亞洲冬夏季風對ENSO事件的響應

1、亞洲冬夏季風對亞洲冬夏季風對ENSO事件事件的響應的響應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El Nino和La Nina年冬、春和夏季200、500和850hPa合成高度場、風場、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)，導致亞洲冬季風和大洋洲夏季風弱(強)。在El Nino (La Nina)年冬季華南和青藏高原降水或降雪量為正(負)距平，這使得在晚春和初夏南亞的加熱慢(快)，導致夏季海陸的熱力對比小(大)，因而出現(xiàn)弱(強)夏季風。引引 言言 季風是全球氣候系統(tǒng)中的一個

2、重要成員，季風特別是亞洲季風對全球熱帶大氣環(huán)流的季節(jié)和年際變化起著重要作用，在亞洲夏季風強或弱的年份，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強信號，El Nino事件雖然只出現(xiàn)在赤道東太平洋上，但其影響遠遠超出這個范圍。在80年代初，人們對El Nino事件與亞洲夏季風的關(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，這表明兩者有同時的相互聯(lián)系；研究還表明，ENSO事件發(fā)生后，亞洲季風常常出現(xiàn)異常現(xiàn)象，上世紀80年代末期人們開始注意季風活動對El Nino的影響問題，因此ENSO與季風關(guān)系值得深入研究。東亞冬季風指數(shù) C

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

4、來的5個El Nino年(1982、1983、1987、1991、1993)以及5個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、夏季風是怎樣響應ENSO現(xiàn)象的，即通過怎樣的過程使得ENSO與亞洲冬、夏季風年際變化聯(lián)系起來？ 東亞冬季風對東亞冬季風對El Nino和和La Nina的響應的響應圖2 5個El Nino(a)和5個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距平區(qū)，這種距平分布反映冬季東亞上空高空槽強度比常年偏強，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。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)的西風帶低壓擾動活躍，降水也多，La Nina年相反(見圖2b)。圖3 5個El Nino (a)和5個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距平地區(qū)，這說明La Nina年的冬季東亞寒潮偏強，東亞地區(qū)溫度相對偏低。圖4 5個El Nino(a)和5個La Nina(b)年冬季850hPa風的距平合成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、風距平，表明冬季東亞地區(qū)北風偏弱，東亞寒潮活動較少，東亞冬季風偏弱。在La Nina年的冬季，歐亞大陸到東亞沿海地區(qū)出現(xiàn)偏北風距平說明東亞地區(qū)北風偏強，東亞寒潮活動較多，東亞冬季風偏強。南亞夏季風對南亞夏季風對El Nino和和La Nina的響應的響應 圖5 5個El Nino(a)和5個La Nina(b)年冬季200hPa風場距平合成 El Nino年冬季青藏高原南側(cè)的南支西風比常年偏強，出現(xiàn)了西風距平，這表明El Nino年南支西風擾動強并且比較活躍；La Nina年冬季青藏高原南側(cè)的南支西風比常年偏弱，出現(xiàn)了東風距平，說明La Nina年南支西風擾動偏少。 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El Nino(a)和5個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。 El Nino年冬季，由于南支西風很強，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作用，這種大范圍灌溉所引起的氣候效應

9、至少可持續(xù)幾個月。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)距平，使得春末夏初大陸增暖變慢(快)，這是因為有部分的加熱消耗在融雪和蒸發(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、夏季南亞上空為負距平，在La Nina年則為正距平(圖7b)。同時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)夏季風。圖7 5個El Nino (a) 和5個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、風強弱變化的成因機制如下：圖8 El Nino(a)和La Nina(b)年夏季850hPa 平均距平風場由圖8可見，El Nino年在南亞季風區(qū)高空(圖略)、低空都出現(xiàn)東風距平(圖8a)。La Nina年在南亞季風區(qū)高空(圖略)、低空都出現(xiàn)西風距平(圖8b)，說明El Nino年(La Nina年)南亞夏季風弱(強)。從圖8還可看出：在東亞副熱帶季風區(qū)(中國大陸和日本)，在El Nino (La Nina)年對流低空850hPa出現(xiàn)西風(東風)距平。在夏季中國大陸低空盛行東南風，表示副熱帶高壓勢力強，伸入大陸，這是主旱，夏季中國副熱帶大陸低空出現(xiàn)西風距平時，副熱帶高壓勢力弱，位置偏南，夏季梅

11、雨鋒活躍，降水偏多。 夏季南亞季風變化前兆信號的物理機制夏季南亞季風變化前兆信號的物理機制 為什么在El Nino年冬春季南亞上空會有強西風出現(xiàn)？近年來觀測事實指出，El Nino年除了在赤道東太平洋出現(xiàn)暖SST區(qū)(強對流區(qū))外，在赤道印度洋地區(qū)同樣也有一個暖的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，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)這個強對流區(qū)的強度僅為赤道東太平洋強度的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的異常是強迫亞洲冬季中緯度環(huán)流變化的間接因子

12、，直接的強迫因子來自赤道印度洋。 在熱帶洋面SST正異常與強對流活動相聯(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到平衡。對流區(qū)中的上升運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，有利于一個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(強對流區(qū))，大氣加熱，有上升運動，200hPa渦源也會產(chǎn)生一個類似于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