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东亚季风为什么是最强季风(东亚季风和南亚季风的成因及特点)

来源:原点资讯(m.360kss.com)时间:2023-10-27 08:21:51作者:YD166手机阅读>>

1月(左)和7月(右)多年平均500hPa高度

从上面左图中可以看出,在北半球冬季(1月),副高带退到了赤道附近,在平均场上仅有太平洋副高存在588闭合圈(此之谓太平洋副热带高压,影响中国的是其西部,又叫西北太平洋副高,简称副高)。在夏季(7月)副高大大增强,远超1月的南半球夏季副高,平均场上588闭合圈几乎围绕地球一圈且面积极大,只在太平洋东部和青藏高原断裂,最强区域592闭合圈在北非,太平洋副高相比1月明显强大很多并北抬西伸。

这种南北半球的差异也可以从中间季节环流看出来。当太阳直射点在赤道附近的春季时(考虑大气对太阳辐射响应的滞后性,我们以春分后20多天的4月15日为例;再考虑到过渡季节如果用多年平均图主要特征会被平滑,故采用2022年而非多年平均)大致如下图:

东亚季风为什么是最强季风,东亚季风和南亚季风的成因及特点(5)

2022年4月15日500hPa高度和距平

看看全球大气环流在三圈环流模型下副热带高压。可以看到南半球基本有了三圈环流的环球副高带的样子,而北半球则基本不成样,为什么?

这种南北半球的环流的巨大差异正是南北半球海陆差异所决定的,而海陆差异导致热力环流圈,其实就是下面要讲的季风环流圈。

3)、东亚季风环流

因为三圈环流模型是一圈加上了地球自转因素后的模型。并没有考虑海陆热力差异和大地形,当然跟实际情况大相径庭了。南半球陆地比北半球少很多,所以上图中南半球更接近三圈环流假设的模型;北半球就要复杂得多。考虑了海陆差异和大地形的大气环流,距离理想的三圈环流模型会比较远。

考虑海陆差异

赤道低纬与高纬的热力差异是恒定的赤道热高纬冷。

但是海洋与大陆的热力差异不是恒定而是有季节变化的,冬季海洋暖陆地冷,夏季陆地暖海洋冷,这样在不同的季节海陆之间有相反的热力环流圈。但是这个圈的原理依然符合原动力图。

夏季大陆上升海洋下沉,低层大气海洋向大陆流,上层大气自大陆流向海洋;冬季反过来,这就是季风。你看,季风热力圈一旦掺和进3圈环流就复杂了,这就是为什么夏季的副热带高压有来自大陆加热的贡献的原因。

也是为什么北半球夏季的副高强度和面积远超南半球夏季副高的原因。

尤其值得注意的是:在亚洲大陆和大洋夏季的热力关系中,北印度洋在纬度上主热在海陆差异上主冷;反之亚洲大陆在纬度上主冷但在海陆差异上主热,两者贡献相反,那么一个有趣的问题就是:谁更强大呢谁占主导呢?

这时候另一个大主角就站出来了。

考虑大地形

亚欧大陆最大,南边是印度洋,东边是太平洋,但是南亚季风和东亚季风在全世界季风中最强却不仅仅是最大陆地和最大海洋的原因。还有一个重要因素就是青藏高原。

青藏高原纬度不高(大部分在约北纬28到35度之间),这非常重要。这个纬度使得在夏季青藏高原离太阳直射点很近,可以接受极强的太阳加热;

青藏高原很高(平均海拔4000米以上),这也很重要。这个高度大气稀薄,接受的太阳辐射比低海拔平原更强;

青藏高原的地表多岩石沙土,这依然很重要。这样的下垫面物质热容量小,受太阳照射后升温剧烈,意味着对大气的加热效率高;

青藏高原南坡的降水极强,这同样很重要。喜马拉雅山脉太高太长了,它将印度洋来的水汽挤了个干干净净,作用就是极大的潜热加热。

就这样,最大的大陆和最高大的高原合起来构成的季风热力圈,是东亚和南亚大气环流的主导力量。这个青藏高原-太平洋热力圈与哈德来热力环流圈,以及西风带一起,“三国”共同演义出了东亚大气环流,在不同的季节三国势力消长不同,东亚大气环流带有明显的季节性。

在夏季,由于青藏高原及周边的加热作用全球最强,因此在三国之中季风热力圈是当之无愧的魏晋,超过了西风带和哈德来热力圈的影响,主导了东亚夏季大气环流。口说无凭,有图为证:

东亚季风为什么是最强季风,东亚季风和南亚季风的成因及特点(6)

多年平均7月海平面气压

上图所揭示的物理是:在亚洲,由于夏季大陆和高原的加热作用(感热 潜热)太过强烈,甚至于盖过了赤道地区的加热,在海平面气压场就表现为亚洲大陆是一个庞大的以青藏高原为中心的的大低压,四周空气向低压辐合在中心上升到高空然后向外四散下沉;与底层的庞大低压相对应,在对流层的上部就是庞大的青藏高压。

东亚季风为什么是最强季风,东亚季风和南亚季风的成因及特点(7)

多年平均7月100hPa(约海拔16公里高)高度场

值得一提的是:由于地球自转的影响,低空向大低压辐合流入的气流呈现气旋式(反时针旋转),这对理解低空的南亚夏季风和东亚夏季风各单元至关重要;而在顶层,大青藏高压向外辐散流出的气流呈反气旋式(顺时针),同样这对理解青藏高压贡献了副高内的下沉气流很重要(即我前文所说“上海高温来自青海”)。

到这里我相信大家对于青藏高原在夏季东亚大气环流中的作用如灭霸一般的存在已经有足够认识了,这也是为什么经典的哈德来环流圈导致的副热带高压会在青藏高原这里被戳破的原因。与之相比,北美的落基山脉相应作用就弱太多而且太北了,对于副高断裂的影响是有,但是不大。

至于另有些所谓的地中海中断了副高带的说法,我则是百思不得其解:首先是这不符合观测事实(参看前面的7月多年平均500hPa高度场);其次,假若真有中断,以它那小小的体量、热力性质和被包围态势,是什么机制呢?

二、高温原因:太平洋副高内盛行的下沉气流来自哪里?

相信在这史上最热的夏天里,大家已经被这样的高温成因把耳朵磨出老茧来了:副高控制盛行的下沉气流。。。

这没问题,但我就多问一句:副高内下沉气流来自哪里?它怎么会源源不断?

1)高温成因,回答可以有很多层次

最简单的回答:副高控制——这是过去的标准回答(潜台词:多说无益?名词唬住得了)

进一步的回答:副高控制,盛行下沉气流,下沉造成增温和晴晒双重加热效果——这是近些年的解释,我也有文章专门甩出过公式来阐述(潜台词:知其然还要知其所以然,那就把物理解释也扔出来,加强科普嘛)

如果再进一步,那就要解释:副高内为啥会下沉,副高为啥是这个样子的等等了?应该没多少人愿意听,其实确实多说无益。

为了好玩,也有点标题党,但是基于事实和正确的物理逻辑,我另辟蹊径,从热空气的生产和转移的角度,写了《上海高温来自青海——再谈高温成因和暖空气乾坤大挪移》。这下麻烦了。

首先的麻烦是跟上面两种经典官方解释出现了表面的不一致甚至是“矛盾”之嫌。以至于专家们也不都能认可了。

其次的麻烦就是要解释清楚这事,就不得不干“多说无益”的事情了。自己挖的大坑自己要填啊,多说无益也只好说了,也就是本篇文章不得不出来了(说之前想先喊一下:其实本质上没有不一致啊!)。

2)西太平洋副高下沉气流从何处来?

要说经典解释跟我乾坤大挪移的解释不矛盾这理儿,讲起来其实超级简单,只需要点睛一问:副高内的下沉气流不可能凭空而来,总有来源吧。下面就谈谈这个问题(先说明,下面的这些解释都是宏观大尺度平均场意义的)。

结论:太平洋副高下沉气流主要来自南西北三支,太平洋副高的强弱变化与西伸东撤北抬南退跟这三支来源都有关系。

首先是南支:如前所述,副热带高压的基本成因来自于高低纬度带热力差异的哈德来热力圈下沉支。哈德来环流的上升支在赤道辐合带,在副高南面,因此这是南支

另外需要提一下,由于东亚特殊的季风环流,赤道辐合带在夏季的北抬与季风槽可以看做一体,这一点在讲台风“暹芭”的文章中说过了。这里再放一下该文相关图片:

东亚季风为什么是最强季风,东亚季风和南亚季风的成因及特点(8)

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