)，從大氣流場分析，亞洲大陸中高緯度對流層高空為強盛的西北氣流，低緯度低空為東北氣流。從環(huán)流形勢上分析，亞洲大陸中高緯度地面為蒙古冷高壓、阿留申低壓；高空500 hPa是發(fā)展強盛的東亞大槽，其槽后西北干冷氣流一次次加強的冷空氣爆發(fā)，使南海北部沿海海域海平面氣壓升高，溫度降低。在中國大陸強大穩(wěn)定的冷高壓，使得東北季風控制著南海北部近岸海域。

南海近岸海域的冬季東北季風從10月上旬開始由北向南逐漸推進加強，直到翌年的3月份由南向北逐漸撤出，其中11、12、1月份的東北季風強度最大。東北季風的年際變化也有明顯的強弱，用東海（25°～40°N；120°～140°E）和南海（10°～25°N；110°～130°E）近岸的風場，選取11月至翌年3月的平均標準化經(jīng)向風距平來定義東亞冬季風（EAWM）指數(shù)，這個指數(shù)可以很好地表述東亞冬季風的強弱變化[6]。從圖3中的指數(shù)分析可以清楚地看到東亞冬季風（EAWM）的年際變化是非常明顯的。

圖3中的指數(shù)若是負值，則表示東亞冬季風（EAWM）強，這反應了該年冬季大陸對流層低層冷高壓強盛，高層500 hPa的東亞大槽強盛，沿海海域盛行強北風、東北風；相反，若指數(shù)是正值，則大陸對流層低層高壓偏暖，高層500 hPa的東亞大槽偏弱，沿海海域北風、東北風均較弱。此外，圖3也表明東亞冬季風存在明顯的年代際變化，從20世紀70年代后期到80年代后期東亞冬季風似乎趨于減弱。

利用這個指數(shù)表述東亞冬季風的變化，也具有預報意義。東亞冬季風強，南海近岸海域的北風、東北風就強，冬季大風天數(shù)就多。以粵西閘坡海洋站10年大風天數(shù)統(tǒng)計，與圖3東亞冬季風強弱指數(shù)有較好的對應。

圖3 1951～2000年東亞冬季風指數(shù)的年際變化

圖3與表1較明顯的對比是，1998年閘坡海洋站小于6級風天數(shù)統(tǒng)計最多，為324 d，對應東亞冬季風強度指數(shù)為正值，恰好說明影響這個區(qū)域冬季冷空氣大風偏弱；另一組是1995年，閘坡海洋站小于6級風天數(shù)統(tǒng)計較少，為295 d，比較1998年少了近30 d，對應東亞冬季風強度指數(shù)為負值，也恰好說明影響這個區(qū)域冬季冷空氣大風偏強。（說明：根據(jù)資料統(tǒng)計分析，引起閘坡海洋站6級以上大風的主要天氣系統(tǒng)是冬季冷空氣大風，其次是夏季熱帶強對流天氣系統(tǒng)）。

近幾年來，諸多學者研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)強東亞冬季風可以激發(fā)出ElNino事件；而持續(xù)弱東亞冬季風可以激發(fā)出LaNina事件[6]。從觀測事實和數(shù)值模擬的結(jié)果也都說明了，異常的東亞冬季風是一個激發(fā)產(chǎn)生ENSO循環(huán)的重要機制，而ENSO的發(fā)生也左右著東亞冬季風的強弱。ElNino事件的爆發(fā)將使得東亞冬季風由強轉(zhuǎn)弱；LaNina事件的爆發(fā)將使得東亞冬季風由弱轉(zhuǎn)強。基于這個發(fā)現(xiàn)，可通過對東亞冬季風的強弱變化規(guī)律的觀測和分析，提高對ElNino與LaNina事件發(fā)生的監(jiān)測和預測能力；同時，對ENSO循環(huán)的監(jiān)測也可對東亞冬季風的強弱作出年展望。

表1 1993～2002年閘坡海洋站小于6級風天數(shù)統(tǒng)計

4 東亞季風與ENSO循環(huán)的相互作用對南海近岸海域風場及熱帶氣旋的影響

東亞季風和ENSO循環(huán)是影響南海近岸海域風場變化及熱帶氣旋活動的兩大系統(tǒng)。東亞夏季風盛行時，給南海北部、華南沿海以及中國大陸帶來暖濕氣流，引起豐沛的降水；而東亞冬季風盛行時，給華南沿海、南海北部以及整個南海帶來干冷氣流，引起降溫、大風天氣。每年，由于季風的異常所引起的不同時空尺度和不同程度的旱、澇、寒災、風災等災害，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟以及人們?nèi)粘Ｉ钣绊懞艽蟆?/p>

ElNino和LaNina不僅僅是一種事件，也是一種周而復始的循環(huán)，一般簡稱為ENSO循環(huán)，這種循環(huán)對東亞季風有嚴重的影響，而東亞季風也對這一循環(huán)有很大的作用?；谟^測資料的分析和海-氣耦合模式的數(shù)值模擬結(jié)果顯示[6]，持續(xù)的強（弱）東亞冬季風將導致赤道西太平洋地區(qū)西（東）風的異常；而異常的赤道西太平洋地區(qū)西（東）風可使得已在暖池區(qū)存在相當長一段時間的正（負）次表層海溫距平（SOTA）向東傳播；沿溫躍層東傳的正（負）次表層海溫距平將造成赤道東太平洋正（負）海表溫度距平（SSTA）的出現(xiàn)和ElNino（LaNina）事件的發(fā)生。當ENSO發(fā)生后，ElNino（LaNina）事件的影響又將削弱（加強）東亞冬季風的活動。

對于地面經(jīng)向風統(tǒng)計分析，大多數(shù)ElNino事件爆發(fā)前的冬季，南海北部、南海近岸海區(qū)地面北風、東北風偏強（另外：地面氣壓偏高，氣壓梯度大，氣溫偏低）；ElNino事件爆發(fā)后的夏季南風偏大。大多數(shù)LaNina事件爆發(fā)前，地面南風偏大；爆發(fā)后北風偏大。風場上的這種變化與海平面氣壓的變化是一致的，南海近岸海區(qū)的海平面氣壓升高，沿岸地區(qū)的地面北向風加大；反之，沿岸海區(qū)海平面氣壓負距平，則南向風加強。

圖4 北半球地面流場水平分布

圖4分析了ElNino和LaNina地面風矢量，得到海上流場[7]。圖4表明，ElNino冬半年（11月～翌年4月）東亞及北太平洋海面南風加大，這種異常的環(huán)流形勢不利于冷空氣向南擴張，南海北部、近岸海域冬季風偏弱；相反，LaNina冬半年（11月～翌年4月）東亞及北太平洋海面北風加大，其異常的環(huán)流形勢有利于冷空氣向南擴張，南海北部、近岸海域冬季風偏強[7]。

東亞夏季風的進退，對南海北部、近岸海域氣候的季節(jié)內(nèi)變化有一定的影響。表2給出了1980～1991年12 a南海夏季風建立的日期：

從表2可以明顯看到，南海夏季風的建立日期有明顯的年際差異，最早可開始于4月末,最晚可開始于6月初,平均在5月16日左右。表2中南海夏季風建立較早的年份1984年和1985年，正好對應LaNina事件年，南海北部近岸海域的熱帶氣旋影響個數(shù)偏多，而季節(jié)結(jié)束時間卻相應較早，1984年最后一個影響南海北部近岸海域的熱帶氣旋8411號，結(jié)束日期是8月31日。表2中南海夏季風建立較晚的年份1983年和1987年，正好對應ElNino事件年，南海北部近岸海域的熱帶氣旋影響個數(shù)偏少，而季節(jié)結(jié)束時間卻相應較晚，1983年10月13日8314號臺風登陸廣東臺山；1987年最后一個影響南海北部近岸海域的熱帶氣旋8721號，結(jié)束日期是11月29日。

表2 1980～1991年南海夏季風建立日期

5 南海近岸單站附近海域風場及熱帶氣旋年預測試驗

南海近岸單站選擇珠江口以西的閘坡海洋站。資料選取閘坡海洋站1993～2002年海洋氣象觀測資料；國家氣象出版社出版的1984～2001年《臺風年鑒》（《熱帶氣旋年鑒》）；國家海洋局南海預報中心2002年、2003年熱帶氣旋資料。

閘坡海洋站及附近海域?qū)賮啛釒駶櫦撅L氣候，秋、冬季受大陸氣團控制，干燥少雨，盛行東北季風；春季為季風轉(zhuǎn)換期，夏季高溫多雨，常出現(xiàn)強對流天氣，暴雨頻繁，受西太平洋和南海熱帶氣旋侵襲較多，出現(xiàn)極端大風。

閘坡海洋站及附近海域各月風場特征見風玫瑰圖（見圖5）。

莫穎寧（1975-），女，廣西柳州人，經(jīng)濟學博士，山東中醫(yī)藥大學副教授，研究方向：醫(yī)藥經(jīng)濟與藥事管理。

從風玫瑰圖可以清楚地看到，閘坡海洋站及附近海域從每年的10月至翌年的4月，N-NE冬季風穩(wěn)定；5月西南風開始建立；6級以上大風出現(xiàn)在深冬和盛夏；8級以上大風主要出現(xiàn)在夏季。冬季冷空氣強，則該海域出現(xiàn)6級以上大風的頻率就高；夏季熱帶氣旋影響次數(shù)多，則該海域出現(xiàn)8級以上大風的頻率就高。圖中可見，8、9月份8級以上大風風向頻率多變，其原因就是由熱帶氣旋影響強度和影響時的中心位置不同而所致。

統(tǒng)計分析閘坡海洋站風場資料顯示：

冬季主要受北方冷空氣影響。強冷空氣過程影響可引起該區(qū)域2～3 d的6～7級大風；中等強度冷空氣過程影響可引起該區(qū)域1～2 d6級左右的大風；僅因冷空氣過程影響，使該區(qū)域出現(xiàn)8級以上大風天數(shù)極少。

夏季主要受熱帶天氣系統(tǒng)影響。熱帶氣旋或強對流云團等天氣系統(tǒng)影響該區(qū)域時，可引起1～2 d 6級以上大風；特別是臺風影響時，可出現(xiàn)極端大風；僅因西南季風潮過程影響，使該區(qū)域出現(xiàn)6級以上大風天數(shù)極少。

秋季和冬初受南北天氣系統(tǒng)共同影響。北方冷空氣逐漸南侵，南海低值系統(tǒng)與南下冷空氣系統(tǒng)共同作用，可引起該區(qū)域2～3d 6～8級大風。

統(tǒng)計1984～2003年登陸或影響閘坡海洋站及附近海域的熱帶氣旋，分析表明：20年中，登陸和影響閘坡海洋站及附近海域的熱帶氣旋（不含熱帶低壓）共有49個，平均每年有2.5個。若加上熱帶低壓的影響，每年有2～3個熱帶氣旋對閘坡海洋站及附近海域有較大影響。登陸和影響閘坡海洋站及附近海域的熱帶氣旋多為臺風，其次是強熱帶風暴。

近20年來，閘坡海洋站及附近海域受全球氣候趨暖、ElNino與LaNina現(xiàn)象的交錯影響，熱帶氣旋侵襲次數(shù)和強度隨之變化。通常在ElNino年，本海域降雨比正常年偏多，年平均氣溫比正常年偏高；熱帶氣旋影響季節(jié)較遲開始。LaNina年對該海域的天氣和氣候的影響尚不明顯，需要進一步探討。

根據(jù)大氣環(huán)流年代背景、東亞冬季風強度指數(shù)分析、ENSO循環(huán)等，分析沿岸單站風場的氣候特征，試預測閘坡海洋站及附近海域年6級以上大風天數(shù)月分布和熱帶氣旋影響年展望：

（1）6級以上大風天數(shù)月分布

預測2004年閘坡海洋站及附近海域6級以上大風天數(shù)接近常年平均值，較去年偏多。

（2）熱帶氣旋

預計2004年影響南海的熱帶氣旋數(shù)量比常年略偏少，較2003年略偏多；南海生成的熱帶氣旋的時間屬正常年；熱帶氣旋登陸的時間偏晚。

6 結(jié)論與討論

（1）亞洲夏季風最早在南海爆發(fā)，南海夏季風爆發(fā)最早在南海北部，南海夏季風的建立具有爆發(fā)性，對流層大氣環(huán)流變化十分迅速。這一風場特征具有預報指示意義；

圖5 閘坡海洋站及附近海域1～12月風場特征

（2）異常的東亞冬季風是一個激發(fā)產(chǎn)生ENSO循環(huán)的重要機制，而ENSO的發(fā)生也左右著東亞冬季風的強弱。東亞冬季風強，南海近岸海域的北風、東北風就強，冬季大風天數(shù)就多；

（3）東亞冬季風的強弱也能影響南海夏季風的強弱。東亞冬季風強，南海夏季風也偏強，南海夏季風強盛直接導致西太平洋副熱帶高壓位置偏北，西太平洋副熱帶高壓位置的變化會影響南海近岸海域受熱帶氣旋影響的個數(shù)、強度和路徑；

（4）南海夏季風的建立日期的年際差異受ENSO循環(huán)的影響，在ElNino年，南海夏季風的建立日期偏晚，南海近岸海域受到熱帶氣旋影響個數(shù)少，熱帶氣旋影響結(jié)束時間晚；在LaNina年，南海夏季風的建立日期偏早，南海近岸海域受到熱帶氣旋影響個數(shù)多，熱帶氣旋影響結(jié)束時間早。

[1]溫之平,賀海晏,黃榮輝.東亞和南亞夏季風氣候特征分析[J].中山大學學報(自然科學版).1999,38(3):76-80.

[2]吳池勝,馮瑞權,王安宇等.南海夏季風爆發(fā)的數(shù)值預報模擬實驗[J].氣候與環(huán)境研究,2000,5(4):476-493.

[3]馮瑞權,王安宇,吳池勝等.南海夏季風建立的氣候特征[J].熱帶氣象學報,2001,17(4):346-354.

[4]李崇銀,屈昕.伴隨南海夏季風爆發(fā)的大尺度大氣環(huán)流演變[J].大氣科學,2000,24(1):1-14.

[5]李崇銀,張利平.南海夏季風活動及其影響[J].大氣科學,1999,23(3):257-266.

[6] 徐建軍,朱乾根,施能.近百年東亞冬季風與ENSO循環(huán)的相互關系及其年代際異常[J].大氣科學,1997,21(6):641-648.

[7]穆明權,李崇銀.東亞冬季風年際變化的ENSO信息[J].大氣科學,1999,23(3):276-285.

Analysis and forecasting of wind field character on the north of South China Sea borders near-ocean area

WANG Rong1，XIAO Yuzhang2，YU Shengbin1，SONG Pingping1，YANG Fan1，3

(1.South China Sea Marine Prediction Center,SOA,State Oceanic Administrative Guangdong Marine Observatory,Guangzhou 510300 China；2.South China Sea Environmental Monitoring Center,SOA,Guangzhou 510300 China；3.Zhuhai Marine Environmental Monitoring Central Station of State Oceanic Administration,SOA,Zhuhai 519015 China)

The north of South China Sea borders on the north of East Asia in the north and faces the wide sea area(or:maritime space),which has a special geographic location.It has a typical character of monsoon.This paper makes a correlation analysis of near-ocean area's wind field and macroscale atmospheric circulation character,presenting an impact of abnormal atmospheric circulation to the wind field of the north South China Sea area.It confirms that the distributing of wind field has a strongly zonal and seasonal character.Because of the change of climate yearly,for example of Elnino and ENSO circulation,South China Sea's warm-pool area index change yearly,also have a correlation to the near-ocean area's wind field intensity.Except the traditional statistics,the prophase diagnosis analysis,prophase strong signal of atmospheric outer force factor,the compositive using of numerical forecast,and compositive diagnosis analysis and so on,are the effective measures of enhancing and improving on the medium-range and short-range forecasting result.

the north of South China Sea；near ocean area；wind filed character；abnormal atmospheric circulation

P732

A

1003-0239（2011）02-0001-08

2009-06-04

國家海洋局南海分局海洋科學技術局長基金重點項目（0879）

王蓉（1982-），女，工程師，從事海洋環(huán)境預報與研究及海氣相互作用的研究工作。E-mail:wwwrwrrr@163.com