太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪和東亞夏季風(fēng)調(diào)制影響的回顧和進(jìn)展

宋燕李智才，張菁肖子牛

（1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2 山西氣候中心，太原 030006；3 沈陽市氣象局生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，沈陽 110168；4 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029）

太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪和東亞夏季風(fēng)調(diào)制影響的回顧和進(jìn)展

宋燕1李智才1，2張菁3肖子牛4

（1 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2 山西氣候中心，太原 030006；3 沈陽市氣象局生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，沈陽 110168；4 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029）

回顧了太陽活動(dòng)、高原積雪和東亞季風(fēng)之間關(guān)系的研究，指出了國內(nèi)外有關(guān)積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)研究的匱乏性和必要性，以及太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪與東亞季風(fēng)關(guān)系調(diào)節(jié)作用研究的前景和價(jià)值，并討論了未來相關(guān)研究的難點(diǎn)和方向。高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的不同時(shí)間尺度相關(guān)分析表明，在年代際時(shí)間尺度上兩者可能存在較為顯著的滯后相關(guān)，太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪與中國夏季降水的關(guān)系存在值得關(guān)注的調(diào)節(jié)作用。

太陽活動(dòng)，高原積雪，東亞夏季風(fēng)，多時(shí)間尺度相關(guān)，回顧和進(jìn)展

0　引言

青藏高原是地球上面積最大、海拔最高的高原，素有“第三極”之稱，它對(duì)東亞氣候乃至全球氣候都有深遠(yuǎn)的影響。研究表明，青藏高原動(dòng)力和熱力作用在亞洲季風(fēng)爆發(fā)[1-6]、東亞季風(fēng)降水年際和年代際變化[6-8]中扮演著重要的角色。高原積雪可以通過影響太陽輻射反照率而改變地面和大氣的加熱狀況，進(jìn)而引起東亞地區(qū)大氣環(huán)流異常，調(diào)制亞洲與其周邊海域的海陸熱力差異，最終影響東亞季風(fēng)和中國夏季降水[8-14]。在全球變暖背景下，與全球溫度一致上升不同，青藏高原積雪于1960—2000年呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì)[8,11]。但是，從2000年開始進(jìn)入減少階段（圖1）。顯然，隨著全球溫度的升高，高原積雪并沒有一直減少，而是有自身獨(dú)特的年代際振蕩特征，這是導(dǎo)致中國東部夏季雨型從20世紀(jì)60—70年代到20世紀(jì)80—90年代出現(xiàn)“北澇南旱”向“南澇北旱”轉(zhuǎn)變的直接原因[8]。由此可見，青藏高原積雪是預(yù)測(cè)我國夏季降水年代際變化的重要物理因子。

圖1　1961—2013年青藏高原冬季雪深標(biāo)準(zhǔn)化序列年代際變化（9年滑動(dòng)平均）Fig. 1 Interdecadal change of standardized winter snow depth over Tibetan Plateau for 1961-2013 （9-yr running mean）

太陽是地球氣候系統(tǒng)能量的主要來源，全面客觀地認(rèn)識(shí)太陽活動(dòng)對(duì)地球氣候系統(tǒng)的影響，是做好氣候預(yù)測(cè)和氣候變化歸因的重要環(huán)節(jié)。盡管全球變暖主要由人類活動(dòng)引起[15]，但自然因子在其中所起的作用并沒有被研究清楚，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告所采用的諸多模式也只考慮了太陽總輻射度對(duì)氣候系統(tǒng)單方面的影響，并沒有考慮不同的太陽活動(dòng)參數(shù)對(duì)氣候系統(tǒng)在不同時(shí)間尺度上的影響，更沒有考慮氣候系統(tǒng)某些分量響應(yīng)太陽活動(dòng)后對(duì)大氣產(chǎn)生的反饋放大作用，這種放大機(jī)制很有可能存在[16-17]，而考慮了放大作用后的結(jié)果很可能會(huì)有所不同。

迄今為止，對(duì)太陽活動(dòng)的研究主要集中在太陽活動(dòng)數(shù)據(jù)與氣候參數(shù)之間的相關(guān)分析上面，例如宇宙射線、紫外線、太陽總輻射量、地磁指數(shù)或者太陽黑子數(shù)等與地表溫度、云、遙相關(guān)或者環(huán)流型之間的相關(guān)分析[18]，這些研究結(jié)果證明了太陽活動(dòng)是驅(qū)動(dòng)地球氣候系統(tǒng)變化的重要因子[19-21]，但仍缺乏相應(yīng)的物理過程研究。目前，國際上對(duì)太陽活動(dòng)的研究還停留在初級(jí)階段，進(jìn)一步探索太陽活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)各分量影響的物理過程很有必要。青藏高原積雪作為影響東亞氣候的重要物理因子[22]，對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的相關(guān)研究至今幾乎為零，因此，開展相關(guān)研究非常有價(jià)值。

高原積雪一方面可以直接地響應(yīng)太陽活動(dòng)的影響，另一方面，可以通過熱力作用影響東亞季風(fēng)和雨帶分布，而這種影響在不同的年代際背景不盡相同[15]。造成這種差別的原因何在？這是目前人們一直在探索的問題，太陽活動(dòng)對(duì)兩者之間關(guān)系的調(diào)節(jié)作用是什么？是否造成這種差別的主要外強(qiáng)迫因子？這值得去研究。本文回顧了高原積雪對(duì)東亞夏季風(fēng)影響以及太陽活動(dòng)對(duì)東亞夏季風(fēng)影響的相關(guān)研究，指出了未來研究高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)、太陽活動(dòng)調(diào)節(jié)高原積雪與東亞季風(fēng)之間關(guān)系的可能性和必要性。

1　太陽活動(dòng)與高原積雪和東亞夏季風(fēng)關(guān)系的研究回顧

1.1積雪對(duì)季風(fēng)和降水的影響

青藏高原地區(qū)積雪的消融期較晚[6]，高原積雪可以增加地表的反照率，降低高原的地表溫度；而且，融化積雪消耗更多的熱量從而使地表面降溫，融化的雪水還可以增加土壤的濕度，使土壤變?yōu)椤皾裢寥馈?，“濕土壤”增?qiáng)了對(duì)積雪的“記憶”，改變青藏高原和太平洋附近對(duì)流層中上層大氣溫度和位勢(shì)高度，從而影響陸海之間大氣溫度的差異，進(jìn)而對(duì)亞洲夏季風(fēng)產(chǎn)生重要影響[14,23-25]。由于青藏高原積雪對(duì)中國氣候異常有明顯的影響，因而，高原積雪對(duì)東亞夏季風(fēng)和降水在年際時(shí)間尺度上的影響研究得到廣泛的關(guān)注[10,14,23-28]。這些研究結(jié)果可以總結(jié)為，冬春季高原積雪多（少）的年份，東亞夏季風(fēng)或南海夏季風(fēng)爆發(fā)遲（早），東亞夏季風(fēng)弱（強(qiáng)），江淮流域偏澇（旱），雨帶呈“南澇北旱（北多南少）型”分布?？梢越忉尀?，前期冬春季高原積雪偏多（少）的年份，由于增加（減少）了土壤的濕度，進(jìn)入夏季后，濕土壤對(duì)積雪偏多的記憶減?。ㄔ黾樱┝烁咴貐^(qū)和海洋之間的溫度對(duì)比，造成東亞夏季風(fēng)偏弱（強(qiáng)），江淮地區(qū)降水偏多（少），而華北地區(qū)降水偏多（少），雨帶呈“北少南多型（北多南少型）”分布。

高原積雪和東亞夏季風(fēng)都具有顯著的年代際變化特征[22]。近年來，年代際時(shí)間尺度上積雪與東亞夏季風(fēng)關(guān)系的研究越來越受到重視。有的學(xué)者認(rèn)為近幾十年來東亞夏季風(fēng)的減弱與青藏高原積雪的增多有關(guān)聯(lián)[12]，青藏高原冬春季積雪的年代際異常對(duì)中國東部地區(qū)夏季雨型的改變起著重要作用[6,8]。

研究表明，在年代際時(shí)間尺度上，積雪與季風(fēng)之間的關(guān)系并非一直穩(wěn)定不變。自1884年Blanford[29]提出喜馬拉雅山冬春積雪和印度夏季降水的反位相關(guān)系之后，Walker[30]認(rèn)為可以將積雪作為季風(fēng)降水的預(yù)報(bào)因子。但是，在以后的幾十年里，積雪和季風(fēng)之間的關(guān)系變得很弱，積雪喪失了作為預(yù)報(bào)因子的作用[31]。還有，Hahn等[32]、Dey等[33]發(fā)現(xiàn)歐亞大陸春季雪蓋和印度夏季風(fēng)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，Dickson[34]、Sankar-Rao等[35]驗(yàn)證了這一關(guān)系。然而，歐亞春季積雪與全印度夏季降水之間這種相關(guān)特征于1970s中期發(fā)生了改變[36]。這些研究說明積雪作為預(yù)報(bào)季風(fēng)降水的物理因子，它與降水的關(guān)系會(huì)發(fā)生改變。宋燕等[22]的研究證明，在不同的年代際背景下，高原冬季雪深與中國夏季降水的相關(guān)分布型具有較大的差異。以上研究表明，高原積雪與季風(fēng)的關(guān)系會(huì)受到其他物理因子的影響，從而使兩者之間的關(guān)系變得不穩(wěn)定，這值得進(jìn)一步探究。太陽是地球氣候系統(tǒng)重要的外強(qiáng)迫因子，有研究表明太陽活動(dòng)與東亞在夏季風(fēng)和雨帶之間有較為密切的關(guān)系，那么，太陽活動(dòng)是否會(huì)對(duì)兩者關(guān)系有調(diào)節(jié)作用呢？這值得深入研究。有一點(diǎn)可以肯定，在某些年份，利用高原積雪作為預(yù)報(bào)因子預(yù)報(bào)東亞夏季風(fēng)和中國降水需要同時(shí)考慮其他強(qiáng)迫因子的影響。

1.2太陽活動(dòng)對(duì)東亞夏季風(fēng)的影響

太陽活動(dòng)對(duì)季風(fēng)有較為明顯的影響[37-41]，季風(fēng)降水的長期變率可能受到太陽強(qiáng)迫的影響，而在不同時(shí)期有所差別[42]。數(shù)值模式結(jié)果顯示，在太陽活動(dòng)偏弱的小冰期，全球季風(fēng)降水總體偏弱；而中世紀(jì)暖期，全球季風(fēng)總體偏強(qiáng)[43]。太陽活動(dòng)活躍期，Hadley環(huán)流擴(kuò)大，副熱帶干旱區(qū)向北擴(kuò)展，北半球季風(fēng)位置偏北，全球大多數(shù)陸面地區(qū)由于季風(fēng)加強(qiáng)而降水偏多[44-49]。由于敏感地區(qū)對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)往往比全球響應(yīng)大一個(gè)量級(jí)，并且水循環(huán)對(duì)太陽驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)更為敏感[50]。因此，區(qū)域性降水對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)信號(hào)應(yīng)該更強(qiáng)。

最近的研究顯示，亞洲季風(fēng)強(qiáng)度受到太陽活動(dòng)周期的控制[51-52]，東亞夏季風(fēng)爆發(fā)期，季風(fēng)區(qū)雨帶緯度位置的年代際變化依賴于太陽黑子周期位相，長江以南和以北地區(qū)的降水量與太陽周期關(guān)系相反，應(yīng)用初夏西南季風(fēng)強(qiáng)度和北界位置與太陽黑子周期的年代際鎖相關(guān)系可以解釋這個(gè)現(xiàn)象[53]。另外，東亞廣義梅雨季是東亞季風(fēng)雨帶緯度（MLRB）與太陽周之間最強(qiáng)相關(guān)系數(shù)所對(duì)應(yīng)的時(shí)段。在太陽活動(dòng)的高年，這一梅雨雨帶偏北1.2°，并且具有更大的年際變率[38]。另外，太陽活動(dòng)11年周期對(duì)東亞降水演變與ENSO關(guān)系、春季NAO與東亞夏季降水關(guān)系以及東亞冬季風(fēng)與隨后夏季風(fēng)關(guān)系等具有調(diào)制作用[54]。在太陽活動(dòng)偏低年，ENSO與東亞冬季風(fēng)的關(guān)系更為密切，東亞冬季風(fēng)與隨后夏季風(fēng)的關(guān)系在太陽活動(dòng)偏低年要比偏高年更緊密。這些結(jié)果表明了太陽活動(dòng)周期對(duì)海氣相互作用和大氣內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用的顯著影響。高原冬春季積雪與東亞夏季風(fēng)及中國夏季東部雨帶都有顯著的相關(guān)關(guān)系，那么，這種關(guān)系是否受到太陽活動(dòng)的調(diào)制呢？這值得進(jìn)一步探討。

1.3高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)

國內(nèi)外關(guān)于積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)方面的研究成果非常少，主要集中在不同波段的太陽光譜對(duì)積雪反照率和融化率的影響方面[55-57]。而高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)及其放大作用機(jī)制方面的研究是一個(gè)空白，有關(guān)領(lǐng)域的研究工作亟待開展，這對(duì)研究中國夏季氣候異常的原因和高原積雪與東亞夏季風(fēng)的關(guān)系具有重要價(jià)值。

作者前期工作表明，近50年來高原冬季積雪在年代際時(shí)間尺度上對(duì)太陽活動(dòng)有較為顯著的滯后響應(yīng)[58]，并且太陽活動(dòng)與東亞冬季風(fēng)和北極濤動(dòng)也具有較為顯著的年代際滯后相關(guān)，高原積雪與后兩者也有顯著的年代際相關(guān)，這表明了太陽活動(dòng)與高原積雪以及東亞氣候之間可能存在某些關(guān)聯(lián)，揭示其中的物理過程對(duì)提高中國氣候預(yù)測(cè)水平和氣候變化歸因有所幫助。研究表明，太陽活動(dòng)可以通過調(diào)節(jié)紫外線而影響平流層臭氧含量和分布，改變平流層大氣熱力平衡狀態(tài)和熱帶平流層大氣溫度場(chǎng)，然后向極向下傳播，調(diào)整北半球地面環(huán)狀模，導(dǎo)致北半球一些地區(qū)氣候發(fā)生異常[59]。由此推斷，高原積雪在某種程度上可能確實(shí)存在著對(duì)太陽活動(dòng)的直接或間接響應(yīng)，并且進(jìn)一步影響東亞地區(qū)的大氣環(huán)流和天氣氣候。

2　太陽活動(dòng)與高原積雪和東亞夏季風(fēng)的研究進(jìn)展

2.1太陽活動(dòng)與高原積雪的多時(shí)間尺度相關(guān)

作為研究青藏高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的第一步，就是檢驗(yàn)兩者之間有無顯著的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，然后再探索其中可能存在的物理過程。在此，采用國家氣象信息中心提供的逐日地面積雪深度站點(diǎn)數(shù)據(jù)資料（1951—2011年），消除青藏高原地區(qū)單站的日積雪深度觀測(cè)資料的不連續(xù)現(xiàn)象，對(duì)原始資料進(jìn)行篩選和適量的插補(bǔ)，最后得到51個(gè)站點(diǎn)1961—2011年逐月連續(xù)積雪資料，青藏高原冬季雪深（WSD）定義為本年12月與次年1、2月積雪深度累加。

表征太陽活動(dòng)的參數(shù)有多個(gè)，其中，10.7cm太陽射電通量（SRF）和太陽黑子數(shù)（SSN）較為常用，SRF與太陽活躍區(qū)的磁性以及紫外線關(guān)系密切，而SSN反映了太陽磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，雖然不能直接表示太陽輻射的大小，但是可以反映太陽活動(dòng)的強(qiáng)弱。表1和表2分別計(jì)算了SRF和SSN與高原WSD之間的多時(shí)間尺度相關(guān)，其中原始序列相關(guān)的顯著性檢驗(yàn)采用Pearson顯著性檢驗(yàn)，9和11年滑動(dòng)平均序列采用Monte-Carlo顯著性檢驗(yàn)，具體方法詳見參考文獻(xiàn)[58]。

從表1和表2可以看出，盡管滑動(dòng)平均后兩者的相關(guān)有明顯的提高。但是，在不同時(shí)間尺度上，冬季高原雪深與太陽活動(dòng)并不存在顯著的同期相關(guān)。高原積雪與SRF和SSN之間在不同時(shí)間尺度上的相關(guān)分布規(guī)律非常相似，說明積雪對(duì)太陽活動(dòng)不同參數(shù)的響應(yīng)規(guī)律接近，有可能存在相同的物理過程。計(jì)算表明，高原積雪與SRF的原始序列不存在非常顯著的相關(guān)關(guān)系，只有在滯后6～7年（SRF）和6年（SSN）時(shí)才存在通過0.1顯著水平的顯著相關(guān)；9年滑動(dòng)平均后的序列不存在顯著相關(guān)；但是，值得注意的是11年滑動(dòng)平均在滯后SRF（SSN）2～6年（3～6年）時(shí)出現(xiàn)了顯著相關(guān)，其中滯后SRF 4年時(shí)的相關(guān)通過了0.05的顯著水平檢驗(yàn)。說明在年代際時(shí)間尺度上高原積雪與太陽活動(dòng)之間存在某種較為顯著的滯后關(guān)系。功率譜分析表明（圖略），經(jīng)過11年濾波后的積雪和太陽活動(dòng)都存在顯著的32年周期信號(hào)，表明在較長的年代際時(shí)間尺度上，高原積雪可能跟太陽活動(dòng)存在某些聯(lián)系，這種關(guān)系經(jīng)過時(shí)間滯后的積累效應(yīng)以后逐漸變強(qiáng)，呈現(xiàn)出較為顯著的相關(guān)。

表1　高原冬季雪深（WSD）與太陽射電通量（SRF）之間的多時(shí)間尺度相關(guān)Table 1 The contemporary and time-lag correlation coefficients between SRF and WSD on multi-time scale from 1961 to 2011

以上研究初步表明了在年代際時(shí)間尺度上高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)可能通過一種滯后效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過幾年的積累后這種響應(yīng)機(jī)制的累加效果達(dá)到最大。但是，其中的物理過程還需要進(jìn)一步的工作來說明。

眾所周知，表征高原積雪的因子不僅僅是冬季雪深一個(gè)，高原積雪日數(shù)和積雪面積也是在研究和業(yè)務(wù)中常用的積雪因子，而且，又分為冬季積雪因子和春季積雪因子，其他的積雪因子是否同樣存在對(duì)太陽活動(dòng)的顯著響應(yīng)呢？這也值得進(jìn)一步探討。同樣，表征太陽活動(dòng)的參數(shù)也不只是射電通量和黑子數(shù)，所以，若想進(jìn)一步研究高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)，必須普查不同高原積雪因子與不同的太陽活動(dòng)參數(shù)之間的多時(shí)間尺度相關(guān)關(guān)系，從中選取對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)較為敏感的因子加以著重研究，能更加準(zhǔn)確地描述高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的物理過程。

2.2太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪影響東亞夏季風(fēng)的調(diào)節(jié)作用

高原積雪是影響東亞夏季風(fēng)和中國汛期雨帶的重要物理因子，也是國家氣候中心常用的預(yù)測(cè)因子。圖2給出冬季高原雪深與中國夏季降水的相關(guān)分布，其中黑點(diǎn)代表超過0.05顯著水平的區(qū)域。圖中顯示正相關(guān)顯著區(qū)域主要分布在長江流域和廣西地區(qū)，通過顯著性檢驗(yàn)；而淮河地區(qū)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，但是沒有通過顯著性檢驗(yàn)。這說明高原積雪多（少）的年份，長江流域和廣西地區(qū)降水偏多（少），而淮河地區(qū)降水偏少（多），這與大多數(shù)的研究結(jié)果一致。

表2　高原冬季雪深（WSD）與太陽黑子數(shù)（SSN）之間的多時(shí)間尺度相關(guān)Table 2 The contemporary and time-lag correlation coefficients of SSN with WSD on multi-time scale from 1961 to 2011

圖2　高原冬季雪深與中國夏季降水的相關(guān)（1961—2011年）（陰影區(qū)黑點(diǎn)表示超過0.05顯著水平）Fig. 2 Correlation of the winter snow depth over Tibetan Plateau with summer precipitation in China for 1961-2011（black dots in shadow indicate significance level above 0.05）

圖3　太陽射電通量（SRF）的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列Fig. 3 Time series of standardized Solar Radiation Flux（SRF）

圖4 太陽活動(dòng)強(qiáng)年（a）和弱年（b）高原冬季雪深與中國夏季降水的相關(guān)（1961—2011年）（陰影區(qū)表示超過0.05顯著水平）Fig. 4 Correlation of the winter snow depth over Tibetan Plateau with summer precipitation in China for 1961-2011 in high solar years （HS）（a）and in low solar years （LS） （b） （black dots in shadow indicate significance level above 0.05）

圖3給出太陽射電通量SRF的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列，可以看出，太陽活動(dòng)有著11年周期的顯著信號(hào)。選取太陽活動(dòng)較強(qiáng)的年份為：1955—1959，1966—1970，1978—1982，1988—1992和1998—2002年；太陽活動(dòng)較弱的年份為：1960—1965，1972—1977，1983—1987，1993—1997和2003—2008年。分別計(jì)算SRF強(qiáng)年與弱年高原積雪與中國夏季降水的相關(guān)（圖4）。可以看到，在太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份（圖4a），與圖2相比，顯著正相關(guān)的區(qū)域從長江流域北移到了江淮地區(qū)（圖中黑色方框），華北北部到內(nèi)蒙古東部地區(qū)（紅色方框地區(qū)）呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，東北呼倫貝爾高原到大興安嶺一帶（紫色方框）有顯著的正相關(guān)。說明在太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份，如果前期高原積雪偏多，則江淮地區(qū)降水偏多，而華北北部到內(nèi)蒙古東部地區(qū)降水偏少。在太陽活動(dòng)弱的年份（圖4b），高原積雪與降水的相關(guān)分布與圖4a相比有較為明顯的差異，江淮地區(qū)的正相關(guān)區(qū)域明顯偏南，顯著的正相關(guān)區(qū)域南移到了貴州、江南至長江中游地區(qū)（黑色方框），華北北部到內(nèi)蒙東部地區(qū)（紅色方框地區(qū)）呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)區(qū)域，河套東部地區(qū)也呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，長江以南的福建和浙江地區(qū)存在顯著的負(fù)相關(guān)，東北的呼倫貝爾高原地區(qū)也存在較弱的負(fù)相關(guān)，這些現(xiàn)象與太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份相差很明顯。說明在太陽活動(dòng)弱的年份，如果前期高原積雪偏多，則江南至長江中游地區(qū)降水偏多，華北北部到內(nèi)蒙古東部地區(qū)降水也偏多，而江南東部地區(qū)降水偏少。以上分析說明，在太陽活動(dòng)11年周期不同的位相，即太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份與弱的年份里，高原積雪與中國夏季降水的相關(guān)分布存在較大的差異，太陽活動(dòng)周期對(duì)兩者關(guān)系存在顯著的調(diào)節(jié)作用，在太陽活動(dòng)較強(qiáng)的年份里季風(fēng)雨帶偏北，主要在淮河流域地區(qū)；而在太陽活動(dòng)較弱的年份里季風(fēng)雨帶偏南，在長江中游至江南地區(qū)。這些結(jié)論與Zhao等[38,53]的研究結(jié)果相一致，但是本文考慮了高原積雪對(duì)雨帶的影響，其中的機(jī)理和物理過程還需要進(jìn)一步的研究。

3　小結(jié)和討論

本文回顧了前期高原積雪在年際和年代際時(shí)間尺度上對(duì)東亞夏季風(fēng)的影響研究，指出了積雪與夏季風(fēng)在年代際時(shí)間尺度上關(guān)系的不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性很可能是受到了其他物理因子的影響，太陽活動(dòng)也可能是造成兩者關(guān)系不穩(wěn)定的因子。還回顧了太陽活動(dòng)對(duì)東亞夏季風(fēng)影響的研究，指出太陽活動(dòng)對(duì)東亞夏季風(fēng)雨帶的進(jìn)退有調(diào)節(jié)作用。

對(duì)冬季高原雪深與太陽活動(dòng)不同參數(shù)之間的多時(shí)間尺度相關(guān)進(jìn)行了分析，表明高原冬季積雪對(duì)太陽活動(dòng)的響應(yīng)在年代際時(shí)間尺度上存在較為顯著的滯后正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)太陽活動(dòng)較強(qiáng)時(shí)，高原冬季積雪偏多。這種滯后相關(guān)機(jī)制至今還處于研究階段，不能給出定論和相應(yīng)的物理過程，需要進(jìn)一步的探索。

一些研究表明，太陽紫外輻射異常對(duì)平流層臭氧可以產(chǎn)生較為顯著的影響，由此破壞平流層大氣熱平衡從而改變溫度分布，造成環(huán)流的變化[16,60]。同樣，對(duì)流層大氣中也存在較為顯著的太陽活動(dòng)信號(hào)[16,60]。中高層大氣與對(duì)流層大氣可以發(fā)生耦合的相互作用，使得對(duì)流層大氣環(huán)流發(fā)生變化[37,60]。太陽活動(dòng)還可以通過非線性機(jī)制放大對(duì)氣候系統(tǒng)的作用[60]，一些研究發(fā)現(xiàn)在熱帶海洋循環(huán)和El Ni?o的變化中存在太陽強(qiáng)迫的間接放大作用，這些被放大后的作用很可能通過再次強(qiáng)迫大氣從而第二次改變大氣環(huán)流。因此，高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)的滯后響應(yīng)機(jī)制很可能是通過一種積累放大效應(yīng)產(chǎn)生的。

太陽活動(dòng)影響高原積雪的途徑初步推測(cè)為兩種：一種是較短時(shí)間尺度（如季節(jié)時(shí)間尺度），屬于較快的過程，太陽活動(dòng)強(qiáng)弱通過影響平流層大氣熱平衡而改變大氣環(huán)流，然后再經(jīng)過平流層與對(duì)流層大氣之間的相互作用改變對(duì)流層大氣環(huán)流狀況，從而影響高原積雪；第二條路徑是較長時(shí)間尺度，屬于慢過程，太陽活動(dòng)通過改變海洋熱力狀況（如熱帶太平洋海溫），經(jīng)由海-氣相互作用，再進(jìn)一步改變大氣環(huán)流狀況，導(dǎo)致高原積雪異常。這個(gè)過程可能需要幾年的時(shí)間。以上兩種物理過程的物理圖像可用圖5體現(xiàn)。高原積雪對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)研究的問題和難點(diǎn)基本上可以歸納為以上兩類，這是未來研究的主要方向。

圖5　高原積雪響應(yīng)太陽活動(dòng)并影響東亞夏季風(fēng)的物理圖像Fig. 5 Physical sketch-map of response of the snow over Tibetan Plateau to solar activity and influence on East Asian Summer Monsoon

本文初步研究了太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪和東亞夏季風(fēng)/中國夏季雨帶相關(guān)的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)在太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份和太陽活動(dòng)弱的年份，高原積雪和中國夏季降水的關(guān)系有較大的差異，這意味著兩者之間的關(guān)系很可能受到了太陽活動(dòng)的調(diào)制作用，需要進(jìn)一步地研究其中的物理過程。研究顯示，太陽活動(dòng)強(qiáng)的年份，高原積雪導(dǎo)致的中國汛期主雨帶的位置偏北，而太陽活動(dòng)弱的年份雨帶偏南。這也提示在應(yīng)用高原前期積雪因子預(yù)測(cè)東亞夏季風(fēng)和中國夏季降水時(shí)，需要適時(shí)考慮太陽活動(dòng)的調(diào)節(jié)作用。

總之，太陽活動(dòng)對(duì)高原積雪與東亞夏季風(fēng)/中國汛期降水的調(diào)制作用非常值得進(jìn)一步探討，有較為廣泛的研究和應(yīng)用前景。

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Review of Progress in Modulation Effects of Solar Activity on Snow depth over the Tibetan Plateau and East Asian Summer Monsoon

Song Yan1, Li Zhicai1,2, Zhang Jing3, Xiao Ziniu4
（1 Training Centre， China Meteorological Administration， Beijing 100081 2 Shanxi Climate Centre， Taiyuan 030006 3 Zoology and Agricultural Meteorological Centre of Shenyang Meteorological Administration， Shenyang 110168 4 Institute of Atmospheric Physics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029）

Research on influence of solar activity on global climate system is gradually paid more attention in recent years. This paper reviewed studies of solar activity, snow over the Tibetan Plateau and East Asian Summer Monsoon, then pointed out the lack and necessity of explores on response of snow and East Asian Summer Monsoon to solar activity, and explored and demonstrated simultaneously the difficulty and direction of researches in this scientific area. Multi-time scales analysis indicated that the winter snow over the Tibetan Plateau had significant time-lag correlation with solar activity on interdecadal time scale. It should be paid more attention on effect of solar activity's modulation on the winter snow over the Tibetan Plateau and summer precipitation in China.

solar activity, snow over Tibetan Plateau, East Asian Summer Monsoon, correlation on multi-time scales, review and progress

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.020

2015年9月5日；

2016年3月21日

宋燕（1965—），Email: songyan@cma.gov.cn

資助信息： 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41575091）；國家重大科

學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2012CB957803，2012BC957804）