探索东亚夏季风之源

我国地处东亚季风区，季风雨带的位置变化直接影响着东部的干旱与雨涝。我国每年因各种气象灾害致使农田受灾面积3000多万公顷，受干旱、暴雨、洪涝和热带风暴等极端天气、气候事件影响的人口达6亿多人次，平均每年因气象灾害造成的经济损失占国民经济总产值的3％～6％。

　　上世纪90年代以来，长江流域暴雨洪涝事件频繁发生，1991年特大洪涝之后，1998年发生了全流域的特大洪水，1999年6月长江下游再次发生严重洪涝。与此同时，华北地区却日趋干旱，黄河自1985年以后年年断流，其中1997年断流日数超过226天。

　　进入2l世纪以来，我国长江流域的雨带有逐渐北移至淮河流域的趋势，前6年中淮河流域发生了3次大洪水(分别在2000年、2003年和2005年)，特别是2003年夏季，由于几次强的持续性暴雨和大暴雨过程集中、雨量大，导致王家坝两次开闸泄洪，成为继1991年以来淮河流域出现的最大汛情。2006年夏季，长江流域降水量偏少，重庆遭遇了百年一遇的特大伏旱，四川也出现了1951年以来最严重的伏旱。

　　造成我国频繁出现上述极端天气气候事件的直接原因是大气环流异常导致了东亚夏季风的活动异常。当东亚夏季风活动加强时，我国夏季季风雨带的位置偏北，而长江流域降水相对偏少。特别是随着全球气候变暖，影响我国北方地区夏季降水的中高纬度大气环流异常明显加强，对流层低层的季风环流向北推进，逐渐加强，季风雨带随之偏北。

　　既然东亚夏季风对我国的气候异常有这么大的影响，那么，东亚夏季风是怎么形成的，它又是怎样影响我国气候的?东亚夏季风最早在哪里出现?可以通过什么方法来监测、研究它?

　　

　　我国气候受季风影响明显

　　

　　季风指近地面层冬、夏盛行风向接近相反且气候特征迥异的现象。地球表面约四分之一的面积受季风影响，南亚、东亚、非洲和澳大利亚北部都是季风活动明显的地区，其中尤以南亚的印度季风和东亚季风最为显著。

　　东亚季风是影响我国气候的重要因素之一，我国夏季雨带位置的变化就受控于东亚夏季风的活动。

　　我国地处欧亚大陆东部、太平洋西岸，冬夏高低气压中心的活动和变化显著，季风的影响强烈，是一个比较显著的季风区：除新疆、柴达木盆地中部和西部、藏北高原西部、贺兰山和阴山以北的内蒙地区属大陆性无季风气候区外，其他地区均属季风区。由于季风环流的作用，夏季风在高温季节给我国广大的亚热带地区带来丰沛的降水，形成温暖湿润的气候，使得这些地区的农业十分发达，最适宜种植水稻；而世界同纬度的许多地区(回归线附近)，由于受副热带高气压带的控制，而不是季风的影响，多表现为荒漠或干旱草原，如北半球的撒哈拉沙漠、阿拉伯大沙漠，南半球的澳大利亚大沙漠、南非的纳米比亚沙漠、卡拉哈里沙漠等。同时，由于季风在一年中存在冬夏交替和南北进退，对我国自然景观的形成和发展也起着重要作用。我国东部和西部地区的差异以及东部地区自然地带的南北递变，也在很大程度上受季风的控制。

　　另一方面，由于受东亚夏季风进退和强度异常的影响，我国大范围地区也经常发生降水和雨带位置的异常，进而导致严重的早涝灾害。特别是上世纪90年代以来，我国因夏季风异常引发的旱涝灾害呈现加剧的趋势。这对我国的经济建设、社会发展，特别是广大人民群众的生命财产安全构成了严重威胁。而且，随着我国经济发展水平的提高，旱涝灾害造成的损失也将越来越大。

　　

　　要航海就要知道季风

　　

　　其实，季风是一个很古老的气候学概念，它的英文名称为Monsoon，最初来源于阿拉伯语。中古时代阿拉伯商人就开始利用风向的季节变化特点从事航海活动。现代气象学意义上季风的概念是17世纪后期由哈莱(Halley)首先提出来的，即季风是由太阳对海洋和陆地加热差异形成的，进而导致了大气中气压的差异。夏季时，由于海洋的热容量大，加热缓慢，海面较冷，气压高，而大陆由于热容量小，加热快，形成暖低压，夏季风由冷洋面吹向暖大陆：冬季时则正好相反，冬季风由冷大陆吹向暖洋面。这种由于下垫面热力作用不同而形成的海陆季风也是最经典的季风概念。到18世纪上半叶，哈得莱(Hadley)对季风模型进行了补充和修正。他指出，按照哈莱的理论，南亚地区阿拉伯海至印度的季风应该是夏季吹南风，冬季吹北风，但实际观测到的却是夏季吹西南风，冬季吹东北风。这是因为夏季当气流从南半球跨越赤道进入北半球时，由于地球的自转效应，气流会受到一个向右的惯性力作用，这个力就是地转偏向力(科里奥利力)。由于地转偏向力的作用，气流在向北的运行过程中向右偏，形成了西南风。 此外，受青藏高原的地形作用及其他因子的影响，东亚的季风比南亚地区更复杂。其中，南海—西太平洋—带属热带季风区，冬季盛行东北季风，夏季盛行西南季风；东亚大陆—日本—韩国—带属于副热带季风区，冬季30°N以北盛行西北季风，30°N以南盛行东北季风；夏季则盛行东南或西南季风。这些地区虽然夏季雨量充沛，冬季雨雪较少，但干湿季节的变化不像热带季风区那么明显。

　　季风在我国古代有各种不同的名称，如信风、黄雀风、落梅风，在沿海地区又叫舶风。所谓舶风即夏季从东南洋面吹至我国大陆的东南季风。由于古代海船航行主要依靠风力，冬季的偏北季风不利于从南方来的船舶驶向大陆，只有夏季的偏南季风才能使它们到达中国海岸。至少早在1000多年前的宋元时期，我国的劳动人民就已经懂得根据东亚冬、夏季风的活动规律进行航海活动。宋代的泉州太守王十朋有诗曰：“北风航海南风回，远物来输商贾乐”，描写的就是利用季风进行海上贸易的情景：由泉州往南洋、印度洋、阿拉伯诸国的船舶，都是在冬季乘北风出海，第二年夏季乘南风归航。600多年前的明代，郑和下西洋的伟大远航，也都是利用季风进行的。

　　1934年9月出版的《地理学报》创刊号上，刊登了我国著名气象学家竺可桢的一篇论文：《东南季风与中国之雨量》。在这篇有关季风研究的经典著作中，竺可桢指出，上海7月的风力与上海站7月的雨量成反相关，与北京7月的雨量成正相关；夏季风所带来的水汽是中国大陆夏季降水的来源，当夏季东南季风强盛时，长江流域主旱，华北主涝：当东南季风偏弱时，长江流域主涝，华北主旱。

　　自此之后的70多年来，我国气象工作者在东亚季风的研究和预报方面做了大量工作，取得了许多研究成果。研究发现，东亚夏季风活动与东亚主要雨带的季节进程及旱涝密切关系，中国的主要雨带以二次北跳、三次准静止的阶段性方式随季节向北推进，中国历史上持续性大暴雨形成的环流背景都与东亚季风环流的异常活动密切有关。从东亚夏季风的季节进退上来看，夏季风一般经历爆发、活跃、中断和撤退4个阶段。东亚夏季风最早从5月上旬开始首先在南海地区爆发，然后自东南向西北推进；6月中旬推进到江淮流域。此时，在湖北宜昌以东28°N～34°N之间出现连阴雨天气，雨量很大，由于这一时期正是江南梅子成熟时，人们称其为“梅雨”。7月份，夏季风推进到华北地区，江淮地区的“梅雨”结束，进入相对干季，华北、东北地区的雨季开始。夏季风用了三个多月的时间才占领了我国东部的大部分地区，但在入秋后迅速南下的冬季风的夹击下，夏季风节节败退，在不到一个月的时间之内就几乎完全撤出大陆，退回了南海。

　　

　　南海季风

　　

　　南海是亚洲夏季风爆发最早的地区，作为东亚夏季风的重要成员，南海季风的爆发开启了从印度洋经南海到我国大陆的水汽通道，季风发展过程中的水汽输送成为东亚海一陆一气相互作用的重要形式和纽带。由于受南海季风进退异常和明显的年际变化影响，我国华南、西南、华东地区的旱涝、高温及冷害等气候灾害频繁发生，如2005年6月中下旬，华南出现的长时间持续性暴雨就与南海夏季风活动异常具有密切的关系。

　　南海及周边地区是我国的经济发达地区，但同时也是生态环境脆弱地区。南海又是我国唯一的热带海洋，是我国大部分登陆热带气旋(台风)的源地或必经之地，南海副热带高压活动还是西太平洋副热带高压的有机组成部分。因此，研究南海季风的活动对于降低南海周边生态环境脆弱带受异常气候影响的风险、降低异常气候对经济发展造成的损失都具有重要意义。

　　南海季风爆发后，一方面在东亚地区向北和东北方向扩展，6月中旬导致了江淮地区的梅雨，另一方面向孟加拉湾与印度次大陆扩展，6月上旬印度季风(南亚季风)开始爆发。南海季风的强弱与长江中下游地区的降水量密切相关。迄今为止，虽然人们对南海季风的建立及其与我国大尺度天气过程的关系有了一定了解，但对于季风爆发的天气与动力过程的认识尚不够深入，对爆发的机制也没有形成一致的观点，对于南海海洋与夏季风爆发与维持之间的相互作用缺乏深入了解。因此，十分有必要开展南海地区的大气一海洋通量观测，从海气相互作用的观点研究南海季风爆发和维持。

　　

　　南海海－气通量观测

　　

　　归根结底，导致气候变化和大气运动的最终能源是太阳辐射，但直接驱动大气运动的能源约有70％来自于下垫面。海洋占地球表面积的71％左右，到达地球表面的太阳辐射绝大部分被海洋吸收储存下来，随后又源源不断地加热大气。如果单位面积上100米深的海水，温度下降0.1℃，它所释放出来的热量可使其上空的大气温度增高6°C。另外，到达地球表面的辐射能有一半被表面蒸发潜能所平衡．而蒸发过程主要发生在海洋表面，海面蒸发量占地球表面总蒸发量的80％多。由此可见，发生在海气交界面上的能量、动量和水分交换是维持气候的基本物理过程，海气通量变化与气候系统异常密切相关；对发生在海气交界面上的物理过程及其变化的理解水平和模拟能力将直接影响气候预测的准确程度。

　　海洋与大气之间的通量交换主要包括长短波辐射通量、潜热通量、感热通量与动量通量。其中，长短波辐射通量的数据通过观测可以获得。潜热通量、感热通量与动量通量的确定一般要通过计算获得。

　　为系统认识南海夏季风爆发前后天气演变过程，精确量化季风爆发前后海洋一大气之间的通量交换(感热、潜热、水汽、海洋热量净收支等)，研究海一气通量交换、能量输送的时空变化与南海季风发展乃至与我国夏季降水的关系，20世纪90年代以来我国学者对南海夏季风的爆发活动进行了大量的研究，分别从不同角度(如大气环流演变特征、区域加热演变特征、海温异常和降水量变化等方面)揭示南海夏季风的爆发特征，但海气通量交换及其与气候变化的关系仍是南海季风研究的难点。1998年，国家科技攀登项目“南海季风试验(SCSMEX)”开始实施，在西沙永兴岛海区(16°50'N，112°20'E)建立了海一气通量观测塔，并于1998年5月14日～1998年6月22日进行了第一次通量观测。

　　此后，在南海季风试验研究项目与国家自然科学基金的支持下，我国在2000年与2002年又进行了两次西沙海一气通量观测试验，共获得了三个典型年份(1998西南季风爆发晚年、2000早年、2002正常年)五六月份近海面层风、温、湿度梯度，辐射和风速，温、湿度脉动资料，初步分析了西南季风爆发前后近海面层大气湍流结构，计算了海一气间的热量、动量和水汽交换值，讨论了不同天气条件下，海一气的热量交换特点和海一气通量交换系数变化。研究发现，南海海洋上的海气通量与季风活动有密切的关系，在季风爆发前后，风向、风速、云量、降水、湿度及至海面状态等都会突然发生变化，太阳短波辐射、海面净辐射、潜热通量和海洋热量净收支的变化也都非常强烈。

　　最近，中国科学院联合中国气象局等多家单位发起了“2008亚洲季风年(Asian MonsoonYear08)”研究计划，依托中国、日本和印度等国家正在或者将要进行的相关研究计划，于2008年同步展开对亚洲季风海洋—陆地—大气之间相互作用的综合观测，并在此基础上开展数值模式参数化和资料同化分析及气候异常的可预报性研究。目前，该计划已得到世界气候研究计划(WCRP)及其下属计划——国际气候变率研究计划(CLIVAR)与全球能量和水分循环研究计划(GEWEX)和多个国家科学家的支持。其中，南海季风区的西沙海一气通量观测是2008亚洲季风年综合观测试验的重要组成部分之一，对于季风爆发、发展、中断过程中海一气相互作用研究、探讨季风爆发机制乃至区域气候模式参数化等都起着重要作用。