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东亚夏季风综述

Ding Yihui¹ and Johnny C. L. Chan²

总结

本文概述了东亚夏季风研究的一些主要问题。在东亚（包括南海（SCS））的夏季风系统不能仅被认为是印度夏季风的向东北方向的延伸。大量的研究证明：巨大的亚洲夏季风系统可以分为两个子系统：印度和东亚季风系统，在很大程度上两个子系统相互独立同时又相互影响。在此前提下，下面总结了近二十年来的主要研究成果：

1. 多数情况下东亚夏季风最早在中南半岛中部和南部爆发。在季风爆发之前存在孟加拉湾（BOB）气旋、热带东印度洋和孟加拉湾低空西风急流急剧加速、对流活动的范围和强度显著增加。
2. 东亚夏季风的季节性北进表现出一个明显的阶梯式向北和东北方向的推进，具有两次突然北跳和三次稳定期。5月初至中旬，季风降水出现在中南半岛—南海—菲律宾一带，然后在6月初至中旬突然伸展到长江流域、日本西部、南部，最后跨国华北、韩国和日本部分地区以及西太平洋西部局部地区。
3. 东亚夏季风爆发后，来自中南半岛和南海的水汽供应为东亚地区降水起着关键的“开关”作用，因此引起了东亚地区气候系统的巨大变化，甚至通过遥相关引起更远地区气候的变化。
4. 东亚夏季风及相关季节雨带在季节内、年际、年代际时间尺度上呈现出显著的变化。它们之间的相互作用，即锁相和同相或异相叠加，在很大程度上可以控制东亚夏季风的活动，并且产生独特的一般和异常模态。两个外强迫即太平洋和印度洋海温及欧亚大陆和青藏高原的积雪（雪盖）被认为是影响东亚夏季风活动的主要因素。
5. 然而，大气环流内部的变率也非常重要。尤其是欧亚大陆中、高纬的阻塞高压和北太平洋的副热带高压起着非常重要的角色，这与南亚季风的背景完全不同。南亚季风（印度季风）具有热带季风特点，而东亚季风同时具有热带和副热带季风的混合特点，受中高纬度影响的较强。
6. 引言

经过中国气象学者的多年研究，已经发现印度季风环流和东亚季风环流存在许多差异。这一事实表明，东亚季风系统的结构和主要组成部分可能独立于印度季风系统，尽管存在显著的相互作用。换言之，巨大的亚洲季风系统可以被划分为两个子系统：南亚季风系统（或印度季风系统）和东亚季风环流系统，它们彼此独立，同时又相互影响(Zhu, 1934; Yeh et al, 1957; Tao and Chen, 1987)。因此，东亚（包括南海）夏季风一方面不能仅被认为是印度夏季风的东向延伸，另一方面中国大陆夏季风不能完全被认为是印度季风的北向延伸。必须考虑到它们自己独特的区域特征。但Zhu等人（1986）强调了它们之间的相互作用。他们指出这种相互作用可以通过能量交换、低频振荡和水汽输送来实现。Wang和Lin（2002）最近的工作证实了东亚季风系统的存在，并进一步扩展了亚洲夏季系统，以纳入西北太平洋地区（亚太季风）。因此，亚太季风划分为三个子系统：印度夏季风（ISM）、西北太平洋夏季风（WNPSM）和东亚夏季风（EASW）（图1）。由他们定义东亚夏季风区域包括北纬（20-45）东经（110-140），覆盖中国东部、韩国、日本和邻近的边缘海洋。这种定义并不完全符合中国气象学家使用的 传统概念不完全一致(Tao and Chen, 1987; Ding, 1994)，他们通常把南海（SCS）包括在EASM内。

Wang和Lin（2002）认为ISM和WNPSM是热带季风，其低层风由冬季东风逆转为夏季西风，而EASM是副热带季风，其低层风主要有冬季偏北风逆转为偏南风。但是，如果SCS区域包含于EASM内，则EASM应该是热带和副热带季风的混合型。在图1中，还可以注意到ISM和WNPSM被中南半岛和云贵高原上的广泛过渡带隔开。这种不连续性在ISM和WNPSM之间提供了一个宽广的“缓冲区”区域或走廊。在中南半岛上空，4月下旬或5月上旬的雨季在秋季达到最大强度，并且分别在5月和9月至10月分别出现双峰(Matsumoto, 1997; Lau and Yang, 1997)，这个特征与邻近ISM和WNPSM的雨季大不相同。

图1.该地图将亚太季风区划分为三个次区域。印度夏季风(ISM)和西部西北太平洋夏季风(WNPSM)是热带季风区。中南半岛的宽广的走廊将它们隔开。副热带季风区被确定为东亚夏季风（EASM）。它与西北太平洋夏季风(WNPSM)的界线很小。(Wang and Lin, 2002)

亚洲季风区呈现出年周期及干季和雨季的交替变化，这与季风环流特征的季节性逆转相一致的(Webster et al, 1998)。然而，对于亚洲季风区的不同地区，干季和雨季持续时间可能不同，这取决于它们的气候区域和亚洲季风的影程度。在南亚干季和雨季分明，而在东亚可以明显地看到四季，尽管干季和雨季是该地区降水年际变化的主要模式。在东亚中纬度地区，如中国中部沿长江、淮河流域和朝鲜半岛，因为这些地区的潮湿期短于一个月，所以它们一般不包括在干湿交替地区。这些短暂的雨季主要出现在这些地区夏季风的盛行期间。

多年来，大量的文献为印度夏季风的研究做出了贡献。然而，近二十年来，东亚夏季风的研究受到越来越多的关注。近年来对东亚夏季风研究主要集中在以下几个方面(Ding, 1994; Lau et al, 2001; Ding et al, 2004; Chang, 2004)：

1. 东亚夏季风的爆发，尤其是南海(SCS)；
2. 东亚夏季风和相关季节性主要雨带的季节性推进；
3. 梅雨（Baiu）和相关天气的扰动；
4. 东亚夏季风的多尺度变化及其对异常气候事件（旱、涝）的影响，特别是季节内 (ISO)、年际（ENSO—季风关系）和年代际尺度的变化；
5. 通过遥相关模式对东亚夏季风的远程影响；
6. 与东亚夏季风有关的物理过程和机制；
7. 东亚夏季风的可预测性和预报。

这些研究的一个主要推动力是南海季风实验 (SCSMEX, 1996–2001)和GEWEX亚洲季风实验(GAME, 1995-至今)(Lau et al, 2001; Yasunari, 2000; Ding and Liu, 2001; Ding et al, 2001; Ding et al, 2004)。除了第（7）项之外，本文将对上述问题的主要成果和结论进行全面回顾（审查）。

1. 东亚夏季风的爆发

亚洲夏季风的爆发是表征干季到雨季和随后季节突然转变的关键指标。许多研究人员从区域的角度研究了这个问题。由于数据，季风指数和季风爆发的定义的不同，在某种程度上很难得到不同地区亚洲夏季风的气候起始日期的统一和一致的图片。Ding（2004）根据各种来源总结了亚洲夏季风在不同季风区爆发的气候学日期，将亚洲季风爆发的整个过程分为四个阶段：

1. 第一阶段（4月下旬或5月上旬）：亚洲大陆最早的爆发通常出现在4月下旬或5月上旬的中南半岛中部，但在某些情况下，也有可能首先在中南半岛南部或西部爆发。
2. 第二阶段（5月中旬到5月下旬）：这一阶段的特点是夏季风的区域性延伸，向北推进到孟加拉湾，向东延伸到南海。
3. 第三阶段（6月1日到20日）：这个阶段是以印度夏季风的爆发和东亚雨季的开始而闻名，如长江流域的梅雨和日本的BAIU季节。
4. 第四阶段（7月1日到20日）：这个阶段夏季风可以推进到华北、朝鲜半岛（所谓的昌马雨季）甚至日本中部。

图2显示出这一爆发过程的说明性描述(Zhang et al, 2004)。在5月1日至5日 (图 2a)，夏季风只在苏门答腊岛上建立。在接下来的5月6日至15日 (图 2b, c)，热带季风推进到陆桥，首先在中南半岛西南部建立，然后扩展到整个南半岛。在5月16日至20日之间 (图 2d)，在中南半岛中部观测到夏季风的形成。同时，爆发位置向南海中部和南部延伸，整个南海伴随着每天降雨量大于5mm的降雨速率。在接下来5月21日至30日，爆发迅速扩展，几乎覆盖整个南海(图 2f )。另一方面，从5月中旬开始，亚洲夏季风也从近赤道东印度洋和中南半岛向西北方向推进到印度季风区(图 2d)。在印度次大陆的南端，可以观测到该地区最早出现的亚洲夏季风。6月初(图2g, f )，亚洲夏季风迅速向北推进，到达印度次大陆中部。同时，观测到阿拉伯海和印度次大陆西海岸爆发，这主要是由于索马里海岸的越赤道气流的增强以及阿拉伯海中部和北部海域的起始涡旋的发展(Krishnamurti et al, 1981; Ding, 1981)。这个日期通常被认为是印度夏季风的正常爆发时间。因此，在亚洲夏季风系统的背景下，东亚和东南亚夏季风的发生密切相关。然而，亚洲夏季风最早发生在中南半岛和南海沿岸。

南海和中南半岛的爆发过程非常突然，在短短的一周左右的时间内，大尺度环流和降雨模式发生剧烈的变化。突然爆发后，低层东风和高层西风分别迅速转为西风和东风。与此同时，持续寒冷的旱季迅速转变为雨季，这表明夏季季风雨季最早到达亚州-西北北太平洋北部季风区。图 3清楚地说明了降雨的突变。在南海上空，5月中旬之前主要降水带稳定位于（15S~10N）区域之间；位于华南地区（20N~28N）另一条雨带对应于夏季前的雨季。大约在5月中旬，近赤道雨带突然向北推进，并与华南的雨带相合并。可以看出，这个过程是在很短的时间内完成(图 3b)。相反，在印度区域（经度）上，这个过程或多或少是渐进的，尽管可以注意到该区域雨量大幅度增加。基于大尺度风，位势高度，降雨量和ORL模式，许多气候学和案例研究的研究人员都充分地记录了在南海的突然爆发过程(Lau and Yang, 1997; Matsumoto, 1997; Fong and Wang, 2001; Wang and Lin, 2002)。从图4-5可以看出，这些区域从5月11日至15日到5月16日至20日的每5天时间内发生了明显的变化。西南风从赤道东印度洋迅速扩展，穿过中南半岛一直延伸到南海的大部分区域 (图 4a–d)。同时，在这些短暂的的转变时间内，OLR值从240w/m2显著降低到240w/m2以下(图 5)，表明南海在爆发过程中对流云和降水急剧发展，预示着该地区旱季结束和雨季到来。

图 2.气候平均降水速率（mm/day）序列从5月1日-5日（a）到6月1日-11日（h）。浅色和阴影区域分别表示降水区域大于5毫米每天和10毫米每天。黑点表示夏季季风爆发的位置。

图 3.平均降水量（1979~2001）在（70E~80E(a)）和（110E~120E(b)）纬度和时间图。这里使用CMAP降水数据资料。单位：mm/day .(Sun, 2002)

热带西风从热带东印度洋向南海南部和中部的加速和向东延伸是爆发前后低空风最显著的变化(图 4e)。索马里急流上游也经历了相当大的变化。从孟加拉湾北部到南海南部，形成一条嵌入两个气旋性环流的风切变线。这一事实表明，季风槽的发展与南海南部中纬度锋系的尾部有关。因此，南海夏季风的爆发应该视为整个亚洲夏季风季节性快速增强的区域性表现。相应地，OLR模式中最显著的变化也出现在阿拉伯海、热带东印度洋和孟加拉湾、南海和热带西太平洋(图 5e)。这些变化反应了这些地区云和降水突然增强，其中南海的变化最为显著。另一个突然变化是来自中南半岛和南海地区的西太平洋副热带高压的（图中未显示）迅速减弱和向东撤退。同时，在孟加拉湾上空一个低压槽不断向南延伸并加深，这极大地有利于当地强对流活动的局部发展以及热带东印度洋低层西风的加速和向东传播。目前不太清楚低层西南风向东延伸或副热带高压向东退缩哪一个是导致上述一系列事件发生大规模突变的主要原因。

200hPa流场的最显著特征是南亚高压在中南半岛东部的显著发展和北移。在南海夏季风爆发之前，南亚高压位于中南半岛南部，强度较弱（图中未显示）。此后，这个高压向西北方向移动并显著增强。高层两侧西风急流和东风急流相应地加速，从而导致中南半岛和南海上空高层辐散和对流活动的增强(Zhang et al, 2004)。根据此期间加热模式，可以看出这个主要流出区域对应这些区域中的热源（Q1gt;0）广泛区域。

基于以上分析，南海夏季风爆发过程中的重要关键点可能如下所示：

• 赤道东印度洋(80^○– 90^○E)和索马里海岸外的跨赤道气流的发展以及在印度支那半岛，华南，青藏高原及邻近地区热源的季节性迅速增强；
• 热带东印度洋低层西风加速；
• 季风低压或气旋环流的发展以及孟加拉湾周围连续的副热带高压带断裂；
• 来自热带东印度洋的热带西南季风向东扩展；

图 4. （1979-1999）21年850hPa平均风场：

（a）5月6日~10日（b）5月11日~15日（c）5月16日~20日（d）5月21日~25日（e）5月21日~25日和5月6日~10日850hPa平均风场的差异。单位：m/s ，阴影区域表示风速大于8m/s的区域。(Ding and Sun,2001)

图 4. 21-yr (1979–1999) mean 850 hPa wind patterns:

(a) for the pentad of May 6–10, (b) for the pentad of May 11–15, (c) for the pentad of May 16–20, (d) for the pentad of May 21–25, and (e) the difference of mean 850 hPa wind patterns between May 21–25 and May 6–10. Unit: m s^—1. S

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