2020年夏季重慶降水異常偏多成因分析*

唐紅玉 吳 遙 董新寧 何慧根 魏麟驍 張 馳重慶市氣候中心，重慶 401147

提 要： 2020年夏季，重慶降水量為1961年以來同期第三多，6—7月為同期最多，極為異常。利用1961—2020年夏季重慶34個(gè)氣象臺(tái)站逐日降水和NCEP/NCAR逐日高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、相對(duì)濕度場(chǎng)等再分析資料及NOAA逐月海溫場(chǎng)資料，采用相關(guān)、合成等現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)診斷方法，分析了2020年重慶地區(qū)夏季降水出現(xiàn)異常偏多的主要原因。結(jié)果表明：2020年夏季，尤其是夏季6—7月，歐亞地區(qū)大氣環(huán)流高低緯度呈“+-+”環(huán)流型分布，環(huán)流的經(jīng)向度明顯，出現(xiàn)重慶夏季典型多雨的第一型環(huán)流配置，從而造成夏季降水的異常偏多。外強(qiáng)迫信號(hào)分析表明：2019年秋冬季至2020春季ENSO暖事件使重慶夏季降水偏多的確定性概率增加，同時(shí)2019年秋季赤道印度洋偶極子正異常助推了2020年重慶夏季降水的異常偏多，兩事件同時(shí)發(fā)生時(shí)其作用相互疊加，造成了重慶夏季降水的極端異常偏多。影響重慶夏季降水異常的主要外強(qiáng)迫信號(hào)包括ENSO和印度洋偶極子，提前監(jiān)測(cè)和關(guān)注它們對(duì)重慶夏季降水預(yù)測(cè)意義重大。

引 言

我國(guó)位于亞歐大陸東部和太平洋的西岸，因獨(dú)特的地理位置和地形影響，季風(fēng)氣候特點(diǎn)明顯，大部地區(qū)降水主要集中在夏季，降水的季節(jié)變化和年際變化大，所以夏季也極易發(fā)生旱澇災(zāi)害(鄭國(guó)光，2019)。如1954年和1998年，包括重慶在內(nèi)的長(zhǎng)江流域曾發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害(鞠笑生，1993；陶詩言等，1998)，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成嚴(yán)重影響(李維京，1999)。近年來，洪水、干旱等極端天氣氣候事件出現(xiàn)概率和強(qiáng)度增加(翟盤茂等，2016)，氣候異常造成的影響變得更加明顯。對(duì)異常氣候事件尤其是針對(duì)我國(guó)夏季降水異常的診斷和預(yù)測(cè)工作顯得極為重要。由于我國(guó)地形復(fù)雜，降水的地域性和季節(jié)性特征明顯(丁一匯等，2006；任國(guó)玉等，2010)，一些造成區(qū)域性嚴(yán)重洪澇等災(zāi)害的異常氣候，給當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失和破壞，同時(shí)也增加了政府等決策部門對(duì)氣候預(yù)測(cè)服務(wù)水平要求，為此更需要對(duì)氣候異常成因進(jìn)行不斷和深入的了解和再認(rèn)識(shí)。

針對(duì)夏季氣候異常和頻繁發(fā)生的極端氣候事件，Ren et al(2004)、Lin et al(2004)、鮑名和黃榮輝(2006)和楊涵洧等(2021)進(jìn)行了大量研究工作。陳麗娟等(2016)、袁媛等(2017)、鄭志海和王永光(2018)、高榮等(2018)、顧薇和陳麗娟(2019)、袁媛等(2017)、趙俊虎等(2021；2022)針對(duì)我國(guó)夏季氣候的異常做過分析，認(rèn)為熱帶太平洋和印度洋海溫變化對(duì)東亞夏季風(fēng)環(huán)流的影響,是造成我國(guó)夏季降水異常的主要原因。楊瑋等(2017)研究認(rèn)為，強(qiáng)降水的發(fā)生區(qū)域取決于梅雨鋒位置的差異。胡泊等(2018)通過季節(jié)降水異常事件的研究，認(rèn)為對(duì)初夏、盛夏和夏季降水有影響的主要環(huán)流系統(tǒng)均有明顯的不同。封國(guó)林等(2012)的研究認(rèn)為，長(zhǎng)江中下游地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)，大氣環(huán)流會(huì)出現(xiàn)顯著異常，同時(shí)赤道中東太平洋及印度洋也會(huì)有異常海溫出現(xiàn)，如2011年春末初夏。孫小婷等(2017)和布和朝魯?shù)?2022)的研究表明：我國(guó)的春夏季節(jié)轉(zhuǎn)換期間和夏季西南地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)時(shí)，最主要的大氣環(huán)流影響系統(tǒng)是西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱西太副高)和中高緯度西風(fēng)帶環(huán)流。在華南地區(qū)，降水的季節(jié)振蕩特征明顯，且海溫和環(huán)流對(duì)降水的影響在不同年代并不相同(李春暉等，2017)。可見在不同區(qū)域或季節(jié)及不同年代，降水具有明顯的差異性(唐紅玉等，2019)。雖然近年來我國(guó)許多學(xué)者開展了對(duì)于夏季降水的客觀預(yù)測(cè)技術(shù)方法研發(fā)(蔣薇等，2021；王會(huì)軍等，2020；龐軼舒等，2021)，但從揭示和了解本地氣候異常成因和提高區(qū)域氣候預(yù)測(cè)能力為出發(fā)點(diǎn)，非常有必要對(duì)區(qū)域降水異常的特征及影響系統(tǒng)、前兆信號(hào)等進(jìn)行復(fù)盤分析和研究。

處在青藏高原與長(zhǎng)江中下游平原過渡性地帶的重慶，境內(nèi)地形起伏明顯。特殊的地理位置使得該地區(qū)氣象災(zāi)害相比于長(zhǎng)江中下游的平原地區(qū)更加復(fù)雜多樣。近年來，重慶地區(qū)災(zāi)害性氣候異常事件頻繁出現(xiàn)，氣象紀(jì)錄不斷被刷新，經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。2020年夏季6—7月出現(xiàn)1961年以來歷史同期最多降水，共出現(xiàn)11場(chǎng)區(qū)域暴雨影響全域34個(gè)區(qū)縣，洪澇災(zāi)害較重。對(duì)重慶夏季降水異常的診斷，曾有一些學(xué)者在降水的年際或年代際變化方面(劉德等，2003)和夏季旱澇變化的成因方面(李永華等，2011；周浩等，2010；程炳巖，2012；張?zhí)煊畹龋?014；唐紅玉等，2014)開展過研究，認(rèn)為中高緯阻塞高壓、東亞夏季風(fēng)、高原積雪、熱帶太平洋海溫等是影響重慶夏季旱澇的重要影響因子，且認(rèn)為前期熱帶印度洋和太平洋海溫、高原積雪、東亞夏季風(fēng)等的變化最終是通過大氣環(huán)流，尤其是通過影響夏季西太副高的位置和強(qiáng)度，從而影響重慶夏季降水的多寡。但影響氣候異常的因素每年有其獨(dú)特性，仍需持續(xù)不斷地開展大量細(xì)致分析和研究工作。本文擬對(duì)重慶地區(qū)2020年夏季降水異常的原因進(jìn)行分析，以期深入認(rèn)識(shí)造成重慶地區(qū)異常氣候的物理原因，為氣候服務(wù)工作提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

觀測(cè)資料取自重慶市氣象局信息中心提供的重慶所有國(guó)家級(jí)氣象臺(tái)站(共34個(gè))逐日數(shù)據(jù)集，分析時(shí)段為夏季6—8月和6—7月，氣候值為1981—2010年的標(biāo)準(zhǔn)值。大氣再分析資料包括NCEP提供的水平分辨率為2.5°×2.5°逐日位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、水汽場(chǎng)等再分析資料，時(shí)段為1961年1月1日至2020年12月31日。本文分析中所用的熱帶印度洋偶極子指數(shù)(TIOD)取自國(guó)家氣候中心業(yè)務(wù)下發(fā)的環(huán)流特征量數(shù)據(jù)集，該指數(shù)先取的海洋區(qū)域和計(jì)算方法為：熱帶西印度洋(10°S～10°N、50°～70°E)的海溫距平與熱帶東印度洋(10°S～0°、90°～100°E)的海溫距平之差。文中采用的副高特征量指數(shù)為劉蕓蕓等(2012)的定義計(jì)算而得，即強(qiáng)度指數(shù)取10°N以北，110°～180°E范圍內(nèi)500 hPa層588 dagpm特征等值線圍成的面積與范圍內(nèi)所有格點(diǎn)高度值減去588 dagpm差值的總和；面積指數(shù)為該區(qū)域內(nèi)588 dagpm 的格點(diǎn)圍成的面積總和；脊線指數(shù)為在10°N以北，110°～150°E范圍內(nèi)，588 dagpm等值線所包圍的副熱帶高壓體內(nèi)緯向u=0的特征線所在緯度位置的平均值；西伸脊點(diǎn)為90°～180°E范圍內(nèi)，588 dagpm最西格點(diǎn)所在的經(jīng)度。

1.2 方 法

本文采用相關(guān)、合成等常用氣候統(tǒng)計(jì)診斷分析方法(魏鳳英，2007)以及多變量經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(MV-EOF)方法(施能，2002)。因2020年前期赤道中東太平洋發(fā)生了ENSO暖事件，為綜合分析ENSO 暖事件與氣候變率(即氣候變化趨勢(shì))對(duì)重慶夏季降水的共同影響，采用最優(yōu)氣候均態(tài)(optimal climate normal,OCN)方法(Huang et al,1996;Livezey et al,2007)計(jì)算分析了重慶夏季降水的氣候變率，并統(tǒng)計(jì)ENSO暖事件與氣候變率綜合影響降水的確定性概率。其步驟為：將重慶地區(qū)統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)近5年來降水的平均值減去氣候平均值，用其距平百分率作為降水的氣候變率；同時(shí)，計(jì)算近5年來降水距平百分率與該距平百分率一致的年份所占的頻率；最后計(jì)算ENSO暖事件年降水距平百分率與OCN方法得到的降水趨勢(shì)百分率之和，得到綜合考慮ENSO暖事件和氣候變率影響下降水距平百分率的分布，以及降水距平百分率偏多(或偏少)一致的年份所占的頻率，即為綜合影響降水的確定性概率。

2 重慶2020年夏季降水異常特征

2020年夏季重慶全市平均降水量為667.1 mm，較常年同期(508.2 mm)顯著偏多3成，為1961年以來歷史同期第三多，僅次于1998年和1982年(圖1a)。降水季內(nèi)分布極為不均，從夏季降水的逐日變化看(圖1b)，6—7月降水異常偏多，為1961年以來同期最多；降水偏多時(shí)段主要集中在6月中下旬和7月上中旬。從2020年夏季降水量的空間分布圖(圖2a)可以看出，重慶全域降水顯著偏多，特別是偏南地區(qū)較常年同期偏多6成以上。季內(nèi)降水6—7月重慶大部地區(qū)降水異常偏多，偏南地區(qū)較常年同期偏多6成至1.5倍以上(圖2b，2c)，異常程度極為顯著。

3 重慶2020年夏季降水異常的環(huán)流成因分析

3.1 影響重慶夏季降水異常偏多的關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)

大氣環(huán)流異常往往是導(dǎo)致一個(gè)地區(qū)氣候異常的主要原因。首先對(duì)影響重慶夏季降水異常偏多的關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行梳理和分析。

圖1 (a)1961—2020年重慶夏季降水量逐年變化和(b)2020年夏季降水逐日演變Fig.1 (a) Annual variation of summer precipitation during 1961-2020 and (b) daily variation of summer precipitation in 2020 in Chongqing

圖2 2020年重慶(a)夏季(6—8月),(b)6月,(c)7月降水距平百分率空間分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in Chongqing in (a) summer (June-August), (b) June and (c) July 2020

分析重慶夏季降水與同期中高層高度場(chǎng)500 hPa(圖3a)和300 hPa(圖3b)的相關(guān)可知，重慶夏季降水的偏多(偏少)年，中高層大氣環(huán)流呈現(xiàn)較為一致的環(huán)流特征，主要表現(xiàn)在：歐亞從高緯到低緯地區(qū)為“+-+(-+-)”高度距平分布，表現(xiàn)出烏拉爾山附近及以東地區(qū)阻塞高壓(以下簡(jiǎn)稱烏山阻高)發(fā)展,中緯度30°～37°N地區(qū)低值系統(tǒng)活躍(不活躍),低緯度地區(qū)西太副高偏強(qiáng)(偏弱)和印度低壓偏弱(偏強(qiáng))的特點(diǎn)。

根據(jù)上面的分析，提取高度場(chǎng)上影響重慶夏季降水的主要大氣環(huán)流系統(tǒng)所在區(qū)域距平指數(shù)，即西太副高指數(shù)：15°～25°N、100°～130°E；印度低壓指數(shù)：20°～25°N、71°～85°E；中緯度低值系統(tǒng)指數(shù)：33°～38°N、100°～130°E；烏山阻高指數(shù)：46°～55°N、60°～90°E。將各指數(shù)與重慶夏季降水量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行多變量的經(jīng)驗(yàn)正交分解分析。分解后第一、二模態(tài)累積方差貢獻(xiàn)可約占總方差的76%，可體現(xiàn)出最能影響降水的幾種大尺度環(huán)流型配置。即當(dāng)重慶夏季降水偏多時(shí)，第一型大氣環(huán)流配置為烏拉爾山地區(qū)有阻高發(fā)展，中緯度地區(qū)有氣旋等低值系統(tǒng)發(fā)展或活躍，印度低壓偏弱和西太副高偏強(qiáng)(圖3c)；第二型大氣環(huán)流配置為烏拉爾山地區(qū)無阻高發(fā)展，但中緯度地區(qū)氣旋等低值系統(tǒng)發(fā)展或活躍，低緯度地區(qū)印度低壓略偏強(qiáng)和西太副高略偏弱(圖3d)?？梢娫谟绊懼貞c夏季降水的環(huán)流系統(tǒng)中，相對(duì)最為重要和關(guān)鍵的因素是中緯度的低值系統(tǒng)的發(fā)展或活躍，如果同時(shí)北部高緯度地區(qū)有阻高的影響，南有西太副高的配合，即北方有南下冷空氣的影響，南有活躍的中緯度低值系統(tǒng)配合副高外圍暖濕氣流，降水的動(dòng)力和水汽條件均充足，極易造成重慶夏季極端性降水或降水異常偏多的情形。

圖3 重慶夏季降水與同期(a)500 hPa和(b)300 hPa高度場(chǎng)的相關(guān)(填色區(qū)通過了0.10以上顯著性水平檢驗(yàn))和(c,d)關(guān)鍵區(qū)環(huán)流系統(tǒng)指數(shù)與重慶夏季降水的多變量經(jīng)驗(yàn)正交分解：(c)第一模態(tài)，(d)第二模態(tài)Fig.3 The correlation between Chongqing summer precipitation and the height fields at (a) 500 hPa and (b) 300 hPa during the same period (Shaded areas are those having passed the significance test above 0.10 level)， and multivariate empirical orthogonal decomposition of the key area circulation system index and the Chongqing summer precipitation for (c) the first mode, (d) the second mode

3.2 2020年夏季和6—7月降水異常偏多的環(huán)流特征

通過分析影響重慶夏季降水異常的關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)，再看北半球2020年夏季大氣環(huán)流系統(tǒng)。由圖4可見，2020年夏季6—7月(圖4a～4c)，歐亞地區(qū)大氣環(huán)流高低緯度呈“+-+”環(huán)流型分布，環(huán)流的經(jīng)向度明顯。影響重慶的主要環(huán)流系統(tǒng)從北到南依次為：①烏拉爾山附近和鄂霍次克海至堪察加半島阻高異常偏強(qiáng)，表現(xiàn)為新地島以南烏拉爾山附近高壓脊發(fā)展，正距平中心最大值達(dá)62 gpm，鄂霍次克海至堪察加半島阻高中心最大值在40 gpm以上；②中緯度低值系統(tǒng)活躍，表現(xiàn)為巴爾喀什湖以西以南至貝加爾湖以南及我國(guó)黃河流域，為大范圍的負(fù)距平區(qū)，中心最大負(fù)距平值達(dá)50 gpm以上；③印度低壓偏弱，表現(xiàn)為該地區(qū)最大值為40 gpm以上的正距平區(qū)；④西太副高異常偏強(qiáng)，表現(xiàn)在西太副高區(qū)域內(nèi)為大范圍顯著的正距平控制，正距平中心最大值達(dá)40 gpm以上。同時(shí)，西太副高面積偏大、西伸脊點(diǎn)異常偏西，脊線位置偏南(圖5)，可以說2020年的夏季環(huán)流場(chǎng)表現(xiàn)出典型的重慶夏季降水異常偏多的環(huán)流型，即出現(xiàn)了前文分析的重慶夏季典型多雨年的第一型環(huán)流(圖3c)的配置。在這種環(huán)流型配置下，5 880 gpm外圍的5 860 gpm等值線正好壓在重慶長(zhǎng)江沿線偏南地區(qū)，十分有利于來自西太平洋地區(qū)及我國(guó)南海地區(qū)的水汽沿著副高外圍輸送到重慶地區(qū)，對(duì)重慶偏南地區(qū)尤為明顯，再配合中高緯度烏山阻高(主要影響在7月)和鄂霍次克海阻高(主要影響在6月)的發(fā)展，使貝加爾湖地區(qū)低壓槽長(zhǎng)時(shí)間維持，其底部冷空氣南下，中緯度北風(fēng)分支往南輸送的冷空氣與低緯度副高外圍的西南暖濕氣流易在長(zhǎng)江沿線匯合，利于重慶出現(xiàn)降水極端或異常偏多。

圖4 2020年6—7月(a,d,g)及6月(b,e,h)和7月(c,f,i)大氣環(huán)流場(chǎng)(a～c)500 hPa位勢(shì)高度(等值線，單位：dagpm)及距平場(chǎng)(填色)(黑色等值線為實(shí)況值，紅色等值線為氣候值)，(d～f)850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢)，(g～i)對(duì)流層整層(1000～30 hPa)積分水汽通量(矢量，單位：kg·m-1·s-1)及水汽通量散度距平場(chǎng)(填色，單位：10-5 kg·s-1·m-2)Fig.4 General circulation of June-July (a, d, g), June (b, e, h) and July (c, f, i) in 2020(a-c) 500 hPa geopotential height (contour) and anomalies (colored; black contour: observation， red contour: climatic value, unit: dagpm); (d-f) wind anomalies at 850 hPa (vector); (g-i) vertically integrated anomalous water vapor transport fluxes at 1000-30 hPa (vector, unit: kg·m-1·s-1) and their divergence (colored, unit: 10-5 kg·s-1·m-2)

同時(shí)，在對(duì)流層低層850 hPa高度場(chǎng)，6—7月菲律賓附近地區(qū)異常反氣旋發(fā)展明顯(圖4d～4f)，在低緯度地區(qū)，來自西太平洋的轉(zhuǎn)向西南暖濕氣流明顯偏強(qiáng)，從我國(guó)南海一直輸送到長(zhǎng)江及其中下游地區(qū)。在中高緯度地區(qū)，6月東北地區(qū)有明顯的氣旋活動(dòng)，即說明東北低渦異?；钴S，其外圍不斷有西北風(fēng)向南往長(zhǎng)江流域輸送，7月雖然東北低渦減弱，轉(zhuǎn)為反氣旋性環(huán)流，但其東部外圍有東風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)向南往長(zhǎng)江流域輸送。低緯度向北輸送的西南暖濕氣流與中高緯度向南輸送的冷空氣的交匯位置正好在長(zhǎng)江流域，且包括了重慶地區(qū),使該地區(qū)6—7月強(qiáng)降水頻發(fā)，造成降水的異常偏多。從整層積分的水汽輸送及輻合輻散距平場(chǎng)(圖4g～4i)上可以看出，夏季6—7月有兩條水汽輸送到重慶上空地區(qū)，一支是西太副高外圍的西南方向的水汽輸送，另一支是來自印度洋的自西向東輸送的水汽，這兩支水汽在我國(guó)西南地區(qū)西南部上空匯合后向長(zhǎng)江流域輸送，重慶尤其是重慶的偏南地區(qū)正好位于水汽強(qiáng)輻合中心區(qū)內(nèi)，非常有利于降水的生成。

4 海溫異常對(duì)2020年夏季重慶降水異常的影響及其機(jī)理分析

4.1 太平洋和印度洋海溫的影響

4.1.1 太平洋海溫影響分析

氣候預(yù)測(cè)能力提升的關(guān)鍵是對(duì)影響因子及機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)，而李建平等(2011)、張艦齊等(2019)、鄢鳳玉等(2021)的研究認(rèn)為，海陸氣相互作用是造成短期氣候變化的根本原因。氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)的實(shí)踐也證明，在全球氣候異常中海洋的作用異常重大，這在王紹武(2001)和陳麗娟等(2013)、任宏利等(2020)的海氣相互作用研究進(jìn)展和氣候模式發(fā)展研究工作中得到驗(yàn)證。下面從太平洋和印度洋海溫的異常，分析其對(duì)重慶2020年夏季降水的影響。

圖5 2020年6—7月西太副高(a)面積，(b)強(qiáng)度，(c)脊線和(d)西伸脊點(diǎn)指數(shù)逐日時(shí)間演變Fig.5 Daily variations of (a) area, (b) intensity, (c) ridge line and (d) west extension ridge point of WPSH in June-July 2020

進(jìn)一步采用Huang et al(1996)和Livezey et al(2007)介紹的OCN方法，計(jì)算分析重慶夏季降水本身的氣候變率和ENSO暖事件對(duì)夏季降水的綜合影響，發(fā)現(xiàn)2020年春末結(jié)束的弱中部型厄爾尼諾事件，對(duì)重慶夏季降水的具體影響表現(xiàn)為重慶東南部附近的降水偏多區(qū)域明顯向東南部擴(kuò)展(圖6a)。從確定性概率看(圖6b)，ENSO暖事件發(fā)生時(shí)，重慶大部地區(qū)降水偏多的確定性概率增加，大部地區(qū)降水偏多的概率在66%以上，尤其是東南部地區(qū)增加明顯，降水偏多的概率達(dá)到83%～100%，表明重慶偏南地區(qū)對(duì)此次厄爾尼諾事件反應(yīng)更敏感。

所以從多種分析結(jié)果看，2019—2020年冬春季厄爾尼諾事件的發(fā)生，重慶大部地區(qū)降水偏多的確定性概率有所增加，尤其是重慶東南部地區(qū)對(duì)此次厄爾尼諾事件反應(yīng)更敏感。可以更明確地說明前期冬春季厄爾尼諾的事件發(fā)生，對(duì)2020年重慶降水的異常偏多,尤其是對(duì)重慶偏南地區(qū)的異常降水起到了積極的作用，是影響重慶夏季降水的重要外強(qiáng)迫信號(hào)。

4.1.2 印度洋海溫的影響

熱帶印度洋偶極子的定義是指熱帶印度洋西部和東部的海溫距平差，即TIOD指數(shù)。該指數(shù)在正或負(fù)位相時(shí)，熱帶印度洋海溫呈現(xiàn)西高東低或西低東高的空間分布模態(tài)。這種分布特征存在明顯的季節(jié)特征，一般夏季發(fā)展，秋季達(dá)峰值，冬季則快速衰減(李維京，2012)。

通過分析重慶夏季降水與前期和同期TIOD指數(shù)的相關(guān)可知,前一年秋季TIOD指數(shù)與重慶夏季降水的關(guān)系尤其密切，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.40，通過了0.05 的顯著性水平檢驗(yàn)(表1)。分析重慶夏季降水與前期、同期不同月份TIOD指數(shù)的相關(guān)顯示(圖7b)，對(duì)于重慶夏季降水，前一年秋季TIOD指數(shù)的關(guān)系較同期更為顯著，通過了0.10的顯著性水平檢驗(yàn)，關(guān)系最為密切的是前一年秋季11月，二者間0.54 的相關(guān)系數(shù)通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

表1 重慶夏季降水與前期、同期不同季節(jié)TIOD指數(shù)的相關(guān)Table 1 Correlation between summer precipitation and TIOD in Chongqing in early and same periods

從空間相關(guān)系數(shù)的分布特征看，重慶34個(gè)氣象臺(tái)站夏季降水與前一年秋季(圖7c)和11月(圖7d)TIOD指數(shù)的空間相關(guān)除重慶少部分地區(qū)外，多地相關(guān)系數(shù)在0.30以上，相關(guān)關(guān)系較為顯著；而重慶夏季降水與前一年11月TIOD指數(shù)的相關(guān)更加密切，高相關(guān)區(qū)位于重慶西部和偏南地區(qū)，最高相關(guān)系數(shù)可達(dá) 0.8 及以上(圖7d)，通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

分析1961—2020年資料，熱帶印度洋海溫TIOD指數(shù)異常偏高最為突出的年份是1997年的秋季，其TIOD指數(shù)距平達(dá)到1.87℃，11月峰值期曾達(dá)到2.22℃,第二年夏季1998年重慶出現(xiàn)有觀測(cè)記錄以來最多的降水。2019年秋季TIOD指數(shù)距平也異常偏高，其中秋季達(dá)到1.99℃；秋季11月峰值期達(dá)到2.36℃,比1997年還高出0.14℃，偏高幅度超過了1997年秋季(表2)，為1961年以來歷史最強(qiáng)。從相關(guān)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出的結(jié)論均說明，赤道印度洋海溫的異常偏高是繼ENSO暖位相事件外的又一重要影響因子，助推了2020年重慶夏季降水的異常偏多，是另一重要外強(qiáng)迫因子和預(yù)測(cè)的前兆信號(hào)。

圖6 (a)氣候變率和ENSO暖事件共同影響和(b)ENSO暖事件獨(dú)立影響下重慶夏季降水的確定性概率(填色為降水距平百分率，實(shí)心點(diǎn)為概率值，單位：%)Fig.6 Deterministic probability analysis of summer precipitation in Chongqing (a) under the joint influence of climate variability and ENSO warm events and (b) independent influence of ENSO warm events (colored: precipitation anomaly percentage， solid dot: probability value, unit: %)

表2 2019年秋季和1997年秋季TIOD指數(shù)距平對(duì)比(單位：℃)Table 2 Comparison of TIOD index anomalies in autumn 2019 and 1997 (unit: ℃)

4.2 ENSO暖事件及印度洋偶極子異常影響重慶夏季降水的機(jī)理分析

4.2.1 ENSO暖事件的影響機(jī)理分析

翟盤茂(2003)、袁媛等(2017)研究認(rèn)為，厄爾尼諾年的夏季，由于赤道東太平洋海溫升高和哈得來環(huán)流的發(fā)展，西太副高強(qiáng)度增強(qiáng)，但其對(duì)厄爾尼諾的響應(yīng)一般要落后3～6個(gè)月，且通常情況下出現(xiàn)厄爾尼諾的次年這種關(guān)系更為明顯。Wang et al(2000)，Gao et al(2014)和Zhang et al(2016)研究也認(rèn)為，ENSO暖事件對(duì)中國(guó)夏季降水的影響原因與東亞夏季風(fēng)的減弱有關(guān)，在夏季風(fēng)弱的年份，季風(fēng)雨帶位置偏南，易造成包括重慶在內(nèi)的長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)夏季降水的偏多。其中最主要的機(jī)理是當(dāng)赤道中東太平洋海溫異常偏高時(shí)，大氣環(huán)流場(chǎng)上赤道東太平洋兩側(cè)溫度異常升高，并通過羅斯貝波的響應(yīng)，在日界線以東形成新的西風(fēng)環(huán)流，使沃克環(huán)流減弱(翟盤茂，2003)。同時(shí)在日界以西的菲律賓附近低層通常有異常反氣旋性環(huán)流發(fā)展，可加強(qiáng)西北太平洋和南海地區(qū)上空向北輸送的分量，給中國(guó)南方帶去了充沛的水汽，再加上東亞夏季風(fēng)的偏弱，使北上暖濕氣流勢(shì)力減弱，從而季風(fēng)雨帶位置偏南，長(zhǎng)江流域易多雨。

2019/2020發(fā)生的ENSO暖事件，在大氣環(huán)流場(chǎng)上表現(xiàn)出沃克環(huán)流減弱和哈得來環(huán)流加強(qiáng)。從2020年夏季及6—7月沃克環(huán)流(圖8)可以看出，夏季6—7月赤道中太平西太平洋地區(qū)120°E以西為較強(qiáng)的上升氣流，在其西側(cè)為弱的下沉氣流(圖8a)，這種情形在6月(圖8b)和7月(圖8c)表現(xiàn)更為明顯；在夏季6—7月10°～22°N 區(qū)域經(jīng)向環(huán)流場(chǎng)上(圖8d)，90°～120°E地區(qū)總體表現(xiàn)為強(qiáng)烈的下沉氣流，且在6月(圖8e)和7月(圖8f)該下沉氣流更加顯著?？梢宰C實(shí)在2019冬季至2020春季赤道太平洋海溫異常偏暖發(fā)生的ENSO暖事件影響下，2020年夏季，尤其在6—7月大氣環(huán)流場(chǎng)上，表現(xiàn)出沃克環(huán)流減弱和中低緯度哈得來環(huán)流加強(qiáng)。受其影響，西太平洋副熱帶地區(qū)下沉氣流加強(qiáng)，使西太副高加強(qiáng)西伸，強(qiáng)度偏強(qiáng)，其外圍不斷有西太平洋水汽的輸送，造成重慶地區(qū)6—7月降水的異常偏多。

4.2.2 前期印度洋偶極子影響機(jī)理分析

研究表明，印度洋偶極子狀態(tài)的發(fā)生與西南地區(qū)的降水關(guān)系密切。劉宣飛和袁慧珍(2006a;2006b)認(rèn)為其發(fā)生時(shí)中國(guó)西南部異常西南氣流影響該地區(qū)降水。晏紅明和肖子牛(2000)和肖子牛等(2002)的研究認(rèn)為，印度洋偶極子正位相對(duì)中國(guó)南方降水的增強(qiáng)有一定作用。另有研究認(rèn)為印度洋偶極子偏強(qiáng)次年長(zhǎng)江流域降水會(huì)偏多(賈小龍和李崇銀，2005)。Li and Mu(2001)的研究認(rèn)為，500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)與TIOD指數(shù)相關(guān)系數(shù)的分布在中緯度(25°～40°N)地區(qū)為負(fù)相關(guān)區(qū)，且TIOD指數(shù)超前5個(gè)月時(shí)仍有這種相關(guān)關(guān)系。即說明前期TIOD指數(shù)是通過影響大氣環(huán)流影響我國(guó)西南等地的夏季降水的。通過分析夏季500 hPa和300 hPa高度場(chǎng)與前一年11月TIOD指數(shù)的相關(guān)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前一年11月TIOD指數(shù)為正位相時(shí)，次年夏季高度場(chǎng)從高緯度到低緯度易出現(xiàn)“+-+”的相關(guān)分布，反映出夏季環(huán)流場(chǎng)從高到低均表現(xiàn)出烏山阻高明顯(不明顯)、中緯度多(少)低值系統(tǒng)，副高偏強(qiáng)(弱)、位置偏南(北)的特征，這種特征與重慶夏季降水異常偏多年的環(huán)流型一致。說明前一年秋季熱帶印度海溫的偶極型分布與這種大氣環(huán)流型密切關(guān)聯(lián)，且這種關(guān)系超前7個(gè)月也仍然存在，2020年這種關(guān)系同樣存在，并與作者前期的研究結(jié)果也較為吻合(唐紅玉等，2020)。2020年夏季，尤其是夏季6—7月，除了副高的西伸偏強(qiáng)、位置偏南外，中低緯度不斷有低值系統(tǒng)的配合，從而造成了夏季降水的異常偏多。

圖7 1981—2020年(a)前一年11月TIOD指數(shù)與重慶夏季降水距平百分率變化，(b)TIOD指數(shù)與重慶夏季降水在前期和同期逐月的相關(guān)，以及(c)前一年秋季和(d)前一年11月TIOD指數(shù)與重慶夏季降水的空間相關(guān)(填色區(qū)為通過0.10顯著性水平檢驗(yàn))Fig.7 (a) Annual variation of TIOD in November of the previous year and Chongqing summer precipitation anomaly percentage, (b) the correlation between TIOD and Chongqing summer precipitation in the previous period and the same period, spatial correlation (c) between TIOD in the autumn of the previous year and Chongqing summer precipitation and (d) between TIOD in the November of the previous year and Chongqing summer precipitation from 1981 to 2020(Shaded areas have passed the significance test at 0.10 level)

圖8 2020年夏季(a，d)6—7月,(b，e)6月及(c，f)7月(a～c)沃克環(huán)流和(d～f)緯度10°～22°N區(qū)域經(jīng)向環(huán)流剖面Fig.8 Cross-sections of (a-c) Walker circulation and (d-f) 10°-22°N regional meridional circulation in (a, d) June-July, (b, e) June, and (c, f) July in summer 2020

通過合成分析前一年秋季TIOD指數(shù)顯著正位相次年(1983、1998、2007、2016和2020年)夏季850 hPa 風(fēng)場(chǎng)距平(圖9)，可見熱帶印度洋地區(qū)存在東北風(fēng)或東風(fēng)異常, 其上空向北輸送的水汽偏弱。但菲律賓附近地區(qū)西太平洋為有異常反氣旋環(huán)流發(fā)展，更利于西太副高加強(qiáng)西伸及其位置偏南，其外圍有強(qiáng)盛的西南氣流，中高緯度異常偏北氣流與持續(xù)來自西太平洋經(jīng)南海的西南向水汽在重慶上空交匯，非常利于降水的生成。2021年夏季尤其是6—7月，歐亞850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)上正是出現(xiàn)了這種典型的風(fēng)場(chǎng)環(huán)流(圖4d),強(qiáng)盛的西南氣流和西太平洋地區(qū)充沛的水汽供應(yīng)，是造成重慶市夏季降水異常偏多的必要條件。

圖9 前一年秋季TIOD指數(shù)顯著正位相次年(1983、1998、2007、2016和2020年)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平合成(標(biāo)紅區(qū)域通過0.10顯著性水平檢驗(yàn))Fig.9 Wind anomaly synthesis at 850 hPa in summers of 1983, 1998, 2007, 2016 and 2020 with significant positive TIOD phase in the fall of the previous year(Red marked areas have passed the significance test at 0.10 level)

4.2.3 ENSO暖事件與印度洋偶極子共同影響機(jī)理分析

分析發(fā)現(xiàn)，在重慶夏季降水異常偏多的年份(如1998、2007和2016年)，前一年秋季TIOD指數(shù)偏強(qiáng)時(shí)，同時(shí)有厄爾尼諾事件發(fā)生。Li and Mu(2001)的研究認(rèn)為，ENSO和熱帶印度洋偶極子通過赤道大氣緯向垂直環(huán)流異常聯(lián)系，使得兩事件密切關(guān)聯(lián)且相互維持。研究還認(rèn)為當(dāng)前期兩正位相事件同時(shí)發(fā)生時(shí),西太平洋暖池地區(qū)有加強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)，而這種運(yùn)動(dòng)可能延遲到夏季(李琰等，2007)。對(duì)于2020年夏季，前期2019年11月至2020年4月出現(xiàn)的ENSO暖事件和2019年秋季TIOD指數(shù)出現(xiàn)的異常正位相，其影響過程與機(jī)理與上述研究結(jié)論一致。即ENSO暖事件和前期熱帶印度洋偶極子異常正位相同時(shí)發(fā)生時(shí)，二者密切關(guān)聯(lián)且相互維持，它們的作用相互疊加，使得西太平洋地區(qū)菲律賓反氣旋異常偏強(qiáng)，西太副高加強(qiáng)西伸、位置偏南，同時(shí)受烏山阻高和鄂霍次克海附近的阻高影響，北方冷空氣易南下并長(zhǎng)時(shí)間維持，東亞至北太平洋中緯度地區(qū)(30°～40°N)有異常的低值系統(tǒng)發(fā)展，從而造成重慶極端異常偏多的降水。

5 結(jié)論與討論

綜合以上分析，得到以下結(jié)論：

(1)2020年夏季全市平均降水量為667.1 mm，較常年同期顯著偏多3成，為1951年以來歷史同期第三多，6—7月以前降水異常偏多，為1961年以來同期最多。

(2)2020年夏季尤其是夏季6—7月，歐亞地區(qū)大氣環(huán)流高低緯度“+-+”環(huán)流型分布，環(huán)流的經(jīng)向度明顯，影響重慶的主要環(huán)流系統(tǒng)的從北到南依次為：烏山阻高和鄂霍次克海附近阻高異常偏強(qiáng)，中緯度低值系統(tǒng)活躍，印度低壓偏弱，西太副高異常偏強(qiáng)。即夏季環(huán)流場(chǎng)出現(xiàn)了重慶夏季降水偏多的典型環(huán)流型配置，造成夏季降水的異常偏多。

(3)2019—2020冬春季ENSO暖事件的發(fā)生，對(duì)2020年重慶降水的異常偏多起到了積極的作用，重慶大部地區(qū)降水偏多的確定性概率增加，尤其是東南部地區(qū)對(duì)此次厄爾尼諾事件反應(yīng)更敏感。2019年秋季及11月赤道印度洋海溫異常偏高，TIOD指數(shù)的異常為1961年以來歷史最強(qiáng)，是ENSO暖位相事件外的又一重要影響因子，助推了2020年重慶夏季降水的極端異常偏多。

(4)2020年夏季赤道太平洋ENSO暖事件和前期赤道印度洋偶極子事件同時(shí)發(fā)生，二者之間有密切關(guān)聯(lián)且相互維持，它們的作用相互疊加，使得西太平洋地區(qū)菲律賓反氣旋異常偏強(qiáng)，西太副高加強(qiáng)西伸、位置偏南，同時(shí)受烏山阻高和鄂霍次克海附近阻高影響下北方冷空氣易南下并長(zhǎng)時(shí)間維持，東亞至北太平洋中緯度地區(qū)(30°～40°N)有異常的低值系統(tǒng)發(fā)展，從而造成重慶極端異常偏多的降水。在重慶夏季降水預(yù)測(cè)的工作中，在分析熱帶海洋對(duì)本地夏季降水的影響時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮熱帶太平洋和印度洋的共同作用。

對(duì)于重慶2020年夏季降水，本文分析了造成降水異常偏多的大氣環(huán)流及海洋外強(qiáng)迫信號(hào)。但影響氣候的因素紛繁多樣，可能還受到海洋以外其他外強(qiáng)迫信號(hào)的影響，多種因子的影響過程和機(jī)理更加復(fù)雜和多變，還需要在今后的工作中不斷進(jìn)行分析和研究，以期為提高氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提供更加科學(xué)和全面的參考依據(jù)。