曾剛，伯忠凱，孫照渤，倪東鴻，李忠賢

(1.氣象災(zāi)害教育部重點實驗室(南京信息工程大學(xué))，江蘇南京210044;2.高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，四川成都610225)

0 引言

東亞夏季風(fēng)是影響中國東部夏季降水的重要因子之一，它具有明顯的年代際變化，并在20世紀(jì)70年代中后期經(jīng)歷了一次年代際突變過程(Chang et al.，2000;Wang，2001;周連童和黃榮輝，2003;Ho et al.，2003;郭其蘊等，2004;Ding et al.，2008)。探討東亞夏季風(fēng)年代際變化的可能機(jī)理是當(dāng)前氣候變化研究的熱點問題之一。海表溫度作為重要的氣候外強迫因子，對東亞夏季風(fēng)年代際變化有著重要影響(Huang，2001;朱益民和楊修群，2003;Zeng et al.，2007)。例如，Huang(2001)將東亞夏季風(fēng)年代際變化歸因于赤道中東太平洋的年代際El Ni?o現(xiàn)象;Zeng et al.(2007)進(jìn)一步分析了赤道中東太平洋海溫年代際變化影響東亞夏季風(fēng)的物理過程;朱益民和楊修群(2003)認(rèn)為太平洋年代際振蕩(PDO)對東亞夏季風(fēng)年代際變化有重要影響。

隨著大氣環(huán)流模式和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)海表溫度變化對東亞夏季風(fēng)年代際變化影響的數(shù)值模擬研究也取得了許多進(jìn)展。例如，曾剛等(2007)利用全球觀測海表溫度驅(qū)動NCAR CAM3大氣環(huán)流模式的長時間積分模擬結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明，此模式能模擬出東亞夏季風(fēng)的年代際變化特征，其環(huán)流特征與觀測結(jié)果較一致。Han and Wang(2007)利用全球觀測海表溫度驅(qū)動中國科學(xué)院大氣物理研究所IAP 9層大氣環(huán)流模式進(jìn)行了5個不同初值積分試驗，發(fā)現(xiàn)僅有一個樣本的積分定性地再現(xiàn)了東亞夏季風(fēng)年代際變化的觀測特征。Fu et al.(2009)利用GFDL AM2的模擬結(jié)果研究指出，全球海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)年代際變化具有重要影響。Li et al.(2010)利用NCAR CAM3和GFDL AM2兩個全球大氣環(huán)流模式的模擬結(jié)果，探討了全球、熱帶海表溫度以及溫室氣體加氣溶膠對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響，指出熱帶海表溫度變化對20世紀(jì)70年代中后期東亞夏季風(fēng)減弱有著重要作用，而溫室氣體和氣溶膠的聯(lián)合作用有利于東亞夏季風(fēng)增強。陳小婷等(2010)采用線性增暖的海表溫度驅(qū)動GFDL AM2模式，探討了熱帶印度洋和太平洋兩海區(qū)增暖各自對東亞夏季風(fēng)趨勢變化的影響，指出熱帶太平洋和印度洋增暖對東亞夏季風(fēng)存在相反、競爭性的影響。這些針對東亞夏季風(fēng)年代際變化的數(shù)值模擬研究尚處于初步階段，而且大多考慮全球和熱帶海表溫度變化對東亞夏季風(fēng)的影響，較少利用觀測的單個海區(qū)逐月海表溫度來分別驅(qū)動全球大氣環(huán)流模式，并探討不同海區(qū)海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響。

因此，本文利用觀測的1950—2000年逐月全球、熱帶外、熱帶、熱帶印度洋—太平洋、熱帶印度洋、熱帶太平洋海表溫度，分別強迫NCAR全球大氣環(huán)流模式CAM3，進(jìn)行長時間積分的數(shù)值試驗，并與ERA－40和NCEP/NCAR再分析資料做對比，以討論不同海區(qū)海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響。

1 模式及試驗方案

所用模式為NCAR CAM3(NCAR Community Atmosphere Model)全球大氣環(huán)流模式，它是由美國國家大氣科學(xué)研究中心(NCAR)所研制(Collins et al.，2004，2006)。該模式是一個全球譜模式，采用三角截斷，水平分辨率為T42，緯向均勻分布128個格點，經(jīng)向分布64個高斯格點，垂直方向采用σ-p混合坐標(biāo)，從上到下共26層，模式層頂在2.917 hPa高度。許多研究(Hurrell et al.，2006;曾剛等，2007，2010;Wei et al.，2007;Li et al.，2010)表明，NCAR CAM3大氣環(huán)流模式能較好地描述東亞地區(qū)大尺度環(huán)流特征，在氣候模擬研究中得到了廣泛應(yīng)用。

為探討不同海域海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響，設(shè)計了7個數(shù)值試驗(表1)，利用NCAR CAM3全球大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬。GOGA、TOGA、ETOGA、IPOGA、IOGA 和 POGA 試驗均采用了5個不同的初值場來驅(qū)動模式，并各自進(jìn)行51 a模擬，取1951—2000年進(jìn)行分析(去除1950年的結(jié)果)，得到5組集合試驗結(jié)果，取5組平均結(jié)果用于本文研究。

表1 數(shù)值試驗方案的設(shè)計Table 1 Schemes of numerical experiments

GOGA及TOGA試驗采用了美國CCSM氣候變率工作組的模擬輸出結(jié)果(http://www.cesm.ucar.edu/working_groups/Climate/experiments/ccsm3.0/index.html)，其 他 5個 試 驗(ETOGA、IPOGA、IOGA、POGA 及 POGA－CE)均為本文設(shè)計。所有試驗使用模式本身自帶的真實地形、海陸分布等邊界條件，積分過程中選用常用的歐拉動力框架，時間步長為20 min。各試驗中驅(qū)動模式所用海表溫度資料為1950年1月—2000年12月逐月觀測海表溫度場(Hurrel et al.，2008)。為了 與 ERA－40(Uppala et al.，2005)和 NCEP/NCAR(Kalney et al.，1996)再分析資料進(jìn)行對比，所有試驗結(jié)果均已采用雙線性插值方法插值成2.5°lon×2.5°lat水平網(wǎng)格資料。文中夏季指6—8月平均。

2 東亞夏季風(fēng)年代際變化對海表溫度異常的響應(yīng)

2.1 東亞夏季風(fēng)指數(shù)的變化

Li et al.(2010)采用類似Webster and Yang(1992)使用的方法，取(110～140°E，20～40°N)區(qū)域的200 hPa和850 hPa夏季緯向風(fēng)差異的標(biāo)準(zhǔn)化值作為東亞夏季風(fēng)指數(shù)。本文采用此定義計算得到觀測和模擬的東亞夏季風(fēng)指數(shù)，以此探討海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響。

圖1給出了ERA－40、NCEP再分析資料和各試驗?zāi)M的東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列(圖中曲線為9 a滑動平均結(jié)果，代表序列的年代際變化)。由ERA－40(圖1a)和 NCEP(圖1b)再分析資料結(jié)果可見，東亞夏季風(fēng)指數(shù)均具有明顯的年際、年代際變化特征，年代際轉(zhuǎn)弱發(fā)生在20世紀(jì)70年代中后期。兩序列的相關(guān)系數(shù)為0.975，通過了0.001信度的顯著性檢驗。所以，兩套再分析資料結(jié)果均表明，東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生了年代際減弱現(xiàn)象，即由強夏季風(fēng)年代轉(zhuǎn)為弱夏季風(fēng)年代，這與已有的研究結(jié)果(Wang，2001;周連童和黃榮輝，2003;郭其蘊等，2004)一致。

圖1 東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列(曲線為9 a滑動平均;r1是1958—2000年NCEP、各試驗結(jié)果與 ERA－40的東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)，r2、r3分別為 1958—2000、1951—2000年各試驗結(jié)果與NCEP的東亞夏季風(fēng)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)) a.ERA－40;b.NCEP;c.GOGA;d.ETOGA;e.TOGA;f.IPOGA;g.IOGA;h.POGAFig.1 Time series of East Asian summer monsoon index(Curve denotes 9－yr running mean;r1denotes the correletaion coefficients between NCEP or simulated EASM indices and ERA－40 EASM index during 1958—2000;r2and r3are correlation coefficients between simulated EASM indices and NCEP EASM index during 1958—2000 and 1951—2000，respectively) a.ERA－40;b.NCEP;c.GOGA;d.ETOGA;e.TOGA;f.IPOGA;g.IOGA;h.POGA

數(shù)值試驗結(jié)果中，GOGA(圖1c)、TOGA(圖1e)、IPOGA(圖1f)和 POGA(圖1h)均能模擬出再分析資料結(jié)果揭示的20世紀(jì)70年代中后期東亞夏季風(fēng)的年代際減弱現(xiàn)象。而ETOGA(圖1d)和IOGA(圖1g)結(jié)果均未能反映出此次年代際減弱現(xiàn)象，甚至顯示出了東亞夏季風(fēng)的年代際增強趨勢，這與再分析結(jié)果揭示的東亞夏季風(fēng)年代際偏弱相反。

為進(jìn)一步分析各試驗?zāi)M的東亞夏季風(fēng)指數(shù)與再分析資料結(jié)果是否一致，計算了它們的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果表明:1958—2000(1951—2000)年，GOGA 與 ERA－40、NCEP(NCEP)的相關(guān)系數(shù)分別為 0.466和 0.468(0.571)，TOGA與ERA－40、NCEP(NCEP)的 相 關(guān) 系 數(shù) 分 別 為0.322 和 0.365(0.421)，IPOGA 與 ERA－40、NCEP(NCEP)的相關(guān)系數(shù)分別為0.218和0.227(0.375)，POGA 與 ERA－40、NCEP(NCEP)的相關(guān)系數(shù)分別為0.335和0.339(0.401)。在這些模擬結(jié)果中，除了 IPOGA在1958—2000年與兩套再分析資料的相關(guān)系數(shù)沒有通過0.05信度的顯著性檢驗外，其他均通過了0.05信度的顯著性檢驗，說明GOGA、TOGA、IPOGA和POGA模擬出的東亞夏季風(fēng)指數(shù)與再分析資料結(jié)果較一致。而IOGA模擬的東亞夏季風(fēng)指數(shù)與ERA－40、NCEP再分析資料結(jié)果的相關(guān)系數(shù)均為負(fù)，特別是在1951—2000年，IOGA與NCEP的相關(guān)系數(shù)為－0.316，通過了0.05信度的顯著性檢驗，表明IOGA模擬的東亞夏季風(fēng)變化與再分析資料的結(jié)果相反。ETOGA模擬的東亞夏季風(fēng)指數(shù)與再分析資料結(jié)果的相關(guān)系數(shù)較小，均沒有通過0.05信度的顯著性檢驗。

2.2 季風(fēng)環(huán)流的響應(yīng)

為探討季風(fēng)環(huán)流年代際變化對海表溫度異常的響應(yīng)，特別是低層850 hPa水平風(fēng)場、中層500 hPa西北太平洋副熱帶高壓、高層100 hPa南亞高壓的響應(yīng)情況，取1958—1975年作為強東亞夏季風(fēng)年代，1981—1998年為弱東亞夏季風(fēng)年代，并對這兩個時期的大氣環(huán)流場進(jìn)行比較。

圖2給出了夏季850 hPa水平風(fēng)場在強、弱夏季風(fēng)年代的差值分布(弱夏季風(fēng)年代減強夏季風(fēng)年代)以及500 hPa西北太平洋副熱帶高壓體、100 hPa南亞高壓體的變化。由于 ERA－40、NCEP再分析資料的500 hPa位勢高度氣候平均值比各試驗的氣候平均值低(圖略)，所以分別取575、587和591 dagpm所包圍的反氣旋范圍作為它們的西北太平洋副熱帶高壓體。同樣，ERA－40取1 645 dagpm所包圍的反氣旋范圍作為100 hPa南亞高壓體，而NCEP和各試驗則取1 675 dagpm所包圍的反氣旋范圍作為南亞高壓體。ERA－40(圖2a)和 NCEP(圖2b)再分析資料結(jié)果顯示，相對強夏季風(fēng)年代而言，在弱夏季風(fēng)年代，對流層低層850 hPa上，孟加拉灣、南海地區(qū)為氣旋性環(huán)流異常，中國東部自南海向北到40°N為偏北風(fēng)異常，表現(xiàn)為弱夏季風(fēng);在強夏季風(fēng)年代，環(huán)流異常分布與之相反。在對流層中層500 hPa上，相對強夏季風(fēng)年代而言，弱夏季風(fēng)年代的西北太平洋副熱帶高壓增強、面積增大、偏西偏南。對流層高層100 hPa上，相對強夏季風(fēng)年代而言，在弱夏季風(fēng)年代，NCEP的南亞高壓面積增大、位置偏南、東伸西擴(kuò)，而ERA－40的南亞高壓年代際變化不明顯。

數(shù)值試驗結(jié)果中，相對強夏季風(fēng)年代而言，在弱夏季風(fēng)年代，GOGA(圖 2c)、TOGA(圖2e)、IPOGA(圖 2f)及 POGA(圖 2h)的 850 hPa水平風(fēng)場上在孟加拉灣、南海北部均有一個氣旋性環(huán)流異常存在，使得中國東南部出現(xiàn)偏北風(fēng)異常，東亞夏季風(fēng)減弱。同時，西北太平洋副熱帶高壓強度偏強、面積偏大、位置偏西偏南;南亞高壓面積偏大、位置偏南、東伸西擴(kuò)。這些特征與再分析資料結(jié)果一致。由ETOGA水平風(fēng)場差值分布(圖2d)可以看出，東亞區(qū)域風(fēng)矢量差值很小，說明東亞夏季風(fēng)年代際變化很小，同時西北太平洋副熱帶高壓和南亞高壓年代際變化也很小。由圖2g可見，IOGA模擬的水平風(fēng)場差值在孟加拉灣和南海的南部為氣旋性環(huán)流異常，而在它們的北部地區(qū)以及中國華南、東南沿海區(qū)域為反氣旋性環(huán)流異常，偏南風(fēng)異?？刂浦袊鴸|部，東亞夏季風(fēng)偏強，這些特征與 POGA(圖2h)、IPOGA(圖2f)的分布基本相反，表明熱帶印度洋海溫與熱帶太平洋海溫對東亞夏季風(fēng)年代際變化存在相反的、競爭性影響。當(dāng)處于強夏季風(fēng)年代時，環(huán)流異常分布與弱夏季風(fēng)年代相反。

圖2 強(1958—1975年)、弱(1981—1998年)東亞夏季風(fēng)年代夏季南亞高壓、西北太平洋副熱帶高壓體位置以及強、弱夏季風(fēng)年代夏季850 hPa水平風(fēng)場的差值分布(弱夏季風(fēng)年代減強夏季風(fēng)年代;A表示反氣旋，C表示氣旋;單位:m/s) a.ERA－40;b.NCEP;c.GOGA;d.ETOGA;e.TOGA;f.IPOGA;g.IOGA;h.POGAFig.2 Locations of South Asian high(SAH;units:dagpm)and Northwest Pacific subtropical high(NWPSH;units:dagpm)in summer during the strong(1958—1975)and weak(1981—1998)EASM periods，and 850 hPa horizontal wind differences between the two periods(weak minus strong;A:anticyclone，C:cyclone;units:m/s) a.ERA－40;b.NCEP;c.GOGA;d.ETOGA;e.TOGA;f.IPOGA;g.IOGA;h.POGA

比較IOGA與再分析資料結(jié)果及其他試驗結(jié)果可以看出，IOGA模擬的西北太平洋副熱帶高壓和南亞高壓年代際變化與再分析資料結(jié)果、GOGA、TOGA、IPOGA和 POGA一致，它們模擬的東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)成員年代際變化的主要差異在于低層環(huán)流系統(tǒng)的變化，特別是孟加拉灣、南海附近的環(huán)流系統(tǒng)。圖3給出了IPOGA、IOGA和POGA的孟加拉灣、南海附近流函數(shù)及海平面氣壓距平的時間序列。可以看出，在3個試驗的模擬結(jié)果中，該區(qū)流函數(shù)與海平面氣壓是密切相關(guān)的，均通過了0.001信度的顯著性檢驗。IPOGA與POGA模擬的流函數(shù)和海平面氣壓異常均具有明顯的減弱趨勢，并在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生年代際轉(zhuǎn)折，由正轉(zhuǎn)負(fù)，東亞夏季風(fēng)年代際減弱。而IOGA模擬的結(jié)果具有相反的趨勢和年代際變化，東亞夏季風(fēng)年代際增強。

圖3 模擬的1951—2000年孟加拉灣、南海區(qū)域(80～130°E，10 ～25°N)流函數(shù)異常(實線，單位:106m2/s)和海平面氣壓異常(虛線，單位:hPa)(R表示模擬的流函數(shù)和海平面氣壓異常的相關(guān)系數(shù)) a.IPOGA;b.IOGA;c.POGAFig.3 Simulated 1951—2000 stream function(solid lines;units:106m2/s)and sea level pressure(dashed lines;units:hPa)anomalies averaged over the Bay of Bengal and South China Sea(10—25°N，80—130°E)(R is correlation coefficient between stream function and sea level pressure anomalies) a.IPOGA;b.IOGA;c.POGA

綜上 所 述，對 比 GOGA、TOGA、IPOGA、POGA模擬結(jié)果與再分析資料可以看出，這4個數(shù)值試驗均能模擬出東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代中后期由強轉(zhuǎn)弱的年代際變化;而IOGA模擬的東亞夏季風(fēng)呈現(xiàn)年代際增強趨勢。ETOGA的結(jié)果表明，熱帶外海溫對東亞夏季風(fēng)年代際變化作用不大。因此，數(shù)值試驗的結(jié)果表明，海表溫度變化對20世紀(jì)70年代中后期東亞夏季風(fēng)的年代際減弱有重要作用，熱帶太平洋是關(guān)鍵海區(qū)。許多研究(Zhang et al.，1997;曾剛等，2007)表明，熱帶中東太平洋及熱帶印度洋海表溫度在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生年代際突變，由偏冷轉(zhuǎn)為偏暖。因此，由IOGA和POGA模擬結(jié)果可看出，熱帶印度洋海溫年代際偏暖(冷)對應(yīng)IOGA模擬的東亞夏季風(fēng)年代際增強(減弱)，而熱帶中東太平洋海溫年代際偏暖(冷)對應(yīng)POGA模擬的東亞夏季風(fēng)年代際減弱(增強)。

同時，注 意 到 GOGA、TOGA、IPOGA 及POGA的模擬結(jié)果中，在強(弱)東亞夏季風(fēng)年代，孟加拉灣、南海附近有較強的反氣旋(氣旋)性環(huán)流異常存在，它們導(dǎo)致東亞夏季風(fēng)異常增強(減弱)的結(jié)果可能是東亞夏季風(fēng)年代際變化的直接誘因之一。柳艷香和郭裕福(2005)利用NCEP/NCAR再分析資料研究指出，中蒙地區(qū)氣壓活動具有顯著的年代際變化并嚴(yán)重影響著東亞夏季風(fēng)的強度變化，當(dāng)中蒙地區(qū)氣壓系統(tǒng)為距平氣壓槽或氣旋性活動時，其東側(cè)為較強的偏南氣流，它加強了季風(fēng)區(qū)的偏南氣流，從而增強了東亞夏季風(fēng);反之，當(dāng)中蒙地區(qū)盛行高壓脊或反氣旋性活動時，其東側(cè)盛行偏北氣流，阻擋了東亞季風(fēng)區(qū)的偏南氣流北上，削弱了東亞夏季風(fēng)強度。在本文的 GOGA、TOGA、IPOGA和 POGA四個數(shù)值試驗結(jié)果中，貝加爾湖南部蒙古地區(qū)的氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常并不明顯，而是在孟加拉灣、南海附近有反氣旋(氣旋)性環(huán)流異常，從而加強(減弱)了偏南氣流，使得東亞夏季風(fēng)加強(減弱)，因此，很有必要關(guān)注孟加拉灣、南海附近的環(huán)流系統(tǒng)對東亞夏季風(fēng)的影響。

3 孟加拉灣、南海附近異常大氣環(huán)流與熱帶太平洋海表溫度的關(guān)系

進(jìn)一步分析孟加拉灣、南海附近的氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常與熱帶太平洋海表溫度的關(guān)系。圖4a給出了POGA模擬的夏季孟加拉灣、南海附近的流函數(shù)指數(shù)(SFI)與同期熱帶太平洋海表溫度的相關(guān)系數(shù)分布。可見，通過0.05信度的顯著性檢驗的負(fù)相關(guān)區(qū)位于赤道中東太平洋的南北兩側(cè)和熱帶西太平洋地區(qū)，說明當(dāng)這些海域海表溫度偏暖(冷)時，有利于孟加拉灣、南海附近產(chǎn)生氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常。該相關(guān)系數(shù)場的分布，與對觀測的1951—2000年熱帶太平洋夏季SST進(jìn)行經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解后所得第三模態(tài)——“三明治”式海溫分布型(圖4b)類似，而且SFI與其時間系數(shù)(圖略)的相關(guān)系數(shù)為0.541，通過了0.001信度的顯著性檢驗，且均在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生年代際變化。上述分析說明，熱帶東太平洋從北到南“+－+”(“－+－”)“三明治”式的海溫異常分布有利于孟加拉灣、南海附近產(chǎn)生氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常，從而引起東亞夏季風(fēng)減弱(增強)。

4 熱帶太平洋SST年代際背景變化對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響

圖4 POGA模擬的夏季孟加拉灣、南海附近的流函數(shù)指數(shù)(SFI)與同期熱帶太平洋海表溫度的相關(guān)系數(shù)分布(a;陰影區(qū)表示通過0.05信度的顯著性檢驗)，以及夏季熱帶太平洋海表溫度的第三EOF模態(tài)(b)Fig.4 (a)Correlation coefficients between the stream function index(SFI)averaged over the Bay of Bengal and South China Sea in POGA and tropical Pacific SSTs in summer(shaded areas passing 0.05 significance level)，and(b)the third EOF mode of summer tropical Pacific SSTs

近年來，許多研究(Zhang et al.，1997;Chang et al.，2000;Huang，2001;朱益民和楊修群，2003;黃榮輝等，2006;Zeng et al.，2007)指出，熱帶中東太平洋海表溫度自20世紀(jì)70年代中后期以后發(fā)生了年代際增暖現(xiàn)象，而且東亞夏季風(fēng)的年代際變化與此增暖現(xiàn)象關(guān)系密切。因此，熱帶太平洋海表溫度的年代際背景變化對東亞夏季風(fēng)年代際變化有重要影響，但這些結(jié)果都是基于觀測分析所得，需要利用數(shù)值試驗加以驗證。因此，設(shè)計POGA－CE試驗來探討熱帶太平洋海表溫度的年代際背景變化對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響。

將用熱帶太平洋1958—1975年平均的1—12月海溫驅(qū)動全球大氣環(huán)流模式的試驗稱為熱帶太平洋冷背景試驗;將用1981—1998年平均的1—12月海溫驅(qū)動全球大氣環(huán)流模式的試驗稱為熱帶太平洋暖背景試驗。每個試驗分別進(jìn)行30 a積分，各取后25 a模擬結(jié)果，并將兩個試驗結(jié)果連接成50 a的資料場進(jìn)行分析，即第1—25年模擬結(jié)果為熱帶太平洋冷背景模擬結(jié)果，第26—50年為熱帶太平洋暖背景模擬結(jié)果。

圖5給出了POGA－CE試驗的東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列。可以看出，在模擬的20年代中期發(fā)生年代際變化，東亞夏季風(fēng)由強夏季風(fēng)年代轉(zhuǎn)為弱夏季風(fēng)年代。

圖5 POGA－CE模擬的東亞夏季風(fēng)指數(shù)序列(實線為9 a平滑曲線)Fig.5 Time series of EASM index in POGA－CE(Solid line denotes 9－yr running mean)

圖6給出了模擬的冷、暖背景年代的高層100 hPa南亞高壓、中層500 hPa西北太平洋副熱帶高壓的高壓體以及低層850 hPa風(fēng)矢量差值分布(暖背景年代減冷背景年代)。可以看出，相對冷背景年代而言，暖背景年代的南亞高壓強度偏強、面積偏大、位置偏南、東伸西擴(kuò)，西北太平洋副熱帶高壓強度偏強、面積偏大、位置偏南、偏西，低層850 hPa水平風(fēng)場上孟加拉灣和中國南海、東南沿海地區(qū)均存在一個氣旋性環(huán)流異常，中國東部為偏北風(fēng)異常，東亞夏季風(fēng)減弱。對比前述的POGA結(jié)果(圖2h)可知，POGA－CE試驗結(jié)果(圖6)與其非常一致，進(jìn)一步表明熱帶太平洋海表溫度年代際背景變化對東亞夏季風(fēng)的年代際變化具有重要作用。

圖6 POGA－CE模擬的冷、暖背景年代的850 hPa風(fēng)矢量的差值分布(單位:m/s)，以及100 hPa南亞高壓體和500 hPa西北太平洋副熱帶高壓體位置(等值線為位勢高度;單位:dagpm)Fig.6 The 850 hPa wind vector differences(units:m/s)between the cool and warm periods，and locations of 100 hPa SAH and 500 hPa NWPSH bodies during the two periods in POGA－CE(contour is geopotential height;uints:dagpm)

由冷、暖背景年代下海平面氣壓差值分布(圖7)可以看出，在暖(冷)背景年代下，亞洲南部為顯著負(fù)(正)SLP異常區(qū)，其中阿拉伯海北部到印度半島以及中國東部沿海地區(qū)有負(fù)(正)SLP異常中心。此外，從10～25°N平均的海平面氣壓異常的經(jīng)度—時間剖面(圖8)可以清楚看到，在模擬的20年代中后期以后(以前)，阿拉伯海到西太平洋40～150°E區(qū)域SLP由正(負(fù))異常轉(zhuǎn)為負(fù)(正)異常，所以這些地區(qū)的季風(fēng)低壓槽加深(減弱)，形成氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常，從而在中國東部產(chǎn)生偏北(偏南)風(fēng)異常，東亞夏季風(fēng)減弱(增強)。

熱帶太平洋海表溫度的冷、暖背景試驗(POGA－CE試驗)結(jié)果表明，熱帶太平洋冷、暖背景年代際變化對東亞夏季風(fēng)及其環(huán)流的年代際變化具有重要影響，與利用1950—2000年熱帶太平洋觀測海表溫度驅(qū)動全球大氣環(huán)流模式(POGA試驗)得到的強、弱夏季風(fēng)年代的模擬結(jié)果基本一致，表明熱帶太平洋海表溫度的年代際背景變化對東亞夏季風(fēng)的年代際變化具有重要作用。

5 結(jié)論與討論

圖7 POGA－CE模擬的冷、暖背景年代的海平面氣壓差異分布(暖背景減冷背景;陰影區(qū)表示通過0.05信度的顯著性檢驗;單位:hPa)Fig.7 Sea level pressure(SLP)differences between the cool and warm periods in POGA－CE(warm minus cool;shaded areas passing 0.05 significance level;units:hPa)

圖8 POGA－CE模擬的10～25°N平均的海平面氣壓異常的經(jīng)度—時間剖面(陰影區(qū)為負(fù)值;單位:hPa)Fig.8 Time－longitude cross section of SLP anomaly averaged over 10—25°N in POGA－CE(Shaded areas denote negative values;units:hPa)

1)由觀測的全球、熱帶、熱帶印度洋—太平洋以及熱帶太平洋海表溫度驅(qū)動NCAR CAM3模式模擬的東亞夏季風(fēng)均在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生了年代際減弱現(xiàn)象，由強夏季風(fēng)年代轉(zhuǎn)為弱夏季風(fēng)年代，與觀測結(jié)果一致;熱帶太平洋是關(guān)鍵海區(qū)。模擬的強、弱夏季風(fēng)年代的夏季大氣環(huán)流異常分布顯著不同:在弱夏季風(fēng)年代，高層100 hPa南亞高壓偏強、面積偏大、位置偏南、東擴(kuò)西伸，中層500 hPa西北太平洋副熱帶高壓強度偏強、位置偏南、偏西，低層850 hPa距平風(fēng)場上，孟加拉灣、中國南海以及東南沿海附近為氣旋性環(huán)流異常，東亞夏季風(fēng)偏弱;在強夏季風(fēng)年代，大氣環(huán)流變化與弱夏季風(fēng)年代分布基本相反。

2)由觀測的熱帶印度洋海表溫度驅(qū)動模式模擬的東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代中后期發(fā)生了年代際變化，由弱夏季風(fēng)年代轉(zhuǎn)為強夏季風(fēng)年代，即熱帶印度洋海表溫度年代際增暖(降溫)，東亞夏季風(fēng)年代際增強(減弱)，與熱帶太平洋年代際增暖(降溫)對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響相反。熱帶外海表溫度驅(qū)動模式模擬的東亞夏季風(fēng)年代際變化不明顯，表明熱帶外海溫變化與東亞夏季風(fēng)年代際變化的關(guān)系不密切。

3)熱帶太平洋海溫變化，尤其是其年代際背景的變化對東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代中后期的年代際減弱有重要作用。20世紀(jì)70年代中后期以后(以前)，熱帶太平洋海表溫度處于暖(冷)背景年代，熱帶中東太平洋海表溫度異常從北到南呈“+－+”(“－+－”)“三明治”式距平分布，孟加拉灣、中國東南沿海地區(qū)SLP降低(升高)，季風(fēng)槽加深(減弱)，有利于在該地區(qū)產(chǎn)生氣旋(反氣旋)性環(huán)流異常，中國東部低層為偏北(偏南)風(fēng)異常，東亞夏季風(fēng)減弱(增強)。

盡管本文在數(shù)值模擬上進(jìn)一步驗證了觀測分析中熱帶太平洋海表溫度異常對東亞夏季風(fēng)20世紀(jì)70年代中后期年代際減弱的重要作用(Huang，2001;黃 榮 輝 等，2006;Zeng et al.，2007)。但是，對熱帶太平洋海表溫度變化引起孟加拉灣、南海及中國東南沿海區(qū)域的低層大氣環(huán)流異常變化的物理過程尚不清楚，對熱帶印度洋增暖引起東亞夏季風(fēng)年代際增強現(xiàn)象也需進(jìn)一步深入分析。此外，本文對海區(qū)的劃分還較粗糙，仍需進(jìn)一步細(xì)分海區(qū)，深入研究熱帶太平洋海表溫度的異常分布型對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響及其物理過程。而且，我們只研究了海表溫度對大氣環(huán)流的影響，沒有考慮大氣對海洋的反饋作用，因此，未來需要進(jìn)一步利用海氣耦合模式研究海氣相互作用對東亞夏季風(fēng)年代際變化的影響。

致謝:南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點實驗室提供了SGI大型計算機(jī)條件，美國CCSM氣候變率工作組提供了GOGA和TOGA試驗輸出結(jié)果。謹(jǐn)致謝忱!

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