6．3．1 季风的形成机制

    Halley在1686年最早提出：季风形成的原因是与太阳辐射季节循环有关的海陆热力状况差异的季节性反转。50年代以来，许多气象学家对这一经典的提法作了进一步的修正，即认为季风现象主要是行星风带季节性位移的结果。70年代末以来，特别是通过1979年的季风试验，人们开始认识到青藏高原的热力和动力作用以及南北半球气流间的相互作用的重要性。到目前为止，通常认为形成季风的主要原因有四个，即海陆热力差异、行星风带的季节变化、大地形的作用和南北半球气流的相互作用。

    由于海陆热力差异产生了经典的海陆季风，即冬季大陆为冷源，海洋为热源，风从大陆吹向海洋；夏季大陆为热源，海洋为冷源，风从海洋吹向大陆。海陆热机造成的风向变化反映了季风的本质。如果只考虑海陆热机是季风的惟一成因，那么在所有的海边都有季风，而且高纬(度年较差比低纬的大得多)季风要比低纬季风显著得多，但实际情况正好相反，最显著的季风气候就在亚洲-非洲的低纬地区。同时，研究表明(叶笃正，1979)：从海陆分布推算印度的西南季风厚度不超过2000m，而我国西南地区季风的实际厚度达5000～6000m或更高。因此，难以单纯地由海陆热力差异来解释季风的成因。

    另一方面，在表面均匀的地球上，行星风带基本上是纬向的，地表太阳辐射地理分布的季节变化，引起行星风系的季节变化。在两支行星风带交替的区域，行星环流发生季节转移，盛行风向往往近于反向，有人称这种现象为行星季风，这种现象以低纬地区(30°N～30°S)最为显著。恰恰东半球的低纬地区(从东非经南亚到东亚以至西太平洋)，海陆热机和行星风带季节变化的作用一致，造成了最显著的季风气候区。

    青藏高原对季风环流的影响，既有热力作用，又有地形动力作用。研究表明(叶笃正，1979)，巨大而高耸的青藏高原与周围自由大气间同样存在季节性热力差异。对青藏高原上空的大气来说，从3～9月是个热源，7月平均强度为877.8J/cm·d；冬季由于强烈的辐射冷却，是个冷源，1月平均强度为-627J/cm·d。为了区分高原与邻近大陆地区的热力差异，对沿30°N的高原地区(70°～110°E)及亚非地区(0°～160°E)的平均温度偏差(相对于30°N同高度的纬圈平均)作一比较(如图6.10a)。冬季在200hPa以下的高原上空，气温普遍低于季风区，最大温差1.2°C，出现在700hPa高度上；在200hPa以上的高原上空，高原地区的平均温度稍高于季风区的平均温度。夏季高原的高原热力影响更为明显(如图6.10b)，夏季季风区和高原区除100hPa以外，各层气温均比同纬度纬圈平均温度高，而高原区各层气温均高于季风区的气温，这显示了夏季高原对大气的巨大加热效应。

    由于冬季青藏高原是个冷源，高原低层形成冷高压，盛行反气旋式环流，其东南侧盛行北-东北风，与东亚冬季风一致。在夏季青藏高原是个热源，高原低层形成热低压，盛行气旋式环流(如图6.11)。它与西太平洋副高相配合，不仅使其东侧的西南季风增厚，而且使夏季西南季风更加深入到华北以至东北地区。另外，夏季高原巨大的热源，有助于高层南亚高压和东风急流的形成与维持，与印度西南季风的爆发有直接关系。

    Hahn和Manabe的数值试验讨论了有无青藏高原对西南季风环流形成与维持的作用(Hahn，1975)。其结果如下：

    (1)无高原地形时，大陆热低压中心位于我国东北；有高原地形时，中心位于青藏高原和巴基斯坦上空。

    (2)无高原地形时，此地上空不出现高空反气旋。反气旋中心位于西太平洋上空，且此地上空为强西风急流区，高空东风急流和低空西风中心均位于10°N上空，刚好为海陆交界；而有高原地形时，在高原地形南坡20°N处和15°N各出现一对高空东风和低空西风中心，这显然是高原上的山脉、海陆的热力差异造成的。

    (3)有高原地形时和无高原地形时经圈环流有很大差异。有高原地形时，季风环流圈十分明显；在无高原地形时，Hadley环流圈特别明显。前者高原上是强上升气流，而后者是下沉气流。

    (4)有高原地形时，出现季风爆发现象，并且副热带急流从高原南坡25°N处突然向北跳跃到45°N处稳定下来；无高原地形时，副热带急流两个月内逐渐北进到45°N，也无季风爆发现象。

    尽管上述季风数值试验还存在一些重大的缺陷，但总的来看，无论从天气分析还是从动力分析，都说明高原动力作用和热力作用对东亚季风的作用是重要的。正是这些作用，把高低空季风联系起来，形成东亚地区独具特色的季风环流。

    南北半球侧向交换过程是南北半球环流相互作用的主要形式之一，跨赤道的空气输送在季风区最明显，其中北印度洋是赤道气流中最重要的通道。在北半球夏季，亚洲南部两支季风环流都起源于南半球高压系统。HuangShisong等(1987)对越赤道气流和赤道西风的变化与南半球高压系统活动关系作了研究，发现在850hPa上，当南半球马斯克林高压加强以后，45°E附近东非沿岸的越赤道气流得到加强，然后在10°N、50°E附近赤道西风加强，并向东推进；同样，澳大利亚附近高度场增加时，加大了澳大利亚北侧的越赤道气流，然后加强南海、西太平洋附近的西南气流。越赤道气流和赤道西风的加强进而影响到印度季风和东亚季风。

    南北半球环流的侧向耦合过程也是南北半球环流相互作用的一种形式，如南北半球环流的低频振荡和遥相关就属于这一范畴(Chen Longxun，1988)。

    除了上述四个因素以外，针对亚洲夏季风具有突变性的显著特征，人们还注意到大气内部过程，主要研究有三个方面：①多平衡态理论；②正压不稳定理论；③低频振荡的触发作用。详细内容可参考有关文献，这里不再赘述。

    在以上这些因素中，海陆本身的热力状况及其差异，以及行星风带的季节变化，是形成季风的基础，而大地形的动力和热力作用、半球间气流的相互作用以及大气内部过程，则是起到加强季风特色的作用。正因为这样，南亚和东南亚是季风的显著地区。