（气象学专业论文）夏季大气热源对亚洲季风的影响及其与中国降水关系的研究.pdf

诵襄 到翅1 9 5 1 - - 2 0 0 0 零n c e p n c a r 再努据逐日鼓胃平均资辩良及我国1 6 0 个潮撼月终瘩 量资料，计算了各个季节大气热源气候分布，分析了亚洲季风区热源季节变化规律。着踅讨 论了夏季盂期拉湾和菲律宾热滚年际异常时，亚洲季风环流系统的响应，及箕与中国夏季 降水的年际荧系。 缍累表碉：( 1 ) 夏拳大气热滚熬蔻圉最大，强度最强，以磊戳歇、冬季婊次变小交弱， 春举又开始变大变强。夏季亚洲季风区有三个强的大气热源中心，其中以孟加拉湾热源最 强，菲律宾热源鞠印度半岛西豁热潭次之。( 2 ) 夏季孟热控湾热源和菲律实热灏帮存在明 显的年际和年代际变化。( 3 ) 当孟加拉湾热源异常强( 弱) 时，南死高压偏西( 东) ，西太 平洋割燕豢藏篷位置编东( 嚣) ；印褒囊拳最偏强( 弱) ，零遵热繁零最镳弱( 强) 。嚣龆拉 湾热源异常对南亚高雁、南亚攀风、副热带高压的影响是显著的，对东亚热带季风的影响 并不显著。( 4 ) 爱零箍加拉湾爨滚与弱臻长江以鸯、牮毒寒部的部分地区麓降瘩存在弱显 的负相关关蒜，而与西南到华南西部地区呈明显的正相幕关系。( 5 ) 当夏攀菲律宾热源异 常增强畦，豢莲离压分为两个罄分，一个位子1 0 0 e 臣东，一个位子8 0 e 竣嚣，整位置都 偏北。东亚热带季风加强，南驻季风也有所加强，西太平洋副热带高压位鬣偏北：当夏季 嚣律宾热源辩常减弱瓣，枣巍菇压只表璇鸯一个辩分，篮经鐾绱鬻，嘉珏攀蕊热强，东翌 热带季风减弱，西太平洋副热带高压位邋偏南。夏季菲律宾热源异常强年，东部的南弧高 压异常显蓉，副熬带高压位置菇常镶i 也达到显著水平，东耍热带季风的魏强是显薯豹 而南亚季风的加强并不显著；而热源异常减弱时，东贬热带季风的减弱、南理季风的加强 都运爨显萋承平，戮热带高匿、嘉噩蔫篷熬位甓舞常镰露瞧是显蓑的。( 6 ) 爱季菲褥襄燕 源异常强年，副热带高压异常偏北，中国雨区分为南北两个区域，一个位于华南、东南沿 海，受东亚热带季风影响：雯个霞予出东半岛、辽东拳麓稆黧巍江选区，受嗣蕊繁季菇 的影响。热源异常弱年，副热带高压异常偏南，中国雨区位于江南地区，主要受副热带季 风的影响。 荚键邂：大气热源，嚣撩控湾，菲律襄+ 年嚣异嚣，亚溺拳爨l ，审国簿拳，年际关系 o nt h ei n f l u e n c eo ft h eh e a ts o u r c eo nt h ea s i a ns h i m e r m o n s o o na n dt h er e c i p i t a t i o no fc h i n ai ns u m m e r a b s t r a c t u s i n gt h ed a i l ya n dm o n t h l yn c e p n c a rr e a n a l y s i sd a t af r o m1 9 5 1t o2 0 0 0a n d m o n t h l yp r e c i p i t a t i o no f1 6 0s t a r i o n si nc h i n ai ns u m m e rf r o m1 9 5 1t o2 0 0 0 t h e c l i m a t i cd i s t r i b u t i o no fe v e r ys e a s o no fh e a ts o u r c ea r ec o m p u t e d t h el a w s o f s e a s o n a lv a r i a t i o no ft h eh e a ts o u t c ei na s i a nm o n s o o na r e aa r ea n a l y s e d t h e r e s p o n s e so fa s j a nm o n s o o nc i r c u l a t i o nt ot h eh e a ts o u r c ea n n u a la n o m a l i e so v e r t h eb a yo fb e n g a la n dp h i l i p p i n e si ns u m m e ra n dt h ea n n u a lr e l a t i o n s h i p sb e t w e e n t h eh e a ts o u r c e so v e rt h eb a yo fb e n g a la n dp h i li p p i n e sa n dt h ep r e c i p i t a t i o no f c h i n ai ns u m m e ra r es t u d i e de m p h a t i c a l l y ，w i t ht h er e s u l t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o v e r a g ea n di n t e n s i t yo fa t m o s p h e r i ch e a ts o u r c ea r et h el a r g e s ta n d s t r o n g e s ti ns u m m e ra n dt h e nt u r ns m a l l e ra n dw e a k e ri na u t u m na n dw i n t e r ，a n di n t u r nb e g i nt ob e c o m el a r g e ra n ds t r o n g e ri ns p r i n ga g a i n t h e r ea r et h r e es t r o n g a t m o s p h e r i ch e a ts o u r c eh e a t i n gc e n t e r si na s i a nm o n s o o na r e ai ns u m m e r ，o fa l lt h e h e a ts o u r c ec e n t e r st h a to v e rt h eb a yo fb e n g a li st h es t r o n g e s t ，t h eh e a ts o u r c e s o v e rp h i1i p p i n e sa n dt h ew e s to fi n d i ap e n i n s u l at a k et h es e c o n da n dt h i r dp l a c e r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h e r ee x i s to b v i o u s l yi n t e r a n n u a la n di n t e r d e c a d a lc h a n g e si nt h e h e a ts o u r c e so v e rt h eb a yo fb e n g a la n dp h i1i p p i n e s ( 3 ) w h e nt h eh e a ts o u r c eo v e r t h eb a yo fb e n g a li sa b n o r m a l l ys t r o n g ( w e a k ) ，t h es o u r t h e r na s i a nh i g he x t e n d s w e s t w a r d ( e a s t w a r d ) a n dt h ew e s t e r np a e i f i cs u b t r o p i c a lh i g he x t e n d s e a s t w a r d ( w e s t w a r d ) ，a n dt h ei n d i a ns u m m e rm o n s o o ni ss t r o n g e r ( w e a k e r ) ，a n dt h e e a s t e r na s i a n t r o p i c a ls u m m e rm o n s o o n isw e a k e r ( s t r o n g e r ) t h e i n f l u e n c eo f t h eh e a t s o u r c ea n o m a l i e so v e rt h eb a yo fb e n g a lo nt h es o u t h e r na s i a nh i g ha n dt h es o u t h a s i a ns u m m e rm o n s o o na n dt h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g hi ss i g n i f i c a n t ，w h i c h o nt h ee a s t e r na s i a nt r o p i c a ls u m m e rm o n s o o ni sn o tv e r ys i g n i f i c a n t ( 4 ) t h e r e e x i s t so b v i o u s l yn e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h eh e a ts o u r c eo v e rt h eb a yo fb e n g a l i i a n dt h ep r e c i p i t a t i o no ft h es o u r t no ft h ey a n g t z er i v e ra n dt h ep a r t so ft h ee a s t o fs o u t hc h i n ai ns u m m e r ，a n dt h e r ee x i s t so b v i o u s l yp o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e n t h eh e a ts o u r c eo v e rt h eb a yo fb e n g a la n dt h ep r e c i p i t a t i o no ft h ea r e af r o mt h e s o u r t hw e s ti nc h i n st ot h ew e s to fs o u t hc h i n a ( 5 ) w h e nt h eh e a ts o h r c eo v e r p h i l i p p i n e si sa b n o r m a l l ys t r o n g ，t h es o u t h e r na s i a nh i g hb e c o m e st w op a r t s o n e e x i s t st h ee a s ta r e ao fi 0 0 e ，t h eo t h e re x i s t st h ew e s ta r e ao f8 0 e ，h u tt h e i r l o c a t i o n se x t e n dn o r t h w a r d w h e nt h eh e a ts o u r c eo v e rp h i l i p p i n e si sa b n o r m a l l y w e a k ，t h es o u t h e r na s i a nh i g hb e c o m e so n l yo n ep a r ta n di t sl o c a t i o ne x t e n d s s o u t h w a r d ，t h ei n d i a ns l m m e l 、m o n s o o ni ss t r o n g e r ，t h ee a s t e r na s i a nt r o p i c a ls u m m e r m o n s o o ni sw e a k e r ，a n dt h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g he x t e n d ss o u t h w a r d ：t h e i n f l u e n c eo ft h eh e a ts o u r c es t r o n ga n o m a l i e so v e rp h i l i p p i n e so nt h ee a s tp a r t o ft h es o u t h e r na s i a nh i g ha n dt h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g ha n dt h ee a s t a s i a nt r o p i c a ls u m m e rm o n s o o ni ss i g n i f i c a n ta n dw h i c ho nt h ei n d i a ns u m m e rm o n s o o n i sn o ts i g n i f i c a n t ：i 色ei n f l u e n c eo ft h eh e a ts o u r c ew e a ka n o m a l i e so v e rp h i l i p p i n e s o nt h ee a s ta s i a nt r o p i c a ls u m m e rm o n s o o na n dt h ei n d i a ns u m m e rm o n s o o na n dt h e w e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g ha n dt h es o u t h e r na s i a nh i g hi ss i g n i f i c a n t ( 6 ) w h e nt h eh e a ts o u r c eo v e rp h i l i p p i n e si sa b n o r m a l l ys t r o n g ，t h ew e s t e r np a c i f i c s u b t r o p i c a lh i g ha b n o r m a l l ye x t e n d sn o r t h w a r d ，a n dt h em a i nr a i n f a l la r e ai nc h i n a i sd i v i d e dt w op a r t si n c l u d i n gs o u t h e r nr a i n f a l la r e aa n dn o r t h e r nr a i n f a l la r e a o n e i sl o c a t e di ns o u t hc h i n aa n ds o u t he a s ti n s h o r eo fc h i n a ，m a i n l ya f f e c t e db yt h e e a s t e r na s i a nt r o p i c a ls u m m e rm o n s o o n ；t h eo t h e ri sl o c a t e di ns h a n d o n gp e n i n s u l a a n dl i a o d o n gp e n i n s u l aa n dh e i t o n g j i a n go fc h i n a ，m a i n l ya f f e c t e db yt h ee a s t e r n a s i a ns u b t r o p i c a ls u m m e rm o n s o o n w h e nt h eh e a ts o u r c eo v e rp h i l i p p i n e si s a b n o r m a l l yw e a k ，t h ew e s t e r np a c i f i cs u b t r o p i c a lh i g ha b n o r m a l l ye x t e n d s s o u t h w a r d ，a n dt h em a i nr a i n f a l la r e aisl o c a t e di nt h es o u t ho ft h ey a n g t z e r i v e r ，m o s t l ya f f e c t e db yt h ee a s t e r na s i a ns u b t r o p i c a ls u m m e rm o n s o o n 。 k e y w o r d s ：a t m o s p h e r i ch e a ts o u r t h ，t h eb a yo fb e n g a l ，p h i l i p p i n e s ，a n n u a l a n o m a l i e s a s i a ns u m m e rm o n s o o n ，t h ep r e c i p i t a t i o no fc h i n a ， i n t e r a n n u a lr e l a t i o n s h i p l i l 第一耄譬l论 零l 富 季风是东亚大气环流一个非常麓要的特征，是随接控制中国天气气候变化 的一个重要豳素。翠在3 0 年代，竺可桢“3 ( 1 9 3 4 ) 曾经瓢邋代气象学的蕊点讨 论了东南季风与中圈雨量的关系。5 0 年代，高由禧等。1 人( 1 9 6 2 ) 首次对攀风 避行了比较系统静磷究，搦示了我豳季风气候的一赎特点，指出季风进遥与大 陆上雨带移动有密切关系。近二十多年来，贬洲季风作为一个全球性气象问题 越采越受至入们的麓褫，函内外季风研究璃取得了不少有意义酌成祭。中溺学 者( 金祖辉、陈隆勋。3 ，1 9 8 2 ) ，通过对亚洲各季风系统特 难的分机，注意割东 亚魂区的季风系统与印度谶区的季嚣l l 系统之间不便缱成的成员不尽相丽，黼盈 其交化的特征也有明显的藏异，提出了东弧季风的新概念。也就是说亚洲攀风 系统是一个大的季风系统，其中包括印度誉风和东旺季风两个不同的部分。郭 其慧等“1 ( 1 9 8 8 ) 攒出华北熨季的降水与印度季风融有明显的相关。中国既受东 亚攀风系统的影响，又受即度季风系统的影响，同时还与欧亚大陆牢、高纬度 环流有关。另外，一些研究表明( 求乾根、俺金海。1 ，1 9 8 5 ；朱乾根簿”1 ，1 9 8 7 ) ， 中阐大陆东部夏季降水受西太平洋剁热带高压西侧出东南攀风转向的西南气流 影响很大，这神季风与直接来自赤道附近影响我国的热带攀风不网，属副热带 季风性质。因此，东亚季风与印度攀风的藏异还包括了两年中不同饿质的季风。 由予副热带高压睫攀节的进退活动，副热带和热带季风也攀节性地南北移动。 副热带季风在前汛期主要影响华南，梅雨期影响长江流域，盛夏影响华北，即 它的影响可遍及中潮大陆客部绝大部分地隧。两热带季风主要是农盛夏时影响 华南地区。季风异常是大气环流变化及其辩常的一个非常麓要的特征，而大气 中冷热源状况是决定大气强漉变化及其异鬻的主要因素之，即大气中冷热源 状况是决定季风异常的一个决定因素，从而对我国夏季雨水丰欠产生重要的影 昀。盍曩黄蘩辉等“3 讨论了辨太平洋热源冥紫与疆太乎洋到高的关系，对我匿夏 季犟涝成因从物理机制上给出了一个很好的解释。y a n a i 等。3 ( 1 9 9 2 ) 详细分析 了驻渊季熙区大气垮滚的攀节变化，据出费藏高原热源在攀节演变过程中对维 持高原及其周围地区的垂畿环流起着重要作用。在8 0 年代之前，由于观测资料 的限制，大多用多年平均资料研究大气冷热源的平均状况，其后，对观测资料 较好的第一次全球大气试验( f g g e ) 期间大气热源分布有较深入的研究。但气 候变化的年际差异很大，有必要对大气冷热源多年状况进行更细致的分析，以 帮助我们认识热源及其异常分布与季风异常的关系，从而认识亚洲季风区大气 热源与中国夏季降水的关系。 1 2 亚洲季风区热源研究概况 大气热源是驱动大气运动的主要动力之一。亚洲季风区夏季热源又是全球大 气的主要热源所在，了解该区的热源分布和实际强度，有助于此季风区中各个 季风环流系统的形成机制和季节变化机制的探讨。早在5 0 年代，叶笃正等“” 讨论了青藏高原及其附近地区的大气热量平衡，给出了高原上空温度场的特征， 估计了冬夏季高原地面的长波辐射、太阳短波辐射、凝结潜热加热和感热加热 等热力因子，指出高原在夏季是一个热源地区，在冬季可能是冷源。随后陈隆 勋等“在讨论中国地区大气热量收支时，提出夏季大气热源增温率最大中心位 于高原东南部和云南西部，最大为2 6 c 天。高原中心地区约为1 c 天。陈隆 勋和李维亮“2 1 用1 9 6 1 1 9 7 4 年7 月份的国内外地面和高空资料，设计了一个计 算大气辐射的方法，重新计算了各种热量收支，结果表明：夏季大气热源中心 位于热带的季风槽和热带辐合带地区，特别是在印度中部、孟加拉湾东北部、 南海东部和西太平洋1 0 。n 附近是一个巨大的大气热源区，其中以孟加拉湾最强， 增温率可达8 c 天，而青藏高原地区平均增温率约为l c 天，他们提出青藏高 原并不是主要的大气热源所在，因而夏季青藏高原热力作用的大小应该重新进 行估价：同时指出，在青藏高原上空，西部地区加热主要靠感热传输，而东部 地区则感热和潜热作用几乎相等( 各为1 5 c 天左右) ，并且感热和潜热的加热 总和刚好抵消长波辐射冷却，因而高原大气的加热大约等于吸收太阳辐射而引 起的加热，所以高原大气热源并不强。1 9 8 2 年陈隆勋和李维亮。”利用气象卫星 观测的大气顶辐射资料，再次分析了全年各个月份的大气热源分布状况，指出： 从春到夏的季节变化中，青藏高原上空大气不是最早形成热源的地区，并且该 地区的热源也不是很强，因而青藏高原在大气环流季节变化中的作用不能过高 估计；而大气冷源最早在9 月份出现在青藏高原北部上空，1 0 月份扩展到整个 2 高原上空，到冬季完全是大气冷源区。叶笃正。“分析了青藏高原地面的月平均 感热通量、降水量、蒸发状况以及吸收的太阳短波辐射通量和长波辐射通量， 进而估计了高原上空的大气热源的月平均值，指出：在冬半年高原上空对流层 是一个冷源，最大冷源出现在1 2 月；相反在夏半年是一个热源，最大值出现在 6 月；在各月高原西部的加热率比东部的大，这可能是由于西部的感热通量更大 ( 最大值在6 月) ：而东部的凝结潜热加热大于西部，最大值在7 月份。 自从f g g e 资料( 1 9 7 8 年1 2 月一1 9 7 9 年9 月) 问世以来，特别是在1 9 7 9 年夏季( 5 8 月) 第一次青藏高原实验( o x p r e x 7 9 ) 期间和1 9 8 2 年8 月一1 9 8 3 年7 月的第二次青藏高原实验( q x p m e x 8 2 8 3 ) 在高原中西部的资料稀少地区增 设了临时地表、高空站和辐射站，从而为研究高原热状况提供了更好的资料。 w e i 等“”和s c h a a c k 等o ”分别用f g g e 资料分析了各季节平均的对流层加热率的 分布，发现在高原上空夏季是加热最大值。n i t t a ”用f g g e i i b 测站资料，分 析了1 9 7 9 年5 月底至9 月初的i 0 0 天期间里青藏高原东部的热源和湿度汇，指 出：在高原东部，深厚的对流层为加热，并且与地面感热加热相比凝结潜热加 热要大得多。陈隆勋等“”计算了q 1 和q 2 ，指出：雨季前整个高原均以感热为主， 6 月份高原东部进入雨季后潜热超过感热；而高原西部雨季比东部推迟一个月， 7 月份潜热才开始重要，且二者在数值上很接近。翁笃鸣等“”根据高原实验资料， 利用拟合的经验公式比较细致地讨论了高原及其邻近地区地表热源和热平衡各 分量的分布特征，着重分析了高原地区季节转换对地面加热场( 包括它的分量： 感热和潜热) 的影响，揭示出高原地区地面对大气加热的主要方式和强弱变化， 指出在旱季高原地面对大气加热以感热为主，尤以高原西部最强；进入雨季后， 潜热作用加强，整个东半部都转为以潜热为主。l u o 和y a n a i ”o 。2 ”用1 9 7 9 年5 月2 4 日一6 月4 日的客观分析的f g g e i i b 资料，详细分析了青藏高原及其邻 近地区的大尺度降水和加热、低层( 8 5 0 h p a ) 风、垂直运动场以及水汽收支状 况，其结果表明：在高原上空存在着深厚的加热层，且在高原上空2 0 0 - - 5 0 0 h p a 之间的平均加热率大约为3 k 天，其中地面感热加热和夏季降水产生的凝结潜热 加热是主要部分；在夜间( 1 2 0 0 u t c ) ，高原上空存在着一个深厚的高位温边界 层，在季风爆发前，由于这个混合层特别明显，因此他们提出当地午后由于地 面受热引起的干热对流可以向上延伸到对流层上层，并把感热储存在那里；初 夏期间高原西部感热远大于潜热，东部二者比较接近。随后，l u o ”2 1 使用欧洲中 期天气预报中心( e c c # f ) 1 9 8 0 1 9 8 3 年4 一1 0 月份逐日1 2 g m t 七层2 5 2 5 网格 资料，计算了6 5 e - 1 2 5 e ，0 。n - - 4 0 。n 范围内的大气热源q 1 和水汽汇q 2 ，指出： 四年平均的夏半年( 4 一l o 月) 大气加热中一心位于缅甸一云南四川附近。w a n g 和l u o 。“用5 月1 5 曰一7 月2 0 日的e c m w f 和f g g e i i i - - b 资料分析了高原及其附 近地区的加热和水汽收支状况，得到的加热、水汽收支余项和水汽输送的空间 分布类似于l u o 和y a n a i 的结果。“。y a n a i 等。“用f g g ei i b 高空资料和1 9 7 9 年青藏高原实验资料，用热力和水汽收支方程分析了青藏高原的q 1 和0 2 ，指出： 冬季高原是热汇，但它被周围更强的冷却区所包围；春季高原变成了热源，但 在它的周围仍然是冷却区，此时感热为主；此外，西部各个季节来自降水的潜 热加热都能被观测到，而这种潜热在高原东部更明显。 1 3 亚洲季风区热源对季风影晌研究概况 自从1 9 7 4 年叶笃正和张捷迁。5 3 等人应用转盘模拟实验，得出南亚高压的形成 和维持主要是由于青藏高原加热作用的结论之后，不少气象工作者开始研究青 藏高原下垫面雪盖、地面辐射、气温、土壤温度以及t b b 温度等的变化对东亚 大气环流的影响。例如，陈烈庭”1 统计了青藏高原上的积雪面积、厚度、积雪 天数与我国初夏季风的关系，统计结果表明，若冬季青藏高原积雪面积大、厚 度深、天数多，则我国初夏的西南季风就弱，反之就强。黄忠恕”7 1 和郑世京 用地面气温场分析了与东亚大气环流的关系。徐国昌等。”首先用高原上1 9 6 1 1 9 8 0 年4 0 个站2 0 年的温度资料，用自然正交函数进行分解，对于前三个主成 分，分别选出两个载荷量最大的站作为代表站，以主成份的方差比为权重，得 出了比较客观定量表示青藏高原地面温度的指标，即高原温度距平指数，根据 1 9 6 1 1 9 8 0 年各月青藏高原距平指数资料，对青藏高原温度演变及其与东亚环 流的关系作了天气气候的统计分析，发现高原温度的持续性容易在秋季( 8 9 月) 发生转换；夏季高原温度高，l o o h p a 南亚高压脊线偏北，反之偏南；冬季 高原温度低东亚槽深，我国北风强，反之槽浅北风弱。汤懋苍。”3 的研究表明， 高原地温与降水存在着时间滞后的相关联系。季国良。”等利用1 9 8 2 年8 月一 1 9 8 3 年7 月在青藏高原地区进行的辐射平衡观测资料，计算了高原西部地区历 4 年冬季( 1 1 2 月) 的地表净辐射，进而阐明了高原西部地表加热场的特征，并 讨论了它与我国的西南秋雨、长江流域伏旱以及黄河上游雨季降水等的关系。 任广成。用2 0 n 一3 0 n 、8 0 e - - 1 0 0 。e 范围内对流层上半部厚度( 1 0 0 h p a 减去 5 0 0 h p a 高度) 代表青藏高原上空温度并作为其热状况的代替指标，而用拉萨、 玉树、玛多、昌都、西宁和甘孜6 站的地面平均气温作为高原下垫面热状况的 指标，研究了青藏高原热状况与南亚高压的关系，指出青藏高原下垫面从2 月 就开始大幅度增温，而高原5 月才开始突发性增温；高原下垫面降温幅度最大 的月份出现在1 1 月，而高原上空则出现在1 0 月；同时还指出，青藏高原下垫 面热状况与南亚高压南北振荡、青藏高原上空热状况与南亚高压东西振荡有密 切关系，这一结果与朱辐康等o “的类似，并且前期青藏高原上空热状况较高原 下垫面热状况对南亚高压的预报更具有指示意义。朱乾根等。“使用日本静止气 象卫星( g m s ) 观测所得的1 9 8 0 一1 9 9 2 年的1 3 年t b b ( 黑体辐射温度) 资料， 研究了高原全区冬季t b b 的分布特征，进而研究了它与夏季亚澳季风异常的联 系，结果表明，高原t b b 有显著的季节变化，高原东北部和东南部下垫面热力 状况的年际变化呈反相关分布，高原西南部冬季暖( 冷) 异常时，夏季t b b 低 ( 高) 值带位于华北一东北、西北和西南太平洋低纬等地区，相应这些地区的 夏季季风加强( 减弱) 。 此外，人们用直接计算青藏高原的非绝热加热来讨论高原热源对大气环流的 影响，如李维亮和陈隆勋啊1 等用1 9 7 2 年7 月1 9 7 3 年8 月的月平均资料，诊断 分析了印度季风强弱年份大气热源的分布，发现印度季风强时整层大气平均热 源在孟加拉湾出现强大的加热中心，青藏高原是一个热汇区；而印度季风弱时， 整层大气平均热源除孟加拉湾仍为一个巨大的中心外，在青藏高原上空又出现 一个次大值加热中心。h e 等m 1 用1 9 7 9 年4 月1 6 日一7 月4 日类似资料扩展了 l u o 和y a n a i 的工作，指出：该年从春季到夏季，亚洲地区大气环流经历两次 明显的突变阶段，这两次突变导致了东南亚和印度季风的爆发。叶笃正。”讨论 了高原大气特殊热力作用及其诱发的强对流在维持南亚高压中的重要性，指出： 夏季青藏高原的加热作用不仅影响着季风区及北半球副热带天气变化，还影响 着全球的大气环流。y a n a i 等。3 指出青藏高原的感热加热和辐射冷却维持了水平 温度梯度，这种梯度使得高原上空维持着一个大尺度的热力驱动的垂直环流， 这个环流最初区别于季风系统，该垂直环流的上升运动在冬季仅出现在高原西 部，并随着季节变暖向东扩展到整个高原，这个青藏高原诱生的垂直环流和与 向北推进的主要降水带相联系的环流相互作用导致了亚洲季风的爆发；通过分 析5 月份东南亚季风的爆发和6 月份印度季风爆发期间的热状况特征，发现： 在第一次爆发期间，高原东部上空的温度增加主要是非绝热加热的结果，在伊 朗一阿富汗一青藏高原西部地区强的下沉引起了第二次爆发。l i 和y a n a i 。”用 1 9 7 9 1 9 9 2 年的1 4 年资料计算了q 1 和q 2 ，以及研究了亚洲夏季风的爆发、年 际变化与海陆热力差异的关系，揭示出：亚洲夏季风的爆发是与青藏高原以南 对流层上层的经向温度梯度反转同时发生，这种反转是由以青藏高原为中心的 欧亚大陆在5 6 月份的温度明显增加产生的，而此时在印度洋上空由于潜热加 热被空气上升引起的绝热冷却所抵消，使得印度洋上的温度变化不明显，因此 春季高原地区的感热加热造成了这种经向温度梯度的反转。 一些作者对青藏高原的热力作用进行了数值试验，纪立人等“0 3 利用数值模 式说明了只考虑青藏高原的动力作用不能维持夏季南亚季风环流。k u oa n d o i a n “”利用大气环流模式对南亚季风的爆发与维持也作了数值实验，其结果表 明了夏季青藏高原上空的非绝热加热对南亚季风爆发起了很大作用。黄荣辉” 利用波在缓变媒质的传播理论数值试验说明了青藏高原热源异常不仅影响南亚 环流，而且可以影响东亚环流，甚至可以影响北美环流。何家骅、陈隆勋和李 维亮“”的数值试验指出，在孟加拉湾大气热源的作用下，可以形成正常的低空 夏季风和高空东西风带及其高空急流；相反若高原上空另加一个热源中心，季 风反而受到消弱：因此把热源中心放到高原以南的2 0 n 附近，得到的结果与实 际比较一致。这表明南亚季风形成的机制还在于孟加拉湾季风区的大气热源中 心，而主要不是青藏高原热力作用所造成。章基嘉等“”指出青藏高原春夏季之 交的热力异常，可以通过大气低频振荡向东传播，并与汛期东部地区的大范围 降水异常产生正相关。朱乾根和胡江林“1 、胡江林和朱乾根“7 1 对青藏高原对季 风环流的作用做了数值试验，结果表明：感热在形成季风环流时是一个重要因 素，而低层向北的暖湿气流通过地形抬升作用所释放的大量潜热对季风的调整 具有重要的作用，这说明在不同的阶段感热和潜热具有不同的重要性；同时， 6 盍黎热爱超豹南风分量逶遥绣形捻拜作嗣导数了赢琢南霞l 静大量港热释藏，形 成了盂加拉湾热源，因此，从这个意义上讲青藏高原的感热作用是重要的，潜 燕释敬及稻应的商琢南俩静热源是第二位静。 1 4 存在的问题 综上所述，人们已经从观测资料分析和数值试验等方面，对亚洲季风医大 气热懑状援及其对鞭浏季风熬影响 譬了许多磺究，媳撂到了谗多重娶豹续谂， 为遮一领域的进一步研究奠定了坚裳的基础。然而，在这方面的研究还存在着 许多闷题。 ( 1 ) 剿目前为止，关于夏季溉洲季风区热源分布的备种计算结果仍然存在分歧， 热源中心整置巍孛心强发仍在凌差异， ( 2 ) 关于热源对亚洲季风的作用，以前的研究大多是基于数值试验的基础上得出 豹结论，或者突嚣理测资料融段较短，缀少蠢人计算过大气热源豹长时间 序列( 4 0 年以上) ，因而也就无法研究戏洲季风区热源热力作用的年际变化 对耍溯攀最嚣气候变鼗豹影稳。 1 5 本文拟解决的问题 ( 1 ) 分析亚洲季风区各季大气燕源的气候分布特征及季节变化规律。 ( 2 ) 分析夏攀盂加撼湾大气热源年际异常对大气环流的作用及其与中国夏攀降 水的关系。 ( 3 ) 分析夏攀菲律宾周围大气热源零际异常对大气环流的作用及其与中国夏季 降水的关系。 7 第二章资料和方法 2 1 资料 本文使用豹资料主要来源是怒器n c a r 再分析运曩资辩( 包括风场、温度场、 湿度场资料) 、月平均风场资料，时间跨度为1 9 5 1 年1 月一2 0 0 0 年1 2 月。全球 格点数为1 4 4 7 3 个，格距为2 ，5 ( 经度) 2 5 ( 纬度) 。1 9 5 1 2 0 0 0 年我国 1 6 0 个测站的月降水量资料。 2 2 研究方法 本文采用魄方法主要是线性相关分析、合成分析、m o r l e t 小波分析、滑动平 均、m a n n k e n d a l l 气候突变检测方法。下面分别介绍。 2 2 1 线，睦攘关分析。“ 用来描述两个时间序列之间相互关系的方法，主要用相关系数r 来表示，绝 对值r 越大，表示两者之间关系越密切。一般用t 梭验寒判断其相关懿霹信程 度。假设两个时间序列x 、y ，其样本长度为n ，其中必须有一个一维时问序列( 设 为x ) ，那么，相关系数表达式为： ( 置一；) 咄一刃 j 善( 葺) 2 善 玎 jn 2 2 2 合成分析洲 合成分析的显著性检验( u 检验) ：检验两组样本净剩平均值的差异的显著性， 两序列样本令数分别为：n 1 和n ：，两个序列的平均傻分别表示为：；t 及王：。原 假设总：肛= “两总体均值之间没有显著差异 构造一个统计量= x 一) ， 给出信度窿，查表可以得到憔赛值2 。，计算屉在乩下比较与# 。，当 洲心时，拒绝原假设，即说明其存在显著性差异：反之则接受原假设。 2 2 3m o ti e t 小波分析方法。4 1 小波分析方法在时域和频域上同时具有电好的局部性质，可以分析出时间序 列周期变化的局部特征，从而能更清楚的看到各周期随时间的变化情况，因而 在气候分析中得到广泛的应用。 小波变换的基本思想是用一簇函数去表示或逼近一个信号或函数，它通过一 个基本小波函数的平移和伸缩得到。复数形式的小波，因其实部和虚部的位相 差为玎2 ，用复小波变换系数的模来作为判别气候资料中包含的各尺度周期性 的大小及这些周期在时域中分布的判据，能够消除用实型小波变换系数作为判 据而产生的虚假振荡，使分析结果更准确。所以本文中采用连续m o r l e t 小波作 为基函数进行小波变换，它能够很好的对资料序列连续进行时频局部化分析。 j m j 2 m o r l e t 小波的形式为：。g ) = ( _ 1 ) “告p i m 小波系数模、小波系数实部是m o r l e t 小波变换得到的最重要的变量。小波系 数模的大小表示特征时间尺度信号的强弱，其模值越大，表示其所对应的时段 和尺度的周期性越明显。m o r l e t 小波系数的实部包含所给定时间和尺度信号相 对于其它时间和尺度信号的强度和位相两方面的信息。 2 2 4 滑动平均o ” 滑动平均相当于低通滤波器，用确定时间序列的平滑值来显示变化趋势。对 样本为n 的序列x ，其滑动平均序列表示为： ；一= 丢缸一， 式中k 为滑动长度，通常取作奇数。通过滑动平均后，序列中短于滑动长度 的周期大大削弱，显示出变化趋势。 2 2 5m a n n k e n d a | i 气候突变检测方法。6 1 对于具有r 1 个样本量的时间序列x ，构造秩序列 s 。= i ( = 2 , 3 ，”) 其虬蒜m j 可见，秩序裂s 。是第f 时刻数值大予，时刻数值个数的累计数。 在时间序列随机独立的假定下，定义统计蕊 其中u f 。= 0 ，e ( s 。) ，v a r ( s k ) 是累计数的均值和方差，在_ ，x 2 ，相互独立，且 有相同连续分布时，它们可由下式算出： 吣p 掣 v a r ( ) = n ( n - 1 ) 矛( 2 n 一+ 5 ) u f 。为标准正态分布，它是按时| 羲序列x 颓序x ，x ：，x 。诗算出的统计量序列， 给定照著性水平a ，森正态分布表，若时| u 。，则表明序列存在明显的趋势 变化。 按时闻廖麓x 逆序z 。，+ ，蕞，再重复上述造疆，同时使嗡= u f k ， 女= 聆，行一1 ，l ，u b i = 0 。 这一方法的优点在予不仅计算简便，而且可以明确突变开始的时间，并指出 突变区域。 2 3 热源和水汽汇的计算 大气中的热源q 。和水汽汇q ：可由大尺度的观溺量通过下面两式的的方程求得 ( e 镰1 ，1 9 8 7 ) ： q = p 。l 8 a 旦t + y v 毋+ 国丝a p j 纠p o j 2 ( 1 ) 盼一 c o - 鬻q t + v v q + c o o - q - q 其中0 为位温，q 为比湿，v 为水平风矢量，c o 为p 坐标系中的垂直速度， k = r c p ，r 和c ，分别是气体常数和干空气的等压比热，l 为水气凝结潜热， p o = 1 0 0 0 h p a 。 ( 1 ) 、( 2 ) 式中的印通过连续方程积分得到： 志高+ 南司+ 挚 下边界条件为： 国= q = 一舻，l d 。u 。, 。丽o h + 告期p = n c a ， 假定在l o o h p a 和1 5 0 h p a 层之间是绝热的，引入上边界条件： = ，一l ( a 研秽+ vv o ) a 印口 p = 只 ( j ) 其中，“和u 为风的纬向和经向分量，丑为经度，为纬度，p 为空气密度，h 为 地形高度。 对( 1 ) 式从n 到只垂直积分得到： q r + 凹+ s ( 6 ) ( q 2 ) = 工c 尸一e ) ( 7 ) 其中： e ( 场 绋为辐射加热率，l 为水汽凝结潜热，p 、s 和e 分别为降水量、地面感热通 量和蒸发。 获苏主鼹方程，可基看鄹垂壹穰分的蒸源坌，交三矮缝或：赣瓣鸯霹热袋冷 却，凝结滏热热热秘蟪表感热羚送。垂直积分豹承汽汇g 包撼懑项：降隶 产生的凝结潜热以及地表蒸发潜热。 绢1 9 5 1 2 0 0 0 年静逐e | 资释，稷据( 1 ) 、( 2 ) 式计算瓣爱季 0 为热源，( q 1 ) 0 为水汽汇，( q ，) 0 为水汽源。 为了稔查计算的( 鳋耱绕的合理性，将其与其谴作者计算的菱拳僮 避行晓较，结果表骥：g 积东汽茳 酝与y a n a i ”、黪瀣裁、李维亮m “ 等人所得到的( 0 1 ) 和( 驮) 空间分布对应较好，热源( q 】) 的数值大小与 l u o 等。“、h e 等人瞄 的计算结果比较接近。因此，这里所计算的( 9 ) 和( 馥) 是可骏用予气候研究的。 2 ，4 不同时间尺度变化的分离 为了研究年际尺度的鼗化关系，参照文献。”的方法，以本文计算的 q 1 ) 蟊瓤始瓷辩藏去1 1 年溪动学均滤波惹敢辩闽痔歹l 传为年球尺度的变 乏场，并且 都以1 1 年滑动平均后的时间序列长度作为年际尺度时间长度，即年际尺度时间 廖舞长凌拭1 9 5 6 年开始，1 9 9 5 冬终袁，淡下除特剐落舞数终，爱蠢豹骨冀黟结 果均为年际尺度上的变化 1 2 第三章亚洲季风区大气热量源汇和水汽源汇季节变化的气候 特征 图3 1 一霾3 8 分剐为利用n c e p n c a r 再分析逐霹菇场、濑度场、东汽资瓣， 计算的亚