摘要 利用NCEP／NCAR再分析資料、ERSST v5海表溫度資料和大氣環(huán)流模式，分析了2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫事件的影響機(jī)理及相對(duì)貢獻(xiàn)。研究表明，此次高溫異常事件受La Nia事件和負(fù)位相IOD事件的共同影響，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溫度異常為1.52 ℃、為近40年來最高，溫度正異常的極大值位于河南和湖北兩省交界處的西側(cè)。熱帶印度洋和太平洋海溫異常引起了長(zhǎng)江中下游約0.39 ℃的增溫，對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)此次高溫異常的貢獻(xiàn)為25.66％。La Nia事件和負(fù)位相IOD事件可通過增強(qiáng)西太平洋副熱帶高壓，進(jìn)而有利于維持長(zhǎng)江中下游地區(qū)的異常下沉運(yùn)動(dòng)，為高溫事件的發(fā)生提供了有利條件。

關(guān)鍵詞2022年夏季;長(zhǎng)江中下游地區(qū);高溫異常;熱帶印度洋-太平洋;海溫異常

2023-04-27收稿，2023-07-06接受

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2019YFC1510201）;國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42088101）

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2022年中國(guó)平均溫度除冬季外，春季、夏季和秋季溫度均為有觀測(cè)記錄以來的最高值。2022年夏季，除東北部分地區(qū)外，中國(guó)大部分地區(qū)高溫異常且降水異常偏少，其中高溫異常的大值區(qū)位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)（程浩秋等，2023;李瑩等，2023;尹澤疆等，2023）。長(zhǎng)江中下游地區(qū)此次高溫異常事件不僅綜合強(qiáng)度偏強(qiáng)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳詈蜕眢w健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源需要和生態(tài)環(huán)境等均造成了嚴(yán)重的影響（孫博等，2023）。

長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季溫度異常和ENSO存在密切聯(lián)系。ENSO是熱帶太平洋重要的海氣耦合現(xiàn)象。ENSO在冬季達(dá)到盛期，主要表現(xiàn)為赤道中東太平洋暖海溫異常、西太平洋冷海溫異常，對(duì)西太平洋海溫異常的Rossby波響應(yīng)使得西北太平洋地區(qū)反氣旋環(huán)流異常，該反氣旋環(huán)流異常可持續(xù)至初夏，增強(qiáng)了西太平洋副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）（Wang et al.，2000）;同時(shí)，該反氣旋環(huán)流異常東側(cè)的東北風(fēng)異常增強(qiáng)了該地區(qū)的東北信風(fēng)，蒸發(fā)增強(qiáng)，維持了西北太平洋地區(qū)的海溫負(fù)異常（Xie and Philander，1994）和反氣旋環(huán)流異常（Wang et al.，2013;Hsu et al.，2014），使得副高在盛夏得以維持。副高是長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季溫度異常的重要影響因子（張尚印等，2005;Tang et al.，2021）。

長(zhǎng)江中下游夏季高溫異常還受到印度洋海溫異常的影響。El Nio事件可引起印度洋海盆尺度增暖（Alexander et al.，2002;Xie et al.，2009），這種增暖在春季達(dá)到極值，并能通過海氣相互作用一直維持到夏季（Du et al.，2009），對(duì)夏季副高具有顯著影響（Yang et al.，2010）。印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）是印度洋重要的海氣耦合現(xiàn)象（Saji et al.，1999;Webster et al.，1999）。IOD可通過影響東亞大氣環(huán)流異常調(diào)節(jié)東亞地區(qū)氣候異常（Guan and Yamagata，2003;Weng et al.，2011;Qiu et al.，2014;Zhang et al.，2022；陳業(yè)雁等，2024）。

2022年熱帶太平洋海溫異常表現(xiàn)出La Nia事件的空間分布型（孫博等，2023;Zheng et al.，2023），熱帶印度洋海溫異常則表現(xiàn)出負(fù)位相的IOD事件空間分布型（https：／／www.weatherzone.com.au／news／the-2022-negative-iod-is-over／968128）。盡管孫博等（2023）研究認(rèn)為2022年夏季La Nia事件通過影響東亞-太平洋型遙相關(guān)（East Asian-Pacific teleconnection，EAP;Huang and Li，1987;Nitta，1987）來影響長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常，但是2022年La Nia事件和負(fù)位相IOD事件對(duì)此次高溫異常的協(xié)同影響機(jī)制是什么尚不清楚。熱帶印度洋-太平洋海溫異常在此次高溫事件中的貢獻(xiàn)如何亦不明確。本文將圍繞上述問題展開，試圖揭示相關(guān)物理機(jī)制并定量揭示出熱帶印度洋-太平洋海溫異常在此次事件中的貢獻(xiàn)，從而為深刻理解、監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的高溫異常事件提供科學(xué)依據(jù)和線索。

1 資料和方法

本文采用NCEP／NCAR的2 m氣溫、位勢(shì)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)資料，水平分辨率為2.5°×2.5°（Kalnay et al.，1996）;還選用了ERSST v5的海表溫度資料，水平分辨率為2°×2°（Huang et al.，2017）。因?yàn)殚L(zhǎng)江中下游溫度、熱帶太平洋海表溫度和熱帶印度洋海表溫度均存在長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)（林昕和管兆勇，2008;Xu et al.，2021;孫博等，2023;Zhang et al.，2023），所以除了分析中國(guó)東部夏季平均溫度的氣候平均及標(biāo)準(zhǔn)差（圖1a）外，其余分析均利用一元線性回歸方法濾除了長(zhǎng)期變化趨勢(shì)、IOD和ENSO信號(hào)。本文將原始場(chǎng)減去扣除了IOD和ENSO信號(hào)后的變量場(chǎng)記為IOD和ENSO事件對(duì)變量的影響。

為了驗(yàn)證2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常協(xié)同影響的物理機(jī)制及貢獻(xiàn)，本文利用大氣環(huán)流模式CAM6（Community Atmosphere Model version 6;Bogenschutz et al.，2018），設(shè)計(jì)了控制試驗(yàn)以及與熱帶太平洋-印度洋海溫異常相聯(lián)系的敏感性試驗(yàn)。CAM6是NCAR CESM（Community Earth System Model）2.1.3的大氣分量，選用的水平分辨率為1.9°×2.5°（f19_g16），垂直方向?yàn)?2層垂直分層，選用的compset為F2000climo。第3節(jié)詳細(xì)介紹了模式設(shè)計(jì)方案。

2 2022年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常特征

中國(guó)東部氣候平均的溫度（圖1a）顯示，中國(guó)東部夏季平均溫度空間分布很不均勻，中國(guó)東部的中東部地區(qū)溫度高于西部地區(qū)，平均溫度的大值區(qū)位于兩廣地區(qū)的南部和115°E附近，極大值（超過27 ℃）位于湖北南部、湖南東部、江西和兩廣大部分地區(qū)。中國(guó)東部夏季溫度標(biāo)準(zhǔn)差的空間分布亦很不均勻，呈南低北高、由南向北增大的空間分布特征，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溫度年際變率大于0.8 ℃。

中國(guó)東部夏季2022年濾除趨勢(shì)后的溫度異常空間分布（圖1b）顯示，除中國(guó)東部地區(qū)的南部、西北部和東北部部分地區(qū)為溫度負(fù)異常外，其余大部分地區(qū)為溫度異常偏暖。長(zhǎng)江中下游地區(qū)（圖1b中矩形框區(qū)域）為溫度正異常的大值區(qū)，大部分地區(qū)溫度距平超過1.4 ℃，極大值超過1.8 ℃（位于河南和湖北兩省交界處的西側(cè)）。總體來說，中國(guó)東部地區(qū)2022年夏季溫度異?？臻g分布不均勻，呈南北低、中間高、由南北兩側(cè)向中間遞增的空間分布特征。由長(zhǎng)江中下游地區(qū)去除趨勢(shì)的區(qū)域平均溫度異常時(shí)間序列（圖1c）可知，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溫度異常存在顯著的年際變化，2022年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)溫度異常為1.52 ℃，為近40年來溫度最高的年份。

3 熱帶印度洋-太平洋海溫異常的貢獻(xiàn)

2022年夏季熱帶中東太平洋海溫負(fù)異常、西太平洋海溫正異常（圖2a），表現(xiàn)出La Nia事件的空間分布型（孫博等，2023;Zheng et al.，2023）；熱帶西印度洋海溫負(fù)異常、熱帶東南印度洋海溫正異常，為負(fù)位相的IOD事件（Saji et al.，1999）。ENSO和IOD事件均可通過獨(dú)立或協(xié)同作用影響東亞地區(qū)大氣環(huán)流異常，進(jìn)而調(diào)節(jié)東亞地區(qū)的氣候異常（江麗俐等，2009;Xu et al.，2016）。因此下面將分析分別濾除IOD、ENSO信號(hào)及同時(shí)濾除IOD和ENSO信號(hào)的中國(guó)東部地區(qū)溫度異常的空間分布，并揭示熱帶太平洋-印度洋海溫異常對(duì)2022年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常起的貢獻(xiàn)。

分別濾除IOD、ENSO信號(hào)及同時(shí)濾除IOD和ENSO信號(hào)后，中國(guó)東部溫度異常亦呈現(xiàn)南北低、中間高的空間分布特征，且溫度正異常大值區(qū)仍位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，溫度異常的大值區(qū)并未發(fā)生顯著變化，只是強(qiáng)度有所減弱（圖2b—d）。濾除IOD信號(hào)后，2022年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)大部分地區(qū)溫度異常超過1.2 ℃（圖2b），區(qū)域平均的長(zhǎng)江中下游溫度距平濾除IOD信號(hào)后為1.23 ℃（圖1c），較未濾除IOD信號(hào)的溫度異常低0.29 ℃。濾除ENSO信號(hào)后，長(zhǎng)江中下游區(qū)域平均溫度距平為1.37 ℃（圖1c），較未濾除ENSO信號(hào)的溫度異常低0.15 ℃。同時(shí)濾除IOD和ENSO信號(hào)后，長(zhǎng)江中下游地區(qū)大部分地區(qū)溫度異常超過1 ℃（圖2d），長(zhǎng)江中下游區(qū)域平均溫度距平為1.13 ℃（圖1c），較未濾除IOD和ENSO信號(hào)的溫度低0.39 ℃，即2022年的IOD和ENSO事件對(duì)長(zhǎng)江中下游夏季高溫異常所作貢獻(xiàn)為25.66％。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，若僅考慮IOD和ENSO的影響，長(zhǎng)江中下游大部分地區(qū)溫度異常偏高0.4～0.6 ℃（圖2e）。

為了驗(yàn)證2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常在長(zhǎng)江中下游高溫異常中的作用，使用大氣環(huán)流模式CAM6設(shè)計(jì)了一組控制試驗(yàn)，利用6—8月氣候平均的海溫場(chǎng)強(qiáng)迫模式從6月開始積分3 mon;另一組為敏感性試驗(yàn)，將2022年6—8月平均的熱帶印度洋-太平洋［40°E～90°W，25°S～25°N］（圖2a中洋紅色矩形框區(qū)域）海溫異常疊加在氣候平均6—8月逐月的海溫場(chǎng)上強(qiáng)迫模式從6月開始積分3 mon?？刂圃囼?yàn)和敏感性試驗(yàn)各有15個(gè)成員，每個(gè)成員的初始條件略微存在差異，將敏感性試驗(yàn)和控制試驗(yàn)6—8月夏季平均的集合平均結(jié)果進(jìn)行差值合成分析，以驗(yàn)證通過觀測(cè)資料所得結(jié)論。圖2f為敏感性試驗(yàn)和控制試驗(yàn)的差值合成結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)模擬的2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常的影響與觀測(cè)結(jié)果（圖2e）較為接近，長(zhǎng)江中下游大部分地區(qū)溫度異常超過0.2 ℃。

4 物理機(jī)制

2022年夏季熱帶中東太平洋冷海溫異常（圖2a），大氣的Rossby波響應(yīng)在西太平洋對(duì)流層低層沿赤道存在一對(duì)反氣旋環(huán)流異常（Mastuno，1966;Gill，1980），并增強(qiáng)了副高（Wang et al.，2000）。而熱帶東南印度洋的暖海溫異常（圖2a），則通過Mastuno-Gill響應(yīng)在對(duì)流層低層孟加拉灣和南印度洋產(chǎn)生一對(duì)氣旋式環(huán)流異常，并通過Kelvin波響應(yīng)在熱帶西太平洋產(chǎn)生東風(fēng)異常，這樣的東風(fēng)異常亦有利于增強(qiáng)副高（圖3a）。對(duì)流層高層熱帶太平洋西風(fēng)異常（圖3b）是高層大氣對(duì)熱帶中東太平洋冷海溫異常的響應(yīng)（Gill，1980）。熱帶中東印度洋低層西風(fēng)異常（圖3a）、高層?xùn)|風(fēng)異常（圖3b）是大氣對(duì)負(fù)位相IOD事件的響應(yīng)（Saji et al.，1999）。

僅考慮IOD和ENSO的影響可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層低層熱帶太平洋為東風(fēng)異常，熱帶中東印度洋為西風(fēng)異常，西北太平洋為反氣旋環(huán)流異常，且沿赤道中東印度洋在孟加拉灣和南印度洋處存在一對(duì)氣旋式環(huán)流異常（圖3c）。對(duì)流層高層，熱帶太平洋為西風(fēng)異常，熱帶印度洋為東風(fēng)異常（圖3d）。比較2022年去趨勢(shì)的環(huán)流異常和僅考慮IOD和ENSO影響的環(huán)流異常，可以發(fā)現(xiàn)IOD和ENSO的協(xié)同影響對(duì)大氣環(huán)流異常的影響在型態(tài)上與異常場(chǎng)相似，只是在強(qiáng)度上偏弱。上述分析表明，熱帶印度洋-太平洋海溫異?？梢酝ㄟ^影響副高從而有利于長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常事件的發(fā)生。

2022年夏季La Nia事件引起赤道中太平洋低層異常輻散（圖4a）、高層異常輻合（圖4b），海洋性大陸區(qū)域低層輻合（圖4a）、高層輻散（圖4b）。我們注意到，長(zhǎng)江中下游地區(qū)至西北太平洋地區(qū)為低層輻散、高層輻合（圖4a、b）。這樣的環(huán)流異常有利于長(zhǎng)江中下游地區(qū)受異常下沉氣流控制，對(duì)流活動(dòng)受到抑制，接收的太陽(yáng)輻射偏多，亦有利于長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常事件的發(fā)生。另一方面，IOD負(fù)位相事件亦可引起熱帶西印度洋低層輻散、高層輻合，并有利于海洋性大陸區(qū)域的低層輻合、高層輻散（圖4a、b），這也有利于長(zhǎng)江中下游地區(qū)至西北太平洋的異常下沉運(yùn)動(dòng)，并維持副高的異常偏強(qiáng)。而IOD和ENSO對(duì)速度勢(shì)和輻散風(fēng)的協(xié)同影響（圖4c、d）與2022年夏季異常場(chǎng)相似。

5 結(jié)論和討論

利用NCEP／NCAR再分析資料、ERSST v5海表溫度資料和大氣環(huán)流模式，分析了2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫事件的影響機(jī)理及相對(duì)貢獻(xiàn)，得到以下結(jié)論：

1）2022年夏季，長(zhǎng)江中下游地區(qū)溫度為近40年來最高，區(qū)域平均溫度異常為1.52 ℃。在此次高溫事件中，長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫異常的空間分布很不均勻，溫度正異常的極大值位于河南和湖北兩省交界處的西側(cè)。

2）此次高溫異常事件受La Nia和負(fù)位相IOD事件的共同影響，分別扣除ENSO信號(hào)和IOD信號(hào)后，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溫度異常分別為1.23和1.37 ℃。而同時(shí)扣除ENSO和IOD信號(hào)后，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溫度異常為1.13 ℃，即熱帶印度洋和太平洋海溫異常對(duì)長(zhǎng)江中下游夏季高溫異常的貢獻(xiàn)為25.66％。

3）大氣對(duì)La Nia事件的Mastuno-Gill響應(yīng)引起長(zhǎng)江中下游地區(qū)至西北太平洋地區(qū)反氣旋環(huán)流異常，而負(fù)位相的IOD事件亦可通過增強(qiáng)海洋性大陸區(qū)域的東風(fēng)異常增強(qiáng)副高。而副高的增強(qiáng)則維持了長(zhǎng)江中下游地區(qū)的異常下沉運(yùn)動(dòng)，有利于高溫事件的發(fā)生。

中國(guó)東部地區(qū)的夏季溫度異常具有很強(qiáng)的局地性（林昕和管兆勇，2008），2022年夏季長(zhǎng)江中下游地區(qū)的高溫異常是否各個(gè)地區(qū)的影響因子的貢獻(xiàn)各不相同？IOD可通過“三邊型”機(jī)制影響中國(guó)東部氣候異常（Guan and Yamagata，2003），那么2022年夏季IOD事件是否亦可通過此機(jī)制影響長(zhǎng)江中下游地區(qū)的高溫事件？上述問題均值得未來進(jìn)行深入研究。

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·ARTICLE·

The impact of tropical Indo-Pacific ocean sea surface temperature anomalies on high temperature anomalies in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin in the summer of 2022

JIN Dachao1，GUAN Zhaoyong1，WANG Zijia2，YAN Zun1

1Key Laboratory of Meteorological Disasters of Ministry of Education（KLME）/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters（CIC-FEMD），Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China;

2 College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing 210098，China

Abstract Using NCEP／NCAR reanalysis data，ERSST v5 sea surface temperature data，and an atmospheric circulation model，we analyzed the mechanisms and relative contributions of tropical Indo-Pacific ocean SST anomalies to the high-temperature event in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin during the summer of 2022.The study shows that the summer of 2022 recorded the highest temperatures in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin in the past 40 years，with an area mean anomalous temperature of 1.52 ℃.The spatial distribution of positive temperature anomalies in this region was highly uneven，with the maximum anomalies located to the west of the Henan-Hubei border.This positive temperature anomaly event was influenced by both La Nia and the negative phase of the IOD.After removing the ENSO and IOD signals，the anomalous temperatures in the middle and lower reaches of the Yangtze River were 1.23 and 1.37 ℃，respectively.When both ENSO and IOD signals were removed，the temperature anomaly was 1.13 ℃，indicating that tropical Indian Ocean and Pacific SST anomalies contributed 25.66％ to the summer high-temperature anomalies in this region.The atmospheric Matsuno-Gill response to the La Nia event caused an anticyclonic circulation anomaly from the middle and lower reaches of the Yangtze River to the Northwest Pacific region.The negative phase IOD event enhanced the subtropical high in the western Pacific by strengthening the easterly anomalies over the Maritime Continent.The strengthened western Pacific subtropical high favored maintaining anomalous subsidence motion in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin，facilitating the occurrence of the high-temperature event.These results provide a scientific basis for understanding the extreme high-temperature events in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin during summer.

Keywords the summer of 2022;middle and lower reaches of theYangtze River basin;anomalous high temperature;tropical Indo-Pacific ocean;SST anomaly

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230427001

（責(zé)任編輯：張福穎）