探索東亞夏季風之源

我國地處東亞季風區，季風雨帶的位置變化直接影響著東部的干旱與雨澇。我國每年因各種氣象災害致使農田受災面積3000多萬公頃，受干旱、暴雨、洪澇和熱帶風暴等極端天氣、氣候事件影響的人口達6億多人次，平均每年因氣象災害造成的經濟損失占國民經濟總產值的3％～6％。

上世紀90年代以來，長江流域暴雨洪澇事件頻繁發生，1991年特大洪澇之后，1998年發生了全流域的特大洪水，1999年6月長江下游再次發生嚴重洪澇。與此同時，華北地區卻日趨干旱，黃河自1985年以后年年斷流，其中1997年斷流日數超過226天。

進入2l世紀以來，我國長江流域的雨帶有逐漸北移至淮河流域的趨勢，前6年中淮河流域發生了3次大洪水(分別在2000年、2003年和2005年)，特別是2003年夏季，由于幾次強的持續性暴雨和大暴雨過程集中、雨量大，導致王家壩兩次開閘泄洪，成為繼1991年以來淮河流域出現的最大汛情。2006年夏季，長江流域降水量偏少，重慶遭遇了百年一遇的特大伏旱，四川也出現了1951年以來最嚴重的伏旱。

造成我國頻繁出現上述極端天氣氣候事件的直接原因是大氣環流異常導致了東亞夏季風的活動異常。當東亞夏季風活動加強時，我國夏季季風雨帶的位置偏北，而長江流域降水相對偏少。特別是隨著全球氣候變暖，影響我國北方地區夏季降水的中高緯度大氣環流異常明顯加強，對流層低層的季風環流向北推進，逐漸加強，季風雨帶隨之偏北。

既然東亞夏季風對我國的氣候異常有這么大的影響，那么，東亞夏季風是怎么形成的，它又是怎樣影響我國氣候的?東亞夏季風最早在哪里出現?可以通過什么方法來監測、研究它?

我國氣候受季風影響明顯

季風指近地面層冬、夏盛行風向接近相反且氣候特征迥異的現象。地球表面約四分之一的面積受季風影響，南亞、東亞、非洲和澳大利亞北部都是季風活動明顯的地區，其中尤以南亞的印度季風和東亞季風最為顯著。

東亞季風是影響我國氣候的重要因素之一，我國夏季雨帶位置的變化就受控于東亞夏季風的活動。

我國地處歐亞大陸東部、太平洋西岸，冬夏高低氣壓中心的活動和變化顯著，季風的影響強烈，是一個比較顯著的季風區：除新疆、柴達木盆地中部和西部、藏北高原西部、賀蘭山和陰山以北的內蒙地區屬大陸性無季風氣候區外，其他地區均屬季風區。由于季風環流的作用，夏季風在高溫季節給我國廣大的亞熱帶地區帶來豐沛的降水，形成溫暖濕潤的氣候，使得這些地區的農業十分發達，最適宜種植水稻；而世界同緯度的許多地區(回歸線附近)，由于受副熱帶高氣壓帶的控制，而不是季風的影響，多表現為荒漠或干旱草原，如北半球的撒哈拉沙漠、阿拉伯大沙漠，南半球的澳大利亞大沙漠、南非的納米比亞沙漠、卡拉哈里沙漠等。同時，由于季風在一年中存在冬夏交替和南北進退，對我國自然景觀的形成和發展也起著重要作用。我國東部和西部地區的差異以及東部地區自然地帶的南北遞變，也在很大程度上受季風的控制。

另一方面，由于受東亞夏季風進退和強度異常的影響，我國大范圍地區也經常發生降水和雨帶位置的異常，進而導致嚴重的早澇災害。特別是上世紀90年代以來，我國因夏季風異常引發的旱澇災害呈現加劇的趨勢。這對我國的經濟建設、社會發展，特別是廣大人民群眾的生命財產安全構成了嚴重威脅。而且，隨著我國經濟發展水平的提高，旱澇災害造成的損失也將越來越大。

要航海就要知道季風

其實，季風是一個很古老的氣候學概念，它的英文名稱為Monsoon，最初來源于阿拉伯語。中古時代阿拉伯商人就開始利用風向的季節變化特點從事航海活動?，F代氣象學意義上季風的概念是17世紀后期由哈萊(Halley)首先提出來的，即季風是由太陽對海洋和陸地加熱差異形成的，進而導致了大氣中氣壓的差異。夏季時，由于海洋的熱容量大，加熱緩慢，海面較冷，氣壓高，而大陸由于熱容量小，加熱快，形成暖低壓，夏季風由冷洋面吹向暖大陸：冬季時則正好相反，冬季風由冷大陸吹向暖洋面。這種由于下墊面熱力作用不同而形成的海陸季風也是最經典的季風概念。到18世紀上半葉，哈得萊(Hadley)對季風模型進行了補充和修正。他指出，按照哈萊的理論，南亞地區阿拉伯海至印度的季風應該是夏季吹南風，冬季吹北風，但實際觀測到的卻是夏季吹西南風，冬季吹東北風。這是因為夏季當氣流從南半球跨越赤道進入北半球時，由于地球的自轉效應，氣流會受到一個向右的慣性力作用，這個力就是地轉偏向力(科里奧利力)。由于地轉偏向力的作用，氣流在向北的運行過程中向右偏，形成了西南風。 此外，受青藏高原的地形作用及其他因子的影響，東亞的季風比南亞地區更復雜。其中，南?！魈窖蟆獛贌釒Ъ撅L區，冬季盛行東北季風，夏季盛行西南季風；東亞大陸—日本—韓國—帶屬于副熱帶季風區，冬季30°N以北盛行西北季風，30°N以南盛行東北季風；夏季則盛行東南或西南季風。這些地區雖然夏季雨量充沛，冬季雨雪較少，但干濕季節的變化不像熱帶季風區那么明顯。

季風在我國古代有各種不同的名稱，如信風、黃雀風、落梅風，在沿海地區又叫舶風。所謂舶風即夏季從東南洋面吹至我國大陸的東南季風。由于古代海船航行主要依靠風力，冬季的偏北季風不利于從南方來的船舶駛向大陸，只有夏季的偏南季風才能使它們到達中國海岸。至少早在1000多年前的宋元時期，我國的勞動人民就已經懂得根據東亞冬、夏季風的活動規律進行航?；顒印Ｋ未娜萏赝跏笥性娫唬骸氨憋L航海南風回，遠物來輸商賈樂”，描寫的就是利用季風進行海上貿易的情景：由泉州往南洋、印度洋、阿拉伯諸國的船舶，都是在冬季乘北風出海，第二年夏季乘南風歸航。600多年前的明代，鄭和下西洋的偉大遠航，也都是利用季風進行的。

1934年9月出版的《地理學報》創刊號上，刊登了我國著名氣象學家竺可楨的一篇論文：《東南季風與中國之雨量》。在這篇有關季風研究的經典著作中，竺可楨指出，上海7月的風力與上海站7月的雨量成反相關，與北京7月的雨量成正相關；夏季風所帶來的水汽是中國大陸夏季降水的來源，當夏季東南季風強盛時，長江流域主旱，華北主澇：當東南季風偏弱時，長江流域主澇，華北主旱。

自此之后的70多年來，我國氣象工作者在東亞季風的研究和預報方面做了大量工作，取得了許多研究成果。研究發現，東亞夏季風活動與東亞主要雨帶的季節進程及旱澇密切關系，中國的主要雨帶以二次北跳、三次準靜止的階段性方式隨季節向北推進，中國歷史上持續性大暴雨形成的環流背景都與東亞季風環流的異?；顒用芮杏嘘P。從東亞夏季風的季節進退上來看，夏季風一般經歷爆發、活躍、中斷和撤退4個階段。東亞夏季風最早從5月上旬開始首先在南海地區爆發，然后自東南向西北推進；6月中旬推進到江淮流域。此時，在湖北宜昌以東28°N～34°N之間出現連陰雨天氣，雨量很大，由于這一時期正是江南梅子成熟時，人們稱其為“梅雨”。7月份，夏季風推進到華北地區，江淮地區的“梅雨”結束，進入相對干季，華北、東北地區的雨季開始。夏季風用了三個多月的時間才占領了我國東部的大部分地區，但在入秋后迅速南下的冬季風的夾擊下，夏季風節節敗退，在不到一個月的時間之內就幾乎完全撤出大陸，退回了南海。

南海季風

南海是亞洲夏季風爆發最早的地區，作為東亞夏季風的重要成員，南海季風的爆發開啟了從印度洋經南海到我國大陸的水汽通道，季風發展過程中的水汽輸送成為東亞海一陸一氣相互作用的重要形式和紐帶。由于受南海季風進退異常和明顯的年際變化影響，我國華南、西南、華東地區的旱澇、高溫及冷害等氣候災害頻繁發生，如2005年6月中下旬，華南出現的長時間持續性暴雨就與南海夏季風活動異常具有密切的關系。

南海及周邊地區是我國的經濟發達地區，但同時也是生態環境脆弱地區。南海又是我國唯一的熱帶海洋，是我國大部分登陸熱帶氣旋(臺風)的源地或必經之地，南海副熱帶高壓活動還是西太平洋副熱帶高壓的有機組成部分。因此，研究南海季風的活動對于降低南海周邊生態環境脆弱帶受異常氣候影響的風險、降低異常氣候對經濟發展造成的損失都具有重要意義。

南海季風爆發后，一方面在東亞地區向北和東北方向擴展，6月中旬導致了江淮地區的梅雨，另一方面向孟加拉灣與印度次大陸擴展，6月上旬印度季風(南亞季風)開始爆發。南海季風的強弱與長江中下游地區的降水量密切相關。迄今為止，雖然人們對南海季風的建立及其與我國大尺度天氣過程的關系有了一定了解，但對于季風爆發的天氣與動力過程的認識尚不夠深入，對爆發的機制也沒有形成一致的觀點，對于南海海洋與夏季風爆發與維持之間的相互作用缺乏深入了解。因此，十分有必要開展南海地區的大氣一海洋通量觀測，從海氣相互作用的觀點研究南海季風爆發和維持。

南海海－氣通量觀測

歸根結底，導致氣候變化和大氣運動的最終能源是太陽輻射，但直接驅動大氣運動的能源約有70％來自于下墊面。海洋占地球表面積的71％左右，到達地球表面的太陽輻射絕大部分被海洋吸收儲存下來，隨后又源源不斷地加熱大氣。如果單位面積上100米深的海水，溫度下降0.1℃，它所釋放出來的熱量可使其上空的大氣溫度增高6°C。另外，到達地球表面的輻射能有一半被表面蒸發潛能所平衡．而蒸發過程主要發生在海洋表面，海面蒸發量占地球表面總蒸發量的80％多。由此可見，發生在海氣交界面上的能量、動量和水分交換是維持氣候的基本物理過程，海氣通量變化與氣候系統異常密切相關；對發生在海氣交界面上的物理過程及其變化的理解水平和模擬能力將直接影響氣候預測的準確程度。

海洋與大氣之間的通量交換主要包括長短波輻射通量、潛熱通量、感熱通量與動量通量。其中，長短波輻射通量的數據通過觀測可以獲得。潛熱通量、感熱通量與動量通量的確定一般要通過計算獲得。

為系統認識南海夏季風爆發前后天氣演變過程，精確量化季風爆發前后海洋一大氣之間的通量交換(感熱、潛熱、水汽、海洋熱量凈收支等)，研究海一氣通量交換、能量輸送的時空變化與南海季風發展乃至與我國夏季降水的關系，20世紀90年代以來我國學者對南海夏季風的爆發活動進行了大量的研究，分別從不同角度(如大氣環流演變特征、區域加熱演變特征、海溫異常和降水量變化等方面)揭示南海夏季風的爆發特征，但海氣通量交換及其與氣候變化的關系仍是南海季風研究的難點。1998年，國家科技攀登項目“南海季風試驗(SCSMEX)”開始實施，在西沙永興島海區(16°50'N，112°20'E)建立了海一氣通量觀測塔，并于1998年5月14日～1998年6月22日進行了第一次通量觀測。

此后，在南海季風試驗研究項目與國家自然科學基金的支持下，我國在2000年與2002年又進行了兩次西沙海一氣通量觀測試驗，共獲得了三個典型年份(1998西南季風爆發晚年、2000早年、2002正常年)五六月份近海面層風、溫、濕度梯度，輻射和風速，溫、濕度脈動資料，初步分析了西南季風爆發前后近海面層大氣湍流結構，計算了海一氣間的熱量、動量和水汽交換值，討論了不同天氣條件下，海一氣的熱量交換特點和海一氣通量交換系數變化。研究發現，南海海洋上的海氣通量與季風活動有密切的關系，在季風爆發前后，風向、風速、云量、降水、濕度及至海面狀態等都會突然發生變化，太陽短波輻射、海面凈輻射、潛熱通量和海洋熱量凈收支的變化也都非常強烈。

最近，中國科學院聯合中國氣象局等多家單位發起了“2008亞洲季風年(Asian MonsoonYear08)”研究計劃，依托中國、日本和印度等國家正在或者將要進行的相關研究計劃，于2008年同步展開對亞洲季風海洋—陸地—大氣之間相互作用的綜合觀測，并在此基礎上開展數值模式參數化和資料同化分析及氣候異常的可預報性研究。目前，該計劃已得到世界氣候研究計劃(WCRP)及其下屬計劃——國際氣候變率研究計劃(CLIVAR)與全球能量和水分循環研究計劃(GEWEX)和多個國家科學家的支持。其中，南海季風區的西沙海一氣通量觀測是2008亞洲季風年綜合觀測試驗的重要組成部分之一，對于季風爆發、發展、中斷過程中海一氣相互作用研究、探討季風爆發機制乃至區域氣候模式參數化等都起著重要作用。