科研歷史
中國近現代氣象學與氣候學研究的開拓者是“
竺可楨”,竺可楨於民國十年(1921年)出任中國第一個地學系——國立東南大學地學系系主任,講授氣象學、世界氣候等課程。民國二十年(1931年)竺可楨按照簡單明確、與天然區域符合以及和大氣環流相一致的原則,將中國開創性的劃分為8個氣候區域。還認為自然區劃工作必須也能夠為農業生產服務,在竺可楨力主下,中國
綜合自然區劃以氣候因素為主,各帶的劃分主要是氣候帶的劃分。
於中國而言,秦巴山地
地帶性植被從南向北發生了明顯的變化,主要表現為常綠闊葉林帶逐步過渡為
落葉闊葉林帶,秦巴山地因此常被作為亞熱帶和暖溫帶氣候分界線,即
南北分界線。但是分界線具體在哪裡卻出現了較大的爭議,主流觀點有3類:秦嶺主脊、秦嶺南坡和秦嶺北坡。20世紀50年代進行的自然區劃工作中,竺可楨於1958年用大於等於10攝氏度積溫為主要指標,確定中國熱量帶(溫度帶)分布,以4500℃確定為亞熱帶與暖溫帶的分界線,並提出亞熱帶是熱帶和溫帶之間的過渡帶,充分反映自然地理現象的連續過渡性。進入21世紀,對於中國亞熱帶的北界問題的重新測定也有了一定成果和突破。
世界氣候圖,距周淑貞,1979年修改氣候系統
形成機制
亞熱帶大陸東岸因地處回歸線附近,故形成
亞熱帶氣候。又地處副熱帶沿海一帶,夏季受海陸氣溫差異影響,吹東南風,冬季受來自西伯利亞的寒風影響,吹西北風,這二者輪流控制,季節性交替,偏角超過120度,形成了季風;又其降水受行星風帶和巨大地形影響顯著,天氣的非周期性變化和降水季節變化都很顯著,因而形成季風氣候。
東亞副熱帶季風
▪東亞副熱帶季風與南海季風
中國地處東亞季風區,天氣氣候主要受季風影響。陳隆勛等(1983)提出了東亞季風系統的概念。朱乾根等(1986)明確提出東亞季風區可分為南海西太平洋熱帶季風區(簡稱熱帶季風區)和大陸—日本副熱帶季風區(簡稱東亞副熱帶季風區)。喻世華等(1986,1991)也指出東亞季風環流由熱帶季風環流和副熱帶季風環流組成,正是環流特徵的多樣性,引起了東亞季風降水的複雜性。
▪東亞副熱帶季風的建立
大量觀測事實表明,東亞副熱帶夏季風於3月底4月初就已建立。此時在副熱帶地區,對流層低層盛行的冬季偏北風轉變為偏南風,降水距平由負轉正,日降水率高達6 mm/d,同時經向風垂直切變、冷暖平流、中高層垂直運動等也都發生了顯著的季節轉變,冬季控制中國大陸的冷高壓系統性東移至我國東部沿海等。這些特徵均標誌著東亞副熱帶夏季風的建立。
東亞副熱帶夏季風建立的關鍵推動力是緯向海陸熱力差異。由冬至夏,東亞大陸(包括青藏高原)由冷源轉為熱源,使得東亞大陸與西太平洋的緯向熱力差異首先在副熱帶地區由“西冷東暖”轉變為“西暖東冷”。大陸感熱加熱迫使低層大陸冷高壓東移入海,激發副熱帶地區低層偏南風的建立。低層南風一方面輸送低緯度熱量,維持“西暖東冷”的形勢,另一方面它使得垂直經向風切變(低層減高層)由負轉正,產生上升運動,進而形成降水釋放潛熱加熱中高層大氣。通過“熱力適應”過程,潛熱加熱又加強低層南風,激發高層偏北風的出現,同時凝結潛熱對“西暖東冷”的熱力分布也有很強的正反饋作用。
事實表明,東亞副熱帶夏季風雨季建立明顯早於熱帶夏季風雨季,兩者的雨帶、強低空輻合帶、強垂直運動帶均是相互分離的,因此,東亞副熱帶夏季風雨帶並不是熱帶夏季風雨帶向北推進的結果。3月底到4月初,東亞副熱帶夏季風雨帶首先在江南地區建立(也有學者稱之為“春雨”),並徘徊在華南地區(包括台灣地區)形成華南前汛期。南海夏季風於5月中旬建立後,前汛期雨帶向北推進,於6月中旬形成江淮梅雨,7月中旬以後移至華北、東北地區,形成北方雨季。因此,3月下旬至南海夏季風建立前的這一多雨時段,應屬於東亞副熱帶夏季風的早期階段。
▪東亞副熱帶季風與梅雨
南海熱帶夏季風於5月中旬建立,由於熱帶夏季風的推動,華南前汛期雨帶向北推進,於6月中旬推進至江淮流域,梅雨季節開始。7月中旬雨帶北推至華北-東北地區,形成北方雨季。大量證據表明,梅雨季節是東亞副熱帶夏季風的典型階段(盛期),其雨量大,強降水頻發,容易造成我國江淮流域大範圍洪澇災害。
江淮梅雨入梅日期,研究了江淮梅雨入梅的年際變化與前期冬季環流和前期冬春季海溫的關係,發現江淮入梅早晚與前期冬季的北大西洋濤動存在顯著的相關關係。入梅早的年份,其前期冬季北大西洋濤動強,而入梅晚的年份,則前期冬季北大西洋濤動弱。同時也發現,江淮梅雨入梅早晚與前期冬春季的北大西洋海溫之間存在較為穩定持續的顯著負相關區。
梅雨期降水量存在明顯的年際變化,降水異常偏多或偏少可造成江淮流域嚴重的洪澇災害或乾旱,如1954年、1991年、1998年和2020年洪澇以及1958年和1994年乾旱。江淮梅雨期降水量的年際變化既受到來自熱帶低緯度系統的影響,同時也受到中高緯天氣系統的影響。何金海等(2006)發現頻繁的東北冷渦活動具有顯著的“氣候效應”,即東北冷渦活動異常會引起季節平均氣溫和降水的異常,對梅雨期降水存在明顯的作用。他們發現梅雨期東北冷渦與降水量存在顯著的相關關係,東北冷渦越強,梅雨期降水量越多,東北冷渦越弱,梅雨期降水量也偏少。
東北冷渦影響梅雨的機制大致為:江淮地區南側對流層中高層氣壓梯度力加大,動能也隨之增大,接著通過動能下傳致使江淮以南地區西南低空急流形成,將大量的暖濕氣流輸送到江淮地區並與東北冷渦引導南下的乾冷空氣相互作用,形成“上乾下濕”的不穩定層結,有利於梅雨鋒的形成與維持,在上升運動的觸發下,最終導致梅雨量偏多。2020年夏季,長江流域發生了重大的持續性暴雨與洪水災害。其中一個重要原因就是東北冷渦不斷地向南輸送冷空氣,並與北上的季風暖濕氣流在長江流域相遇,造成了長江流域的多次強暴雨過程。這證實了東北冷渦對梅雨的氣候效應。
氣候特性
亞熱帶季風氣候總體氣候特徵為夏熱冬溫,四季分明,雨熱同期,季風發達。以中國的亞熱帶季風氣候為例,其具體氣候特徵為:
亞熱帶季風氣候熱量豐富,年平均氣溫為15-22℃,最冷月平均氣溫在0-15℃之間,溫暖指數為135℃每月至240℃每月之間;從0℃以上積溫來看,長江至亞熱帶北界為5500-6000℃,長江至南嶺為6000-7000℃,南嶺至亞熱帶南緣則達到7000-8000℃;從無霜期來看,江淮流域初霜期在十一月中旬至十二月初,終霜期在翌年3月中下旬結束,達230-240天以上,而四川盆地則達300天以上,雲貴高原受高度影響為260-270天,兩廣地區則為300天以上。
亞熱帶季風氣候降水充沛,但季風性特徵明顯;從地域來看,降水總量從東南沿海向西北內陸遞減,東南沿海可達2000毫米,而長江流域為1000毫米;從時間來看,春季降水約占全年降水總量的20-45%,夏季為30-50%,秋季為15-20%,冬季僅有10-15%。
自然景觀
亞熱帶季風氣候的地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林,亦稱之為亞熱帶季風林。殼斗科、樟科、山茶科、木蘭科和金縷梅科等是
常綠闊葉林中的主要樹種。典型的亞熱帶常綠闊葉林中的樹木通常具有樟科植物的特徵,葉片革質全緣、表面光亮,葉面常迎向陽光照射的方向,因此,常綠闊葉林又有照葉林之稱。典型的有樟樹、茶樹、柑橘樹、甘蔗等。
亞熱帶季風氣候區地域範圍廣,地形複雜多樣,因此其還有亞熱帶常綠落葉闊葉混交林、亞熱帶乾熱河谷稀樹灌叢、山地常綠闊葉林、
熱帶季雨林等
非地帶性植被。
氣候類別
亞熱帶季風氣候地域範圍廣,跨越緯度大。根據其熱量和降水等氣候因子的差異,將亞熱帶季風氣候劃分為北亞熱帶季風氣候、中亞熱帶季風氣候和南亞熱帶季風氣候。
北亞熱帶
北亞熱帶季風氣候區地處冷暖氣團交匯和南北氣候過渡區,其溫暖指數高於135℃每月,1月均溫0-5℃,7月均溫24-29℃,年平均氣溫約13.5-16.5℃,絕對最低氣溫大於零下20℃。10℃以上年積溫約4500-5400攝氏度,無霜期約200-250天。
中亞熱帶
中亞熱帶季風氣候區為亞熱帶的中間地帶,其溫暖指數不足175℃每月,其受海洋影響相對較大,具有海洋性暖濕氣候特點,特別是朝鮮半島南部和日本南部。各地的年降水量普遍豐富,大多為1000-1500毫米。年均溫多在16-20℃左右,最冷月均溫一般在2-8℃之間,冬季絕大部分地域比較暖和。
中亞熱帶向南亞熱帶的過渡地區,一月均溫大於7℃,一般小於20℃,年最低溫一般大於2℃,歷史極端最低溫大於-4℃,10℃以上積溫5900℃至6300℃,多年不見下雪,年均溫大於18℃。
南亞熱帶
南亞熱帶季風氣候區南部與熱帶季風氣候相鄰,受海洋影響較大,其溫暖指數為175℃每月至240℃每月之間,熱帶海洋氣團較為活躍,夏秋之交多颱風雨,年降水量可達2000毫米,有明顯亞熱帶向熱帶過度的特徵。
南亞熱帶的南半部分,接近邊緣熱帶,氣候學上無霜期大於320天,最冷月均溫在12攝氏度以上,10攝氏度以上年積溫大於7500。
氣候變化
1999年至2007年期間,中國植被NDVI在北亞熱帶濕潤區和中亞熱帶濕潤區都是以2000年最低,以2004年最高;在南亞熱帶濕潤區是以2000年最低,2003年最高。3個氣候區植被NDVI在這9年間都有增加,其中以北亞熱帶濕潤區植被NDVI增加較多,分別以0.085/10年速率極顯著增加,在中亞熱帶濕潤區,植被NDVI以0.057/10年的速率弱顯著增加,在南亞熱帶濕潤區,植被NDVI的增加不顯著。
部分中國學者的研究表明,氣候變化導致的氣溫上升使中國一年三熟區界限北擴超過360公里。由於氣溫的升高,導致農作物蒸散普遍增加。降水的增加使得未來中國長江以南地區將更加濕潤,東南部的中、南亞熱帶地區則由於降水過多不利於作物生長,使得生長期有所縮短。在山地高原區,農作物的種植區域也會向高海拔地區移動,但面臨的農業氣象災害也將增加,如病蟲害的增加,作物生育期的縮短等。
地域分異
日本和韓國的亞熱帶季風氣候相較於中國緯度更高,降水更為均勻,氣溫年較差也較小,這是因為其離海洋更近,受
極地大陸氣團影響更小,其海洋性特徵更加明顯。同時,
日本暖流(黑潮)流經該地區,也會使暖流沿岸增溫增濕。
中國的亞熱帶季風氣候內部差異同樣較為顯著,東部濕潤區的亞熱帶季風氣候維度跨度大,其季風性也有大小之分,西部內陸區的季風氣候,受地形影響,具備明顯的高原性特徵。
地域分布
中國分布
世界分布
代表城市
亞洲:昆明(中國)、南京(中國)、上海(中國)、蘇州(中國)、六安(中國)、合肥(中國)、杭州(中國)、南陽(中國)、溫州(中國)、寧波(中國)、紹興(中國)、揚州(中國)、湖州(中國)、武漢(中國)、長沙(中國)、貴陽(中國)、荊州(中國)、重慶(中國)、成都(中國)、福州(中國)、莆田(中國)、泉州(中國)、廈門(中國)、廣州(中國)、深圳(中國)、珠海(中國)、中山(中國)、東莞(中國)、江門(中國)、香港(中國)、澳門(中國)、高雄(中國)、宜蘭(中國)、基隆(中國)、彰化(中國)、花蓮(中國)、新竹(中國)、台中(中國)、台北(中國)、南寧(中國)、桂林(中國)、九江(中國);釜山(韓國)、蔚山(韓國)、仁川(韓國)、大邱(韓國)、濟州(韓國);千葉(日本)、京都(日本)、東京(日本)、愛媛(日本)、香川(日本)、高知(日本)、德島(日本)、佐賀(日本)、橫濱(日本)、宮崎(日本)、長崎(日本)、大阪(日本)、名古屋(日本)、埼玉(日本)、廣島(日本)、福岡(日本)、大分(日本)、茨城(日本)、鹿兒島(日本)、那霸(日本)。
大洋洲:坎培拉(澳大利亞)、悉尼(澳大利亞)、布里斯班(澳大利亞)。
北美洲:里奇蒙(美國)、亞特蘭大(美國)、奧蘭多(美國)、邁阿密(美國)、紐奧良(美國)、休斯敦(美國)、達拉斯(美國);拿騷(巴哈馬)。
南美洲:聖保羅(巴西)、庫里蒂巴(巴西)、阿雷格里港(巴西)、亞松森(巴拉圭)、蒙得維的亞(烏拉圭)、布宜諾斯艾利斯(阿根廷)、羅薩里奧(阿根廷)。
意義