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季风

/monsoon/
条目作者黄菲

黄菲

最后更新 2024-07-21
浏览 402
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近地面层大范围盛行风向随季节显著变化甚至相反且气候特征明显不同的现象,它主要是由海陆热力对比的季节性差异造成的。

英文名称
monsoon
所属学科
海洋学

古老的季风概念属于气候学范畴,但是现代季风认为,不同季节冬、夏季风盛行期间所对应的季风环流和天气系统、天气过程均有所不同且是个动态演变过程,并不是静止的气候平均状态,因此也把季风作为一种天气现象来进行研究。另外,即使是季风的气候平均态特征,也存在着多时间尺度的热力和动力气候演变过程,进而衍生出现代季风研究的新学科分支—季风动力学。

人们对现代季风的认识,包括以下三点内涵,即:①季风是大范围地区的盛行风向随季节改变的现象,这里强调“大范围”是因为小范围风向受地形影响很大。②随着风向变换,控制气团的性质也产生转变,例如,冬季风来时空气寒冷干燥,夏季风来时空气温暖湿润。③随着盛行风向的转换,将带来明显的天气气候变化。因此季风区往往在夏季风来临时常高温多雨,冬季风控制下则寒冷干燥,故人们往往将季风和降雨联系在一起,认为“季风既是风又是雨”。明代郑和下西洋就完全借助于季风的作用,现代由于降水对农作物生产和人们的生活息息相关,研究季风人们更多地关注季风降雨(旱涝)而不是风。

最早把季风当作一个科学问题来研究的是英国学者E.哈利(Edmond Halley,1656~1742)。经典的季风成因学说认为,季风形成的主要原因是海陆热力差异。由于海陆间热效应的季节性差异,导致其地面气压差的季节变化:冬季,大陆比海洋冷,大陆上为冷高压,近地面空气自大陆吹向海洋;夏季,大陆比海洋暖,大陆上为热低压,近地面空气自海洋吹向大陆,因而形成冬夏风向相反的季风系统。海陆热力差异造成的风向变化反映了季风的本质。若只考虑海陆热机是季风的唯一成因,则在所有的海边都应该有季风,而且高纬度(温度年较差比低纬大)季风比低纬度显著。但实际情况正好相反,最显著的季风气候在亚洲-非洲的低纬地区。同时,从海陆分布推算西南季风厚度不超过2000米,而中国西南地区季风的实际厚度达5000~6000米或更高,故难以单纯地由海陆热力差异解释季风的成因。

太阳辐射加热的季节变化也是季风形成的重要原因。在表面均匀的地球上,行星风带基本上是纬向的,地表太阳辐射地理分布的季节变化,引起行星风系的季节变化。在两支行星风带交替的区域,行星环流发生季节性转移,盛行风往往近于反向,这种现象被称为行星季风,以低纬地区(北纬30°~南纬30°)最为显著。在东半球的低纬地区(从东非经南亚到东亚以至西太平洋),东临全球最大的太平洋暖池、西接全球最大的大陆—欧亚大陆,最大的海陆热力对比和行星风带季节性位移的作用一致,造成了全球最显著的季风气候区。

大地形的作用也是季风形成的重要原因。青藏高原对季风环流的影响既有热力作用又有动力作用。冬季青藏高原是冷源,高原低层形成冷高压,盛行反气旋式环流,其东南侧盛行北-东北风,与东亚冬季风一致。夏季高原是热源,低层形成热低压,盛行气旋式环流,与西太平洋副热带高压配合,不仅使其东侧的西南季风增厚,而且使夏季风更加深入到中国华北以至东北地区。亚洲季风区不仅有全球最大的海陆热差异,还与行星季风相一致,更有全球最大的青藏高原的热力动力作用相叠加,造成了东亚和南亚成为全球最显著的季风区。另外,美洲西部的落基山脉对美洲季风的形成也有重要贡献。

按季风区所处的地理位置划分,世界上季风分为:亚洲季风,非洲季风,美洲季风,澳大利亚季风,其中跨赤道的东亚-澳大利亚季风还可合称为亚澳季风,亚洲季风还可分为印度(南亚)季风、东亚季风两个子系统,其中东亚季风又包括南海季风、西太平洋季风和东亚副热带季风等几个子系统。

按气候区域来划分,季风可分为副热带季风和热带季风。东亚季风区可分为南海-西北太平洋的热带季风区和中国东部沿海-韩国-日本一带的副热带季风区。热带季风即经典的夏季盛行西南季风,冬季盛行东北季风;副热带季风则是夏季盛行东南季风,冬季盛行西北季风。

按空间尺度划分,季风可分为行星季风和天气尺度季风。

按季风热力性质划分,季风可分为夏季风和冬季风。

按季风反转的季节划分,季风可分为冬-夏季风,春-秋季风。

夏季风一般经历建立(爆发)、活跃、中断和撤退4个阶段。东亚的夏季风最早爆发于中南半岛-南海一带,从5月上中旬开始,分别向西北和东北或北方推进,推进速度快,到7月下旬趋于稳定。通常在8月到达最北位置,之后开始回撤,路径与推进时相反,在偏北气流的反击下,自北向东节节败退。东亚季风的进退表现为爆发式建立和逐步式撤退的特征。

关于季风区的客观划分,尚无统一的标准。根据季风的定义,通常确定季风区的客观定量指标有两种方式,一种是根据盛行风向的季节性反转,一种是根据季风降水的干湿变化。

苏联气象学家赫洛莫夫1957年规定,凡地面上冬(1月)夏(7月)盛行风向之间至少差120°且季风指数(I)达到一定百分率的地区为季风区。I=(F1+F2)/2,式中F1和F2分别为1月和7月盛行风向频率的百分数。规定:I>60%为明显季风区,40%

拉梅奇(Ramage)基于赫洛莫夫的工作,进一步把以下四个判据作为定义季风的标准:①1月和7月的盛行风向变化至少达到120°以上。②1月和7月的盛行风向频率超过40%。③合成风的月平均风速至少达3米/秒。④每两年中一个月内在5°×5°经纬度矩形范围中出现气旋-反气旋转换的次数平均少于1次。东亚、东南亚、南亚、西亚、澳洲北部以及东非西非大范围地区都是季风区,特别是印度、中南半岛和中国都是世界上最著名的季风区(图1)。

世界季风区的分布世界季风区的分布

季风不仅有盛行风向随季节反转的特征,还表现为干湿随季节的反转特征,因此季风区也常常用干湿反转的区域来定义。有学者提出用降水的季节反转作为指标,来确定全球主要的季风区。由于全球季风具有冬-夏季风和春-秋季风两种模态,因此不同学者定义季风区的指标不完全统一,但均考虑降水的年较差要大于一定的阈值,同时雨季的降水量要占全年降水量的较大比重。以冬-夏季风为例,降水的年较差Par=Psum-Pwin,Psum指夏季(北半球6~9月,南半球12~3月)的总降水量,Pwin指冬季(北半球12月~次年3月,南半球6~9月)的总降水量;雨季的降水率MPI=Par/Ptar,其中Ptar是年总降水量。当一个地区满足Par>240毫米且MPI>40%时,该地区属于典型的季风区,由此得到全球冬-夏季风区的分布。类似的,春-秋季风主要是由于10~11月和4~5月之间干湿的反转,当一个地区满足Par>120毫米且MPI>20%时,该地区属于典型的春-秋季风区。由于太阳一年两次过赤道,赤道地区的降水是半年周期而非一年周期,因此并不符合季风的定义,因而从降水指标确定的季风区不包括赤道地区(图2)。

图2 冬-夏(a)和春-秋(b)季风降水指标区域的分布图2 冬-夏(a)和春-秋(b)季风降水指标区域的分布

有季风的地区,都可出现雨季和旱季等季风气候。夏季一般受来自海洋暖湿气流的影响,冬季主要受来自大陆干冷气流的影响,因此季风气候的主要特征是冬季干冷夏季暖湿。在盛行风向发生季节性转变化的同时,云、雨和天气系统等都随着发生明显的变化。夏季时吹向大陆的风,将湿润的海洋空气输送到内陆,它往往在那里被迫上升成云致雨,形成雨季;冬季风自大陆吹向海洋,空气干燥,伴以下沉气流,天气晴好,形成旱季。由于大部分季风气候具有“雨热同季”的特征,对农业生产,尤其对水稻一类高产粮食作物更为有利,所以南亚、东南亚、中国、朝鲜和日本等地,都是水稻集中产区。但由于夏季风和冬季风更替的时间和强度等年际变化很大,所以这些地区易遭受水旱灾害。

  • 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法.3版.北京:气象出版社,2000.
  • 寿绍文.天气学基本原理.北京:气象出版社,2016.
  • RAMAGE C.Monsoon meteorology. International geophysics series 15.San Diego:Academic Press,1971.

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