从东亚季风到全球季风

从东亚季风到全球季风

摘要：区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。本文基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程、全球季风的分布、季风的年际－年代际变化、季风与海温异常的关系、季风边缘活动带等方面。

关键词：东亚季风全球季风年际－年代际变化

1 引言

季风是一个古老的气候学问题，季风一词起源于阿拉伯语“Mausim”，意思是季节“Season”，现在英语称 “Monsoon”。早期人们用季风来表示印度洋，特别是阿拉伯海沿海地区地面风向的季节反转，即一年中半年吹西南风，而另半年吹东北风。

随着人们对季风认识的不断深入，原有季风的概念得到了很大程度的扩展，从单纯表示风向的季节性变化反转，扩展到表示几乎与亚洲、澳大利亚和非洲的热带、副热带大陆，以及毗邻的海洋地区所有的天气年循环相关的现象。南亚是著名的季风区，季风的各种特征在这里表现得最明显。季风具有区域特征，东亚季风对我国天气和气候有着十分重要的影响。我国季风专家近年来对东亚季风进行了广泛的研究。早在1930年代竺可桢（1934）就对夏季风进退及其与我国汛期降水关系做过研究。涂长望和黄士松（1944），陶诗言（1948）以及高由禧等（1962)研究了东亚季风的进退对中国气候年内变化的影响。之后，陈隆勋等（1991）和丁一汇（1994）对东亚季风的结构和性质有系统的总结研究。最近，黄荣辉等（2003）对东亚季风的变率及其成因做了很好的综述。

由于这方面的研究成果较多，在这一概述性短文中只就几个问题进行讨论，而不引用过多的文献，目的是对区域和全球季风分布有所了解。这些问题是基于作者对季风的理解，大致包括：季风的定义、表示季风特征的物理量、亚洲季风的季节进程、季风的年际和年代际变化、季风与海洋异常的关系、季风边缘活动带等方面。

2 季风的定义

Ramage (1971)考虑季风区风向的季节变化给出了全球季风环流区分布图（图1）。季风区的范围主要在赤道以北的热带和副热带地区，包括赤道北非、印度、中国和日本，南半球还包括澳大利亚北部。从陆地上来看，主要季风区在亚洲－澳大利亚以及非洲。

图1 Ramage (1971)总结给出的季风环流区

考虑风场的季节性强度变化，Li and Zeng（2002）提出了一个动态标准化的季风季节变率指数。由此指数给出了全球热带季风、副热带季风和中高纬度季风的地理分布。在环印度洋地区，上述两个工作所描述的热带季风区是基本一致的。

1980年代，Webster(1987)又给出了一个更为普遍的季风定义：冬、夏风向的季节性反转和干、湿期的季节性交替出现。

我国气象学家，如李崇银等（Li and Qu，1999）还强调越赤道气流对季风的影响。

综合上述季风的风向季节转变、干湿季节转换和季风与越赤道气流的联系，钱维宏等（Qian 2000; Qian et al.,2002a ）提出了“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义。基于这一定义，全球季风的区域分布如图2所示。在赤道上有三个大的水汽中心，最大的水汽中心区在赤道东印度洋－赤道西太平洋，另外两个中心分别在美洲赤道上和非洲赤道上。这三个中心随越赤道气流向赤道外季节扩展就形成了亚洲季风区、澳大利亚季风区、南北非洲季风区和南北美洲季风区。在赤道上有些地区只满足风向的季节变化但不满足干湿转换。在副热带地区很多地方既满足风向变化又满足干湿转换和受越赤道气流的影响。

图2 深阴影区为多年平均的热带水汽中心范围，赤道外粗线区内为干湿转换区，斜线区为受越赤道气流影响的季风区（Qian et al., 2002a）。

3 表示季风特征的物理量

在南亚大陆地区风向的变化与干湿转换是一致的，但在副热带地区和中高纬度地区风向的变化并不完全与干湿转换一致。季风往往是指夏季来自热带气团的降水，因此需要考虑与越赤道气流有联系。在北半球的一些地区，从西风带来的西南气流与降水会在一个地方发生，如华南的3-4月份，但这时的降水是非热带性质的。因此，简单地用风场和降水来判断季风还不够。不过，风和降水是季风分析的两个基本要素。

由于风和降水的直接观测仅仅在有人的陆地上，广大海洋上和高山地区缺少资料大大影响了对季风的全面认识。近20年来卫星观测资料的积累弥补了上述不足。卫星观测的水汽亮温（TB）、黑体辐射温度（Tbb）以及向外长波辐射（OLR）在季风研究中有了应用。但是，卫星资料，特别是Tbb和OLR资料能够较好地反映热带（20度纬带）内的对流活动，在高原地区和副热带地区反映的就不完全是对流特征了（朱亚芬等，2001）。

4 亚洲季风的季节进程

在北半球，从初夏到盛夏位于赤道东印度洋－赤道西太平洋的水汽中心是随越赤道气流向亚洲大陆扩展的。考虑水汽和越赤道气流的推进，Qian and Lee（2000）给出了亚洲季风推进的季节进程图（图3）。亚洲位于这个水汽中心的下风方，24－27候湿的水汽区扩展到中印半岛，28候季风突然在南海爆发。图4和图5是南海季风突然爆发时的降水和850百帕风场分布。这时的东亚降水通过越赤道气流成为了热带性质的降水。一条雨带从赤道印度洋经过孟加拉湾、南海到达西北太平洋。与这条雨带相联系的一条西南季风气流反映了亚洲

季风的内在联系。但由于受到不同地方海陆热力对比和高原热力对比的影响，亚洲季风又反映出地方特点，如南亚（印度）季风、东南亚（南海）季风、东亚季风、西北太平洋季风和高原季风等。在亚洲大陆上，28－41候季风在南亚（印度）由南向北扩展，28－32候季风沿高原的东部由南向北扩展，28－36候季风扩展到华东和日本，37－39候季风扩展到华北和朝鲜半岛。

图3 亚洲季风的季节进程（Qian and Lee 2000）

图4 气候平均第28候降水，单位：mm/d（Qian et al.,2002b）

图5 气候平均第28候850百帕流场分布，单位：m/s （Qian et al.,2002b）5 季风的年际和年代际变化

由于大气环流的年际和年代际变化，季风环流和季风降水也存在年际和年代际变化。1954年、1991年、1998年和2003年长江中下游地区的洪涝就反映了东亚季风（梅雨）的年际变化。图6是一幅亚洲夏季850百帕气流图。我国大陆中部（沿110E）存在一条辐散带，辐散带的东部到朝鲜半岛和日本即为东亚季风区。东亚季风的年际和年代际变化受到东部副热带高压的影响，受北方西风带的影响，受西部高原的影响，在其上游受南海季风、南亚季风和越赤道气流的影响。图7给出了东亚季风雨带与热带雨带的关系。从中国东部到朝鲜半岛和日本的雨带是随季节向北移动的。这条雨带的年际和年代际变化就受到周边环流系统的影响。

图6 亚洲夏季（6-8月）850百帕气流（Qian et al.,2002c）

图7 东亚季风雨带与热带雨带的关系，34-39候降水，单位：mm/d（Qian et al., 2002c）

这里给出南海季风爆发早晚，即年际变化对梅雨影响的一个研究。图8给出的是南海季风爆发早与晚年水汽向长江中下游的输送特征。孟加拉湾南部地区也是中国长江中下游和南海地区重要的水汽源地。从此源地出发的水汽输送有两条主要的轴线，一是向东进入南海，

另一条是向东北经中印半岛进入华南和长江中下游地区。南海季风爆发的早、晚年，水汽向长江中下游输送的路径和过程是不同的。在南海季风爆发早的年份水汽输送呈顺时针方向，路径经中印半岛到达长江中下游，最后返回到南海，对应长江流域多雨（涝）。在南海季风爆发晚的年份水汽输送呈逆时针方向，路径最初从南海出发到达华南地区，对应长江流域少雨（旱）。

图8南海季风爆发早与晚与长江下游旱涝的水汽输送特征示意图

双虚线表示气候平均最大水汽轴，单、双箭头分别表示长江中下游涝、旱年和南海季风爆发早、晚年的水汽输送之不同（谢安等，2001）

近20年来东亚地区的季风环流相对1950-60年代的季风环流发生了年代际变化。图9给出的是前后两个20年的亚洲区域850百帕气流。前20年的夏季西南气流可以到达华北和东北地区，而长江下游到韩国受副高脊影响。后20年西南气流直接影响长江下游到韩国一线。前者对应我国东部北方多雨，长江少雨。后者为我国北方少雨，长江－韩国多雨。

图9 亚洲区域850百帕夏季（JJA）气流1954-1976年（a）和1977-1999年的平均（m/s）

6 季风与海洋异常的关系

Webster and Yang（1992）首次提出了季风和ENSO选择性相互作用的概念。依据卫星观测的水汽亮温资料，钱维宏等（1998）计算了局地水汽亮温与全球水汽亮温的年际变化关系，提出了季风涛动的概念。如图10所示，当赤道东太平洋水汽增多时环赤道东太平洋的赤道西太平洋、副热带太平洋和赤道美洲水汽减少，而在其外围的东亚、北美等地区水汽增多。这种以赤道东太平洋为中心类似环状分布的水汽年际变化是与赤道东太平洋的海温年际变化联系在一起的。

图10 热带西太平洋（75-60W,0-7.5S）TB序列与全球格点TB序列的相关（％）分布（钱维宏等，1998）

7 结束语

本文就季风的定义、表示季风特征的物理量、亚洲季风的季节进程、季风的年际和年代际变化、季风与海洋异常的关系等方面的认识作了描述。这些方面的研究无论在季风的定义上，还是在用不同的资料认识季风的推进过程上都还有很多工作要做。季风年际变化与海洋异常的关系会随着年代际的变化而发生中断的现象就很值得研究。以往的工作人们多注重热带季风的研究。随着观测资料的积累与开发，不同区域季风的研究和区域季风与海洋异常关系的研究会得到进一步加强。

在季风研究中这样一种关系：“热－（生）－风－（生）－雨”会得到充分体现。这里的热是指各种尺度的热力对比，热力对比必然形成不同尺度的季风环流，即风。风的辐合、辐散会形成季风天气气候，即雨。因此，海洋热力变化和高纬度热力变化将作为强迫源被引入季风的研究中来。

在亚洲地区，南亚季风、东南亚季风、东亚季风、西北太平洋季风和高原季风的个别研究将与不同区域季风相互影响研究相联系。亚洲－澳大利亚季风，即A-A季风是目前人们研究的热门课题。此外，亚洲季风与非洲季风的联系，亚洲季风与北美季风的联系，南北美洲季风的联系和南北非洲季风的联系研究都会进一步加强。这些研究的深入会加深人们对全球季风的理解。

从图2看出，季风边缘的活动研究需要加强。季风边缘地区受季风年际和年代际变化影响大，分析的方法和资料时间－空间分辨率会与热带地区有所不同。我国东北、华北和西北地区就处于季风边缘活动区中，这里的气候变化对我国的影响巨大（徐袁和钱维宏，2003）。由于其同时具有的生态脆弱性和气候敏感性，东亚季风边缘研究有利于加深认识季风以及生

态系统在过渡带上的特性。青藏高原等地形以及海陆热力差异是对东亚季风边缘影响的重要因子，ENSO和全球变暖等因子对季风边缘活动也有影响。

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From the East Asian Monsoon to the Global Monsoon

Abstract: The domains of regional monsoon and global monsoon depend on various definitions of the summer monsoon. A definition was proposed in previous studies that the summer monsoon in the subtropics could be defined as the expansions of tropical wet centers accompanying cross-equatorial monsoon flows. Based on this definition the regional feature of East Asian monsoon, the seasonal march of Asian summer monsoon, the global monsoon distribution, monsoon interannual-interdecadal variations, relationship between sea surface temperature and monsoon anomalies, and the last boundary of summer monsoon are reviewed and discussed in this paper.

Keywords: East Asian monsoon global monsoon interannual-interdecadal variations