南海夏季風爆發(fā)對廣西6月暴雨的影響

覃衛(wèi)堅 蔡悅幸 羅小

摘要 ??利用1961—2020年廣西地面氣象觀測站逐日降水資料、NCEP／NCAR再分析資料，研究了南海夏季風爆發(fā)對廣西6月暴雨的影響。結(jié)果表明，當南海夏季風爆發(fā)偏早時，東亞大槽顯著偏強，中高緯度地區(qū)經(jīng)向環(huán)流增強;華南沿海西南風顯著偏強，配合中高緯度偏強的經(jīng)向型環(huán)流引導北風南下，南北風在廣西上空交匯;印度洋到海洋性大陸熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）處于對流活躍位相，且向東移動明顯，低頻對流帶在西南季風引導下向廣西輸送;廣西上升氣流顯著偏強，暴雨日數(shù)偏多。反之，暴雨日數(shù)偏少。

關(guān)鍵詞 ?南海夏季風; 熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩; 暴雨; 廣西

廣西位于中國南部沿海地區(qū)，北接云貴高原，南臨北部灣海洋，具有獨特的氣候特征，是我國暴雨多發(fā)地區(qū)。每年因暴雨引發(fā)的洪澇災害給廣西造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。南海夏季風爆發(fā)是大氣環(huán)流由冬季轉(zhuǎn)為夏季的一種顯著信號，對中國季節(jié)雨帶分布有著重要的影響。一般情況下，南海夏季風爆發(fā)2周內(nèi)增強的西南風把印度洋水汽源源不斷地輸送到東亞大陸。南海夏季風不僅對中國夏季降水有著重要影響，還會通過遙相關(guān)影響北半球其他區(qū)域（李崇銀和張利平，1999;李崇銀和潘靜，2007）。南海夏季風爆發(fā)意味著華南雨季開始，季風前沿停滯在華南地區(qū)引發(fā)持續(xù)暴雨發(fā)生（林愛蘭等，2007），南海夏季風爆發(fā)后打通了孟加拉灣西南水汽通道，華南地區(qū)降水熱源作用明顯增強，動力向熱力的適應過程更顯著，華南地區(qū)出現(xiàn)高空輻散和低空輻合的上升運動增強，導致地區(qū)華南暴雨發(fā)生（胡婭敏等，2014;張端禹等，2015；趙歡等，2015;溫之平等，2016）。南海夏季風爆發(fā)時間偏早，廣西汛期暴雨日數(shù)偏多（歐藝，2009），南海夏季風爆發(fā)后廣西柳州地區(qū)高層有強烈的“抽吸”作用，上升運動旺盛（劉蕾等，2018）。以上研究表明了南海夏季風對廣西暴雨有著重要的影響，有關(guān)影響機制的研究尚少見，因此有必要深入地研究其影響機制。

南海夏季風的爆發(fā)同時又受熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）的影響，MJO對流活動異常引起夏季風活躍、中斷和爆發(fā)，MJO濕位相處于西太平洋位相時有利于南海夏季風爆發(fā)（何有海等，2000;李崇銀等，2003;Chi et al.，2015;林愛蘭等，2016;Song et al.，2016;Li et al.，2019），MJO使南海地區(qū)西風的加強，觸發(fā)中國南部出現(xiàn)季風涌，造成南方暴雨發(fā)生（琚建華和趙爾旭，2005;琚建華等，2007;陶詩言和衛(wèi)婕，2007），南海季風槽是華南主要降水系統(tǒng)，具有明顯的30～60 d季節(jié)內(nèi)振蕩特征（楊輝等，2011；盧珊等，2012）?？梢姡虾Ｏ募撅L既受到MJO的影響，同時又影響著廣西暴雨發(fā)生，因此分析它們之間的相互聯(lián)系，對探索南海夏季風爆發(fā)對廣西暴雨的影響機制，提高暴雨洪澇災害氣候預測能力具有重要的科學意義。

1 資料和方法

資料包括：1）1961—2020年廣西78個地面氣象觀測站逐日降水資料。2）1961—2020年美國國家環(huán)境預測中心／國家大氣環(huán)境中心（NCEP／NCAR）再分析資料，包括高度場、風場、相對濕度場等。3）1978—2020年美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）逐日向外長波輻射（OLR）資料。 4）1978 —2020年美國國家海洋和大氣管理局氣候預測中心（CPC）提供的逐候熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）指數(shù)，此指數(shù)使用擴展經(jīng)驗正交函數(shù)（EEOF）對200 hPa速度勢進行分析，由第一特征向 量的10個時間滯后模態(tài)構(gòu)建10個MJO指數(shù)，對應10個對流中心位置（20°E、70°E、80°E、100°E、120°E、140°E、160°E、120°W、40°W、10°W），指數(shù)值反映了MJO強度和傳播過程。5）1961—2020年中國國家氣候中心提供的南海夏季風爆發(fā)時間資料。氣象觀測站24 h降水量大于等于50 mm的降水，定義為暴雨。

采用合成分析、經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）、相關(guān)方法、蒙特卡羅檢驗等統(tǒng)計方法分析南海夏季風對廣西6月暴雨的影響。

2 ?廣西6月暴雨日數(shù)與南海夏季風相關(guān)分析

2.1 廣西暴雨季節(jié)變化特征

圖1a給出了1961—2020年廣西月平均暴雨日數(shù)的逐月分布，可見，暴雨日數(shù)季節(jié)分布呈“單峰型”特征。從4月開始暴雨日數(shù)迅速增多，6月達到了峰值（為1.3 d），之后逐漸下降，12月達到最小值（僅為0.04 d）?？梢?，6月是一年中暴雨日數(shù)最多的月份，最有可能發(fā)生暴雨洪澇災害，因此研究6月暴雨氣候異常成因具有重要的意義。

2.2 ?廣西6月暴雨和南海夏季風爆發(fā)時間的相關(guān)分析

一般認為，南海夏季風爆發(fā)以后華南地區(qū)開始進入了雨季，從1961—2020年廣西6月平均暴雨日數(shù)和南海夏季風爆發(fā)時間的歷年變化（圖1b）來看，6月平均暴雨日數(shù)和南海夏季風爆發(fā)時間存在著明顯的反位相關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達-0.22，通過了0.1信度的顯著性水平檢驗，即如果南海夏季風爆發(fā)時間偏早（晚），那么6月暴雨日數(shù)偏多（少）。南海夏季風爆發(fā)時間與廣西6月暴雨日數(shù)還存在明顯的年代際變化特征，20世紀70年代到90年代初南海夏季風時間為偏晚期、廣西6月暴雨日數(shù)為偏少期，90年代前期南海夏季風爆發(fā)時間轉(zhuǎn)為偏早期、同期廣西6月暴雨進入了偏多期。

3 ?南海夏季風爆發(fā)早晚年6月大氣環(huán)流特征

南海夏季風爆發(fā)后東亞大氣環(huán)流有明顯的變化（高輝和寧艷峰，2009；王黎娟和郭帥宏，2012；余丹丹等，2014；朱偉軍等，2016），以下分析夏季風爆發(fā)時間早晚的6月大氣環(huán)流特征，探索其對廣西暴雨的影響機制。

3.1 500 hPa高度場特征

為了分析南海夏季風爆發(fā)時間對6月暴雨的影響，選取了偏早（晚）2候以上的年份作為異常年，其中偏早年為1966、1972、1994、1996、2001、2008、2011、2019年，偏晚年為1970、1973、1987、1989、1991、2014年。從南海夏季風爆發(fā)偏早年和偏晚年6月500 hPa高度場差值分布（圖2a）來看，歐亞大陸中高緯度地區(qū)和亞洲沿海地區(qū)均呈現(xiàn)出“-+-”的波列分布，東歐地區(qū)高度場為負距平、貝加爾湖以北地區(qū)為正距平、鄂霍次克海為中心的區(qū)域為負距平，異常中心大部均通過了信度為0.1的顯著性水平檢驗，即南海夏季風爆發(fā)偏早年，貝加爾湖阻塞高壓和東亞大槽顯著偏強，促進了中高緯度的經(jīng)向環(huán)流，有利于冷空氣南下，與暖濕氣流在廣西上空交匯，導致暴雨過程偏多;南海夏季風爆發(fā)偏晚年，貝加爾湖阻塞高壓和東亞大槽顯著偏弱，不利于冷空氣南下，廣西上空南北風交匯少，發(fā)生暴雨過程少。

南海夏季風爆發(fā)如何影響中高緯度地區(qū)環(huán)流？Nitta（1987）、黃榮輝和李維京（1988）、黃榮輝（1990）研究指出夏季熱帶西太平洋地區(qū)對流活動異常引起了東亞-太平洋地區(qū)存在大氣環(huán)流異常波列傳播，即東亞-太平洋（EAP）遙相關(guān)。對6月 500 hPa高 度場進行去季節(jié)循環(huán)后，利用經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）進行分解，得到各主要空間模態(tài)，第一、第二、第三模態(tài)解釋方差分別為22.54％、13.08％、9.79％。EOF第一空間模態(tài)除了北極附近區(qū)域為負值外、其余地區(qū)為正值，表示整體一致的分布。圖2b給出EOF第二空間模態(tài)，分布特征與EAP遙相關(guān)基本一致，亞洲地區(qū)東部沿海地區(qū)從熱帶低緯度地區(qū)到中高緯度存在著明顯的“+-+”波列：中國及南海北部為正值、朝鮮半島到日本一帶為負值、鄂霍次克海為中心區(qū)域為正值。南海夏季爆發(fā)后使副熱帶高壓退出南海，南海地區(qū)對流活躍，南海夏季風爆發(fā)時間偏早年南海到華南地區(qū)高度場為負距平，通過遙相關(guān)波列傳播引起朝鮮半島到日本一帶為正距平，即副熱帶高壓位置偏北、偏西;鄂霍次克海為中心區(qū)域為負距平，即東亞大槽偏強，導致經(jīng)向環(huán)流形勢增強。

3.2 850 hPa風場特征

從南海夏季風爆發(fā)偏早年和偏晚年6月850 hPa風場的差值分布（圖3a）來看，俄羅斯東部中西伯利亞高原有較強的北風吹向亞洲大陸中高緯度地區(qū)，烏拉爾山脈附近為氣旋性環(huán)流，氣旋性環(huán)流的東北側(cè)南風異常偏強;華南沿海到東海一帶為反氣旋環(huán)流，反氣旋環(huán)流西側(cè)為增強的西南風，通過了0.1信度的顯著性水平檢驗;廣西北部北風顯著偏強，西太平洋副熱帶高壓西側(cè)處于南海北部，南風異常增強，顯著偏強的南北風在廣西上空交匯，有利于暴雨過程的發(fā)生。南海夏季風爆發(fā)偏早年和偏晚年6月OLR的差值分布（圖3b），從華南地區(qū)到華東一帶存在明顯的對流增強帶，大部地區(qū)通過了信度為0.1的顯著性水平檢驗，廣西大部地區(qū)對流得到增強;菲律賓和臺灣以東地區(qū)為對流抑制帶，這與反氣旋環(huán)流增強有關(guān);赤道西太平洋附近為對流增強帶;南海夏季風爆發(fā)偏早有利于廣西暴雨過程發(fā)生發(fā)展。

3.3 垂直環(huán)流特征

南海夏季風爆發(fā)偏早年6月流場合成沿著廣西中部（23.5°N）的經(jīng)度-高度垂直剖面（圖4a），印度到中國大陸地區(qū)（75°～115°E）上空大氣基本為上升氣流，上升氣流到高空后轉(zhuǎn)向西運動，在30°～50°E區(qū)域下沉，低層轉(zhuǎn)為西風，形成西部環(huán)流閉合圈;在廣西的東側(cè)（120°E～120°W）為下沉氣流，低層轉(zhuǎn)為東風。圖中陰影為垂直速度距平值，負值表示上升速度增強，廣西所處的區(qū)域為105°～111°E，該區(qū)域垂直速度為負距平，上升氣流偏強，并通過了0.1信度的顯著性水平檢驗;120°～140°E區(qū)域高空垂直速度為正距平，下沉氣流有明顯的偏強，東部低空閉合環(huán)流圈顯著增強，形成正反饋，廣西上空對流旺盛，暴雨日數(shù)易偏多。

南海夏季風偏晚年存在中國大陸附近地區(qū)為上升氣流、印度到西亞地區(qū)為下沉運動的閉合環(huán)流圈（圖4b），80°～120°E區(qū)域大部分上空垂直速度距平值為正值，廣西除了西北部上升氣流增強以外、其余大部地區(qū)上升氣流減弱，暴雨日數(shù)偏少。

3.4 熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩活動特征

6月進入了夏季，熱帶對流系統(tǒng)開始活躍，從南海夏季風爆發(fā)偏早年6月MJO指數(shù)合成（圖5a）來看，進入6月以后MJO對流活躍中心隨著時間從印度洋向西太平洋移動，6月上旬MJO對流活躍中心主要位于印度洋到海洋性大陸西部、6月中旬和下旬MJO對流活躍中心位于海洋性大陸到西太平洋，可見6月印度洋到海洋性大陸區(qū)域大部對流旺盛，通過副熱帶高壓西側(cè)的西南季風輸送到廣西，導致廣西暴雨日數(shù)偏多。南海夏季風爆發(fā)偏晚年6月MJO指數(shù)分布與偏早年相反，6月上旬和中旬MJO對流活躍中心主要位于東太平洋到西半球，6月上旬和中旬有明顯的MJO正指數(shù)從印度洋向東擴展，6月大部時間印度洋到海洋性大陸西部MJO為對流抑制狀態(tài)（圖5b），不利于該區(qū)域?qū)α靼l(fā)生，不穩(wěn)定能量向廣西輸送偏少，這種形勢不利于廣西暴雨發(fā)生。

3.5 南海夏季風爆發(fā)對廣西6月暴雨的影響機制

綜合以上分析得到南海夏季風爆發(fā)對廣西6月暴雨的影響機制（圖6）。當南海夏季風爆發(fā)偏早（晚）時，通過波列傳播影響中高緯度地區(qū)環(huán)流異常，使東亞大槽顯著偏強（弱），導致經(jīng)向環(huán)流增強（弱）;華南沿海及以東地區(qū)反氣旋環(huán)流西側(cè)的西南風顯著偏強（弱），顯著偏強（弱）的南北風在廣西上空交匯;印度洋到海洋性大陸MJO處于對流增強（抑制）位相，對流帶向廣西輸送偏強（弱）;廣西上升氣流顯著偏強（弱），導致暴雨日數(shù)偏多（少）。

4 討論和結(jié)論

利用1961—2020年廣西78個氣象觀測站逐日降水資料、NCEP／NCAR再分析資料、NOAA OLR資料等，使用合成、EOF、相關(guān)等方法，分析了南海夏季風爆發(fā)與廣西6月暴雨的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)其存在著明顯的反位相關(guān)系，即南海夏季風爆發(fā)時間偏早（晚），則暴雨日數(shù)偏多（少）。

分析了南海夏季風爆發(fā)偏早（晚）年份大氣環(huán)流異常特征和熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩的活動規(guī)律，揭示了南海夏季風爆發(fā)時間異常對廣西6月暴雨的影響機制。6月暴雨日數(shù)與南海夏季風爆發(fā)時間還存在明顯的年代際變化特征，尤其在1990年代南海夏季風爆發(fā)時間轉(zhuǎn)為偏早期、同期廣西6月暴雨進入了偏多期，這可能跟1990年代以來太平洋海溫總體分布格局為類似拉妮娜狀態(tài)的背景有關(guān)，1994年菲律賓附近海域海溫突然增暖可能是南海夏季風爆發(fā)時間發(fā)生突變的原因（Xiang and Wang，2013）。

在全球氣候變暖背景下極端降水事件頻發(fā)，對防災減災工作具有更大的挑戰(zhàn)，研究暴雨氣候異常成因具有重要的意義。本文研究得到南海夏季風爆發(fā)早晚與廣西6月暴雨有一定的對應關(guān)系，但有一些年份對應并不好，可能與其他環(huán)流系統(tǒng)影響有關(guān)系，這還有待做進一步的研究和完善。

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The impact of the onset of the South China Sea summer monsoon on rainstorm anomalies in June over Guangxi

QIN Weijian，CAI Yuexing，LUO Xiaoli

Guangxi Climate Center，Nanning 530022，China

Using composition，EOF，correlation and other methods on the daily precipitation data from Guangxi surface meteorological observation stations from 1961 to 2020 and NCEP／NCAR reanalysis data，the impact of the onset of the South China Sea summer monsoon on the heavy rainfall in Guangxi in June is studied，revealing the causes of the climate anomalies on the heavy rainfall days.The results show that the East Asian trough is significantly stronger when the onset of the South China Sea summer monsoon is earlier，and the meridional circulation in the middle and high latitudes is strengthened.Additionally，the southwesterly wind along the South China coast is significantly stronger，which is combined with the strong meridional winds in the middle and high latitudes.While the Madden-Julian oscillation （MJO） from the Indian Ocean to the oceanic continent is in the phase of convection enhancement，moving significantly eastward with the low-frequency convection belt being transported to Guangxi under the guidance of the southwest monsoon，the northerly wind，guided by the circulation，moves southward and the north-south wind converges over Guangxi.Also，it indicates that the updraft is significantly stronger over Guangxi，as indicated by the increased frequency of rainstorm days and，on the other hand，the relatively low number of rainstorm days.

South China Sea summer monsoon;Madden-Julian Oscillation;rainstorm;Guangxi

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20211115001

（責任編輯：袁東敏）