亞洲季風(fēng)氣候區(qū)的熱源分布及其對(duì)亞洲季風(fēng)形成的影響

摘要：亞洲季風(fēng)，是一個(gè)重要的氣候系統(tǒng)。本文在閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)亞洲季風(fēng)氣候系統(tǒng)的形成原因進(jìn)行了分析，青藏高原、極地冰蓋及熱帶印度洋和西太平的熱量變化都對(duì)亞洲季風(fēng)有重要影響。青藏高原的隆起對(duì)亞洲季風(fēng)的形成有重要作用，特別是高原動(dòng)力和熱力作用。本文重點(diǎn)分析了亞洲季風(fēng)氣候區(qū)的熱源分布對(duì)亞洲季風(fēng)形成的影響，不同的熱源空間分布型對(duì)我國(guó)不同月份降水的影響有差異。亞洲季風(fēng)的本質(zhì)，即是熱帶大氣水汽中心隨越赤道氣流向外擴(kuò)展的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：亞洲季風(fēng)；熱源與熱匯；青藏高原隆起；歲差；極地冰蓋

一、引言

世界上最早的關(guān)于描述季風(fēng)的文獻(xiàn)是我國(guó)帝舜的《南風(fēng)》歌，距今大約4200年左右。季風(fēng)，簡(jiǎn)而言之就是其風(fēng)向隨著季節(jié)的變化而變化，是一個(gè)重要的氣候系統(tǒng)。季風(fēng)形成的主要原因是海陸熱力性質(zhì)差異和行星風(fēng)系的季節(jié)性移動(dòng)而引起的，當(dāng)然還有其他因素的影響，例如熱帶印度洋熱量變化、極地冰蓋面積、青藏高原及歲差等都對(duì)亞洲季風(fēng)產(chǎn)生影響（劉東生， 1998； 劉曉東， 1999； 劉曉東， 2009；陳錦年， 2012）。李崇銀（1988）對(duì)亞洲季風(fēng)氣候若干問(wèn)題研究近況進(jìn)行了介紹。楊建平等（2005）研究了亞洲季風(fēng)與我國(guó)干濕、農(nóng)牧氣候界線之間的關(guān)系，結(jié)果表明季風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)弱變化控制著氣候界線空間擺動(dòng)的范圍與方向，其年代際變化是中國(guó)干濕、農(nóng)牧氣候界線呈現(xiàn)出年代際變化特征的根源。楊建玲等（2007）研究了熱帶印度洋海表面溫度年際變化主模態(tài)對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)大氣環(huán)流的影響，揭示了印度洋海盆模態(tài)可能引起北半球夏季繞球遙相關(guān)型。王彥明（2009）發(fā)現(xiàn) AMO 與亞洲季風(fēng)區(qū)氣候存在密切的聯(lián)系，之后利用 GFDL AM2、NCEP AGCM、NCAR CCM3 三個(gè)大氣環(huán)流模式模擬了亞洲季風(fēng)區(qū)氣候?qū)Ρ贝笪餮蠛禺惓５捻憫?yīng)，并揭示其影響機(jī)制。

亞洲季風(fēng)的建立及其強(qiáng)弱對(duì)我國(guó)的氣候產(chǎn)生了重要影響。全球回歸線穿過(guò)的陸地附近一般都是沙漠，例如北非，沙特，中美洲及澳大利亞中西部等，都因?yàn)樵诨貧w線穿過(guò)，受副熱帶高壓的控制，盛行下沉氣流，降水少，加之沿岸的寒流，從而形成了許多著名沙漠。而回歸線穿過(guò)的我國(guó)云南、兩廣、福建及臺(tái)灣等地區(qū)，不但沒(méi)有形成沙漠，而是植被覆蓋度高，降水豐富，河網(wǎng)密布的“魚(yú)米之鄉(xiāng)”。因此，被稱為回歸線上的綠洲。這得益于亞洲季風(fēng)的建立，使得原本的信風(fēng)帶在這里被東南季風(fēng)和西南季風(fēng)所替代，從而把大量的海洋水汽帶到陸地形成豐富的降水。

夏季風(fēng)的強(qiáng)弱對(duì)我國(guó)雨帶的遷移有重要影響。亞洲季風(fēng)氣候系統(tǒng)的年際和年代際變異對(duì)我國(guó)長(zhǎng)江流域的旱澇災(zāi)害及華北的干旱有重要影響。黃榮輝等（2008）研究表明長(zhǎng)江流域嚴(yán)重洪澇災(zāi)害一般發(fā)生在亞洲季風(fēng)偏弱時(shí)，北方有頻繁的冷空氣活動(dòng)。金霞（2009）分析了亞洲季風(fēng)的降水日變化特征分析，結(jié)果表明夏季沿青藏高原西南側(cè)山麓分布著一條明顯的夜間最大降水帶。

本文在閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了對(duì)季風(fēng)形成有重要的因素對(duì)亞洲季風(fēng)的影響，并重點(diǎn)分析了亞洲氣候區(qū)的熱源分布及其對(duì)亞洲季風(fēng)形成的影響，以及對(duì)我國(guó)氣候的影響，以期能夠?qū)喼藜撅L(fēng)有個(gè)整體性的認(rèn)識(shí)。

二、亞洲季風(fēng)的形成

亞洲陸地面積大而輪廓完整，缺乏深入內(nèi)地的海灣，大陸中心距海遙遠(yuǎn)。內(nèi)部有廣大的干燥地區(qū)，夏季形成世界的熱機(jī)，在干熱的印度西部、伊朗南部與阿拉伯一帶，極端最高氣溫達(dá)50℃左右，局部地區(qū)還要高些。夏季大陸強(qiáng)烈增溫，形成一個(gè)巨大的低壓區(qū)，通常稱為印度熱低壓。這個(gè)低壓夏季向東北擴(kuò)展，幾乎占據(jù)全部?jī)?nèi)陸，并與海上的副高之間形成很大的氣壓梯度。因此，亞洲季風(fēng)的成因一般認(rèn)為是其處在世界上最大的大陸（歐亞大陸）和世界上最大的大洋（太平洋）之間，海陸熱力性質(zhì)差異顯著，以及行星風(fēng)系的季節(jié)性移動(dòng)，從而形成了東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)，是全球最顯著的季風(fēng)系統(tǒng)。一般認(rèn)為東亞季風(fēng)的建立應(yīng)該滿足兩個(gè)條件：一是在東亞30°N以北地區(qū)存在季節(jié)性交替的夏季偏南而冬季偏北的盛行風(fēng)；二是冬夏反向的氣流來(lái)自物理性質(zhì)不同的氣團(tuán)，因而造成冬季干冷、夏季相對(duì)濕熱的氣候。夏季行星風(fēng)帶北移，南半球的東南信風(fēng)越過(guò)赤道而轉(zhuǎn)成偏南與偏西風(fēng)，也就是熱帶輻合帶南側(cè)的氣流。印度洋的越赤道氣流，主要是在增強(qiáng)印度西南季風(fēng)方面起作用；太平洋的越赤道氣流則對(duì)華南的西南季風(fēng)與東南季風(fēng)都有作用。

當(dāng)然季風(fēng)的形成還有其他因素的作用，如青藏高原隆起，極地冰蓋及歲差等。劉東生（1998）研究表明東亞夏季風(fēng)的雛形出現(xiàn)于漸新生世時(shí)期，顯示了與漸新世初期南極冰蓋的顯著增大具有某種同時(shí)性，南極冰蓋的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致兩半球的不對(duì)稱性，使得熱帶復(fù)合帶則會(huì)向北半球深入，從而南半球信風(fēng)進(jìn)入北半球低緯地區(qū)成為季風(fēng)，給陸地帶來(lái)海洋水汽。歲差會(huì)引起南北半球太陽(yáng)輻射的變化是相反的，因此，位于南北半球低季風(fēng)氣候的歲差尺度響應(yīng)通常也具有相反的變化趨勢(shì)（劉曉東， 2009）。歲差會(huì)引起北半球夏季日輻射增加，導(dǎo)致陸地溫度升高，海陸溫差隨之增大，使9ka前的亞-非季風(fēng)強(qiáng)度較現(xiàn)今更為強(qiáng)烈，季風(fēng)降水增多。

熱帶印度洋“耦合主模態(tài)”在夏季主要通過(guò)平均風(fēng)場(chǎng)和水汽輸送的熱力學(xué)過(guò)程以及大氣對(duì)熱源的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，及其中緯度急流波導(dǎo)影響大氣環(huán)流（楊建玲， 2007）。亞洲夏季風(fēng)通過(guò)水汽輸送的途徑在印度洋的“放電”過(guò)程中有放大大氣響應(yīng)信號(hào)的作用。熱帶印度洋海盆模的“電容器”作用：ENSO首先對(duì)印度洋進(jìn)行“充電”，形成熱帶印度洋海盆模，在ENSO峰值位相后的春季達(dá)峰值位相，并可以從春季持續(xù)到夏季，該模態(tài)又可以“放電”，引起春夏季大氣環(huán)流的顯著異常。因此提出了ENSO滯后和間接影響亞洲夏季風(fēng)的一個(gè)新途徑。

三、青藏高原隆起對(duì)亞洲季風(fēng)的影響

青藏高原的隆起對(duì)亞洲季風(fēng)的建立有重要作用。高原隆起可以通過(guò)各種直接和間接的作用使得氣候變冷。一方面，高原隆起使當(dāng)?shù)匾驓鉁刂睖p率效應(yīng)而變冷，會(huì)使部分地面進(jìn)入冰凍圈，促使高原面上大范圍冬季雪蓋形成，并通過(guò)反射率-溫度反饋而影響到半球、甚至全球的氣候；另一方面，高原隆起可以通過(guò)間接的生物化學(xué)作用是使全球，特別是高緯地區(qū)變冷。青藏高原隆起引起全球氣候變冷，就長(zhǎng)期趨勢(shì)而言，減少了海表、地表蒸發(fā)和大氣可持水量，總體上使降水有減少趨勢(shì)；但是高原隆起又使夏季風(fēng)加強(qiáng)，使得季風(fēng)區(qū)的降水增多。

氣候數(shù)值模擬方法的應(yīng)用， 促進(jìn)了青藏高原隆升對(duì)亞洲季風(fēng)-干旱環(huán)境演化影響的研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已應(yīng)用不斷改進(jìn)的數(shù)值模式（包括大氣環(huán)流模式、海洋-大氣耦合模式、海-陸-氣-冰耦合的地球系統(tǒng)模式）， 通過(guò)控制性地改變地形高度等， 探討青藏高原隆升在亞洲和全球氣候演化中的作用。

張晨等（2012）基于大氣環(huán)流模式（CAM），在月和候時(shí)間尺度上對(duì)比分析了東亞夏季風(fēng)對(duì)高原的響應(yīng)特征。結(jié)果表明：高原隆起加強(qiáng)偏北風(fēng)，使熱帶季風(fēng)爆發(fā)之前華南及長(zhǎng)江流域的降水加強(qiáng)，并通過(guò)對(duì)高層大氣的顯著加熱作用，強(qiáng)化了東亞地區(qū)上層大氣的南北熱力差異，使得東亞夏季風(fēng)加強(qiáng)。錢永甫等開(kāi)展了青藏高原大地形對(duì)大氣環(huán)流影響的數(shù)值模擬研究，揭示了高原動(dòng)力和熱力作用在亞洲區(qū)域環(huán)流形成和季風(fēng)發(fā)展中的重要性。

通過(guò)無(wú)山、半山和全山的敏感性試驗(yàn)揭示了青藏高原對(duì)區(qū)域和全球氣候環(huán)境的影響， 發(fā)現(xiàn)高原隆升增強(qiáng)了高原上夏季熱源和冬季冷源作用，放大了季節(jié)對(duì)比， 加劇了盛行風(fēng)向的季節(jié)轉(zhuǎn)換，從而對(duì)亞洲冬、夏季風(fēng)均有顯著的增強(qiáng)作用。盡管不同學(xué)者的結(jié)果還存在諸多差異，但可以肯定的是高原隆升與亞洲氣候變化確實(shí)存在著明確的因果聯(lián)系。

四、亞洲季風(fēng)氣候區(qū)的熱源分布及其對(duì)亞洲季風(fēng)形成的影響

亞洲季風(fēng)區(qū)的南亞-熱帶印度洋-熱帶西太平洋地區(qū)是全球范圍最強(qiáng)的大氣熱源區(qū)，其中西太平洋暖池區(qū)是最強(qiáng)的熱源中心。在亞洲季風(fēng)區(qū)中，除赤道附近的熱帶西太平洋地區(qū)外，大氣熱源、熱匯的季節(jié)差異非常明顯，從青藏高原南部和孟加拉灣北部到中國(guó)東部和南海地區(qū)，冬季都是較強(qiáng)的熱匯區(qū)，夏季則是非常強(qiáng)的熱源區(qū)，其中，青藏高原南部和孟加拉灣東北部夏季的熱源最強(qiáng)，而在北太平洋中緯度和澳大利亞北部洋面上，冬季是強(qiáng)熱源區(qū)，夏季是非常弱的熱源或熱匯。

青藏高原地區(qū)影響我國(guó)東部夏季降水的同期大氣熱源的空間分布型是各不相同的。陳玉英和鞏遠(yuǎn)發(fā)（2006）研究表明影響我國(guó)東部6月降水的同期大氣熱源REOF空間型是中南半島附近和孟加拉灣北側(cè)空間型；影響我國(guó)東部7月降水的同期大氣熱源REOF空間型是高原東南部、阿拉伯海北側(cè)、孟加拉灣北邊緣和高原東北邊緣空間型；影響我國(guó)東部8月的同期大氣熱源REOF空間型是高原東南側(cè)附件、高原東北邊緣空間型。影響我國(guó)東部夏季降水的前期春季大氣熱源REOF空間型是高原北部和孟加拉灣東側(cè)地區(qū)空間型。大氣熱源的不同空間型所對(duì)應(yīng)的東亞乃至北半球的大氣環(huán)流是不同的，因而影響我國(guó)同期降水的顯著區(qū)域也是不同的。

五、亞洲季風(fēng)氣候的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

從季風(fēng)的形成過(guò)程來(lái)看，季風(fēng)是由于熱帶輻合帶季節(jié)性南北半球遷移導(dǎo)致的行星風(fēng)系季節(jié)轉(zhuǎn)換而成的（錢維宏，2005），其根本的推動(dòng)力是熱帶輻合帶和南北極地區(qū)之間的冷熱源差異所產(chǎn)生的氣壓梯度力，因此本質(zhì)上季風(fēng)是一種能量的交換與傳遞過(guò)程，即通過(guò)季風(fēng)系統(tǒng)將低緯的熱帶輻合帶的熱量傳遞到高緯地區(qū)，以平衡高低緯度之間的能量差異。從水文循環(huán)角度來(lái)看，季風(fēng)與大氣降水過(guò)程密切相關(guān)（陳詩(shī)越等， 2012），直接影響著一個(gè)地區(qū)的干濕變化，是區(qū)域氣候和自然環(huán)境形成的基礎(chǔ)，季風(fēng)的波動(dòng)演變對(duì)區(qū)域水文循環(huán)和旱澇災(zāi)害產(chǎn)生深刻影響，因此本質(zhì)上季風(fēng)也是一種重要的水文循環(huán)過(guò)程，對(duì)區(qū)域水量平衡具有重要意義。

盡管已有的各類氣候模式對(duì)高原隆升氣候效應(yīng)的模擬具有一定的一致性， 但在某些方面尚存在明顯差異. 例如， 青藏高原南部地形的動(dòng)力作用和熱力作用對(duì)南亞季風(fēng)的相對(duì)重要性還有不同看法， 需要進(jìn)一步的定量化研究. 目前用于研究高原區(qū)域隆升作用的數(shù)值模式分辨率還有待提高。與全球大氣環(huán)流模式相比， 區(qū)域氣候模式有較高的分辨率因而能更好地描述中小尺度的動(dòng)力和物理過(guò)程， 進(jìn)而能夠更準(zhǔn)確地模擬區(qū)域及局地地形對(duì)季風(fēng)和干旱氣候的影響， 但區(qū)域模式也有其自身的局限性， 無(wú)法反映區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)流變化對(duì)區(qū)域外大氣的反饋。

關(guān)于亞洲季風(fēng)在軌道尺度上的驅(qū)動(dòng)機(jī)制有兩種不同的假說(shuō)。第一種是“零相位”假說(shuō)，即亞洲季風(fēng)的演化完全受控于北半球夏季日射，最強(qiáng)盛季風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間較之對(duì)應(yīng)的北半球最大夏季日射至多存在較小的相位差，即“零相位”。第二種假說(shuō)認(rèn)為南亞季風(fēng)除了受北半球夏季日射的直接驅(qū)動(dòng)外， 還要受到南半球日射（在歲差周期上與北半球輻射反位相）引起的南印度洋潛熱輸送的巨大影響， 我們暫且稱之為“潛熱說(shuō)”。

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作者簡(jiǎn)介：姓名徐琦（1990.03.13），性別；女，籍貫；遼寧盤錦， 單位；吉林師范大學(xué)，學(xué)歷（2012級(jí)碩士）， 研究方向；自然資源保護(hù)與利用。