我國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，季風(fēng)雨帶的位置變化直接影響著東部的干旱與雨澇。我國(guó)每年因各種氣象災(zāi)害致使農(nóng)田受災(zāi)面積3000多萬公頃，受干旱、暴雨、洪澇和熱帶風(fēng)暴等極端天氣、氣候事件影響的人口達(dá)6億多人次，平均每年因氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的3％～6％。

上世紀(jì)90年代以來，長(zhǎng)江流域暴雨洪澇事件頻繁發(fā)生，1991年特大洪澇之后，1998年發(fā)生了全流域的特大洪水，1999年6月長(zhǎng)江下游再次發(fā)生嚴(yán)重洪澇。與此同時(shí)，華北地區(qū)卻日趨干旱，黃河自1985年以后年年斷流，其中1997年斷流日數(shù)超過226天。

進(jìn)入2l世紀(jì)以來，我國(guó)長(zhǎng)江流域的雨帶有逐漸北移至淮河流域的趨勢(shì)，前6年中淮河流域發(fā)生了3次大洪水(分別在2000年、2003年和2005年)，特別是2003年夏季，由于幾次強(qiáng)的持續(xù)性暴雨和大暴雨過程集中、雨量大，導(dǎo)致王家壩兩次開閘泄洪，成為繼1991年以來淮河流域出現(xiàn)的最大汛情。2006年夏季，長(zhǎng)江流域降水量偏少，重慶遭遇了百年一遇的特大伏旱，四川也出現(xiàn)了1951年以來最嚴(yán)重的伏旱。

造成我國(guó)頻繁出現(xiàn)上述極端天氣氣候事件的直接原因是大氣環(huán)流異常導(dǎo)致了東亞夏季風(fēng)的活動(dòng)異常。當(dāng)東亞夏季風(fēng)活動(dòng)加強(qiáng)時(shí)，我國(guó)夏季季風(fēng)雨帶的位置偏北，而長(zhǎng)江流域降水相對(duì)偏少。特別是隨著全球氣候變暖，影響我國(guó)北方地區(qū)夏季降水的中高緯度大氣環(huán)流異常明顯加強(qiáng)，對(duì)流層低層的季風(fēng)環(huán)流向北推進(jìn)，逐漸加強(qiáng)，季風(fēng)雨帶隨之偏北。

既然東亞夏季風(fēng)對(duì)我國(guó)的氣候異常有這么大的影響，那么，東亞夏季風(fēng)是怎么形成的，它又是怎樣影響我國(guó)氣候的?東亞夏季風(fēng)最早在哪里出現(xiàn)?可以通過什么方法來監(jiān)測(cè)、研究它?

我國(guó)氣候受季風(fēng)影響明顯

季風(fēng)指近地面層冬、夏盛行風(fēng)向接近相反且氣候特征迥異的現(xiàn)象。地球表面約四分之一的面積受季風(fēng)影響，南亞、東亞、非洲和澳大利亞北部都是季風(fēng)活動(dòng)明顯的地區(qū)，其中尤以南亞的印度季風(fēng)和東亞季風(fēng)最為顯著。

東亞季風(fēng)是影響我國(guó)氣候的重要因素之一，我國(guó)夏季雨帶位置的變化就受控于東亞夏季風(fēng)的活動(dòng)。

我國(guó)地處歐亞大陸東部、太平洋西岸，冬夏高低氣壓中心的活動(dòng)和變化顯著，季風(fēng)的影響強(qiáng)烈，是一個(gè)比較顯著的季風(fēng)區(qū)：除新疆、柴達(dá)木盆地中部和西部、藏北高原西部、賀蘭山和陰山以北的內(nèi)蒙地區(qū)屬大陸性無季風(fēng)氣候區(qū)外，其他地區(qū)均屬季風(fēng)區(qū)。由于季風(fēng)環(huán)流的作用，夏季風(fēng)在高溫季節(jié)給我國(guó)廣大的亞熱帶地區(qū)帶來豐沛的降水，形成溫暖濕潤(rùn)的氣候，使得這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)十分發(fā)達(dá)，最適宜種植水稻；而世界同緯度的許多地區(qū)(回歸線附近)，由于受副熱帶高氣壓帶的控制，而不是季風(fēng)的影響，多表現(xiàn)為荒漠或干旱草原，如北半球的撒哈拉沙漠、阿拉伯大沙漠，南半球的澳大利亞大沙漠、南非的納米比亞沙漠、卡拉哈里沙漠等。同時(shí)，由于季風(fēng)在一年中存在冬夏交替和南北進(jìn)退，對(duì)我國(guó)自然景觀的形成和發(fā)展也起著重要作用。我國(guó)東部和西部地區(qū)的差異以及東部地區(qū)自然地帶的南北遞變，也在很大程度上受季風(fēng)的控制。

另一方面，由于受東亞夏季風(fēng)進(jìn)退和強(qiáng)度異常的影響，我國(guó)大范圍地區(qū)也經(jīng)常發(fā)生降水和雨帶位置的異常，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的早澇災(zāi)害。特別是上世紀(jì)90年代以來，我國(guó)因夏季風(fēng)異常引發(fā)的旱澇災(zāi)害呈現(xiàn)加劇的趨勢(shì)。這對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展，特別是廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。而且，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，旱澇災(zāi)害造成的損失也將越來越大。

要航海就要知道季風(fēng)

其實(shí)，季風(fēng)是一個(gè)很古老的氣候?qū)W概念，它的英文名稱為Monsoon，最初來源于阿拉伯語。中古時(shí)代阿拉伯商人就開始利用風(fēng)向的季節(jié)變化特點(diǎn)從事航?；顒?dòng)。現(xiàn)代氣象學(xué)意義上季風(fēng)的概念是17世紀(jì)后期由哈萊(Halley)首先提出來的，即季風(fēng)是由太陽對(duì)海洋和陸地加熱差異形成的，進(jìn)而導(dǎo)致了大氣中氣壓的差異。夏季時(shí)，由于海洋的熱容量大，加熱緩慢，海面較冷，氣壓高，而大陸由于熱容量小，加熱快，形成暖低壓，夏季風(fēng)由冷洋面吹向暖大陸：冬季時(shí)則正好相反，冬季風(fēng)由冷大陸吹向暖洋面。這種由于下墊面熱力作用不同而形成的海陸季風(fēng)也是最經(jīng)典的季風(fēng)概念。到18世紀(jì)上半葉，哈得萊(Hadley)對(duì)季風(fēng)模型進(jìn)行了補(bǔ)充和修正。他指出，按照哈萊的理論，南亞地區(qū)阿拉伯海至印度的季風(fēng)應(yīng)該是夏季吹南風(fēng)，冬季吹北風(fēng)，但實(shí)際觀測(cè)到的卻是夏季吹西南風(fēng)，冬季吹東北風(fēng)。這是因?yàn)橄募井?dāng)氣流從南半球跨越赤道進(jìn)入北半球時(shí)，由于地球的自轉(zhuǎn)效應(yīng)，氣流會(huì)受到一個(gè)向右的慣性力作用，這個(gè)力就是地轉(zhuǎn)偏向力(科里奧利力)。由于地轉(zhuǎn)偏向力的作用，氣流在向北的運(yùn)行過程中向右偏，形成了西南風(fēng)。 此外，受青藏高原的地形作用及其他因子的影響，東亞的季風(fēng)比南亞地區(qū)更復(fù)雜。其中，南?！魈窖蟆獛贌釒Ъ撅L(fēng)區(qū)，冬季盛行東北季風(fēng)，夏季盛行西南季風(fēng)；東亞大陸—日本—韓國(guó)—帶屬于副熱帶季風(fēng)區(qū)，冬季30°N以北盛行西北季風(fēng)，30°N以南盛行東北季風(fēng)；夏季則盛行東南或西南季風(fēng)。這些地區(qū)雖然夏季雨量充沛，冬季雨雪較少，但干濕季節(jié)的變化不像熱帶季風(fēng)區(qū)那么明顯。

季風(fēng)在我國(guó)古代有各種不同的名稱，如信風(fēng)、黃雀風(fēng)、落梅風(fēng)，在沿海地區(qū)又叫舶風(fēng)。所謂舶風(fēng)即夏季從東南洋面吹至我國(guó)大陸的東南季風(fēng)。由于古代海船航行主要依靠風(fēng)力，冬季的偏北季風(fēng)不利于從南方來的船舶駛向大陸，只有夏季的偏南季風(fēng)才能使它們到達(dá)中國(guó)海岸。至少早在1000多年前的宋元時(shí)期，我國(guó)的勞動(dòng)人民就已經(jīng)懂得根據(jù)東亞冬、夏季風(fēng)的活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行航?；顒?dòng)。宋代的泉州太守王十朋有詩曰：“北風(fēng)航海南風(fēng)回，遠(yuǎn)物來輸商賈樂”，描寫的就是利用季風(fēng)進(jìn)行海上貿(mào)易的情景：由泉州往南洋、印度洋、阿拉伯諸國(guó)的船舶，都是在冬季乘北風(fēng)出海，第二年夏季乘南風(fēng)歸航。600多年前的明代，鄭和下西洋的偉大遠(yuǎn)航，也都是利用季風(fēng)進(jìn)行的。

1934年9月出版的《地理學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊號(hào)上，刊登了我國(guó)著名氣象學(xué)家竺可楨的一篇論文：《東南季風(fēng)與中國(guó)之雨量》。在這篇有關(guān)季風(fēng)研究的經(jīng)典著作中，竺可楨指出，上海7月的風(fēng)力與上海站7月的雨量成反相關(guān)，與北京7月的雨量成正相關(guān)；夏季風(fēng)所帶來的水汽是中國(guó)大陸夏季降水的來源，當(dāng)夏季東南季風(fēng)強(qiáng)盛時(shí)，長(zhǎng)江流域主旱，華北主澇：當(dāng)東南季風(fēng)偏弱時(shí)，長(zhǎng)江流域主澇，華北主旱。

自此之后的70多年來，我國(guó)氣象工作者在東亞季風(fēng)的研究和預(yù)報(bào)方面做了大量工作，取得了許多研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，東亞夏季風(fēng)活動(dòng)與東亞主要雨帶的季節(jié)進(jìn)程及旱澇密切關(guān)系，中國(guó)的主要雨帶以二次北跳、三次準(zhǔn)靜止的階段性方式隨季節(jié)向北推進(jìn)，中國(guó)歷史上持續(xù)性大暴雨形成的環(huán)流背景都與東亞季風(fēng)環(huán)流的異?；顒?dòng)密切有關(guān)。從東亞夏季風(fēng)的季節(jié)進(jìn)退上來看，夏季風(fēng)一般經(jīng)歷爆發(fā)、活躍、中斷和撤退4個(gè)階段。東亞夏季風(fēng)最早從5月上旬開始首先在南海地區(qū)爆發(fā)，然后自東南向西北推進(jìn)；6月中旬推進(jìn)到江淮流域。此時(shí)，在湖北宜昌以東28°N～34°N之間出現(xiàn)連陰雨天氣，雨量很大，由于這一時(shí)期正是江南梅子成熟時(shí)，人們稱其為“梅雨”。7月份，夏季風(fēng)推進(jìn)到華北地區(qū)，江淮地區(qū)的“梅雨”結(jié)束，進(jìn)入相對(duì)干季，華北、東北地區(qū)的雨季開始。夏季風(fēng)用了三個(gè)多月的時(shí)間才占領(lǐng)了我國(guó)東部的大部分地區(qū)，但在入秋后迅速南下的冬季風(fēng)的夾擊下，夏季風(fēng)節(jié)節(jié)敗退，在不到一個(gè)月的時(shí)間之內(nèi)就幾乎完全撤出大陸，退回了南海。

南海季風(fēng)

南海是亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)最早的地區(qū)，作為東亞夏季風(fēng)的重要成員，南海季風(fēng)的爆發(fā)開啟了從印度洋經(jīng)南海到我國(guó)大陸的水汽通道，季風(fēng)發(fā)展過程中的水汽輸送成為東亞海一陸一氣相互作用的重要形式和紐帶。由于受南海季風(fēng)進(jìn)退異常和明顯的年際變化影響，我國(guó)華南、西南、華東地區(qū)的旱澇、高溫及冷害等氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生，如2005年6月中下旬，華南出現(xiàn)的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性暴雨就與南海夏季風(fēng)活動(dòng)異常具有密切的關(guān)系。

南海及周邊地區(qū)是我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但同時(shí)也是生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)。南海又是我國(guó)唯一的熱帶海洋，是我國(guó)大部分登陸熱帶氣旋(臺(tái)風(fēng))的源地或必經(jīng)之地，南海副熱帶高壓活動(dòng)還是西太平洋副熱帶高壓的有機(jī)組成部分。因此，研究南海季風(fēng)的活動(dòng)對(duì)于降低南海周邊生態(tài)環(huán)境脆弱帶受異常氣候影響的風(fēng)險(xiǎn)、降低異常氣候?qū)?jīng)濟(jì)發(fā)展造成的損失都具有重要意義。

南海季風(fēng)爆發(fā)后，一方面在東亞地區(qū)向北和東北方向擴(kuò)展，6月中旬導(dǎo)致了江淮地區(qū)的梅雨，另一方面向孟加拉灣與印度次大陸擴(kuò)展，6月上旬印度季風(fēng)(南亞季風(fēng))開始爆發(fā)。南海季風(fēng)的強(qiáng)弱與長(zhǎng)江中下游地區(qū)的降水量密切相關(guān)。迄今為止，雖然人們對(duì)南海季風(fēng)的建立及其與我國(guó)大尺度天氣過程的關(guān)系有了一定了解，但對(duì)于季風(fēng)爆發(fā)的天氣與動(dòng)力過程的認(rèn)識(shí)尚不夠深入，對(duì)爆發(fā)的機(jī)制也沒有形成一致的觀點(diǎn)，對(duì)于南海海洋與夏季風(fēng)爆發(fā)與維持之間的相互作用缺乏深入了解。因此，十分有必要開展南海地區(qū)的大氣一海洋通量觀測(cè)，從海氣相互作用的觀點(diǎn)研究南海季風(fēng)爆發(fā)和維持。

南海海－氣通量觀測(cè)

歸根結(jié)底，導(dǎo)致氣候變化和大氣運(yùn)動(dòng)的最終能源是太陽輻射，但直接驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)的能源約有70％來自于下墊面。海洋占地球表面積的71％左右，到達(dá)地球表面的太陽輻射絕大部分被海洋吸收儲(chǔ)存下來，隨后又源源不斷地加熱大氣。如果單位面積上100米深的海水，溫度下降0.1℃，它所釋放出來的熱量可使其上空的大氣溫度增高6°C。另外，到達(dá)地球表面的輻射能有一半被表面蒸發(fā)潛能所平衡．而蒸發(fā)過程主要發(fā)生在海洋表面，海面蒸發(fā)量占地球表面總蒸發(fā)量的80％多。由此可見，發(fā)生在海氣交界面上的能量、動(dòng)量和水分交換是維持氣候的基本物理過程，海氣通量變化與氣候系統(tǒng)異常密切相關(guān)；對(duì)發(fā)生在海氣交界面上的物理過程及其變化的理解水平和模擬能力將直接影響氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度。

海洋與大氣之間的通量交換主要包括長(zhǎng)短波輻射通量、潛熱通量、感熱通量與動(dòng)量通量。其中，長(zhǎng)短波輻射通量的數(shù)據(jù)通過觀測(cè)可以獲得。潛熱通量、感熱通量與動(dòng)量通量的確定一般要通過計(jì)算獲得。

為系統(tǒng)認(rèn)識(shí)南海夏季風(fēng)爆發(fā)前后天氣演變過程，精確量化季風(fēng)爆發(fā)前后海洋一大氣之間的通量交換(感熱、潛熱、水汽、海洋熱量?jī)羰罩У?，研究海一氣通量交換、能量輸送的時(shí)空變化與南海季風(fēng)發(fā)展乃至與我國(guó)夏季降水的關(guān)系，20世紀(jì)90年代以來我國(guó)學(xué)者對(duì)南海夏季風(fēng)的爆發(fā)活動(dòng)進(jìn)行了大量的研究，分別從不同角度(如大氣環(huán)流演變特征、區(qū)域加熱演變特征、海溫異常和降水量變化等方面)揭示南海夏季風(fēng)的爆發(fā)特征，但海氣通量交換及其與氣候變化的關(guān)系仍是南海季風(fēng)研究的難點(diǎn)。1998年，國(guó)家科技攀登項(xiàng)目“南海季風(fēng)試驗(yàn)(SCSMEX)”開始實(shí)施，在西沙永興島海區(qū)(16°50'N，112°20'E)建立了海一氣通量觀測(cè)塔，并于1998年5月14日～1998年6月22日進(jìn)行了第一次通量觀測(cè)。

此后，在南海季風(fēng)試驗(yàn)研究項(xiàng)目與國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，我國(guó)在2000年與2002年又進(jìn)行了兩次西沙海一氣通量觀測(cè)試驗(yàn)，共獲得了三個(gè)典型年份(1998西南季風(fēng)爆發(fā)晚年、2000早年、2002正常年)五六月份近海面層風(fēng)、溫、濕度梯度，輻射和風(fēng)速，溫、濕度脈動(dòng)資料，初步分析了西南季風(fēng)爆發(fā)前后近海面層大氣湍流結(jié)構(gòu)，計(jì)算了海一氣間的熱量、動(dòng)量和水汽交換值，討論了不同天氣條件下，海一氣的熱量交換特點(diǎn)和海一氣通量交換系數(shù)變化。研究發(fā)現(xiàn)，南海海洋上的海氣通量與季風(fēng)活動(dòng)有密切的關(guān)系，在季風(fēng)爆發(fā)前后，風(fēng)向、風(fēng)速、云量、降水、濕度及至海面狀態(tài)等都會(huì)突然發(fā)生變化，太陽短波輻射、海面凈輻射、潛熱通量和海洋熱量?jī)羰罩У淖兓捕挤浅?qiáng)烈。

最近，中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合中國(guó)氣象局等多家單位發(fā)起了“2008亞洲季風(fēng)年(Asian MonsoonYear08)”研究計(jì)劃，依托中國(guó)、日本和印度等國(guó)家正在或者將要進(jìn)行的相關(guān)研究計(jì)劃，于2008年同步展開對(duì)亞洲季風(fēng)海洋—陸地—大氣之間相互作用的綜合觀測(cè)，并在此基礎(chǔ)上開展數(shù)值模式參數(shù)化和資料同化分析及氣候異常的可預(yù)報(bào)性研究。目前，該計(jì)劃已得到世界氣候研究計(jì)劃(WCRP)及其下屬計(jì)劃——國(guó)際氣候變率研究計(jì)劃(CLIVAR)與全球能量和水分循環(huán)研究計(jì)劃(GEWEX)和多個(gè)國(guó)家科學(xué)家的支持。其中，南海季風(fēng)區(qū)的西沙海一氣通量觀測(cè)是2008亞洲季風(fēng)年綜合觀測(cè)試驗(yàn)的重要組成部分之一，對(duì)于季風(fēng)爆發(fā)、發(fā)展、中斷過程中海一氣相互作用研究、探討季風(fēng)爆發(fā)機(jī)制乃至區(qū)域氣候模式參數(shù)化等都起著重要作用。