張東凌 朱敏 張銘

1 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029 2 93117部隊，南京 210018

1 引言

亞洲夏季風(fēng)對氣候有顯著影響，也對居住在東亞及南亞的世界近一半人口的經(jīng)濟和社會狀況有密切關(guān)系。早在公元前23世紀(jì)至前22世紀(jì)的中國堯舜時代，已建有觀象臺觀氣測候（周京平和沈冰冰, 2015），對各種天氣現(xiàn)象以及年、春、秋和季風(fēng)等氣候現(xiàn)象進行記錄。帝舜《南風(fēng)》歌僅26個字，就對東亞夏季風(fēng)的性狀及其對社會民生的影響概括無遺，這也是世界上最早對夏季風(fēng)的文字記載 （曾慶存, 2005）。這表明，重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的中華民族非常看重與之緊密相關(guān)的四季轉(zhuǎn)換以及季風(fēng)來臨等氣候現(xiàn)象，并予以記錄和認(rèn)知。這方面至今仍是亞洲夏季風(fēng)的研究課題并引起了學(xué)者重視（Mathison et al., 2018）。

亞洲夏季風(fēng)的變異涉及大氣、海洋、陸面和冰層等組成的氣候系統(tǒng)內(nèi)復(fù)雜的多尺度相互作用，與大氣環(huán)流調(diào)整關(guān)系密切（Liu et al., 2019）。武炳義和張人禾（2011）討論了東亞夏季風(fēng)年際變率及其與中、高緯度大氣環(huán)流以及外強迫異常的聯(lián)系。黃燕玲等（2015）用不同資料比較和分析了東亞夏季風(fēng)異常的多模態(tài)特征。晏紅明等（2018）利用高低層大氣環(huán)流、對外長波輻射、降水、海表溫度 （Sea Surface temperature, SST）等資料分析了孟加拉灣地區(qū)3～5月多年氣候平均大氣環(huán)流及不同要素的演變特征，并定義了一個新的孟加拉灣夏季風(fēng)建立的指標(biāo)。Xing et al. （2016）討論了孟加拉灣夏季風(fēng)建立早晚對5月亞洲降水的影響。Yang et al.（2019）則討論了湄公河流域雨季降水變化與印度和東亞夏季風(fēng)的關(guān)系。Xiao and Duan（2016）探討了青藏高原積雪對東亞夏季風(fēng)年際變化的影響。Zhang et al.（2016）探討了東亞夏季風(fēng)與南亞高壓的關(guān)系。Jin and Stan（2019）研究了全球變暖引起的熱帶海氣相互作用造成的東亞夏季風(fēng)變化。Eroglu et al.（2016）討論了東亞—澳大利亞夏季風(fēng)之間的蹺蹺板關(guān)系。Lee and Lee （2020）通過觀察和數(shù)值試驗揭示了地表植被對東亞夏季風(fēng)強度的影響。Misra et al.（2018）討論了印度夏季季風(fēng)的局地建立和消亡。Yang et al.（2020）則探討了大氣環(huán)流異常與東亞季風(fēng)區(qū)溫度和降水異常間的關(guān)系。黃嬌文等（2016） 利用NCEP/NCAR資料、降水資料和SST數(shù)據(jù)，研究了東亞季風(fēng)的季節(jié)性過渡與亞太熱力場間的關(guān)系，并探索其可能原因。以上工作表明，亞洲夏季風(fēng)及其變異直至當(dāng)今還是一個研究熱點。

亞洲夏季風(fēng)建立與大氣環(huán)流調(diào)整關(guān)系密切，通常某地夏季風(fēng)來臨對應(yīng)于此地大氣環(huán)流的劇烈調(diào)整甚至是突變（曾慶存等, 2005）。以往對此研究大多采用天氣氣候?qū)W方法，優(yōu)點是直觀，局限在于不夠客觀定量，致使得到的結(jié)論具有一定人為性。于是曾慶存提出并完善了一套依據(jù)數(shù)學(xué)上“流” （flow）的概念而建立的客觀定量的統(tǒng)計動力診斷方法（曾慶存等，2005），其由變差度、相似度、場比幅等指標(biāo)組成，并給出了這些指標(biāo)的具體計算方法。曾慶存等（2005）還用這些指標(biāo)對氣候平均情況的南海和亞澳夏季風(fēng)系統(tǒng)以及其建立過程做了診斷分析。張銘等（2005）依據(jù)曾慶存的這套方法對1978年的南海夏季風(fēng)系統(tǒng)及其建立過程也做了診斷分析。無論是氣候平均（曾慶存等, 2005）還是個別年份（張銘等，2005）的情況，南海夏季風(fēng)的建立都是高、低層全球大氣環(huán)流發(fā)生顯著調(diào)整并可看作突變的結(jié)果，南海夏季風(fēng)的建立不能看作是僅發(fā)生在南海的局部現(xiàn)象。曾慶存等（2005）的研究對亞洲夏季風(fēng)中的南海夏季風(fēng)做了專門論述，對南亞夏季風(fēng)則放在亞澳夏季風(fēng)系統(tǒng)中論述；而研究大氣環(huán)流調(diào)整（含突變）的范圍也主要限于亞洲的熱帶和副熱帶季風(fēng)區(qū)以及周邊。在南海夏季風(fēng)建立之前，應(yīng)有春季來臨（魏科等, 2007; 葉麗群等,2016），冬季大氣環(huán)流徹底崩潰（何金海等, 2010；葉麗群等, 2016），在南亞夏季風(fēng)建立之后則有梅雨形勢的建立（周寧芳等, 2018; 趙曉琳, 2019; 于曉澄等, 2019），而這前后兩者均涉及大氣環(huán)流的劇烈調(diào)整；不過在曾慶存等（2005）中限于篇幅，對前者基本未論述，后者僅作了簡要論述。為此，本文利用氣候風(fēng)場的變差度對亞洲夏季風(fēng)建立及其前后（4月1日至6月30日）全球大氣環(huán)流調(diào)整做診斷分析；并可視為曾慶存等（2005）的補充和繼續(xù)。為保持一致，仍采用文獻(xiàn)（曾慶存等, 2005）中所用資料，而這也為21世紀(jì)前期要做的這方面工作提供一個比較平臺。

2 資料和方法

本文所用原始資料同曾慶存等（2005），即為NCEP/NCAR提供的1968～1997年共30年全球各年標(biāo)準(zhǔn)等壓面（850 hPa、700 hPa、500 hPa、200 hPa及50 hPa）的逐日風(fēng)場資料，該資料經(jīng)緯度網(wǎng)格距為2.5°（緯度）×2.5°（經(jīng)度）。對該資料中各年逐日風(fēng)場分別作5日或11日的滑動平均 （作11日滑動平均是為濾去長波槽脊活動影響），然后對滑動平均后的逐日風(fēng)場網(wǎng)格點資料再按各日做30年的平均，將這樣處理后的風(fēng)場資料稱作逐日氣候風(fēng)場資料。取5日及11日滑動平均氣候風(fēng)場的時段分別為4月1日至6月30日及4月1日至8月31日。

變差度為無量綱量，可度量某變量泛函值隨時間變化的快慢。變差度值在0～2之間，若變差度為0，則變量無變化；若大于0，表明變量在一段時間后發(fā)生了變化。變差度越大，這種變化越快。特別是變差度在某時刻很大，而該時刻前后兩邊都為零或很小，則表明變量在該時刻發(fā)生了突變，由一個近于常定的態(tài)突然變到另一個近于常定的態(tài)。因而考察變差度隨時間的變化可以確定季風(fēng)建立是否具有突變性或即爆發(fā)性并確定突變的日期。有關(guān)變差度的由來、定義及計算方法等見文獻(xiàn)（曾慶存等, 2005），本文不再贅述。

取5日滑動平均的氣候風(fēng)場為某變量，依曾慶存等（2005）中的公式（15）計算變差度（此公式中的u、v為氣候風(fēng)場的分量），則可得到（85°S～85°N）范圍內(nèi)，全球各等壓面逐日網(wǎng)格點上5日滑動平均的氣候風(fēng)場變差度，以下各節(jié)中就稱之為變差度，其是各等壓面上時間t（日）和全球網(wǎng)格點的函數(shù)。再取11日滑動平均的氣候風(fēng)場作同樣計算后，可得此氣候風(fēng)場的變差度；然后在各等壓面上對此變差度分別再對南、北半球從赤道到緯度60°的范圍做區(qū)域平均，就分別得到逐日各等壓面上南、北半球區(qū)域平均的變差度，以下各節(jié)中就稱之為平均變差度。平均變差度來源于11日滑動平均的氣候風(fēng)場，且僅為各等壓面上時間t（日）的函數(shù)，而與網(wǎng)格點無關(guān)。變差度、平均變差度兩者名稱不同不會混淆，本文第3、4節(jié)分別對變差度及平均變差度的演變進行分析。

3 風(fēng)場變差度的演變分析

本文亞洲夏季風(fēng)建立及其前后的時期是指4月1日至6月30日。我們一張張考察了該時期850 hPa上每日變差度的全球分布圖（共有91張圖，本節(jié)中圖1a、1b，2a、3a、4a、4b是其中代表），考察時著重考慮中、低緯度，兼顧高緯度；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該時期變差度值增大特別明顯的過程總共有6次，850 hPa上分別出現(xiàn)在4月10日、4月21日、5月15日、5月31日、6月11日、6月28日；這6次過程在700、500、200、50 hPa等壓面上變差度值增大也都非常明顯（詳見后文）。本節(jié)對這6次過程全球變差度的演變做診斷分析。

3.1 南海季風(fēng)建立前的情況

4月10日850hPa上首次出現(xiàn)了變差度值增大特別明顯的過程（圖1a），變差度極大值區(qū)及中心位于65°N以北的北半球高緯，這相應(yīng)于該處環(huán)流由冬向夏的調(diào)整及寒溫帶季風(fēng)建立（曾慶存和李建平, 2002）；中緯度在歐洲和中亞各有大值區(qū)及中心，在新西蘭以北的南半球則還有一個副熱帶大值區(qū)及中心。此時的大氣環(huán)流調(diào)整相應(yīng)于春季來臨，北半球平流層極渦崩潰，原先的冬季環(huán)流形勢發(fā)生劇變，將要崩潰（魏科等, 2007; 葉麗群等, 2016）。相應(yīng)于這次調(diào)整，各等壓面上變差度均有大值區(qū)及中心出現(xiàn)，但各等壓面上變差度大值區(qū)及中心出現(xiàn)的位置并不完全相同（圖略），平流層50 hPa以及200 hPa上，極大值出現(xiàn)日期要提前1 d，別的等壓面也在10日。這次環(huán)流調(diào)整發(fā)生在整個對流層和平流層50 hPa上。

圖1 850 hPa 4月（a）10日和（b）21日全球風(fēng)場變差度分布Fig. 1 Distributions of global wind variation at 850 hPa on (a) 10 Apr and (b) 21 Apr

4月21日850hPa上再次出現(xiàn)了首次變差度值增大特別明顯的過程（圖1b），變差度極大值區(qū)及中心出現(xiàn)在東亞和北美的高緯度地區(qū)；中緯在歐洲和中亞各有大值區(qū)及中心，在孟加拉灣和印尼到巴布亞新幾內(nèi)亞及其以東洋面有一條大值帶，在30°S的印度洋和太平洋上還有大值帶。此時的大氣環(huán)流調(diào)整相應(yīng)于因太陽直射點的進一步北移而造成的冬季環(huán)流徹底崩潰，這為南海夏季風(fēng)建立創(chuàng)造了先期條件。相應(yīng)于此次調(diào)整，700 hPa上在夏威夷附近出現(xiàn)了明顯變差度大值區(qū)及中心，這表明北太平洋副熱帶高壓脊線的北移。該過程出現(xiàn)日期以200 hPa上最早，為18日，變差度極大值區(qū)及中心則出現(xiàn)在北半球高緯和赤道。該環(huán)流調(diào)整也發(fā)生在整個對流層和平流層50 hPa上（圖略）。

綜上所述，在北半球大氣環(huán)流由冬季向夏季劇烈調(diào)整即春季來臨時，北半球高緯平流層50 hPa至對流層高層200 hPa是環(huán)流最早發(fā)生劇烈變化之處，而北半球冬季環(huán)流徹底崩潰最早也出現(xiàn)在北半球高緯的200 hPa上。這表明冬季環(huán)流急劇變化及崩潰的強訊號最早出現(xiàn)在北半球高緯的平流層至對流層高層上，然后向下傳播到整個對流層中，而北半球高緯平流層及對流層高層的大氣環(huán)流急劇調(diào)整和崩潰則與那里的臭氧層加熱、平流層爆發(fā)增溫和極夜急流密切有關(guān)（曾慶存和李建平, 2002; 魏科等, 2007）。

3.2 南海季風(fēng)建立時的情況

850 hPa上5月9日全球變差度均很弱，僅在高緯度有大值中心構(gòu)成的波列存在；10日高緯度的中心增強，在東歐、阿拉伯海和南海南部又出現(xiàn)了中心；11日高緯度中心維持，東歐、阿拉伯海和南海南部的中心增強，在新西蘭北面也出現(xiàn)了中心；12日高緯度和東歐的中心減弱，阿拉伯海、南海南部和新西蘭北面的中心增強。13日；高緯度和東歐的中心維持，阿拉伯海、南海南部和新西蘭北面的中心繼續(xù)增強；14日，高緯度的中心維持，東歐的中心增強并東擴至中亞，阿拉伯海、南海南部和新西蘭北面的中心仍繼續(xù)增強；15日，高緯度中心又明顯增強，東歐、阿拉伯海、南海南部和新西蘭北面的中心增強達(dá)到極大值（圖2a）；16日以上中心減弱；17日再減弱，這次環(huán)流調(diào)整完成。細(xì)致分析可見，變差度中心最早產(chǎn)生在南海南部，然后大值區(qū)及中心增強并向東北方向移動，15日達(dá)最強，以后中心移至南海中部，強度減弱，而大值區(qū)繼續(xù)向東北方向擴展。

700 hPa上南海夏季風(fēng)建立過程的環(huán)流調(diào)整特別清晰；5月11日在馬來半島出現(xiàn)了變差度大值區(qū)及中心，以后其增強并向東北移動；16日該中心移至緊鄰中南半島南端的南海上，強度達(dá)極大 （圖2b）；以后該中心減弱仍向東北移，大值區(qū)隨之向東北擴展；18日中心移到南海中部，再后中心少動并減弱，大值區(qū)縮小，環(huán)流調(diào)整完成。700 hPa上南海夏季風(fēng)建立的環(huán)流調(diào)整是由西南向東北進行的，最早建立地點在馬來半島。

500 hPa上5月10日孟加拉灣南部和夏威夷東面的太平洋上各有一個變差度大值區(qū)及中心；以后大值區(qū)從這兩中心分別向東、西方向擴展并北移；在13日兩中心值達(dá)極大，形成連接這兩中心的大值帶，這表明在北太平洋上的副熱帶高壓脊線發(fā)生了北跳；再后變差度強度減弱（圖略），環(huán)流調(diào)整完成。

200 hPa上5月13日菲律賓以東洋面（西太平洋暖池區(qū)）有變差度中心出現(xiàn)；14日在阿拉伯半島南面的阿拉伯海經(jīng)印度半島中部、孟加拉灣、中南半島、南海至菲律賓以東洋面有大值帶，在阿拉伯海、中南半島和菲律賓以東洋面分別有3個中心，說明此時南亞高壓脊線北跳，該處環(huán)流急劇調(diào)整，此外在高緯度也有中心，在熱帶還另有兩條大值帶；15日以上系統(tǒng)迅速增至最強（圖2c）；16日開始強度減弱，至18日環(huán)流調(diào)整完成。

在平流層50 hPa上，5月10日高緯度和夏威夷、墨西哥東面沿海、赤道以南的東太平洋各有變差度的大值區(qū)及中心，青藏高原和澳大利亞北部也各有較弱的中心；11日墨西哥東面沿海的中心強度急劇增大，夏威夷的中心東移與之靠攏，東太平洋的中心強度增強并向東西方向擴展，青藏高原的中心增強，說明平流層青藏高壓環(huán)流開始急劇調(diào)整，同時澳大利亞北部的中心也在增強；12日以上變差度中心均增強；13～16日青藏高原和墨西哥東面沿海的中心強度繼續(xù)增強，位置略有北移，其他中心強度維持或減弱；17～21日各變差度中心都增強，墨西哥東面沿海和青藏高原的中心位置抬至最北，說明青藏高壓脊線北跳（圖2d）。以后各中心迅速減弱，環(huán)流調(diào)整完成。

圖2 （a）850 hPa 5月15日、（b）700 hPa 5月16日、（c）200 hPa 5月15日和（d）50 hPa 5月20日全球風(fēng)場變差度分布Fig. 2 Distributions of global wind variation (a) at 850 hPa on 15 May, (b) at 700 hPa on 16 May, (c) at 200 hPa on 15 May, and (d) at 50 hPa on 20 May

氣候意義上南海季風(fēng)建立日期是5月18日。5月15日為南海夏季風(fēng)建立的預(yù)兆日（曾慶存等,2005）。在此預(yù)兆日及前后，全球各等壓面都有明顯的變差度極大值區(qū)及強中心，它們均位于廣義季風(fēng)區(qū)內(nèi)（曾慶存和李建平, 2002）；由此可知，南海夏季風(fēng)的建立，也表明這些地區(qū)廣義季風(fēng)的建立；南海夏季風(fēng)建立不是發(fā)生在南海的局部現(xiàn)象，而是全球大氣環(huán)流的劇烈調(diào)整，包括對流層中層的北太平洋副熱帶高壓、高層的南亞高壓以及平流層的青藏高壓三者脊線的北跳。南海夏季風(fēng)與太陽直射點北移造成的行星熱對流環(huán)流變化有關(guān)（Zeng, 2000;曾慶存和李建平, 2002）。曾慶存等（2005）中對南海夏季風(fēng)建立有更多詳盡細(xì)致的分析討論，可供參考。

3.3 南亞季風(fēng)建立時的情況

850 hPa上5月25日高緯度的泰米爾半島、勘察加到鄂霍次克海、北美洲北部分別有變差度大值區(qū)及中心存在，黑海北面到中亞有弱大值帶，阿拉伯海有大值區(qū)及中心存在；5月26日，以上大值區(qū)及中心增強，在新西蘭北面又出現(xiàn)大值區(qū)及中心；27～30日這些大值區(qū)及中心繼續(xù)增強，阿拉伯海的中心略有東移，其大值區(qū)擴展到印度半島；31日這些大值區(qū)及中心達(dá)到極大值（圖3a）；6月1日這些大值區(qū)及中心強度急劇減弱；6月2日環(huán)流調(diào)整完成。

700 hPa上，與南海夏季風(fēng)建立類似，環(huán)流調(diào)整也表現(xiàn)十分清晰；5月25日，印度半島西面的東阿拉伯海、南海南部、印尼南面的東印度洋、墨西哥灣和高緯地區(qū)均存在變差度大值區(qū)及中心；26～27日這些中心均在加強，以后東阿拉伯海的大值區(qū)向北擴展且中心繼續(xù)加強北移，而其他中心則維持和減弱；5月31日原在東阿拉伯海的中心已移至印度半島西海岸，此時南海南部的中心又開始增強；至6月3日原在東阿拉伯海的中心現(xiàn)已北移至印度半島西北部，強度達(dá)極大，原在南海南部的中心現(xiàn)移至南海中部（圖3b）；再后變差度中心值減弱，至6月8日環(huán)流調(diào)整完成。

圖3 （a）850 hPa 5月31日、（b）700 hPa 6月3日、（c）200 hPa 6月 1日和（d）50 hPa 6月1日全球風(fēng)場變差度分布Fig. 3 Distributions of global wind variation (a) at 850 hPa on 31 May, (b) at 700 hPa on 3 Jun, (c) at 200 hPa on 1 Jun, and (d) at 50 hPa on 1 Jun

500 hPa上，在南亞夏季風(fēng)的建立過程中阿拉伯海南部的變差度中心有一個向東向北移動的過程，其位置從印度半島西南面的阿拉伯海海上移至印度半島中部，這表明阿拉伯半島副熱帶高壓東擴北移 （圖略）。200 hPa上，5月13日在非洲中部經(jīng)阿拉伯半島南端至印度半島中部出現(xiàn)了一條變差度大值帶，中心在阿拉伯海，在高緯和赤道附近還有大值區(qū)及中心；5月26日至6月1日，以上大值帶明顯增強，并涵蓋了印度，但中心仍在阿拉伯海 （圖3c）；6月2日后該帶開始減弱，至4日環(huán)流調(diào)整完成；在南亞夏季風(fēng)建立過程中，以上大值帶有一個北移過程，這說明南亞高壓脊線在北移。在平流層的50 hPa上，南亞夏季風(fēng)建立期間，阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣、中南半島和南海變差度均很小，但30°N緯圈帶附近則有一些大值區(qū)及中心在維持和增強，其中之一位于中亞到帕米爾高原（圖3d），這相應(yīng)于平流層青藏高壓脊線的北移。

氣候意義上，南亞夏季風(fēng)建立日期是6月1日，5月31日是建立的預(yù)兆日（曾慶存等, 2005），5月31日及前后的全球明顯的環(huán)流調(diào)整相應(yīng)于南亞夏季風(fēng)的建立。此次全球變差度大值區(qū)及中心也都位于廣義季風(fēng)區(qū)內(nèi)（曾慶存 和李建平, 2002）。南亞夏季風(fēng)的建立也不是局部的現(xiàn)象。南亞夏季風(fēng)建立時阿拉伯海和印度半島變差度變化較緩慢，而南海夏季風(fēng)建立時南海變差度變化非常劇烈（突變），這是兩者不同之處（曾慶存等, 2005）。南亞夏季風(fēng)同樣與太陽直射點北移造成的行星熱對流環(huán)流變化有關(guān)（Zeng, 2000; 曾慶存和李建平, 2002），并造成對流層中層阿拉伯半島副熱帶高壓、高層南亞高壓及平流層青藏高壓三者脊線的北移。

3.4 南亞季風(fēng)建立后的情況

850 hPa上，6月6日在泰米爾半島以東洋面、楚科奇半島到鄂霍次克海、格陵蘭島東部洋面、黑海北面和新西蘭島北面，各有一個變差度大值區(qū)及中心；7日這幾個中心開始增強，8日進一步增強，同時在菲律賓南部有新中心出現(xiàn)，9日這些中心增至最強；10日泰米爾半島的中心減弱，但楚科奇半島到鄂海的中心仍在增強，菲律賓南部的中心也在增強；6月11日鄂海中心和菲律賓南部中心均增至最大（圖4a）；12日兩中心減弱，至13日此次環(huán)流調(diào)整結(jié)束。700 hPa上變差度演變與850 hPa類似，僅鄂海的變差度中心略有南壓，菲律賓南部的中心略有東擴。500hPa上，6月7日在印度半島、南海、夏威夷附近、加勒比海和北半球的中高緯 （含鄂海）分別有變差度大值區(qū)及中心；之后這些中心增強，于6月10日達(dá)最強，而后則減弱，至13日環(huán)流調(diào)整完成；此過程中，印度半島、南海、夏威夷附近的中心均有北移。200 hPa上，6月7日在北半球的高緯和副熱帶分別有兩條變差度的大值帶，后者在阿拉伯半島到印度以及菲律賓以東洋面各有大值區(qū)及中心；以后副熱帶大值帶上的變差度增強，阿拉伯半島到印度以及菲律賓以東洋面大值帶北移；6月9日大值帶上的變差度達(dá)極大，位置也最北；再以后大值帶的變差度減弱。在平流層的50 hPa上，6月4日在赤道及30°N緯圈帶兩者附近均有一些變差度大值區(qū)及中心，其中包括位于中亞到帕米爾高原的大值區(qū)及中心；以后中亞到帕米爾高原的大值區(qū)及中心不斷增強，明顯向東并略向北移動，至6月9日達(dá)到最強；之后減弱，至13日環(huán)流調(diào)整完成；中亞到帕米爾高原的大值區(qū)及中心增強北移表明平流層青藏高壓脊線的北移。

圖4 850 hPa 6月（a）11日和（b）28日全球風(fēng)場變差度分布Fig. 4 Distributions of global wind variation at 850 hPa on (a) 11 Jun and (b) 28 Jun

此次環(huán)流調(diào)整中，對流層中低層在鄂海、中層在夏威夷附近和鄂海、高層在阿拉伯半島到印度都出現(xiàn)了十分明顯的大值區(qū)及中心，表明該環(huán)流調(diào)整包含了鄂海阻塞形勢建立，北太平洋副熱帶高壓脊線北跳及南亞高壓脊線的北移，此環(huán)流形勢意味著江淮入梅，即副熱帶東亞夏季風(fēng)建立。劉勇等 （2004）用1951～2002年安徽省氣象臺的資料統(tǒng)計，安徽省入梅平均日期為6月16日，出梅為7月10日。安徽省的情況可作為長江中下游的代表。他們用天氣氣候?qū)W確定的入梅日期與這里用變差度確定的6月11日（850 hPa上變差度中心值最大）有很好對應(yīng)。與曾慶存等（2005）中相同，本文的日期也是預(yù)兆日期，而劉勇等（2004）是來臨日期，本文日期自然要比他們早數(shù)天。入梅大氣環(huán)流的調(diào)整雖主要體現(xiàn)在鄂海阻塞形勢建立，北太平洋副熱帶高壓脊線北跳及南壓高壓脊線的北移，但其他地區(qū)也有變差度大值區(qū)及中心存在，故而該調(diào)整也非某個等壓面上局地環(huán)流的調(diào)整，與南海、南亞夏季風(fēng)一樣，入梅的環(huán)流調(diào)整即東亞夏季風(fēng)的建立也是全球各等壓面上的環(huán)流明顯調(diào)整，且以上變差度的大值區(qū)及中心也都位于廣義季風(fēng)區(qū)中。造成江淮入梅即東亞夏季風(fēng)建立的主要原因仍是太陽直射點的北移；不過海陸分布和青藏高原大地形也有明顯影響（Zeng，2000; 曾慶存和李建平, 2002; 李建平和曾慶存, 2005）。

850 hPa上，6月23日，貝加爾湖東面和北冰洋上分別有變差度大值區(qū)及中心，其他地區(qū)變差度均很??；以后貝湖東面的中心加強，同時鄂霍次克海也有中心出現(xiàn)并迅速加強，其強度超過了貝湖中心；6月28日，鄂海中心的強度達(dá)到極大（圖4b），以后這兩個中心強度都迅速減弱。該過程中阿拉伯海、印度半島、孟加拉灣、中南半島和南海變差度也都很小。700 hPa上，中高緯變差度的演變與850 hPa類似；低緯在印尼南面的印度洋至澳大利亞北部，有大值區(qū)及中心，并呈現(xiàn)先增強，至26～27日達(dá)最強，以后減弱的過程。500 hPa上，中高緯度變差度的演變也與850 hPa類似，不過在低緯中心位于南海，在夏威夷以東及同緯度的大西洋上還有大值區(qū)及中心存在，并與700 hPa做同步演變，這表明北太平洋副熱帶高壓的環(huán)流發(fā)生調(diào)整。200 hPa上， 6月23日赤道中太平洋有變差度大值區(qū)及中心，以后該中心增強，位置略有北移，至28日變差度值達(dá)極大，再以后則減弱；28～29日，我國江南還出現(xiàn)了一條弱的東西向變差度帶；29日后該帶消失。平流層50 hPa上，23日以前，在除大西洋外的赤道地區(qū)以及從外蒙古到同緯度的140°W處分別有兩條變差度大值帶，以后這兩條帶增強，至28日增至最強，再后減弱并維持。

注意到該環(huán)流調(diào)整時，對流層中低層在鄂海的變差度大值區(qū)及中心增強明顯，中層在夏威夷以東有大值區(qū)及中心存在，高層我國江南還出現(xiàn)了一條弱的東西向變差度帶，由此可認(rèn)為該環(huán)流調(diào)整為梅雨間歇，也是全球各等壓面上的環(huán)流明顯調(diào)整。

4 平均變差度的演變分析

上節(jié)對這6次變差度值增大特別明顯的過程做了考察，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的環(huán)流調(diào)整具有全球性，故而本節(jié)從南、北半球逐日平均變差度曲線（圖5）入手，做進一步考察和分析。在4月1日至6月30日的該曲線上，北半球在4月11日、4月20日、5月16日、6月1日、6月13日、6月26日，南半球在4月10日、4月16日、5月16日、5月30日、 （6月6日）、6月13日、（6月20日）、6月26日都有平均變差度峰值出現(xiàn)，這些日期除南半球加括號者外，均與第3節(jié)這6次變差度值增大特別明顯即環(huán)流調(diào)整的日期相同或相近，并再次表明這6次環(huán)流調(diào)整的全球性。

圖5 4月1日至8月31日期間850 hPa（a）北半球和（b）南半球逐日平均風(fēng)場變差度曲線Fig. 5 Daily average wind variations at 850 hPa for the (a) Northern Hemisphere and (b) Southern Hemisphere during 1 Apr-31 Aug

4.1 北半球季節(jié)轉(zhuǎn)換的環(huán)流調(diào)整

在節(jié)3的6次變差度值劇烈增大過程中，相應(yīng)于南海夏季風(fēng)建立（5月15日）的那次，在平均變差度上反映最劇烈。圖5a上5月16日出現(xiàn)了平均變差度值的最高峰。這表明南海夏季風(fēng)建立是北半球季節(jié)轉(zhuǎn)換中最強的環(huán)流調(diào)整，調(diào)整完成后北半球環(huán)流已轉(zhuǎn)為夏季形勢。南亞夏季風(fēng)建立的環(huán)流調(diào)整不及南海夏季風(fēng)；雖在相應(yīng)于南亞夏季風(fēng)建立的6月1日，平均變差度曲線上也有峰值出現(xiàn)（見圖5a），然此峰值比4月20日冬季環(huán)流崩潰的峰值還低，更遠(yuǎn)低于南海季風(fēng)建立的峰值，表現(xiàn)也不很顯著；以上結(jié)果表明南亞夏季風(fēng)建立時平均變差度變化不那么劇烈，這也與節(jié)3及文獻(xiàn)（曾慶存等, 2005）中的相一致。

在南亞季風(fēng)建立后的6月13日，在圖5a上平均變差度又有明顯的次高峰出現(xiàn)。此前6月11日在850 hPa上變差度的大值區(qū)及中心又增強明顯（見圖4a），該環(huán)流調(diào)整正相應(yīng)于江淮梅雨的開始。在6月26日和7月6日平均變差度曲線還有兩個峰值（圖5a）。6月26日對應(yīng)于梅雨期中的環(huán)流調(diào)整過程，并可造成梅雨間歇。7月6日與長江流域平均的出梅日期7月10日對應(yīng)得很好（劉勇等, 2004），并相應(yīng)于出梅時的大氣環(huán)流調(diào)整。6月26日和7月6日也可看成預(yù)兆日。此后的7月18日華北雨季開始（于曉澄等, 2019），這在圖5a平均變差度曲線上7月17日也有峰值出現(xiàn)。由于7月6日、18日的過程已超出4月1日至6月30日的范圍，本文不再討論。

4.2 南半球季節(jié)轉(zhuǎn)換的環(huán)流調(diào)整

南海夏季風(fēng)建立前的4月16日，南半球平均變差度圖（圖5b）的曲線上出現(xiàn)了最高峰，該峰出現(xiàn)在北半球環(huán)流徹底崩潰（4月20日）前4天；這表明南半球夏季大氣環(huán)流的徹底崩潰，要較北半球冬季環(huán)流徹底崩潰略早，且是南半球最劇烈的環(huán)流調(diào)整。南海和南亞夏季風(fēng)建立的過程，在圖5b上也都有反映，在5月16日和5月30日，圖5b上均有峰值出現(xiàn)。這再次表明，伴隨南海和南亞夏季風(fēng)的建立，出現(xiàn)了全球大氣環(huán)流的劇烈調(diào)整。圖5b中，南海和南亞夏季風(fēng)建立時的峰值，均明顯小于南半球夏季環(huán)流徹底崩潰時的峰值，畢竟這兩次夏季風(fēng)建立過程的主體都在北半球。

北半球平均變差度曲線的起伏要大于南半球，北半球最大值出現(xiàn)在南海季風(fēng)建立時（5月16日），其他兩個很明顯的極大值分別出現(xiàn)在冬季環(huán)流徹底崩潰（4月20日）及江淮梅雨開始（6月13日）；而南半球4月16日出現(xiàn)了最大值，其相應(yīng)于南半球夏季環(huán)流徹底崩潰；此后總體看來，南半球曲線趨勢一直在走低。北、南半球平均變差度曲線的總體走勢有很明顯差異。造成這種情況的可能原因有二，一是在夏至前北半球太陽輻射隨時間增加，而南半球則減少，二是北半球地表面特性差異（包括海陸分布和地形）要較南半球復(fù)雜。

5 結(jié)論和討論

本文分析討論了亞洲夏季風(fēng)前后（4月1日至6月30日）氣候風(fēng)場變差度及平均變差度的時空特征。在對全球各等壓面變差度大值區(qū)及中心演變的分析以及對北半球平均變差度曲線峰值考察上都發(fā)現(xiàn)，北半球在4月10日、4月21日、5月15日、5月31日、6月11日、6月28日前后，大氣環(huán)流各有6次明顯大調(diào)整過程。變差度的大值區(qū)均位于廣義季風(fēng)區(qū)。變差度確實是診斷大氣環(huán)流調(diào)整和研究廣義季風(fēng)的客觀定量工具。得到的主要結(jié)論如下：

（1）此6次大氣環(huán)流大調(diào)整分別對應(yīng)于春季來臨（平流層極渦崩潰）、冬季環(huán)流徹底崩潰（仲春）、南海夏季風(fēng)建立、南亞夏季風(fēng)建立、江淮入梅（東亞夏季風(fēng)建立）、梅雨間歇。

（2）南海夏季風(fēng)建立是北半球季節(jié)轉(zhuǎn)換中最強的環(huán)流調(diào)整（突變），該調(diào)整完成后北半球環(huán)流轉(zhuǎn)為夏季形勢；南海、南亞和東亞夏季風(fēng)建立均與各層等壓面上的全球環(huán)流調(diào)整有關(guān)，不是單一等壓面上的局部現(xiàn)象。

（3）南海與南亞夏季風(fēng)的建立在環(huán)流調(diào)整上以700 hPa上最明顯；在低層，南海夏季風(fēng)建立最早出現(xiàn)于南海南部，南亞夏季風(fēng)建立最早出現(xiàn)在印度半島西面的東阿拉伯海上。

（4）冬季環(huán)流崩潰、南海、南亞及東亞夏季風(fēng)建立均與北半球?qū)α鲗又袑痈睙釒Ц邏?、高層南亞高壓以及平流層青藏高壓三者的脊線北移有關(guān)，太陽直射點的北移是脊線北移的主要原因。

第3節(jié)已交待了在4月1日至6月30日時段中，利用全球變差度圖挑選以上6次環(huán)流明顯調(diào)整過程日期的方法，且挑選并不困難。節(jié)4也指出，這6次過程在北半球平均變差度曲線上也均有峰值出現(xiàn)（圖5a），并依此可確定這些過程的日期，甚至南半球曲線上也有相應(yīng)的峰值反映（圖5b）。這表明這6次過程確實是全球大氣環(huán)流的明顯調(diào)整。因變差度采用的是5日滑動平均，而平均變差度采用的是11日滑動平均且又經(jīng)過區(qū)域平均，從而兩者的日期不完全相同，有時略有相差，本文則以節(jié)3中的日期為準(zhǔn)；不過對環(huán)流調(diào)整過程而言，兩者顯然是指同一過程，故這6次環(huán)流明顯調(diào)整過程是客觀的。

采用第3節(jié)的方法人工挑選日期工作量稍大，若能給定一個統(tǒng)一的變差度閾值，用以進行自動挑選日期豈不更好，然而這樣做并不可行。變差度是時間和空間的函數(shù)，要找一個統(tǒng)一的閾值確實很難，從圖5a、b就可見，北、南半球的平均變差度曲線分布形態(tài)以及其值大小都有明顯差別。熱帶季風(fēng)“第一推動力”是與太陽高度角變化密切有關(guān)的行星熱對流環(huán)流，“第二推動力”是地表面特性差異即海陸熱力特性差異以及地形高度等（曾慶存和李建平, 2002; 李建平和曾慶存, 2005）；而這兩者變化均非均勻（太陽高度角呈正弦函數(shù)變化，地表面特性差異則更復(fù)雜）；副熱帶、溫寒帶季風(fēng)的原因更加復(fù)雜；從而不可能找到一個統(tǒng)一的變差度閾值。正因如此，本文才從變差度的圖形演變和平均變差度曲線峰值入手來討論問題。如同各種季風(fēng)指數(shù)那樣（李建平和曾慶存, 2005），區(qū)分時段和地區(qū)或許能夠找到局部時空的變差度閾值，而這有待于今后研究。

本文也得到，在南海夏季風(fēng)建立前，由冬向夏的大氣環(huán)流調(diào)整最早出現(xiàn)在平流層高緯，以后下伸至對流層。對于環(huán)流調(diào)整由平流層下傳的問題，主要是通過經(jīng)圈環(huán)流和行星波來實現(xiàn)的，但對平流層的環(huán)流調(diào)整，雖曾慶存、黃榮輝 等認(rèn)為與臭氧加熱、平流層爆發(fā)性增溫以及極夜急流等密切有關(guān) （曾慶存和李建平, 2002; 曾慶存等, 2005; 李建平和曾慶存, 2005; 魏科等, 2007），但因涉及大氣化學(xué)與大氣動力學(xué)間的學(xué)科交叉（Roy et al., 2017），至今尚未有具體物理機制的公認(rèn)結(jié)論（武炳義,2018），故這是研究季節(jié)環(huán)流調(diào)整的重要方向，值得關(guān)注。

本文的局限是僅對春夏期間大氣環(huán)流調(diào)整用變差度作了診斷分析以揭露事實，而對大氣環(huán)流調(diào)整的原因和機制做物理分析和深入探討不夠；無疑這方面是十分重要的工作，也是我們今后努力的方向。

致謝衷心感謝曾慶存院士對本文的指導(dǎo)！