Муссоны являются важным компонентом глобальной климатической системы, вариации которых играют решающую роль в погоде и климате в муссонных регионах. Китай расположен в регионе Восточно - Азиатских муссонов, и поэтому исследования муссонов всегда занимали видное место в повестке дня китайских метеорологов. Исследования муссонов в Китае ведутся уже почти 80 лет.
Описание индексов муссонов
Индекс муссонов является критическим параметром для количественного описания и изучения муссонов. Для того чтобы отразить сущность муссона, предложили различные индексы муссона. Для определения индекса зимних муссонов в Восточной Азии (EAWM) рассматривались некоторые факторы, например, дифференцированное нагревание суши и моря, меридиональные средние региональные значения ветра по Восточной Азии и зональные горизонтальные сдвиги ветра. Хорошо известно, что меридиональный ветер является одним из важнейших аспектов EAWM.
Однако зональный ветер также играет важную роль, поскольку сильный зональный ветер над средними и высокими широтами может препятствовать вспышкам холодного воздуха в южном направлении. Учитывая двухмерные векторы ветра, были определены два различных направления EAWM, что позволило получить полное представление о муссонах. Исходя из обратной тенденции между интенсивностью тропического муссонного прогиба и фронта мейю и изменением их ветровых аномалий, определили индекс ЕАSМ как разность зональной ветровой аномалии 850 гПа между тропической зоной и субтропической областью.
Используя метод объединения динамических и термодинамических факторов, рассмотрели юго-западное и исходящее длинноволновое излучение (OLR) в регионе муссонов Восточной Азии для синтетического построения индекса EASM, который может надлежащим образом отражать не только межгодовое изменение субтропических муссонов Восточной Азии, но и суть муссонной системы. Установлен был новый индекс муссонов, объединив зональный сдвиг ветра между верхним и нижним уровнями.
При изучении связи между температурой тропосферы и летними муссонами в Азии (ASM) установили, что обратный переход меридионального температурного градиента на верхнем уровне обычно происходит раньше или синхронизирован с наступлением летних муссонов как в Восточной Азии, так и в регионах с муссонами в Индии.
Поэтому данный индекс получил название единый индекс муссонов и представляет собой значительный прогресс в изучении индексов муссонов. Был принят метод нормализованной конечной временной вариации для количественного определения критического дня резкого перехода в атмосферной циркуляции, который на 2-4 дня раньше так называемой датой начала муссона, т.е. предустановленной даты наступления муссона.
В тропической или субтропической зоне муссонов сезонная корректировка и переход атмосферной циркуляции в стратосфере уже закончились до начала летних муссонов на более низком уровне. Затем он внезапно простирается вниз к тропосфере, вызывая муссон в нижнем ярусе, что указывает на сезонный переход атмосферной циркуляции от зимы к лету, начинается сначала в Южном полушарии и в стратосфере.
До сих пор в исследовании муссонных индексов есть три аспекта:
- Интенсивность муссона, как описано ветрами (зональными или меридиональными), дивергенциями, вихревыми изменениями или переносом влаги, усредненными по площади, которая непосредственно вытекает из самой циркуляции муссона;
- Сила муссона, как описано комбинацией параметров циркуляции и осадков или конвективных (например, OLR), усредненных по площади;
- Индекс EASM, определенный с использованием термических, сезонных и территориальных, или зональных характеристик, индексов.
Какой бы индекс ни использовался, он уместен, если он позволяет проводить различие между наводнениями и засухами и имеет существенное отношение к циркуляции или параметрам циркуляционных систем (например, положение и площадь субтропического максимума), а также если связь может поддерживаться, поскольку база данных наблюдений является длительной. Если такой индекс может отражать и дату резкого сезонного перехода циркуляции, то его можно использовать для определения даты наступления муссона.
Механизмы формирования муссона
Основополагающим механизмом формирования муссона обычно считается тепловой контраст между сушей и морем. При этом формирование муссона связано с сезонными различиями в солнечной радиации между Северным и Южным полушариями.
Однако, если поверхность полностью покрыта океанами, муссон, возможно, все еще будет существовать. В такой модели океана температура поверхности моря может играть важную роль в возникновении и существовании муссонов. При введении форсирования сезонных колебаний SST численные эксперименты моделировали не только ярко выраженную муссонную циркуляцию, но и резкие вспышки и особенности активного прорыва.
Муссон, вероятно, является результатом сезонного перемещения. Тепловой контраст между сушей и морем, как и разница в SST, определяет меридиональное положение полосы ITCZ. Орографические изменения оказывают большее влияние на муссон, чем тепловой контраст между сушей и морем.
Образование муссонов является результатом сотрудничества между различными движущими силами. Существуют две движущие силы для производства муссонов:
- Тепловая конвективная циркуляция планеты (вызванная сезонными различиями солнечной радиации между Северным и Южным полушариями);
- Квазистационарная планетарная волна, вызванная различиями характеристик поверхности (включая тепловой контраст суши и моря, орографическую высоту и т.д.).
Поэтапное изменение влажности воздуха и процесс ее переноса могут накапливать и перераспределять солнечную энергию в тропиках и субтропиках, избирательно высвобождать энергию и определять интенсивность и местоположение муссонной циркуляции и осадков.
Муссоны появляются в Африке, Южной и Восточной Азии, а грубое распределение муссонных регионов аналогично фактической ситуации, указывая на то, что распределение суши и моря является первичным в формировании азиатских муссонов. После введения в эксперимент идеального плато севернее западной стороны плато в нижней тропосфере проходит вокруг западной, а муссон с юго-западной стороны отступает на юг, поэтому муссонные осадки в Африке к западу от плато отделены от муссонных осадков в Азии.
Нагревательно-насосное действие плато усиливает южную и юго-восточную периферию и приводит к образованию сильного очага осадков от северной части Бенгальского залива к югу от плато. Судя по разнице двух экспериментов, циклоническая циркуляция низкого уровня, вызванная плато летом, заметно усиливает юго-западные широты на юго-востоке Евразийского континента и переносит муссон на северо-восток Китая по адресу 50◦N, что значительно усиливает муссон Восточной Азии.
Тепловой контраст между африканским континентом или индийским субконтинентом и прилегающими районами (включая Индийский океан, Аравийское море) может быть основным механизмом поддержания индийской циркуляции муссонов. В частности, первое имеет большее влияние.
Однако тепловые контрасты между Индокитайским полуостровом и Южно-Китайским морем, Австралией и западной частью Тихого океана играют решающую роль в формировании тропических муссонов, что указывает на целесообразность разделения азиатской муссонной системы на Восточно - Азиатские муссоны и муссоны Южной Азии.
Соответствующий индекс муссонов благоприятен для поиска корреляции между муссонной изменчивостью, другими системами циркуляции и изменчивостью климата, для установления связи между муссонной изменчивостью и факторами внутреннего и внешнего воздействия, а также для объективной оценки потенциала цифровых моделей для воспроизведения муссонной изменчивости. Различные индексы муссонов до сих пор оказывают определенное влияние, но не соответствуют всем пожеланиям. Основная проблема заключается в том, что восточноазиатские муссоны содержат тропические муссоны в западной части Тихого океана и субтропические муссоны в материковой части Китая.
Муссон простирается на 40-50 широт и находится под значительным влиянием средних и высоких широт. Поэтому выбор Восточно - Азиатского индекса муссонов намного сложнее, чем выбор индийского индекса муссонов. Интенсивность циркуляции и количество осадков в Восточноазиатском муссонном регионе характеризуются скорее распределением, чем "единогласием", поэтому показатели, определяемые различными под районами и различными параметрами, не имеют точек соприкосновения, и даже приходят к противоположным выводам.