东亚季风研究的进展_陈隆勋

东亚季风研究的进展

陈隆勋张博张瑛

(中国气象科学研究院,北京100081)

摘要

中国气象科学研究院曾长期组织和从事东亚季风及其对中国天气和旱涝影响的研究。该文对中国气象科学研究院在东亚季风研究方面取得成果进行综述,并回顾了20世纪50年代以来国内有关季风的研究活动,也回顾了影响我国天气气候、东亚季风环流系统的提出及其后续的有关东亚和印度季风系统的相互作用,引发中国大陆暴雨生成的水汽输送,表达中国大陆季风活动的季风指数设计等研究结果。综述了南海夏季风爆发、梅雨开始、中国雨季开始及传播等有关研究成果;东亚季风系统中副热带地区低频振荡纬向和经向传播特征及与赤道地区不同之处,东亚低频振荡对El N i no形成及夏季东亚热带和副热带季风爆发的可能影响,东亚热带和副热带季风低频振荡对中国天气气候的影响等有关成果;亚洲地区大气热源的计算及其分布,青藏高原夏季热源对东亚夏季风及降水的可能影响,青藏高原冬季冷源对El N i no生成的可能影响等有关成果;东亚季风及降水的年际变化特征,准4年年际振荡的分析及与ENSO形成间的相互作用,极地对东亚夏季降水的影响及东亚季风年代际变化特征等成果。综述东亚季风系统形成的可能机制,特别是亚洲大陆)西太平洋海陆热力差异及非洲、印度半岛、中南半岛及澳大利亚陆地与周围海洋对冬夏季风形成、印度和东亚季风系统形成、南海夏季风形成作用的结果。

关键词:东亚季风环流系统;低频振荡;年际和年代际变化;东亚季风形成和变化机制

引言

中国现代的季风研究由竺可桢、涂长望和黄士松开始,他们先后研究了中国大陆夏季风分类以及夏季风在中国大陆上北进过程。建国后,在20世纪50)60年代,叶笃正和陶诗言领导了中国科学院地球物理研究所大气环流研究组对亚洲大气环流和季风的结构、季节突变以及青藏高原的作用进行了大量研究[1-4],得到了许多成果。在同一时期,高由禧和徐淑英在季风气候方面进行了研究,他们提出了中国大陆上季风主要为副热带季风。随着中国气象局建立了与中国科学院合作的联合天气预报中心,顾震潮、陶诗言和刘匡南带领中国气象局气象研究所开展了季风研究,在青藏高原和南亚高压对东亚季风和降水的影响以及中国梅雨活动、冬季季风活动进行了许多研究。此外,南京大学的黄士松等在东亚大气环流领域也进行了许多研究。作为这一时期的总结,1987年叶笃正、陶诗言、朱抱真和陈隆勋4人因/东亚大气环流研究0获得国家自然科学奖一等奖。

自20世纪70年代开始,中国气象学家又重新恢复了中国季风的研究。首先于1972年开始,在国家气象局资助和广东省气象局主持下,由李真光负责开展了中国热带天气研究计划,其中有中国季风研究课题。这个课题于1978年成立了以陶诗言为顾问,樊平为负责人,陈隆勋为技术组长的全国季风研究组,连续召开了两次学术研讨会,发表了大量的研究成果,出版了两次学术文集[5-6]。在这个时期,提出了许多有意义的学术成果,例如提出了与印度季风相独立的东亚季风环流系统、亚洲大气热源分布、南海西太平洋热带季风和大陆副热带季风以及季风在中国大陆推进的过程和特征、东亚季风系统中热带和副热带季风相互作用的特征等。1983年,在中美政府间研究合作/季风研究0项目,国家气象局将全国季风研究组由云南省气象局转移到中国气象科学研究院主持,由陶诗言作顾问,张家诚为中美季风合作中方首席科学家(1986年后改由陈隆勋担任中方首席科学家),一直到1995年合作结束。作为这一时期全国季风研究的成果,出版了5东亚季

第17卷6期2006年12月

应用气象学报

JOU RNA L OF APPL IED M ET EOR OLO GICA L SCIENCE

Vol.17,N o.6

December2006

X2006-11-13收到,2006-11-27收到修改稿。

风6专著[7],对这个时期中国气象局组织的全国季风研究组有关东亚季风研究的结果作了总结并出版了两本论文集[8-9]。1997年由中国气象科学研究院申报,陈隆勋、丁一汇、朱乾根、罗会邦和何金海等5人因/东亚季风研究0获得了国家自然科学奖二等奖。自1993年开始直到1999年3月,在中国气象局主持下,由中国气象科学研究院组织许多中国学者参加中国科技部和日本科技厅在/亚洲季风机制0项目下进行合作研究,由萧永生、丁一汇和陈隆勋任中日亚洲季风机制合作组正副组长,陈隆勋为联络员和中方季风研究技术组组长。在青藏高原上设立了4个自动热量平衡观测站,一直观测到1999年3月。在1998年又与第二次青藏高原气象科学考察计划(T IPEX)合作,在高原上增加了狮泉河和改则等两地的自动热量平衡观测站,积累了大量高原热量平衡观测资料,对青藏高原上热量平衡及对东亚季风的影响作了大量研究,并在中日科学家合作下,出版了3本季风论文集[10-12]。

1995年开始,由周秀骥发起和主持在中国气象科学研究院酝酿进行南海季风科学考察试验(SC-SMEX)。由丁一汇和陈隆勋组织中美科学家联合起草了SCSM EX科学计划,随后获得科技部支持,于1998年5)8月在中国气象局国家气候中心的主持下并由丁一汇和李崇银领导组织顺利完成了科学试验。这个试验的主要目的是研究南海海洋-大气相互作用对南海季风爆发及变化的影响。在同一时期,中国科学院大气物理研究所陶诗言和黄荣辉也与日本科学家进行了合作,在国内组织了季风研究,取得了大量有意义的成果。曾庆存、王会军、李建平提出了表达全球及东亚季风活动的新概念,吴国雄研究组对青藏高原、副热带高压对东亚季风活动影响的研究以及符淙斌提出人类活动、生态对季风影响,都对东亚季风研究起了很大推动作用。

回顾现代中国季风研究历史,可以看到,在中国气象科学研究院及其前身中央气象研究所和气象科学研究院成立起就一直把中国季风列为主要研究项目之一,组织了院内许多科学家进行研究,1983) 1999年间又花了大量精力组织了全国季风研究组并与全国季风科学家高度合作,进一步开展季风研究,取得了许多重要成果。下面将综述中国气象科学研究院有关中国季风研究的一些成果,这些成果是中国气象科学研究院科学家与国内许多季风科学家切磋和协作完成的,与院外科学家的贡献是分不开的。

1东亚季风环流系统的研究

在20世纪50)60年代,中国气象学家已发现在亚洲大气环流中,东亚季风的特征及变化与印度季风有许多不同[1-4]。1982)1985年间,陶诗言、陈隆勋和金祖辉[13-18]正式提出东亚季风环流系统的概念(以下称为EAM CS),在夏季,它与印度季风环流系统(INM CS)的不同之处在于:低空INM CS由南半球马斯克林冷反气旋-索马里低空越赤道气流-印度季风槽组成,由于青藏高原阻挡,INM CS与北方副热带季风并不完全相连;而对EAM CS,则由澳大利亚冷反气旋-南海越赤道气流-南海热带辐合带-副热带高压(南侧东风和北侧副热带高压转向的副热带西南季风)-副热带雨带(梅雨带)-中高纬冷性偏北风组成。这是因为东亚地区没有青藏高原阻挡,因而存在副热带季风系统和南方热带季风系统、北方中高纬系统相互影响。自从提出东亚季风环流系统后,许多学者做了大量的研究,肯定了这个系统的存在及其对中国天气气候的影响,同时也提出了许多问题,其中包括INMCS和EAM CS相互作用中哪一方为主?中国东部夏季强降水的水汽来源是否主要来自孟加拉湾及适合东亚季风活动的季风指数如何定义等问题,目前仍有争议。对此,Chen等[19],高辉等[20]利用NCEP/NCAR资料对1980)1997年850hPa上5b~15b N总动能和TBB的纬向传播进行研究,发现无论是近赤道区还是西南季风区,总动能有3个中心,即阿拉伯海西部、孟加拉湾以及南海地区,其中以孟加拉湾的最强。对于南海地区,总动能几乎全部是由西太平洋自东向西经南海传播到孟加拉湾东部(约100b E)的,几乎没有看到来自印度季风区的总动能经孟加拉湾传播到南海。这表示:虽然从阿拉伯海到西太平洋,热带季风均为自西向东的西风,但总动能中心代表的天气系统基本上是由东向西传播,基本上不受上游印度季风影响。在5b~15b N东亚季风区TBB扰动传播也是由东向西传播,许多TBB扰动可以传到印度季风区。对印度季风区,来自索马里越赤道气流转向的动能扰动只能向东传播到孟加拉湾。赤道附近区域(0b~5b N)动能扰动也是由西太平洋向西传播到孟加拉湾,而赤道地区(2.5b S~ 2.5b N)的经向风也是向西传播。实际上,Chen等[21]利用TBB资料也得出以上结果,

712应用气象学报17卷