華南區(qū)域性暴雨過程的客觀評估及異常機理分析

伍紅雨，郭堯，鄒燕，陳卓煌

(1.廣東省氣候中心，廣州510641；2.中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所/廣東省區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報重點實驗室，廣州510641；3.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限責(zé)任公司，廣州510555；4.福建省氣候中心，福州350001)

引言

華南地處低緯，南臨南海，北面大陸，屬于亞熱帶、熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是我國汛期時間最長、降水最多的地區(qū)(余功梅，1996；鮑名和黃榮輝，2006)，并且前后汛期降水很突出(李江南等，2002)，也是我國暴雨洪澇發(fā)生最多且受影響嚴(yán)重的地區(qū)，因此華南暴雨一直是研究的重點和熱點(徐桂玉和楊修群，2002；趙玉春和王葉紅，2009；何立富等，2016；丁一匯，2019)。氣象學(xué)者對華南暴雨、特別是前汛期暴雨進(jìn)行了很多研究并取得有意義的成果(謝炯光等，2002；鄧立平和王謙謙，2002；彭麗英等，2006；鄭彬等，2006；張焱等，2008；王東海等，2011；伍紅雨等，2011；張端禹等，2012；林愛蘭等，2013，2015)，這些研究主要針對華南汛期暴雨、降水量、暴雨日數(shù)等異常氣候特征以及對應(yīng)的大氣環(huán)流、海溫異常的成因進(jìn)行分析。目前還沒有看到對華南(包括廣東、廣西、海南)區(qū)域性暴雨過程的客觀定量評估以及氣候特征的分析，而對華南暴雨過程的強度進(jìn)行客觀定量評估是當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)和決策服務(wù)的迫切需求。

大范圍、持續(xù)性的區(qū)域性暴雨過程常常危害人民生命財產(chǎn)安全并造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，因此氣象學(xué)者對區(qū)域性暴雨過程的識別和客觀評估進(jìn)行研究并取得很有意義的成果。襲祝香(2008)、袁慧敏等(2012)、鄒燕等(2014)、王春學(xué)等(2016)、牛若蕓等(2017)、葉殿秀等(2019)采用不同的區(qū)域暴雨過程劃分標(biāo)準(zhǔn)對吉林、長江中下游沿江地區(qū)、福建、四川、中國95°E以東地區(qū)以及我國的區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行識別并對其強度進(jìn)行評估。羅艷艷等(2015)選擇福建、江西、廣東和廣西4省為研究區(qū)域，對其前汛期雨澇強、弱年進(jìn)行確定并對其環(huán)流特征進(jìn)行對比。但由于區(qū)域性暴雨過程劃分的標(biāo)準(zhǔn)、過程評估指標(biāo)不同，研究的時段、區(qū)域不同，所以研究的結(jié)果存在差異。而暴雨具有明顯的區(qū)域特征，包括廣東、廣西、海南的華南區(qū)域性暴雨過程近59 a發(fā)生了多少次？次數(shù)、強度有何變化特征？目前還不能回答。

氣象學(xué)者對華南地區(qū)的汛期降水進(jìn)行很多研究并取得有意義的研究成果。梁建茵和吳尚森(2001)分析指出廣東前汛期降水偏多與西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)造成的南海地區(qū)較強偏南風(fēng)、東亞大槽以及南支西風(fēng)急流之間的相互作用密切相關(guān)。而后汛期偏澇(旱)與亞洲夏季風(fēng)系統(tǒng)偏強(弱)和登陸廣東的熱帶氣旋個數(shù)相關(guān)。謝炯光等(2008)指出南海西南季風(fēng)爆發(fā)早的年份，廣東前汛期雨量以正常偏少為主、后汛期雨量以偏多為主、登陸廣東臺風(fēng)偏多。林愛蘭等(2013)指出廣東持續(xù)性暴雨過程與中高緯度環(huán)流型的穩(wěn)定維持、熱帶不斷的水汽輸送密切相關(guān)。徐明等(2016)分析指出華南(包括廣東、廣西、湖南、福建、江西)前汛期持續(xù)暴雨的環(huán)流共性是有北方冷空氣南下影響華南，低緯地區(qū)副高和孟加拉灣南支低槽維持少動，低層850 hPa華南盛行西南暖濕急流。可見華南降水與大氣環(huán)流、登陸臺風(fēng)個數(shù)關(guān)系密切。對華南降水的研究主要是降水異常的角度。本文利用1961—2019年華南192個地面氣象觀測站逐日降水資料，定義華南區(qū)域性暴雨過程的標(biāo)準(zhǔn)，首先識別出1961—2019年華南區(qū)域性暴雨過程，構(gòu)建華南區(qū)域性暴雨過程綜合強度評估模型，然后分析其次數(shù)、強度等的氣候特征及變化，得到華南年和前、后汛期的暴雨過程強度指數(shù)變化序列。從華南區(qū)域性暴雨過程的強度出發(fā)，從前、后汛期分析華南暴雨過程強度異常與大氣環(huán)流關(guān)系，研究結(jié)果為華南區(qū)域性暴雨的客觀評估業(yè)務(wù)和服務(wù)提供技術(shù)支持。

1 資料與方法

1.1 資料

所用資料為國家氣象信息中心經(jīng)過質(zhì)量控制和均一化處理的1961—2019年中國2 419個氣象觀測站逐日降水量資料，選取廣東、廣西、海南三個省作為華南區(qū)域進(jìn)行研究，剔除資料長度不足50 a的站，最后選取192個站，站點分布見圖1。

1.2 方法

1.2.1 華南區(qū)域性暴雨過程的客觀識別

圖1 華南192個國家氣象觀測站分布Fig.1 Distribution of 192 national meteorological observation stations in South China.

單站日降水量≥50 mm就是出現(xiàn)暴雨。福建(鄒燕等，2014)、廣東(伍紅雨等，2019)選取國家觀測站中約5%的站點出現(xiàn)暴雨就定義為區(qū)域性暴雨日，識別出的暴雨過程與實況以及災(zāi)情相符，說明這種比率比較合理、客觀。因此華南192個觀測站中若有≥9站(4.7%)出現(xiàn)暴雨就定義為華南區(qū)域性暴雨日。區(qū)域性暴雨過程為區(qū)域性暴雨日持續(xù)日數(shù)≥1 d的過程或間斷1 d且間斷日有1個及以上站出現(xiàn)暴雨。區(qū)域性暴雨過程的開始日(結(jié)束日)就是區(qū)域性暴雨過程的第一個(最后一個)區(qū)域性暴雨日。區(qū)域性暴雨過程開始日至結(jié)束日的日數(shù)為區(qū)域性暴雨過程的持續(xù)時間。區(qū)域暴雨過程中，單站總降水量的最大值為區(qū)域性暴雨過程的最大過程降水量；單站日降水量的最大值為區(qū)域性暴雨過程的最大日降水量；區(qū)域性暴雨過程的范圍為出現(xiàn)暴雨日的總站數(shù)。

1.2.2 華南區(qū)域性暴雨過程綜合強度評估方法

選取區(qū)域性暴雨過程的持續(xù)時間、最大過程降水量、最大日降水量、暴雨范圍這4個因子作為區(qū)域暴雨過程的綜合強度評估指標(biāo)，羅艷艷等(2015)、伍紅雨等(2019)指出該區(qū)域性暴雨過程綜合強度定量評估方法能客觀、定量和合理的描述區(qū)域性暴雨過程。

定義的區(qū)域性暴雨過程綜合強度指數(shù)計算公式為

式中IR為某場區(qū)域暴雨過程的綜合強度指數(shù)；Gp、Gd、Gc和Gt分別是最大過程降水量、最大日降水量、暴雨范圍和暴雨持續(xù)時間4個指標(biāo)的評估等級；Rp、Rd、Rc和Rt分別是標(biāo)準(zhǔn)化后的4個指標(biāo)；A、B、C和D為權(quán)重系數(shù)，具體計算方法詳見鄒燕等(2014)。

按照區(qū)域性暴雨過程的定義統(tǒng)計得出，1961—2019年華南共發(fā)生1 196次區(qū)域性暴雨過程，對所有過程進(jìn)行逐場評估并得到綜合強度指數(shù)IR，IR值越大(小)，表明該場暴雨過程綜合強度越強(弱)，計算華南暴雨過程綜合強度指數(shù)序列的60%、80%、90%、95%及以上對應(yīng)的百分位數(shù)作為臨界閥值把暴雨過程劃分出弱、較弱、中等、較強、強5個等級(表1)。累加一年內(nèi)的年、前汛期、后汛期發(fā)生的區(qū)域性暴雨過程的綜合強度指數(shù)得到年、前、后汛期強度指數(shù)序列，對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，分析其年際、年代際變化。分析近59 a平均的暴雨次數(shù)和強度月際變化特征。

表1 不同百分位數(shù)(P)與異常等級對應(yīng)表Table 1 Correspondence between of different percentile(P)and abnormal classes.

1.2.3 分析方法

對識別出的所有華南區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行客觀定量評估，確定華南年和前、后汛期暴雨過程強度序列，統(tǒng)計分析其次數(shù)和綜合強度指數(shù)的氣候特征及變化。利用NCEP/NCAR再分析資料，采用相關(guān)和合成分析方法研究華南前、后汛期暴雨過程強弱年的大氣環(huán)流異常特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 華南區(qū)域性暴雨過程的識別結(jié)果和總體特征

利用前面華南區(qū)域性暴雨過程的定義，識別出1961—2019年華南共出現(xiàn)1 196次區(qū)域性暴雨過程，其中985次出現(xiàn)在汛期4—9月，占總次數(shù)的82.3%，有557次出現(xiàn)在前汛期(4—6月)，占總次數(shù)的46.5%，有428次出現(xiàn)在后汛期(7—9月)，占總次數(shù)的35.8%。近59 a來華南區(qū)域性暴雨過程平均每年發(fā)生20.3次，發(fā)生日期最早出現(xiàn)在1月4—5日(1983年、1992年)，最晚出現(xiàn)在12月30日(1988年)，可見全年1—12月均可發(fā)生。過程平均持續(xù)時間2.2 d，最長18 d，最大站點累計降水為1 251.9 mm，均出現(xiàn)在1994年7月12—29日這次區(qū)域性暴雨過程。區(qū)域性暴雨最大過程降水量近59 a平均為230.4 mm，過程暴雨范圍平均為36.6站，最大范圍的區(qū)域性暴雨過程出現(xiàn)在2008年6月3—18日，有159個站出現(xiàn)了暴雨，占總站數(shù)的82.8%。區(qū)域性暴雨最大日降水量近59 a平均為175.2 mm。

對華南1 196次區(qū)域性暴雨過程綜合強度指數(shù)進(jìn)行排序，得到華南最強5次過程，分別出現(xiàn)在：1994年7月12—29日、1966年6月9—24日、1968年6月7—24日，2008年6月3—18日，1998年6月17—26日。如最強華南區(qū)域性暴雨過程出現(xiàn)在1994年7月12—29日，持續(xù)時間18 d，暴雨范圍137站，最大站點累計雨量1 251.9 mm，強度指數(shù)30.86。在1994年“94.7”柳江首先發(fā)生大洪水，然后西、北江出現(xiàn)大洪水，致使廣東受災(zāi)人口932萬人，被洪水圍困群眾86萬人，因災(zāi)死亡109人，直接經(jīng)濟損失68億元(薛紀(jì)善，1999)。1998年全球極端天氣氣候事件頻發(fā)(王麗華，1999)，南方包括華南出現(xiàn)嚴(yán)重洪澇災(zāi)害(張清，1999)。這些華南最強的區(qū)域性暴雨過程的時間和《廣東省防災(zāi)減災(zāi)年鑒》(1994—2018年卷)、《中國氣象災(zāi)害大典:廣東卷》(2006)所記載典型的嚴(yán)重暴雨洪澇事件吻合，說明采用的華南區(qū)域性暴雨過程的識別和評估方法能客觀、定量和合理的描述暴雨過程。但華南最強的5次暴雨過程與廣東最強的5次暴雨過程(伍紅雨等，2019)存在差異，只有1994年7月和1968年6月的兩次過程相同，其他3次過程時間都不一樣，可見華南和廣東的區(qū)域性暴雨過程識別和評估結(jié)果存在差異，也進(jìn)一步說明研究華南區(qū)域性暴雨過程的必要性。

近59 a華南1 196次區(qū)域性暴雨過程中，達(dá)到強等級(5級)有59次，占總過程次數(shù)的4.9%；達(dá)到較強等級(4級)有60次，占總過程次數(shù)的5.0%；達(dá)到中等(3級)有120次，占總過程次數(shù)的10.0%；達(dá)到較弱等級(2級)有239次，占總過程次數(shù)的20.0%；達(dá)到弱等級(1級)有718次，占總過程次數(shù)的60.0%。

2.2 華南區(qū)域性暴雨過程次數(shù)、強度的月變化

圖2 1961—2019年平均的華南區(qū)域性暴雨過程發(fā)生比率(a)與綜合強度指數(shù)(b)的月變化Fig.2 The average monthly variation of(a)the regional rainstorm event occurrence ratio and(b)comprehensive intensity index in South China from 1961 to 2019.

圖2 a、b分別為1961—2019年華南區(qū)域性暴雨過程月發(fā)生次數(shù)占全年的比率(占比%)分布以及綜合強度指數(shù)的多年平均月變化。可見，暴雨過程最多發(fā)生在5月(占比18.7%)，其次是6月(占比16.4%)，第3是7月(占比12.7%)，發(fā)生在汛期4—9月占全年的82.3%。冬季12月、1月、2月很少發(fā)生，僅占3.9%，最少出現(xiàn)在12月，占1.1%。

從多年平均綜合強度指數(shù)逐月變化圖2b可見，指數(shù)大于3的月份出現(xiàn)在4—10月，指數(shù)最高出現(xiàn)在6月(15.9)，其次是7月(12.6)，第3是5月(10.9)；指數(shù)小于2出現(xiàn)在11月、12月、1月、2月、3月，月指數(shù)最低為0.8，出現(xiàn)在2月。說明華南區(qū)域性暴雨過程的強度月變化非常明顯，平均強度指數(shù)最強6月是最弱2月的近20倍，4—10月暴雨過程強度明顯高于其余月份。華南區(qū)域性暴雨過程5月出現(xiàn)次數(shù)最多，而6月強度最強。

2.3 華南區(qū)域性暴雨過程的氣候變化特征

2.3.1 暴雨過程次數(shù)

圖3 為1961—2019年華南區(qū)域性暴雨過程次數(shù)在年(圖3a)以及前汛期(圖3b)、后汛期(圖3c)的年際、年代際變化，可見都存在顯著的年際變化特征。

從圖3a可見，近59 a來華南全年區(qū)域性暴雨過程發(fā)生次數(shù)介于13～29之間，最多年是最少年的2.2倍，年均20.3次。次數(shù)最多的前三年分別出現(xiàn)在1983年(29次)、2016年(28次)、1973年(27次)。次數(shù)最少出現(xiàn)在1963年和1968年，均為13次；第2少為1966年(14次)。近59 a來華南發(fā)生暴雨過程次數(shù)以0.45·(10 a)-1的速率增加，趨勢系數(shù)為0.23，該趨勢沒通過0.05顯著性水平檢驗，這與全國(陳峪等，2010)和華南(伍紅雨等，2011)平均年暴雨日數(shù)都呈不顯著的增多趨勢相一致。從多項式曲線得到，暴雨過程次數(shù)存在明顯的年代際變化特征，1970年代、1980年代以及2010年代以來，華南處于暴雨次數(shù)偏多時段，而1960年代、1990年代到2000年代則處于偏少時段。

圖3 b、c分為華南前、后汛期區(qū)域性暴雨過程次數(shù)的年際、年代際變化和線性趨勢。在前汛期，暴雨過程次數(shù)最多出現(xiàn)在1973年(14次)，最少出現(xiàn)在1963年(3次)，近59 a來華南前汛期發(fā)生暴雨過程次數(shù)以0.17·(10 a)-1的速率增加，趨勢系數(shù)為0.12，但該趨勢沒通過0.05顯著性水平檢驗。前汛期暴雨次數(shù)多項式曲線和年曲線變化相似，多、少雨時段的年代際變化也一致。后汛期暴雨過程次數(shù)最多出現(xiàn)在1988年、1996年、2018年，均為11次，最少出現(xiàn)在1962年(4次)，近59 a來華南后汛期發(fā)生暴雨過程次數(shù)以0.03·(10 a)-1的速率增加，趨勢系數(shù)為0.03，趨勢線幾乎與常年等值線平行，所以幾乎無變化趨勢。后汛期多項式曲線除2000年代初到2010年代前期華南暴雨次數(shù)處于偏少期，2010年代中期后處于偏多期外，其余在均值附近波動，年際變化明顯，年代際變化不明顯。

圖3 1961—2019年華南區(qū)域性暴雨過程次數(shù)在(a)年、(b)前汛期與(c)后汛期的逐年變化(虛線代表線性趨勢；折線代表次數(shù)變化；曲線代表多項式變化；水平實線代表1981—2010年平均)Fig.3 The annual variation of the number of regional rainstorms in South China from 1961 to 2019 in(a)a whole year,(b)the first flood season and(c)the second flood season(The dotted line represents the linear trend;the broken line represents the degree change;the curve represents the polynomial change;and the horizontal solid line represents the average from 1981 to 2010).

2.3.2 暴雨過程強度

圖4 為1961—2019年華南區(qū)域性暴雨過程標(biāo)準(zhǔn)化的綜合強度指數(shù)在年以及前、后汛期的逐年變化，年綜合強度指數(shù)為年內(nèi)所有區(qū)域性暴雨過程的綜合強度指數(shù)之和。計算得到強度指數(shù)年序列與前汛期、后汛期序列的相關(guān)系數(shù)分別為0.64、0.68，均通過0.001顯著性水平檢驗，相關(guān)非常顯著，但前、后汛期序列相關(guān)系數(shù)僅為-0.016，相關(guān)不顯著。說明前、后汛期暴雨過程的強(弱)對應(yīng)的年暴雨過程也是強(弱)，因為汛期的暴雨過程占年暴雨過程的82.3%。但前、后汛期暴雨強度指數(shù)無明顯關(guān)聯(lián)。近59 a華南區(qū)域性暴雨過程強度指數(shù)前汛期年均為30.2，后汛期為28.1，可見前汛期暴雨強度總體大于后汛期。

從圖4a得出，近59 a來華南區(qū)域性暴雨過程年強度指數(shù)年際變化明顯，最強出現(xiàn)在2008年(3.2)，最弱出現(xiàn)在1963年(-2.5)。從圖4b得出，前汛期強度指數(shù)最強出現(xiàn)在2008年(2.5)，最弱出現(xiàn)在1963年(-2.9)，可見年和前汛期暴雨強度指數(shù)的最強、最弱年相同。這與劉雨佳等(2017)統(tǒng)計華南在1961—2014年，暴雨日數(shù)最多出現(xiàn)在2008年，最少出現(xiàn)在1963年相一致。2008年是華南“龍舟水”最強的一年(伍紅雨等，2017)，而1963年是降水最少的一年，是大旱年。從后汛期暴雨過程強度指數(shù)逐年變化(圖4c)可見，最強出現(xiàn)在1994年(3.0)，最弱出現(xiàn)在1989年(-1.9)。從圖4a可見，華南在1990年代以來暴雨強年更加頻繁，李麗平等(2012、2018)也指出華南在1990年代以來在前、后汛期發(fā)生極端雨澇的情況明顯增多。近59 a來華南年平均雨強以0.4 mm·(10 a·d)-1的速率明顯增加，但前汛期變化趨勢不明顯，后汛期變化明顯。

近59 a來華南區(qū)域性暴雨過程強度最強5 a是：2008年、1993年、1994年、2013年、1973年。最弱5 a是：1963年、1989年、1962年、2004年、2011年，這與伍紅雨等(2019)選出的廣東暴雨強年、弱年均有4 a相同，說明華南與廣東的極端暴雨強、弱年總體的年變化大部分是一致的，但還是存在差別。在華南區(qū)域性暴雨強年常出現(xiàn)重大人員傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟損失，與《中國氣象災(zāi)害大典:廣東卷》(2006)記載的大災(zāi)年一致。最強的2008年是全球極端氣候事件頻發(fā)的一年(張培群等，2009)，華南洪澇災(zāi)害非常嚴(yán)重，其中5月26—6月19日的暴雨過程造成南方168人死亡，37人失蹤，并造成巨大的經(jīng)濟損失(王東海等，2011)。在2013年8月14—18日，受強西南季風(fēng)與臺風(fēng)“尤特”環(huán)流共同影響，廣東出現(xiàn)持續(xù)性大暴雨到特大暴雨的降水過程(陳超等，2015)，造成巨大損失和人員傷亡。

從線性趨勢看，近59 a來區(qū)域性暴雨年和后汛期強度指數(shù)均以0.15·(10 a)-1的速率增加，趨勢系數(shù)為0.25，通過了0.05顯著性水平檢驗，增加趨勢明顯，年和后汛期強度指數(shù)在1992年由之前的偏弱轉(zhuǎn)為之后的偏強，這與丁一匯等(2019)指出的華南地區(qū)降水于1992年后增強一致。而前汛期暴雨強度指數(shù)線性變化趨勢線幾乎與水平線重合，無明顯變化趨勢，也說明年強度增加趨勢主要是由后汛期強度增加所導(dǎo)致。

從圖4區(qū)域性暴雨強度指數(shù)的年代際變化看，年和前汛期變化比較相似，1960年代前期偏弱、1960年代中期到1980年代初偏強，1980年代中后期到1990年代末偏弱，2000年以來年暴雨強度偏強，而前汛期強度指數(shù)由2000—2008年的偏強轉(zhuǎn)為2009年后的偏弱。對于后汛期，強度指數(shù)在1990年代初由偏弱轉(zhuǎn)為偏強，目前華南處于偏強的背景下。

2.4 華南區(qū)域性暴雨過程強度與大氣環(huán)流的關(guān)系

前面分析得到，華南區(qū)域性暴雨過程有82.3%出現(xiàn)在汛期(4—9月)，華南汛期分前汛期(4—6月)和后汛期(7—9月)，其中前汛期以鋒面降水和夏季風(fēng)降水為主(鄭彬等,2006)，后汛期以臺風(fēng)降水為主。下面探討前后汛期降水強度異常的大氣環(huán)流特征。

2.4.1 華南前汛期暴雨過程的逐年綜合強度指數(shù)與同期大氣環(huán)流的相關(guān)

為了分析華南前汛期區(qū)域性暴雨過程強度指數(shù)的年際變化與同期(4—6月)大氣環(huán)流的關(guān)系，計算1961—2019年華南前汛期暴雨過程的綜合強度指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化序列(簡稱前汛期強度指數(shù))與同期高、中、低層大氣環(huán)流場的相關(guān)系數(shù)分布(圖5)。

從華南前汛期暴雨強度指數(shù)與高層200 hPa風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)分布(圖5a)可見，在中緯度東亞到西北太平洋存在巨大顯著相關(guān)的氣旋環(huán)流，華南前汛期暴雨強度與副熱帶(100°E—150°W，22°—30°N)西風(fēng)氣流存在顯著相關(guān)，說明副熱帶西風(fēng)急流加強(減弱)有利于華南前汛期暴雨偏強(偏弱)。

從華南前汛期暴雨強度指數(shù)與中層500 hPa位勢高度場的相關(guān)系數(shù)分布(圖5b)可見，強度指數(shù)與巴爾喀什湖以南的東亞大陸、貝加爾湖以東(120°—180°E，50°—70°N)低緯熱帶西太平洋(120°—180°E，10°—20°N)的位勢高度場均為顯著正相關(guān)，與日本以東的西北太平洋(150°E—150°W，35°—40°N)位勢高度場為顯著負(fù)相關(guān)，西北太平洋位勢高度從低緯到高緯呈“+-+”異常分布，即副高偏強，東亞大槽在日本及以南偏強有利于華南前汛期暴雨偏強；反之偏弱。

從華南前汛期暴雨強度指數(shù)與低層850 hPa風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)分布(圖5c)可見，在西北太平洋(130°E—150°W，20°—45°N)存在巨大的顯著相關(guān)的氣旋環(huán)流，同時在南海到菲律賓以東洋面(100°—150°E，0°—20°N)存在顯著相關(guān)的反氣旋環(huán)流，華南在反氣旋環(huán)流的左側(cè)，從中南半島到華南存在與華南冬季暴雨強度顯著相關(guān)偏南氣流，說明偏南氣流的加強有利于華南前汛期暴雨的增強。同時華南前汛期暴雨強度與我國大部的偏北氣流顯著相關(guān)，說明冷空氣強、偏南氣流強且在華南交匯，水汽輻合增強，有利于華南前汛期暴雨偏強。

圖4 同圖3，但為標(biāo)準(zhǔn)化的綜合強度指數(shù)Fig.4 Same as Fig.3,but for standardized comprehensive strength index.

從華南前汛期暴雨強度指數(shù)與低層海平面氣壓場的相關(guān)系數(shù)分布(圖5d)可見，前汛期暴雨強度與北半球從高緯到低緯的海平面氣壓呈“+-+”顯著相關(guān)分布，反映北半球中高緯度地區(qū)(120°—170°E，50°—65°N，)與日本以東的中緯度的西北太平洋(130°E—150°W，30°—40°N)的海平面氣壓相反的分布結(jié)構(gòu)，氣壓差異越大(小)，對應(yīng)華南前汛期暴雨強度越大(小)。

2.4.2 華南前汛期暴雨過程綜合強度指數(shù)異常高低年同期大氣環(huán)流的差值合成

圖5 1961—2019年華南前汛期暴雨強度指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化序列與同期大氣環(huán)流的相關(guān)系數(shù)(a)200 hPa風(fēng)場；(b)500 hPa高度場；(c)850 hPa風(fēng)場；(d)海平面氣壓場(陰影區(qū)由淺到深表示通過90%，95%和99%顯著性水平檢驗)Fig.5 The correlation between standardized series of annual rainstorm intensity index in the first rainy season in South China and the atmospheric variables during 1961—2019.200 hPa wind,(b)500 hPa geopotential height,(c)850 hPa wind and(d)sea level pressure(shaded areas from light to dark color indicate the test passing the significance level of 90%，95%and 99%).

以華南前汛期暴雨過程綜合強度指數(shù)正負(fù)一個標(biāo)準(zhǔn)差判別的6個高指數(shù)年(1968、1973、1993、1998、2005、2008)與8個低指數(shù)年(1962年、1963年、1967年、1985年、1999年、2002年、2004年、2011年)，對其同期高、中、低層大氣環(huán)流進(jìn)行差值合成分析(圖6)。圖6a為200 hPa風(fēng)場的差值分布，可見副熱帶西風(fēng)急流明顯加強。圖6b為500 hPa位勢高度場的差值分布，可見東亞大槽日本南段明顯加強，副高加強西伸，巴爾喀什湖以南的東亞為位勢高度正距平。圖6c為850 hPa風(fēng)場的差值分布，在南海、西太平洋存在巨大的反氣旋差值環(huán)流，華南位于左側(cè)轉(zhuǎn)向的偏南氣流控制，西太平洋和南海豐富的水汽輸送到華南，而華南北部為偏北氣流影響，華南位于南北氣流的交匯處，有利于華南前汛期暴雨偏強。圖6d為海平面氣壓差值分布。在青藏高原和鄂霍次克海附近存在海平面氣壓正差值中心，在西北太平洋的白令海存在負(fù)差值中心，東西海平面氣壓差異對應(yīng)華南前汛期暴雨強度增強。可見華南前汛期暴雨強度指數(shù)高低年大氣環(huán)流場差值分析得到和前面相關(guān)分析一致的結(jié)果。

從以上相關(guān)和差值合成分析可見，在前汛期，華南高層的西風(fēng)急流加強，中層?xùn)|亞大槽日本南段明顯加強，副高加強西伸，低層華南位于南北氣流的交匯處，且偏南氣流強，地面貝加爾湖高壓、白令海低壓都在加強，東亞大陸和海洋的氣壓差增大，華南前汛期暴雨強度增強。

2.4.3 華南后汛期暴雨過程的逐年綜合強度指數(shù)與同期大氣環(huán)流的相關(guān)

為了分析華南后汛期區(qū)域性暴雨過程年綜合強度指數(shù)的年際變化與同期(7—9月)大氣環(huán)流的關(guān)系，計算1961—2019年華南后汛期暴雨過程的綜合強度指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化序列(簡稱后汛期強度指數(shù))與同期高、中、低層大氣環(huán)流場的相關(guān)系數(shù)分布(圖7)。

從華南后汛期暴雨強度指數(shù)與高層200 hPa風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)分布(圖7a)可見，在中低緯度東亞到西北太平洋存在一相關(guān)氣旋環(huán)流，華南后汛期暴雨強度與亞洲低緯(80°E—150°W,15°—25°N)偏西氣流存在顯著相關(guān)，說明亞洲低緯地區(qū)上空高空西風(fēng)急流加強(減弱)，有利于華南后汛期暴雨偏強(減弱)。

從華南后汛期暴雨強度指數(shù)與中層500 hPa位勢高度場的相關(guān)系數(shù)分布(圖7b)可見，華南后汛期暴雨強度與北半球60°N以南的位勢高度場除巴爾喀什湖附近為負(fù)相關(guān)外，其余均為正相關(guān)，與中低緯度的東亞大陸位勢高度場為顯著正相關(guān)，說明北半球大部位勢高度場的增加，特別是亞歐中低緯大陸位勢高度場增加有利于華南后汛期暴雨偏強；反之偏弱。

圖6 華南前汛期暴雨過程綜合強度指數(shù)高、低年4—6月大氣環(huán)流的差值合成(a)200 hPa風(fēng)場;(b)500 hPa高度場;(c)850 hPa風(fēng)場;(d)海平面氣壓場Fig.6 Composition difference of atmospheric circulation in April-June in high and low years of comprehensive intensity index of rainstorm events in the first flood season in South China.(a)200 hPa wind,(b)500 hPa geopotential height,(c)850 hPa wind and(d)sea level pressure.

圖7 同圖5，但為后汛期Fig.7 Same as Fig.5,but for the second flood season.

從華南后汛期暴雨強度指數(shù)與低層850 hPa風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)分布(圖7c)可見，在北半球中低緯地區(qū)(60°E—120°W，10°—30°N)、(120°E—170°W，0°—40°N)存在兩個顯著相關(guān)的氣旋環(huán)流，中心位于分別位于南海北部，菲律賓以東的西北太平洋，說明南海和西北太平洋的氣旋環(huán)流增強有利于華南后汛期暴雨偏強。

從華南后汛期暴雨強度指數(shù)與低層海平面氣壓場的相關(guān)系數(shù)分布(圖7d)可見，后汛期暴雨強度與中低緯北太平洋(120°—180°E,10°—40°N，)的海平面氣壓顯著負(fù)相關(guān)，與貝加爾湖以南的東亞中緯的海平面氣壓顯著正相關(guān)。說明東亞大陸和海洋氣壓差增加，有利于華南后汛期暴雨強度增強。

2.4.4 華南后汛期暴雨過程強、弱年7—9月大氣環(huán)流特征

以華南后汛期暴雨過程綜合強度指數(shù)正負(fù)一個標(biāo)準(zhǔn)差判別的8個高指數(shù)年(1976、1981、1993、1994、2001、2002、2008、2013)與7個低指數(shù)年(1962年、1966年、1975年、1978年、1984年、1987年、1989年)，對其同期高、中、低層大氣環(huán)流進(jìn)行差值合成分析(圖8)。圖8a為200 hPa風(fēng)場的差值分布，可見在后汛期暴雨強年相對暴雨弱年，副熱帶西風(fēng)急流明顯加強。圖8b為500 hPa位勢高度場的差值分布，可見位勢高度場除巴爾喀什湖附近、日本以東洋面為負(fù)距平外，其余位勢高度場增加對應(yīng)華南后汛期暴雨偏強。圖8c為850 hPa風(fēng)場的差值分布，在北半球中低緯地區(qū)的東亞到西北太平洋存在兩個氣旋環(huán)流，環(huán)流中心位于分別位于南海北部，菲律賓以東的西北太平洋，說明南海和西北太平洋的氣旋環(huán)流增強對應(yīng)華南后汛期暴雨偏強。圖8d為海平面氣壓差值分布，在貝加爾湖以南存在海平面氣壓的正距平中心，在日本以東的西北太平洋存在負(fù)距平中心，大陸與海洋的氣壓差增大對應(yīng)華南后汛期暴雨強度偏強。可見華南后汛期暴雨過程強度異常高低年大氣環(huán)流差值分析得到和前面相關(guān)分析一致的結(jié)果。

圖8 同圖6，但為后汛期Fig.8 Same as Fig.6,but for the second flood season.

從以上相關(guān)和合成分析可見，在后汛期，華南高層的西風(fēng)急流加強，中層中低緯東亞位勢高度增加，低層南海和西太平洋氣旋環(huán)流增強，中低緯北太平洋海平面氣壓降低，大陸和海洋氣壓差增大，有利于南海和西太平洋臺風(fēng)的生成，相應(yīng)登陸或影響華南的可能性加大，華南后汛期暴雨強度增強。

3 結(jié)論

利用1961—2019年華南192個地面氣象觀測站逐日降水資料，定義華南區(qū)域性暴雨過程的標(biāo)準(zhǔn)，識別出近59 a華南所有的區(qū)域性暴雨過程，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建華南區(qū)域性暴雨過程綜合強度評估模型，分析其次數(shù)、綜合強度指數(shù)的氣候特征及變化并分析其異常的大氣環(huán)流特征，主要結(jié)論如下：

(1)1961—2019年華南共出現(xiàn)1 196次區(qū)域性暴雨過程，平均每年發(fā)生20.3次，全年1—12月均可發(fā)生，其中82.3%出現(xiàn)在汛期4—9月，5月發(fā)生最多，其次是6月。近59 a來華南年和前、后汛期發(fā)生區(qū)域性暴雨過程次數(shù)分別0.45·(10 a)-1、0.17·(10 a)-1和0.03·(10 a)-1的速率增加，但增加趨勢沒有通過0.05顯著性水平檢驗。

(2)近59 a平均華南區(qū)域性暴雨過程月強度指數(shù)最高出現(xiàn)在6月，其次7月，第3是5月；指數(shù)最小出現(xiàn)在2月。近59 a來華南年和后汛期發(fā)生的區(qū)域性暴雨過程強度指數(shù)均以0.15·(10 a)-1的速率顯著增加，而前汛期暴雨強度指數(shù)增加不明顯。

(3)在華南前汛期，高層西風(fēng)急流加強，中層?xùn)|亞大槽日本南段明顯加強，副高加強西伸，低層華南位于南北氣流的交匯處，且偏南氣流強，地面東亞大陸和海洋的氣壓差增大，華南前汛期暴雨強度增強。

(4)在華南后汛期，高層西風(fēng)急流加強，中層中低緯東亞位勢高度增加，低層南海和西太平洋氣旋環(huán)流增強，中低緯北太平洋海平面氣壓降低，有利于南海和西太平洋臺風(fēng)的生成，華南后汛期暴雨強度增強。