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

【摘要】： 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 Ni?a年,南海夏季风爆发早(强),反之,当暖池变冷的年份,即El Ni?o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。