東亞季風(fēng)近幾十年來(lái)的主要變化特征

王會(huì)軍1, 2 范可1, 2, 3

1中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所竺可楨—南森國(guó)際研究中心，北京100029

2中國(guó)科學(xué)院氣候變化研究中心，北京100029

3中國(guó)科學(xué)院東亞區(qū)域氣候—環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

1 引言

東亞夏季風(fēng)（EASM）和東亞冬季風(fēng)（EAWM）對(duì)我國(guó)以及整個(gè)東亞地區(qū)的天氣和氣候有直接作用（Tao and Chen, 1987），一直是研究東亞大氣環(huán)流和天氣、氣候問(wèn)題的核心問(wèn)題之一，是開(kāi)啟東亞氣候變異奧秘的一把“鑰匙”。EASM 具有顯著的年際變化，從而引起我國(guó)夏季降水和氣溫年際波動(dòng)，經(jīng)常帶來(lái)酷暑、干旱、洪澇等災(zāi)害；而EAWM的顯著年際變化則會(huì)引起冬季嚴(yán)寒、暴風(fēng)雪等災(zāi)害（如，F(xiàn)an, 2009; Sun et al., 2010; Wang et al., 2011;Fan, 2011; Wang et al., 2012；王會(huì)軍等，2003）。研究表明，ENSO以及全球不同區(qū)域海表溫度（SST）異常（例如，李崇銀和穆明權(quán)，2000；陳文，2002；Wang et al., 2008; Wang and He, 2012a；Li and Wang,2012）、南極濤動(dòng)異常（例如, Fan and Wang, 2004;Wang and Fan, 2005, Xue et al., 2004; Sun et al, 2008;Gao et al., 2003）、北極海冰和北極濤動(dòng)異常等（Liu et al., 2012; Wu and Wang, 2002a；Gong et al., 2001；Wang and Sun, 2009）都對(duì)EASM、EAWM具有顯著影響。

從氣候變化和全球變暖問(wèn)題著眼，EASM 和EAWM也是一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。迄今為止，幾乎所有的研究結(jié)果都顯示未來(lái)全球變暖情景下 EAWM將要減弱，冬季風(fēng)勢(shì)力向北極地區(qū)退縮，從而我國(guó)冬季氣溫將顯著上升、北方地區(qū)大都會(huì)有更多的冬季降水或者降雪，極端暴雪事件可能會(huì)增多。而秋季北極海冰面積的大幅度減少可能會(huì)對(duì)東亞冬季氣候乃至夏季氣候產(chǎn)生重大影響，導(dǎo)致北方冬季降雪增多、夏季風(fēng)增強(qiáng)、夏季北方降水增多等等（Liu et al., 2012）。并且，隨著全球變暖的繼續(xù)，北極海冰可能會(huì)加速融化，導(dǎo)致在 21世紀(jì)的中期或者后期出現(xiàn)夏秋季節(jié)北極沒(méi)有海冰的“藍(lán)色北極”狀態(tài)，從而對(duì)我國(guó)和東亞氣候產(chǎn)生更大的影響（Wang and Overland, 2009；Wang and Zhang, 2010；馬潔華等，2012）。

在年際變化和全球變暖所涉及的近百年尺度的氣候變化之間，十年和幾十年尺度的年代際變化問(wèn)題更是十分重要，年代際變化為年際變化提供重要背景，也可以顯著調(diào)整更長(zhǎng)時(shí)間尺度的變化。任何關(guān)于未來(lái)氣候變化的預(yù)測(cè)必須同時(shí)考慮由于自然和人為強(qiáng)迫而產(chǎn)生的幾十年到百年時(shí)間尺度的長(zhǎng)期變化和十年到幾十年時(shí)間尺度的年代際變化，這就是為什么IPCC的第五次科學(xué)評(píng)估報(bào)告非常重視年代際氣候變化的預(yù)測(cè)和氣候近期變化的預(yù)估的原因。實(shí)際上，國(guó)際上近些年來(lái)關(guān)于年代際氣候變化的預(yù)測(cè)研究非常受重視，已經(jīng)有了相當(dāng)多的研究機(jī)構(gòu)基于耦合氣候模式，通過(guò)建立大氣和海洋等的初始化系統(tǒng)來(lái)對(duì)氣候年代際變化進(jìn)行預(yù)測(cè)研究（如：Boer, 2000）。

鑒于年代際氣候變化問(wèn)題的重要性，本文以東亞季風(fēng)和東亞氣候?yàn)橹埸c(diǎn)，概要綜述關(guān)于其過(guò)去幾十年來(lái)年代際時(shí)間尺度變化的若干主要特征，試圖為未來(lái)相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的研究提供一個(gè)總體背景和思考的著眼點(diǎn)。

2 關(guān)于EASM和我國(guó)夏季氣候的年代際變化

2.1 關(guān)于EASM在1970年代末的減弱

關(guān)于EASM的年代際變化，最為顯著和受到關(guān)注的是發(fā)生于1970年代末的EASM環(huán)流由相對(duì)較強(qiáng)向相對(duì)較弱的年代際減弱（Wang, 2001），與此相連的是我國(guó)夏季降水江淮流域增多，華北減少(Wang, 2001)。

接下來(lái)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是：什么原因?qū)е铝诉@次EASM的年代際減弱？大體有四種觀點(diǎn)。

首先，一些研究認(rèn)為太平洋和（或）印度洋海溫升高是主要直接原因，而且認(rèn)為印度洋熱帶SST升高和太平洋SST的升高起相反的作用，前者導(dǎo)致其減弱，后者導(dǎo)致其增強(qiáng)，兩者的綜合作用導(dǎo)致其減弱（例如，Li et al., 2008; Fu et al., 2009; Zhou et al., 2009）。當(dāng)然，這些結(jié)論都是基于全球大氣環(huán)流模式的敏感性試驗(yàn)的結(jié)果，不同模式之間結(jié)果差異很大，一些大氣環(huán)流模式在給定SST強(qiáng)迫的情況下甚至也模擬不出EASM的減弱。所以，這個(gè)結(jié)論仍然有很大的不確定性。另外，SST升高本身也可能是全球變暖的結(jié)果。

第二個(gè)觀點(diǎn)是 EASM 的減弱是全球變暖的結(jié)果（假如進(jìn)一步認(rèn)為上一段中提到的SST升高是全球變暖的結(jié)果的話），換言之，由于大氣中溫室氣體的增多而導(dǎo)致的全球變暖是驅(qū)動(dòng) EASM 由強(qiáng)變?nèi)醯闹饕颉ＲC明這一點(diǎn)也很難，一個(gè)前提條件是全球氣候模式能夠模擬出1970年代末的EASM減弱以及相應(yīng)的夏季降水的變化；另外，模式預(yù)估的未來(lái)EASM應(yīng)該是趨向于減弱的。這兩個(gè)前提都還不能滿足，大多數(shù)的全球氣候模式還不能合理地模擬出EASM在1970年代末的減弱；更為重要的是：當(dāng)前的很多全球氣候模式預(yù)估的未來(lái)全球變暖背景的EASM是增強(qiáng)的。所以，這個(gè)觀點(diǎn)也有很多的不確定性。

第三個(gè)觀點(diǎn)是：人為排放的氣溶膠的變化起到了顯著作用，這個(gè)觀點(diǎn)首先來(lái)自于Menon等（2002）的文章，但是他們當(dāng)時(shí)考慮的氣溶膠僅僅包括黑炭，而且只考慮了其直接輻射強(qiáng)迫作用。后來(lái)相當(dāng)多的類似研究考慮了更多的氣溶膠作用，也部分考慮了氣溶膠的間接輻射強(qiáng)迫作用，但是不同的模式結(jié)果之間差異很大（Chang et al., 2009; Mahmood and Li, 2011; Mahmood and Li, 2012）。最近，王濤等（私人通訊）利用挪威的氣候系統(tǒng)模式進(jìn)行了系統(tǒng)性的數(shù)值模擬試驗(yàn)，其初步結(jié)果顯示：只有考慮了所有溫室氣體強(qiáng)迫和氣溶膠強(qiáng)迫，耦合模式才能合理地模擬出EASM的1970年代末的減弱，SST變化本身也是這些強(qiáng)迫的結(jié)果。當(dāng)然，這個(gè)觀點(diǎn)也有很大的不確定性，因?yàn)椴煌Ｊ浇Y(jié)果之間的差異實(shí)在是太大了。

第四個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為 EASM 的減弱是氣候系統(tǒng)本身自然振蕩的結(jié)果（Jiang and Wang, 2005；Han and Wang, 2007）。此觀點(diǎn)也存在很大的不確定性。

最有可能的事實(shí)是：溫室氣體和氣溶膠的變化共同造就了這次 EASM 的年代際減弱。如果是這樣，未來(lái) EASM 的演變或許會(huì)持續(xù)保持較弱的狀態(tài)，然后逐漸向較強(qiáng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

2.2 關(guān)于夏季降水在1990年代的兩次年代際變化

首先是華南夏季降水在1992/93年由偏少到偏多的年代際變化（Wu et al., 2009），Wu et al.（2009）還提出這次年代際變化主要由兩個(gè)因素促成，其一，熱帶印度洋的SST升高，并導(dǎo)致區(qū)域低層輻合增強(qiáng)、高層輻散增強(qiáng)、上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，熱帶印度洋區(qū)域大氣上層的輻散加強(qiáng)導(dǎo)致我國(guó)南海區(qū)域上層輻合加強(qiáng)，下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，產(chǎn)生大氣低層的異常反氣旋。其二，青藏高原積雪的增加和蒙古區(qū)大氣溫度上升的共同作用使蒙古區(qū)域大氣低層出現(xiàn)異常反氣旋。該異常反氣旋和南海區(qū)域異常反氣旋的共同作用使得我國(guó)華南區(qū)域大氣低層出現(xiàn)異常輻合運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，水汽含量也增多，進(jìn)而導(dǎo)致華南降水增多。

Zhu et al.（2011）發(fā)現(xiàn)在1999年之后我國(guó)長(zhǎng)江中下游流域夏季降水開(kāi)始減少，而淮河流域降水開(kāi)始增多，東北地區(qū)降水減少。造成這次年代際變化的可能原因是貝加爾湖區(qū)域氣溫升高，導(dǎo)致西風(fēng)急流減弱，因而使得夏季雨帶整體北移了一些。Zhu et al.（2011）通過(guò)對(duì)大氣再分析資料的研究提出北太平洋年代際振蕩向負(fù)位相的轉(zhuǎn)變及其 SST異常型會(huì)加強(qiáng)上述過(guò)程，他們的數(shù)值模擬試驗(yàn)也證實(shí)了這個(gè)過(guò)程。誠(chéng)然如此，那么未來(lái)的夏季雨帶是否會(huì)進(jìn)一步北移而導(dǎo)致我國(guó)北方夏季降水的大面積增多呢？

2.3 關(guān)于EASM和ENSO關(guān)系的不穩(wěn)定性

Wang（2002）指出ENSO和EASM并不是總存在顯著相關(guān)，也并不是一直維持著正相關(guān)或者反相關(guān)，而是不穩(wěn)定，有時(shí)正相關(guān)、有時(shí)反相關(guān)、有時(shí)沒(méi)有顯著相關(guān)。這取決于ENSO模態(tài)的變化以及SST異常型的強(qiáng)度和位置變化；當(dāng)然，也和EASM及東亞大氣環(huán)流的年代際變化有關(guān)。氣候模式的模擬結(jié)果中也存在類似的不穩(wěn)定關(guān)系（姜大膀等，2004；Han and Wang, 2007）。另外，Wu and Wang（2002）也指出ENSO和EASM之關(guān)系在1962～1977年時(shí)段和1978～1993年時(shí)段有顯著差異。由于ENSO–EASM關(guān)系的不穩(wěn)定性，Gao et al.(2006) 發(fā)現(xiàn)用ENSO作為預(yù)測(cè)因子來(lái)預(yù)測(cè)我國(guó)夏季降水的效果也是不穩(wěn)定的。ENSO–EASM關(guān)系的不穩(wěn)定性是造成我國(guó)氣候的季節(jié)—年際預(yù)測(cè)困難性的主要因素之一，是值得未來(lái)進(jìn)一步研究的科學(xué)問(wèn)題。

3 關(guān)于EAWM和我國(guó)冬季氣候的年代際變化

3.1 關(guān)于EAWM在1980年代中期之后的減弱

Wang and He（2012a）以及賀圣平和王會(huì)軍（2012）揭示EAWM在1986年開(kāi)始變?nèi)趿耍@是一次年代際時(shí)間尺度的減弱，EAWM在1948～1985年期間顯著地比 1986～2010年期間強(qiáng)，在后一階段冷空氣勢(shì)力總體上偏弱，使得我國(guó)冬季氣溫大面積升高，也使得我國(guó)東北冬半年冰封的江面在春季打開(kāi)的時(shí)間提前了一周左右，而秋冬季節(jié)開(kāi)始冰封的時(shí)間退后了一周左右（Wang and Sun, 2009）。Wang and He（2012a）使用的EAWM指數(shù)是代表東亞大槽的定義為（25°N～45°N, 110°E～145°E）范圍內(nèi)500 hPa 高度場(chǎng)的平均值，如果使用其他定義也可以得到同樣的結(jié)論（He and Wang, 2012）。最近，王會(huì)軍和賀圣平（2012b）指出，隨著EAWM的減弱，東亞沿岸的SST升高，為我國(guó)東北地區(qū)輸送了更多的水汽，大氣輻合加強(qiáng)、云量增多，從而使東北冬季降雪量增多。

3.2 關(guān)于在1980年代中期之后EAWM年際變率的減弱

最近，賀圣平和王會(huì)軍（2012）研究發(fā)現(xiàn)EAWM在1986～2010年期間的年際變率較之1956～1980年期間的年際變率顯著地變小了，他們的研究進(jìn)一步指出，1956～1980年期間東亞冬季風(fēng)的年際變率與東亞沿海（暖池）的冬季海表溫度呈顯著的負(fù)（正）相關(guān)關(guān)系，但是這種顯著的反相關(guān)在 1986～2010年期間被大大消弱了。這就意味著，在 1980年代中期之后EAWM不能和ENSO這個(gè)具有大變率的模態(tài)聯(lián)動(dòng)，勢(shì)必消弱 EAWM 的年際變率。與此同時(shí)，自1980年代中期以來(lái)，北極濤動(dòng)對(duì)東亞冬季風(fēng)的年際變率也是主要起抑制作用。上述兩個(gè)因素之外，亞洲和太平洋區(qū)域冬季的海陸熱力差異的年際變率也有所減弱?？傊?，東亞冬季風(fēng)年際變率的減弱是一個(gè)特別值得關(guān)注的問(wèn)題；當(dāng)然，如下節(jié)介紹的，Liu et al.（2012）的研究也指出北極海冰的減少對(duì)北半球陸地區(qū)域降雪和冷空氣活動(dòng)的增多也有正面的作用。

3.3 關(guān)于秋季北極海冰面積減少對(duì)北半球中高緯冬季降雪的影響

最近，Liu et al.（2012）指出秋季北極海冰面積的減少對(duì)北半球中高緯陸地區(qū)域冬季極端溫度和降雪事件具有重要影響，他們的研究表明，自從1979年以來(lái)北極秋季海冰減少了29.4%，特別是過(guò)去4年是自有衛(wèi)星觀測(cè)以來(lái)的4個(gè)最小值，與此同時(shí)，北半球中高緯陸地區(qū)域大都出現(xiàn)了異常降雪和嚴(yán)寒天氣。盡管一些學(xué)者認(rèn)為北極濤動(dòng)和ENSO異常是主要成因，但是事實(shí)上，兩者均不能很好地解釋過(guò)去 4年冬季出現(xiàn)的持續(xù)異常降雪。Liu et al.（2012）發(fā)現(xiàn)：夏季北極海冰的大范圍減少以及秋冬季北極海冰的延遲恢復(fù)可以引起不同于北極濤動(dòng)的冬季大氣環(huán)流異常，使西風(fēng)急流變得更具波浪狀，導(dǎo)致中高緯阻塞形勢(shì)出現(xiàn)的頻率增加。另外，夏季北極海冰的大范圍減少以及秋冬季北極海冰的延遲恢復(fù)使得北極存在更多的開(kāi)闊水，從而將大量的局地水汽從海洋傳輸給大氣，而且北極的變暖也使得大氣可以容納更多的水汽。

3.4 關(guān)于 EAWM-ENSO年際變化相關(guān)性在 1970年代中期之后的減弱

最近，Wang and He（2012a）發(fā)現(xiàn)：EAWM–ENSO的相關(guān)性在1970年代中期之后顯著減弱了，由前一個(gè)時(shí)段1948～1976年的顯著反相關(guān)變成后一個(gè)時(shí)段1977～2010年沒(méi)有顯著相關(guān)，這也提供了近些年來(lái)我國(guó)冬季氣候異常不能用ENSO很好解釋的科學(xué)成因。

EAWM–ENSO的相關(guān)性為什么會(huì)減弱了呢？Wang and He (2012a) 指出，與ENSO相關(guān)的海溫變率在熱帶印度洋和西太平洋區(qū)域顯著減小，而這兩個(gè)區(qū)域的SST變率直接關(guān)系到EAWM的年際變率，于是ENSO和EAWM之間的相關(guān)性就被消弱了。同時(shí)，EAWM的年際變率在后一個(gè)時(shí)段也減小了，EAWM影響冬季氣候的主要區(qū)域向北退縮、影響程度降低，也是使得EAWM和ENSO關(guān)系減弱的成因。另外，ENSO在東亞和西北太平洋區(qū)域的信號(hào)明顯向東撤和向南撤，特別是ENSO在東亞的信號(hào)南撤到北印度洋、亞洲和西太平洋的低緯度地區(qū)；在東北亞的信號(hào)向東南方向撤到了阿留申地區(qū)，這又促使阿留申低壓和ENSO之間聯(lián)系在后一時(shí)段得到了加強(qiáng)?？傊珽NSO信號(hào)的南撤、東撤以及 EAWM 勢(shì)力范圍的北退和消弱使得兩者空間上“疏遠(yuǎn)”了，其關(guān)聯(lián)也就被弱化了。

4 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于東亞夏季風(fēng)和冬季風(fēng)年代際及以上時(shí)間尺度的變化規(guī)律和未來(lái)演變趨勢(shì)的研究是一個(gè)極為重要的科學(xué)領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值也極其重大，特別是涉及我國(guó)氣候異常和氣候?yàn)?zāi)害的變化、全球變暖對(duì)我國(guó)天氣和氣候的影響、氣候變化對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的影響以及如何適應(yīng)的重大問(wèn)題。未來(lái)若干年內(nèi)都會(huì)是一個(gè)受到重點(diǎn)關(guān)注的科學(xué)領(lǐng)域。研究的重點(diǎn)除了要根據(jù)現(xiàn)代氣候資料和先進(jìn)的氣候系統(tǒng)模式進(jìn)行深入的過(guò)程和機(jī)理研究以外，藉助于各種古氣候資料所進(jìn)行的機(jī)制研究和模擬研究也是十分必要的。我國(guó)也更應(yīng)該把相關(guān)的古氣候研究和現(xiàn)代氣候研究更好地結(jié)合起來(lái)，為推動(dòng)這個(gè)重大問(wèn)題科學(xué)認(rèn)識(shí)的突破發(fā)揮引領(lǐng)作用。

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