熱帶大西洋海溫異常季節(jié)內演變對中國江南地區(qū)夏季持續(xù)性高溫事件影響的初步研究

王慧美劉舸彭京備紀立人

1南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創(chuàng)新中心，南京210044

2中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室，北京100081

3中國科學院大氣物理研究所國際氣候與環(huán)境科學中心，北京100029

1 引言

高溫熱浪是一種嚴重的氣象災害，特別是持續(xù)時間較長的高溫事件不僅給交通運輸、城市供水與供電等帶來巨大壓力，也影響人們的生命財產安全和日常生活。隨著全球平均溫度不斷升高，高溫熱浪的影響也愈發(fā)嚴重。中國南方地區(qū)（長江中下游及其以南地區(qū)）是我國人口密集、經濟發(fā)達的地區(qū)，也是高溫災害頻發(fā)區(qū)，特別是持續(xù)時間較長（8天以上）的高溫事件往往多發(fā)于該地區(qū)（Liu et al.,2015）。在高溫災害影響下，該地區(qū)遭受的損失也更大，因此這里的高溫異常更為人們所關注。21世紀以來，中國高溫熱浪的頻次明顯增多、影響范圍變得越來越廣、持續(xù)時間也越來越長（鄧自旺等,2000;林昕和管兆勇,2008;葉殿秀等,2013）。中國南方地區(qū)持續(xù)性高溫事件也頻繁出現。例如，2003年夏季，南方地區(qū)遭受了大范圍熱浪襲擊，江南、華南出現的持續(xù)性高溫天氣歷時一個月以上（王亞偉等,2006）。2007年7月，江南、華南等地出現大范圍持續(xù)性高溫天氣，高溫日數比常年同期偏多5～12天（宗志平,2007）。2009年7月和8月中國南方地區(qū)接連出現了兩次大范圍持續(xù)性高溫天氣過程，長江中下游地區(qū)高溫日數較常年同期偏多近1倍（張瑪等,2011）。2013年夏季，我國南方地區(qū)又出現了少有的持續(xù)高溫天氣，很多地區(qū)的高溫日數和最高氣溫值都突破了歷史記錄（Peng,2014）。這些頻發(fā)的持續(xù)性高溫事件嚴重影響了當地經濟發(fā)展和人們的正常生活，因此有必要深入研究高溫異常的影響因子和相應的物理機制，進而提高對高溫熱浪的短期氣候預測能力并減少相應的損失。

一些研究表明，西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓是造成我國南方地區(qū)夏季高溫異常的兩個關鍵大氣環(huán)流系統(tǒng)（張慶云和陶詩言,1998;楊輝和李崇銀等,2005;林建等,2005;張瑪等,2011;陳敏等,2013）。當西太平洋副熱帶高壓西伸北跳，并穩(wěn)定維持時,長江中下游地區(qū)往往出現高溫酷暑天氣（陶詩言和衛(wèi)捷,2006;彭京備等,2016）。南亞高壓東伸加強，往往也對應著西太平洋副熱帶高壓西進（陳永仁和李躍清,2008）。這種南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓異常在不同層次上的疊加，可以在我國南方地區(qū)形成深厚的高壓異常，這是導致該地區(qū)出現持續(xù)性高溫異常的直接原因（Peng,2014;Liu et al.,2017）。

實際上，西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓的持續(xù)性異常往往是對一些關鍵海域海溫異常的響應。一些研究也由此揭示了不同海域海溫異常對中國南方溫度異常的影響效應。例如，Chen et al.（2018）研究了熱帶中東太平洋海溫異常演變與我國南方高溫異常的聯系；Hu et al.（2013）指出厄爾尼諾—南 方 濤 動（El Ni?o-Southern Oscillation，簡 稱ENSO）對長江以南地區(qū)8月極端高溫事件的影響效應。黃榮輝和孫鳳英（1994）發(fā)現西太平洋暖池區(qū)海溫異?？梢酝ㄟ^調節(jié)西太平洋副熱帶高壓的南北位置，進而影響江淮地區(qū)的氣溫和降水。熱帶印度洋海溫異常還可以通過改變局地潛熱加熱激發(fā)下游東亞地區(qū)的羅斯貝（Rossby）波列，導致南亞高壓和西太平洋副高的異常，進而引起中國東部夏季高溫（Hu et al.,2013;Liu et al.,2015）。

北大西洋海溫異常也可以通過大氣遙相關影響到東亞氣候（孫建奇,2014）。在年代際尺度上，大西洋多年代際振蕩（Atlantic Multidecadal Oscillation，簡稱AMO）的暖位相有利于東亞大部分地區(qū)增暖（Wang et al.,2009）。在年際尺度上，我們的研究（Wang et al.,2017）揭示，前期冬季熱帶大西洋熱力異常對我國南方地區(qū)夏季溫度異常也有重要貢獻。其影響主要通過兩種途徑：（1）熱帶大西洋海氣耦合異常可從前期冬季一直持續(xù)到夏季，通過激發(fā)北半球中緯度橫跨歐亞大陸的Rossby 波列影響下游地區(qū)的環(huán)流，造成西太平洋副熱帶高壓加強西伸，導致該地區(qū)夏季高溫異常；（2）熱帶大西洋熱力異常還可首先影響熱帶印度洋環(huán)流和海溫異常，通過調節(jié)印度和阿拉伯海地區(qū)的凝結潛熱熱源引起下游的環(huán)流異常，導致西太平洋副熱帶高壓異常偏強并向西擴展以及南亞高壓的異常偏強并向東伸展，二者在我國南方地區(qū)疊加形成深厚的高壓異常，最終影響我國南方地區(qū)夏季氣溫。需要指出的是，該研究（Wang et al.,2017）以及前面回顧的一系列工作主要探討的是不同海域海溫異常在年際或年代際尺度上的變化對中國南方夏季溫度異常的影響。然而，季節(jié)內尺度上出現穩(wěn)定的、且較長時間維持的海溫異常偏暖，顯然也有助于在季節(jié)平均尺度上體現出暖海溫異常。那么夏季海溫異常年際變化的影響是否為季節(jié)內尺度上海溫異常演變的累積效應呢？換言之，在季節(jié)內尺度上，這些關鍵海域的海溫變化是否也對高溫事件的發(fā)生發(fā)展有一定的貢獻呢？它們的影響機制是否與年際變化的情況類似？歷次高溫事件的前期海溫異常演變特征及其影響是否存在一致性？更重要的是，是否可以通過對海溫異常季節(jié)內尺度上影響效應的研究，為夏季江南地區(qū)高溫事件的季節(jié)內預測提供一定參考？這些問題都值得深入分析。

因此，本文在年際尺度研究（Wang et al., 2017）的基礎上，重點探討熱帶大西洋海溫的季節(jié)內變化對中國江南地區(qū)夏季高溫事件的影響及其可能機制。我們首先以2016年夏季為例，研究熱帶大西洋海溫的季節(jié)內演變與我國江南持續(xù)性高溫事件的關系。并由此拓展，進一步探討了歷次高溫事件中熱帶大西洋海溫季節(jié)內變化的可能貢獻。同時，也初步分析了太平洋和印度洋關鍵海域海溫的季節(jié)內演變與江南夏季高溫事件的統(tǒng)計關系，以期為江南持續(xù)性高溫事件的預測提供一定的參考。

2 資料與方法

本文首先使用國家氣候中心提供的160站月平均氣溫和最高氣溫來確定“江南高溫關鍵區(qū)”；其次，使用國家氣象信息中心的中國地面氣候資料日值數據集（V3.0）中逐日氣溫和最高氣溫，對江南地區(qū)“長持續(xù)性高溫事件”進行統(tǒng)計；此外，還有美國氣象環(huán)境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，簡稱NCEP）和美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，簡稱NCAR）提供的全球格點再分析日平均高度場資料，水平空間分辨率為2.5°×2.5°（Kalnay et al.,1996）；美國國家海洋大氣管理局（National Oceanic and Atmopheric Administration，簡稱NOAA）的逐日海溫資料，水平分辨率為0.25°×0.25°（Reynolds et al.,2007）。本文的研究時段為1981～2016年，夏季為6～8月，氣候態(tài)為1981～2010年平均，其中逐日海溫資料因1981年數據的不完整，氣候態(tài)為1982～2010年的平均。本文的氣溫距平和海溫異常均是原始序列減去同期30 年氣候態(tài)平均的結果。

本文主要采用相關（包括超前滯后相關）、合成等分析方法，利用Student-t 檢驗判斷相關和合成結果的顯著性水平（魏鳳英,2007）。

3 2 0 1 6 年夏季江南地區(qū)高溫事件主要特征

圖1a 給出了2016年夏季（6～8月）中國東部氣溫距平（圖1黑框區(qū)域），它顯示偏暖異常主要位于江南地區(qū)（29°N～30°N，116°E～122°E）和（26°N～29°N，114°E～122°E），該地區(qū)平均氣溫距平超過1.3°C。需要指出的是，1981～2016年該地區(qū)夏季平均氣溫表現出明顯的上升趨勢（圖略）。那么，2016年該地區(qū)的偏暖是否僅為全球變暖背景下的年代際升溫的結果呢？為此，我們去除了所有站點氣溫變化的線性趨勢，重新計算2016年夏季中國東部氣溫距平（圖1b）。結果表明，不考慮線性升溫趨勢時，該地區(qū)的溫度正距平仍超過了0.5°C，說明2016年夏季該地區(qū)的偏暖在年際尺度上也是存在的。2016年夏季最高氣溫分布（圖1c）進一步顯示，江南地區(qū)是一個明顯的高溫區(qū)，其夏季最高氣溫在33°C以上。實際上，江南地區(qū)不僅是2016年夏季高溫異常區(qū)，它也是1980年來夏季持續(xù)8天以上的高溫事件多發(fā)區(qū)（Liu et al.,2015）。因此，本文重點關注該地區(qū)?！案邷責崂恕蓖ǔＶ高B續(xù)多天最高氣溫超過35°C的高溫天氣。本文重點關注維持時間長且強度較大的長持續(xù)性高溫事件，具體定義如下：（1）逐日最高氣溫≥35°C；（2）逐日平均氣溫≥30°C；（3）逐日氣溫距平≥2°C；同時滿足上述3個條件且持續(xù)時間需達到或超過8天?；谏鲜龆x，對照圖2可以看出，2016年夏季江南地區(qū)發(fā)生了2次持續(xù)性高溫事件（圖2灰色陰影），第一次出現在7月21～31 日，第2次出現在8月15～25日，兩次高溫事件都持續(xù)了11天。

我們進一步統(tǒng)計了1981～2016年（共36年）我國江南地區(qū)夏季發(fā)生的所有持續(xù)性高溫事件（如表1）。從表1可以看出，這種長持續(xù)性高溫事件往往發(fā)生在7～8月。江南地區(qū)平均出梅時間在7月中旬，梅雨結束后西太平洋副熱帶高壓北抬，有利于這一地區(qū)持續(xù)性高溫事件的發(fā)生。通過比較歷年持續(xù)性高溫事件可知，2016年的高溫事件合計持續(xù)22天，在36年中排第2位，僅次于2003年（2003年也發(fā)生2次持續(xù)性高溫事件，持續(xù)時間合計達25天）。

4 2 0 1 6 年高溫事件期間大氣環(huán)流演變特征

圖3a、b 分別為2016年2次高溫事件期間（7月21～31日和8月15～25日）平均500 hPa位勢高度異常?？梢钥闯觯?次事件期間，東亞大陸皆受閉合高壓控制，與氣候平均態(tài)（綠色粗虛線）相比，5880 gpm 等高線（黑色粗實線）所指示的西太平洋副熱帶高壓明顯偏西，其西伸脊點甚至超過100°E。相應地，位勢高度距平上也在東亞地區(qū)表現出大范圍的正異常（圖3a、b陰影）。西太平洋副熱帶高壓的西伸增強，為江南地區(qū)高溫事件提供了有利的環(huán)流背景。

表1 1981～2016 年江南地區(qū)夏季持續(xù)性高溫事件的起止時間和持續(xù)天數Table 1 Start-end time and duration of summer persistent h eatwave eventsover Jiangnan during 1981-2016

圖1 2016年中國東部地區(qū)夏季（6～8月）平均（a）氣溫距平、（b）去趨勢后的氣溫距平以及（c）最高氣溫空間分布（填色），單位：°C。其中，黑色方框表示江南地區(qū)（29°N～30°N，116°E～122°E）和（26°N～29°N，114°E～122°E），黑點表示觀測站點位置Fig.1 Spatial distribution of summer(June-August)mean(a)temperature anomalies,(b)detrend temperature anomalies,and(c)maximum temperature in eastern China in 2016(shaded,units:°C).Black boxes represent the Jiangnan region(29°N-30°N,116°E-122°E)and(26°N-29°N,114°E-122°E),dark spotsdenotethelocationsof observational stations in the Jiangnan region

圖2 2016年夏季江南地區(qū)（a）逐日氣溫（黑色實線）與距平（紅色虛線）時間序列，（b）逐日最高氣溫（黑色實線）與氣候平均（紅色虛線）時間序列（單位：°C）?；疑幱氨硎境掷m(xù)性高溫事件的發(fā)生時段，（a）中黑色直線和紅色虛直線分別為氣溫30°C 線和氣溫距平2°C線，（b）中黑色直線為最高氣溫35°C 線Fig.2(a)Time series of summer daily temperature(black solid line)and temperature anomaly(red dashed line);(b)Time series of summer daily maximum temperature(black solid line)in 2016 and climatological mean maximum temperature(red dashed line;units:°C).Gray shaded bars indicate theperiods of two persistent heatwave events,and black straight lineand red dashed straight line in (a)denote30°C lineof temperatureand 2°Cline of temperature anomaly, respectively; black straight linein (b)denotes35°C lineof maximum temperature

從2次高溫事件期間平均200 hPa 位勢高度異常（圖3c、d）中可見，與氣候平均態(tài)（12500 gpm綠色粗虛線）相比，南亞高壓（12500 gpm 黑色粗實線）范圍擴大，強度明顯增強，也出現了明顯的向東擴展，特別是在第2次事件期間其東擴范圍更大。一些研究指出，南亞高壓異常和西太平洋副熱帶高壓異常在不同層次上的疊加，在我國南方地區(qū)形成深厚的高壓異常，進而造成持續(xù)性高溫異常（Peng,2014; Liu et al.,2017）。2016年2次高溫事件對應的南亞高壓和西太平洋副熱帶高壓異常情況也與上述研究相符。

為了進一步分析西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓的演變特征，我們首先給出了2016年夏季27.5°N～32.5°N 平均5880 gpm 等高線的逐日變化（圖4a），它可以指示西太平洋副熱帶高壓的東西變動特征。由圖4a 可知，與氣候平均態(tài)（紅色實線）相比，2016年夏季西太平洋副熱帶高壓（灰色陰影）西擴范圍明顯偏大，特別是在7月中下旬和8月中下旬的兩次向西擴展最為強烈。具體來說，7月19日之后西太平洋副熱帶高壓開始出現明顯的加強西伸，7月21日跨過120°E之后甚至到達90°E 以西。8月1日之后開始減弱東退，相應地，持續(xù)性高溫形勢有所緩解。其后，在8月15日之前西太平洋副熱帶高壓雖有短暫增強，但持續(xù)時間較短且強度不甚強，與高溫序列的減弱相對應（圖2）。而在8月15日之后，西太平洋副熱帶高壓又出現了明顯的西擴現象，伴隨著高溫事件再次出現。這兩次副熱帶高壓的異常西伸與持續(xù)性高溫事件的發(fā)生時間基本吻合。

從2016年夏季 27.5°N～32.5°N平均12500 gpm等高線逐日變化（圖4b）來看，南亞高壓向東擴展的時間比西太平洋副熱帶高壓西伸時間更早，在6月中下旬即出現了明顯的加強東擴現象，在7月下旬到8月上旬出現西退，隨后在8月中下旬又多次出現了加強東擴現象。其中南亞高壓的第2次加強東擴與西太平洋副熱帶高壓的第2次加強西伸相互配合，可形成深厚的高壓異常，有利于江南高溫事件的發(fā)生。而2016年夏季的第1次江南高溫事件可能以西太平洋副熱帶高壓異常調控為主。

圖3 2016年夏季（a、c）第一次和（b、d）第二次高溫事件期間的平均（a、b）500 hPa 和（c、d）200 hPa 位勢高度場（黑色細實線）及其距平（彩色陰影），單位：gpm。（a、b）中黑色粗實線為5880 gpm 線，綠色粗虛線為氣候平均5880 gpm 線，（c、d）中黑色粗實線為12500 gpm 線，綠色粗虛線為氣候平均12500 gpm 線Fig.3(a, b)500-hPa and (c,d)200-hPa geopotential height (thin solid line)and its anomalies(color shaded)during the periods of (a,c)the first and(b,d) the second heatwave events(units:gpm).Black thick solid contours in(a, b)and(c,d)indicate the isolines of 5880 gpm and 12500 gpm,respectively;green thick dashed lines in (a,b)and (c,d)indicateclimatological mean isolines of 5880 gpm and 12500 gpm,respectively

另外需要注意的是，在2016年夏季高溫事件發(fā)生期間，北半球中高緯地區(qū)對流層上層（200 hPa）位勢高度場上存在明顯的正負相間的波列結構（圖3）。雖然正負異常的中心位置略有差異，但兩次高溫事件對應的波列結構特征大體上表現出了一定的共性。東歐平原為正異常，里海以東地區(qū)（60°E 附近）為負異常，巴爾喀什湖東南的東亞及其沿海地區(qū)為正異常。中國東部地區(qū)出現與上述波列正異常區(qū)相對應的深厚高壓，有利于江南高溫事件的發(fā)生。另外，上述波列結構與也與Wang et al.（2017）揭示的熱帶大西洋熱力異常激發(fā)的歐亞Rossby 波列結構基本一致。這提示我們，熱帶大西洋海溫異常很可能對我國江南夏季持續(xù)性高溫事件的發(fā)生與維持具有一定貢獻。

5 熱帶大西洋海溫信號的季節(jié)內演變及其影響

以往一些研究已揭示，在年際變化尺度上，有三個關鍵海域的海溫異常對我國南方地區(qū)夏季溫度異常具有重要的影響，它們分別是熱帶西大西洋（Wang et al.,2017）、北印度洋（Liu et al.,2015）以及熱帶東太平洋（Hu et al.,2013; Chen and Zhou,2018）。圖5給出了16個高溫事件發(fā)生期的海溫異常合成結果，可以看出江南地區(qū)出現持續(xù)性高溫事件期間，熱帶西大西洋和北印度洋海溫明顯偏暖，熱帶中東太平洋海溫明顯偏冷（圖5黑框區(qū)域），這與年際尺度上的海溫關鍵區(qū)基本一致。由此可以推測，在季節(jié)內變化尺度上，三個關鍵海域海溫異?？赡軐系貐^(qū)持續(xù)性高溫事件的發(fā)生與維持具有一定貢獻，并在季節(jié)平均的年際變化尺度上也有所體現。這可能是季節(jié)內尺度和季節(jié)平均的年際尺度上海溫關鍵區(qū)大體一致的根本原因。

本文主要基于Wang et al.（2017）年際變化尺度的研究基礎上，繼續(xù)深入探討熱帶西大西洋海溫異常的季節(jié)內變化是否也可調節(jié)并引起夏季的持續(xù)性高溫事件的發(fā)生與發(fā)展。因此，選取圖5中熱帶西大西洋關鍵區(qū)（10°S～10°N，60°W～35°W；見圖5三角形黑框區(qū)域），重點探討熱帶西大西洋海溫的季節(jié)內演變對江南持續(xù)性高溫事件的可能影響。

圖4 2016年夏季27.5°N～32.5°N 平均（a）500 hPa 等壓面上的5880 gpm,（b）200 hPa 等壓面上的12500 gpm 等高線的逐日變化。（a、b）中紅色實線分別為氣候平均5880 gpm 和12500 gpm 等高線；綠色虛線分別指示2016年兩次持續(xù)性高溫事件的起止時間：7月21～31日和8月15～25日Fig.4 Longitude-time Hovm?ller diagram along 27.5°N-32.5°N for 5880-gpm(500 hPa)and(b)12500-gpm(200 hPa)isolines during the summer of 2016.Red lines in(a)and(b)denote climatological mean isolines of 5880 gpm and 12500 gpm,respectively;green dashed lines indicate the start-end timeof two heatwave events in 2016(July 21 to July 31 and August 15 to August 25)

我們首先以2016年的江南持續(xù)性高溫事件為例進行分析。圖6a 給出了2016年熱帶大西洋10°S～10°N 平均海溫距平的逐日變化，它反映了熱帶西大西洋海溫異常強度和范圍的演變特征。由圖6a 可見，熱帶西大西洋地區(qū)在夏季整體表現為海溫正異常，其中暖海溫異常在7月初即出現了明顯的階段性增強，比江南地區(qū)第1次持續(xù)性高溫事件提前約20天左右。在7月中旬以后，該地區(qū)海溫出現了更為明顯且持續(xù)的增暖過程。相應地，江南地區(qū)出現了第2次持續(xù)性高溫異常事件。2016年6月1日至8月30日熱帶西大西洋關鍵區(qū)區(qū)域平均海溫距平序列與江南氣溫距平序列的超前滯后相關（圖6b）進一步顯示，熱帶西大西洋海溫異常超前江南高溫23天時，兩者的正相關系數達到最大（0.58），超過99%的置信水平。上述結果暗示，熱帶西大西洋海溫季節(jié)內異常增暖的發(fā)展過程可能是引發(fā)2016年我國江南地區(qū)高溫事件發(fā)生、發(fā)展的一個原因，且比高溫事件提前約20天，具有一定的前期指示意義。

圖5 16次高溫事件發(fā)生期合成的海溫異常（填色，單位：°C）空間分布。斜線區(qū)域表示達到95%的置信水平，黑框為三個關鍵海域，從左到右分別為熱帶中東太平洋（5°S～5°N,170°W～80°W）、熱帶西大西洋（10°S～10°N,60°W～35°W）和北印度洋（10°N～25°N,60°E～100°E）Fig.5 Spatial distribution of sea surface temperature anomalies(shaded, units:°C),which is the composite of 16 heatwave events.Oblique dashed lines indicate the composite anomalies statistically significant at the 95%confidence level; black boxes denote the three key sea areas:the tropical central eastern Pacific(5°S-5°N,170°W-80°W),the tropical western Atlantic Ocean(10°S-10°N,60°W-35°W),and the northern Indian Ocean(10°N-25°N,60°E-100°E) from left to right

圖6 （a）2016年夏季熱帶大西洋（10°S～10°N）海溫距平逐日演變（單位：°C）；（b）2016 年夏季熱帶西大西洋（10°S～10°N，60°W～35°W）海溫距平與江南逐日氣溫距平序列的超前滯后相關。（a）中綠色虛線分別指示2016年兩次持續(xù)性高溫事件的起止時間；（b）中綠色虛線表示相關系數達到99%的置信水平，橫坐標負（正）值表示大西洋海溫超前（滯后）江南氣溫的時間Fig.6(a)Longitude-time Hovm?ller diagram along 10°S-10°N for sea surface temperature anomalies(units:°C)in the tropical Atlantic Ocean during the summer of 2016;(b)lead-lag correlation coefficient between the tropical western Atlantic sea surface temperature anomaly(10°S-10°N,60°W-35°W)and Jiangnan daily temperature anomaly for the summer of 2016.Green dashed lines in(a)indicate start-end time of two heatwave events in 2016;green dashed lines in(b)indicate lead-lag correlation coefficients statistically significant at the 99%confidence level,the negative(positive)value of abscissa indicates the timewhen the sea surfacetemperatureof the Atlantic Ocean leads(lags)thetemperature in Jiangnan

為了進一步考察歷次持續(xù)性高溫事件中熱帶西大西洋海溫的可能影響效應是否具有一定的共性，我們統(tǒng)計了1981～2016年夏季所有江南夏季持續(xù)性高溫事件（共16次；見表1）發(fā)生期間對應的熱帶西大西洋海溫異常（見表2），為了表達的直觀與方便，這里使用高溫事件的發(fā)生年份作為高溫事件的編號，如“1998年江南地區(qū)夏季持續(xù)性高溫事件”表示為“1998”，“2016年江南地區(qū)第一次夏季持續(xù)性高溫事件”表示為“2016-1”，其他高溫事件用同樣方法指代。結果顯示，16個高溫事件發(fā)生階段大部分對應著熱帶西大西洋的暖異常，只有3年出現了冷異常。其中，超過0.30°C的明顯偏暖也有8次之多，它們分別是1998、2003-2、2009、2010、2011、2013、2016-1、2016-2事件（見表2）。這里根據江南地區(qū)夏季持續(xù)性高溫事件的發(fā)生時間，對這8次事件的海溫距平進行了合成分析。具體合成方法如下：以事件持續(xù)期的中間時間點為基點（見圖7a 灰色橫虛線），自基點起向前擴展60天（圖7a 縱坐標-60）、向后延長20天（圖7a 縱坐標+20）進行逐日合成，從而得到熱帶大西洋在高溫事件發(fā)生前后平均海溫距平的時間—經度演變（圖7a）。由于高溫事件的持續(xù)時間并不相同，因此討論高溫前后日期時具有5天左右的不確定性。合成結果（圖7a）表明，高溫事件（基點）前30天左右，熱帶西大西洋暖海溫異常出現了顯著的階段性增強，且顯著區(qū)范圍明顯向東擴展，并在事件發(fā)生期達到了范圍最大狀態(tài)，這一合成結果與2016年的情況基本一致（圖6a）。同樣的，類似圖6b，對這8次事件所在年份的夏季超前滯后相關結果也進行合成，結果如圖7b所示，熱帶西大西洋海溫異常超前江南高溫25天時，兩者的正相關系數達到最大（0.41），仍然超過99%的置信水平。這進一步說明，熱帶西大西洋海溫的季節(jié)內變化對我國江南地區(qū)持續(xù)性高溫事件的影響效應不僅僅是個別現象，它具有一定的代表性。熱帶西大西洋海溫季節(jié)內的階段性增強似乎可以作為我國江南地區(qū)持續(xù)性高溫事件發(fā)生的重要前期信號。在該海域暖海溫出現大范圍增強的1個月之內，江南地區(qū)即可能出現持續(xù)性高溫事件。

表2 江南高溫事件期間熱帶大西洋、北印度洋和熱帶中東太平海溫異常（單位：°C），該異?；?982～2010年氣候平均的同期海溫Table2 Sea surfacetemperatureanomalies(SSTAs)in the tropical Atlantic,North Indian Ocean,and the tropical central eastern Pacific during the periods of heatwave events over Jiangnan(units:°C);SSTAs are based on the climatological(1982-2010)mean of SST during the same p eriods

上述8次事件發(fā)生期合成的位勢高度場（圖8）顯示，中高緯度地區(qū)出現的“正（歐洲）—負（里海東側）—正（東亞）”位勢高度異常波列結構與2016年高溫事件發(fā)生期間的結構（圖3a、b）也基本一致，同時也與Wang et al.（2017）揭示的在年際變化尺度上大西洋熱力異常激發(fā)的夏季平均歐亞Rossby 波列結構大體相符。另外，我們也給出了熱帶西大西洋海溫強暖異常狀態(tài)下高溫事件發(fā)生前40天內每10天平均的200 hPa 高度場合成（圖9）?？梢钥闯?，高溫事件發(fā)生前1～10天（圖9d）、11～20天（圖9c）以及21～30天（圖9b），在歐亞大陸中高緯度大體上都維持與圖8a 類似的波列結構。特別是在前1～10天，中國東部及其沿海地區(qū)已經出現了顯著高壓異常，說明引起我國南方地區(qū)高溫事件的環(huán)流背景已形成。而追溯到更前期的31～40天（圖9a），這種結構則并不清晰。上述過程也與熱帶西大西洋海溫暖異常出現并發(fā)展的過程基本匹配。

圖7 （a）熱帶西大西洋強暖異常（≥0.30°C）對應的8次高溫事件的熱帶大西洋（10°S～10°N）海溫距平逐日演變合成（單位：°C）；（b）同圖6 b，但為熱帶西大西洋強暖異常（≥0.30°C）所在的7個年份的合成。（a）中斜線區(qū)域表示達到99%的置信水平，灰色虛線表示高溫事件發(fā)生期中點，（b）中綠色虛線表示達到99%的置信水平，橫坐標負（正）值表示大西洋海溫超前（滯后）江南氣溫的時間Fig.7(a)Longitude-time Hovm?ller diagram along 10°S-10°N for sea surface temperature anomalies(units:°C)in the tropical Atlantic Ocean,which isthe composite of eight heatwave events corresponding to strongly warmer(≥0.30°C)anomalies in the tropical western Atlantic Ocean;(b)same as in Fig.6b, but for thecompositeof 7 years corresponding to strongly warmer (≥0.30°C)anomalies in the tropical western Atlantic Ocean.Oblique dashed lines in(a)indicate the composite anomalies statistically significant at the 99%confidence level;gray dashed horizontal line in(a)denotes the time middle point for the period of heatwave events;green dashed lines in(b)indicate lead-lag correlation coefficients statistically significant at the 99%confidence level, the negative(positive)value of abscissa indicates the time when the sea surface temperature of the Atlantic Ocean leads(lags)thetemperature in Jiangnan

圖8 熱帶西大西洋強暖異常（≥0.30°C）對應的8次高溫事件發(fā)生期間合成的（a）200 hPa 和（b）500 hPa 位勢高度異常（陰影；單位：gpm）。打點區(qū)域表示超過95%的置信水平Fig.8 Composited(a)200-hPa and(b)500-hPa geopotential height anomalies(shaded; units,gpm)for the eight heatwave events corresponding to strongly warmer (≥0.30°C)anomaliesin thetropical western Atlantic Ocean.Thedotsrepresent the compositeanomaliesstatistically significant at the 95% confidencelevel

圖9 熱帶西大西洋強暖異常（≥0.30°C）對應的8次高溫事件前（a）31～40天，（b）21～30 天，（c）11～20天，（d）1～10天合成的200 hPa 平均位勢高度異常（陰影；單位：gpm）Fig.9 Composited 200-hPa geopotential height anomalies(shaded; units,gpm)(a)31-40,(b)21-30,(c)11-20,and(d)1-10 days prior to the eight heatwave events corresponding to strongly warmer(≥0.30°C)anomalies in the tropical western Atlantic Ocean.The dots represent the composite anomaliesstatistically significant at the 95%confidencelevel

上述結果暗示，熱帶西大西洋暖海溫異常在季節(jié)內尺度上的發(fā)展與維持有利于在歐亞大陸激發(fā)出較為穩(wěn)定的波列結構，使東亞及其沿海地區(qū)為深厚的高壓系統(tǒng)控制（圖3），進而導致我國江南地區(qū)出現持續(xù)性高溫事件。由于熱帶西大西洋暖海溫異常在季節(jié)內尺度上的維持時間較長，所以也有利于在季節(jié)平均尺度上體現出來，進而形成了夏季平均尺度上熱帶西大西洋暖海溫異常與江南夏季平均高溫的同期關聯。從季節(jié)內演變的角度可以進一步發(fā)現，這種熱帶大西洋暖海溫的階段性增強與發(fā)展及其激發(fā)的相對穩(wěn)定的歐亞波列結構比持續(xù)性高溫事件提前21～30天左右，可視為我國江南地區(qū)持續(xù)性高溫事件發(fā)生的一個重要前期信號。

6 小結與討論

圖10 （a）北印度洋強暖異常（≥0.30°C）對應的9次高溫事件合成的10°N～25°N 緯度平均海溫異常（單位：°C）逐日演變；（b）熱帶中東太平洋出現厄爾尼諾衰減并向拉尼娜轉變過程對應的8次高溫事件合成的5°S～5°N 緯度平均海溫異常（單位：°C）逐日演變。斜線區(qū)域表示達到99%的置信水平，灰色虛線表示高溫事件發(fā)生期中點Fig.10(a)Longitude-time Hovm?ller diagram along 10°N-25°N for sea surface temperature anomalies(units:°C),which is the composite of nine heatwave eventscorresponding to strongly warmer (≥0.30°C)anomalies in the North Indian Ocean;(b)Sameas in (a), but for that along 5°S-5°N for sea surface temperature anomalies(units:°C),which is the composite of eight heatwave events corresponding to the period of El Ni?o decay and transition to La Ni?a in the tropical central eastern Pacific.Oblique dashed lines indicate the composite anomalies statistically significant at the 99%confidence level;gray dashed horizontal line denotes the timemiddle point for the period of heatwave events

中國江南地區(qū)是高溫熱浪災害的高影響區(qū)。以往的一些研究發(fā)現了不同海域海溫異常在年際或年代際尺度上的變化對中國南方夏季平均溫度異常的影響效應。但是，關于這些關鍵海域海溫季節(jié)內尺度變化對高溫事件發(fā)生發(fā)展影響的研究尚不多見。為此，本文首先以2016年夏季2次持續(xù)性高溫事件為例，分析了高溫事件發(fā)生維持的直接環(huán)流背景，重點探討熱帶西大西洋海溫的季節(jié)內變化對2016年江南地區(qū)夏季高溫事件的影響及其可能機制。同時，基于我們之前（Wang et al.,2017）在年際變化尺度的研究，采用多個事件合成分析方法，進一步研究了熱帶西大西洋海溫季節(jié)內變化對高溫事件的可能貢獻。得到的主要結論如下：（1）2016年夏季，中國江南地區(qū)發(fā)生了2次持續(xù)性（持續(xù)8天或以上）高溫事件，2次高溫事件共計持續(xù)22天，持續(xù)時間在1918～2016 年中排第2位（僅次于2013年）。在2016年的2次持續(xù)性高溫事件中，西太平洋副熱帶高壓都表現出了異常的加強西伸，是引起高溫異常事件發(fā)生和維持的重要原因。在第2次高溫事件期間，南亞高壓也明顯加強東擴，并與西太平洋副熱帶高壓加強西伸配合，形成深厚的高壓異常，共同導致了此次江南持續(xù)性高溫事件的發(fā)生。（2）在2016年夏季高溫事件發(fā)生期間，歐亞大陸中高緯地區(qū)對流層上層存在清晰的Rossby 波列結構，中國東部地區(qū)出現與上述波列下游正異常區(qū)相對應的深厚高壓，有利于江南高溫事件的發(fā)生。其中，熱帶大西洋暖海溫異常在季節(jié)內階段性增強可能是上述波列穩(wěn)定維持的一個重要原因。從2016年高溫事件來看，熱帶大西洋在季節(jié)內尺度上的階段性異常增暖及其激發(fā)的較為穩(wěn)定的Rossby波列結構比江南地區(qū)高溫事件提前約20天。（3）2016年所反映的熱帶大西洋暖海溫異常在季節(jié)內尺度上的可能影響效應并不只是個例。通過分析1981～2016年多次事件的合成結果發(fā)現，實際上上述情況較為普遍。合成結果顯示，熱帶大西洋季節(jié)內階段性的顯著升溫與維持有利于在歐亞大陸激發(fā)出較為穩(wěn)定的Rossby 波列結構，進而影響下游大氣環(huán)流，最終引起江南地區(qū)的持續(xù)性高溫事件。合成結果也顯示，這種熱帶大西洋暖海溫的階段性增強與維持及其激發(fā)的相對穩(wěn)定的Rossby波列結構比江南地區(qū)持續(xù)性高溫事件更早出現。在海溫顯著升高1個月之內，江南地區(qū)可能出現持續(xù)性高溫事件。因此，熱帶大西洋暖海溫異常季節(jié)內的階段性增強可作為江南地區(qū)出現持續(xù)性高溫事件的一個重要前期信號。

Wang et al.（2017）的研究結果顯示，從季節(jié)平均來看，維持至夏季的熱帶西大西洋暖海溫異常對應江南地區(qū)夏季同期平均溫度偏高。本文在此基礎上，從熱帶西大西洋海溫異常季節(jié)內演變的角度發(fā)現了其對江南高溫事件滯后影響的物理鏈接過程，這進一步說明了季節(jié)平均尺度上熱帶西大西洋海溫異常與江南高溫關系的本質是這種季節(jié)內影響效應的平均結果。同時，這種季節(jié)內尺度上的時滯影響效應也為我國江南地區(qū)高溫事件的預測提供了的部分線索，是對之前季節(jié)平均尺度研究的一個拓展與補充。

另外，除了熱帶大西洋海溫異常季節(jié)內變化的影響效應，圖5也表明江南高溫事件期間熱帶中東太平洋和北印度洋也呈現明顯的海溫異常特征。因此，我們選取熱帶中東太平洋（5°S～5°N，170°W～80°W，圖5黑色矩形方框）和北印度洋關鍵區(qū)（10°N～25°N，60°E～100°E，圖5黑色矩形方框），初步分析了印度洋和太平洋海溫異常的季節(jié)內演變與江南持續(xù)性高溫事件的聯系。首先選取了北印度洋關鍵區(qū)（圖5）海溫明顯偏暖（區(qū)域平均海溫異常超過0.3°C）所對應的9次高溫事件（1983、1988、1998、2003-2、2007、2009、2010、2016-1、2016-2，見表2）進行合成分析（圖10a）。其結果顯示，高溫事件（基點）前20天，北印度洋孟加拉灣地區(qū)（80°E 以東）海溫即開始出現顯著增暖，而阿拉伯海附近（70°E以西）暖海溫異常在高溫事件（基點）前10天左右出現了顯著的階段性增強。另外，在北印度洋海溫偏暖所對應的9次高溫事件中，有6次事件同時也是熱帶西大西洋偏暖對應的高溫事件。與圖7對比發(fā)現，熱帶西大西洋顯著暖海溫異常先出現明顯的階段性增強，而北印度洋海溫的階段性增強在其之后10天左右出現。由此推測，Wang et al.（2017）在年際變化尺度上發(fā)現的“熱帶大西洋熱力異常除通過激發(fā)歐亞大陸Rossby 波列之外，還可首先影響熱帶印度洋環(huán)流和海溫異常，進而調節(jié)我國南方地區(qū)夏季氣溫”這一機制在季節(jié)內尺度上可能也是適用的。也就是說，Wang et al.（2017）指出的熱帶大西洋熱力異常年際變化尺度上影響我國南方地區(qū)夏季平均氣溫的兩條途徑，在季節(jié)內尺度上可能也都存在。當然，對于通過印度洋海溫異常中轉這一途徑來說，僅為基于時間先后做出的初步推測，顯然還需要進一步研究驗證。

另外，分析16次高溫事件期間熱帶中東太平洋的海溫異常特征發(fā)現，其中有8次出現了小于-0.30°C的冷海溫異常，5次出現大于0.3°C的暖海溫異常（見表2）?？梢姡瑹釒е袞|太平洋海溫對高溫事件的影響較為復雜，不能僅根據該地區(qū)的海溫冷、暖異常對江南高溫事件的發(fā)生與否進行簡單地判斷。進一步考察16次高溫事件前期海溫演變特征可知，有8次事件前期出現了厄爾尼諾事件衰減并向拉尼娜事件轉變的情況，它們是1983、1988、1998、2007、2010、2011、2016-1、2016-2事件。對這8次高溫事件對應的太平洋海溫異常進行合成分析發(fā)現，在高溫事件（基點）前20天，熱帶中東太平洋海溫冷異常顯著增強（圖10b），同時對應著北印度洋孟加拉灣地區(qū)暖海溫的異常增強（圖10a）。一些研究（Hu et al.,2013;Chen and Zhou,2018）發(fā)現，厄爾尼諾衰減年伴隨著北印度洋海溫異常增暖，會造成我國南方夏季高溫異常。而我們的研究進一步暗示，在季節(jié)內尺度上，厄爾尼諾衰減并向拉尼娜轉變階段，熱帶中東太平洋冷海溫異常和北印度洋暖海溫異常的協同階段性變化可能對江南地區(qū)持續(xù)性高溫事件的發(fā)生也具有一定的指示意義。

本文在季節(jié)內尺度上，重點探討了熱帶大西洋海溫異常階段性增強對我國江南地區(qū)夏季持續(xù)性高溫事件的可能影響，發(fā)現熱帶大西洋暖海溫異常的發(fā)展與維持，一方面可以激發(fā)出歐亞大陸穩(wěn)定的Rossby 波列異常，另一方面可能對印度洋暖海溫異常階段性增強也有一定的貢獻，進而通過這兩條途徑，引起我國江南地區(qū)的夏季持續(xù)性高溫事件的發(fā)生。我們也初步分析了與高溫事件相對應的太平洋和印度洋的前期海溫異常季節(jié)內協同演變特征。然而，太平洋和印度洋的前期海溫異常季節(jié)內演變影響高溫事件的具體過程尚不清楚，在未來的研究中，需特別關注它們對大氣環(huán)流季節(jié)內變化的影響效應。而且，在季節(jié)內尺度上，大西洋、太平洋、印度洋海溫異常三者的相互作用是怎樣的呢？它們是否對江南高溫事件存在協同影響？它們各自以及協同影響的具體過程是怎樣的？這些問題都顯然都需要進一步分析。

需要特別注意的是，在1981～2016年的16次江南夏季持續(xù)性高溫事件中，有4次事件（分別發(fā)生在1989、1990、1991和2012年）與上述各個關鍵海域海溫的季節(jié)內演變情況不符。這暗示了除上述海溫外強迫之外，可能還有目前尚不清楚的其他外強迫因子（如其他關鍵海域的海溫異常、青藏高原積雪、北極海冰異常等）也起到了一定貢獻。此外，大氣內部變率本身也可能對這些高溫事件的發(fā)生具有一定的作用（潘婕等,2009;Chen and Zhou,2018）。今后需進一步深入研究這些事件的成因，從而為持續(xù)性高溫事件的預測提供更多的參考。