亞洲冬夏季風(fēng)對ENSO事件的響應(yīng)

1、亞洲冬夏季風(fēng)對亞洲冬夏季風(fēng)對ENSO事件事件的響應(yīng)的響應(yīng)陶詩言張慶云陶詩言張慶云摘摘 要要根據(jù)NCEP/NCAR再分析資料，分析了1980年以來5個(gè)El Nino和La Nina年冬、春和夏季200、500和850hPa合成高度場、風(fēng)場、流函數(shù)場及溫度場。發(fā)現(xiàn)在冬季El Nino (La Nina)年亞洲上空的環(huán)流型不利(有利)于寒潮向南爆發(fā)，導(dǎo)致亞洲冬季風(fēng)和大洋洲夏季風(fēng)弱(強(qiáng))。在El Nino (La Nina)年冬季華南和青藏高原降水或降雪量為正(負(fù))距平，這使得在晚春和初夏南亞的加熱慢(快)，導(dǎo)致夏季海陸的熱力對比小(大)，因而出現(xiàn)弱(強(qiáng))夏季風(fēng)。引引 言言 季風(fēng)是全球氣候系統(tǒng)中的一個(gè)

2、重要成員，季風(fēng)特別是亞洲季風(fēng)對全球熱帶大氣環(huán)流的季節(jié)和年際變化起著重要作用，在亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)或弱的年份，全球熱帶大氣環(huán)流表現(xiàn)有很大的差異。El Nino現(xiàn)象是全球熱帶氣候變化的一個(gè)強(qiáng)信號，El Nino事件雖然只出現(xiàn)在赤道東太平洋上，但其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)范圍。在80年代初，人們對El Nino事件與亞洲夏季風(fēng)的關(guān)系作過大量研究，發(fā)現(xiàn)在El Nino年份印度夏季干旱，而La Nina年份則多雨，這表明兩者有同時(shí)的相互聯(lián)系；研究還表明，ENSO事件發(fā)生后，亞洲季風(fēng)常常出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，上世紀(jì)80年代末期人們開始注意季風(fēng)活動對El Nino的影響問題，因此ENSO與季風(fēng)關(guān)系值得深入研究。東亞冬季風(fēng)指數(shù) C

3、hen等考慮了熱帶和副熱帶季風(fēng)的異常，提出用(25-40N, 120-140E)和(10-25N, 110-130E)兩個(gè)區(qū)域平均的經(jīng)向風(fēng)作為季風(fēng)指數(shù)。在冬季，東亞地區(qū)盛行經(jīng)向風(fēng)為北風(fēng)分量，因此這兩個(gè)指數(shù)的數(shù)值越低表明冬季風(fēng)越強(qiáng)。 圖1分別給出亞洲冬、夏季風(fēng)和大洋洲夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化，圖1a為東亞冬季風(fēng)指數(shù)，圖1b為亞洲夏季風(fēng)指數(shù)（Webster和Yang所定義的指數(shù)），圖1c為大洋洲夏季風(fēng)指數(shù)。 從圖1中亞洲冬、夏季風(fēng)和大洋洲夏季風(fēng)指數(shù)的年際變化可見，在ENSO的暖(冷)期，亞洲的冬、夏季風(fēng)及大洋洲的夏季風(fēng)偏弱(強(qiáng))。 根據(jù)NCEP/NCAR19801995年的再分析資料，選取1980年以

4、來的5個(gè)El Nino年(1982、1983、1987、1991、1993)以及5個(gè)La Nina年(1984、1985、1986、1988、1994)，分析冬季(122月)、春季(35月)和夏季(68月)200、500和850hPa高度場、風(fēng)場、流函數(shù)場及溫度場的特征，探討ENSO暖期和冷期亞洲冬、夏季風(fēng)是怎樣響應(yīng)ENSO現(xiàn)象的，即通過怎樣的過程使得ENSO與亞洲冬、夏季風(fēng)年際變化聯(lián)系起來？ 東亞冬季風(fēng)對東亞冬季風(fēng)對El Nino和和La Nina的響應(yīng)的響應(yīng)圖2 5個(gè)El Nino(a)和5個(gè)La Nina(b)年冬季500hPa高度距平合成圖 在ENSO的暖期和冷期冬季亞洲上空500hP

5、a高度距平是相反的。正常的冬季年份，500hPa高度場在中高緯度5060E為高壓脊，140160E為低壓槽。在El Nino年，60E為負(fù)距平區(qū)，東亞大陸及西太平洋為正距平區(qū)，這種距平分布反映冬季東亞上空的東亞大槽強(qiáng)度比常年偏弱，不利于寒潮爆發(fā)，這說明為什么在El Nino年冬季東亞地區(qū)的寒潮偏弱。La Nina年情形相反，60E為正距平區(qū)，而東亞大陸及西太平洋為負(fù)距平區(qū)，這種距平分布反映冬季東亞上空高空槽強(qiáng)度比常年偏強(qiáng)，有利于寒潮活動，這就解釋了La Nina年東亞地區(qū)冬季寒潮偏強(qiáng)。此外，在El Nino年(見圖2a)冬季500hPa高度距平場上，在亞洲30N以南地區(qū)為負(fù)距平，這種高度距平場

6、的分布，表示在El Nino年冬季高原南側(cè)的西風(fēng)帶低壓擾動活躍，降水也多，La Nina年相反(見圖2b)。圖3 5個(gè)El Nino (a)和5個(gè)La Nina(b)年冬季500hPa溫度距平合成El Nino年冬季，在500hPa的溫度場上，東亞中高緯度為溫度正距平地區(qū)，說明El Nino年冬季東亞寒潮偏弱，東亞地區(qū)溫度相對偏高。La Nina年的情況相反，東亞中高緯度為溫度為負(fù)距平地區(qū)，這說明La Nina年的冬季東亞寒潮偏強(qiáng)，東亞地區(qū)溫度相對偏低。圖4 5個(gè)El Nino(a)和5個(gè)La Nina(b)年冬季850hPa風(fēng)的距平合成El Nino年的冬季，從歐亞大陸到東亞沿海地區(qū)出現(xiàn)偏南

7、風(fēng)距平，表明冬季東亞地區(qū)北風(fēng)偏弱，東亞寒潮活動較少，東亞冬季風(fēng)偏弱。在La Nina年的冬季，歐亞大陸到東亞沿海地區(qū)出現(xiàn)偏北風(fēng)距平說明東亞地區(qū)北風(fēng)偏強(qiáng)，東亞寒潮活動較多，東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng)。南亞夏季風(fēng)對南亞夏季風(fēng)對El Nino和和La Nina的響應(yīng)的響應(yīng) 圖5 5個(gè)El Nino(a)和5個(gè)La Nina(b)年冬季200hPa風(fēng)場距平合成 El Nino年冬季青藏高原南側(cè)的南支西風(fēng)比常年偏強(qiáng)，出現(xiàn)了西風(fēng)距平，這表明El Nino年南支西風(fēng)擾動強(qiáng)并且比較活躍；La Nina年冬季青藏高原南側(cè)的南支西風(fēng)比常年偏弱，出現(xiàn)了東風(fēng)距平，說明La Nina年南支西風(fēng)擾動偏少。 陶詩言指出：陶詩言指出：華

8、南冬季的持續(xù)性降雨華南冬季的持續(xù)性降雨( (雪雪) )天天氣大多數(shù)是由印度和緬甸移來的擾動所引起。氣大多數(shù)是由印度和緬甸移來的擾動所引起。 圖6 5個(gè)El Nino(a)和5個(gè)La Nina(b)年冬季中國降水距平的分布 圖中表明，El Nino年冬季青藏高原以及華南多雨雪，降水距平百分率為正；La Nina年冬季中國大陸降水比常年要少，降水距平百分率為負(fù)。 El Nino年冬季，由于南支西風(fēng)很強(qiáng)，并且擾動活躍，這些擾動引起高原上大量積雪以及華南地區(qū)降水偏多，這使得位于副熱帶的南亞地區(qū)土壤水分出現(xiàn)正距平。葉篤正等指出，陸地大范圍灌溉能引起對短期氣候變化的反饋?zhàn)饔?，這種大范圍灌溉所引起的氣候效應(yīng)

9、至少可持續(xù)幾個(gè)月。大面積的持續(xù)性降水其效果與大范圍灌溉相同。ENSO暖(冷)期，由于南亞土壤水分為正(負(fù))距平，使得春末夏初大陸增暖變慢(快)，這是因?yàn)橛胁糠值募訜嵯脑谌谘┖驼舭l(fā)上，從春季和夏季500hPa平均氣溫距平圖上(圖7a) ，在El Nino年冬季后期的春、夏季南亞上空為負(fù)距平，在La Nina年則為正距平(圖7b)。同時(shí)也看出在大陸南面的海洋上溫度沒有多大變化，這樣就造成在夏季南亞大陸與其南面海洋之間溫度對比小(大)，因而造成南亞弱(強(qiáng))夏季風(fēng)。圖7 5個(gè)El Nino (a) 和5個(gè)La Nina (b) 年春季500hPa 氣溫距平 根據(jù)以上分析，提出ENSO事件影響南亞夏季

10、風(fēng)強(qiáng)弱變化的成因機(jī)制如下：圖8 El Nino(a)和La Nina(b)年夏季850hPa 平均距平風(fēng)場由圖8可見，El Nino年在南亞季風(fēng)區(qū)高空(圖略)、低空都出現(xiàn)東風(fēng)距平(圖8a)。La Nina年在南亞季風(fēng)區(qū)高空(圖略)、低空都出現(xiàn)西風(fēng)距平(圖8b)，說明El Nino年(La Nina年)南亞夏季風(fēng)弱(強(qiáng))。從圖8還可看出：在東亞副熱帶季風(fēng)區(qū)(中國大陸和日本)，在El Nino (La Nina)年對流低空850hPa出現(xiàn)西風(fēng)(東風(fēng))距平。在夏季中國大陸低空盛行東南風(fēng)，表示副熱帶高壓勢力強(qiáng)，伸入大陸，這是主旱，夏季中國副熱帶大陸低空出現(xiàn)西風(fēng)距平時(shí)，副熱帶高壓勢力弱，位置偏南，夏季梅

11、雨鋒活躍，降水偏多。 夏季南亞季風(fēng)變化前兆信號的物理機(jī)制夏季南亞季風(fēng)變化前兆信號的物理機(jī)制 為什么在El Nino年冬春季南亞上空會有強(qiáng)西風(fēng)出現(xiàn)？近年來觀測事實(shí)指出，El Nino年除了在赤道東太平洋出現(xiàn)暖SST區(qū)(強(qiáng)對流區(qū))外，在赤道印度洋地區(qū)同樣也有一個(gè)暖的SST區(qū)，赤道印度洋SST的年際變化是赤道東太平洋SST年際異常的響應(yīng)，ENSO盛期赤道印度洋的SST出現(xiàn)與赤道太平洋SST同號的異常，強(qiáng)度約為赤道東太平洋SST的1/3，雖然赤道印度洋地區(qū)這個(gè)強(qiáng)對流區(qū)的強(qiáng)度僅為赤道東太平洋強(qiáng)度的1/3，但其緯向熱力對比與太平洋具有相同的量級。赤道太平洋SST的異常是強(qiáng)迫亞洲冬季中緯度環(huán)流變化的間接因子

12、，直接的強(qiáng)迫因子來自赤道印度洋。 在熱帶洋面SST正異常與強(qiáng)對流活動相聯(lián)系，對流活動所引起的非絕熱加熱必須通過絕熱上升的冷卻達(dá)到平衡。對流區(qū)中的上升運(yùn)動需要在低空有水平輻合，在對流層上部出現(xiàn)水平輻散，高空輻散引起負(fù)渦度距平，這種由SST異常所產(chǎn)生的渦度異常形成了類似于PNA常定的Rossby波列。赤道東太平洋區(qū)的SST為暖水時(shí)，有利于一個(gè)PNA型(太平洋北美遙相關(guān)型)的產(chǎn)生，類似地，在赤道印度洋區(qū)SST為暖水時(shí)(強(qiáng)對流區(qū))，大氣加熱，有上升運(yùn)動，200hPa渦源也會產(chǎn)生一個(gè)類似于PNA的遙相關(guān)，使得在中亞南部、青藏高原以及華南地區(qū)對流層中上部出現(xiàn)了沿著大圓的遙相關(guān)型，稱之為印度洋亞洲遙相關(guān)型(IA)。 一個(gè)典型的例子，1998年2月在赤道印度洋暖SST距平區(qū)域出現(xiàn)上升運(yùn)動(圖9a)，在200hPa的流函數(shù)距平圖上(圖9b)除了在東太平洋和北美出現(xiàn)典型的PNA遙相關(guān)型，在印度洋到亞洲上空也出現(xiàn)類似PNA型的遙相關(guān)型即IA型。圖9 1998年2月垂直速度(a)和200hPa 流函數(shù)距平(b)1998年年2月月200hPa 流函數(shù)距平流函數(shù)距平圖10 1998年2月500hPa 高度距平大于15m (a) 和小于-15m (b) 的天數(shù)的百分率。圖10 給