越赤道气流对南北半球大气环流物理量的输送平衡也有很大作用。气流上、下层不同,冬夏迥异,如一般说,七月份低层有若干自南半球流入北半球的强气流通道,高层有自北半球流入南半球的强气流通道,一月份情况相反。计算结果示出,由越赤道气流造成的两半球间的感热输送、位能输送及动能输送在低空都是从冬半球输入夏半球,在高空则由夏半球进入冬半球,而越过赤道总的净输送则自夏半球输送到冬半球,这对两半球在冬季温度不致过低及环流较夏季强有重要作用。因水汽集中于低空,故水汽与潜热净输送为从冬半球输送至夏半球,这对两半球在夏季的总降水量较冬季大有重要作用。Ω角动量输送(随而是大气质量输送)为从夏半球输向冬半球,这对两半球在冬季海平面气压较夏季为高有重要作用。相对角动量输送无论一月与七月均从南半球输向北半球,故南半球表现为一个相对角动量源。另指出索马里越赤道气流通过40°~70°E范围的水流输送对我国长江中下游的旱涝发生有很大作用,例如从表1清楚可见,1980至1983年各年夏季(6~8月)在850hPa与700hPa通过赤道40°~70°E的平均水汽通量(A)在偏涝年(1980,1983)即较偏旱年(1981,1982)为大。随而通过20°N纬圈,90°~110°E的水流通量(B)亦如此。
从根本上说,在自转的地球上,大气环流是由自赤道至极地之间大气受不均匀加热所启动的,如果赤道和极地之间对大气加热条件发生变化,大气环流必将发生明显变异。就下垫面加热说,人们正确认中东赤道太平洋海温异常(El Nino)可引起印度与我国的季风环流及降水出现异常,但赤道海温异常仅是赤道与极地之间下垫面加热条件改变的一个方面,其它诸如陆上雪盖、极地海冰异常及植被变异等也将是重要的,这些因子都能通过大气与下垫面间热量、水汽交换的改变、反照率改变导致辐射平衡的改变而影响大气,特别是极冰异常可使极区热汇强度改变,更值得重视。黄士松等研究了极地海冰变异的短期气候效应,揭示出无论是北极或南极的海冰异常都可导致全球大气环流与气候的异常,其中包括副热带高压和季风的异常,并首次提出极地海冰异常的影响可与赤道中东太平洋海温异常(El Nino事件)的影响相比拟的论说。指出如果赤道海温和极地海冰同时出现异常,影响孰大则视两者的相对大小及地区如何而定,一般说,在欧亚大陆地区,极地海冰影响可占优势。其影响的物理抗制由数值试验示出:例如在极地海冰面积为正异常,则该区大气低层气温负距平,气压正距平,而高空等压面出现高度负距平,大气局地响应甚为显著,这些局地响应乃通过环流调整形成各种波列影响到遥远地区。而大气响应的波列在中高层具有相当正压结构,低层波列则呈斜压结构,故在大气中高层,局地区域的响应将通过二维Rossby波向高纬与低纬频散能量。例如图2即表示北极Ⅳ区(即20°W~70°E间的大西洋北部极区)一月份海冰正异常时200hPa30天平均高度距平场,清楚可见,在北半球出现从大西洋跨越欧亚到我国东部与太平洋的AEAP型波列以及从太平洋到北美的PNA型波列。北极Ⅳ区海冰异常即由此影响到我国及西太平洋低纬地区,随而又影响到北美。
黄士松上述的以及其他的创造性研究工作,提出了很多新的发现、理论和观点,具有重大的学术意义与指导意义,为丰富天气动力学内容及提高我国天气预报水平做出了重要贡献。
本文标题:黄士松与副热带高压及低纬大气环流(2)
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