一种统一的中国南方的季风指数外文翻译资料

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一种统一的中国南方的季风指数

ER LU AND JOHNNY C. L. CHAN

Department of Physics and Materials Science, City University of Hong Kong, Hong Kong, China

(Manuscript received 1 June 1998, in final form 26 August 1998)

摘要 夏季和冬季季风在中国南部（SC）的一种统一指数被提出用来研究它们的年际变化。通过审查国家环境预报中心20年（1976年至1995年）的亚洲太平洋地区经向流的每月分配再分析资料，中国南海（SCS）的区域被确定为这个行星尺度东亚季风环流的重要部分。南海1000和200百帕月场显示出了在夏季和冬季之间方向上最显著的逆转。SC夏季降水被发现与这两个场以及它们在南海北部（7.5ordm;-20ordm;N，107.5ordm;-120ordm;E）的平均偏差有良好的相关性。SC冬季的气温，然而，只与同一区域1000百帕的场相关。因此，建议定义一种SC统一的季风指数为在夏季6月至8月和冬季11月至2月本地区1000百帕的平均值。

1 引言

人们普遍认为，由于海陆的不同组合和青藏高原的不同相对位置(例如, Ding et al. 1988; Chen et al.1991)，东亚季风和南亚季风是整个亚洲季风系统的两个不同的子系统，每个子系统有其自身的特点。一种代表季风系统的强度的常用方法就是使用一个季风指数。这种指数在研究季风活动的年际变化中很有用。

对于南亚季风（即印度季风），其大致强调了整个夏季季风降水，至少有两个指数被提出用来识别强弱季风。一个是6月至9月的所谓全印度夏季降水（参见，例如，Krishnamurti 1985）。另一种是由Webster 和 Yang (1992)推出的南亚850和200百帕之间纬向风差定义而来的纬向风切变。利用这些指数，Shukla（1987a，b），Meehl（1987），Krishnamurti等（1989年a，b），Yasunari（1990年），Li and Yanai （1996年）以及其他人，已经研究了南亚季风变化的几个方面。

这种情况在东亚季风中更加复杂。通常情况下，东亚夏季季风由三支气流组成：西南气流（印度季风的一部分），东南气流（西太平洋副热带高压的西南边缘）和中国南海（SCS）南部的越赤道气流。夏季降水不仅由热带和亚热带气团之间的互动所导致，而且也是中纬到高纬度地区寒冷气团相互作用的结果（Ding1994;Zhang and Chen1995年）。季风行为和相关的降雨过程的如此复杂性使得提出一个单一而具有代表性的季风指数变得很困难。对于东亚夏季季风的季节内变化，不同的季风指数已经被提出（例如，Shi and Chao1982年）用来描述在特定的一年夏季季风的发展和撤退。然而，对于东亚季风的年际变化，只有少数的研究已经进行了（例如，Guo1983年和Li and Yanai1996年）。

东亚季风的一个特点是它特别强的冬季季风组成部分。从向北到东北风向的气流影响中国与南海，然后越过赤道到达南半球，成为在澳大利亚北部的西北季风。来自中国内地的冷空气也可以在向南涌动流向赤道，再次产生强东北风之前从大陆东岸迁移到中国东海（Boyle and Chen1987;Wu and Chan1995年）。

因此，在东亚地区，夏（冬）季风有南风（北风）组件。然而，这两个季节的纬向部分可以是相同的（夏季东南风和冬季东北风）。尽管夏季和冬季的经向风方向完全相反，这两种季风都应该主要是由相同的机制驱动的：经向热对比，其在这两个季节相反。由于基本物理机制似乎是相同的，应该有可能只使用一个指数来描述两个季风。因此，本研究是对开发可用于表明两个组件的强度的统一指数的一种尝试。一个基本的要求是，此指数应该能反映

行星尺度环流物理上的主要特征。由于整个夏季季风从中国南部（SC;Tao and Chen1987年）开始并且在这个区域冬季季风会变得非常强（Wu and Chan1995年），所以这里开发的指数侧重于南海的季风条件。

数据的简要描述在第2节给出。为选择合适的指数提供背景，在第3节中描述了一个简单的方法来绘制出亚洲太平洋地区内无论冬夏都有季风盛行的区域。在第4节中，描述了东亚季风经向环流的季节性变化。基于这些变化，第5节提出一个统一的季风指数。它的实用性是通过它与SC的夏季降雨和冬季气温的关系来论证的。总结和讨论在第6节中给出。

2 数据

在研究中，使用了两个数据集。

1）国家环境预报中心（NCEP）20年（1976年1月1日至1995年12月31日）再分析气压层资料。原始的6小时数据是第一次的每日平均数据。然后计算纬向、经向风分量，温度和1000和200百帕位势高度的月平均数据。

2）相同的20年中国东部和南部的43个站月降水资料。站点分布可在图8中找到。

3.活跃的夏冬季季风区域

如果夏季和冬季季风从同一物理机制发展，它将有利于确定夏冬季季风都盛行的地区。对于东亚季风，因为在行星尺度，季风可能主要考虑是由南北温度梯度造成的，所以经向分量被认为是一个更具代表性的变量（纬向分量的分析也已经做了，但相对分量来说结果并不明显。）下面的方法被用于定位季风盛行区。

20年(1976–95）间每一年每一个月份的1000百帕经向风分量的平均值被计算了（定义为 Jan, Feb, . . . , andDec),把分别定义为正负[m January (Jan), February (Feb), . . . , December (Dec)]的总和,即

和

每个网格点的值可视为总的一年向北（向南）气团运输的量度。对于标记的夏（冬）季季风区，一年中的值应该为数月正（负）连续。从另一个角度来看，一个季风区的概念应该分别为夏季和冬季季风强度和持续时间的反映。

在亚太地区，1000百帕的分布显示了几个值都较大的区域（图1）。这些都是季风区。在其他地区，只有或是主要的，这些地区通常对应于向北或向南分量持续全年大部分时间的信风区。

图1 亚洲太平洋地区1000hPa（实线）和（虚线）的轮廓线。 定义见文中。等高线间隔：10米每秒。零轮廓线被省略。

为了让季风区更好识别，函数被定义用来划出有相似大小的区域。在夏冬季季风都盛行的区域，都应该是大值并且值也很大。另一方面，在非季风区，无论是或都很小因此量级很小。从图2可以看出，活跃夏冬季季风的显著区包括阿拉伯海，孟加拉湾，南海，亚洲大陆沿岸以外和澳大利亚北部。

这些结果大致与Krishnamurti (1982)勾勒出的季风区是一致的。图2中给出的分布进一步量化了季风的强度，因此可以被用作季风的一个指数。然而，在1000百帕的流量只反映在较低层结中大气对热力强迫的响应。为了联系行星环流对这个强迫的变化，上层流量在下一节中也被检查了。由于本研究的主要焦点是SC的季风指数，仅对这个区域中的流量进行了分析。然而，这种方法也可以适用于图2所示的其他地区。

图2 亚洲太平洋地区1000hPa的轮廓线。值小于8米每秒的轮廓线被省略。

使用1000百帕流量而不是850百帕来代表经向环流的低层分量，其一个可能的缺点是陆地和海洋之间的偏压。亚洲大陆上有很大比例的陆地地区是在接近1000百帕或在1000百帕表面之上的，因此从NCEP再分析获得的这一层结在陆地上的流动与水上的流动相比是薄弱的，甚至是虚假的。这也许可以解释为什么最大值大多是在海洋上空。 然而，因为在这一层的流动与强迫最强的下边界是最接近的，它被认为对季风环流的低层分量更具代表性。这在冬季季风的情况中尤其正确，因为冬季季风1000百帕流量比850百帕的更突出（Wu and Chan 1995, 1997a）。

4 SCS上的季风和东亚的经向环流

5 统一的季风指数和它与中国南方气候的关系

1. 定义季风指数的域

6月至8月（代表夏季季风）的平均场以及11月至2月（反映冬季季风）的平均场表明，夏季偏南气流和冬季偏北气流的最大值都在中国南海（图6）上，在这一区域值也最大（见图2）。因此，本研究中南海北部（7.5ordm;-20ordm;N，107.5ordm;-120ordm;E）的域被定义为南海季风区域（SCSMR），其上的平均值被计算以形成季风指数。需要注意的是在夏天，的第二最大值出现在SCS南部，但它仅反映越赤道气流，反之南海北部的主要最大值则代表了两支夏季季风气流的结合。因此，把SCSMR上的值平均作为一个可能的季风指数似乎更准确。此外，夏季SCSMR的场应该与SC甚至其北部地区的夏季降水密切相关。

图6 用于定义季风指数的南海季风区（SCSMR）。实线和虚线代表夏季（6月至8月）和冬季（11月至2月）内的平均月平均。等风速线大小小于3米每秒的被省略。

b.可能的季风指数

20年期间SCSMR域上逐月平均（在1000百帕，200百帕，和这两个层次之间的差）的变化都显示了一个过渡期出现在4月（春季）和10月（秋季）（图7）的明确的年际循环。每一条曲线在夏季和冬季之间都有相似的振幅。上下两层的曲线在每个季节期间都正好相反。因此在SCSMR上的和应该反映了在该地区的经向环流的强度。在下一节中，将对这三个可能的季风指数（，，和）的用途进一步进行审查。

图7 在SCSMR上20年平均的月平均（长虚线）、（长短划线）和（实线）的年度内变化

c.统一的季风指数和它与中国南方气候的关系

Chan and Shi (1999)，使用聚类分析法研究了中国东部和南部测站的月降雨量分布，并指出在中国东南部有三个独立的降水区，每个都有自己的降水特征：SC区（13个站），长江中下游（15个站），以及两个区域的中间部分之间（15个站），如图8所示。每个区域每年从6月份至8月所有站的总降雨量的平均被用来代表该地区的夏季降水。

由于SC是在大陆的东南边缘并且比邻SCS，选择SC的气候来与SCS上的季风强度相联系。对于冬季季风强度，NCEP格点温度在SC降水测站域上的平均（图8）被用作代理。

图8 SC上（正方形），长江中下游（点），和它们之间的区域（三角形）的夏季降水测站。覆盖SC站点的五边形域被定义用来利用NCEP格点数据计算该地区的冬季气温。

三个可能的季风指数与中国东南地区三个区域的夏季降水和SC的冬季气温之间的相关系数列于表1。对于19个冬天（11月-2月），SC的温度与SCS上的有很密切的联系。它的相关系数是0.65，其在=0.01（极限值=0.52）的水平上显著。然而，，与温度的相关性不好。这与Wu and Chan (1995, 1997a)的结果一致，即冬季潮在它到达SC，且引起低层温度和压力场的突然变化，但在上层没有显著变化的时候一般是浅的。

表1 三个可能的季风指数与三个区域的夏季降水和SC的冬季气温之间的相关系数

对于20个夏天，SC的降水和三个可能的季风指数（SCS上，和）之间存在着密切的关系。相关系数分别是0.58，-0.54和0.67，其都在=0.01的水平上显著（极限值=0.51）。对于中间区域，降水与SCS上和的相关在这个水平也很显著（相关系数分别为0.65和0.62）。这些结果表明，SC的降雨量与整个夏季风环流（向北偏移的哈德利环流）显著相关，也就是上下层的气流。这是因为，当由低层高度或压力场引起的下层气流带来水分时，大雨只能出现在有上层的支持（即发散）的情况下。也很有趣的是，长江地区的降水与SCS上三个指数（，和）中的每一个都没有显著相关性。这一结果表明，长江中下游区域的夏季降水可能与其他因素有关，如中国东海的季风和/或其北部的中纬度气流。一个对于长江地区的相似的季风指数可能会通过分析那里夏季和冬季季风的特点来提出。然而，这超出了目前的工作范围。

夏季的和是高度相关（图9a）的，相关系数为0.73。所有这些结果表明，在SCSMR的和可被定义为夏季季风的两个指数，其在很大程度上反映了自SC到长江以南广大地区降水的强度。 另一方面，只有这个区域的是和冬季温度是相关的。因此，为了有一个统一的季风指数，建议用SCSMR的平均值来作为夏季（6- 8月）和冬季（11月-2月）季风的统一指数。

为了进一步说明经向风的用处，和SC冬季温度，SC夏季降水和，SC夏季降水和SCS的的散点图被制作了（图9b-d）。注意两个有极端降雨情况的特殊年份（1994年和1989年在图9c）。在20

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