热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响

陈小婷,李双林,李国平

(1.成都信息工程学院大气科学学院,四川成都 610225;2.中国科学院大气物理研究所竺可桢—南森国际研究中心,北京 100029;3.陕西省气象台,陕西西安 710014)

热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响

陈小婷1,2,3,李双林2,李国平1

(1.成都信息工程学院大气科学学院,四川成都 610225;2.中国科学院大气物理研究所竺可桢—南森国际研究中心,北京 100029;3.陕西省气象台,陕西西安 710014)

利用多成员集合试验结果,比较分析了热带印度洋和太平洋增暖各自对东亚夏季风趋势变化的影响。试验所用模式是GFDL AM2大气环流模式,增暖是通过在气候平均海洋表面温度(SST)基础上,叠加随时间线性增加的、相当于实际50 a左右达到的SST异常来实现的。结果表明:热带印度洋和太平洋共同增暖有使东亚夏季风减弱的趋势。相比较而言,单独印度洋增暖有使东亚夏季风增强、华北降水增多的趋势,而单独太平洋增暖有使东亚夏季风减弱的趋势,即印度洋增暖与太平洋增暖对东亚夏季风存在相反的、竞争性影响。进一步分析指出,热带太平洋特别是热带中东太平洋的增温可能对20世纪70年代末期开始的夏季风年代际减弱有更重要的贡献;在未来热带印度洋和太平洋持续增暖、但增暖强度纬向差异减小的新情况下,东亚夏季风减弱的趋势可能还将持续。

热带印度洋增暖;热带太平洋增暖;东亚夏季风;年代际变化

0 引言

东亚夏季风(East Asian summer monsoon,EASM)异常引起的干旱和洪涝等自然灾害对我国有重要影响。EASM不仅具有显著的年际变化[1],还具有明显的年代际变化。20世纪70年代中后期EASM经历了一次系统性的年代际减弱[2-3],表现为长江中下游降水增多、洪涝灾害频发,华北降水减少、持续干旱,我国东部进入一个“南涝北旱”的气候状态[2,4-5]。20世纪90年代末EASM可能经历了另一次转折,表现为雨带向淮河流域移动[6]。正确预测EASM的年代际变化及未来走向,对准确预测年际尺度上夏季风及其降水有重要意义,同时关系到国民经济未来布局安排和可持续发展战略的实施。

EASM的变异,除了受气候系统自身内部振荡的影响,还受外强迫的影响。研究表明,海洋表面温度(SST)与EASM环流及其降水有密切关系[7-8]。由于海水具有比大气大得多的热容量,所以海洋储存了大部分地球能量,尤其是热带海洋储存了全球变暖的主要信号。研究表明,最近几十年观测到的热带大洋增暖趋势主要是人类外强迫,特别是温室气体排放引起的[9]。通过研究热带海洋增暖来间接了解人类温室气体排放对EASM的影响是认识EASM未来走向的一个重要方面。因此,人们在关于SST趋势变化对EASM年代际变化的影响方面开展了不少的工作[4,10-14]。

第一种情况是以政策需要代替正当利益。《农村资金互助社管理暂行规定》和《关于小额贷款公司试点的指导意见》中明确把“改善农村地区金融服务”作为目标，这虽然在客观上有利于农村资金互助社和小额贷款公司设立、运行，一定程度上保护了融资主体的利益，但利益的保护本身不是目的，而只是实现政策目标的手段。也正因为如此，监管者对这些融资组织的准入进行严格限制，融资主体的正当利益保护不充分。

对于20世纪70年代末EASM年代际减弱,许多工作利用观测资料进行了分析[10,12,15],结果较一致认为该变化与热带SST异常有密切联系。在模式试验方面,曾刚等[16]利用NCAR最新的第5代大气环流模式,通过给定随时间演变的全球观测SST强迫进行试验,模拟出了这次年代际减弱。Zhou等[17]用5个AGCM的试验结果表明,印度洋—西太平洋增暖可以模拟出西太平洋副热带高压的西伸,而西太平洋副热带高压的西伸对东亚气候系统发生年代际转变有重要贡献。Fu等[14]用GFDL AM2模式,给定70年代末之前和之后两种不同气候态SST强迫,试验结果表明SST背景态改变能引起EASM年代际减弱。总之,是否SST变化能解释70年代末EASM年代际减弱,除个别模式[13]外,大多数模式都得到肯定的结论。但是,哪些海域SST异常的作用更重要,已有结果还存在很大的不确定性。付建建[18]的工作显示,热带SST的贡献要大于热带外SST。Gong和Ho[10]认为东太平洋及印度洋的增暖起主要作用。黄荣辉等[15]认为,中东太平洋类似厄尔尼诺的增暖是主要原因。Zhou等[17]强调印度洋和西太平洋的共同作用的重要性。曾刚等[16]则认为北印度洋和南海附近SST年代际增暖是主要的原因。但Yang等[19]和Li等[20]分别用不同模式得到的结果均显示印度洋增暖可以使EASM增强,说明单独的印度洋年代际增暖不能解释EASM年代际减弱。

政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(简称IPCC AR4)[21]中,几乎所有气候系统模式均预估,在温室气体排放持续的未来情景下,热带海洋增暖的趋势还将持续,并表现出显著不同于过去几十年的新特点,即纬向上增暖差异减小,与过去的增暖在印度洋最明显的结论形成对比。这一新特点会对EASM的趋势变化产生什么影响还不清楚,因此有必要比较研究不同海区增暖的影响。同时,这样的研究也有助于了解哪一海域的增暖是70年代末夏季风年代际减弱的主要推动者。

1.2 无菌苗的获取 将种子放到无菌水中浸泡15～20 min；取出种子，用75%的酒精处理40 s，无菌水冲洗3次；最后放到30%双氧水中浸泡15 min，再用无菌水冲洗5次，无菌滤纸吸干表面水分等待播种。将种子接种于MS培养基中。25 ℃下黑暗中萌发2 d，然后移至16 h/d光照,3 000 lx 光强条件下培养。

考虑到Li等[20]只研究了热带印度洋增暖的影响,没有研究太平洋增暖的影响,而以前工作说明太平洋的影响可能更为重要,本文将在该工作基础上,利用另外完成的热带印度洋—太平洋共同增暖的试验结果[22],比较分析热带印度洋增暖和太平洋增暖各自对东亚夏季风的影响。

1 模式与试验

季风指数可以用来定量地分析季风活动。根据所研究的问题,选择适当的季风指数很重要。本文在比较学习前人定义的指数基础上[27-28],根据所关注区域气候态风场的特征,选取了两个季风指数,从不同角度来了解SST变化对EASM的影响。图5显示东亚地区气候态风场分布特征是:在850 hPa的110～140°E范围内,30～40°N之间为偏西风,20～30°N之间为偏东风,存在明显的纬向风切变。因此,利用850 hPa纬向风不同区域间切变定义指数1,其计算公式为:u850hPa[30～40°N,110～140°E]-u850hPa[20～30°N,110～140°E]。该指数可以反映低层的副高强度,指数越大说明季风越强。另外一个气候态风场分布特征是:110～140°E、20～40°N范围内,850 hPa和200 hPa之间存在明显的经向风切变,200 hPa该区域为一致的北风,850 hPa该区域为一致的南风。因此,利用850 hPa和200 hPa高度层之间经向风的垂直切变定义指数2,其计算公式为:v850hPa[25～45°N,110～140°E]-v200hPa[25～45°N,110～140°E]。该指数反映了季风系统高低层之间的配置,指数越大说明季风越强。

从图1c可以看出,太平洋增暖引起的降水响应和印度洋截然相反。热带印度洋大部降水减少,南海和西太平洋降水增加,华北东部存在一个降水显著减少的区域。850 hPa风场上,在副热带西太平洋以台湾东部海域为中心存在一个气旋式气流,从日本岛沿着我国东部沿海一直到中南半岛一带存在一支大于2 m/s的东北风异常。该异常减弱夏季盛行的西南风,使得夏季风减弱,解释了华北的降水减少。对应图1d上850 hPa高度场,在副热带西太平洋区域存在负变高,在热带印度洋和南半球热带西太平洋为显著的正变高。比较图1a、b和图1c、d可以看出,在印度洋大部和海洋性大陆附近,太平洋增暖和印度洋增暖二者引起的异常风场和变高场分布大致相反,这与其大致相反的降水异常分布对应。

2 模拟结果及其与观测的对比分析

2.1 降水和低层环流的响应

对比印度洋增暖的试验结果(图3a、b)与观测趋势(图4),显然二者之间差异很大甚至相反。观测结果在我国东北及日本海附近为负距平(反映副高减弱了),模拟结果则为正异常。这说明印度洋增暖引起的中上层环流不能解释观测到的趋势,与低层结果一致。

4月20日考察结果详见表2，分析可知施磷处理小麦的单株次生根17.1条，比未施用磷肥小麦单株次生根14.7条多2.4条。磷肥用量在0-60 kg范围内，小麦单株次生根数则随着磷肥的用量增加而增加，呈显著线性关系。磷肥的施用量与小麦的次生根显著相关。

将模拟的印度洋增暖结果与通过欧洲中期天气预报中心再分析资料(ERA40)计算得到的最近几十年观测的趋势变化进行对比(比较图1a、b与图2),可以看到二者在热带西太平洋区域(110°E以东)基本上是相反的。如20°N以南观测趋势表现出降水增加、西风异常,在模拟结果中副热带西太平洋、日本岛南端的反气旋式气流区,观测趋势表现为一气旋性环流异常,我国东部为其后部的异常东北风控制,盛行西南季风减弱。这说明印度洋增暖不能解释最近几十年观测到的EASM年代际减弱。其他大气环流模式试验也得到类似结果[20],说明这一结论存在一定的可信度。

信息经济改变了社会生产组织方式，产生了一系列新兴经济领域和新业态，促进了生产要素更大范围的重新配置，释放了巨大消费潜力，极大影响了空间区位对经济活动和产业布局。信息经济为我国西部大开发提供了新的发展契机，西部地区既面临区位限制减小、市场距离拉近的重大机遇，也面临竞争门槛提高、要素流失加剧的严峻挑战。如何实现信息经济跨越式发展，是西部省区迫切需要解决的重要问题。

所分析的试验结果来自三组试验。第一组试验:选择4个不同的初始场,用气候态的SST和随着历史演变的化学物理过程驱动;第二组试验:同第一组,但选择10个不同的初始场,在热带印度洋—太平洋区域叠加随时间线性增长的SST异常,其他海域用气候态SST;第三组试验:同第二组试验,但是只在热带印度洋叠加随时间线性增长的SST异常。每组试验都积分12 a,提交的SST异常的分布形态固定不变,在赤道地区最大,向南北纬逐渐减小,到30°N和30°S减小到0℃。线性增温幅度为每年0.2℃。起始温度为-0.2℃,积分最后一年的12月底达到2.2℃。考虑到初始场和模式协调需要足够的时间,我们把模式运行的第1年作为协调所用时间不加分析。提交的SST异常第7—11年平均值相对于第2—6年的平均值升温1℃,与观测到的过去50 a SST增长幅度相当,因此用模式积分的第7—11年结果减去模式积分的第2—6年结果代表大气对1℃海洋变暖的响应(关于模式设计可参考文献[20,22]中的相应部分)。在线性假设下,用第三组试验的结果减去第一组试验的结果可以得到印度洋增暖的影响,用第二组试验减去第一组试验可以得到印度洋太平洋共同增暖的影响,第二组试验减去第三组试验可以得到太平洋增暖的影响。值得注意的是,这里给定的热带海洋增暖是纬向均一的,这种试验设计更多地考虑了IPCC AR4预估的未来热带SST增温纬向差异减小的新情形[21]。

对比太平洋增暖的模拟结果(图1c、d)与观测趋势(图2)可以看到:在西太平洋区域,降水、低层水平风场和变高场的模式结果都与观测基本一致,特别是华北东部的少雨、明显增温,也定性一致。说明太平洋增暖对观测到的东亚年代际变化趋势的形成起了一定的作用。

湖北省人民政府办公厅印发《关于创新建立贫困县资金整合机制实施精准扶贫的意见》（鄂政办发〔2015〕63号），在国办发22号文件的基础上，进一步明确统筹整合的范围为：“以财政资金统筹为主体，引导金融资金和社会资金等多种资金的参与。统筹中央、省到县市的财政性资金、上级安排及本级安排，当年安排及结转资金、存量资金及增量资金，都要做到应统尽统。”2016—2018年，谷城县共统筹聚集各类扶贫资金32.25亿元。统筹的扶贫资金来源主要有四个渠道：

图1e、f是热带印度洋和太平洋共同增暖的响应结果。可以看出,降水异常分布型与太平洋增暖情形接近,在热带地区均与观测趋势有一定的相似性。例如,观测中印度洋的东南部和西太平洋存在显著降水增多区,两者之间包围的印度尼西亚是一块降水减少区,模拟结果有很好的再现。但在东亚区,观测中“南涝北旱”趋势模式没有很好再现。这点可能因为模式对季风区降水模拟能力有限,也可能有别的因子影响着该区域的降水,最近人们认为人类活动引起的黑碳和硫酸盐气溶胶增加可能起着某种作用[25-26]。从低层环流场来看,观测中我国东部沿海盛行北风异常,西北太平洋存在气旋式的异常风场,850 hPa高度场上亚洲大陆有明显的正变高,而西北太平洋存在负变高,赤道印度洋、太平洋上空盛行西风异常,这些主要特征在现在的模拟结果中都有很好的再现。这说明,太平洋和印度洋共同增暖下的模拟结果大致能再现观测到的EASM低层环流改变。

2.2 对流层中上层环流响应

西太平洋副热带高压(简称副高)和南亚高压是EASM另外两个重要子系统。副高表现最明显的高度层是500 hPa,南亚高压在100 hPa最强盛。夏季风偏强对应副高脊线偏北,南亚高压主体偏东;夏季风偏弱则相反。下面分析这两层的高度场响应来进一步了解EASM年代际变化对热带海洋增暖的响应机制。

图1 7月、8月平均的降水(a,c,e;阴影;单位:mm/月)、850 hPa风场(a,c,e;箭头;单位:m/s)以及表面温度场(b,d,f;阴影;单位:℃)、850 hPa位势高度场(b,d,f;等值线;单位:gpm)在热带印度洋增暖(a,b)、热带太平洋增暖(c,d)以及热带印度洋和太平洋共同增暖(e,f)试验中的响应(降水场显示的是通过90%显著性检验的区域;风场显示的是大于0.4的值;温度场显示的是绝对值大于0.5的值;这里(a,b)系基于文献[20]中图2复制)Fig.1 (a,c,e)July-Augustmean precipitation(shadings;units:mm/mon;only those significant at90%level are displayed)and 850 hPa wind(vector;units:m/s;only those with amplitude over 0.4 are drawn),and(b,d,f)surface air temperature(shadings;units:℃;only those with absolute value over 0.5 are drawn)and 850 hPa geopotential height(contour;units:gpm)responses to(a,b)Indian O-cean warming,(c,d)Pacific Ocean warming,and(e,f)Indo-Pacific Ocean warming experiments(Here(a,b)is reproduced based on Fig.2 in reference[20])

图2 观测的7月、8月平均降水场和850 hPa风场(a;阴影为降水,单位:mm/mon;箭头为风场,单位:m/s)以及850 hPa位势高度场和海表温度场(b;等值线为位势高度,单位:gpm;阴影为SST,单位:℃)的年代际变化趋势(所用资料为欧洲中心再分析资料;趋势用1979—1998年平均与1958—1977年平均之差代表)Fig.2 Observed interdecadal trends of(a)July-August mean precipitation(shadings;units:mm/mon;only those significant at 90%level are displayed)and 850 hPa wind(vector;units:m/s;only those with amplitude over 0.4 are drawn),and(b)surface sea temperature(shadings;units:℃;only those with absolute value over 0.5 are drawn)and 850 hPa geopotential height(contour;units:gpm)(The 40-yr ECMWF reanalysis dataset are used;Observed interdecadal trend expressed as the difference of the mean of 1978—1997 minus that of 1958—1977)

图3给出了模拟的500和100 hPa高度场响应。气候态副高和南亚高压分别用5 880 gpm线和16 720 gpm线包围的区域表征。从印度洋增暖的试验结果(图3 a、b)来看,500 hPa高度场上,在40°N一带存在一个正变高带,变高最大值出现在我国东北和日本,即气候态西太平洋副高的北部,意味着副高北抬,有利雨带在华北建立发展;100 hPa高度场上,也在40°N以北即气候态南亚高压的北部,出现了正变高带。在我国东北和日本海上空,存在一大值区,意味着南亚高压东伸北抬。这两幅图中我国东北—朝鲜半岛均存在一个正变高中心,意味着高空辐散加强,有利于低层辐合发展,从而夏季风增强,与图1a、b中的低层环流以及降水变化匹配,以前已分析过这些环流响应和热带印度洋加热激发的Gill型的响应相关联[20],在物理上是合理的。

图1给出了模拟的不同海域增温对降水、表面气温和低层环流的影响。由于EASM从6月到7月存在一个转换,而且初夏和盛夏的气候态存在显著差异,因此本文主要选取盛夏(7月、8月)作为分析对象,而没有选取传统意义上的6月、7月、8月3个月[24]。从图1a可以看出,印度洋增暖使得除赤道西印度洋部分区域外的整个热带印度洋大部地区降水显著增加,南海、西太平洋大部显著减少,华北东部(115°E以东,35～45°N)至日本岛南端降水增加,东南沿海显著减少。850 hPa风场上,在副热带西太平洋、日本岛南端,存在一个异常反气旋式环流,其后部的西南风异常,将增强夏季盛行的西南季风,解释了华北东部降水的增加。对应图1b中850 hPa位势高度场,在这一反气旋环流区域存在正变高。另外在印度洋区域,从马达加斯加的北部一直到索马里,沿着非洲大陆和印度洋的交界处,存在强大的异常越赤道气流,过赤道后转为西南风,增强了北印度洋地区夏季盛行的西南风。增强的西南风与西太平洋反气旋式环流南端的异常东风引起的增强信风汇合,产生异常上升运动,解释了印度洋区域降水的增加。在850 hPa高度场上,印度洋区域由于辐合上升存在大范围负变高,与异常风系一起,可以用暖SST引起的加热异常来解释。从表面气温来看,华北东部对应降水增加,存在负的气温异常,华南地区对应降水减少,存在正的气温异常。这与夏季由于降水云量增多(减少),更少(多)的太阳辐射到达地表是一致的。

图6是两个季风指数在增暖试验中的演变情况。从中可以更清楚地看到前面分析得到的结论:热带印度洋增暖使得EASM增强,热带太平洋增暖使得EASM减弱,而印度洋太平洋共同增暖的结果使得EASM减弱。说明热带太平洋对于观测到的EASM年代际减弱起了主导作用。

图3 7月、8月平均的500 hPa(a,c,e;阴影:气候态副热带高压的位置)和100 hPa(b,d,f;阴影:气候态南亚高压的位置)位势高度场(等值线;单位:gpm)在热带印度洋增暖(a,b)、热带太平洋增暖(c,d)以及热带印度洋太平洋共同增暖(e,f)试验中的响应Fig.3 July-Augustmean(a,c,e)500 hPa and(b,d,f)100 hPa geopotential height(contour;units:gpm)responses to(a,b)Indian Ocean war ming,(c,d)Pacific Ocean warming,and(e,f)Indo-Pacific ocean war ming experiments(Shadings denote the cl imatological positions of Subtropical High in Fig.3a,c,e and South Asia High in Fig.3b,d,f,respectively)

印度洋和太平洋共同增暖的试验结果:从图3e、f分别可以看出副高和南亚高压都有南移趋势,模拟的副高的这一变化趋势与观测结果(图4)有一定的相似性。说明,印度洋和太平洋增暖两者共同作用的结果更接近太平洋增暖的效果,而且与观测到的趋势变化有较好的一致性。与文献[18]揭示的在全球SST中,热带SST对70年代末夏季风年代际减弱起主要作用的结论一致。现在的结果进一步说明,在热带SST中太平洋增温起了更重要的作用。

2.3 季风指数的演变

完成的试验所用模式是GFDL AM2大气环流模式。该模式是美国国家海洋大气局地球流体动力学试验室(NOAA GFDL)为气候研究和预测应用而发展的气候系统模式(GFDL CM2)中的大气环流模式(包含陆面模块)[23]。其水平分辨率为2.5°×2.0°,垂直方向使用混合坐标系,模式顶到达3 hPa。付建建[18]检验了该模式对EASM的模拟能力,结果表明其可以很好地模拟出南亚高压、副热带高压、850 hPa越赤道气流以及我国夏季降水等夏季风主要特征,说明该模式适合本文研究目的。

图4 观测的7月、8月平均的500 hPa(a;阴影:气候态副热带高压的位置)和100 hPa(b;阴影:气候态南亚高压的位置)位势高度场(等值线;单位:gpm)的年代际趋势(所用资料为欧洲中心再分析资料;趋势用1978—1997年平均与1958—1977年平均之差代表)Fig.4 Observed interdecadal trends of July-Augustmean geopotential height(contour;units:gpm)at(a)500 hPa and(b)100 hPa(The 40-yr ECMWF reanalysis dataset are used;The observed interdecadal trend expressed as the difference of the mean of 1978—1997 minus thatof 1958—1977;Shadings denote the cl imatological positions of Subtropical High in Fig.4a and South Asia High in Fig.4b,respectively)

太平洋增暖的试验结果表现为:500 hPa高度场上(图3c),在气候态副高的南部出现正变高,最大的正变高中心位于阿拉伯海,在气候态副高的北部出现负变高,这样的配置有利于副高西伸南落,不利雨带在华北建立。在100 hPa上(图3d)也有类似的变化,即在气候态南亚高压的南部出现正变高,北部出现负变高,有利于南亚高压南落,从而EASM减弱,雨带维持在长江流域,华北少雨。对比观测趋势(图4)可以看到一定的一致性,如整个热带地区大范围的正变高,在朝鲜半岛及日本海附近的负距平。这说明太平洋增暖对观测的中上层环流年代际变化趋势的形成很重要。

比如在教学《阿长与〈山海经〉》时，这篇课文和《从百草园到三味书屋》以及《藤野先生》都选自鲁迅的《朝花夕拾》，而《朝花夕拾》是作者的回忆性散文集，反映的都是作者青少年时期的生活，体现了作者的性格和志趣的形成过程。教师可以让学生结合《朝花夕拾》这部文集的写作特点对三篇文章进行比较分析，寻找共同点和不同点，一方面加深学生对课文的理解，一方面从整体上把握作者的青年时光，对青少年鲁迅的思想演变有一个丰富的认识。这样的教学方法能够有效提升学生的视野。

3 总结和讨论

考虑未来温室气体排放持续增多、热带海洋继续增暖,特别是增暖的纬向差异减小这一新特点,利用以前完成的、通过在GFDL AM2大气环流模式中设计纬向均一的SST增暖强迫的多成员集合试验结果,研究了热带印度洋和热带太平洋共同及单独作用对东亚夏季风的影响,重点分析了热带印度洋增暖和热带太平洋增暖对EASM影响的差异。结果显示:

(1)热带印度洋增暖和太平洋增暖两者的共同作用有使EASM减弱的趋势,可以大体解释最近几十年来观测到的年代际趋势变化。

(2)热带印度洋增暖和太平洋增暖对EASM存在相反的、竞争性影响,单独印度洋增暖使EASM增强,而单独太平洋增暖使EASM减弱。

文中印度洋和太平洋共同增暖试验模拟结果与再分析资料基本一致,也与以前基于实际SST演变、对20世纪70年代末的夏季风年代际减弱的模拟结果具有一致性[18]。由于最近观测到的热带海洋变暖主要是人类温室气体排放引起的[9],这种一致性暗示温室气体强迫可能对夏季风年代际减弱起了主导作用。意味着这一情况如果持续,未来EASM减弱、华北干旱的趋势还将维持。

图5 200 hPa(a)和850 hPa(b)风场(箭头;单位:m/s)及位势高度场(等值线;单位:dagpm)的气候态分布Fig.5 Climatological distributions of wind(vector;units:m/s)and geopotential height(contour;units:dagpm)at(a)200 hPa and(b)850 hPa

印度洋和太平洋存在竞争性影响,说明在影响20世纪70年代末夏季风年代际减弱中,热带太平洋的作用更重要。有研究指出,不同类型的厄尔尼诺事件对EASM及其降水有不同的影响[29]。在年际尺度上,中东太平洋异常暖的年份(ENSO),EASM减弱,华北夏季降水减少[30]。对比现在试验的降水响应(图1)与ENSO暖位相时的情形(文献[31]中图2)不难看出,太平洋增暖引起的降水响应分布与厄尔尼诺情形有很大的相似性。这说明热带太平洋增暖中,来自中东太平洋的部分更为显著。这支持黄荣辉等[15]所认为的厄尔尼诺型年代际异常增温是EASM年代际减弱的主要原因的观点。

鉴于本研究得到的结果,可以认为在全球变暖的大背景下,未来热带地区SST如何变化,特别是印度洋和太平洋各自的增暖幅度相对大小如何,很大程度上决定了南涝北旱的趋势走向。Li[32]基于IPCC A1B排放情景下两个基本气候系统模式(GFDL CM2及NCAR CCS M3)预估的未来SST,用AM2模拟了未来东亚的气候趋势,结果表明:在21世纪前50 a,我国大部分地区会持续变暖,西北新疆地区和西南青藏高原南侧降水增多,华北东部降水减少,干旱持续。这一结果与过去30 a的观测大体一致。最近,司东等[6]揭示,南涝北旱的降水形势可能已于世纪之交发生了改变,表现为淮河流域降水增加,其形成可能与副热带扩张有关。进一步地,这一夏季风的新趋势是否与印度洋、太平洋增暖速度不一致有关?这一问题还不清楚。

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图6 两种季风指数在印度洋增暖(带圈虚线)、太平洋增暖(带三角断线)以及印度洋太平洋共同增暖(带方块实线)试验中随时间的演变 a.季风指数1(u850hPa[30～40°N,110～140°E]-u850hPa[20～30°N,110～140°E]);b.季风指数2(v850hPa[25～45°N,110～140°E]-v200hPa[25～45°N,110～140°E])Fig.6 Evolutions of EASM index in Indian Ocean war ming(dotted line with circle),Pacific Ocean warming(dashed line with triangle),and Indo-Pacific Ocean warming(solid line with diamonds)experiments a.EASM index 1(u850hPa[30—40°N,110—140°E]-u850hPa[20—30°N,110—140°E]);b.EASM index2(v850hPa[25—45°N,110—140°E]-v200hPa[25—45°N,110—140°E])

需要指出的是,这里给定了10 a里线性增温2℃的强度,比实际增温要快得多,主要是出于节省计算资源的考虑。邹立尧和刘宣飞[33]从年际尺度上研究热带印度洋和太平洋暖异常对EASM的影响,其结果显示两者的共同作用并非各自单独影响的线性叠加,因此,本文在线性假设下得到的结果还有待于下一步工作的检验。本文采用了线性增暖的试验方案,考虑到SST还受气候系统自然振荡的影响,比如北大西洋长周期年代际振荡(AMO)的影响[34],以及IPCC AR4预估未来热带外SST也将表现为明显的增暖趋势,与过去几十年趋势较小甚至相反(如北太平洋)差异明显(见文献[32]图1),说明只考虑热带SST增暖来预估未来气候可能还不够。最后,热带SST和东亚夏季降水之间也并非一个简单的因果关系,它们之间存在很强的相互作用及反馈[35]。有必要利用对EASM有很强模拟能力的海气耦合模式来进一步研究这一问题。

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The Opposite Impact of Tropical Indian Ocean and Pacific Ocean Warming on the East As ian Summer Monsoon

CHEN Xiao-ting1,2,3,L I Shuang-lin2,LI Guo-ping1

(1.College of Atmospheric Sciences,Chengdu University of Information Technology,Chengdu 610225,China;2.Nansen-Zhu International Research Centre,Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China;3.Shaanxi Meteorological Observatory,Xi'an 710014,China)

Results of ensemble experiments are used to investigate the influence of separated tropical Indian Ocean and Pacific Ocean warming on East Asian summer monsoon(EASM).The model used is an atmospheric general circulation model(AGCM),the GFDL AM2,and the warming is realized by prescribing an idealized and temporally ramping warm anomaly over climatological sea surface temperature(SST)in the tropical Indian Ocean and the combined Indo-Pacific Ocean,respectively.The results suggest that the combined Indo-Pacific Ocean war ming makes EASM have a weakened trend.Singled Pacific Ocean warming favors the weakening of EASM,in contrast with Indian Ocean warming which favors the enhancing of EASM and more rainfall in North China.A further analysis reveals that warming in the tropical Pacific O-cean,especially in the central-eastern Pacific Ocean,may play an important role in shaping the decadal shift of EASM beginning since late 1970s.Under the future case that the tropical Indian Ocean and Pacific Ocean warming persists and their zonal contrast decreases,the weakened trend of EASM may continue in the future.

tropical Indian Ocean warming;tropical Pacific Ocean warming;East Asian summer monsoon(EASM);inter decadal variability

P461.2

A

1674-7097(2010)05-0624-10

2010-02-06;改回日期:2010-03-30

国家自然科学基金资助项目(90711004);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-Y W-BR-14)

陈小婷(1984—),女,陕西宝鸡人,硕士,研究方向为气候诊断分析,tsing_508@126.com.

陈小婷,李双林,李国平.热带印度洋和太平洋增暖对东亚夏季风趋势的相反影响[J].大气科学学报,2010,33(5):624-633.Chen Xiao-ting,Li Shuang-lin,Li Guo-ping.The opposite impact of tropical Indian Ocean and Pacific Ocean war ming on the East Asian summer monsoon[J].Trans Atmos Sci,2010,33(5):624-633.

(责任编辑:倪东鸿)