論東亞季風的形成

高文才

【摘要】東亞季風是全影響東亞環(huán)境的一種重要的大氣環(huán)流系統(tǒng)，本文分析了東亞季風形成的三個基本因子和東亞季風的建立與維持機制，最后提出了在季風動力學研究方面需要進一步探討的問題。

【關鍵詞】東亞季風 海陸差異 太陽輻射

引言

早在十七世紀學者Hadley就提出季風的原動力是海陸熱力特性差異。這一經(jīng)典提法一直為后人所承認并加以補充和修正。例如高由禧（1979）強調(diào)南北半球季風的概念，他認為北半球夏季氣溫明顯高于南半球，因此空氣由南半球移向北半球，在科里奧利力作用下，形成北半球夏季季風。本文重新梳理了東亞季風形成的因子和建立與維持機制。

1 東亞季風形成的基本因子

季風是下墊面附近的大氣現(xiàn)象（不包括高空平流層季風），影響季風形成的基本因子主要是下墊面附近的熱力因子。

1.1太陽輻射的經(jīng)向差異

由于地球的球形和太陽輻射直射緯度在23.5°S～23.5°N之間擺動，造成冬夏相反的緯向均勻的經(jīng)向太陽輻射加熱差。太陽輻射加熱下墊面，再由下墊面通過地—氣感熱交換、潛熱交換及長波幅射加熱大氣，其中感熱交換及長波幅射直接加熱當?shù)氐牡蛯哟髿狻摕峤粨Q的水汽隨氣流流動主要在高空通過凝結(jié)潛熱釋放加熱大氣，而且不一定在當?shù)亍Ｖ饕捎谇岸叩淖饔?，如果下墊面均勻時，將造成冬夏相反的緯向均勻的經(jīng)向大氣加熱梯度，從而引起行星風系的南北位移，形成季風。

1.2 海陸熱力差異

由于陸地土壤熱容量小，海水熱容量大且有上下交換。因此，在冬季太陽輻射減少時，陸地溫度降低快于海洋，反之，在夏季，陸地升溫快于海洋，進使冬季大陸地表溫度低于海洋，夏季高于海洋。因而，冬季大陸是冷源，海洋是熱源；反之，夏季大陸是熱源，海洋是冷源。由于地球表面海陸分布不均，特別是歐、亞、非洲大陸連成一片，從而形成冬夏相反的季風氣流。

1.3青藏高原與大氣之間的熱力差異

與海陸效力差異相似，由于高原與自由大氣的熱力性質(zhì)不同，造成高原與周圍自由大氣之間的效力差異，從而形成高原上的冬夏季風，并且對整個亞洲季風有直接影響。

除了上述三個基本因子之外，其他還有許多因子對季風的形成也有重要作用，如海冰與其他下墊面之間的熱力差異、降水引起的凝結(jié)浴熱釋放、高原大地形的動力作用等。但是決定亞洲季風環(huán)流基本特征的仍是上述三個基本因子。

2 東亞季風的建立與維持機制

由7月東亞和印尼一北澳季風區(qū)的大氣熱源（匯）分布可以看出，南海一西太平洋熱帶季風經(jīng)向垂直環(huán)流與東亞大陸一日本副熱帶經(jīng)向垂直環(huán)流是由兩對與其相對應的熱源（匯）所維持的。對于東亞熱帶季風來說，澳大利亞地區(qū)冷卻下沉，南海一西太平洋地區(qū)加熱上升。就像一部熱機一樣，冷熱源是驅(qū)動其運轉(zhuǎn)的動力特別是凝結(jié)潛熱釋放加熱其數(shù)值很大，是維持這部熱機的主要動力。對于東亞副熱帶季風來說也是如此，西太平洋副熱帶高壓中氣流冷卻下沉，北側(cè)雨帶中加熱上升，從而維持了副熱帶季風經(jīng)向垂直環(huán)流。由于這兩個經(jīng)向垂直環(huán)流的維持，不僅維持了低層南北兩支西南季風氣流，同時也維持了高空南北兩支熱帶東風急流，并有利于南亞高壓的東部脊在東亞大陸上空的維持。維持東亞冬季風經(jīng)向垂直環(huán)流的熱源（匯）是亞洲大陸的冷源和印尼一北澳地區(qū)的熱源。當然，東亞季風環(huán)流是整個大氣環(huán)流的一部分，它還受到全球大氣環(huán)流的制約，并對全球大氣環(huán)流施加影響?？梢哉f，東亞季風環(huán)流的維持是在全球各種熱力動力因子的作用下，大氣環(huán)流變化的結(jié)果。但就其主要環(huán)流特征來說，是由這兩對熱源（匯）所驅(qū)動和維持的。

問題是無論在那一對熱源（匯）中，熱源總是由凝結(jié)潛熱釋放加熱所造成的，而凝結(jié)潛熱釋放又總是位于季風輻合帶中，那么季風輻合帶的形成及其所處的位置又是由什么因子所決定的呢？顯然，這也是各種熱力動力因子與大氣環(huán)流相互作用達到相對平衡的結(jié)果。盡管如此，在各種因子中必定存在一些基本的因子。這些基本因子就是本文開頭所述的三因子。對于東亞夏季風來說，在其建立之前，季風雨帶尚在南半球赤道附近。由于太陽輻射分布的季節(jié)變化，引起行星風系的北移，熱帶輻合帶也北移，但是由于亞洲大陸與南部海洋之間各個經(jīng)度上的感熱加熱差大不相同，于是從印度一南海一西太平洋的熱帶輻合帶是由南向北傾斜的，愈向東離赤道愈近，至西太平洋已逐漸喪失季風輻合帶的性質(zhì)。因而可以說，亞洲熱帶季風環(huán)流基本特征的最初建立，主要是由海陸熱力差與太陽輻射的經(jīng)向差共同決定的。對流凝結(jié)潛熱的釋放是加強和維持季風環(huán)流的重要因子。

副熱帶季風較為復雜，它除了受經(jīng)向太陽輻射加熱差和經(jīng)向海陸熱力差的影響外，還受到緯向海陸熱力差的作用。行星風系的影響主要反映在副熱帶高壓帶的北移。東亞大陸感熱加熱的影響使低層副熱帶高壓脊減弱東縮，致使熱帶季風北上與副熱帶高壓西南側(cè)的東南氣流匯合形成副熱帶季風。季風輻合帶的位置主要是由中高層副熱帶高壓的位置所決定的。緯向海陸熱力楚使得副熱帶夏季風的風向更加偏南。因此，東亞副熱帶季風的基本特征也是由海陸熱力差和太陽輻射經(jīng)向差共同決定的。

青藏高原對東亞季風的建立、維持與傳播有重要的作用。對東亞夏季風來說主要是熱力作用。主要表現(xiàn)在高空南亞高壓的北上，從4月份開始高空副熱帶高壓中心就從菲律賓以東的洋面上向西北移至南海，5月又移至中南半島，6月即躍上高原，在此過程中高壓不斷增強，范圍不斷擴大，最終成為夏季北半球高空最強大的環(huán)流系統(tǒng)。它的北上與高原地區(qū)大氣的感熱加強有密切的聯(lián)系。各種計算結(jié)果均表明，從10月到2月高原為冷源，3月到7月高原為熱源，其中3月到7月感熱均大于潛熱，特別在高原西部感熱遠大于潛熱，高原轉(zhuǎn)為雨季后感熱潛熱同樣重要。由此可見，南亞高壓中心躍上高原是與高原的熱力性質(zhì)有關的，即使在躍上高原后感熱加熱也很重要。