王會軍1, 2 范可1, 2, 3

1中國科學院大氣物理研究所竺可楨—南森國際研究中心，北京100029

2中國科學院氣候變化研究中心，北京100029

3中國科學院東亞區(qū)域氣候—環(huán)境重點實驗室，北京100029

1 引言

東亞夏季風（EASM）和東亞冬季風（EAWM）對我國以及整個東亞地區(qū)的天氣和氣候有直接作用（Tao and Chen, 1987），一直是研究東亞大氣環(huán)流和天氣、氣候問題的核心問題之一，是開啟東亞氣候變異奧秘的一把“鑰匙”。EASM 具有顯著的年際變化，從而引起我國夏季降水和氣溫年際波動，經(jīng)常帶來酷暑、干旱、洪澇等災(zāi)害；而EAWM的顯著年際變化則會引起冬季嚴寒、暴風雪等災(zāi)害（如，F(xiàn)an, 2009; Sun et al., 2010; Wang et al., 2011;Fan, 2011; Wang et al., 2012；王會軍等，2003）。研究表明，ENSO以及全球不同區(qū)域海表溫度（SST）異常（例如，李崇銀和穆明權(quán)，2000；陳文，2002；Wang et al., 2008; Wang and He, 2012a；Li and Wang,2012）、南極濤動異常（例如, Fan and Wang, 2004;Wang and Fan, 2005, Xue et al., 2004; Sun et al, 2008;Gao et al., 2003）、北極海冰和北極濤動異常等（Liu et al., 2012; Wu and Wang, 2002a；Gong et al., 2001；Wang and Sun, 2009）都對EASM、EAWM具有顯著影響。

從氣候變化和全球變暖問題著眼，EASM 和EAWM也是一個關(guān)鍵科學問題。迄今為止，幾乎所有的研究結(jié)果都顯示未來全球變暖情景下 EAWM將要減弱，冬季風勢力向北極地區(qū)退縮，從而我國冬季氣溫將顯著上升、北方地區(qū)大都會有更多的冬季降水或者降雪，極端暴雪事件可能會增多。而秋季北極海冰面積的大幅度減少可能會對東亞冬季氣候乃至夏季氣候產(chǎn)生重大影響，導致北方冬季降雪增多、夏季風增強、夏季北方降水增多等等（Liu et al., 2012）。并且，隨著全球變暖的繼續(xù)，北極海冰可能會加速融化，導致在 21世紀的中期或者后期出現(xiàn)夏秋季節(jié)北極沒有海冰的“藍色北極”狀態(tài)，從而對我國和東亞氣候產(chǎn)生更大的影響（Wang and Overland, 2009；Wang and Zhang, 2010；馬潔華等，2012）。

在年際變化和全球變暖所涉及的近百年尺度的氣候變化之間，十年和幾十年尺度的年代際變化問題更是十分重要，年代際變化為年際變化提供重要背景，也可以顯著調(diào)整更長時間尺度的變化。任何關(guān)于未來氣候變化的預(yù)測必須同時考慮由于自然和人為強迫而產(chǎn)生的幾十年到百年時間尺度的長期變化和十年到幾十年時間尺度的年代際變化，這就是為什么IPCC的第五次科學評估報告非常重視年代際氣候變化的預(yù)測和氣候近期變化的預(yù)估的原因。實際上，國際上近些年來關(guān)于年代際氣候變化的預(yù)測研究非常受重視，已經(jīng)有了相當多的研究機構(gòu)基于耦合氣候模式，通過建立大氣和海洋等的初始化系統(tǒng)來對氣候年代際變化進行預(yù)測研究（如：Boer, 2000）。

鑒于年代際氣候變化問題的重要性，本文以東亞季風和東亞氣候為著眼點，概要綜述關(guān)于其過去幾十年來年代際時間尺度變化的若干主要特征，試圖為未來相關(guān)科學問題的研究提供一個總體背景和思考的著眼點。

2 關(guān)于EASM和我國夏季氣候的年代際變化

2.1 關(guān)于EASM在1970年代末的減弱

關(guān)于EASM的年代際變化，最為顯著和受到關(guān)注的是發(fā)生于1970年代末的EASM環(huán)流由相對較強向相對較弱的年代際減弱（Wang, 2001），與此相連的是我國夏季降水江淮流域增多，華北減少(Wang, 2001)。

接下來的關(guān)鍵科學問題是：什么原因?qū)е铝诉@次EASM的年代際減弱？大體有四種觀點。

首先，一些研究認為太平洋和（或）印度洋海溫升高是主要直接原因，而且認為印度洋熱帶SST升高和太平洋SST的升高起相反的作用，前者導致其減弱，后者導致其增強，兩者的綜合作用導致其減弱（例如，Li et al., 2008; Fu et al., 2009; Zhou et al., 2009）。當然，這些結(jié)論都是基于全球大氣環(huán)流模式的敏感性試驗的結(jié)果，不同模式之間結(jié)果差異很大，一些大氣環(huán)流模式在給定SST強迫的情況下甚至也模擬不出EASM的減弱。所以，這個結(jié)論仍然有很大的不確定性。另外，SST升高本身也可能是全球變暖的結(jié)果。

第二個觀點是 EASM 的減弱是全球變暖的結(jié)果（假如進一步認為上一段中提到的SST升高是全球變暖的結(jié)果的話），換言之，由于大氣中溫室氣體的增多而導致的全球變暖是驅(qū)動 EASM 由強變?nèi)醯闹饕?。要證明這一點也很難，一個前提條件是全球氣候模式能夠模擬出1970年代末的EASM減弱以及相應(yīng)的夏季降水的變化；另外，模式預(yù)估的未來EASM應(yīng)該是趨向于減弱的。這兩個前提都還不能滿足，大多數(shù)的全球氣候模式還不能合理地模擬出EASM在1970年代末的減弱；更為重要的是：當前的很多全球氣候模式預(yù)估的未來全球變暖背景的EASM是增強的。所以，這個觀點也有很多的不確定性。

第三個觀點是：人為排放的氣溶膠的變化起到了顯著作用，這個觀點首先來自于Menon等（2002）的文章，但是他們當時考慮的氣溶膠僅僅包括黑炭，而且只考慮了其直接輻射強迫作用。后來相當多的類似研究考慮了更多的氣溶膠作用，也部分考慮了氣溶膠的間接輻射強迫作用，但是不同的模式結(jié)果之間差異很大（Chang et al., 2009; Mahmood and Li, 2011; Mahmood and Li, 2012）。最近，王濤等（私人通訊）利用挪威的氣候系統(tǒng)模式進行了系統(tǒng)性的數(shù)值模擬試驗，其初步結(jié)果顯示：只有考慮了所有溫室氣體強迫和氣溶膠強迫，耦合模式才能合理地模擬出EASM的1970年代末的減弱，SST變化本身也是這些強迫的結(jié)果。當然，這個觀點也有很大的不確定性，因為不同模式結(jié)果之間的差異實在是太大了。

第四個觀點認為 EASM 的減弱是氣候系統(tǒng)本身自然振蕩的結(jié)果（Jiang and Wang, 2005；Han and Wang, 2007）。此觀點也存在很大的不確定性。

最有可能的事實是：溫室氣體和氣溶膠的變化共同造就了這次 EASM 的年代際減弱。如果是這樣，未來 EASM 的演變或許會持續(xù)保持較弱的狀態(tài)，然后逐漸向較強狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

2.2 關(guān)于夏季降水在1990年代的兩次年代際變化

首先是華南夏季降水在1992/93年由偏少到偏多的年代際變化（Wu et al., 2009），Wu et al.（2009）還提出這次年代際變化主要由兩個因素促成，其一，熱帶印度洋的SST升高，并導致區(qū)域低層輻合增強、高層輻散增強、上升運動加強，熱帶印度洋區(qū)域大氣上層的輻散加強導致我國南海區(qū)域上層輻合加強，下沉運動加強，產(chǎn)生大氣低層的異常反氣旋。其二，青藏高原積雪的增加和蒙古區(qū)大氣溫度上升的共同作用使蒙古區(qū)域大氣低層出現(xiàn)異常反氣旋。該異常反氣旋和南海區(qū)域異常反氣旋的共同作用使得我國華南區(qū)域大氣低層出現(xiàn)異常輻合運動，導致上升運動加強，水汽含量也增多，進而導致華南降水增多。

Zhu et al.（2011）發(fā)現(xiàn)在1999年之后我國長江中下游流域夏季降水開始減少，而淮河流域降水開始增多，東北地區(qū)降水減少。造成這次年代際變化的可能原因是貝加爾湖區(qū)域氣溫升高，導致西風急流減弱，因而使得夏季雨帶整體北移了一些。Zhu et al.（2011）通過對大氣再分析資料的研究提出北太平洋年代際振蕩向負位相的轉(zhuǎn)變及其 SST異常型會加強上述過程，他們的數(shù)值模擬試驗也證實了這個過程。誠然如此，那么未來的夏季雨帶是否會進一步北移而導致我國北方夏季降水的大面積增多呢？

2.3 關(guān)于EASM和ENSO關(guān)系的不穩(wěn)定性

Wang（2002）指出ENSO和EASM并不是總存在顯著相關(guān)，也并不是一直維持著正相關(guān)或者反相關(guān)，而是不穩(wěn)定，有時正相關(guān)、有時反相關(guān)、有時沒有顯著相關(guān)。這取決于ENSO模態(tài)的變化以及SST異常型的強度和位置變化；當然，也和EASM及東亞大氣環(huán)流的年代際變化有關(guān)。氣候模式的模擬結(jié)果中也存在類似的不穩(wěn)定關(guān)系（姜大膀等，2004；Han and Wang, 2007）。另外，Wu and Wang（2002）也指出ENSO和EASM之關(guān)系在1962～1977年時段和1978～1993年時段有顯著差異。由于ENSO–EASM關(guān)系的不穩(wěn)定性，Gao et al.(2006) 發(fā)現(xiàn)用ENSO作為預(yù)測因子來預(yù)測我國夏季降水的效果也是不穩(wěn)定的。ENSO–EASM關(guān)系的不穩(wěn)定性是造成我國氣候的季節(jié)—年際預(yù)測困難性的主要因素之一，是值得未來進一步研究的科學問題。

3 關(guān)于EAWM和我國冬季氣候的年代際變化

3.1 關(guān)于EAWM在1980年代中期之后的減弱

Wang and He（2012a）以及賀圣平和王會軍（2012）揭示EAWM在1986年開始變?nèi)趿?，這是一次年代際時間尺度的減弱，EAWM在1948～1985年期間顯著地比 1986～2010年期間強，在后一階段冷空氣勢力總體上偏弱，使得我國冬季氣溫大面積升高，也使得我國東北冬半年冰封的江面在春季打開的時間提前了一周左右，而秋冬季節(jié)開始冰封的時間退后了一周左右（Wang and Sun, 2009）。Wang and He（2012a）使用的EAWM指數(shù)是代表東亞大槽的定義為（25°N～45°N, 110°E～145°E）范圍內(nèi)500 hPa 高度場的平均值，如果使用其他定義也可以得到同樣的結(jié)論（He and Wang, 2012）。最近，王會軍和賀圣平（2012b）指出，隨著EAWM的減弱，東亞沿岸的SST升高，為我國東北地區(qū)輸送了更多的水汽，大氣輻合加強、云量增多，從而使東北冬季降雪量增多。

3.2 關(guān)于在1980年代中期之后EAWM年際變率的減弱

最近，賀圣平和王會軍（2012）研究發(fā)現(xiàn)EAWM在1986～2010年期間的年際變率較之1956～1980年期間的年際變率顯著地變小了，他們的研究進一步指出，1956～1980年期間東亞冬季風的年際變率與東亞沿海（暖池）的冬季海表溫度呈顯著的負（正）相關(guān)關(guān)系，但是這種顯著的反相關(guān)在 1986～2010年期間被大大消弱了。這就意味著，在 1980年代中期之后EAWM不能和ENSO這個具有大變率的模態(tài)聯(lián)動，勢必消弱 EAWM 的年際變率。與此同時，自1980年代中期以來，北極濤動對東亞冬季風的年際變率也是主要起抑制作用。上述兩個因素之外，亞洲和太平洋區(qū)域冬季的海陸熱力差異的年際變率也有所減弱?？傊?，東亞冬季風年際變率的減弱是一個特別值得關(guān)注的問題；當然，如下節(jié)介紹的，Liu et al.（2012）的研究也指出北極海冰的減少對北半球陸地區(qū)域降雪和冷空氣活動的增多也有正面的作用。

3.3 關(guān)于秋季北極海冰面積減少對北半球中高緯冬季降雪的影響

最近，Liu et al.（2012）指出秋季北極海冰面積的減少對北半球中高緯陸地區(qū)域冬季極端溫度和降雪事件具有重要影響，他們的研究表明，自從1979年以來北極秋季海冰減少了29.4%，特別是過去4年是自有衛(wèi)星觀測以來的4個最小值，與此同時，北半球中高緯陸地區(qū)域大都出現(xiàn)了異常降雪和嚴寒天氣。盡管一些學者認為北極濤動和ENSO異常是主要成因，但是事實上，兩者均不能很好地解釋過去 4年冬季出現(xiàn)的持續(xù)異常降雪。Liu et al.（2012）發(fā)現(xiàn)：夏季北極海冰的大范圍減少以及秋冬季北極海冰的延遲恢復(fù)可以引起不同于北極濤動的冬季大氣環(huán)流異常，使西風急流變得更具波浪狀，導致中高緯阻塞形勢出現(xiàn)的頻率增加。另外，夏季北極海冰的大范圍減少以及秋冬季北極海冰的延遲恢復(fù)使得北極存在更多的開闊水，從而將大量的局地水汽從海洋傳輸給大氣，而且北極的變暖也使得大氣可以容納更多的水汽。

3.4 關(guān)于 EAWM-ENSO年際變化相關(guān)性在 1970年代中期之后的減弱

最近，Wang and He（2012a）發(fā)現(xiàn)：EAWM–ENSO的相關(guān)性在1970年代中期之后顯著減弱了，由前一個時段1948～1976年的顯著反相關(guān)變成后一個時段1977～2010年沒有顯著相關(guān)，這也提供了近些年來我國冬季氣候異常不能用ENSO很好解釋的科學成因。

EAWM–ENSO的相關(guān)性為什么會減弱了呢？Wang and He (2012a) 指出，與ENSO相關(guān)的海溫變率在熱帶印度洋和西太平洋區(qū)域顯著減小，而這兩個區(qū)域的SST變率直接關(guān)系到EAWM的年際變率，于是ENSO和EAWM之間的相關(guān)性就被消弱了。同時，EAWM的年際變率在后一個時段也減小了，EAWM影響冬季氣候的主要區(qū)域向北退縮、影響程度降低，也是使得EAWM和ENSO關(guān)系減弱的成因。另外，ENSO在東亞和西北太平洋區(qū)域的信號明顯向東撤和向南撤，特別是ENSO在東亞的信號南撤到北印度洋、亞洲和西太平洋的低緯度地區(qū)；在東北亞的信號向東南方向撤到了阿留申地區(qū)，這又促使阿留申低壓和ENSO之間聯(lián)系在后一時段得到了加強?？傊?，ENSO信號的南撤、東撤以及 EAWM 勢力范圍的北退和消弱使得兩者空間上“疏遠”了，其關(guān)聯(lián)也就被弱化了。

4 結(jié)語

關(guān)于東亞夏季風和冬季風年代際及以上時間尺度的變化規(guī)律和未來演變趨勢的研究是一個極為重要的科學領(lǐng)域，對我國的實際應(yīng)用價值也極其重大，特別是涉及我國氣候異常和氣候災(zāi)害的變化、全球變暖對我國天氣和氣候的影響、氣候變化對我國經(jīng)濟和社會的影響以及如何適應(yīng)的重大問題。未來若干年內(nèi)都會是一個受到重點關(guān)注的科學領(lǐng)域。研究的重點除了要根據(jù)現(xiàn)代氣候資料和先進的氣候系統(tǒng)模式進行深入的過程和機理研究以外，藉助于各種古氣候資料所進行的機制研究和模擬研究也是十分必要的。我國也更應(yīng)該把相關(guān)的古氣候研究和現(xiàn)代氣候研究更好地結(jié)合起來，為推動這個重大問題科學認識的突破發(fā)揮引領(lǐng)作用。

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