2019年2—3月中國(guó)南方持續(xù)性降水成因及其與MJO的關(guān)系*

李力鋒 陳 雄 李崇銀,2 黎 鑫 林毅鑫 楊明浩

1 國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073 2 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)與地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 3 中國(guó)人民解放軍94755部隊(duì)，福建漳州 363000

提 要： 基于再分析資料揭示了2019年2—3月中國(guó)南方持續(xù)性降水事件的成因及其與Madden-Julian Oscillation(MJO)的關(guān)系。此次持續(xù)性降水事件可以分為兩個(gè)階段：第一階段降水覆蓋了整個(gè)南方地區(qū)，第二階段降水主要出現(xiàn)在華南地區(qū)，且降水強(qiáng)度比第一階段更強(qiáng)。大尺度環(huán)流分析表明，此次降水事件中，中國(guó)南方和西太平洋的位勢(shì)高度異常呈現(xiàn)出西低東高的形勢(shì)，有利于南方地區(qū)出現(xiàn)偏南氣流和水汽輻合。在第一階段，整個(gè)南方地區(qū)都出現(xiàn)明顯的水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)；而第二階段，僅在華南地區(qū)出現(xiàn)顯著的水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)。水汽收支診斷分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)階段中的水汽通量散度異常主要是經(jīng)向水汽輻合所導(dǎo)致，它對(duì)水汽通量散度的貢獻(xiàn)率達(dá)到70%以上。通過(guò)對(duì)比分析降水和MJO活動(dòng)演變，發(fā)現(xiàn)降水的變化與MJO位相和振幅的演變有著緊密的聯(lián)系。當(dāng)MJO振幅明顯增強(qiáng)(減弱)時(shí)，南方地區(qū)的降水異常顯著增加(減少)。經(jīng)向水汽輻合的尺度分析表明，低頻尺度(大于90 d)和季節(jié)內(nèi)尺度(30～90 d)的水汽和環(huán)流的相互作用對(duì)經(jīng)向水汽輻合起到?jīng)Q定性作用，尤其是季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)大于90 d低頻水汽的輻合。因此，熱帶地區(qū)MJO的活動(dòng)可通過(guò)調(diào)節(jié)季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輸送，從而對(duì)此次南方地區(qū)的持續(xù)性降水事件產(chǎn)生重要影響。

引 言

冬季中國(guó)受東亞冬季風(fēng)的影響，盛行偏北風(fēng)，冬季降水量相比夏季明顯偏少(Li and Ma,2012;姚世博等,2017)。但是，中國(guó)冬季的降水異常仍能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民安全產(chǎn)生重要的影響，特別是冬季持續(xù)性的雨雪天氣，例如2008年冰凍雨雪災(zāi)害(陶詩(shī)言和衛(wèi)捷,2008;Zhou et al,2009;Wu et al,2011)和2009年大范圍雨雪天氣(Jia and Liang,2013)，這兩次異常降水事件都造成了數(shù)以?xún)|計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失和幾千萬(wàn)人受災(zāi)。鑒于中國(guó)南方在農(nóng)業(yè)、水資源管理和防災(zāi)減災(zāi)方面面臨的挑戰(zhàn)，近年來(lái)冬季降水的變化已經(jīng)引起了社會(huì)和國(guó)家的廣泛關(guān)注。

在季節(jié)內(nèi)尺度上，Madden-Julian Oscillation(MJO)對(duì)中國(guó)冬季降水有著重要影響(Jia et al,2011;馮俊陽(yáng)和肖子牛，2012;吳俊杰等,2009;吳捷等,2018)。MJO是熱帶大氣季節(jié)內(nèi)變化的最主要的信號(hào)，它是大尺度東傳的熱帶對(duì)流 (Madden and Julian,1971;1972;李崇銀等,2014;2016)。MJO一般從熱帶印度洋生成，然后緩慢東傳至中太平洋附近消亡，其東傳的周期約為30～90 d(Madden and Julian,1994;Zhang,2013)。由于中國(guó)的降水主要集中在夏季，以往大部分的研究都關(guān)注于MJO與中國(guó)夏季降水的關(guān)系(林愛(ài)蘭等,2013;李永華等,2016;沈雨等,2016;郝立生等,2021;紀(jì)忠萍等,2021)。而相比夏季，冬季的MJO活動(dòng)更強(qiáng)，對(duì)中國(guó)降水的影響更顯著。

隨著MJO系統(tǒng)性東傳的演變，中國(guó)東南地區(qū)的降水經(jīng)歷了長(zhǎng)江流域多雨、整個(gè)南方多雨、華南多雨而長(zhǎng)江流域少雨的演變過(guò)程(劉冬晴和楊修群,2010;Chen et al,2020)。MJO的位置、強(qiáng)度和演變都能對(duì)中國(guó)降水產(chǎn)生不同的影響(牛法寶等,2013;何潔琳等,2019)。許多研究分析了MJO不同位置對(duì)中國(guó)降水的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)冬季MJO位于印度洋時(shí)，中國(guó)東南地區(qū)的降水顯著增加，而當(dāng)MJO活躍于西太平洋時(shí)，中國(guó)東南地區(qū)的降水顯著減少(Jia et al,2011)。并且MJO分別位于印度洋和西太平洋引起東南地區(qū)的降水差異能達(dá)到3～4 mm·d-1，這個(gè)值相當(dāng)于冬季氣候態(tài)的降水(Jeong et al,2008)。通過(guò)對(duì)季節(jié)內(nèi)降水使用EOF分解，Yao et al(2015) 指出主導(dǎo)中國(guó)冬季降水的主要兩個(gè)模態(tài)分別與MJO的第3位相和第5位相有著緊密的聯(lián)系。MJO對(duì)冬季持續(xù)性強(qiáng)降水也有一定的調(diào)制作用，當(dāng)MJO對(duì)流活躍于印度洋地區(qū)時(shí)，其引發(fā)的水汽通量異常造成華南持續(xù)性強(qiáng)降水增加；而當(dāng)MJO對(duì)流活躍于西太平洋時(shí)，長(zhǎng)江流域持續(xù)性強(qiáng)降水顯示出正異常 (Liu and Hsu,2019)。MJO主要通過(guò)兩種方式來(lái)影響中高緯度的天氣氣候。第一，與MJO相關(guān)的熱帶對(duì)流通過(guò)局地動(dòng)力機(jī)制直接影響熱帶外的環(huán)流(Hong and Li,2009;Zhang et al,2009)。第二，MJO能夠作為熱帶非絕熱加熱源來(lái)激發(fā)Rossby波列來(lái)間接調(diào)節(jié)中高緯的環(huán)流，當(dāng)Rossby波列傳播到中高緯度時(shí)，它能夠調(diào)節(jié)中高緯度環(huán)流，進(jìn)而來(lái)影響熱帶外的天氣氣候(Matthews et al,2004;Song and Wu,2019;Zheng and Chang,2019；崔靜等，2021)。從2019年2月初開(kāi)始，中國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)約一個(gè)半月的降水異常，尤其是從2月中旬到3月上旬(圖1)。導(dǎo)致如此長(zhǎng)時(shí)間的降水異常的原因是什么？Wang et al(2020)研究發(fā)現(xiàn)高緯準(zhǔn)定常波的出現(xiàn)和西太平洋副熱帶高壓的發(fā)展，是導(dǎo)致長(zhǎng)江流域持續(xù)性降水事件發(fā)生的主要原因。圖1展示了2019年2月1日至3月15日中國(guó)南方地區(qū)逐日降水和低頻降水，明顯可以看到南方地區(qū)的降水呈季節(jié)內(nèi)特征，低頻降水出現(xiàn)兩個(gè)波峰，這表明大氣季節(jié)內(nèi)振蕩可能存在一定的作用。本文將圍繞此次南方持續(xù)性降水異常的成因及其與大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的關(guān)系展開(kāi)研究。

圖1 2019年2月1日至3月15日的中國(guó)南方地區(qū)(22°～30°N、110°～122°E)平均的逐日降水(柱狀)和低頻降水強(qiáng)度(曲線,7 d滑動(dòng)平均)Fig.1 Averaged daily precipitation (bar) and low-frequency precipitation (curve, 7 d moving average) over the southern China (22°-30°N,110°-122°E) from 1 February to 15 March 2019

1 數(shù)據(jù)和方法

本文所用的資料主要有：歐洲中期預(yù)報(bào)中心(European Centre for Mediem-Range Weather Forecasts,ECMWF)1979年1月1日至2019年8月31日逐日的再分析資料(ERA-Interim；Dee et al,2011)，包括風(fēng)場(chǎng)、位勢(shì)高度場(chǎng)和比濕場(chǎng)，水平分辨率為1.5°×1.5°，垂直方向?yàn)? 000～200 hPa，共23層；美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Research,NOAA) 1979年1月1日至2019年8月31日逐日的向外長(zhǎng)波輻射資料(outgoing longwave radiation,OLR;Liebmann and Smith,1996)，水平分辨率為2.5°×2.5°。降水資料是由NOAA 氣候預(yù)測(cè)中心 (Climate Prediction Center,CPC) 提供的降水?dāng)?shù)據(jù)(Xie et al,2007)，分辨率為0.5°×0.5°。澳大利亞氣象局提供的逐日多變量MJO指數(shù)(RMM指數(shù)；Wheeler and Hendon，2004)，該指數(shù)使用15°S～15°N 平均的OLR，850 hPa和200 hPa上緯向風(fēng)的多變量聯(lián)合經(jīng)驗(yàn)正交分解得到，可實(shí)時(shí)反映MJO活動(dòng)強(qiáng)度和位置的變化。文中所有數(shù)據(jù)的異常值都通過(guò)去除其氣候態(tài)和線性趨勢(shì)得到，為了濾去天氣尺度擾動(dòng)，進(jìn)一步對(duì)異常值做了7 d滑動(dòng)平均。各物理量中季節(jié)內(nèi)(30～90 d)信號(hào)使用Lanczos帶通濾波器獲得(Duchon,1979)。

2 持續(xù)性降水特征分析

圖2是2019年2月14日至3月10日中國(guó)南方地區(qū)的累計(jì)降水異常和降水距平百分率(降水距平相對(duì)于氣候態(tài)降水的百分比)?？梢钥吹?，此次持續(xù)性降水異常主要集中在華南地區(qū)和長(zhǎng)江中下游地區(qū)(圖2a)，最強(qiáng)的降水異常出現(xiàn)在廣東北部，超過(guò)240 mm。此外，江西東北部也存在一個(gè)降水異常超過(guò)160 mm的大值中心(圖2a)。降水距平百分率和降水異常的空間分布比較類(lèi)似，主要集中在長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華南地區(qū)，降水距平百分率平均達(dá)到80%以上，也就是說(shuō)比常年同期降水多出80%以上。廣西和廣東等地甚至達(dá)到了200%，表明這些地區(qū)降水量是常年同期的3倍以上(圖2b)。圖3給出了多年2月14日至3月10日的累計(jì)降水異常和強(qiáng)降水日數(shù)(降水大于1倍標(biāo)準(zhǔn)差的降水日)?？梢钥吹?，2019年是中國(guó)南方降水近40年來(lái)同期降水正異常最強(qiáng)、強(qiáng)降水日數(shù)最多的年份。

根據(jù)低頻降水的兩個(gè)波峰，此次持續(xù)性降水事件可以分為兩個(gè)階段，即2月14—24日(第一階段)和2月26日至3月10日(第二階段)。圖4給出了兩個(gè)階段合成的降水異常?？梢钥吹絻蓚€(gè)階段降水異常的強(qiáng)度和范圍有一定的差異，第一階段降水異常幾乎覆蓋整個(gè)南方地區(qū)；第二階段降水異常主要集中于華南地區(qū)，且降水強(qiáng)度比第一階段更強(qiáng)。

圖2 2019年2月14日至3月10日累計(jì)降水異常(a)和降水距平百分率(b)(矩形框?yàn)槟戏降貐^(qū)：22°～30°N、110°～122°E，下同)Fig.2 Accumulated anomalous precipitation (a) and percentage of precipitation anomaly (b) from 14 February to 10 March 2019(Rectangle represents southern China: 22°-30°N, 110°-122°E， the same below)

圖3 1979—2019年2月14日至3月10日南方地區(qū)的累計(jì)降水異常(a)和強(qiáng)降水日數(shù)(b)Fig.3 Accumulated anomalous precipitation (a) and the days of severe precipitation (b) over southern China from 14 February to 10 March of 1979-2019

圖4 第一階段(2019年2月14—24日，下同)(a)和第二階段(2019年2月26日至3月10日，下同)(b)合成的降水異常Fig.4 Composite anomalous precipitation during the first (from 14 to 24 February 2019, the same below) (a) and second (from 26 February to 10 March 2019, the same below) (b) episodes

3 持續(xù)性降水異常成因分析

3.1 大氣環(huán)流異常特征

圖5是兩個(gè)階段合成的500 hPa異常水平環(huán)流和位勢(shì)高度。從圖中可以看到，在兩個(gè)階段中，中國(guó)大陸至貝加爾湖地區(qū)都呈現(xiàn)出北高南低的異常形態(tài)，在貝加爾湖地區(qū)上空有位勢(shì)高度正異常和反氣旋式環(huán)流。在第一階段中，我國(guó)南方地區(qū)西側(cè)出現(xiàn)弱的位勢(shì)高度負(fù)異常，而西北太平洋出現(xiàn)位勢(shì)高度正異常，呈現(xiàn)出西低東高的位勢(shì)高度異常，有利于中國(guó)東部地區(qū)異常偏南氣流的出現(xiàn)(圖5a)。而在第二階段中，整個(gè)南方地區(qū)及其以西都是明顯較強(qiáng)的位勢(shì)高度負(fù)異常，且位勢(shì)高度的東西梯度更大，這導(dǎo)致偏南氣流和向北的水汽輸送更強(qiáng)。

圖6給出了兩個(gè)階段合成的850 hPa上異常水平環(huán)流和散度。可以看到，在第一階段，中國(guó)南方地區(qū)對(duì)流層低層是顯著的氣旋式環(huán)流異常，而西北太平洋有異常的反氣旋環(huán)流，從而導(dǎo)致中國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)的西南氣流和水平輻合(圖6a)。這種低層異常水平環(huán)流和輻合有利于整個(gè)南方地區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)的異常上升運(yùn)動(dòng)(圖7a)，這和降水主要集中在南方地區(qū)是一致的。在第二階段，異常氣旋式環(huán)流東移，中國(guó)南方地區(qū)對(duì)流層低層處于異常氣旋式環(huán)流的南部，異常氣流在華南輻合，而在江淮流域輻散(圖6b)。相比第一階段，第二階段在華南地區(qū)出現(xiàn)很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)(圖7b)，華南地區(qū)低層的異常氣流輻合與中層異常強(qiáng)垂直速度相結(jié)合，導(dǎo)致華南地區(qū)出現(xiàn)比第一階段更強(qiáng)的降水。

圖5 第一階段(a)和第二階段(b)合成的500 hPa上異常水平環(huán)流(矢量，單位：m·s-1)和位勢(shì)高度(填色)(黑色箭頭和填色分別表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn)的風(fēng)場(chǎng)和位勢(shì)高度)Fig.5 Composite anomalous horizontal circulation (vector, unit: m·s-1) and geopotential height (colored) at 500 hPa during the first (a) and second (b) episodes(Black arrow and colored shadow indicate the wind field and geopotential height having passed the 0.10 significance test, respectively)

圖6 第一階段(a)和第二階段(b)合成的850 hPa異常水平環(huán)流(矢量，單位：m·s-1)和散度(填色)(黑色箭頭和打點(diǎn)分別表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn)的風(fēng)場(chǎng)和散度)Fig.6 Composite anomalous horizontal circulation (vector, unit: m·s-1) and divergence (colored) at 850 hPa during the first (a) and second (b) episodes(Black arrows and stippling indicate the wind field and divergence having passed the 0.10 significance test, respectively)

圖8是兩個(gè)階段110°～122°E平均的經(jīng)圈環(huán)流和垂直運(yùn)動(dòng)。在第一階段，20°～35°N有大范圍的異常上升運(yùn)動(dòng)，而在熱帶赤道地區(qū)出現(xiàn)異常下沉運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)局地的異常經(jīng)圈環(huán)流，這種環(huán)流有利于整個(gè)南方地區(qū)出現(xiàn)降水增強(qiáng)。而在第二階段，異常的上升運(yùn)動(dòng)主要出現(xiàn)在28°N以南，并且上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度明顯比第一階段要強(qiáng)，導(dǎo)致第二階段的降水主要集中在華南地區(qū)，相應(yīng)的降水強(qiáng)度也更強(qiáng)。水平環(huán)流和垂直環(huán)流的分析表明兩個(gè)階段的環(huán)流形勢(shì)有著一定的差異，第一階段的異常環(huán)流有利于整個(gè)南方地區(qū)的降水，而第二階段的環(huán)流形勢(shì)僅有利于華南地區(qū)的降水加強(qiáng)。

圖7 第一階段(a)和第二階段(b)合成的500 hPa異常垂直速度(打點(diǎn)表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn))Fig.7 Composite anomalous vertical velocity at 500 hPa during the first (a) and second (b) episodes(Stippling indicates the result having passed the 0.10 significance test)

圖8 第一階段(a)和第二階段(b)合成的110°～122°E平均的異常經(jīng)圈環(huán)流(矢量，垂直速度放大100倍)和垂直速度(填色)(黑色箭頭和打點(diǎn)分別表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn)的垂直環(huán)流和垂直速度)Fig.8 Composite anomalous meridional circulation (vector, vertical velocity magnified 100 times) and vertical velocity (colored) averaged over the 110°-122°E during the first (a) and second (b) episodes(Black arrow and stippling indicate the vertical circulation and vertical velocity having passed the 0.10 significance test, respectively)

3.2 水汽輸送異常特征

圖9給出了兩個(gè)階段合成的異常水汽通量及其散度。在第一階段，西太平洋地區(qū)有異常的反氣旋式環(huán)流，中國(guó)大陸位于反氣旋式環(huán)流西側(cè)，有較強(qiáng)的水汽從南海和西太平洋向北輸送，在長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華南地區(qū)都有明顯的水汽輻合(圖9a)。西北太平洋的異常反氣旋在2019年2月南方持續(xù)性降水中起到重要的水汽輸送作用，這和Wang et al (2020) 分析的結(jié)果是一致的。而在第二階段，西北太平洋的異常反氣旋消失，中國(guó)大陸主要受西南氣流的影響，有較強(qiáng)的水汽由孟加拉灣至南海向北輸送，在華南地區(qū)有明顯的水汽輻合，強(qiáng)度比第一階段的水汽輻合更強(qiáng)，而長(zhǎng)江中下游地區(qū)則無(wú)明顯的水汽輻合(圖9b)。

水汽通量散度主要由水汽平流和水汽散度組成：

圖9 第一階段(a)和第二階段(b)合成的1 000～500 hPa平均的異常水汽通量(矢量，單位：10-2 kg·kg-1·m·s-1)和水汽通量散度(填色，單位：10-8 kg·kg-1·s-1)(黑色箭頭和打點(diǎn)分別表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn)的水汽通量和水汽通量散度)Fig.9 Composite anomalous moisture flux (vector, unit: 10-2 kg·kg-1·m·s-1) and moisture flux divergence (colored， unit: 10-8 kg·kg-1·s-1) averaged over the 1 000-500 hPa region during the first (a) and second (b) episodes(Black arrows and stippling represent the moisture flux and moisture flux divergence having passed the 0.10 significance test, respectively)

(1)

式中:q，u和v分別表示比濕、緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)，Mdiv表示水汽通量散度。式(1)右側(cè)從左至右分別表示的是緯向水汽輻合、緯向水汽平流、經(jīng)向水汽輻合和經(jīng)向水汽平流。分別對(duì)第一階段南方地區(qū)和第二階段華南地區(qū)的水汽通量散度診斷，發(fā)現(xiàn)第二階段的水汽通量散度大約是第一階段的兩倍，這說(shuō)明盡管第一階段降水的降水范圍廣，但是第二階段降水更集中，這也導(dǎo)致第二階段在華南地區(qū)的降水強(qiáng)度遠(yuǎn)比第一階段強(qiáng)(圖10)。第一階段和第二階段的水汽通量輻合主要都是受經(jīng)向水汽輻合的控制，兩個(gè)降水階段的經(jīng)向水汽輻合項(xiàng)對(duì)水汽通量輻合的貢獻(xiàn)率都達(dá)到70%以上，而緯向水汽輻合項(xiàng)、緯向水汽平流項(xiàng)和經(jīng)向水汽平流項(xiàng)對(duì)水汽通量輻合的貢獻(xiàn)都較小。

4 MJO在此次持續(xù)性降水事件的作用

4.1 MJO活動(dòng)的異常

圖11給出了2019年2—3月MJO活動(dòng)強(qiáng)度和位相分布特征?？梢钥吹?，從2月中旬到3月上旬，熱帶MJO位相和振幅與中國(guó)南方持續(xù)性降水有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)MJO振幅明顯增強(qiáng)時(shí)，南方地區(qū)降水也出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)。在第一階段，MJO活動(dòng)主要位于第8和第1位相；在第二階段，MJO活動(dòng)主要位于第2～4位相。MJO活動(dòng)異常可以通過(guò)影響水汽輸送進(jìn)而影響中國(guó)南方的降水(Chen et al,2020)，下面將通過(guò)水汽輸送尺度分析來(lái)揭示MJO在此次南方持續(xù)性降水事件的作用。

圖10 第一階段南方地區(qū)(22°～30°N、110°～122°E)和第二階段華南地區(qū)(22°～26°N、110°～122°E)1 000～500 hPa平均的水汽通量散度各項(xiàng)(單位：10-8 kg·kg-1·s-1)[橫坐標(biāo)數(shù)字：1表示的是水汽通量散度，2～5表示的是式(1)右側(cè)的第1～4項(xiàng)]Fig.10 Composite moisture flux divergence budgets (unit: 10-8 kg·kg-1·s-1) averaged over the 1 000-500 hPa region over southern China (22°-30°N, 110°-122°E) in the first episode (red) and South China (22°-26°N, 110°-122°E) in the second episode (blue)[The 1 indicates the moisture flux divergence, and 2-5 indicate the first to fourth terms on the right side of Eq.(1)]

圖11 2019年2月1日至3月31日MJO位相-強(qiáng)度分布(2月為紫色，3月為綠色)Fig.11 MJO phase-intensity diagram from 1 February to 31 March 2019 (Purple represents February and green for March)

4.2 不同尺度環(huán)流對(duì)水汽輸送的作用

根據(jù)Chen et al(2020)的研究，按照時(shí)間尺度的不同可將水平風(fēng)場(chǎng)和比濕分解為高頻部分(周期小于30 d)，季節(jié)內(nèi)部分(周期在30～90 d)和低頻部分(周期大于90 d)：

(2)

式中：上角“-”“′”“*”分別表示的是低頻部分、季節(jié)內(nèi)部分和高頻部分。根據(jù)之前的分析，將對(duì)水汽通量輻合貢獻(xiàn)最大的經(jīng)向水汽輻合項(xiàng)進(jìn)一步分解為：

(3)

圖12給出了兩個(gè)階段中經(jīng)向水汽輻合各項(xiàng)。結(jié)果表明，在第一階段，高頻經(jīng)向風(fēng)、季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)和低頻經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合以及低頻經(jīng)向風(fēng)對(duì)季節(jié)內(nèi)水汽的輻合都起到一定的作用，尤其是季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合。而在第二階段，低頻經(jīng)向風(fēng)和季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合起到最重要的作用，其他項(xiàng)的作用都較小。在兩個(gè)階段的經(jīng)向水汽輸送中，季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合貢獻(xiàn)都是最大，特別是在第二階段，季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合起到?jīng)Q定性作用。這表明MJO可通過(guò)調(diào)節(jié)季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)水汽的輸送，從而調(diào)節(jié)中國(guó)南方的持續(xù)性降水。

劉冬晴和楊修群(2010)、Jia et al(2011)、Chen et al(2020)研究指出通常當(dāng)MJO位于第8和第1位相時(shí)，華南地區(qū)的降水異常偏少，而當(dāng)MJO位于第2～5位相時(shí)，華南地區(qū)的降水都是偏多。第二階段的降水分布與前人的研究基本一致，但是在第一階段，MJO主要位于第8和第1位相，不僅導(dǎo)致長(zhǎng)江流域的降水異常偏多，而華南地區(qū)的降水也異常偏多。那么是什么原因?qū)е陆邓霈F(xiàn)如此明顯的差異呢？通過(guò)比較冬季MJO第8和第1位相氣候態(tài)與第一階段的850 hPa季節(jié)內(nèi)環(huán)流異常和OLR可知，第一階段中海洋性大陸地區(qū)出現(xiàn)很強(qiáng)的MJO對(duì)流抑制，激發(fā)了南海地區(qū)較強(qiáng)的南風(fēng)異常，從而導(dǎo)致華南出現(xiàn)明顯的水汽輻合，而氣候態(tài)上的MJO對(duì)流未能在海洋性大陸激發(fā)出很強(qiáng)的對(duì)流抑制和南海的南風(fēng)異常(圖13)。

圖12 第一階段南方地區(qū)(22°～30°N、110°～122°E)和第二階段華南地區(qū)(22°～26°N、110°～122°E)1 000～500 hPa平均的經(jīng)向水汽輻合各項(xiàng)(單位：10-8 kg·kg-1·s-1)[橫坐標(biāo)數(shù)字：1～9表示的是式(3)右側(cè)的第1～9項(xiàng)]Fig.12 Composite meridional moisture convergences (unit: 10-8 kg·kg-1·s-1) averaged over the 1 000-500 hPa region over southern China (22°-30°N, 110°-122°E) in the first episode (red) and South China (22°-26°N, 110°-122°E) in the second episode (blue)[1-9 indicate the first to ninth terms on the right side of Eq.(3)]

圖13 第一階段(a)和冬季MJO第8和第1位相(b)合成的850 hPa季節(jié)內(nèi)環(huán)流(矢量，單位：m·s-1)和MJO OLR(填色)(黑色箭頭和打點(diǎn)分別表示通過(guò)0.10顯著性水平檢驗(yàn)的環(huán)流和MJO OLR)Fig.13 Composite intraseasonal circulation at 850 hPa (vector, unit: m·s-1) and MJO OLR (colored) during the first episode (a) and the MJO of the phase 8 and phase 1 in winter (b)(Black arrow and stippling represent the circulation and MJO OLR having passed the 0.10 significance test, respectively)

5 結(jié)論與討論

2019年2月中旬到3月上旬中國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)了一次持續(xù)性降水事件，該降水事件是近40年來(lái)同期降水量最大、強(qiáng)降水日數(shù)最多的降水事件。根據(jù)降水的演變，此次持續(xù)性降水事件可以分為兩個(gè)階段。第一階段降水基本上覆蓋了整個(gè)中國(guó)南方地區(qū)，而第二階段降水主要出現(xiàn)在華南地區(qū)，且降水強(qiáng)度比第一階段更強(qiáng)。

大尺度環(huán)流分析表明，在此次持續(xù)性降水事件中，南亞地區(qū)都是位勢(shì)高度負(fù)異常，西北太平洋地區(qū)都是位勢(shì)高度正異常，導(dǎo)致中國(guó)南方呈現(xiàn)出西低東高的位勢(shì)高度異常，有利于中國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)異常偏南氣流和水汽向南方輸送。在第一階段，整個(gè)南方地區(qū)的對(duì)流層低層出現(xiàn)散度負(fù)異常，而中層出現(xiàn)較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，中低層的環(huán)流配置，導(dǎo)致20°～35°N有大范圍的異常上升運(yùn)動(dòng)，而在熱帶赤道地區(qū)出現(xiàn)異常下沉運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)經(jīng)向局地異常環(huán)流，這種環(huán)流有利于整個(gè)南方地區(qū)出現(xiàn)降水。而在第二階段，華南地區(qū)的對(duì)流層低層出現(xiàn)異常輻合，江淮流域出現(xiàn)異常輻散，而華南地區(qū)對(duì)流層中層出現(xiàn)很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，異常的上升運(yùn)動(dòng)主要出現(xiàn)在30°N以南，且上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度明顯比第一階段偏強(qiáng)，從而導(dǎo)致第二次降水的強(qiáng)度也更強(qiáng)。

通過(guò)分析兩個(gè)階段的水汽通量及其散度，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)階段的水汽輻合存在明顯差異，在第一階段整個(gè)南方地區(qū)都出現(xiàn)明顯的水汽輻合，而在第二階段，僅在華南地區(qū)出現(xiàn)明顯的水汽輻合，且水汽輻合的強(qiáng)度更強(qiáng)。進(jìn)一步診斷南方和華南地區(qū)的水汽收支，發(fā)現(xiàn)引起兩個(gè)階段水汽通量散度出現(xiàn)異常的主要是經(jīng)向水汽輻合項(xiàng)，其他水汽輸送項(xiàng)對(duì)水汽通量輻合的總貢獻(xiàn)小于30%。

這次持續(xù)性降水事件在時(shí)間尺度上屬于季節(jié)內(nèi)尺度的事件，而MJO作為次季節(jié)可預(yù)報(bào)性的來(lái)源可能在這次事件中起到一定的作用。通過(guò)對(duì)南方地區(qū)的降水特征分析，發(fā)現(xiàn)南方地區(qū)出現(xiàn)兩次明顯的低頻降水，低頻降水的變化和MJO位相和振幅的演變有著緊密的聯(lián)系。當(dāng)MJO振幅明顯增強(qiáng)時(shí)，南方地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)明顯的降水，而當(dāng)MJO振幅減弱時(shí)，降水迅速減少。在時(shí)間尺度上，將兩個(gè)階段中起主要貢獻(xiàn)的經(jīng)向水汽輻合項(xiàng)分解。結(jié)果表明，低頻尺度和季節(jié)內(nèi)尺度的相互作用對(duì)經(jīng)向水汽輻合項(xiàng)起到?jīng)Q定性作用，尤其是季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)低頻水汽的輻合。這說(shuō)明MJO可通過(guò)調(diào)節(jié)季節(jié)內(nèi)經(jīng)向風(fēng)對(duì)水汽的輸送，從而影響南方地區(qū)的降水。另外，在這次南方持續(xù)性降水事件中，中高緯的異常環(huán)流也起到一定的作用，中高緯的阻塞高壓不僅造成冷空氣持續(xù)向南入侵，為長(zhǎng)江—淮河流域持續(xù)一個(gè)月的降水提供有利的條件(Wang et al,2020)。中高緯的異常環(huán)流還可以引起大氣對(duì)MJO加熱的不同響應(yīng),從而調(diào)節(jié)MJO活動(dòng)對(duì)南方降水產(chǎn)生不同的影響(Chen et al,2021)。至于冬季中高緯的異常環(huán)流是如何引起大氣對(duì)MJO加熱的不同響應(yīng)？我們將在下一步的工作中重點(diǎn)探討，為次季節(jié)降水的預(yù)測(cè)提供更加有力的支撐。