牛若蕓 周 兵

1 國家氣象中心，北京 100081 2 國家氣候中心，北京 100081

提 要： 利用梅雨監(jiān)測(cè)、降水量觀測(cè)以及NCEP大氣再分析和海表溫度等資料，對(duì)2019年江淮流域梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明： 2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少,并且是1951年以來梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時(shí)間最晚的一年。三個(gè)子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步,江淮區(qū)出現(xiàn)空梅。6月上旬末至中旬前期冷空氣勢(shì)力的增強(qiáng)，阻礙和延后了東亞夏季風(fēng)季節(jié)性北進(jìn)的進(jìn)程，導(dǎo)致了東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季轉(zhuǎn)換時(shí)間偏晚及江淮流域入梅偏晚。5—6月印度洋海溫偏暖(IOBW指數(shù)正異常)、南亞60°～80°E地區(qū)對(duì)流層中上層經(jīng)向溫度梯度逆轉(zhuǎn)(由負(fù)轉(zhuǎn)正)日期偏晚對(duì)2019年江淮流域入梅偏晚具有較好的超前指示性能。2019年梅雨季高層南亞高壓東部脊和東亞西風(fēng)急流偏南，中層亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副熱帶高壓西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度偏高，低層?xùn)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱、前沿位置偏南。在上述多個(gè)大尺度環(huán)流系統(tǒng)異常特征共同影響下，江淮流域的長江中下游沿江以南地區(qū)處于高層強(qiáng)輻散和低層水汽通量經(jīng)向強(qiáng)輻合的疊置區(qū)中，非常有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展和強(qiáng)降雨的形成，從而導(dǎo)致了梅雨量南多北少的分布特征。

引 言

梅雨是初夏時(shí)節(jié)江淮流域特有的連陰雨天氣，期間暴雨、大暴雨天氣過程頻繁出現(xiàn)，降水連綿不斷，多雨悶熱易生霉，謂之“霉雨”；此時(shí)正值江南梅子成熟季節(jié)，故又稱為“梅雨”。梅雨量的多寡和雨帶位置不僅直接影響江淮流域的旱澇及空間分布，還關(guān)系到中國夏季的旱澇趨勢(shì)和分布形態(tài)，為此對(duì)于梅雨的研究也格外受到氣象學(xué)者們的關(guān)注。已有研究表明，江淮流域梅雨特征及其影響存在明顯的年際差異，1998年和2016年梅雨造成了長江流域嚴(yán)重的大洪水(王建捷和陶詩言，2002；葉德超等，2019)，2003年和2007年梅雨則引發(fā)了淮河流域的洪澇災(zāi)害(趙兵科等，2005；金榮花等，2008)，1991年和2008年入梅時(shí)間顯著偏早(何敏，1993；牛若蕓和金榮花，2009)，2009年卻出現(xiàn)了空梅(孫建華等，2011)。梅雨特征的多樣性和復(fù)雜性與多尺度大氣環(huán)流影響系統(tǒng)的共同影響及海-氣相互作用密切相關(guān)(丁一匯等，2007；梁萍等，2007)，不同年份的主導(dǎo)因子也有所不同。長江中下游地區(qū)2000—2007年連續(xù)八年梅雨期降水偏少的主導(dǎo)因子是東亞高空急流中準(zhǔn)定常波動(dòng)、西太平洋暖池強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)和西北太平洋熱帶氣旋活動(dòng)(鮑名，2009)。2011年長江中下游梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)、入梅時(shí)間異常偏早則是受南海夏季風(fēng)偏弱、爆發(fā)時(shí)間偏早的影響(朱偉軍等，2016)。20世紀(jì)90年代末中國梅雨雨帶呈明顯北移的趨勢(shì)是由于江淮梅雨期東亞中緯度地區(qū)對(duì)流層的明顯增暖和平流層的明顯冷卻引起了東亞副熱帶大氣擴(kuò)張所致(Si et al，2009)。東亞副熱帶高空西風(fēng)急流、西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)、阻塞高壓等也會(huì)對(duì)梅雨強(qiáng)度、位置及出現(xiàn)時(shí)間產(chǎn)生重要影響(杜銀等，2008；牛若蕓等，2011；張志剛等，2009；孫曉晴等，2020)。而當(dāng)北太平洋海溫處于太平洋年代際振蕩(PDO)負(fù)位相背景下則易出現(xiàn)入梅偏晚、出梅偏早、梅雨期長度縮短、強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象(蔣薇和高輝，2013)。

那么，2019年江淮流域梅雨又有哪些特征？引發(fā)這些特征的大氣環(huán)流影響因子有哪些？在中期延伸期時(shí)間尺度有哪些前兆信號(hào)可尋？本文針對(duì)以上問題展開了詳細(xì)的分析和討論，以期對(duì)2019年梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因形成較深入的認(rèn)識(shí)，為今后的梅雨預(yù)報(bào)服務(wù)提供更多的參考和依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資 料

文中使用的逐日降水量觀測(cè)資料取自國家氣象信息中心數(shù)據(jù)庫，該資料經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。逐日全球大氣環(huán)流再分析資料來源于美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心，水平分辨率為2.5°×2.5°，使用變量包括位勢(shì)高度、風(fēng)、比濕、溫度等(Kanamitsu et al，2002;Kalnay et al，1996)。逐日全球線性最優(yōu)插值海表溫度(OISST-v2)資料(Reynolds et al，2007)來自于美國國家海洋和大氣管理局，網(wǎng)格點(diǎn)分辨率為0.25°×0.25°。江淮流域入(出)梅日期、梅雨季(期)長度等梅雨監(jiān)測(cè)信息為國家氣候中心基于GB/T 33671—2017《梅雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)》(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2017)確定并發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)將江淮流域(28°～34°N、110°～123°E)梅雨分為三個(gè)子區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即江南區(qū)(Ⅰ)、長江中下游區(qū)(Ⅱ)、江淮區(qū)(Ⅲ)，三個(gè)區(qū)中最早開始的入梅(最晚結(jié)束的出梅)日期即為江淮流域梅雨季節(jié)的入(出)梅日；區(qū)域梅雨量為梅雨季(期)內(nèi)區(qū)域平均逐日累計(jì)降雨量的總和。

除OISST-v2氣候平均場(chǎng)受資料起始時(shí)間的限制，為1982—2010年的平均外，上述其余所有資料的氣候平均場(chǎng)(值)均為1981—2010年的平均。

1.2 方 法

副高脊線、南亞高壓脊線采用Niu and Zhai(2013)文中定義計(jì)算得出。

東亞夏季風(fēng)指數(shù)定義為20°～35°N、105°～122.5°E 范圍內(nèi)850 hPa經(jīng)向風(fēng)的平均值(Niu et al,2015)，指數(shù)值越大表征東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)。東亞夏季風(fēng)北緣位置的確定采用流場(chǎng)和氣團(tuán)熱力屬性相結(jié)合的方法，流場(chǎng)上需為西南氣流，熱力屬性需滿足假相當(dāng)位溫(θse)超過指定臨界值，已有文獻(xiàn)對(duì)于θse臨界值的選定有兩種，分別為335 K或340 K(李棟梁等，2013)。本文特意對(duì)比分析了近40年逐年梅雨季及其臨近時(shí)段的θse、風(fēng)矢、經(jīng)向風(fēng)和降水量沿110°～123°E平均的時(shí)間-緯度剖面(圖略)，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下θse的335 K和340 K線的南北進(jìn)退基本保持一致而且間隔很?。坏诿酚昙竞笃诩俺雒非昂?，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩者間距較大的情況，此時(shí)340 K線與西南氣流的南風(fēng)強(qiáng)梯度帶及梅雨帶的北緣聯(lián)系更為緊密。為此，本文以850 hPa風(fēng)場(chǎng)為西南風(fēng)且θse≥340 K的北界緯度來確定東亞夏季風(fēng)的北緣位置。

熱帶印度洋全區(qū)一致海溫模態(tài)指數(shù)(Indian Ocean basin-wide mode，IOBW),為熱帶印度洋(20°S～20°N、40°～110°E)區(qū)域格點(diǎn)平均海表溫度距平(袁媛等，2017)。

對(duì)流層中上層(500～200 hPa)經(jīng)向溫度梯度(meridional temperature gradient of the middle-upper troposphere，MTGMUT)為500～200 hPa的25°N和22.5°N的平均溫度與7.5°N和5°N的平均溫度之差(李崇銀等，2004)。南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT發(fā)生逆轉(zhuǎn)的日期為南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值的日期，且該日之后的連續(xù)10 d中MTGMUT保持正值的天數(shù)需不少于7 d。

2 2019年梅雨異常特征

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示(表1)，2019年江淮流域梅雨季于6月16日入梅，7月17日出梅,梅雨季長度為31 d，由于入梅較常年偏晚8 d且出梅偏早1 d(李瑩等，2020)，梅雨季長度較常年偏短了9 d。各子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期的出現(xiàn)時(shí)間和長度接近，但由于江南區(qū)氣候平均的入、出梅時(shí)間早于長江中下游區(qū)，所以江南區(qū)梅雨期整體偏晚9 d，而長江中下游區(qū)則基本接近氣候平均態(tài)，兩區(qū)的梅雨期長度均接近氣候平均值。江淮區(qū)沒能達(dá)到入梅指標(biāo)，出現(xiàn)空梅。

表1 2019年江淮流域梅雨監(jiān)測(cè)Table 1 The monitoring of Meiyu over the Yangtze-Huaihe River Basin in 2019

2019年江淮流域梅雨量為290.9 mm，較氣候平均值偏少15.3%，具有很強(qiáng)的區(qū)域差異性(丁婷和高輝，2020)，明顯呈現(xiàn)出南多北少的分布特征。緯度最南的江南區(qū)梅雨量為458.1 mm，較氣候平均值偏多25.4%；緯度居中的長江中下游區(qū)梅雨量為280.1 mm，基本接近氣候平均值；緯度最北的江淮區(qū)空梅，降雨量顯著偏少。2019年江淮流域梅雨季累計(jì)降雨量分布圖上(圖1)南多北少的分布特征也清晰可見，以長江為界，沿江以南地區(qū)累計(jì)降雨量普遍為200～400 mm，部分地區(qū)達(dá)500～700 mm，較常年同期偏多3～7成，局部偏多1 倍以上，累計(jì)降雨日數(shù)可達(dá)15～25 d(圖略)；沿江以北地區(qū)累計(jì)降雨量多為80～150 mm，僅少部分地區(qū)可達(dá)180～250 mm，較常年同期偏少3～7成,累計(jì)降雨日數(shù)一般不足15 d。事實(shí)上，直至進(jìn)入7月中旬梅雨帶還停滯在長江以南的年份實(shí)屬少見，自20世紀(jì)50年代以來也僅有2019、1970、1992和1997年曾出現(xiàn)過(圖2)，這四年梅雨帶仍停滯在長江以南的截止日期依次為當(dāng)年7月的16、14、11、13日。在這四年中，2019年還是梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時(shí)間最晚的一年。也正是由于梅雨帶進(jìn)入7月中旬仍停滯在長江以南，較常年同期明顯偏南，致使梅雨量呈現(xiàn)出顯著的南多北少分布特征。

圖1 2019年江淮流域梅雨季(a)累計(jì)降雨量及其(b)距平百分率Fig.1 Accumulated rainfall (a) and its percentage anomalies (b) over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019

圖2 (a)2019年、(b)1970年、(c)1992年、(d)1997年沿110°～123°E平均的 逐日累計(jì)降雨量(填色)時(shí)間-緯度剖面(灰色為氣候平均值)Fig.2 Time-latitude cross-sections of daily accumulated rainfall (colored) averaged over 110°-123°E in 2019 (a), 1970 (b), 1992 (c), 1997 (d) (climatic mean shaded with gray)

綜上所述，2019年江淮流域梅雨季最顯著的特征為入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少；三個(gè)子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步、江淮區(qū)則出現(xiàn)空梅。其中，2019年江淮流域梅雨季長度偏短主要?dú)w因于入梅日期偏晚，梅雨量總體偏少則與梅雨季長度偏短和江淮流域北部梅雨量偏少密切相關(guān)。為此，下文重點(diǎn)針對(duì)2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚和梅雨量南多北少的異常特征形成原因進(jìn)行分析和討論。

3 2019年梅雨異常特征成因分析

3.1 入梅日期偏晚成因分析

梅雨是東亞夏季風(fēng)在向北推進(jìn)過程中在江淮流域停滯的產(chǎn)物，是在東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)中多個(gè)大尺度環(huán)流系統(tǒng)的最佳配合(或鎖定)下形成的(張慶云等，2003；Zhang et al, 2002)。副高作為東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)中的重要成員，對(duì)強(qiáng)降雨區(qū)位置有著重要的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)副高西伸北跳時(shí)暴雨帶向北移動(dòng)，反之，當(dāng)副高南撤東退時(shí)暴雨帶向南移動(dòng)(陶詩言和衛(wèi)捷，2006)。尤為重要的是，副高第一次季節(jié)性北跳對(duì)應(yīng)著東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季節(jié)的轉(zhuǎn)換，江淮流域隨之進(jìn)入梅雨期；副高第二次季節(jié)性北跳對(duì)應(yīng)著東亞大氣環(huán)流轉(zhuǎn)入盛夏階段，江淮流域梅雨亦隨之結(jié)束(張慶云和陶詩言，1999；竺夏英等，2008)。GB/T 33671—2017《梅雨監(jiān)測(cè)指標(biāo)》明確限定，江淮流域梅雨季內(nèi)5 d滑動(dòng)平均的副高西段脊線南界位置需≥18°N、北界位置需<27°N。由圖3可以清楚看到，早在2019年6月上旬前中期，副高西段脊線就北抬并越過18°N。受副高引導(dǎo)，低層西南暖濕氣流隨之向北涌并伴隨著θse≥340 K線北推進(jìn)入江淮流域緯度帶，并與冷空氣在此交匯產(chǎn)生強(qiáng)烈的水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)，接連出現(xiàn)了兩次區(qū)域性大到暴雨天氣過程，江南區(qū)連續(xù)4 d(6月6—9日)達(dá)到了梅雨日標(biāo)準(zhǔn)，江淮流域很有希望提前進(jìn)入梅雨季節(jié)。然而在此之后，自北方南下的冷空氣勢(shì)力明顯增強(qiáng)，其前鋒大幅度南壓。受其影響，副高迅速南落，西段脊線持續(xù)8 d位于18°N以南，θse≥340 K的西南風(fēng)帶隨之向南退出江淮流域，江淮流域轉(zhuǎn)為偏北氣流控制為主(如圖3b箭頭所示)，不利于降雨形成?？梢姡?月上旬末至中旬前期冷空氣勢(shì)力的增強(qiáng)，阻礙和延后了東亞夏季風(fēng)季節(jié)性北進(jìn)的進(jìn)程以及東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季節(jié)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)也影響了梅雨日的后續(xù)積累及梅雨季的提前開始。

直至6月16日以后，冷空氣勢(shì)力減弱，副高才出現(xiàn)了第一次階段性的季節(jié)性北跳，7月16日以前5 d滑動(dòng)平均的副高西段脊線穩(wěn)定位于18°～27°N；同期，以θse≥340 K的西南風(fēng)帶北界位置表征的東亞夏季風(fēng)北緣也在江淮流域緯度帶內(nèi)南北擺動(dòng)，低層季風(fēng)涌不斷向江淮流域輸送大量的水汽和能量，與南下冷空氣在江淮流域頻繁交匯輻合；高層?xùn)|亞副熱帶西風(fēng)急流和南亞高壓也出現(xiàn)了階段性的向北推進(jìn)，西風(fēng)急流(≥30 m·s-1)帶南側(cè)和南壓高壓脊線北側(cè)的輻散區(qū)位于江淮流域上空，高層輻散抽吸作用進(jìn)一步加劇了中低層的輻合上升運(yùn)動(dòng)?？傊诙鄠€(gè)東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)成員的協(xié)同影響下，江淮流域進(jìn)入多雨時(shí)段，強(qiáng)降雨過程頻發(fā)，于6月16日達(dá)到入梅標(biāo)準(zhǔn)，但入梅日期已較常年偏晚。

上文分析了對(duì)2019年江淮流域入梅偏晚有直接影響的環(huán)流特征和成因，下文進(jìn)一步探究對(duì)2019年江淮流域入梅偏晚有超前指示意義的間接影響因子和前兆信號(hào)。王永光和鄭志海(2018)研究表明，海溫等外強(qiáng)迫因子可對(duì)東亞夏季風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著影響，印度洋海溫的持續(xù)偏暖是對(duì)厄爾尼諾事件的滯后效應(yīng)，是副高繼續(xù)偏強(qiáng)、偏西的重要因素(袁媛等，2017)。試問印度洋海溫持續(xù)偏暖是否對(duì)副高緯度位置也會(huì)產(chǎn)生影響呢？為此計(jì)算了1982—2019年5月各旬IOBW指數(shù)與6—7月逐旬副高西段脊線位置距平的時(shí)滯相關(guān)系數(shù)(圖4a)，發(fā)現(xiàn)6月各旬的副高西段脊線位置距平與其前1～3旬的IOBW指數(shù)存在較好的滯后負(fù)相關(guān)，特別是6月上旬的副高西段脊線位置距平與5月三個(gè)旬的IOBW指數(shù)均高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.343～0.408，全部通過了α=0.05的顯著性水平t檢驗(yàn)。2019年5—6月印度洋海溫持續(xù)偏暖(圖4b)，其中5月下旬至6月中旬偏暖尤為明顯(超過了0.5℃)，與6月副高西段脊線位置大多處于較常年同期偏南(圖3a)的趨勢(shì)正好反向。已有研究表明，入梅偏晚年，6月副高西段脊線位置多偏南，副高第一次季節(jié)性北跳也偏晚(汪靖等，2008；趙俊虎等，2018)。由上述分析可見，5—6月印度洋海溫持續(xù)偏暖(IOBW指數(shù)正異常)對(duì)2019年江淮流域入梅偏晚有較好的超前指示性能。

圖3 2019年6—8月逐日的(a)副高西段脊線位置以及沿110°～123°E 平均的(b)850 hPa風(fēng)(矢量箭頭，單位：m·s-1) 和假相當(dāng)位溫(實(shí)線，單位：K)，(c)850 hPa水汽通量(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度 (填色，單位：kg·m-2·s-1)，(d)200 hPa位勢(shì)高度(黑線，單位：dagpm；紅色點(diǎn)劃線為南壓高壓脊線)、 緯向風(fēng)(≥30 m·s-1，藍(lán)線)和散度(填色，單位：10-6 s-1)的時(shí)間-緯度剖面Fig.3 (a) Daily western ridge line position of the Northwest Pacific subtropical high averaged over 110°-130°E and time-latitude cross-sections averaged over 110°-123°E of (b) daily wind (vector arrow, unit: m·s-1) and potential pseudo-equivalent temperature (solid line, unit: K) at 850 hPa, (c) water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa, (d) geopotential height (black line, unit: dagpm； red line： ridge line of South Asian high) and zonal wind (≥30 m·s-1, blue line) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) at 200 hPa in June-August 2019

圖4 (a)1982—2019年5月各旬IOBW指數(shù)與6—7月逐旬副高西段脊線位置距平的時(shí)滯相關(guān)系數(shù) (短劃線和點(diǎn)虛線分別指示α=0.05和0.1的顯著性水平)和(b)2019年5—6月逐旬平均IOBW指數(shù)Fig.4 (a) Time lagged correlation coefficients in ten-day periods between IOBW index in May and the western ridge position anomaly of the Northwest Pacific subtropical high averaged over 110°-130°E from June to July during 1982-2019 (Dashed line and dotted line show α=0.05 and 0.1 significance levels， respectively) and (b) IOBW index in ten-day periods from May to June in 2019

眾所周知，亞洲夏季風(fēng)爆發(fā)與青藏高原迅速增溫變暖并加熱大氣關(guān)系密切。季風(fēng)爆發(fā)前后,對(duì)流層中上層(500～200 hPa)大氣平均經(jīng)向溫度梯度(MTGMUT)逆轉(zhuǎn)為正值是加熱場(chǎng)變化的主要標(biāo)志(毛江玉等，2002)。在南亞60°～80°E地區(qū),MTGMUT逆轉(zhuǎn)的氣候平均日期為5月26日，較江淮流域氣候平均入梅日期(6月8日)超前13 d。2019年，南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)的日期為6月7日(圖5a)，較當(dāng)年江淮流域入梅日期6月16日超前9 d，且兩者均較常年偏晚(分別偏晚12 d和8 d)。為進(jìn)一步驗(yàn)證南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅日期之間的關(guān)系，計(jì)算了1951—2019年南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅日期的差值，結(jié)果表明69年中絕大部分年份的MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期都發(fā)生在江淮流域入梅日期之前(差值為負(fù)值)(圖5b)，并且南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期距平與江淮流域入梅日期距平之間高度正相關(guān)(圖5c)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.379，遠(yuǎn)超α=0.05的顯著性水平，這表明南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期偏早(晚)的年份，入梅日期易出現(xiàn)偏早(晚)。由上分析可見，南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)的日期偏晚也可作為2019年江淮流域入梅偏晚的前兆信號(hào)。

圖5 南亞60°～80°E地區(qū)(a)2019年逐日的 MTGMUT及1951—2019年 MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅 日期的(b)差值和(c)距平Fig.5 Daily MTGMUT in 2019 (a) and deviation between the day of MTGMUT reverse and the day of Meiyu onset over the Yangtze-Huaihe River Basin in 1951-2019 (b) and their anomalies (c) over 60°-80°E of South Asia

3.2 梅雨量南多北少成因分析

既然梅雨的形成是對(duì)流層高、中、低層多個(gè)大尺度環(huán)流系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，梅雨量的空間分布形態(tài)自然與大尺度環(huán)流系統(tǒng)活動(dòng)特征有著密切聯(lián)系。

在高層，2019年梅雨季南亞高壓東部脊線(110°～125°E)位于25°N附近，江淮流域所處經(jīng)度帶的東亞西風(fēng)急流軸線位于36°N,兩者所處緯度位置分別較常年同期(圖6a和圖7a、7b)偏南1.5°和2°，致使南亞高壓東部脊線北側(cè)和西風(fēng)急流入口區(qū)右后方的強(qiáng)輻散區(qū)位于長江中下游沿江以南地區(qū)。因此，梅雨季高層環(huán)流系統(tǒng)位置和輻散抽吸條件更有利于強(qiáng)降雨出現(xiàn)在長江中下游沿江以南，形成梅雨量南多北少分布特征。

在中層，2019年梅雨季亞歐中高緯環(huán)流呈“兩槽一脊”型(圖6b)，距平場(chǎng)上也呈“- + -”分布。高壓脊位于貝加爾湖附近，其東側(cè)為低壓槽區(qū)，且位于較高緯度的鄂霍次克海低壓槽與中國東部沿海低壓槽形成了同位相疊加之勢(shì)，高壓脊和低壓槽的強(qiáng)度均較常年同期偏強(qiáng)，中高緯環(huán)流經(jīng)向度相應(yīng)偏大。此種中高緯環(huán)流特征一方面有利于引導(dǎo)高緯冷空氣南下進(jìn)入江淮流域且勢(shì)力偏強(qiáng)，另一方面還一定程度地抑制了副高的季節(jié)性北跳，2019年梅雨季副高西部脊線(110°～130°E)平均位于21°N附近，較常年同期偏南1°～2°。此外，副高的偏南還與南半球環(huán)流異常有關(guān)。表2給出了1951—2019年6—7月澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度與同期的副高特征指數(shù)以及江淮流域累計(jì)降水量的標(biāo)準(zhǔn)化序列相關(guān)系數(shù)。表中清楚顯示，澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度與副高西段脊線和西伸脊點(diǎn)呈顯著的負(fù)相關(guān)(分別通過了α=0.1和α=0.05的顯著性水平t檢驗(yàn))，表明澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度偏高，有利于副高西部脊偏南、偏西。研究表明澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度偏高的這種異常擾動(dòng)可通過羅斯貝波傳播到北半球副熱帶地區(qū),形成南北半球高度場(chǎng)的遙相關(guān),從而使我國南海至菲律賓北部副熱帶地區(qū)位勢(shì)高度增加，以及副高西部脊偏南、偏西(劉舸等，2008；周波濤，2011)。副高偏南勢(shì)必不利于梅雨帶位置偏北，表2中澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度與江淮流域的長江以南地區(qū)降水量也呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.371，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了α=0.05的顯著性水平，這表明澳大利亞東側(cè)范圍位勢(shì)高度偏高更有利于江淮流域的長江以南地區(qū)降水量偏多，而與江淮流域的長江以北地區(qū)降水量相關(guān)并不明顯。以上分析與2019年梅雨季澳大利亞東側(cè)(35°～25°S、160°～170°E)范圍內(nèi)位勢(shì)高度總體明顯偏高(圖8a)，副高偏南偏西，江淮流域長江以南地區(qū)降水量顯著偏多的特點(diǎn)吻合良好。綜上所述，亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副高西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度偏高也是導(dǎo)致2019年梅雨量在長江以南明顯偏多的重要因素。

表2 1951—2019年6—7月澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度與 同期副高特征指數(shù)以及江淮流域累計(jì)降水量的標(biāo)準(zhǔn)化序列相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of standardized series between the geopotential height over east of Australia and the characteristic indexes of the Northwest Pacific subtropical high and accumulated precipitation over the Yangtze-Huaihe River Basin from June to July during 1951-2019

在低層，東亞夏季風(fēng)由熱帶強(qiáng)西風(fēng)氣流和副高南側(cè)偏東氣流轉(zhuǎn)向西南氣流匯合而成。2019年梅雨季，來自南半球的索馬里和孟加拉灣越赤道氣流較常年同期偏強(qiáng)，兩股越赤道氣流轉(zhuǎn)向?yàn)槠鳉饬骱笸窘?jīng)印度洋—孟加拉灣—中南半島進(jìn)入我國南海和內(nèi)陸，成為江淮流域主要的水汽輸送通道，而源自副高南側(cè)的偏東氣流水汽輸送相對(duì)偏弱(圖6c、6d)。東亞夏季風(fēng)降水的形成主要?dú)w因于東亞夏季風(fēng)在經(jīng)向上的輻合，梅雨期強(qiáng)降雨帶與低空急流軸左側(cè)的南風(fēng)經(jīng)向輻合所形成的水汽通量經(jīng)向強(qiáng)梯度帶基本吻合(牛若蕓等，2011)。2019年梅雨季，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度總體偏弱(圖8b)、前沿位置偏南，700 hPa 南、北氣流的交界地帶位于31°N附近，較常年同期偏南2°～3°(圖略)。與之相應(yīng)，低層水汽通量經(jīng)向強(qiáng)梯度帶也較常年同期偏南，致使長江中下游沿江以南地區(qū)處于低層水汽通量經(jīng)向強(qiáng)梯度帶中，非常有利于長江中下游沿江以南地區(qū)的水汽輻合上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展和強(qiáng)降雨的形成；而長江中下游沿江以北地區(qū)水汽輸送及輻合抬升條件均較差，不利于強(qiáng)降雨的形成(圖7c、7d)。為此，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱、前沿位置偏南及伴隨的低層水汽通量經(jīng)向強(qiáng)輻合帶偏南是2019年梅雨量呈南多北少分布的又一重要因素。

圖6 2019年江淮流域梅雨季平均的(a)200 hPa位勢(shì)高度(黑實(shí)線，單位：gpm；黑色長虛線為南亞高壓脊線)、 緯向風(fēng)(≥25 m·s-1，藍(lán)線)和散度(填色，單位：10-6 s-1)， (b)500 hPa位勢(shì)高度(黑實(shí)線，單位：dagpm；黑色長虛線為副高脊線)及其距平(填色)、 (c)850 hPa水汽通量(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度(填色，單位：kg·m-2·s-1)， (d)850 hPa水汽通量距平(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度距平(填色，單位：kg·m-2·s-1) (圖6a，6b中綠線指示同期氣候平均的副高和南亞高壓及其脊線)Fig.6 (a) Averaged geopotential height (black solid line, unit: gpm； black long-dashed line shows the ridge line of the South Asian high), zonal wind (≥25 m·s-1, blue line) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) at 200 hPa, (b) geopotential height (black line, unit: dagpm； black long-dashed line shows the ridge line of the Northwest Pacific subtropical high) and its anomalies (colored) at 500 hPa, (c) water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa, (d) anomalies of water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence anomaly (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019 (Green line shows the climatological contemporaneous mean of the Northwest Pacific subtropical high and South Asian high and their ridge lines in Figs.6a, 6b)

圖7 2019年江淮流域梅雨季(a，c)沿110°～123°E平均的不同物理量緯度-高度剖面及(b，d)同期氣候平均值 (a，b)緯向風(fēng)(黑線，單位：m·s-1)和散度(填色，單位：10-6 s-1), (c，d)水汽通量(矢量箭頭，黑線為經(jīng)向分量，單位：kg·m-1·s-1)及其散度(填色，單位：kg·m-2·s-1) (虛線指示東亞夏季風(fēng)影響下的強(qiáng)雨帶位置 )Fig.7 The latitude-altitude cross-sections of various physical quantities averaged over 110°-123°E over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019 (a, c) and their climatological contemporaneous mean (b, d) (a， b) zonal wind (black line, unit: m·s-1) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) , (c， d) water vapor flux (vector arrow, black line: meridional component, unit: kg·m-1 s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) (Dashed line shows the area of heavy rain belt under the influence of the East Asia summer monsoon)

圖8 2019年逐日的(a)澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi) 500 hPa平均位勢(shì)高度距平和 (b)東亞副熱帶夏季風(fēng)指數(shù)距平Fig.8 Daily anomaly of (a) geopotential height at 500 hPa over the east of Australia and (b) East Asian summer monsoon index in 2019

4 結(jié) 論

本文利用梅雨監(jiān)測(cè)、降水量觀測(cè)以及NCEP大氣再分析和海表溫度等資料，對(duì)2019年江淮流域梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因進(jìn)行了分析研究，所得主要結(jié)論如下：

(1)2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少,并且是1951年以來梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時(shí)間最晚的一年。三個(gè)子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步，江淮區(qū)出現(xiàn)空梅。

(2)6月上旬末至中旬前期冷空氣勢(shì)力的增強(qiáng)，阻礙和延后了東亞夏季風(fēng)季節(jié)性北進(jìn)的進(jìn)程，導(dǎo)致了東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季轉(zhuǎn)換時(shí)間偏晚,以及江淮流域入梅偏晚。5—6月印度洋海溫偏暖(IOBW指數(shù)正異常)、南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)(由負(fù)轉(zhuǎn)正)日期偏晚對(duì)2019年江淮流域入梅偏晚具有較好的超前指示性能。

(3)2019年梅雨季高層南亞高壓東部脊和東亞西風(fēng)急流偏南，中層亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副高西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢(shì)高度偏高，低層?xùn)|亞夏季風(fēng)強(qiáng)度偏弱、前沿位置偏南。在上述多個(gè)大尺度環(huán)流系統(tǒng)異常特征共同影響下，江淮流域的長江中下游沿江以南地區(qū)處于高層強(qiáng)輻散和低層水汽通量經(jīng)向強(qiáng)輻合的疊置區(qū)中，非常有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展和強(qiáng)降雨的形成，從而導(dǎo)致了梅雨量南多北少的分布特征。