全球季風(fēng)區(qū)的定義與變化及其影響因素

彭思敏，李育 ，李依嬋

(蘭州大學(xué)a. 資源環(huán)境學(xué)院；b. 干旱區(qū)水循環(huán)與水資源研究中心，蘭州 730000)

0 引言

在所有環(huán)流系統(tǒng)中，季風(fēng)表現(xiàn)出最顯著的季節(jié)變化，作為全球氣候系統(tǒng)的一個中心組成部分，其作用大到可以影響整個氣候系統(tǒng)[1]。季風(fēng)的相應(yīng)變化具有重大的科學(xué)和社會意義，它影響著全世界三分之二以上的人口[2]。因此，季風(fēng)研究一直都是氣候變化研究的重點和熱點課題。

要客觀地表示季風(fēng)的時空變化，就必須要定義一個季風(fēng)指數(shù)來表征季風(fēng)的強(qiáng)弱[3]，前人在這方面做了很多的研究。郭其蘊[4]使用110°～160°E與10°～50°N之間的海陸氣壓差來指示東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱，施能等[5-6]使用二次標(biāo)準(zhǔn)化處理改進(jìn)了郭其蘊的方法,消去了均方差不均勻產(chǎn)生的不合理現(xiàn)象。Webster[7]用平均緯向風(fēng)垂直切變值定義南亞季風(fēng)指數(shù)，經(jīng)緯度范圍為5°～20°N和40°～110°E，高度范圍為850 hPa和200 hPa，陳樺等[8]則對Webster[7]的定義進(jìn)行了修正，將高度范圍中的高層取為150 hPa～100 hPa。祝從文等[9]結(jié)合東西向110°～160°E之間的海陸氣壓差和0°～10°N之間的高、低層緯向風(fēng)切變來定義東亞季風(fēng)指數(shù)。張慶云等[10]從夏季東亞地區(qū)熱帶輻合帶和副熱帶輻合帶強(qiáng)度變化趨勢相反出發(fā)，用東亞熱帶地區(qū)和副熱帶地區(qū)的850 hPa緯向風(fēng)距平差定義了能夠表征東亞夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)變化的東亞夏季風(fēng)指數(shù)?；?00 hPa位勢高度場EOF分析和東亞大槽的平均位置，崔曉鵬等[11]用500 hPa東亞大槽活動定義東亞冬季風(fēng)指數(shù)。武炳義等[12]根據(jù)冬季北大西洋濤動指數(shù)與冬季西伯利亞高壓范圍的反相關(guān)關(guān)系，用西伯利亞高壓網(wǎng)格點數(shù)的變化，來反映東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)弱。湯懋蒼等[13]用青藏高原上四周點與中心點的逐月高度距平差值定義了高原季風(fēng)指數(shù)。這些都是在區(qū)域季風(fēng)研究上的重要成果。除了對區(qū)域季風(fēng)定義的眾多研究，學(xué)者們在其變化及驅(qū)動機(jī)制上也做了大量的工作。青藏高原的抬升、ITCZ、海冰、ENSO和太陽活動等被認(rèn)為是亞洲季風(fēng)的驅(qū)動因素[14-15]。李吉均[16]利用地質(zhì)記錄和模擬試驗證明青藏高原的隆升影響亞洲季風(fēng)的形成。Chao等[17]認(rèn)為季風(fēng)是ITCZ季節(jié)性遷移的表現(xiàn)。黃榮輝等[18-19]認(rèn)為ENSO作為一個周而復(fù)始的循環(huán)，對于亞洲季風(fēng)有巨大的影響。段長春[20]和李崇銀等[21]通過觀測研究發(fā)現(xiàn)太陽活動引起輻射強(qiáng)度的任何微小變化都會對天氣、氣候產(chǎn)生重要影響，如影響區(qū)域間水汽的蒸發(fā)和輸送情況，進(jìn)而改變氣候環(huán)境。

20世紀(jì)末以來，隨著區(qū)域季風(fēng)認(rèn)識的深入，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展應(yīng)用，從全球尺度去認(rèn)識季風(fēng)開始增多[22]，推動了全球季風(fēng)認(rèn)識的發(fā)展。對于全球季風(fēng)區(qū)劃分和季風(fēng)降水變化的相關(guān)研究都在不斷地開展，不同的學(xué)者也從不同的角度定義了全球季風(fēng)及其強(qiáng)度指數(shù)[22]。20世紀(jì)80年代，Webster[23]提出了一個普遍的季風(fēng)定義，即冬夏風(fēng)向和干濕程度分別出現(xiàn)季節(jié)性反轉(zhuǎn)和交替時則為季風(fēng)。Trenberth等人[24]將全球季風(fēng)定義為全球尺度下的大規(guī)模持續(xù)性的大氣翻轉(zhuǎn)。Chao等[17]認(rèn)為季風(fēng)出現(xiàn)在赤道輻合帶(Intertropical Convergence Zone, 簡稱ITCZ)偏離赤道10°以上時。李建平等[25]用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率來定義全球季風(fēng)，并且將全球季風(fēng)區(qū)分為熱帶季風(fēng)、副熱帶季風(fēng)和溫寒帶季風(fēng)。Wang等[26]定義當(dāng)夏季和冬季的平均降水量差值大于300 mm，且年平均降水量大于55%時為全球季風(fēng)，由此也劃分了全球季風(fēng)的6個主要區(qū)域，即西非季風(fēng)區(qū)、東亞季風(fēng)區(qū)、北美季風(fēng)區(qū)、南亞季風(fēng)區(qū)、澳洲季風(fēng)區(qū)及南美季風(fēng)區(qū)。因此，前人對于全球季風(fēng)指數(shù)的定義依然缺乏一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[14]，主要的定義多是集中在“風(fēng)”和“雨”上，以李建平和Wang為代表。

綜上所述，以往對于季風(fēng)的研究多是將季風(fēng)看作是一種區(qū)域的環(huán)流現(xiàn)象，通過單一地分析區(qū)域季風(fēng)來認(rèn)識其變化特征。每個學(xué)者用不同的方法定義區(qū)域季風(fēng)指數(shù)，分析季風(fēng)變化的驅(qū)動因素，探討其運行機(jī)理。雖然許多研究都討論了最近季風(fēng)變化的問題，但已發(fā)表的研究成果大多集中在世界上的特定地區(qū)，并使用了不同的季風(fēng)強(qiáng)度測量方法。但是現(xiàn)今全球氣候處于復(fù)雜變化中，季風(fēng)是全球氣候系統(tǒng)的一個中心組成部分，因此對于季風(fēng)研究更需要全球尺度上的變化特征和影響分析。鑒于目前對全球季風(fēng)的定義并沒有統(tǒng)一的指標(biāo)，但主要的工作都是以“風(fēng)”和“雨”為出發(fā)點[14]。因此，從全球尺度出發(fā)，以李建平[25]和Wang[26]這2種全球季風(fēng)定義方法為基礎(chǔ)，計算了全球季風(fēng)區(qū)1964—2013年50年平均分布，對比2種結(jié)果的差異，并從全球尺度來研究季風(fēng)強(qiáng)弱變化和季風(fēng)區(qū)范圍的關(guān)系。最后根據(jù)Nio-3.4 SST指數(shù)、南方濤動指數(shù)、太陽黑子指數(shù)以及海冰數(shù)據(jù)1964—2013年時間序列圖，對不同季風(fēng)強(qiáng)度下的氣候特征進(jìn)行了初步探討，以此研究全球季風(fēng)變化的機(jī)制，有利于對復(fù)雜的全球氣候變化進(jìn)行預(yù)測。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的現(xiàn)代觀測數(shù)據(jù)包括經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)、降水、太陽黑子、Nio-3.4 SST、南方濤動和海冰。

1)風(fēng)場數(shù)據(jù)來自美國國家環(huán)境預(yù)測中心(National Centers for Environmental Prediction，NCEP)和國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)合作的NCEP/NCAR再分析項目[27]，該項目由美國國家海洋和大氣局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)支持，美國國家環(huán)境預(yù)測中心負(fù)責(zé)設(shè)計再分析系統(tǒng)，國家大氣研究中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集。該數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)通過對地表、無線電探空儀、船舶、飛機(jī)和測風(fēng)氣球等多種來源的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行同化得到月平均風(fēng)場再分析資料。經(jīng)向風(fēng)、緯向風(fēng)時間間隔為1964—2013年，分辨率為2.5°×2.5°，在垂直方向上從1 000 hPa到10 hPa共17層。

2)1901—2014年全球陸地表面月平均降水格點數(shù)據(jù)由University of Delaware從大量的監(jiān)測站收集并匯編而成，分辨率為0.5°×0.5°，只包括陸地數(shù)據(jù)。在本研究的計算中，夏季是指當(dāng)年的6月、7月和8月，而冬季是指當(dāng)年12月至次年的1月和2月。

3)太陽光球上周期性出現(xiàn)的暗斑點被稱為太陽黑子，是太陽活動最基本的標(biāo)志。1964—2013年月平均太陽黑子數(shù)據(jù)從SILSO(太陽黑子指數(shù)與長期太陽觀測)獲得(http://www.sidc.be/silso/datafiles)。

5)南方濤動指數(shù)SOI[29]指的是塔西提島(Tahiti, 17°33′S, 149°37′W)與達(dá)爾文港(Darwin, 12°26′S, 130°52′E)的月平均海平面氣壓之差(Sea-level Pressure,SLP)，該數(shù)據(jù)可從美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的氣候預(yù)測中心(CPC)下載(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices)。

6)月平均海冰數(shù)據(jù)從美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)獲得。該數(shù)據(jù)是1850年至今全球月平均海面溫度和海冰密集度的組合，分辨率為1°×1°。

1.2 研究方法

1)首先利用李建平等[25]所完善的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率(δ)計算出季風(fēng)區(qū)的計算公式為：

(1)

(2)

式(2)中，當(dāng)δ*>0時則代表該地區(qū)為季風(fēng)區(qū)。

2)其次是利用Wan et al[26]定義的季風(fēng)降水指數(shù)(MPI)來計算出季風(fēng)區(qū)和季風(fēng)指數(shù)。MPI的計算公式為

(3)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同定義下的季風(fēng)區(qū)

圖 1 850 hPa標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季風(fēng)變率定義下的1964—2013年全球季風(fēng)區(qū)平均分布Figure 1 Average distribution of 850 hPa global monsoon region under the definition of the normalized seasonality of winds from 1964 to 2013

圖 2 季風(fēng)降水定義下的1964—2013年全球季風(fēng)區(qū)平均分布Figure 2 Average distribution of the global monsoon region under the definition of monsoon precipitation from 1964 to 2013

以標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率(δ)和季風(fēng)降水指數(shù)(MPI)這2種主要的全球季風(fēng)定義方法為基礎(chǔ)計算并繪制了全球季風(fēng)平均分布圖(圖1、圖2)。

由李建平等[30]定義的標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率(δ)可以很好地描述風(fēng)向的變化。由于δ的結(jié)果值以2為臨界值，為了方便，李建平等[25]用δ*>0(風(fēng)向變化大于90°)作為季風(fēng)區(qū)。用1964—2013年的NCEP/NCAR再分析月平均風(fēng)場數(shù)據(jù)計算出了全球850 hPa的平均季風(fēng)區(qū)分布，如圖1，由于風(fēng)場數(shù)據(jù)格點較大，因此季風(fēng)區(qū)分布比較粗糙。計算結(jié)果與李建平等[25]的結(jié)果基本相似，涵蓋了全球主要的季風(fēng)區(qū)域，可分為熱帶季風(fēng)區(qū)、亞熱帶季風(fēng)區(qū)和溫帶季風(fēng)區(qū)[25]。季風(fēng)區(qū)主要位于熱帶地區(qū)及其周圍，且呈東西延伸分布，另外東半球的季風(fēng)區(qū)面積大且集中，而西半球范圍小且分散，這可以從季風(fēng)的形成原因進(jìn)行分析。由于黃赤交角所引起的太陽輻射南北移動在熱帶地區(qū)表現(xiàn)為盛行風(fēng)向的季節(jié)轉(zhuǎn)變，使得風(fēng)場標(biāo)準(zhǔn)化季節(jié)變率在熱帶地區(qū)表現(xiàn)的尤為明顯，并與熱帶輻合帶的位置基本重合。其次，全球最大的大洋和大陸均主要位于東半球，海陸間的熱容差異不僅強(qiáng)度大,覆蓋范圍也更大，因此導(dǎo)致了更大范圍的風(fēng)向季節(jié)偏轉(zhuǎn)。從圖1中還可以看出，與經(jīng)典季風(fēng)區(qū)相比，在副熱帶的太平洋、北大西洋和印度洋上都存在明顯的季風(fēng)區(qū)，并且在北半球也有小范圍的溫寒帶季風(fēng)，這說明風(fēng)向的顯著季節(jié)變化涵蓋的范圍比經(jīng)典季風(fēng)更廣。由于一直以來人們將季風(fēng)與干濕變化等同起來，傳統(tǒng)認(rèn)識固化的原因，目前對于溫寒帶季風(fēng)的研究相對較少且不深入[25]。溫寒帶季風(fēng)不同于經(jīng)典季風(fēng)，而是一種“偽季風(fēng)”。經(jīng)典季風(fēng)，如熱帶季風(fēng)、東亞季風(fēng)和北美季風(fēng)等，其風(fēng)向變化和天氣特征都具有明顯的季節(jié)性；但是溫寒帶“偽季風(fēng)”，僅僅是具有風(fēng)向的季節(jié)變化，天氣現(xiàn)象上并不存在。另外，在伊朗高原和帕米爾高原地區(qū)出現(xiàn)的顯著季節(jié)變率區(qū)實際是虛假的，因為那里的高度已經(jīng)超過850 hPa[30]。

季風(fēng)降水釋放的潛熱驅(qū)動著熱帶環(huán)流的年變化，同時季風(fēng)降水是全球水文循環(huán)中對人類和社會影響最大的關(guān)鍵參數(shù)[31]，用季風(fēng)降水來定義全球季風(fēng)區(qū)能夠?qū)夂蜃兓A(yù)測具有較為實際的意義。運用University of Delaware全球月平均降水格點數(shù)據(jù)，根據(jù)Wang[26]所定義的全球季風(fēng)降水指數(shù)，計算出了1964—2013年50年的平均季風(fēng)分布圖(圖2)。Wang[26]的季風(fēng)區(qū)定義有2個標(biāo)準(zhǔn)：MPI>0.55;夏季平均降水量與冬季平均降水量的差值大于300 mm。第一個標(biāo)準(zhǔn)將季風(fēng)氣候與赤道常年降水模式區(qū)分開來，赤道常年降水模式的年變化范圍相對于其年平均值更小，且雖然夏季降水量充足，但沒有顯著的季節(jié)變化；第二個標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分除去了干旱和半干旱地區(qū)，這些地區(qū)的降水量有顯著的季節(jié)變化，但是夏季降水量不夠，因此沒有達(dá)到定義標(biāo)準(zhǔn)[31-32]。結(jié)果顯示，季風(fēng)區(qū)主要在熱帶和副熱帶地區(qū)，且分布規(guī)則。在全球季風(fēng)區(qū)中國東南地區(qū)出現(xiàn)的空白，主要是因為該地區(qū)其他季節(jié)的降水也占了全年降水的較大比重，無法達(dá)到定義要求。而海洋季風(fēng)的缺失，是因為本研究所使用的數(shù)據(jù)為陸地降水?dāng)?shù)據(jù)。從圖2中可以很明顯地看到各主要季風(fēng)區(qū)的輪廓和范圍，包括東亞季風(fēng)區(qū)、南亞季風(fēng)區(qū)、西非季風(fēng)區(qū)、南美季風(fēng)區(qū)、澳洲季風(fēng)區(qū)以及北美季風(fēng)區(qū)[26]，這些都是季風(fēng)降水指數(shù)大于0.55且夏季平均降水量與冬季平均降水量差值大于300 mm的地區(qū)。

2.2 全球季風(fēng)強(qiáng)度變化及其與季風(fēng)區(qū)范圍的關(guān)系

季風(fēng)的變化是復(fù)雜的，由于經(jīng)緯度位置、海陸位置和區(qū)域地形狀況的差異，使得區(qū)域季風(fēng)的變化特征和機(jī)制不同，但是全球季風(fēng)作為一種全球的、持續(xù)的大氣翻轉(zhuǎn)[24]，且使全球氣候產(chǎn)生了季節(jié)性的特征，其必然存在著一定的變化規(guī)律。以往的研究一般從區(qū)域季風(fēng)的變化出發(fā)，分析與季風(fēng)區(qū)范圍的關(guān)系。從整體和全球尺度出發(fā)，探討季風(fēng)強(qiáng)度和季風(fēng)面積之間的聯(lián)系。

注：其中實線代表全球季風(fēng)指數(shù)，無量綱；虛線代表全球季風(fēng)面積，單位為104 km2。 圖 3 標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率定義下1964—2013年全球季風(fēng)指數(shù)與季風(fēng)區(qū)面積變化的時間序列Figure 3 Time series of diagram of the Global Monsoon index and the area of monsoon region under the definition of the normalized seasonality of winds from 1964 to 2013

季風(fēng)區(qū)面積的計算方法采用的是Zhou等人[33]定義的季風(fēng)覆蓋指數(shù)，即風(fēng)場和季風(fēng)降水覆蓋的網(wǎng)格的總面積。不同的定義使得季風(fēng)強(qiáng)度和面積數(shù)值不同，且風(fēng)場定義的季風(fēng)區(qū)使用的是全球數(shù)據(jù)，而降水定義的季風(fēng)區(qū)只包含陸地數(shù)據(jù)，因此季風(fēng)區(qū)面積數(shù)值也相差較大。結(jié)合圖3和圖4，可以發(fā)現(xiàn)，2種定義下的季風(fēng)強(qiáng)度和季風(fēng)面積都存在顯著的年際變化，且在1978—2013年間，全球季風(fēng)強(qiáng)度在波動中呈減小趨勢，季風(fēng)區(qū)面積呈增加趨勢，其中季風(fēng)降水定義下的變化趨勢更為明顯。即當(dāng)季風(fēng)更弱時，相應(yīng)的季風(fēng)區(qū)面積會增大。

強(qiáng)、弱季風(fēng)年交替出現(xiàn)，是全球季風(fēng)年際變化特征之一。異常的強(qiáng)季風(fēng)與異常的弱季風(fēng)會影響季風(fēng)區(qū)的分布，造成全球不同地區(qū)嚴(yán)重的洪澇和干旱災(zāi)害，給各地區(qū)帶來巨大的生態(tài)環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失。

注：其中實線代表全球季風(fēng)指數(shù)，無量綱；虛線代表全球季風(fēng)面積，單位為104 km2。 圖 4 季風(fēng)降水定義下1964—2013年全球季風(fēng)指數(shù)與季風(fēng)區(qū)面積變化的時間序列Figure 4 The time series diagram of the Global Monsoon index and the area of monsoon region under the definition of monsoon precipitation from 1964 to 2013

圖 5 1964—2013年全球季風(fēng)與Nio-3.4 SST指數(shù)、太陽黑子數(shù)和南方濤動指數(shù)時間序列Figure 5 Time series of diagram of Global Monsoon and Nio-3.4 SST Index,sunspot number and Southern Oscillation index from 1964 to 2013

2.3 全球季風(fēng)強(qiáng)度的影響因素

表 1 2種全球季風(fēng)指數(shù)與Nio-3.4 SST指數(shù)、太陽黑子數(shù)和南方濤動指數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficients tables between two global monsoon indices and Nio-3.4 SST Index, sunspot number and Southern Oscillation Index

注：*、**、***分別表示通過0.1、0.05、0.01水平顯 著性檢驗。

將通過0.1顯著性檢驗的二者之間認(rèn)為存在較強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，通過0.05顯著性檢驗的二者之間存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，通過0.01顯著性檢驗的二者之間存在極強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。結(jié)合圖5和表1可知，全球季風(fēng)指數(shù)與Nio-3.4SST指數(shù)、南方濤動指數(shù)和太陽黑子指數(shù)之間具有以下關(guān)系：標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率定義下的季風(fēng)指數(shù)與太陽黑子指數(shù)存在強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系；與南方濤動指數(shù)SOI相關(guān)性較弱；與Nio-3.4SST指數(shù)存在較強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系。季風(fēng)降水定義下的季風(fēng)指數(shù)與太陽黑子指數(shù)相關(guān)性較弱；與南方濤動指數(shù)SOI存在較強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系；與Nio-3.4SST指數(shù)存在強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系。從整體上看，2種季風(fēng)指數(shù)對于3類氣候特征的響應(yīng)一致，只存在相關(guān)性程度上的不同。ENSO是厄爾尼諾-南方濤動的簡稱，主要發(fā)生在熱帶的太平洋海域。ENSO事件作為熱帶地區(qū)特別是赤道地區(qū)海-氣相互作用最為突出和集中的反映，一旦發(fā)生，會產(chǎn)生全球的氣候異常現(xiàn)象，從而使得世界各地出現(xiàn)嚴(yán)重的旱澇災(zāi)害，損害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[18]。因此，全球海洋和氣象學(xué)家非常重視ENSO事件特征和機(jī)理的研究。而種種研究都表明ENSO不僅僅是一種事件，而是一個周而復(fù)始的循環(huán)，這個循環(huán)對季風(fēng)有嚴(yán)重影響[19]。太陽輻射是大氣和海洋運動的基本能量來源[34],觀測研究發(fā)現(xiàn)太陽活動引起輻射強(qiáng)度的任何微小變化都會對天氣、氣候產(chǎn)生重要影響[20-21]，如影響區(qū)域間水汽的蒸發(fā)和輸送情況，進(jìn)而改變氣候環(huán)境。圖5中所反映的全球季風(fēng)指數(shù)與厄爾尼諾和南方濤動的關(guān)系說明，當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，全球季風(fēng)一般會增強(qiáng)，而當(dāng)南方濤動加強(qiáng)時全球季風(fēng)通常會減弱。以11年為周期的太陽黑子指數(shù)與降水定義的全球季風(fēng)強(qiáng)度變化相關(guān)較弱，但與風(fēng)場定義下的全球季風(fēng)有明顯的正相關(guān)關(guān)系，說明太陽活動對季風(fēng)依然有一定的影響。這主要在于太陽活動是通過改變到達(dá)地球太陽輻射量而間接影響季風(fēng)，當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度改變時，會影響區(qū)域間的水汽輸送、氣壓水平和風(fēng)向風(fēng)力大小，從而使得季風(fēng)產(chǎn)生強(qiáng)弱變化。

圖 6 季風(fēng)強(qiáng)年與季風(fēng)弱年的春季北極海冰密集程度差值 Figure 6 The difference of Arctic sea ice density in spring between monsoon’s strong year and weak year

考慮到溫寒帶偽季風(fēng)對海冰的影響，這里只采用Wangetal[26]定義的季風(fēng)指數(shù)。根據(jù)圖5，統(tǒng)計出全球季風(fēng)較強(qiáng)的5個年份和較弱的4個年份：1980、1990、1991、2002、2012年為較強(qiáng)年份；1988、1964、1999、1984年為較弱年份，繪制出北極地區(qū)強(qiáng)季風(fēng)年與弱季風(fēng)年春季海冰密集程度差值圖。從圖6中可以看出，春季格陵蘭海海域和楚科奇海海域為負(fù)值，即在季風(fēng)強(qiáng)年該海域海冰減少，而喀拉海和巴倫支海海域在季風(fēng)強(qiáng)年海冰更加密集，相反，當(dāng)春季格陵蘭海海域和楚科奇海海域海冰增加，喀拉海和巴倫支海海域海冰減少時，全球季風(fēng)減弱。表明全球季風(fēng)與格陵蘭海海域和楚科奇海海域的海冰密集程度變化趨勢相反，與喀拉海和巴倫支海海域的海冰密集程度變化趨勢相似。極地海冰的變化通過大氣與下墊面的熱量和水汽交換改變，以及反照率的改變而對大氣環(huán)流和氣候產(chǎn)生影響[35]。高緯度地區(qū)的海冰覆蓋不僅會影響局部地區(qū)的能量平衡，改變高緯環(huán)流，還會影響中低緯度的大氣環(huán)流，甚至對全球氣候產(chǎn)生影響。Horman等人[36]的研究指出極地冷源對高緯氣候變化具有響應(yīng)，并通過環(huán)流的演變影響到低緯度的副熱帶地區(qū)甚至另一個半球。而黃士松等[35]從資料分析和數(shù)值模擬2方面研究北極海冰覆蓋對全球大氣環(huán)流和氣候產(chǎn)生的影響。根據(jù)北極地區(qū)強(qiáng)季風(fēng)年與弱季風(fēng)年春季海冰密集程度差值圖，發(fā)現(xiàn)當(dāng)春季格陵蘭海海域和楚科奇海海域海冰減少，喀拉海和巴倫支海海域海冰增加時，全球季風(fēng)增強(qiáng)，反之，則季風(fēng)減弱，這正是海冰密集程度對大氣環(huán)流和全球氣候產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)論

根據(jù)2種主流的全球季風(fēng)定義方法(標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率和季風(fēng)降水指數(shù))，使用NCEP/NCAR的月平均再分析風(fēng)場數(shù)據(jù)和UniversityofDelaware匯編的全球月平均降水格點數(shù)據(jù)，計算了1964—2013年全球季風(fēng)平均分布，對不同定義產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了差異分析，并根據(jù)季風(fēng)降水指數(shù)定義計算全球季風(fēng)指數(shù)和季風(fēng)區(qū)面積時間序列，探討了季風(fēng)區(qū)范圍變化和季風(fēng)強(qiáng)度的關(guān)系，最后，利用Nio-3.4SST指數(shù)、南方濤動指數(shù)和太陽黑子指數(shù)以及北極海冰場分析了不同季風(fēng)強(qiáng)度下的氣候要素特征，主要結(jié)論是：(1)標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)場季節(jié)變率定義下的季風(fēng)區(qū)突破了傳統(tǒng)研究中將季風(fēng)與干濕變化等同的概念，包含了熱帶季風(fēng)區(qū)、亞熱帶季風(fēng)區(qū)和溫寒帶季風(fēng)區(qū)。季風(fēng)降水定義的全球季風(fēng)包括了六大季風(fēng)區(qū)：東亞季風(fēng)區(qū)、南亞季風(fēng)區(qū)、西非季風(fēng)區(qū)、南美季風(fēng)區(qū)、澳洲季風(fēng)區(qū)以及北美季風(fēng)區(qū)。(2)全球季風(fēng)指數(shù)和季風(fēng)面積主要表現(xiàn)為一定的年際變化，在1978—2013年間，季風(fēng)強(qiáng)度整體上呈現(xiàn)減弱的趨勢，季風(fēng)面積呈增加趨勢。(3)Nio-3.4SST指數(shù)和太陽黑子指數(shù)與全球季風(fēng)指數(shù)存在正向變化關(guān)系；季風(fēng)強(qiáng)弱與北極海冰密集程度緊密相關(guān)，冰源強(qiáng)度改變熱量和水汽交換，不僅影響高緯度大氣環(huán)流，還對中低緯度甚至全球氣候產(chǎn)生影響。

本研究從全球尺度對季風(fēng)的定義和時空變化特征進(jìn)行分析，并對全球季風(fēng)變化的影響因素進(jìn)行了初步的探討。變化特征只是這一全球氣候系統(tǒng)中心組成部分的表面現(xiàn)象和規(guī)律，規(guī)律背后的產(chǎn)生機(jī)制才是問題的本質(zhì)。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，反過來又利用本質(zhì)來預(yù)測現(xiàn)象，這一理論才是研究全球復(fù)雜氣候變化的必要基礎(chǔ)。因此，要弄清全球季風(fēng)整體變化的驅(qū)動機(jī)制，必須進(jìn)一步深入分析不同季風(fēng)強(qiáng)度下大氣環(huán)流場(包括風(fēng)場、位勢高度場、水汽輸送場)的變化情況，以及全球季風(fēng)強(qiáng)度與季風(fēng)降水的關(guān)系。