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本文利用1958-2001年NCEP/NCAR每日4个时次的再分析数据集、同期中国地面气象观测站共519站逐日降水资料、1979-2001年CMAP逐日降水资料,分析了东亚副热带夏季型环流的建立及其与江南春雨的联系,结果表明东亚副热带三维结构大气环流型于22候(4月第4侯)最早在中国江南地区(22.5~30°N,110~120°E)从冬季型过渡到夏季型,可能标志着副热带夏季风在此地建立,开始于3月份的江南地区持续性降水在22候之前为“春雨”属性,22候开始归属“夏季风降水”;通过对大气非绝热加热的分析,结合有关的动力学理论,揭示出江南春雨产生的潜热加热可能是副热带夏季型环流最早建立的触发因子。主要结论如下: (1)东亚副热带环流型分为冬季环流型和夏季环流型。气候意义上,东亚副热带三维结构大气环流型于22候最早在中国江南地区(22.5~30°N,110~120°E)实现从冬季型到夏季型的季节转换,与之伴随纬向海陆热力差异的逆转和季风环流的建立等一系列现象发生,这可标志着副热带夏季风的建立。具体表现为: 22候,沿22.5~30°N的垂直方向上从东亚大陆至西太平洋的纬向偏差环流型从冬季位相过渡到夏季位相。22候前,位势高度偏差环流为相当正压结构,东亚大陆上空为气旋性环流,而西太平洋上空为反气旋性环流;22候开始,上述环流型转变为斜压结构,对应东亚大陆地区对流层上层为反气旋性环流,中低层为气旋性环流,而西太平洋地区上层为气旋性环流,中低层为反气旋性环流。由于静力平衡关系,位势高度偏差环流型的转折意味着温度偏差场也势必同时发生转折,对应温度偏差从斜压结构转变为相当正压结构。22候,对流层中上层500~200hPa东亚大陆与西太平洋之间的大尺度纬向海陆热力差异最先在22.5~30°N纬带上发生季节转换,低阶斜压模的一级近似850hPa与200hPa经向风的垂直经向风切变,与纬向海陆热力差异在物理本质上是等价的,也同时反转。对流层中层的西冷东暖变成整层的西暖东冷。这种偏差环流的季节演变,反映了在对流层中上层东亚副热带西风带平均槽脊在冬、夏呈现反位相的气候特征。 22候,沿110~120°E的垂直方向上从30°N附近至赤道地区上空经向环流型也从冬季位相过渡到夏季位相,经典的Hadley环流被季风环流所取代。江南地区垂直方向上经向风发生季节性反转,而且高层经向风的季节转换比低层更显著,100-150hPa从南风转变为北风,1000hPa从北风转为南风,850hPa由于受青藏高原定常的绕流西南风的影响,没有风向的反转,而表现为南风加强,高层400hPa至150hPa以下南风明显减弱。季风环流上升支位于江南地区,低层南风,上层北风,流向赤道。经向垂直环流向反位相的过渡,表明季风环流是夏季位相的表现。 22候,东亚副热带地区大尺度大气环流型也表现出显著的变化,副热带高压带断裂,热带气流汇入西南季风。合成分析表明,22候季节转换之前,850hPa副热带高压带尚未断裂,副热带地区的西南风主要是来自中纬度绕经青藏高原的偏西南气流以及副高西北侧的低空西南气流,均属于副热带气流;22候季节转换之后,850hPa云贵高原的正涡度带与赤道附近的正涡度带在孟加拉湾东部连通,副热带高压在此断裂,进入我国的偏南气流除已减弱的高原绕流南风之外,还包括来自西太平洋副高转向的偏南气流以及源自马斯克林高压北侧越赤道气流的西南暖湿气流,具有副热带和热带气流的混合性质。在高空环流的季节演变方面,随着大气活动中心的季节变化,季节转换前位于西太平洋上空的200hPa反气旋中心消失,经过环流的调整,在中南半岛南端重建,使副热带江南地区高空由偏南气流转为偏北气流控制。 上述从纬向、经向以及大尺度等各个侧面反映了22候大气环流型的季节转换,这可能标志着副热带夏季风环流的开始。由此我们认为,22候之前,江南地区的持续性降水虽然已具备对流性降水的性质,但由于大气环流型仍表现为冬季位相而尚未发生季节转换,故为“春雨”属性,这一时期由于青藏高原的强迫绕流作用和由于高原表面感热加热形成的气旋性热力环流催生了其东南侧的西南风风速中心,而江南地区正好处于这一风速中心的前方,具有强烈的风速和水汽辐合,于是形成了“江南春雨”。22候之后,在江南地区的三维结构夏季环流型建立,因而这一阶段的降水归属“夏季风降水”。 (2)江南春雨产生的潜热加热可能是副热带冬、夏环流型最早在江南地区发生季节转换的触发因子。 江南春雨在3月份即已开始,释放的凝结潜热在一定程度上加热了其上空的大气,22候,其产生的垂直方向上的非均匀加热扩展至对流层整层。根据热力适应理论,在最大潜热加热中心的下方,加热随高度递增,出现偏南风,而在潜热加热的西侧激发出气旋式环流,有利于西南低涡的形成,东侧则激发出反气旋式环流,有利于西太平洋副热带高压的加强;在最大加热中心的上方,则出现偏北风,在其西侧激发出反气旋式环流,引导南亚高压的北上,在其东侧则有利于形成高空洋中槽。这种由于热力适应引起的对大气的动力学强迫作用导致了三维结构的大气环流型由冬季位相转换至夏季位相,其在经、纬向环流上表现为在22候经向季风环流建立、纬向位势高度偏差环流从相当正压结构向斜压结构转换,在热力场上表现为22候纬向海陆热力差异的反转。由于江南春雨为对流性降水的性质,主要通过积云向上输送热量和水汽,从而使雨区上空的对流层上层首先增温,导致了纬向海陆热力差异从对流层上层开始逐渐往下发生季节性反转。 对比分析表明,青藏高原的表面感热对大气的直接加热不比对流降水的凝结潜热对季节转换的触发作用重要。但是高原的表面感热加热通过在其东南侧产生气旋性热力环流,影响江南春雨,从而间接地对副热带夏季型环流的建立起到制约作用。22候,青藏高原由强动力作用向强热力作用过渡,同时,副热带夏季型环流建立,二者以江南春雨为纽带。因此,作为季风第三推动力的湿过程(江南春雨)可能对副热带地区的从冬到夏的季节转换有着特别重要的意义。而这里的湿过程又是第一、二推动力(分别由太阳辐射的季节变化、青藏高原的强迫效应所致)在特定的条件下产生的结果。 (3)年际东亚副热带大气环流型从冬到夏的季节转换特征与气候平均态的相应变化表现一致。 无论季节转换的迟早年,其从冬到夏的季节转换特征,在三维结构环流型以及江南地区凝结潜热加热对夏季型环流的触发作用方面均与气候平均态表现一致。此外,副热带夏季型环流建立的早年在季节转换前期比迟年同期江南春雨显著偏多可能是导致二者建立时间存在早晚差异的重要原因。早年的季节转换前期青藏高原东南部西南风风速中心异常偏强,其前方是最强上升运动区和最大经向水汽通量辐合区,从而导致江南春雨异常偏多,其产生的异常偏多的凝结潜热加热由于热力适应作用激发了夏季型环流更早建立,促使副热带冬、夏环流型的季节转换提前。这也进一步说明了江南春雨释放的潜热加热对副热带夏季型环流建立的重要性。