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淺談夏季季風
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淺談夏季季風

http://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/esf/magazine/980303.htm

吳明進/台灣大學大氣科學系

再過幾個月,台灣地區的梅雨期就要開始了,而梅雨期揭示的正是夏季季風即將來臨了。由於台灣位於亞洲季風區,季風的變化深深影響著台灣的氣候,所以,若要認識台灣夏季的氣候特徵,那麼必須先清楚夏季季風扮演的角色。

此外,亞洲季風區目前大多屬於開發中國家,很大比例的人口從事農業,而農業的收成卻深受天候,特別是降水量的影響。因此,亞洲夏季西南季風的預報向來都是政府施政的重要參考依據,了解亞洲夏季季風的重要性自不待言。

本文將先介紹亞洲的夏季季風,然後探討季風如何影響台灣的氣候。

何謂季風?

顧名思義即知,季風指的是季節性的風,英文名稱為monsoon,此辭源自阿拉伯語"mausem",意為季節。

自古以來,生活在印度洋一帶的人們,特別是阿拉伯海沿岸的居民,即已熟知當地每年有半年盛行吹西南風、半年盛行吹東北風。水手便利用這種盛行風向會隨季節轉換的自然現象,揚帆來往於印度半島和東非之間。也因為這樣,一般人提到季風,大多指的是知名的印度半島季風。隨著文明的開展,如上往後科學家不斷收集各地的氣象、海洋資料分析研究,才知道季風這種大氣和海洋環流系統,實際上不僅出現在印度半島和東非之間,而是涵蓋了亞洲、非洲和澳洲,以及鄰近海洋的熱帶、副熱帶地區。

《圖一》黑線圍繞的區域是根據二度空間的大氣環流定義出來的亞洲季風區、非洲季風區和澳洲季風區。暗紅色陰影區則是依地面觀測定義出來的季風區。

季風有哪些特色?

季風關係著南半球和北半球大氣的交換,因此它的特色之一是涵蓋的尺度範圍很大,特色之二是它會帶來豐沛的降雨。

季風的大氣環流系統是地球上隨著季節改變的環流系統中尺度最大、變化也是最顯著的──盛行風會隨著季節改變,帶來大尺度的冷暖、乾濕變化,例如夏季的盛行西南風為亞洲季風區的印度、東南亞和中國大陸東南部帶來豐盛的降水,不僅滋潤了大地萬物,且孕育了輝煌的古代文明,甚至使得亞洲季風區成為世界上人口最密集的地區,人口也估了全世界絕大部份的人口。

季風是如何形成的呢?

基本上,季風環流系統可以看成一個超大尺度的海陸風系統,若要了解季風的形成原因,則必須先知道什麼是海陸風,以及海陸風的成因(詳見後述)。

海陸風在夏季的海岸地區非常常見──白天,大氣低層的風從海洋往陸地吹,形成海風,大氣高層的風從陸地往海上吹;到了晚上就完全倒轉過來,大氣低層的風從陸地吹向海洋,形成陸風,而大氣高層的風從海洋吹向陸地。

海陸風主要是因為海洋和陸地對太陽輻射加熱或冷卻的速度不同所引起的,正因為這種海陸日夜溫度變化的差異,才造成海陸風隨日夜改變的現象。同樣地,季也是因為大範圍的海洋和陸地對於太陽輻射年變的反應差異不同而造成的。以北半球的亞洲季風區和非洲季風區來說,當夏季太陽直射北半球,歐亞非陸地會被迅速加熱,大氣低層形成低壓帶,風會由南方的海洋次向陸地,但由於科氏力的作用,則轉成西南風,因此,該地區的夏季是盛行西南風的季節。到了冬季,太陽直射南半球,歐亞非陸地迅速散熱降溫,造成大氣低層的高壓,風由陸地向海洋,同樣也是由於科氏力的作用,使轉成偏東北風,所以,該地區的冬季是盛行東北風的季節。

《圖二》圖中顯示了各個季風區冬季及夏季盛行風和降雨區的變化。

為什麼會形成海陸風呢?

在白天,當陽光照在地球表面,陸地上的短波輻射加熱只能到達表層,加上陸地上土壤岩石的比熱小、含水量少,不容易透過蒸發散熱,因而陸地表面溫度上升快;在海洋方面,由於水體半透明輻射可以抵達較深的深度,而且海水比熱大、加溫不易,加上海水可能因風吹而混合、海洋表面可能因蒸發而散熱,因而海洋表面溫度上升慢,造成陸地白天的溫度比海洋高。到了晚上則反過來,雖然沒有了短波輻射加熱,但長波輻射冷卻的過程卻持續進行。結果,陸地上土壤岩石比熱小、溫度降低較快,海洋則因海水比熱大及水體上下層的混合因而降溫慢,造成陸地夜間的溫度比海洋低。

大氣因為要到達靜力平衡,所以地表熱的地方,低層空氣會膨脹,進而造成高層氣壓升高,地表冷的地方,低層空氣則會收縮,進而造成高層氣壓降低,因而地表暖的地方的高層空氣(高壓)會流向地表冷的地方(低壓),造成地表暖的地方氣壓降低,冷的地方氣壓升高,因此也促使低層的空氣從冷的地方(高壓)流往暖的地方(低壓)。

季風槽

夏季地表上氣壓較低的地帶,會在陸地上形成並維持,這個地帶就稱為「季風槽」。由於季風槽是一個低壓槽,所以低層大氣會往這個地帶輻合,進而產生降水,因此也是降雨區所在之處。

南亞夏季季風和東亞夏季季風有哪些大的差異?

一般說來,印度半島的南亞夏季季風強勁而顯著,西南季風風向穩定,雨季也必定跟隨季風的腳步同進同出,因此,在印度半島,夏季季風到來的「夏半年(從夏季開始到結束的一段時間)」,幾乎可以說是雨季的同意字。

相較之下,東亞夏季季風較弱,而且夏季風向除了西南向之外,也曾出現偏東南風、偏南風,風向較不定,不過整體說來,都吹著南方來的風。而東亞季風區的雨季同樣揭開了夏季季風的序幕,但是降雨的原因卻不全然和季風有關,還受著梅雨鋒面等的影響,情形較複雜。而且,在東亞,夏季季風可以進入較高的緯度。

至於為什麼會有這些差異呢?下兩節「南亞夏季季風是如何形成的?」以及「東亞夏季季風是如何形成的?」有詳盡的說明。

亞洲夏季的季風

亞洲季風區的夏季季風由於受到海陸分佈和青康藏高原地形的影響,基本上可分為兩個分支,一是「南亞夏季季風」,也就是印度的西南季風,一是「東亞夏季季風」,台灣即位於此季風區的中心地帶。

☆南亞夏季季風是如何形成的?

  1. 位於南半球的南印度洋副熱帶高壓(「馬斯克林高壓」)[A]隨著季節向北移近赤道。馬斯克林高壓的低層氣流會以逆時針方向流出,結合了「南印度洋東南信風」 [B]之後,便穿過赤道,形成「過赤道流」[C]。
  2. 由於南亞季風區的西邊是非洲大陸,過赤道流受到東非地形的影響,被侷限在東非以東,於是形成流速極快的「索馬利噴流」。這股索馬利噴流因為受到科氏力影響,會進而轉成西南風,這就是印度半島的「西南季風」[D]。正因為此處的西南季風來自強勁的索馬利噴流,所以南亞的夏季季風相當旺盛。
  3. 印度半島的北方是高聳的青康藏高原,高原不但阻擋了來自北邊的其他天氣系統,使它們無法影響印度半島夏季的氣候,也使得西南季風無法往北延伸,僅止於高原以南。青康藏高原的存在,正是造成南亞季風區西南季風風向穩定不受影響的原因。
  4. 青康藏高原高層地表的溫度較鄰近地區的氣溫高出許多,因而在高層形成「南亞高壓」[E]。南亞高壓的存在代表高層的輻散,有利於維持高原南邊的低層低壓。低層的低壓槽吸引了大範圍由南向北的氣流,在經科氏力的作用轉成西南風,這就是西南季風存在的原因之一。西南季風從南方的海洋帶來充分的水汽,造成南亞地區夏季大量的降水,也就是雨季的來臨。降水的過程會釋放大量潛熱,加熱高層大氣,更有助於高壓的維特。
  5. 印度半島的高層大氣因北邊南亞高壓的存在,輻散的北風受科氏力影響而轉為東風,形成強盛的熱帶東風噴流。

《圖三》南亞季風(根據氣象學家 Krishnamurti描繪的特徵繪製)

☆東亞夏季季風是如何形成的?

  1. 位於南半球的南太平洋副熱帶高壓(「澳大利亞高壓」)[O]隨著季節向北移近赤道。澳大利亞高壓的低層氣流同樣會以逆時針方向流出,結合「南太平洋東南信風」[P],穿過赤道,形成「過赤道流」[Q],流向亞洲大陸的低壓槽。過赤道流受科氏力的影響,會轉為西南風,形成東亞夏季季風區的西南季風[R]。因為澳大利亞高壓並沒有南亞的馬斯克林高壓那麼強,加上東亞的西邊沒有類似東非的地形,所以東亞的過赤道氣流並沒有南亞的索馬利噴流那麼強,這也是東亞夏季季風不如南亞夏季季風強盛的原因之一。
  2. 由於陸地東面有個規模不小的「西太平洋副熱帶高壓」[S],由於西太平洋高壓的存在,東亞季風區東部的風向不單單只有西南風,也常伴隨由太平洋高壓西南方下沈的偏東南風,因此東亞季風不似南亞季風穩定。
  3. 在東亞夏季季風區,海洋位在大陸的東邊和南邊,而且此區地形大為緩和,並沒有類似青康藏高原這種地形的屏障。因此,北方的「中緯度氣團」[T]會南下影響季風區的氣候,造成西南季風和中緯度氣團間形成「梅雨鋒帶」[U],帶來梅雨,所以此區的降雨情形非常多變化,不似南亞季風區單純──印度半島並沒有梅雨鋒的存在。
  4. 東亞季風區的高層也存在熱帶東風噴流,不過由於沒有青康藏高原持續加熱的影響,高層的熱帶東風噴流也沒有像南亞地區的熱帶東風噴流那麼強。

《圖四》東亞季風(根據中國大陸氣象學家陶詩言描繪的特徵繪製)

東亞夏季季風如何影響台灣的氣候?

在亞洲季風區,一旦雨季開始、盛行風開始轉為偏南風時,便是宣告了夏季季風的來臨。隨著夏季太陽直射的角度由南逐漸北移,季風槽、降雨區及偏南風的南北界線也會隨之北移。因化,以東亞夏季季風來說,四月初會出現在中南半島,五月在台灣及中國嶺南地區,六月初再北移至中國東南及日本地區。一直要到七月中,季風槽才移至黃河流域。過了夏季,太陽直射的緯度逐漸南移,季風槽在九月過後也逐漸南移,很快便移離東亞大陸地區,結束夏季季風。

從圖五可以看出,相較於東亞其他地區,台灣的夏季季風開始得較早,也結束得較晚,換句話說,台灣的夏半年相當長,一般而言,從五月上旬一直持續到九月上旬。

《圖五》圖中的線表示季風槽的位置,說明了夏季季風建立平均日期的地理分佈,可見東亞季風肇始日較南亞季風早,也可看出台灣夏季季風開始和結束的時間。

台灣的夏季季風,大致有以下3點特徵:

  1. 台灣夏季的降雨不完全受夏季季風控制,春未夏初出現的梅雨鋒和夏秋二季出現的颱風也都會為台灣帶來降雨。
  2. 受到中緯度氣團和西太平洋副熱帶高壓的影響,東亞夏季季風會伴隨梅雨鋒。台灣梅雨期的到來,代表著冬季的東北季風和夏季的西南季風正處於互相牽制的轉換過渡時期,也可以說,梅雨期來臨時,夏季季風並未正式到來,只是開始發揮它的影響力(有關梅雨期的詳細介紹,請見本期的《台灣梅雨面面觀》一文)。從圖四也可以看出,梅雨鋒的位置始終在季風槽的北面。當季風槽從中南半島北移、逐漸靠近台灣南面時,梅雨鋒開始出現在台灣附近,台灣便進入梅雨期。一直要到季風槽和梅雨鋒移至台灣北面、影響不到台灣的地區,台灣的梅雨期才會結束,至此,夏季季風才完全籠罩台灣地區,主控台灣地區的天氣變化。
  3. 因為東亞夏季季風也受到西太平洋高壓的影響,所以台灣在夏季不僅會吹西南風,也會出現偏東南風或偏南風。

2013-03-12 22:48:40
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