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东亚冬季风与冬季黑潮海温异常的关系*
李忠贤1 ,
陈建萍2
（1.南京信息工程大学, 江苏 南京 210044;2.江西省环境预报中心，江西 南昌 330046）
摘 要：利用统计分析方法，分析了冬季黑潮区域海表温度异常与东亚冬季风的相关关系，及其可能的机制。结果表明：东亚冬季风异常与冬季黑潮区域海温异常有密切的联系。当东亚冬季风偏强时，冬季黑潮区域海温偏低；反之，当东亚冬季风偏弱时，冬季黑潮区域海温则偏高。其过程可能是东亚冬季风异常偏强（弱）造成了黑潮区域1
000 hPa气温的明显下降（上升），而由于黑潮区域海温的变化相对较小，使得黑潮区域的海气温差也发生了显著地增大（减小），从而使得该区域的海洋热通量也相应地增多（减少）。这种海洋热通量释放的增多（减少），造成该区域的海温下降（上升）。
关键词：黑潮 东亚 冬季风 海温异常
中图分类号：P466 文献标识码：A 文章编：1007-9033（2005）01-0010-05
黑潮是西北太平洋中1支强大的暖洋流。黑潮区域的感热、潜热通量很大，净热量释放是全球海洋中最大的，这种热释放向北半球大气输送了大量的能量[1]。它对东亚地区及西太平洋大气环流产生重要影响，该海域是太平洋中纬度海气相互作用最强烈的海区。
我国的许多学者对冬季黑潮海域放热通量异常对我国气候的影响有过较多的研究[2～6]。但是，由于中纬度海气相互作用较为复杂，对于黑潮与大气环流之间相互作用的物理过程和机制研究还有待于深入。赵汉光等[7]指出，夏季当黑潮地区海面水温异常偏高时，海洋向大气输送的潜热和湍流热能将增加，空气柱升高，造成正的高度距平；反之，当海温偏冷时，造成负的高度距平。袁佳双[8]指出，前冬到初夏黑潮区域海温低，使海洋放热量减少，反而减弱了对大气的热量输送，从而影响了东亚及西太平洋大气环流。而赵永平[9]指出，在中纬度海洋，北方冷空气的强弱对海气热量交换有着决定性的贡献，海气热量交换是引起表层水温变化的主要因子之一。蒋全荣等[10]分析指出，引起北太平洋中纬度地区冬半年月平均海温变化的一个重要的过程，是通过海洋向大气的潜热、感热输送，从而引起海洋混合层中热贮存量的变化。
我国地处东亚季风区，东亚季风变异严重影响着我国东部的旱涝等灾害性天气、气候的发生，从而给我国带来重大的经济损失。研究黑潮区域海温异常与东亚季风相互作用的物理过程和机制，对于进一步提高我国东部气候变化的预测将是很有意义的。李忠贤等[11]分析了秋季黑潮区域海表温度异常与东亚冬季风关系。结果表明：秋季黑潮区域海温与东亚冬季风指数有明显的正相关关系。当秋季黑潮区域海温偏高时，当年东亚冬季风偏强；反之亦然。倪东鸿等[12]分析了夏季黑潮区域海温异常与我国夏季降水的关系。那么东亚冬季风与冬季黑潮海温之间的关系又是如何呢？对此，本文将作初步探讨，并力图得出一些有益的结论。
1 资料和方法
文中所用的资料有：（1）NCEP/NCAR提供的1949年1月～1999年12月再分析月平均海平面气压场、500 hPa高度场和850
hPa风场，以及1 000 hPa气温、感热、潜热通量资料（2.5°×2.5°网格）。（2）NOAA提供的1854年1月～2002年11月延长重构的月平均海表温度场资料（2°×2°网格），取其中的1950年12月～2000年2月的资料。
文中黑潮区域的范围为122～150°E、22～36°N，冬季为当年12月～次年2月的平均值。黑潮区域内各点SST的平均值定义为黑潮海温指数。文中采用施能等[13]给出的东亚冬季风强度指数的定义：首先对160°E和110°E的气压进行标准化，然后用110°E减去160°E的气压，并对20～50°N求和，再进行1次标准化。
文中用到的方法为相关分析、合成分析、高斯滤波、滑动相关等。
2 东亚冬季风的年际及年代际变化特征
分析发现，东亚冬季风具有明显的年际及年代际变化特征。20世纪50年代后期、60年代初～70年代末和80年代中期～90年代中期，东亚冬季风较弱；50年代初期和80年代初期，东亚冬季风基本较强。
3 东亚冬季风与冬季黑潮区域海温异常的关系
冬季黑潮区域海温指数与东亚冬季风指数之间有较好的负相关关系，两者在1950～1999年的相关系数为-0.396
4，并通过了0.01的信度检验。为了进一步揭示东亚冬季风强度与冬季黑潮区域海温之间的关系，图1给出了冬季黑潮区域海温指数与东亚冬季风指数滑动相关图。从图上可以看出，冬季黑潮区域海温指数与东亚冬季风指数为一致的负相关，而且相关系数都比较高。除个别年份外，基本上都超过了98%的显著性水平检验。尤其在1970～1980年，相关系数达到-0.7以上，通过了0.001的信度检验。说明冬季黑潮区域海温异常与东亚冬季风之间存在着非常显著的负相关关系。当东亚冬季风较弱时，黑潮区域海温偏高；反之，当东亚冬季风较强时，黑潮区域海温偏低。
为了更具体地了解东亚冬季风与冬季黑潮区域海温异常的关系，从东亚冬季风指数中挑出值>1.0的年份（1952、1954、1962、1967、1976、1980、1983、1985、1995年共9
a）作为东亚冬季风的高值年，<-1.0的年份（1957、1958、1965、1968、1971、1972、1978、1989年共8
a）作为东亚冬季风的低值年，再分析东亚冬季风年份的黑潮区域海温异常情况。结果发现，当东亚冬季风较强时，黑潮区域海温偏低，比平均值低0.3～0.6
℃；当东亚冬季风较弱时，黑潮区域海温偏高，但是幅度较小，只有0.1～0.3 ℃。
4 东亚冬季风异常与冬季黑潮区域海气温差的关系
4.1 东亚冬季风异常与冬季东亚地区1 000 hPa气温的关系
图2为1950～1999年东亚冬季风指数与冬季东亚地区1 000 hPa气温的相关系数图。由图可见，东亚冬季风与冬季东亚地区1
000 hPa气温的变化有十分密切的联系。东亚地区的相关系数均为负值，特别是在黑潮区域，其相关系数绝对值较大，均>0.05（超过了0.001的信度检验）。这表明东亚冬季风的异常明显影响冬季东亚地区1
000 hPa气温的变化。
当东亚冬季风偏强时，东亚地区1 000 hPa气温将明显降低，尤其是黑潮区域气温降低更为明显；反之，当东亚冬季风偏弱时，冬季东亚地区1
000 hPa气温将明显上升，在黑潮区域其上升幅度更大。
图3进一步给出了东亚冬季风指数高低值年份对应的冬季东亚地区1 000 hPa气温的距平合成分布情况。从图3a可见，在东亚冬季风高值年，冬季东亚地区1
000 hPa气温明显下降，最多可比平均状态下降1.2 ℃以上。在黑潮区域气温下降也是非常明显的，基本上降低了0.9
℃左右。图3b显示，在东亚冬季风低值年，冬季东亚地区1 000 hPa气温明显上升，上升最大可超出平均状态1.0
℃以上。在黑潮区域气温的变化也是非常明显的，基本上也上升了0.5 ℃左右。说明冬季东亚地区1 000 hPa气温变化明显受到东亚冬季风异常状况的影响；在黑潮区域，这种影响也是非常显著的。
4.2 东亚冬季风异常与冬季黑潮区域海气温差的关系
上述分析表明，东亚冬季风的变化与冬季黑潮区域1 000 hPa气温有着十分密切的关系。而东亚冬季风与黑潮区域的海气温差又是什么样的关系呢？下面以1
000 hPa气温代表大气温度，海表温度作为海洋温度，将黑潮区域平均的海洋温度减去大气温度作为该区域的海气温差指数，初步分析东亚冬季风与冬季黑潮区域海气温差的关系。分析结果表明：东亚冬季风指数与黑潮区域的海气温差指数标准化曲线变化非常相似，不论是年际变化还是年代际变化都基本一致，两者之间的相关系数达到0.7647，通过了99.9%的置信水平检验。由此可见，东亚冬季风与黑潮区域海气温差的关系相当密切。当东亚冬季风偏强时，黑潮区域的海气温差加大；反之，如果东亚冬季风较弱，则该区域的海气温差将明显减小。
5 冬季黑潮区域海气温差异常与其放热通量的关系
由于海洋向大气供给的放热通量垂直输送通常与其海气温差有关，而大气与海洋的相互作用基本上是通过交接面的能量和物质交换来进行的。下面分析冬季黑潮区域海气温差异常与其放热通量的关系。文中放热量为感热和潜热通量之和。图4给出了1950～1999年冬季黑潮区域海气温差指数与该区域放热通量的相关系数分布情况。由图可见，冬季黑潮区域海气温差异常与其放热通量的变化关系十分密切。在黑潮区域附近的相关系数均为高的正值，均通过了99.9%的置信水平检验，最大相关系数达到0.7以上。这说明冬季黑潮区域海气温差异常对该区域的放热通量的变化具有非常重要的影响。当冬季黑潮区域海气温差增大时，冬季该区域的放热通量将明显偏多，即冬季黑潮区域的暖洋流对其上层的大气的热量释放的加热作用增强；相反，如果当年冬季黑潮区域海气温差减小时，则对应的冬季黑潮区域的加热将明显减少。
为了更直观地看出冬季黑潮区域海气温差与其放热通量的关系，从冬季黑潮区域海气温差指数标准化序列中，挑出其标准化值>1.0的年份（1961、1962、1967、1973、1976、1980、1983、1985共8
a）作为冬季黑潮区域海气温差指数的高值年，标准化值<-1.0的年份（1951、1953、1958、1965、1968、1972、1989、1997共8
a）作为冬季黑潮区域海气温差指数的低值年，进行对比分析，并制成图5后发现，在冬季黑潮区域海气温差指数高值年，该区域放热通量明显增多，放热通量比正常年份增多50
W/m2左右，可见冬季黑潮区域放热通量对大气的加热将显著增多（图5a）。在冬季黑潮区域海气温差指数低值年，冬季黑潮区域放热通量明显减少，放热通量比平均值要减少50
W/m2左右。即在这种情况下，冬季黑潮区域的热释放偏少（图5b）。以上分析说明，冬季黑潮区域的放热通量变化与该区域海气温差的异常状况有密切关系。
6 冬季黑潮区域海温异常与西北太平洋地区放热通量异常的关系
图6给出了1950～1999年冬季黑潮区域海温指数与西北太平洋地区的放热通量的相关系数分布。如图所示，冬季黑潮区域海温异常与西北太平洋地区的放热通量为负相关关系。尤其在黑潮区域的南边（黑潮源地附近），相关系数达到-0.4以上，但是在黑潮区域其相关系数反而较小。说明黑潮区域海温与其源地的放热关系更为重要。当黑潮区域海温较低时，黑潮及其源地附近的放热通量偏少；而当黑潮区域海温较高时，黑潮及其源地附近的放热通量偏多。
图7进一步给出了冬季黑潮区域海温指数高低值年的西北太平洋地区的放热通量差值图。从图上可以清楚地看出，冬季黑潮区域及其南边海域的放热通量为负值区，而且差值在黑潮源地附近更大，可达到-50
W/m2以上。表明冬季黑潮区域海温异常高时，西北太平洋地区的放热通量比平均值小，特别是在黑潮源地附近；反之，则西北太平洋地区的放热通量偏多。
7 结语
（1）东亚冬季风强度与冬季黑潮海温指数呈负相关。当东亚冬季风偏强时，冬季黑潮区域海温偏低；反之，当东亚冬季风偏弱时，冬季黑潮区域海温则偏高。
（2）东亚冬季风强弱与冬季黑潮海温指数关系的具体过程，可能是东亚冬季风异常偏强（弱）造成了黑潮区域1 000 hPa气温的明显下降（上升），而由于黑潮区域海温的变化相对较小，使得黑潮区域的海气温差也发生了显著的增大（减小），从而使得该区域的海洋热通量也相应地增多（减少）。这种海洋热通量释放的增多（减少），造成该区域的海温下降（上升）。
（3）由于文中的工作采用的是统计分析方法，所作的探讨也是初步的，有待于利用数值模拟进行更进一步的研究。
参考文献
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Relationship Of East Asian Winter Mosoon
And Winter Kuroshio SSTA
LI Zhong-xian1 , CHEN
Jian-ping2
(1.Department of Atmosphere Science , NUIST , Nanjing 210044 , China;
2.Environment Forecast Center of Jiangxi Province , Nanchang 330046 ,
China）
Abstract： Analyzed are the
relationship of winter kuroshio region SSTA and East Asian Winter
Monsoon (EAWM) and its possible mechanism by the statistical methods.
Results indicate that EAWM relates the winter kuroshio SSTA closely,
namely, the winter kuroshio SSTA becomes positive (negative) when there
is a strong (weak) EAWM. The possible mechanism might be that when there
is a strong (weak) EAWM, the 1000hPa air temperature over kuroshio
region greatly decreases (increases), along with the SST changed quite a
little, resulting in the air-sea difference in temperature becomes
larger (smaller) and the ocean heat release increases (decrease),
therfore the SST over kuroshio decrease (increases).
Key words: Kuroshio East Asian Winter monsoon SSTA
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收稿日期：2004年12月18日
第一作者简介：李忠贤（1979－），男，博士在读，主要从事海气相互作用研究。
*本文受“江苏省研究生培养创新工程”项目资助（E30000008098－2） |
