海气相互作用与孟加拉湾亚洲夏季风爆发涡旋的形成外文翻译资料

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翻译的文章为Air–sea interaction and formation of the Asian summer monsoon onset vortex over the Bay of Bengal.其中的1,3,4部分。

海气相互作用与孟加拉湾亚洲夏季风爆发涡旋的形成

摘要：春季，在孟加拉湾的南部地区，通常有一个涡旋发生，然后是亚洲夏季风的爆发。对相关数据的分析和案例分析表明，孟加拉湾季风涡旋发生是由孟加拉湾海气相互作用的结果形成的，这是在春季由青藏高原强迫和南亚地区海陆温度差异调制的，在春季由青藏高原强迫在印度西北边对流层的底部产生一个冷中心，然后释放强烈的地面感热加热，形成一个显著的地面气旋伴随着强烈的西南风在孟加拉湾沿海的西北侧。这个西南风导致局地海流和海水上翻，导致海水变冷。西南风和近赤道西风，引起了反气旋和孟加拉湾大部分地区的下沉气流和孟加拉湾南部的气旋的上升气流。在孟加拉湾中心的东部，天空中云很少，地表风很弱，海洋混合层浅，由于强烈的太阳辐射和较少的能量损失，弱的地面潜热和感热作用于薄的海洋层，导致了春季独特的孟加拉湾暖水池的发展。在地表附近，水汽从孟加拉湾北部或其他地区转移到孟加拉湾东南部，在那里地表感热相对较强。大气有效位能产生并转化为动能，从而导致涡旋形成。然后涡旋增强并向北移动，那里海水表面温度更高，感热加热更强。与此同时，在涡旋的东部区域纬向平均动能转化为涡旋动能，同时涡流向东转去。最终，西南风席卷孟加拉湾的东部与亚热带西风汇合，导致亚洲夏季风的爆发。

关键词：海气相互作用，海水上翻，孟加拉湾暖池，涡旋，季风爆发

1引言

亚洲季风的季节性转变，从冬季到夏季在东亚和南亚地区被描述为总体环流的突变。Ananthakrishnan et al（1981）指出，孟加拉湾夏季风爆发于4月底，早于任何陆地夏季风爆发。最近的研究还指出，亚洲夏季风最早发生在孟加拉湾，随后在南海上发生，最后在印度发生（例如：Lau and Yang 1997; Wu and Zhang 1998; Mao et al. 2002a; Mao and Wu 2007）。与印度夏季风相关的是一种称为涡的低层涡旋，它形成在10°N孟加拉湾和阿拉伯海东部（Ananthakrishnan et al. 1968）。涡旋向北移动，一般迅速发展成为热带风暴，导致一个地区的辐合，随后南部西风加强。反过来，增强的西风导致印度季风爆发，并随着起始涡旋向北发展（Vinayachandran et al. 2007）。许多先前的研究已经描述了涡流的特征，包括降水和涡流结构的分布（ Pisharoty and Asnani 1957; Rao and Rajamani 1970; Sharma and Srinivasan 1971）。随后的研究表明，与水平风切变相关的正压不稳定导致涡流的形成，并且绝热加热为涡流的发展提供能量（Krishnamurti 1981, 1985; Krishnamurti and Ramanathan 1982; Krishnamurti et al. 1981）。

Mak and Kao (1982) 发现垂直风切变和斜压不稳定性在涡旋的发展中起着重要作用。起始涡流也受与当地海面温度相关的边界条件的影响（(Joseph 1990）。众所周知，热带大气对流对SST和波动的深层海洋表面非常敏感。高于28°C的海温结合其他因素，对于在热带大气中产生有组织的深对流是必要的 (Gray 1968, 1975, 1998; Harr and Chan 2004)。在印度洋，暖的海表温度通常出现在三个地点：赤道西印度洋，阿拉伯东南区域，孟加拉湾东部,后者在4月最暖。在印度季风爆发前一周，阿拉伯海有一个暖池存在(Seetaramayya and Master 1984)，阿拉伯海的暖海温导致一个涡流形成，影响印度季风在6月初在喀拉拉邦的爆发(Joseph 1990; Shenoi et al. 1999, 2005).此外， Rao and Sivakumar (1999)的报告说，因为它与热带海洋上层中最大热含量的位置有关，认为这是涡流的潜在能量来源。此外，通过使用数值实验，Kershaw (1985, 1988) 证明使用异常或准确的SST数据比使用气候SST预测夏季风爆发更准确。

大多数上述研究集中在阿拉伯海起始涡流。实际上，5月初的孟加拉湾季风发生也受孟加拉湾起始涡旋发展的影响 (Lau et al. 1998; He and Shi 2002; Liu et al. 2002; Yan 2005).这个起始涡旋在孟加拉湾区域向北移动，使亚热带高压脊分裂并导致季风爆发。Yan (2005) 提出一个物理机制来解释从孟加拉湾到南海的亚洲季风爆发的东进。Vinayachandran et al. (2007) 讨论了初始涡旋的结构，报告指出最暖的SST最早形成于东部孟加拉湾，然后是孟加拉湾季风爆发。

尽管有这些进展，但是许多重要和基本的问题仍然没有答案，关于孟加拉湾季风的爆发，包括在春季暖海温是怎么形成的在孟加拉湾，以及涡流发生所需的能量，正压和斜压不稳定仅仅解释了大气中的能量转化。在本文中，分析了2003年春季与孟加拉湾海气相互作用有关的观测数据，并研究了这种相互作用是如何促进中部孟加拉湾东部形成一个暖池，5月8日-5月19日发生的涡流，导致亚洲夏季风的爆发。

手稿的其余部分组织如下。第2节描述了本研究中使用的数据，第3节描述了孟加拉湾季风起始涡旋的一般行为及其与冬季到夏季季节性转变的联系。第4 部分考虑2003年孟加拉湾特殊循环模式下涡流的形成和发展，还研究了涡度发展的海洋影响以及与涡旋发展相关的能量转换。第5节研究了春季孟加拉湾暖池是如何形成的，以及孟加拉湾的海温在涡流形成之前和形成之后的演变。为此，我们计算混合层中的能量收支，包括表面净辐射，热流，和由于混合引起的冷卷，在第6部分，我们调查涡流对亚洲夏季风爆发的影响。最后，第7部分为总结和讨论。

3.气候：孟加拉湾涡旋和其冬季到夏季的季节性转变

在大多数年份的春天，涡旋在孟加拉湾南部发展，随后向北移动，随后在孟加拉湾东部发生亚洲夏季风爆发。这个涡旋通常被称为孟加拉湾季风起始涡旋（(Lau et al. 1998）。图一显示了1979-2009年孟加拉湾季风起始涡旋的轨迹。季风发生日期定义为对流层上层（500到200hPa）之间经向温度梯度从负变为正的时间，如Mao等人提出的 (2002b)。根据以下原理定义季风起始涡旋及其轨迹：当且仅当孟加拉湾季风爆发前形成涡旋，且其生命周期覆盖发生时间，则热带气旋被定义为孟加拉湾季风起始涡旋，相应的热带气旋轨道定义为涡旋轨道。根据这个原则，每年都会寻找孟加拉湾起始涡旋，表2中列出了发生季风且发生涡旋的年份的孟加拉湾亚洲夏季风发生的日期，由于缺乏热带气旋数据，1990s之前只有两个季风发生的涡旋被确定为是，在1990年之后，在20年的纪录里有13个被确定。换句话说，强孟加拉湾季风起始涡旋发生在大多数年份，至少在1990年以后的时期。起始涡旋的相应轨迹如图1所示，揭示以下共同特点：

1. 所有的起始涡旋起源于孟加拉湾南部，10°N以南
2. 除了1979年和1990年起始涡旋在穿过10°N后迅速发展成台风，然后向西北方向移动以便在东部登录之外，所有的涡旋都向北移动，灾后在北孟加拉湾（北纬15°N以北）印度的海岸。
3. 所有的涡旋在登录时成为热带风暴或台风
4. 根据热带季风爆发时间，大部分涡旋发生在4月下旬和5月初。

表格1基于Saf fi-Simpson飓风量表的季风发生涡旋类型，并采用JTWC提供的“最大持续风速”

• 0000 UTC 位置 位置、日期 热带气旋年

图1：基于JTWC数据，2000年前的夏季风起始涡旋（a），2000之后（b）。对于不同轨迹不同类别的涡旋（即ST，TY，TS，TD，TC和DB;见表1）由不同颜色的线区别。 每个发作涡旋的年份（列于表2）用每个轨道每端的数字标出。 每个轨道上的数字表示涡流活动的日期每个发作涡旋的年份（列于表2）用每个轨道每端的数字标出。 每个轨道上的数字表示涡流活动的日期; 每个轨道上的黑白点分别表示0000和1200 UTC黑白点分别表示0000和1200 UTC）

表格2孟加拉湾亚洲夏季风暴风年季风发生涡旋的日期

Li and Yanai (1996) 使用30°N和50°N之间的对流层上部温差作为衡量亚洲季节变化的指标。 Webster and Yang (1992) 使用了850hPa和200hPa温差作为研究季风爆发的指标。这两个指标在描述子午热对比度方面是相似的。由于以下热成风关系的约束：

并且指出，在冬季，南亚（5~20°N）地区，每层都存在一个高分辨率的高山脊。热带东风存在于这个山脊的南部，而亚热带西风盛行于北方。不同层次的脊线的垂直倾斜与纬向风的局部垂直切变一致，可用作子午热对比度的度量（Mao et al。2002a，2004）。在亚洲季风发生之前，，并且随着高度的增加，脊线向南倾斜。季风爆发后，，脊线随着高度向北倾斜。换句话说，随着高度的增加，脊线总是朝着较暖的地区倾斜，而当山脊变得垂直（表示）的时刻是该地区季风发生的时机。图2显示了4月30日至5月14日，在700,500和200 hPa（分别为2a-c）的山脊气候平均分布以及700 hPa的相对涡度的演变（图2d -F）。 用于分析的数据来自1979年至2003年的NCEP / NCAR再分析资料。截至4月底，亚洲地区的山脊线一般呈随高度向南倾斜（图2a），代表典型的冬季格局。五月初（图2b），尽管山脊在大部分地区仍然向南倾斜，但它们在孟加拉湾东部向北倾斜，代表夏季模式（图2b），表明夏季风发生在该地区。如此快速的季节性转变发生在700 hPa的山脊断裂。到5月中旬（图2c），500 hPa的山脊线也遍及整个地区。虽然山脊倾斜在沙特阿拉伯，阿拉伯海，印度和西太平洋保持冬季格局，但在东部孟加拉湾和印度支那半岛已经发生夏季风的夏季模式。为了揭示五月初打破东部孟加拉湾山脊线的机制， 2d-f显示了700 hPa的流场和相对涡度。在孟加拉湾季风爆发前，在青藏高原南部存在气旋流，在沙特阿拉伯，印度和西太平洋观察到反气旋中心，东部孟加拉湾的位势高度相对较低（图2d）。连续的脊线位于15°N。陆地上的两个中心可归因于强烈的区域表面感热加热，而西太平洋的中心可能是由于印度支那半岛的强降雨（Liu et al。，2004）。在南部孟加拉湾处存在强涡流，涡度约为。在孟加拉湾季风爆发时（图2e），孟加拉湾涡旋向东移动，印度的反气旋减弱，西太平洋反气旋向西南延伸，其脊线西端从15°N向南偏移至10°N。因此，位于涡旋东西部的热带西南部与位于山脊北部的亚热带西风相结合，导致山脊断裂。一周后（图2f），孟加拉湾涡旋消失，西南部强劲的西南风遍布东部孟加拉湾到中国南部的印度支

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