李 多 劉蕓蕓,2

1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081 2 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044

提 要：利用氣象臺(tái)站觀測資料、NCEP/NCAR大氣再分析資料和NOAA的海溫資料，采用相關(guān)、合成分析等方法分析和討論了2022年春季我國的氣候主要特征和成因診斷。2022年春季，我國季風(fēng)雨帶進(jìn)程總體呈現(xiàn)偏早的特點(diǎn)。全國平均氣溫為12.1℃，為1961年以來歷史同期最高值。全國平均降水量為154 mm，接近常年同期，但旱澇分布差異顯著，其中西南地區(qū)降水量為1961年以來歷史同期最高值。通過對(duì)同期的環(huán)流分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層中高層形成的自烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島“―+―”的西北—東南向異常環(huán)流形勢，使得低層風(fēng)場上低緯異常偏東氣流及南下的異常東北—偏北氣流在西南地區(qū)輻合，有利于水汽向西南地區(qū)的輸送和冷暖空氣在西南地區(qū)的交匯，從而導(dǎo)致2022年春季西南地區(qū)降水的異常偏多。此外，自2021年秋季開始并一直持續(xù)發(fā)展的中東太平洋拉尼娜事件是西南地區(qū)春季降水異常偏多的重要外強(qiáng)迫因子，而拉尼娜事件結(jié)束的早晚會(huì)對(duì)春季西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生不同的影響。2022年春季持續(xù)發(fā)展的拉尼娜事件使得上述異常環(huán)流型更為典型，更有利于西南地區(qū)的降水偏多。

引 言

我國屬于典型的東亞季風(fēng)區(qū)，氣候受季風(fēng)影響顯著。春季是冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)向夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)過渡的時(shí)期，此時(shí)中高緯冷空氣與低緯暖濕氣流的交匯易造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定能量的加強(qiáng)，給很多地區(qū)帶來階段性強(qiáng)降水、強(qiáng)對(duì)流等極端天氣氣候事件。我國春季氣候具有典型的年際變化特征，華南前汛期、南海夏季風(fēng)爆發(fā)、西南雨季等氣候事件和關(guān)鍵進(jìn)程也均在這一季節(jié)發(fā)生，這對(duì)春季農(nóng)作物的播種會(huì)產(chǎn)生重要影響(龔志強(qiáng)等,2017;王遵婭等,2018;劉蕓蕓和陳麗娟,2019;洪潔莉和鄭志海,2020;劉蕓蕓和高輝，2021)。因此，分析我國春季氣候特征和診斷氣候異常成因?qū)τ跉夂蝾A(yù)測服務(wù)具有重要意義。

已有大量學(xué)者圍繞我國春季氣候異常的成因展開研究。白旭旭等(2012)認(rèn)為MJO的不同位相對(duì)中國東部地區(qū)降水影響截然不同：當(dāng)MJO位于2～3位相時(shí)大氣羅斯貝波列響應(yīng)將形成有利于長江中下游地區(qū)春季降水偏多的形勢；而當(dāng)MJO位于6～7位相時(shí)不利于東部地區(qū)降水。Tian and Yasunari(1998)和趙平等(2008)均認(rèn)為春季東亞地區(qū)海陸熱力差異對(duì)江南地區(qū)的春雨形成具有重要作用。春季南支槽偏強(qiáng)則長江中部及西南地區(qū)降水易偏多(李依瞳等，2017)。另外，海溫外強(qiáng)迫因子與中國春季降水也有密切關(guān)系。厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)是熱帶太平洋最強(qiáng)的年際變化信號(hào)(Bjerknes,1969;Neelin et al,1998)，同時(shí)也是影響全球氣候和氣候變化的強(qiáng)信號(hào)，其發(fā)生發(fā)展可導(dǎo)致全球大氣環(huán)流發(fā)生變化，并通過調(diào)節(jié)大氣環(huán)流(如西北太平洋副熱帶高壓)影響東亞季風(fēng)活動(dòng)從而引起東亞和我國的降水異常(Huang et al,2004;Wang et al,2000;Wu et al,2003;蘇明峰和王會(huì)軍,2006;薛峰和劉長征,2007;Xue and Liu,2008;Liu et al,2019)。ENSO對(duì)春季降水的影響可通過影響春季副熱帶高壓和低層風(fēng)場異常實(shí)現(xiàn)(李宏毅等,2013;Wu et al,2003)，但不同類型厄爾尼諾事件對(duì)次年春季降水的分布影響有很大區(qū)別，如中部型厄爾尼諾次年春季華南地區(qū)降水易偏少，這與傳統(tǒng)型厄爾尼諾影響是完全不同的(Feng and Li,2011)。此外，西太平洋的海溫異常可通過垂直環(huán)流影響華南地區(qū)春季降水(徐超和喬云亭,2018)。冬季印度洋海溫偏暖時(shí)，東亞大槽易偏弱偏東，有利于來自低緯的暖濕氣流在長江中下游及其以北地區(qū)形成水汽輻合，從而導(dǎo)致春季降水偏多(王建波等,2006;程慧萍和賈曉靜,2014)。

2022年春季，中國整體呈現(xiàn)氣溫偏高、旱澇分布不均的特點(diǎn)，其中西南地區(qū)降水為1961年以來同期最多。西南地區(qū)位于青藏高原東南側(cè)，具有緯度較低、地勢較高、地形復(fù)雜、包含多種氣候帶、干濕季節(jié)分明的特點(diǎn)(丁一匯,2013;晏紅明等,2018)。春季是西南旱季的最后階段，其降水在該地區(qū)旱澇異常分布中擔(dān)任著承前啟后的重要作用。此時(shí)也是西南大部地區(qū)水稻、玉米等農(nóng)作物栽種的關(guān)鍵時(shí)期，這一時(shí)期的降水不但直接影響該地區(qū)主汛期開始的早晚，更對(duì)區(qū)域旱澇災(zāi)害的發(fā)生及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要影響。蔣興文等(2007)、李永華等(2010)指出，影響西南地區(qū)降水的水汽主要來源為孟加拉灣、中國南海及青藏高原地區(qū)。西南地區(qū)上空的負(fù)位勢高度距平區(qū)及其以北的正距平區(qū)構(gòu)成的緯向異常波列有利于春季降水發(fā)生(苗春生等,2014)，南支系統(tǒng)的強(qiáng)度及冷空氣路徑等異常環(huán)流形勢也是影響該地區(qū)降水的重要因素(池再香等,2012;黃榮輝等,2012;鄭健萌等,2014)。此外，ENSO也可通過影響孟加拉灣氣旋環(huán)流異常從而影響西南地區(qū)春季降水(楊亞力等,2011)。ENSO事件強(qiáng)度與西南地區(qū)旱澇等級(jí)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(陳艷等,2021;劉琳等,2019)：拉尼娜年云南地區(qū)雨季開始趨于偏早,春季降水趨于偏多(琚建華和陳琳玲,2003)。

從上述研究可見，影響中國春季氣候異常(特別是降水異常)的因素非常復(fù)雜。針對(duì)2022年春季的氣候，本文將首先全面系統(tǒng)地總結(jié)其異常特征、季節(jié)進(jìn)程和相關(guān)氣候?yàn)?zāi)害特點(diǎn)，再從大氣環(huán)流和海溫外強(qiáng)迫等方面重點(diǎn)分析造成2022年春季西南地區(qū)降水異常偏多的可能成因。

1 資料和方法

2 2022年春季我國主要?dú)夂蛱卣?/h2>

2.1 季節(jié)進(jìn)程和氣象災(zāi)害

2022年春季，我國季風(fēng)雨季進(jìn)程較常年明顯偏早。華南前汛期于3月24日開始，較常年(4月9日)偏早16 d。南海夏季風(fēng)于5月第3候爆發(fā)，較常年(5月第4候)偏早1候。西南雨季于5月14日開始，較常年(5月27日)偏早13 d。

隨著夏季風(fēng)的季節(jié)性推進(jìn)，南方出現(xiàn)明顯強(qiáng)降水過程，尤其以5月9—14日和27—30日的兩次區(qū)域性暴雨過程呈現(xiàn)累計(jì)降水量大、影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長的突出特點(diǎn)(圖略)。9—14日，西南大部、長江以南及陜西西南部等地累計(jì)降水量一般有25～100 mm，部分地區(qū)超過100 mm，長江以南大部分地區(qū)降水日數(shù)在4～6 d；27—30日，暴雨過程主要影響西南大部、華中南部及華南等地，累計(jì)降水量一般有25～100 mm，局地超過100 mm。受強(qiáng)降水影響，云南遭受暴雨洪澇災(zāi)害及其誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 氣 溫

2022年春季，全國平均氣溫為12.1℃，較常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，為1961年以來歷史同期最高值(圖1a)；從空間分布來看, 除云南東部和華南西部外，全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高0.5℃ 以上，其中東北東部、內(nèi)蒙古中西部、黃淮大部、江淮、西北大部、西藏大部、新疆等地氣溫偏高1～2℃，新疆和西藏部分地區(qū)偏高2℃以上(圖1b)。春季季內(nèi)變化顯著。3月，全國平均氣溫為7.2℃，為1961年以來同期最高值，大部地區(qū)氣溫偏高2～4℃(圖2a)。4月，南方部分地區(qū)出現(xiàn)氣溫偏低區(qū)，主要集中在華南和西南，其中云南中西部和四川南部偏低1～2℃；而東北中部和南部、華北大部、黃淮、江淮、江漢、新疆大部和西藏地區(qū)氣溫偏高1～2℃，部分地區(qū)偏高2～4℃(圖2b)。5月，南方低溫區(qū)的范圍和程度均較4月進(jìn)一步擴(kuò)大加強(qiáng)，特別是江南南部、華南大部和西南東部氣溫偏低2～4℃；此外東北大部、華北等地氣溫也較常年同期偏低，我國氣溫整體呈現(xiàn)“西高東低”的特征(圖2c)。進(jìn)一步從南方地區(qū)(包含江南、華南和西南地區(qū))逐日氣溫變化來看，季內(nèi)氣溫起伏波動(dòng)特征明顯，其中3月上、中旬和4月上旬氣溫異常偏高，偏高幅度超過2℃，而4月中、下旬和5月氣溫均較常年偏低，最大偏低幅度超過4℃(圖2d)。

圖1 (a)1961—2022年春季全國平均氣溫歷年變化和(b)2022年春季全國平均氣溫距平分布

圖2 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全國平均氣溫距平分布，(d)春季南方地區(qū)平均的逐日氣溫序列

2.3 降 水

2022年春季，全國平均降水量為154 mm，較常年同期(143.3 mm)偏多7.5%(圖3a)。春季降水在空間分布上的區(qū)域差異很大：其中東北南部、內(nèi)蒙古大部、華北東部、黃淮大部、西北地區(qū)東部、新疆西南部和東部等地降水量偏少2～8成，局部偏少8成以上；東北北部、華北西北部、江淮大部、江漢大部、華南西部、西南大部、西北地區(qū)中部、西藏中東部等地降水量偏多，其中西南地區(qū)降水普遍偏多5成至1倍以上(圖3b)。西南平均降水量為291.8 mm，為1961年以來歷史同期最高值，超過氣候平均值(218.2 mm)2倍標(biāo)準(zhǔn)差以上(圖4d)。從季節(jié)內(nèi)逐月降水演變來看：3月，我國降水總體呈現(xiàn)“東多西少”的分布，其中西南地區(qū)東北部和南部降水偏多，而中西部降水偏少(圖4a)。4月，我國主要降水偏多區(qū)位于東北中北部、江漢、江南中西部、西南地區(qū)大部，其中西南地區(qū)降水普遍偏多5成至1倍以上(圖4b)。5月，我國降水呈現(xiàn)“南多北少”的分布，其中西南大部降水偏多5成以上(圖4c)。

圖3 (a)1961—2022年春季全國平均降水量歷年變化和(b)2022年春季全國降水距平百分率空間分布

圖4 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全國平均降水量距平百分率分布，(d)1961—2022年春季西南地區(qū)平均降水量歷年變化

由上可見，2022年春季全國平均氣溫較常年同期明顯偏高，雨季進(jìn)程明顯偏早，西南地區(qū)降水異常偏多。下文將針對(duì)西南地區(qū)降水異常偏多的特點(diǎn)，從大氣環(huán)流和可能的外強(qiáng)迫因子等方面做進(jìn)一步的成因分析。

3 2022年春季我國西南地區(qū)降水異常偏多的成因分析

3.1 大氣環(huán)流異常特征

圖5a為2022年春季500 hPa位勢高度距平場分布。亞洲中高緯環(huán)流總體呈現(xiàn)“兩槽一脊”的分布特征，烏拉爾山為低槽區(qū)，有利于西路冷空氣南下及導(dǎo)致西南地區(qū)東部多雨(王遵婭等, 2018)。我國中東部至青藏高原均為顯著正位勢高度距平控制，有利于氣溫的總體偏高(圖1b)。而低緯阿拉伯海東部至菲律賓地區(qū)為負(fù)位勢高度距平場控制，有利于南支槽階段性活躍，并將低緯暖濕氣流向北輸送，與北方冷空氣在西南地區(qū)頻繁交匯而形成階段性強(qiáng)降水過程(圖5a)。為了確定影響西南地區(qū)降水偏多的典型環(huán)流形勢，計(jì)算了1981—2021年西南春季降水序列與同期500 hPa高度場的相關(guān)分布，從烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島呈現(xiàn)“-+-”的西北—東南向異常環(huán)流型時(shí)，對(duì)應(yīng)西南地區(qū)降水異常偏多(圖5c)。2022年春季的這種環(huán)流異常分布與西南地區(qū)降水偏多的典型環(huán)流形勢一致。

對(duì)流層低層(700 hPa)風(fēng)場上，2022年春季中南半島至南海地區(qū)維持著一個(gè)異常氣旋性環(huán)流，該氣旋東北側(cè)的東南—偏東氣流，與位置偏北偏東的西太平洋副熱帶高壓西側(cè)的偏南引導(dǎo)氣流共同作用，將南海和西太平洋上的暖濕水汽向西南地區(qū)輸送。與此同時(shí)，繞經(jīng)青藏高原東部的異常東北—偏北氣流南下與上述低緯暖濕氣流在西南地區(qū)輻合，為該地區(qū)的降水提供冷暖空氣交匯的有利條件(圖5b)。由西南地區(qū)降水序列線性回歸得到的低層水平風(fēng)場也證實(shí)，異常的偏東氣流與偏北氣流在西南地區(qū)的交匯是造成降水偏多的典型環(huán)流條件(圖5d)。

圖5 2022年春季(a)500 hPa位勢高度距平場及(b)700 hPa水平風(fēng)場，(c)1981—2021年西南地區(qū)降水量與同期500 hPa位勢高度場的相關(guān)系數(shù)空間分布,(d)經(jīng)春季西南地區(qū)降水回歸的700 hPa水平風(fēng)場

降水異常的發(fā)生通常包括水汽輸送條件異常和動(dòng)力上升運(yùn)動(dòng)異常兩個(gè)方面。2022年春季水汽輸送距平場的分布顯示(圖6a)，在低層異常風(fēng)場的引導(dǎo)下，西南地區(qū)同時(shí)受到偏東氣流、越赤道氣流及北方冷空氣南下的共同影響，成為顯著的水汽通量輻合區(qū)，導(dǎo)致西南地區(qū)降水偏多。同期500 hPa的垂直速度分布圖可見(圖6b)，2022年春季西南地區(qū)，特別是云南西部至四川南部地區(qū)為顯著的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，配合充足的水汽供應(yīng)，為西南地區(qū)降水的形成提供了有利的動(dòng)力條件。

圖6 2022年春季整層積分(地表至300 hPa)(a)水汽通量距平(矢量)及水汽輸送通量散度距平場(填色，單位：10-5 kg·s-1·m-2)，(b)500 hPa垂直速度距平場

西南降水典型異常年的環(huán)流合成場上也呈現(xiàn)出一致的特征。以1981—2021年春季西南地區(qū)降水大于/小于氣候值1倍標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)(圖4d)，可得到5個(gè)降水異常偏多年(2004、1990、2018、1985和2002年)和5個(gè)降水異常偏少年(2020、2021、2014、1995和1987年)。西南降水異常年的環(huán)流差值場(異常偏多年與異常偏少年之差)(圖7)顯示：對(duì)流層中高層(500 hPa)烏拉爾山以北和中南半島存在兩個(gè)顯著的負(fù)異常環(huán)流中心(藍(lán)色陰影區(qū))，分別有利于北方高緯地區(qū)冷空氣向西南地區(qū)入侵及南支槽階段性活躍向西南地區(qū)輸送水汽；對(duì)流層低層(700 hPa)風(fēng)場上中南半島存在氣旋性差值環(huán)流(矢量箭頭表示)，西南地區(qū)受異常偏東風(fēng)影響，水汽輸送條件較好；中高層和低層環(huán)流的共同作用，導(dǎo)致西南地區(qū)的南部及西部出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)顯著區(qū)(藍(lán)色虛線區(qū))，從而有利于降水的發(fā)生。

圖7 春季西南降水異常偏多年與異常偏少年的環(huán)流差值場：500 hPa位勢高度(填色)、500 hPa垂直速度(等值線，單位：Pa·s-1)和700 hPa風(fēng)場(風(fēng)矢)

3.2 熱帶海溫異常及其可能影響

圖8給出了2022年春季海表溫度距平分布及關(guān)鍵區(qū)海溫指數(shù)的逐月演變。赤道中東太平洋自2021年9月開始的拉尼娜事件一直持續(xù)發(fā)展(圖8a)，且冷水中心強(qiáng)度低于-1.5℃(圖8b)；另一方面，IOBW指數(shù)自2021年秋季以來總體在0℃附近波動(dòng)(圖8a)，并且2022年春季熱帶印度洋海溫接近常年至略偏暖(圖8b)，表明熱帶印度洋海溫在此期間無明顯異常信號(hào)。春季西南地區(qū)降水序列與同期全球SSTA的相關(guān)系數(shù)分布顯示，在赤道中東太平洋和熱帶南印度洋存在兩個(gè)顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，當(dāng)赤道中東太平洋和熱帶南印度洋的海溫偏冷時(shí)，有利于西南春季降水偏多。因此可以認(rèn)為，2022年赤道中東太平洋持續(xù)的拉尼娜事件是導(dǎo)致西南春季降水偏多的一個(gè)重要外強(qiáng)迫因子，這與Liu et al(2022)研究結(jié)果一致。

圖8 (a)2021年1月至2022年5月與IOBW海溫指數(shù)逐月變化，(b)2022年春季全球海表溫度距平分布，(c)1981—2022年西南地區(qū)降水量與同期海表溫度的相關(guān)系數(shù)空間分布(填色區(qū)域?yàn)橥ㄟ^0.1顯著性水平檢驗(yàn)區(qū)域)

圖9 拉尼娜結(jié)束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a,b)指數(shù)演變特征及(c, d)對(duì)應(yīng)的春季降水量距平百分率合成

與拉尼娜結(jié)束偏早年(圖10a,10c)相比，在拉尼娜結(jié)束偏晚年的春季自烏拉爾山北部經(jīng)青藏高原至中南半島的“-+-”的環(huán)流形勢更為典型，且低緯地區(qū)的負(fù)位勢高度距平通過顯著性水平檢驗(yàn)(圖10b，10d)；低層的水平風(fēng)場顯示，西南地區(qū)處于偏北—東北異常氣流與偏東異常氣流的交匯區(qū)，水汽條件及冷暖空氣交匯條件均較結(jié)束偏早年更有利于降水的發(fā)生(圖10b，10d)。

圖10 拉尼娜結(jié)束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a, b)500 hPa位勢高度距平場(打點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^0.1顯著性水平檢驗(yàn)區(qū)域)及(c,d)700 hPa距平風(fēng)場(風(fēng)矢)

從上面的分析可見，ENSO事件及其事件結(jié)束早晚時(shí)間都對(duì)會(huì)春季西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生不同的影響。2022年春季持續(xù)發(fā)展的拉尼娜事件進(jìn)一步加劇了西南地區(qū)異常偏多的降水。

4 結(jié)論與討論

利用全國2400個(gè)站的降水和氣溫觀測資料、NCEP/NCAR大氣再分析資料和NOAA的海溫資料等，總結(jié)了2022年春季我國主要?dú)夂虍惓Ｌ卣?，并初步分析了?dǎo)致西南地區(qū)降水異常偏多的可能成因。主要結(jié)論如下：

(1)2022年春季我國季風(fēng)雨帶的推進(jìn)時(shí)間與常年相比偏早。全國平均氣溫為12.1℃，較常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，為1961年以來歷史同期最高值。除云南東部和華南西部外，全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高0.5℃以上，其中東北東部、華東中北部、華中東部、西北大部及新疆和西藏大部、內(nèi)蒙古中西部等地氣溫偏高1～2℃，新疆和西藏部分地區(qū)偏高2℃以上。春季全國平均降水量為154 mm，較常年同期(143.3 mm)偏多7.5%。春季降水空間分布不均，東北中北部、西南大部降水顯著偏多，華北東部、黃淮、西北地區(qū)東部降水顯著偏少。

(2)2022年西南地區(qū)春季降水量為291.8 mm，為1961年以來歷史同期最高值。分析發(fā)現(xiàn)，自烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島“-+-”的西北—東南向異常環(huán)流型與西南地區(qū)降水異常偏多密切相關(guān)，對(duì)應(yīng)低層風(fēng)場上，低緯異常偏東氣流及南下的異常東北—偏北氣流在西南地區(qū)輻合，從而給這里帶來豐沛的降水。

(3)從海洋外強(qiáng)迫因素看，2022年春季持續(xù)的拉尼娜事件對(duì)西南地區(qū)降水異常偏多有重要影響。進(jìn)一步對(duì)比分析了拉尼娜事件結(jié)束偏早和偏晚年的差異，發(fā)現(xiàn)在結(jié)束偏晚年，自烏拉爾山北部經(jīng)青藏高原至中南半島的“-+-”的環(huán)流形勢更為典型，對(duì)應(yīng)低層水平風(fēng)場在西南地區(qū)的輻合也更為明顯，有利于西南地區(qū)降水偏多。

需要指出的是，本文僅從大尺度環(huán)流和赤道中東太平洋海洋外強(qiáng)迫信號(hào)分析了這些因子對(duì)春季西南地區(qū)降水異常偏多的可能影響。但造成西南地區(qū)降水異常的成因比較復(fù)雜，除ENSO的作用外，青藏高原的熱力和動(dòng)力異常、熱帶的MJO等都可能對(duì)西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生影響，我們也會(huì)在今后工作中做進(jìn)一步深入研究，以期更加全面地分析和揭示西南地區(qū)春季降水的異常特征和相應(yīng)機(jī)理診斷，為短期氣候預(yù)測提供依據(jù)。