西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发过程中的作用

本文利用美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR—National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的位势高度、气温、风速等大气资料、欧洲中期天气预报中心 （ECMWF—European Centre for Medium-Range Weather Forecasts—ERA-40）的雪深资料、美国国家海洋大气管理局（NOAA—National Oceanic and Atmospheric Administration）的海表温度（SST）资料、美国Scripps海洋研究所的上层海洋热含量资料等，采取相关分析、合成分析、经验正交函数分析、小波分析和小波交叉谱分析等统计分析方法，系统深入地讨论了西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发过程中的作用。得到的主要结论如下： 1. 西太平洋和印度洋在南海夏季风爆发过程中起着关键作用 利用1951－1998年多种大气海洋资料，分析研究结果表明，西太平洋（暖池热含量）、印度洋（纬向风）在南海夏季风爆发中起关键的调控作用：以1970年为界，1970年之前，印度洋起主要作用，1970年之后西太平洋起主要作用，这主要是1970前后北极涛动有明显跃变的原因，这种跃变决定了印度洋在南海夏季风爆发中是否起决定作用（西风异常或东风异常），进而，决定了有利于或不利于南海夏季风的爆发。 1970年之前，北极涛动指数为负值，海陆温差（海上气温减大陆气温）是负值，大陆气温偏高，印度洋气温相对偏低，印度洋出现西风异常，有利于南海夏季风早爆发。在此期间，与印度洋SST密切相关的南印度洋偶极子的变化也与南海夏季风的爆发紧密相联。当南印度洋为正偶极子（西南印度洋SST为正异常，印度洋其他区域的SST为负异常）时，北印度洋为西风异常，南海夏季风爆发偏早；南印度洋为负偶极子（西南印度洋SST为负异常，印度洋其他地区的SST为正异常）时，北印度洋为东风异常，南海夏季风爆发偏晚。 1970年之后，北极涛动指数为正值，海陆气温差为正值，印度洋的状态不利于南海季风爆发；在这种情况下，西太平洋暖池的热含量则成为控制南海夏季风爆发的主要原因：暖池变暖的年份，即 La Niña 年，南海夏季风爆发早（强），反之，当暖池变冷的年份，即El Niño年，南海季风爆发晚（弱），即，南海夏季风爆发的早（强）晚（弱）与ENSO事件密切相关。 2.青藏高原春季积雪对南海夏季风爆发有重要的影响 1958-2003年青藏高原3月积雪厚度与南海夏季风爆发时间存在着很好的正相关。青藏高原3月积雪厚度偏厚时，其500毫巴以上的气温偏低，上层海陆之间的气温差是正值，南亚高压向西北方向的移动速度变慢，上层东风偏弱，西太平洋地区的上层辐散和下层辐合变弱，西太平洋暖池热含量偏少，南海夏季风爆发偏晚（弱）。同时，下层850毫巴东印度洋异常大气是东风和跨赤道反气旋对，南海被东风异常所控制，这种大气环流形势不利于南海夏季风的爆发；青藏高原3月积雪厚度偏薄时，其500毫巴以上的气温偏高，上层海陆之间的气温差是负值，上层南亚高压在南亚地区建立较早，上层东风偏强，西太平洋地区的上层辐散和下层辐合偏强，西太平洋暖池热含量偏多，南海夏季风爆发偏早（强）。同时，下层850毫巴东印度洋低层大气是西风异常和跨赤道气旋对，南海被西南风异常所控制，有利于南海夏季风的爆发。 研究结果还表明，青藏高原春季的积雪与厄尔尼诺事件存在着密切的关系。在厄尔尼诺鼎盛期的冬季，各种条件都有利于青藏高原的降雪，从而，来年春天的积雪则变厚，不利于南海季风的爆发。 3. 南海夏季风爆发的预测 1970年之后，西太平洋暖池的热含量与南海夏季风的爆发早晚有非常好的负相关。据此，我们可以通过西太平洋暖池热含量的变化来预测南海夏季风的爆发。通过暖池区海洋上层400米热含量的分析研究，我们找到了西太平洋暖池热含量变化的代表站点（以3N，138E为中心的1°×1°范围），其热含量变化能很好代表整个西太平洋暖池热含量的变化（相关系数大于0.85）。在此基础上，文章用1993-2007年热带大气海洋浮标列阵（TAO-Tropical Atmosphere Ocean-array）中最靠近该站点的浮标（2N, 137E）资料验证了上述选择站点的代表性和相应的预测能力。1993-2004年TAO浮标（2N, 137E）3月上层400米和500米海洋热含量与南海夏季风爆发时间的相关系数分别是-0.75，-0.73，置信度均超过99%；用1993-2007年4月份TAO浮标（2N, 137E）上层400米和500米海洋热含量与南海夏季风爆发时间作相关则相关系数均为-0.83，置信度超过99%。因此，我们可以通过3月或者4月份该TAO浮标（2N, 137E）的热含量来预测当年南海夏季风爆发的早（强）晚（弱）。 总之，南海夏季风爆发以1970年为界存在明显的年代际变化，1970年之前，主要受印度洋控制，1970年之后，南海夏季风爆发主要受控于太平洋（西太平洋暖池），这种变化是由北极涛动年代际变化引起的，。青藏高原春季积雪也对南海夏季风有重要影响，但主要受ENSO控制。因此，我们认为西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发中起着重要的调控作用：西太平洋的作用当属第一位，印度洋的作用居第二，青藏高原的作用最弱。