热带西太平洋对东亚夏季风的影响外文翻译资料

 2022-12-03 14:39:15

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热带西太平洋对东亚夏季风的影响

黄荣辉和孙凤英

中国科学院大气物理研究所，北京100080

摘要

本文利用1978年-1989年12年的夏季观测数据资料, 分析了西太平洋暖池对流活动对东亚夏季风年际和季节内变化的影响。分析结果表明暖池的对流活动对东亚夏季风的年际和季节内变化有很大的影响。一般来说, 当夏季菲律宾附近有旺盛的对流活动时，东亚地区的季风降水低于正常水平, 且季风环流有明显突变。

我们将分别利用行星波传播理论和中国科学院大气物理研究所的大气环流模式来讨论暖池中的对流活动对东亚夏季风和夏季环流异常的东亚/太平洋遥相关型的影响。

1、引言

东亚是世界季风气候区域的一部分。在这一区域中不同季节有着特色鲜明的天气系统：如夏季中国的梅雨（日本则称Baiu），热带气旋，稳定维持的西北风、东北风以及冬季寒潮等。Tao（1985）定义东亚夏季风系统的主要组成部分为南海和西太平洋的季风槽，100°E以东的越赤道气流，西太平洋副热带高压，对流层上层东风急流，东亚梅雨（或Baiu）锋区以及中纬度扰动。因此，东亚夏季风不仅受印度季风影响，还受到西太副高的影响。由于西太平洋副热带高压的年际和季节内变化较大，东亚地区尤其是长江流域至日本南部地区，夏季风降水和环流异常也较大，旱涝灾害频发。

在对亚洲夏季风形成原因的研究中，之前的许多文章都主要强调了青藏高原的热力作用（如叶和高，1979，Nitta，1983，Luo和Yanai，1984，Huang，1982等的相关文章）。黄（1984、1985）年指出，青藏高原的热力异常可能引起亚洲夏季风的异常。最近，许多观测事实表明，热带西太平洋是世界上海温最高的区域，因此，这一区域被称为“暖池”。由于具有最高的海表面温度，该地区的海气相互作用异常强烈。此外，由于这一区域是沃克环流的上升支、空气和水分的辐合区域所在地，因此该区域具有旺盛的对流活动和强降水。Cornejo-Garrido和Stone（1977）、Hartmann等人（1984年）的研究结果显示，由于暖池上空的对流活动而产生的大气热量为沃克环流的维持提供了能量。

暖池的热状态和对流活动可能对北半球夏季环流的变化起到重要作用。黄和李（1987）从观测资料和理论上讨论了暖池上空对流活动对北半球环流异常的影响。他们指出，从菲律宾周边地区横跨东亚地区再到北美洲可能存在夏季环流异常的遥相关模式，并解释说这种影响可能是由于暖池上空的热源触发了准定常行星波的传播。 Nitta（1987）利用高云量这一卫星观测数据研究了热带西太平洋上空的对流活动对北半球环流的影响，并提出所谓的太平洋-日本振荡理论。 Kurihara和Kawahara（1986），Kurihara（1989）分析了日本夏季气候异常与热带西太平洋的热状态之间的关系，并指出日本的夏季温度和西太平洋的热状态之间存在良好的正相关。

虽然气象学家已经对东亚夏季风进行了很多研究，但仍有许多未解决的问题，尤其是对东亚夏季风年际和季节内变化的物理机制应该做进一步研究。 因此，本文利用观测资料分析了西太平洋暖池对流活动对东亚季风的影响。此外，也运用了行星波传播理论和中国科学院大气物理研究所的大气环流模式来简单讨论了这一影响的物理机制。

2、西太平洋暖池对东亚夏季风年际变化的影响

西太平洋暖池是海温最高、对流活动发展最强的区域，是大气一般强热源环流。这一热源对夏季风环流和季风降水的影响十分显著。我们利用基于COADS、OLR的1951〜1989年包括海表面温度在内的观测资料，以及高云量数据分析了东亚夏季风环流与暖池上空的热状态和对流活动的关系。这些数据来自长期预报司JMA。同时，我们利用1951-1989年中国336个站点夏季日降水量资料来分析中国部分地区夏季降水的年际变化特征。

图1a为黄河流域和华北地区6 - 8月夏季降水异常比例，图1b为长江流域和淮河流域的降水异常比例。淮河位于黄河和长江之间，如图4和图6所示。 由于在夏季江淮流域会频繁出现梅雨锋并稳定维持（如Gao和Xu，1962），因此本文主要强调该地区夏季季风降水的年际变化 。 从图1b可以看出，在1978年，1981年，1985年，1988年的夏季，夏季季风降水量低于正常水平，江淮流域出现干旱现象；在1981年，1982年，1983年，1987年的夏季则出现降水偏多，洪涝灾害频发的现象。

夏季降水异常与西太平洋暖池的热力状态密切相关。为解释这种关系，我们利用COADS数据集分析了一些地区的海温异常的年际变化。图2是东经125°E-145°E，赤道-北纬15°区域内的平均海温异常的年际变化图。我们发现，当江淮流域夏季降水高于（低于）正常年份的夏季风降水时，如1980年,1982年,1987年（1978年,1981年,1988年），西太平洋暖池的海温距平会出现负（正）异常。

与东太平洋相比，虽然西太平洋暖池温跃层更深，但其热含量异常与海表面温度异常及次表层50-300米深度的海温异常（如图三所示）密切相关（after Yasunari, 1990）。显然，1978-1989年间，1980年，1982年，1986年，1987年暖池次表层海温偏低，在这些年的夏季，江淮流域的季风降水偏多；而1978年，1988年海温偏高，江淮流域则出现夏季风降水偏少的现象。另外，图2与图3比较可以看出，西太平洋暖池次表层海温异常值比海表面温度异常值更大，更明显，因此，暖池次表层海温异常可能是指示东亚夏季风强弱的更好的信号。

为了揭示东亚夏季风降水与西太平洋暖池次表层海温的关系，本文利用1972-1989年18个月的中国月降水异常资料和7月份暖池次表层海温异常的资料来计算两者的相关性。图4是中国季风降水与7月沿着东经137°E在北纬2°-10°平均的次表层深度为150m的海温的点相关系数分布。江淮流域负相关系数的置信水平为95%，具有统计学意义；黄河流域的正相关系数也同样通过统计显著性检验。

从图4可以看出，长江流域夏季风降水与暖池次表层海温存在显著的负相关关系，而黄河流域夏季风降水与暖池次表层海温则呈正相关。因此，当西太平洋暖池次表层海温异常偏低时，长江流域夏季降水偏多，而黄河流域降水偏少。

西太平洋暖池的热力状况对该区域的对流活动影响较大。暖池暖年对流活跃区与寒冷年的对流活动区不同。图5a和图5b分别显示了菲律宾周围（110°E-140°E，10°N-20°N）和日界线附近赤道地区月平均高云量的归一化异常年际变化。将图5与图2、图3进行对比，可以看出暖池海温正异常年份，如在1978、1981、1984、1988等年份时，西太平洋暖池积聚了温暖的海水，菲律宾周边对流活动旺盛；另一方面，当暖池中的海表面温度出现负异常时即暖海水从赤道西

太平洋暖池向东移动，如1982、1986、1987年间，菲律宾附近则对流活动较弱，但在日界线附近的赤道地区对流活动可能会加剧。 然而，这一规律也有例外，如1985年夏季暖池次表层的海温值为负异常，但菲律宾周边仍出现旺盛的对流活动。又如1983年夏季暖池次表层海温偏高，但对流活动较弱，而1989年夏季海温偏高，但对流活动居于正常水平。

比较图5和图1可以明显看出，当夏季菲律宾周边出现旺盛的强对流活动时，江淮流域夏季风降水偏少；相反，当该区域夏季对流活动较弱时，则出现江淮流域夏季风降水偏多，黄河流域夏季降水偏少的现象。图6是1978-1989年夏季，6-8月中国月降水量与菲律宾周边高云量月平均异常的相关关系，可以看出，在江淮流域该相关关系为高度负相关，在长江中下游地区这一相关系数通过了95％的置信检验，具有统计学意义。这一结果与Huang（1987）使用1985-1987年的观测数据分析的结果吻合。

西太平洋副热带高压是东亚夏季风系统的一个组成部分。如果副高位置偏北，则长江流域、朝鲜半岛到日本南部可能会出现炎热的夏季和干旱。相反，如果副高位置偏南，则这些区域夏季常出现洪涝天气。副高年际变化与暖池上空的对流活动密切相关。图7a和7b分别显示了夏季菲律宾周围出现强对流活动和弱对流活动时500hPa月平均高度场的环流形势分布图。在8月份菲律宾周边有强对流活动时的年份，西太平洋副热带高压向北移动，脊线位于北纬30°；相反，在菲律宾周边地区对流活动较弱的年份，副热带高压向南移动，其脊线位于北纬30°以南。

图8显示了暖池的热状态、暖池上空的大气对流、西太副高和东亚夏季风降水之间的关系。图8a表示，当暖池出现海表面温度正异常，即温暖的海水积聚在西太平洋暖池中、有一条冷舌从秘鲁海岸沿赤道东太平洋向西延伸时，会出现印支半岛到菲律宾周边地区的对流活动加剧，西太平洋副热带高压位置可能异常偏北，东亚夏季风降水偏低的情况。当暖池里的海表面温度为负异常时，即温暖的海水从赤道西太平洋暖池向东延伸，则会出现菲律宾附近对流活动较弱，靠近日界线的赤道中太平洋加强，西太平洋副热带高压向南移动，东亚夏季风降水可能偏多（图8b）的现象。

3．暖池对流活动对东亚夏季风季节内变化的影响

一般来说，每年5月-6月上旬，东亚夏季风雨带位于长江流域以南，在6月中旬则突然北上，此时雨带位于长江流域以北，淮河流域和日本。这是中国梅雨季节或者日本Baiu季节的开始。显然，雨带的突然北上运动与西太副高突然北移密切相关。叶和陶（1959）发现了六月间东亚环流形势的突变。这种行星尺度环流的突变将带来东亚夏季风的爆发。之后Krishnamuti和Ramanathan（1982），McBride（1987）也指出了印度夏季风和澳大利亚夏季风的突变。 7月下旬，雨带再次北移到达华北地区，长江流域梅雨季节或日本Baiu季节结束，这同样与副高突然北抬有关。因此，副热带高压北抬时间的早晚可能对江淮流域夏季风降水产生重要影响。

从气候上来看，虽然东亚夏季环流在6月份的变化是突然的，但在不同年份这种变化有所不同，而且在有的年份这一变化不明显。 这可以从1978年到1989年12个夏季每日500hPa位势高度场的低通滤波的季节内变化看出。通过沿东经135°做500hPa位势高度场低通滤波的纬度 - 时间截面，我们发现江淮流域干旱年份的东亚夏季风环流的季节内变化与洪涝年份并不相同。 在干旱的夏季，如1978,1981,1985和1988年夏季，东亚夏季风环流的突变以及西太平洋副热带高压的北移是非常明显的；而在多发洪涝的夏季，如1980年，1982年，1983年，1986年，1987年，上述变化则不明显。

图9是1985年夏季沿135°E低通滤波500hPa位势高度的纬度-时间剖面。可以看出，在6月中旬，西太平洋副热带高压从18°N突然北抬到28°N， 同时伴随着季风雨带北移至淮河流域。 在7月中旬，副热带高压突然再次北抬，其脊线移动到35°N，季风雨带则北移到黄河流域和华北地区。 图10是1985年夏季沿着东经115°做的 10天降水的纬度-时间剖面。可以看出，这段时间的季风降水非常微弱，江淮流域的降水比1985年夏季偏少30-50％。由于雨带异常北移，今年夏季江淮流域也出现了严重干旱的现象，而1981年和1988年的夏天也发生了类似情况。

在江淮流域的洪涝年份，东亚夏季风环流的突变和西太平洋副热带高压的突然北移并不明显。 从图11可以看出，1987年西太平洋副热带高压突然北抬不明显。6月上旬至7月中旬，副高脊线保持在20°N左右，7月下旬移至30°N。 这使得季风雨带滞留在江淮流域（见图12）导致该区域降水异常百分比在 30％以上，出现了严重的洪涝灾害。 类似情况也发生在1989年，1982年，1983年等。

那么是何种因素造成了夏季江淮流域在干旱和洪涝情况下西太平洋副热带高压季节内变化的差异呢？ 我们认为这种差异可能是由菲律宾周边对流活动的季节内变化所引起。

Kawahara和Hayashi（1987）指出，菲律宾周边的年际变化和季节内变化十分显著。 Kurihara（1989）还指出，赤道印度洋东部和中国南海至菲律宾东部沿15°N-20°N的10天平均OLR的标准差较大，且标准差最大值出现在菲律宾北部。我们分析了菲律宾周边OLR的季节内变化及其对菲律宾周边OLR季节内变化和对副高季内变化的影响。分析结果表明，菲律宾周边对流活动的季节内变化在当菲律宾周围地区出现夏季强对流活动时十分显著，如1978,1981,1985和1988年夏季等。图13是菲律宾在1985年5月至10月期间的5天平均OLR截面，是一个纬度-时间图。菲律宾各地的对流活动发展旺盛，同时季节内变化也十分显着。此次对流活动在6月初至6月下旬加剧，在7月中旬至8月下旬又再度加强。类似情况也发生在1981年，1988年的夏天。比较图 9、图10和图13的信息，我们可以看出东亚夏季风环流的季节内变化与菲律宾周边对流活动的季节内变化有密切关系；而副高的突然北移则与菲律宾周边的对流活动密切相关。 菲律宾周边对流活动的出现，似乎比副热带高压北移的时间早10天左右。

在菲律宾周边地区对流活动较弱的年份，如1980,1982,1983,1986,1987的夏季，副高和对流活动的季节内变化均很弱，如图14所示。在这些年份，副热带没有出现突然北抬，相反，副高维持在正常位置或有向南移动的现象。

4.夏季环流异常的遥相关型

西太平洋暖池对流活动异常不仅对东亚夏季风环流产生影响，还可能造成北太平洋和北美的环流异常。 我们分别计算了菲律宾夏季强对流活动和弱对流活动的基本点20°N，120°E的低通滤波每日500hP

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