2022年春季我國氣候異常特征及成因分析*

李 多 劉蕓蕓,2

1 國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實驗室，北京 100081 2 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044

提 要：利用氣象臺站觀測資料、NCEP/NCAR大氣再分析資料和NOAA的海溫資料，采用相關(guān)、合成分析等方法分析和討論了2022年春季我國的氣候主要特征和成因診斷。2022年春季，我國季風(fēng)雨帶進程總體呈現(xiàn)偏早的特點。全國平均氣溫為12.1℃，為1961年以來歷史同期最高值。全國平均降水量為154 mm，接近常年同期，但旱澇分布差異顯著，其中西南地區(qū)降水量為1961年以來歷史同期最高值。通過對同期的環(huán)流分析發(fā)現(xiàn)，對流層中高層形成的自烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島“―+―”的西北—東南向異常環(huán)流形勢，使得低層風(fēng)場上低緯異常偏東氣流及南下的異常東北—偏北氣流在西南地區(qū)輻合，有利于水汽向西南地區(qū)的輸送和冷暖空氣在西南地區(qū)的交匯，從而導(dǎo)致2022年春季西南地區(qū)降水的異常偏多。此外，自2021年秋季開始并一直持續(xù)發(fā)展的中東太平洋拉尼娜事件是西南地區(qū)春季降水異常偏多的重要外強迫因子，而拉尼娜事件結(jié)束的早晚會對春季西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生不同的影響。2022年春季持續(xù)發(fā)展的拉尼娜事件使得上述異常環(huán)流型更為典型，更有利于西南地區(qū)的降水偏多。

引 言

我國屬于典型的東亞季風(fēng)區(qū)，氣候受季風(fēng)影響顯著。春季是冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)向夏季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)過渡的時期，此時中高緯冷空氣與低緯暖濕氣流的交匯易造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定能量的加強，給很多地區(qū)帶來階段性強降水、強對流等極端天氣氣候事件。我國春季氣候具有典型的年際變化特征，華南前汛期、南海夏季風(fēng)爆發(fā)、西南雨季等氣候事件和關(guān)鍵進程也均在這一季節(jié)發(fā)生，這對春季農(nóng)作物的播種會產(chǎn)生重要影響(龔志強等,2017;王遵婭等,2018;劉蕓蕓和陳麗娟,2019;洪潔莉和鄭志海,2020;劉蕓蕓和高輝，2021)。因此，分析我國春季氣候特征和診斷氣候異常成因?qū)τ跉夂蝾A(yù)測服務(wù)具有重要意義。

已有大量學(xué)者圍繞我國春季氣候異常的成因展開研究。白旭旭等(2012)認為MJO的不同位相對中國東部地區(qū)降水影響截然不同：當(dāng)MJO位于2～3位相時大氣羅斯貝波列響應(yīng)將形成有利于長江中下游地區(qū)春季降水偏多的形勢；而當(dāng)MJO位于6～7位相時不利于東部地區(qū)降水。Tian and Yasunari(1998)和趙平等(2008)均認為春季東亞地區(qū)海陸熱力差異對江南地區(qū)的春雨形成具有重要作用。春季南支槽偏強則長江中部及西南地區(qū)降水易偏多(李依瞳等，2017)。另外，海溫外強迫因子與中國春季降水也有密切關(guān)系。厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)是熱帶太平洋最強的年際變化信號(Bjerknes,1969;Neelin et al,1998)，同時也是影響全球氣候和氣候變化的強信號，其發(fā)生發(fā)展可導(dǎo)致全球大氣環(huán)流發(fā)生變化，并通過調(diào)節(jié)大氣環(huán)流(如西北太平洋副熱帶高壓)影響東亞季風(fēng)活動從而引起東亞和我國的降水異常(Huang et al,2004;Wang et al,2000;Wu et al,2003;蘇明峰和王會軍,2006;薛峰和劉長征,2007;Xue and Liu,2008;Liu et al,2019)。ENSO對春季降水的影響可通過影響春季副熱帶高壓和低層風(fēng)場異常實現(xiàn)(李宏毅等,2013;Wu et al,2003)，但不同類型厄爾尼諾事件對次年春季降水的分布影響有很大區(qū)別，如中部型厄爾尼諾次年春季華南地區(qū)降水易偏少，這與傳統(tǒng)型厄爾尼諾影響是完全不同的(Feng and Li,2011)。此外，西太平洋的海溫異?？赏ㄟ^垂直環(huán)流影響華南地區(qū)春季降水(徐超和喬云亭,2018)。冬季印度洋海溫偏暖時，東亞大槽易偏弱偏東，有利于來自低緯的暖濕氣流在長江中下游及其以北地區(qū)形成水汽輻合，從而導(dǎo)致春季降水偏多(王建波等,2006;程慧萍和賈曉靜,2014)。

2022年春季，中國整體呈現(xiàn)氣溫偏高、旱澇分布不均的特點，其中西南地區(qū)降水為1961年以來同期最多。西南地區(qū)位于青藏高原東南側(cè)，具有緯度較低、地勢較高、地形復(fù)雜、包含多種氣候帶、干濕季節(jié)分明的特點(丁一匯,2013;晏紅明等,2018)。春季是西南旱季的最后階段，其降水在該地區(qū)旱澇異常分布中擔(dān)任著承前啟后的重要作用。此時也是西南大部地區(qū)水稻、玉米等農(nóng)作物栽種的關(guān)鍵時期，這一時期的降水不但直接影響該地區(qū)主汛期開始的早晚，更對區(qū)域旱澇災(zāi)害的發(fā)生及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要影響。蔣興文等(2007)、李永華等(2010)指出，影響西南地區(qū)降水的水汽主要來源為孟加拉灣、中國南海及青藏高原地區(qū)。西南地區(qū)上空的負位勢高度距平區(qū)及其以北的正距平區(qū)構(gòu)成的緯向異常波列有利于春季降水發(fā)生(苗春生等,2014)，南支系統(tǒng)的強度及冷空氣路徑等異常環(huán)流形勢也是影響該地區(qū)降水的重要因素(池再香等,2012;黃榮輝等,2012;鄭健萌等,2014)。此外，ENSO也可通過影響孟加拉灣氣旋環(huán)流異常從而影響西南地區(qū)春季降水(楊亞力等,2011)。ENSO事件強度與西南地區(qū)旱澇等級存在負相關(guān)關(guān)系(陳艷等,2021;劉琳等,2019)：拉尼娜年云南地區(qū)雨季開始趨于偏早,春季降水趨于偏多(琚建華和陳琳玲,2003)。

從上述研究可見，影響中國春季氣候異常(特別是降水異常)的因素非常復(fù)雜。針對2022年春季的氣候，本文將首先全面系統(tǒng)地總結(jié)其異常特征、季節(jié)進程和相關(guān)氣候災(zāi)害特點，再從大氣環(huán)流和海溫外強迫等方面重點分析造成2022年春季西南地區(qū)降水異常偏多的可能成因。

1 資料和方法

2 2022年春季我國主要氣候特征

2.1 季節(jié)進程和氣象災(zāi)害

2022年春季，我國季風(fēng)雨季進程較常年明顯偏早。華南前汛期于3月24日開始，較常年(4月9日)偏早16 d。南海夏季風(fēng)于5月第3候爆發(fā)，較常年(5月第4候)偏早1候。西南雨季于5月14日開始，較常年(5月27日)偏早13 d。

隨著夏季風(fēng)的季節(jié)性推進，南方出現(xiàn)明顯強降水過程，尤其以5月9—14日和27—30日的兩次區(qū)域性暴雨過程呈現(xiàn)累計降水量大、影響范圍廣、持續(xù)時間長的突出特點(圖略)。9—14日，西南大部、長江以南及陜西西南部等地累計降水量一般有25～100 mm，部分地區(qū)超過100 mm，長江以南大部分地區(qū)降水日數(shù)在4～6 d；27—30日，暴雨過程主要影響西南大部、華中南部及華南等地，累計降水量一般有25～100 mm，局地超過100 mm。受強降水影響，云南遭受暴雨洪澇災(zāi)害及其誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 氣 溫

2022年春季，全國平均氣溫為12.1℃，較常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，為1961年以來歷史同期最高值(圖1a)；從空間分布來看, 除云南東部和華南西部外，全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高0.5℃ 以上，其中東北東部、內(nèi)蒙古中西部、黃淮大部、江淮、西北大部、西藏大部、新疆等地氣溫偏高1～2℃，新疆和西藏部分地區(qū)偏高2℃以上(圖1b)。春季季內(nèi)變化顯著。3月，全國平均氣溫為7.2℃，為1961年以來同期最高值，大部地區(qū)氣溫偏高2～4℃(圖2a)。4月，南方部分地區(qū)出現(xiàn)氣溫偏低區(qū)，主要集中在華南和西南，其中云南中西部和四川南部偏低1～2℃；而東北中部和南部、華北大部、黃淮、江淮、江漢、新疆大部和西藏地區(qū)氣溫偏高1～2℃，部分地區(qū)偏高2～4℃(圖2b)。5月，南方低溫區(qū)的范圍和程度均較4月進一步擴大加強，特別是江南南部、華南大部和西南東部氣溫偏低2～4℃；此外東北大部、華北等地氣溫也較常年同期偏低，我國氣溫整體呈現(xiàn)“西高東低”的特征(圖2c)。進一步從南方地區(qū)(包含江南、華南和西南地區(qū))逐日氣溫變化來看，季內(nèi)氣溫起伏波動特征明顯，其中3月上、中旬和4月上旬氣溫異常偏高，偏高幅度超過2℃，而4月中、下旬和5月氣溫均較常年偏低，最大偏低幅度超過4℃(圖2d)。

圖1 (a)1961—2022年春季全國平均氣溫歷年變化和(b)2022年春季全國平均氣溫距平分布

圖2 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全國平均氣溫距平分布，(d)春季南方地區(qū)平均的逐日氣溫序列

2.3 降 水

2022年春季，全國平均降水量為154 mm，較常年同期(143.3 mm)偏多7.5%(圖3a)。春季降水在空間分布上的區(qū)域差異很大：其中東北南部、內(nèi)蒙古大部、華北東部、黃淮大部、西北地區(qū)東部、新疆西南部和東部等地降水量偏少2～8成，局部偏少8成以上；東北北部、華北西北部、江淮大部、江漢大部、華南西部、西南大部、西北地區(qū)中部、西藏中東部等地降水量偏多，其中西南地區(qū)降水普遍偏多5成至1倍以上(圖3b)。西南平均降水量為291.8 mm，為1961年以來歷史同期最高值，超過氣候平均值(218.2 mm)2倍標(biāo)準(zhǔn)差以上(圖4d)。從季節(jié)內(nèi)逐月降水演變來看：3月，我國降水總體呈現(xiàn)“東多西少”的分布，其中西南地區(qū)東北部和南部降水偏多，而中西部降水偏少(圖4a)。4月，我國主要降水偏多區(qū)位于東北中北部、江漢、江南中西部、西南地區(qū)大部，其中西南地區(qū)降水普遍偏多5成至1倍以上(圖4b)。5月，我國降水呈現(xiàn)“南多北少”的分布，其中西南大部降水偏多5成以上(圖4c)。

圖3 (a)1961—2022年春季全國平均降水量歷年變化和(b)2022年春季全國降水距平百分率空間分布

圖4 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全國平均降水量距平百分率分布，(d)1961—2022年春季西南地區(qū)平均降水量歷年變化

由上可見，2022年春季全國平均氣溫較常年同期明顯偏高，雨季進程明顯偏早，西南地區(qū)降水異常偏多。下文將針對西南地區(qū)降水異常偏多的特點，從大氣環(huán)流和可能的外強迫因子等方面做進一步的成因分析。

3 2022年春季我國西南地區(qū)降水異常偏多的成因分析

3.1 大氣環(huán)流異常特征

圖5a為2022年春季500 hPa位勢高度距平場分布。亞洲中高緯環(huán)流總體呈現(xiàn)“兩槽一脊”的分布特征，烏拉爾山為低槽區(qū)，有利于西路冷空氣南下及導(dǎo)致西南地區(qū)東部多雨(王遵婭等, 2018)。我國中東部至青藏高原均為顯著正位勢高度距平控制，有利于氣溫的總體偏高(圖1b)。而低緯阿拉伯海東部至菲律賓地區(qū)為負位勢高度距平場控制，有利于南支槽階段性活躍，并將低緯暖濕氣流向北輸送，與北方冷空氣在西南地區(qū)頻繁交匯而形成階段性強降水過程(圖5a)。為了確定影響西南地區(qū)降水偏多的典型環(huán)流形勢，計算了1981—2021年西南春季降水序列與同期500 hPa高度場的相關(guān)分布，從烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島呈現(xiàn)“-+-”的西北—東南向異常環(huán)流型時，對應(yīng)西南地區(qū)降水異常偏多(圖5c)。2022年春季的這種環(huán)流異常分布與西南地區(qū)降水偏多的典型環(huán)流形勢一致。

對流層低層(700 hPa)風(fēng)場上，2022年春季中南半島至南海地區(qū)維持著一個異常氣旋性環(huán)流，該氣旋東北側(cè)的東南—偏東氣流，與位置偏北偏東的西太平洋副熱帶高壓西側(cè)的偏南引導(dǎo)氣流共同作用，將南海和西太平洋上的暖濕水汽向西南地區(qū)輸送。與此同時，繞經(jīng)青藏高原東部的異常東北—偏北氣流南下與上述低緯暖濕氣流在西南地區(qū)輻合，為該地區(qū)的降水提供冷暖空氣交匯的有利條件(圖5b)。由西南地區(qū)降水序列線性回歸得到的低層水平風(fēng)場也證實，異常的偏東氣流與偏北氣流在西南地區(qū)的交匯是造成降水偏多的典型環(huán)流條件(圖5d)。

圖5 2022年春季(a)500 hPa位勢高度距平場及(b)700 hPa水平風(fēng)場，(c)1981—2021年西南地區(qū)降水量與同期500 hPa位勢高度場的相關(guān)系數(shù)空間分布,(d)經(jīng)春季西南地區(qū)降水回歸的700 hPa水平風(fēng)場

降水異常的發(fā)生通常包括水汽輸送條件異常和動力上升運動異常兩個方面。2022年春季水汽輸送距平場的分布顯示(圖6a)，在低層異常風(fēng)場的引導(dǎo)下，西南地區(qū)同時受到偏東氣流、越赤道氣流及北方冷空氣南下的共同影響，成為顯著的水汽通量輻合區(qū)，導(dǎo)致西南地區(qū)降水偏多。同期500 hPa的垂直速度分布圖可見(圖6b)，2022年春季西南地區(qū)，特別是云南西部至四川南部地區(qū)為顯著的上升運動區(qū)，配合充足的水汽供應(yīng)，為西南地區(qū)降水的形成提供了有利的動力條件。

圖6 2022年春季整層積分(地表至300 hPa)(a)水汽通量距平(矢量)及水汽輸送通量散度距平場(填色，單位：10-5 kg·s-1·m-2)，(b)500 hPa垂直速度距平場

西南降水典型異常年的環(huán)流合成場上也呈現(xiàn)出一致的特征。以1981—2021年春季西南地區(qū)降水大于/小于氣候值1倍標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)(圖4d)，可得到5個降水異常偏多年(2004、1990、2018、1985和2002年)和5個降水異常偏少年(2020、2021、2014、1995和1987年)。西南降水異常年的環(huán)流差值場(異常偏多年與異常偏少年之差)(圖7)顯示：對流層中高層(500 hPa)烏拉爾山以北和中南半島存在兩個顯著的負異常環(huán)流中心(藍色陰影區(qū))，分別有利于北方高緯地區(qū)冷空氣向西南地區(qū)入侵及南支槽階段性活躍向西南地區(qū)輸送水汽；對流層低層(700 hPa)風(fēng)場上中南半島存在氣旋性差值環(huán)流(矢量箭頭表示)，西南地區(qū)受異常偏東風(fēng)影響，水汽輸送條件較好；中高層和低層環(huán)流的共同作用，導(dǎo)致西南地區(qū)的南部及西部出現(xiàn)上升運動顯著區(qū)(藍色虛線區(qū))，從而有利于降水的發(fā)生。

圖7 春季西南降水異常偏多年與異常偏少年的環(huán)流差值場：500 hPa位勢高度(填色)、500 hPa垂直速度(等值線，單位：Pa·s-1)和700 hPa風(fēng)場(風(fēng)矢)

3.2 熱帶海溫異常及其可能影響

圖8給出了2022年春季海表溫度距平分布及關(guān)鍵區(qū)海溫指數(shù)的逐月演變。赤道中東太平洋自2021年9月開始的拉尼娜事件一直持續(xù)發(fā)展(圖8a)，且冷水中心強度低于-1.5℃(圖8b)；另一方面，IOBW指數(shù)自2021年秋季以來總體在0℃附近波動(圖8a)，并且2022年春季熱帶印度洋海溫接近常年至略偏暖(圖8b)，表明熱帶印度洋海溫在此期間無明顯異常信號。春季西南地區(qū)降水序列與同期全球SSTA的相關(guān)系數(shù)分布顯示，在赤道中東太平洋和熱帶南印度洋存在兩個顯著負相關(guān)區(qū)，當(dāng)赤道中東太平洋和熱帶南印度洋的海溫偏冷時，有利于西南春季降水偏多。因此可以認為，2022年赤道中東太平洋持續(xù)的拉尼娜事件是導(dǎo)致西南春季降水偏多的一個重要外強迫因子，這與Liu et al(2022)研究結(jié)果一致。

圖8 (a)2021年1月至2022年5月與IOBW海溫指數(shù)逐月變化，(b)2022年春季全球海表溫度距平分布，(c)1981—2022年西南地區(qū)降水量與同期海表溫度的相關(guān)系數(shù)空間分布(填色區(qū)域為通過0.1顯著性水平檢驗區(qū)域)

圖9 拉尼娜結(jié)束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a,b)指數(shù)演變特征及(c, d)對應(yīng)的春季降水量距平百分率合成

與拉尼娜結(jié)束偏早年(圖10a,10c)相比，在拉尼娜結(jié)束偏晚年的春季自烏拉爾山北部經(jīng)青藏高原至中南半島的“-+-”的環(huán)流形勢更為典型，且低緯地區(qū)的負位勢高度距平通過顯著性水平檢驗(圖10b，10d)；低層的水平風(fēng)場顯示，西南地區(qū)處于偏北—東北異常氣流與偏東異常氣流的交匯區(qū)，水汽條件及冷暖空氣交匯條件均較結(jié)束偏早年更有利于降水的發(fā)生(圖10b，10d)。

圖10 拉尼娜結(jié)束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a, b)500 hPa位勢高度距平場(打點區(qū)域為通過0.1顯著性水平檢驗區(qū)域)及(c,d)700 hPa距平風(fēng)場(風(fēng)矢)

從上面的分析可見，ENSO事件及其事件結(jié)束早晚時間都對會春季西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生不同的影響。2022年春季持續(xù)發(fā)展的拉尼娜事件進一步加劇了西南地區(qū)異常偏多的降水。

4 結(jié)論與討論

利用全國2400個站的降水和氣溫觀測資料、NCEP/NCAR大氣再分析資料和NOAA的海溫資料等，總結(jié)了2022年春季我國主要氣候異常特征，并初步分析了導(dǎo)致西南地區(qū)降水異常偏多的可能成因。主要結(jié)論如下：

(1)2022年春季我國季風(fēng)雨帶的推進時間與常年相比偏早。全國平均氣溫為12.1℃，較常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，為1961年以來歷史同期最高值。除云南東部和華南西部外，全國大部地區(qū)氣溫較常年同期偏高0.5℃以上，其中東北東部、華東中北部、華中東部、西北大部及新疆和西藏大部、內(nèi)蒙古中西部等地氣溫偏高1～2℃，新疆和西藏部分地區(qū)偏高2℃以上。春季全國平均降水量為154 mm，較常年同期(143.3 mm)偏多7.5%。春季降水空間分布不均，東北中北部、西南大部降水顯著偏多，華北東部、黃淮、西北地區(qū)東部降水顯著偏少。

(2)2022年西南地區(qū)春季降水量為291.8 mm，為1961年以來歷史同期最高值。分析發(fā)現(xiàn)，自烏拉爾山以北經(jīng)青藏高原至中南半島“-+-”的西北—東南向異常環(huán)流型與西南地區(qū)降水異常偏多密切相關(guān)，對應(yīng)低層風(fēng)場上，低緯異常偏東氣流及南下的異常東北—偏北氣流在西南地區(qū)輻合，從而給這里帶來豐沛的降水。

(3)從海洋外強迫因素看，2022年春季持續(xù)的拉尼娜事件對西南地區(qū)降水異常偏多有重要影響。進一步對比分析了拉尼娜事件結(jié)束偏早和偏晚年的差異，發(fā)現(xiàn)在結(jié)束偏晚年，自烏拉爾山北部經(jīng)青藏高原至中南半島的“-+-”的環(huán)流形勢更為典型，對應(yīng)低層水平風(fēng)場在西南地區(qū)的輻合也更為明顯，有利于西南地區(qū)降水偏多。

需要指出的是，本文僅從大尺度環(huán)流和赤道中東太平洋海洋外強迫信號分析了這些因子對春季西南地區(qū)降水異常偏多的可能影響。但造成西南地區(qū)降水異常的成因比較復(fù)雜，除ENSO的作用外，青藏高原的熱力和動力異常、熱帶的MJO等都可能對西南地區(qū)降水異常產(chǎn)生影響，我們也會在今后工作中做進一步深入研究，以期更加全面地分析和揭示西南地區(qū)春季降水的異常特征和相應(yīng)機理診斷，為短期氣候預(yù)測提供依據(jù)。