2012年我國夏季降水預(yù)測與異常成因分析

趙俊虎 支蓉 申茜楊杰 封國林

1蘭州大學大氣科學學院，蘭州730000

2國家氣候中心氣候研究開放實驗室，北京100081

1 引言

我國氣候災(zāi)害發(fā)生頻率較高，大范圍的干旱和洪澇等氣候災(zāi)害極大的影響著經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，每年氣候災(zāi)害所造成的損失占我國國民生產(chǎn)總值的2.7%左右（黃榮輝等，2006）。在近幾十年全球氣候變暖背景下，某些災(zāi)害性天氣、氣候事件頻繁發(fā)生（Ren et al.，2004；Lin et al.，2004；鮑名和黃榮輝，2006），且隨著經(jīng)濟的發(fā)展，氣象災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失越來越嚴重（吳國雄等，2006）。因此，對月、季時間尺度旱、澇氣候，尤其是夏季汛期旱、澇趨勢的預(yù)測是我國大氣科學家的一項重要課題（丑紀范和徐明，2001）。

2012年夏季我國極端強降水事件頻發(fā)，總降水整體偏多，且大體呈北方澇、長江旱的分布格 局，黃河流域及其以北大部分地區(qū)降水較同期偏多2成以上，是1998年之后降水最多的一年，其中青海北部、甘肅西部及內(nèi)蒙古中西部等地區(qū)降水偏多5成至2倍不等，發(fā)生較嚴重的洪澇災(zāi)害，而黃河下游至長江中下游之間地區(qū)及華南降水較同期偏少，江漢至淮河上游降水偏少5成以上，干旱嚴重；且整個夏季降水時空分布極不均勻。6月，全國平均降水量較常年同期偏多 11.2%，降水呈南北 多、中間少的分布，我國北方大部地區(qū)降水量較常年同期偏多2成以上，其中東北大部、華北中部和東北部及內(nèi)蒙古大部、陜西北部等地區(qū)較常年同期偏多3成至4倍不等，而華北南部、黃淮、江淮、江漢大部以及陜西中部和南部等地區(qū)偏少3～8成，局部偏少8成以上，氣象干旱嚴重。7月，全國平均降水量較常年同期偏多14.4%，為1951年以來同期第4多，且降水也呈南北多、中間少的分布，除長江中下游及江南和華南部分地區(qū)外，全國大部分地區(qū)降水偏多，其中西北地區(qū)中部、內(nèi)蒙古大部及河套地區(qū)偏多5成至2倍，局部偏多2倍以上。8月，全國平均降水量較常年同期偏少12.4%，降水呈南北少、中間多的分布，江南東部、江淮大部及沿渤海一帶降水偏多，黃河流域及其以北、西南大部及華南降水偏少。（http://ncc.cma.gov.cn/influ/moni_ china.php?product=moni_assessment[2012-09-01]）

2012年夏季我國降水時空分布的極不均勻，造成了區(qū)域性嚴重的洪澇和干旱，給國民經(jīng)濟帶來了巨大的損失和破壞，這也增加了國家對提高短期氣候預(yù)測水平更為迫切的需求。提高短期氣候預(yù)測水平，就需要對異常年份的旱澇成因進行深入分析和再認識。對短期氣候異常成因的分析，也是我國氣象學家一直堅持的一項研究工作（陶詩言等，1998；陳桂英等，2001；王會軍，2001；譚桂容等，2009；孫誠和李建平，2012；黃榮輝等，2012）。本文簡要回顧了2012年全國夏季降水分布的觀測和3月全國會商的預(yù)測結(jié)果，通過對海溫及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員的異常演變特征及配置進行分析，探討了夏季降水北方澇、長江旱這種異常分布的成因；通過進一步選取 2012年全國夏季旱澇分布的最佳相似年和最佳相反年，對比分析了海溫及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員特征的異同，并說明了我國夏季降水與主要影響因子之間關(guān)系的年代際變化和選取相似年做預(yù)測時需注意的問題，以期為進一步做好汛期降水預(yù)測工作提供參考和依據(jù)。

2 資料和方法

NCEP/NCAR 1948～2012年垂直方向 1000～10 hPa共17層等壓面的風場（u、v分量）、溫度場（T）、高度場（H），以及垂直方向1000～300 hPa共8層等壓面的比濕場（q），水平空間分辨率均為2.5°×2.5°的全球格點再分析日平均、月平均資料（Kalnay et al.,1996）；美國國家海洋與大氣管理局提供的1948～2012年月平均海溫重建資料（2°×2°）（Smith and Reynolds，2004）；中國氣象局國家氣候中心（National Climate Center，NCC）提供的 160測站1951～2012年逐月降水量資料和74項環(huán)流指數(shù)；中國氣象局信息中心提供的753個測站逐日降水量資料。本文主要利用相關(guān)、距平及天氣氣候診斷分析等方法，取1981～2010年為氣候態(tài)。

3 夏季降水實況及預(yù)測

3.1 夏季降水分布

2012年夏季降水大體呈北方澇、長江旱的分布，主雨帶位于黃河流域及其以北，降水異常偏多的區(qū)域主要位于西北大部、內(nèi)蒙古和環(huán)渤海灣，此外東北大部、西南西北部、江南等地區(qū)降水偏多。黃淮、江淮、長江中游至廣西北部、廣東等地區(qū)降水偏少，其中江漢至淮河上游之間地區(qū)降水異常偏少（圖1a）。

2012年3月全國汛期會商最后公布的預(yù)測為：夏季我國多雨范圍較 2011年明顯偏大，洪澇程度較2011年偏重；主要多雨區(qū)可能位于華北中東部、黃淮、江漢、江南東南部、華南東部、西南南部等地區(qū)，其中黃淮大部地區(qū)降水偏多 2～5成，上述地區(qū)可能出現(xiàn)洪澇；全國其余大部地區(qū)降水較常年同期偏少（圖1b）。其中華北南部、江南東部、四川南部的多雨區(qū)以及長江中下游地區(qū)、江漢至廣西北部的少雨區(qū)與實況相符，而預(yù)測的北方降水偏少和黃淮多雨均與實況相反。

3.2 預(yù)測依據(jù)及實況

根據(jù)國內(nèi)外多個氣候模式的預(yù)測結(jié)果，預(yù)計2012年4月底La Ni?a事件將轉(zhuǎn)為ENSO中性狀態(tài)；2011年秋季至2012年2月副熱帶南印度洋偶極子（Southern Indian Ocean SST anomaly Dipole，SIOD）處于負位相；冬季北極海冰異常偏少。考慮到前期海溫及海冰的影響，預(yù)測南海夏季風爆發(fā)偏早，東亞夏季風偏強，副熱帶高壓（簡稱副高）偏東偏北；考慮到太平洋年代際振蕩（從2007年至2012年整體處于冷位相，對應(yīng)北方多雨型）、北大西洋年代際振蕩（1999年之后處于暖位相）以及我國夏季降水的年代際變化特征，推斷雨帶可能北移；再結(jié)合客觀方法預(yù)測結(jié)果，主要包括動力氣候模式直接預(yù)測、多模式集合預(yù)測、動力—統(tǒng)計預(yù)測（王啟光等，2011；Xiong et al.，2011；楊杰等，2012），預(yù)測夏季主雨帶偏北，位于黃淮流域。

實況：2011年9月，赤道中東太平洋拉尼娜事件爆發(fā)（Ni?o3.4指數(shù)≤-0.5°C），該事件在 2011年 12月至 2012年 1月達到最強，中心值低于-1.5°C。2012年2月后，赤道東太平洋海溫距平迅速上升；3月Ni?o1＋2區(qū)海溫指數(shù)為0.17，Ni?o3.4指數(shù)為-0.41°C，均未達到-0.5°C 的標準，表明La Ni?a事件已結(jié)束；4月南方濤動指數(shù)（Southern Oscillation Index，SOI）已從正位相轉(zhuǎn)為負位相，說明熱帶大氣受拉尼娜事件的影響已經(jīng)減弱（圖2a）。從2011年1月至2012年9月熱帶印度洋全區(qū)一致海溫模態(tài)（Basin-Wide SSTA variation in the tropical Indian Ocean,IOBW）指數(shù)和 SIOD 指數(shù)的演變（圖2b）可見，從2011年6月至2012年9月中，除2012年3月以外，其他月份IOBW指數(shù)全為正值，即熱帶印度洋全區(qū)一致偏暖，2012年春夏季除7月以外SIOD處于負異常狀態(tài)。國家氣候中心監(jiān)測表明：南海夏季風自5月4候爆發(fā)，于10月2候結(jié)束，與常年相比，爆發(fā)偏早、結(jié)束偏晚、強度偏弱；東亞夏季風偏強；夏季副高強度異常偏弱、位置偏北偏東。

上述環(huán)流和海溫的演變與預(yù)測基本相符，有利于夏季主雨帶位置偏北。2012年夏季我國主雨帶位于36°N以北的北方大范圍地區(qū)，比預(yù)測位置偏北。從上述預(yù)測依據(jù)來看，主要考慮了東亞夏季風和副高這兩個低緯度的暖濕系統(tǒng)，而未對中高緯環(huán)流形勢尤其是阻塞高壓（簡稱阻高）和東北冷渦進行預(yù)測，這可能是導(dǎo)致預(yù)測的主雨帶比實況偏南的主要原因。事實上，夏季主雨帶是由低緯的暖濕系統(tǒng)和中高緯的冷系統(tǒng)二者共同決定（張慶云等，2003），即冷暖系統(tǒng)的不同配置導(dǎo)致冷暖氣團在某區(qū)域長時間對峙進而形成主雨帶。

圖1 2012年夏季（6～8月）降水距平百分率分布（來自NCC）：（a）觀測；（b）預(yù)測 Fig.1 Distributions of(a)observed and(b)predicted summer rainfall anomaly percentages in 2012(from NCC)

圖2 2011年1月～2012年9月太平洋（a）與印度洋（b）海溫指數(shù)（°C）演變 Fig.2 The variations of SST-based indices(°C)in(a)the Pacific and(b)the Indian Ocean from Jan 2011 to Sep 2012

4 2012年夏季大氣環(huán)流概況

圖3、圖4和表1分別給出了2012年夏季及 6～8月北半球500 hPa位勢高度及其距平場、850 hPa距平風場、副高的主要指數(shù)及其距平。2012年夏季北半球 500 hPa位勢高度及其距平場上（圖3a），歐亞中高緯地區(qū)主要為兩脊一槽的環(huán)流形勢，烏拉爾山和鄂霍次克海均為正距平，其中烏拉爾山北部正距平中心超過 40 gpm，鄂霍次克海相對偏弱，貝加爾湖至我國內(nèi)蒙古中部為負距平；副高強度明顯偏弱（達一個標準差以上），西伸脊點位于128°E（偏東一個標準差以上），脊線位于25°N，比氣候態(tài)偏北1個緯度；850 hPa距平風場顯示（圖4a），貝加爾湖和我國南海地區(qū)各為一個氣旋式距平，索馬里急流（70°E～100°E）偏強。

6～8月逐月的環(huán)流有明顯的調(diào)整。其中6月，北半球500 hPa位勢高度及其距平場上（圖3b），東亞地區(qū)呈北正南負分布，中高緯為穩(wěn)定的兩脊一槽環(huán)流形勢控制，槽脊偏深，烏拉爾山至西西伯利亞平原和鄂霍次克海地區(qū)為超高40 gpm的正距平控制，其中西西伯利亞平原高度距平中心達160 gpm，貝加爾湖至我國華北為低壓槽區(qū)，西風帶經(jīng)向環(huán)流異常發(fā)展；副高強度明顯偏弱，西伸脊點位于130°E，脊線位于22°N，比氣候態(tài)偏北1.5個緯度；850 hPa距平風場顯示（圖4b），貝加爾湖東南側(cè)地區(qū)和我國南海地區(qū)各為一個氣旋式距平，索馬里急流偏強。7月，北半球500 hPa位勢高度及其距平場上（圖3c），東亞地區(qū)從北至南大體呈“-＋-”分布，除貝加爾湖至我國西北一帶地區(qū)以外40°N～60°N為正距平帶，因此中高緯仍為兩脊一槽的環(huán) 流形勢，鄂霍次克海的高壓中心已經(jīng)向東南移動到日本島以東洋面上；副高強度明顯偏弱，西伸脊點位于125°E，脊線位于28°N，比氣候態(tài)偏北2.5個緯度；850 hPa距平風場顯示（圖4c），貝加爾湖東南側(cè)地區(qū)和我國南海地區(qū)各仍為一個氣旋式距平，索馬里急流偏強。8月，北半球500 hPa位勢高度及其距平場上（圖3d），東亞地區(qū)從北至南大體仍呈“-＋-”分布，與 7月相比正距平帶南移至30°N～50°N，歐亞中高緯東西方向仍為兩脊一槽的環(huán)流形勢，但槽脊深度減弱，西風帶環(huán)流相對平穩(wěn)；副高主體偏弱偏北；850 hPa距平風場顯示（圖4d），長江流域至南海地區(qū)為異常明顯的氣旋距平，日本島及其以東洋面為反氣旋距平。

表1 2012年夏季副高各指數(shù)特征 Table 1 Seasonal and monthly indices of the western Pacific subtropical high(WPSH)in summer 2012

綜上可見，2012年整個夏季中高緯度呈較穩(wěn)定的兩脊一槽環(huán)流形勢，中高緯500 hPa位勢高度距平場從烏拉爾山至鄂霍次克海呈“＋-＋”的波列，東亞地區(qū)從低緯至中高緯呈“＋-＋”分布（逐月有差異），研究表明這種環(huán)流形勢有利于我國長江流域及其以南降水偏多（朱乾根等，1981；李維京，1999；趙振國，1999；Yu and Lin，2007）。850 hPa距平風場上，梅雨鋒區(qū)（25°N～35°N）呈現(xiàn)較大的東風距平，卻是夏季長江流域降水偏少的環(huán)流特征（張慶云等，2003），在貝加爾湖至我國北方內(nèi)蒙古則為氣旋式距平，冷暖空氣在此輻合，造成我國北方地區(qū)夏季降水異常偏多。北方降水偏多，反映了從南到北的水汽輸送強，水汽一方面是由于偏北副高西北側(cè)的氣流所攜帶，另一方面是由異常偏強的東亞夏季風輸送而至。

根據(jù)張慶云等（2003）的定義，計算得到2012年的東亞夏季風指數(shù)為 1.62，位列 1951～2012年近 62年中的第三位，僅次于 1985年（1.80）和1972年（1.72）。然而東亞夏季風最強的 5年，中國夏季降水差異顯著：1985年華北北部和東北降水偏多，1972年全國大旱僅西北地區(qū)及其他少數(shù)地區(qū)降水偏多，2012年整個北方降水異常偏多，2004年黃河中下游降水偏多，1978年黃河中上游和華北降水偏多。由此可見，東亞夏季風異常偏強時，中國夏季主雨帶落區(qū)也不盡相同，這是由于東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員的不同配置所致。事實上，主雨帶是由冷暖空氣長期對峙形成，副高和東亞夏季風等反映了中低緯的暖濕氣流的強弱和路徑，中高緯的阻高和東北冷渦等則反映了冷空氣的強弱和路徑。因此，需要通過對東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員的異常特征及相互配置進行分析，來解釋2012年夏季北方洪澇的機理。

5 2012年夏季北方洪澇的成因

由圖1a可見，2012年我國夏季降水主要集中在36°N以北，因此以36°N為界將我國劃分為北方和南方，分別計算 1951～2012年全國、北方、南方以及西北東部地區(qū)（2012年夏季降水中心區(qū)：36°N 以北，92°E～112°E）平均的夏季總降水量及其對應(yīng)的距平百分率，結(jié)果如圖5所示。全國160站夏季總降水62年平均為409 mm，2012年為421 mm，位列第18位，偏多2.8%；南方93站夏季總降水平均為524 mm，2012年為525 mm，位列第25位，偏多0.2%，與多年平均基本持平；北方67站夏季總降水平均為250 mm，2012年為276 mm，位列第14位，偏多10.2%，且為1998年之后的近14年中最多的一年；而西北東部25站總降水62年平均為150 mm，2012年為200 mm，位列第6位，偏多33.3%，為1979年之后的近34年中最多的一年。

圖6為北方地區(qū)平均的夏季逐日降水演變圖（考慮到105°E以東為季風區(qū)，以此分為東西兩部分）。由圖 6可見，夏季整個北方地區(qū)平均降水超過5 mm的有5次過程，分別為6月14～16日、6月26～30日、7月10～12日、7月21日至8月6日、8月 29～30日，其中第四次過程持續(xù)時間最 長、影響范圍最廣、降水量最大。105°E以東的北方地區(qū)平均降水的逐日演變與整個北方地區(qū)平均降水逐日演變一致，105°E以西的北方地區(qū)平均降水的高峰區(qū)早于整個北方和105°E以東。

圖3 2012年夏季500 hPa位勢高度（黑色曲線：高度場，單位：dagpm；紅色虛線：氣候態(tài)588 dagpm）及其距平場（陰影，單位：gpm）：（a）夏季；（b）6月；（c）7 月；（d）8月 Fig.3 The distribution of 500-hPa geopotential height(black line: geopotential height,units: dagpm; red dashed line: 588 dagpm for climatic states)and its anomalies(shading)in(a)summer,(b)Jun,(c)Jul,and(d)Aug of 2012

圖4 2012 年 850 hPa距平風場（單位：m s-1）：（a）夏季；（b）6 月；（c）7 月；（d）8 月 Fig.4 The distribution of 850-hPa wind anomalies in(a)summer,(b)Jun,(c)Jul,and(d)Aug of 2012

圖5 1951～2012年夏季降水量（a-d）及其距平百分率（e-h）年際變化：（a，e）全國；（b，f）北方；（c，g）南方；（d，h）西北東部 Fig.5 The interannual variations of(a-d)summer precipitation and(e-h)its anomaly percentage in(a,e)China,(b,f )northern China,(c,g)southern China,and(d,h)eastern Northwest China,respectively

極端干旱和洪澇這些重大的氣候異常事件均是受到東亞夏季風的影響而產(chǎn)生（黃榮輝等，2006），但東亞夏季風各子系統(tǒng)自身的異常差異，各子系統(tǒng)之間的不同配置，東亞夏季風與中高緯系統(tǒng)的配置形勢等又會造成相同氣候背景下不同區(qū)域的旱澇分布（賈小龍等，2011）。因而，詳細分析各年夏 季的氣候異常特征和可能成因?qū)τ诒O(jiān)測和預(yù)測很有必要。近半個多世紀以來，國內(nèi)外諸多研究表明東亞夏季風系統(tǒng)的關(guān)鍵成員：阻高（Elliott and Smith，1949；陶詩言等，1958；Wang，1992；張培忠和楊素蘭，1996；張慶云和陶詩言，1998；李維京，1999）、東北冷渦（孫力等，2000；何金海等，2006；廉毅等，2010；楊涵洧等，2012）、東亞夏季風（丁一匯，1994；施能等，1996；廉毅等，2004）、副高（吳國雄等，2003；趙俊虎等，2012），這四個天氣氣候系統(tǒng)均對我國夏季氣候有著重要影 響。阻高的形成、維持以及崩潰，增強了中高緯的經(jīng)向環(huán)流，有利于冷空氣的南下；東北冷渦活動一方面導(dǎo)致東北地區(qū)降水偏多氣溫偏低，另一方面也有利于冷空氣頻繁南下影響我國南方地區(qū)；東亞夏季風把大量的暖、濕空氣從海洋輸送到我國大陸地區(qū)，為持續(xù)性強降水提供了充足的水汽供應(yīng)；副高的東、西進退及南、北向擺動對降水量的多寡和雨帶位置有重要影響。主雨帶的形成是阻高、東北冷渦、東亞夏季風和副高的最佳配置（或鎖定），四個系統(tǒng)的不同配置影響著夏季冷暖氣流的對峙位置，進而導(dǎo)致夏季主雨帶位置發(fā)生差異?；诖?，圖7給出了2012年夏季這四個系統(tǒng)的配置特征和北方洪澇的天氣學模型。

由500 hPa位勢高度場可見阻塞形勢主要出現(xiàn)在 40°N～60°N 區(qū)域（圖3），對 500 hPa位勢高度場作40°N～60°N平均的經(jīng)度—時間剖面來分析阻塞形勢在2012年夏季隨時間的演變過程（圖7a）。2012年夏季歐亞中高緯阻高強盛：6月初，烏拉爾山地區(qū)首次出現(xiàn)阻塞高壓（烏阻），但僅持續(xù)數(shù)日；6月中旬至8月底，烏拉爾山地區(qū)出現(xiàn)5次阻塞高壓過程，活動十分頻繁，尤其是第四次過程從7月下旬持續(xù)至8月中旬；貝加爾湖也有幾次阻塞高壓過程（貝阻），但均持續(xù)時間較短；鄂霍次克海地區(qū)出現(xiàn)了3次阻塞高壓過程（鄂阻），分別是6月下旬、7月中下旬和8月上旬。由圖7a和f對比可見，阻高活動階段北方降水量也增加。

2012年夏季東北冷渦活動頻繁（圖7b）。其中6月，共發(fā)生兩次冷渦活動，分別是6月7～14日和6月18～23日，活動日數(shù)達14天；7月東北冷渦活動最為頻繁，共發(fā)生5次冷渦活動，分別是7月1～4日、8～10日、12～18日、21～24日、28～30日，活動日數(shù)達20天。6～7月東北冷渦路徑偏西，主要出現(xiàn)在我國內(nèi)蒙古東部及其以北地區(qū)，冷渦活動一方面導(dǎo)致東北地區(qū)降水偏多氣溫偏低，另一方面也有利于冷空氣頻繁南下影響我國南方地區(qū)。冷空氣南下與西南季風帶來的充沛水汽交匯，導(dǎo)致7月以來我國西北中部及北部、華北大部、黃淮地區(qū)普遍降水偏多。8月東北冷渦頻次較常年偏少，共有兩次冷渦過程，分別是 4～9日和 8～10日；東北冷渦頻次偏少是8月以來東北地區(qū)降水偏少的主要原因之一。

根據(jù)以往的研究可知，夏季歐亞中高緯阻高強盛和東北冷渦活躍，均有利于長江流域降水偏多（張慶云和陶詩言，1998；何金海等，2006；封國林等，2012）。然而2012年卻是長江流域降水偏少而北方降水偏多，主要是因為 2012年東亞夏季風異常偏強，同時副高偏北，導(dǎo)致冷暖空氣對峙于40°N 附近（圖7c）。

2012年東亞夏季風整體偏強，階段性變化顯著。從東亞夏季風指數(shù)逐日演變圖可見（圖7d），整個6月除22～23日外，其他時間都異常偏強，7月中上旬季風指數(shù)處于正常狀態(tài)，7月中下旬至 8月上旬，季風指數(shù)異常偏強。6月中旬至7月中旬，季風涌穩(wěn)定在 20°N～30°N，并在 6月下旬和7月中旬有兩次北進過程；7月下旬至8月上旬，季風涌向北推進并維持在 30°N～40°N，最北影響達50°N（圖7e）。季風涌北進的幾個階段中一次次的脈動把大量的水汽輸送至我國北方地區(qū)，與中高緯南下的冷空氣相遇對峙，造成北方地區(qū)持續(xù)性強降水（圖7f）。

由于受到前期La Ni?a事件影響，2012年夏季副高強度偏弱，位置偏北偏東。6月中上旬，副高主體正常偏南，6月底副高主體轉(zhuǎn)成北抬，并于 6月26日躍過20°N（圖7g）；上旬和下旬前期偏東，中旬和下旬末有兩次西伸（圖7h）。7月，副高主體位置在 11～13日及 19～20日經(jīng)歷兩次南撤活動，但 21日以后副高主體位置較氣候態(tài)持續(xù)偏北達3°N以上；月內(nèi)副高西伸過程和東退交織進行。8月上旬前期副高主體位置延續(xù)7月后期明顯偏北態(tài)勢，上旬末副高體零散，主體位置有所南落，中旬副高有所調(diào)整，但主體位置較常年偏南，下旬副高主體再次南落；中上旬副高略偏東，第4候副高北抬過程中強勁西伸，與大陸高壓打通，控制我國川西高原以東地區(qū)，第5候副高繼續(xù)維持在日本及其東南海域上空，強度偏強。副高偏北階段，我國北方降水也偏多，降水量還與其西伸密切相關(guān)（圖7f）。

總體而言，2012年夏季阻高、冷渦、東亞夏季風和副高這四個系統(tǒng)都較為異常，尤其是7月下旬至8月上旬這一階段，四個系統(tǒng)同時活躍，中高緯的冷空氣與低緯季風和副高帶來的水汽于我國北方地區(qū)長時間對峙，造成我國北方大范圍長時間的暴雨，導(dǎo)致整個夏季北方降水異常偏多，并引發(fā)了嚴重的洪澇災(zāi)害。8月下旬雖然也有阻高和冷渦活動，但此時東亞夏季風已進入強弩之末，同時副高也南撤，導(dǎo)致我國北方降水減少。

圖7 2012年北方洪澇的天氣學模型：（a）500 hPa位勢高度40°N～60°N平均的6～8月經(jīng)度—時間剖面；（b）東北冷渦活動日（直方圖表示東北冷渦存在，根據(jù)NCC檢測繪制）；（c）105°E～125°E平均的700 hPa溫度的時間—緯度剖面（陰影區(qū)溫度≤10°C，紅色曲線為氣候態(tài)，等值線間隔5°C）；（d）東亞季風逐日指數(shù)（黑點為逐日指數(shù)，藍色曲線為氣候態(tài)，來自NCC）；（e）105°E～125°E平均的季風涌隨時間的演變，箭頭表示整層（1000 hPa至 300 hPa）季風的水汽通量（kg m-1 s-1），陰影區(qū)水汽通量＞0.1 kg m-1 s-1；（f）北方（36°N 以北）平均逐日降水演變（單位：mm）；（g）、（h）分別為6～8月500 hPa位勢高度（單位：dagpm）120°E～140°E平均的緯度—時間剖面和20°N～35°N平均的經(jīng)度—時間剖面（紅色曲線為氣候態(tài)） Fig.7 The synoptic model of floods in northern China in the summer of 2012:(a)Time-longitude section of daily 500-hPa geopotential height along 40°N-60°N;(b)activity dates of Northeast China cold vortex(histogram indicates the presence of Northeast China cold vortex,drawn according to NCC observations);(c)time-latitude section of daily 700-hPa air temperature along 105°E-125°E(shading: temperature ≤10°C; the red curve is the climate state,contour interval is 5°C);(d)daily East Asian summer monsoon index(black spots: daily index; blue curve: climate state)(from NCC);(e)time-latitude section of daily monsoon surge along 105°E-125°E(arrows: vapor flux for the whole layer from 1000 hPa to 300 hPa; shading: vapor flux ＞0.1 kg m-1 s-1);(f)time evolution of the average precipitation(mm)in northern China(north of 36°N)in the summer of 2012;(g)time-latitude section along 120°E-140°E and(h)time-longitude section along 20°N-35°N for daily 500-hPa geopotential height(dagpm)(the red curve is the climate state)

此外，西風帶處于極地和北大西洋地區(qū)與東亞季風區(qū)之間，在一定意義上控制著東亞季風的北界，對我國季風區(qū)夏季的氣候也有重要影響（屈文君等，2004）。劉萍和彭梅香（2000）對1997年汛期環(huán)流形勢的分析表明，1997年汛期500hPa中緯度地區(qū)盛行緯向環(huán)流，西風帶冷空氣路徑偏北、偏弱，盛夏黃河流域先后受貝加爾湖阻塞高壓和青藏高原高壓控制，導(dǎo)致盛夏期間黃河流域出現(xiàn)了持續(xù) 性嚴重干旱。而2012年與1997年恰好相反，500 hPa中緯度地區(qū)盛行經(jīng)向環(huán)流（圖3），黃河流域及其以北受低壓控制，夏季降水異常偏多。西風帶作為北大西洋氣候區(qū)和東亞季風區(qū)的紐帶，對東亞夏季風、高緯環(huán)流（阻高等）、副高等都有調(diào)制作用。因此，西風帶對于東亞季風氣候具有和索馬里急 流同樣重要的意義，它的變化同樣會影響中國季風區(qū)降水的分布，然而目前這方面的研究還比較欠缺。本文從東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵系統(tǒng)入手，分析了其相互配置及對 2012年夏季降水的影響，由于文章篇幅有限，對西風帶的研究及其對2012年夏季北方降水異常的影響，將另文給出詳細分析。

6 與最佳相似年和最佳相反年的對比分析

為了進一步分析2012年夏季降水異常的原因及年代際的影響，選取 2012年夏季旱澇分布的最佳相似年和最佳相反年，對比 2012年與最佳相似年和最佳相反年的前期至同期關(guān)鍵海溫區(qū)海溫演變及同期東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵成員演變特征的異同。

6.1 最佳相似年和最佳相反年的選取

預(yù)報評分（Predictive Score，PS）和空間距平相關(guān)系數(shù)（Anomaly Correlation Coefficient，ACC）是短期氣候預(yù)測中常用的兩項評估指標，其中 PS主要體現(xiàn)了在預(yù)報區(qū)域內(nèi)降水的異常分布特征，ACC則反映了兩個距平場空間分布上的一致程度（陳桂英和趙振國，1998）。

假設(shè)將1951～2011年夏季降水作為2012年的61個預(yù)測結(jié)果，便可計算得到61個預(yù)測結(jié)果的PS和ACC。表2給出了分別以PS和ACC為選取標準時得到的前三個相似年和前三個相反年。由表 2可見，PS最大的三年分別為 1959年、1981年和 1985年，最小的三年為1980年、1986年和1968年；ACC最大的三年分別為1979年、1993年和1981年，最小的三年分別為2009年、1986年和1980年。因此，若以PS選取，最佳相似年為1959年，最佳相反年為1980年；若以ACC選取，最佳相似年為1979年，最佳相反年為2009年。由各年夏季降水距平百分率分布圖可見（圖略），1979年東北和江南降水偏少，與2012年相反，因此選取1959年夏季降水作為 2012年夏季降水的最佳相似年；2009年華北南部和東北北部降水偏多而長江中游降水偏少，與2012年一致，因此選取1980年夏季降水作為2012年夏季降水的最佳相反年。

表2 2012年的最佳相似年和最佳相反年的選取 Table 2 The selection of the best similar years and opposite years to 2012

6.2 2012年與最佳相似年和最佳相反年的對比分析

圖8給出了1959年、1980年和2012年前冬、春季和夏季海表溫度距平的對比。由圖可見，1959年前冬北太平洋海溫呈西北負距平東南正距平的模態(tài)（圖8a），春季和前冬分布相似（圖8b），夏季中東太平洋發(fā)展為異常冷海溫（圖8c），即從前冬至夏季赤道太平洋從暖水向冷水過渡，而北印度洋海溫一直維持偏冷狀態(tài)。1980年前冬至夏季的海溫演變與1959年大體相似，中東太平洋前冬偏暖，但距平小于 0.5°C，沒有達到 El Ni?o的標準（圖8d），春季暖海溫區(qū)域縮?。▓D8e），夏季整體處于正常偏冷狀態(tài)（圖8f）。而2012年前冬北太平洋及北印度洋海溫的整體異常分布與1959年和1980年正好相反，中東太平洋偏冷處于La Ni?o狀態(tài)，西北太平洋異常偏暖（圖8g），春季中東太平洋冷海溫區(qū)域縮?。▓D8h），夏季冷海溫區(qū)域進一步縮小，且東太平洋已進入暖海溫狀態(tài)，即從前冬至夏季赤道太平洋從冷水向暖水過渡，而北印度洋海溫一直維持偏暖狀態(tài)（圖8i）。

圖9給出了1959、1980和2012年各自的上一年1月至當年9月的Ni?o1.2和Ni?o3.4逐月指數(shù)。1958年1月到1959年9月和1979年1月到1980年9月兩個時段Ni?o1.2指數(shù)趨勢一致，呈弱的正相關(guān)，與2011年1月到2012年9月呈反向變化（圖9a）；1958年1月到1959年9月和1979年1月到1980年 9月兩個時段 Ni?o3.4指數(shù)均與 2011年 1月到2012年9月呈明顯反向變化（圖9b），相關(guān)系數(shù)分別為-0.78和-0.35。

圖8 1959 年（a-c）、1980 年（d-f）和 2012 年（g-i）海表溫度距平（°C）：（a、d、g）前冬；（b、e、h）春季；（c、f、i）夏季 Fig.8 The distributions of SST anomalies(°C)in(a,d,g)pre-winter,(b,e,h)spring,(c,f,i)summer of(a-c)1959,(d-f)1980,and(g-i)2012,respectively

圖9 逐月（a）Ni?o 和（b）Ni?o3.4 指數(shù) Fig.9 The monthly(a)Ni?o1.2 and(b)Ni?o3.4 indexes

表3給出了1959年、1980年和2012年東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員的特征指數(shù)。由東亞夏季風（張慶云等，2003）、副高（來自NCC的74項環(huán)流指數(shù)）、阻高（趙振國，1999）和6～7月東北冷渦強度（何金海等，2006）這四個指數(shù)對比可見，三年東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員差異顯著。首先，1959年和1980年東亞夏季風指數(shù)分別為-1.10和-1.74，屬于夏季風偏弱年，尤其是1980年東亞夏季風異常偏弱（僅次于1998年），而2012年東亞夏季風異常偏強（第三）。1959年夏季副高整體偏弱、脊線偏南、西伸脊點偏西，但總體異常不明顯；1980年夏季副高強度偏強、脊線異常偏南、西伸脊點偏西；2012年夏季副高強度異常偏弱，且偏北偏東。其次，三年夏季中高緯的阻高和東北冷渦差異顯著。由烏阻、貝阻和鄂阻 6～8月逐月強度指數(shù)可見：1959年僅8月出現(xiàn)鄂阻；1980年7月出現(xiàn)烏阻和鄂阻的雙阻形勢，8月調(diào)整為貝阻和鄂阻；2012年6月和7月均為三阻形態(tài)，8月為烏阻。1959年和1980年6～7月的東北冷渦強度均沒有出現(xiàn)顯著異常，2012年6～7月的東北冷渦強度指數(shù)雖較小，但東北冷渦路徑偏西，在我國內(nèi)蒙古東部及其以北地區(qū)活動異常頻繁。

表3 東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員特征指數(shù) Table 3 Characteristic exponents of key members of the East Asian summer monsoon system

由以上3年東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員特征的對比可見，1959年各系統(tǒng)異常不明顯，而 1980年和 2012年各系統(tǒng)各有異常，且呈大體相反的特征。其中 1980年中高緯阻高強盛，有利于冷空氣南下，同時東亞夏季風異常偏弱、副高異常偏 南，導(dǎo)致冷暖空氣對峙于長江流域，造成長江流域洪澇；而 2012年中高緯阻高同樣也盛行，同時東北冷渦也頻繁活動，表明北方冷勢力強盛，但由于東亞夏季風異常偏強、副高偏北，暖空氣北上，冷暖空氣輻合于我國北方地區(qū)，造成北方洪澇。

綜上所述，從夏季旱澇分布的相似程度來看，1959年夏季降水作為2012年夏季降水的最佳相似年，雖然 1959年前冬至夏季海溫及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員異常特征不明顯，但是和2012年相比卻呈現(xiàn)出了近似相反的特征；而 1980年夏季降水作為2012年夏季降水的最佳相反年，海溫以及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員異常特征明顯，并且和 2012年呈顯著的反向特征。這些觀測事實體現(xiàn)了我國夏季降水與海溫及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員這些主要影響因子之間關(guān)系隨年代際發(fā)生了變化。已有研究也表明：ENSO與我國夏季降水年際變化之間關(guān)系具有不穩(wěn)定性，同樣是El Ni?o或La Ni?a事件，在不同年代背景下其對我國夏季降水的影響具有不同的表現(xiàn)（宗海鋒等，2010）；東亞夏季風的年代際變率對我國夏季降水也有不同的影響，在夏季風弱的階段（1976～2000年）相對強的季風與強季風階段（1951～1975年）相對更強的季風，對我國夏季降水分布的影響不同（郭其蘊等，2003）。因此在制作夏季降水預(yù)報尤其是通過前期影響因子選取相似年時，需要考慮因子與降水之間關(guān)系的年代際變化。

7 結(jié)論和討論

本文通過對 2012年我國夏季降水的實況和預(yù)測進行簡要回顧，對海溫和大氣環(huán)流狀況進行分析，初步探討了 2012年夏季我國北方降水異常偏多的成因，并對比分析了 2012年夏季降水與其最佳相似年和最佳相反年的海溫演變與東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)主要成員的差異。主要結(jié)論概括如下：

（1）2012年夏季我國降水大體呈北方澇、長江旱的分布，主雨帶位于黃河流域及其以北，降水異常偏多的區(qū)域主要位于西北大部、內(nèi)蒙古和環(huán)渤海灣，黃淮與江淮地區(qū)等降水偏少，江漢至淮河上游一帶干旱嚴重；預(yù)測的主雨帶位于華北南部至淮河，較實況偏南；

（2）2012年夏季歐亞中高緯地區(qū)阻塞高壓強盛，同時東北冷渦活動頻繁，中高緯500 hPa高度場從西至東呈“＋-＋”的分布，西風帶經(jīng)向環(huán)流發(fā)展，這種環(huán)流形勢沒有造成長江洪澇的主要原因是，夏季阻高、冷渦、東亞夏季風和副高這四個系統(tǒng)都較為異常，尤其是7月下旬至8月上旬這一階段，四個系統(tǒng)同時活躍，中高緯的冷空氣與低緯季風和副高帶來的水汽于我國北方地區(qū)長時間對峙，造成我國北方大范圍持續(xù)性強降水，導(dǎo)致整個夏季北方地區(qū)降水異常偏多，并引發(fā)了嚴重的洪澇災(zāi)害；

（3）從夏季旱澇分布特征來看，1959年夏季降水作為 2012年夏季降水的最佳相似年，雖然海溫及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員異常不明顯，但是和2012年也呈近似相反的特征；而1980年夏季降水作為 2012年夏季降水的最佳相似年，海溫以及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員異常特征明顯，并且和2012年呈顯著的反向特征，這些觀測事實體現(xiàn)了我國夏季降水與海溫以及東亞夏季風環(huán)流系統(tǒng)關(guān)鍵成員這些主要影響因子之間關(guān)系的年代際變化。

夏季汛期降水對國民經(jīng)濟特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響極大，其中大范圍的旱澇氣候災(zāi)害的影響尤為嚴重。汛期降水是政府極為關(guān)注的重要問題，也是氣象界長期以來研究的熱點和難點。因此，深入地研究中國汛期降水的機理，并盡可能提前、準確地預(yù)測其旱澇分布對國民經(jīng)濟建設(shè)具有重大經(jīng)濟效益和社會效益。本文僅對 2012年夏季降水的異常成因進行了初步探討，以期為進一步做好汛期降水預(yù)測工作提供一定參考。

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