2022年5月廣東氣溫異常偏低的氣候特征及其成因

謝潔宏，胡婭敏，葉夢(mèng)茜

（1.揭陽(yáng)市氣象局，廣東揭陽(yáng) 522000；2.廣東省氣候中心，廣東廣州 510640）

在全球增暖背景下，諸如暴雨、高溫、干旱和寒冷等極端天氣氣候事件越來(lái)越頻繁，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)與人民生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響與損失［1－2］。近年來(lái)，廣東省年平均氣溫頻頻突破歷史記錄，2021年全省平均氣溫23.0℃，較常年（21.9℃）偏高1.1℃，創(chuàng)1951年有氣象記錄以來(lái)最高紀(jì)錄。21世紀(jì)初至20年代，廣東5月氣溫頻繁異常偏高，在這樣的年代際背景下，2022年5月廣東卻出現(xiàn)了極端異常低溫，實(shí)屬罕見(jiàn)。

前人關(guān)于南方地區(qū)低溫特征及其成因已取得豐碩研究成果［3－14］，指出極端低溫事件的發(fā)生與歐亞中高緯地區(qū)西伯利亞高壓、烏拉爾山高壓脊與東亞大槽偏強(qiáng)導(dǎo)致的北方冷空氣活躍有關(guān)［3－12］，也受到厄爾尼諾－南方濤動(dòng)（ENSO）等海溫氣候背景影響［13－14］。近半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，華南地區(qū)四季氣溫整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)［15－18］。為何在全球氣候偏暖的背景下，2022年廣東春末氣溫如此異常？本研究通過(guò)分析2022年5月氣溫異常偏低的氣候特點(diǎn)，從海溫和大尺度環(huán)流異常探討廣東氣溫異常偏低的可能原因，為我國(guó)今后的異常、極端天氣的診斷預(yù)測(cè)提供思路和參考。

1 資料與方法

本研究采用由廣東省氣候中心提供的86個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的逐日2 m平均氣溫，用于分析氣溫實(shí)況；應(yīng)用由美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心／美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCEP／NCAR）再分析資料集［19］提供的逐日500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)與海平面氣壓場(chǎng)，水平分辨率為2.5°×2.5°；使用由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）提供的向外長(zhǎng)波輻射（OLR）［20］（水平分辨率為2.5°×2.5°）與ERSSTv5逐月全球海溫（SST）［21］（水平分辨率為1°×1°）。ENSO采用Ni?o3.4指數(shù)（定義為170°W—120°W，5°S—5°N區(qū)域平均海溫距平）進(jìn)行表征。氣候基準(zhǔn)期為1991—2020年。采用線性趨勢(shì)分析研究氣溫的年際變化趨勢(shì)［3，15，18］，采用合成分析研究氣溫異常偏低年大尺度環(huán)流特征［22］。

2 結(jié)果與分析

2.1 2022年5月廣東氣溫概況

1961—2022年5月廣東氣溫呈不顯著增加趨勢(shì)（圖1a）。20世紀(jì)80年代末至20世紀(jì)末為低溫事件頻發(fā)時(shí)段，其中1978—2000年間共出現(xiàn)11次氣溫距平值低于1個(gè)負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差（－0.8℃）；而在增暖明顯的21世紀(jì)，高溫事件成為新常態(tài)，2001—2022年出現(xiàn)氣溫距平值大于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差共計(jì)7次。

圖1 1961—2022年廣東5月氣溫區(qū)域平均年際變化序列（a）；2022年5月廣東氣溫（b）與氣溫距平（c）空間分布（單位：℃，σ：標(biāo)準(zhǔn)差）

與歷史同期相比，2022年5月全省平均氣溫較歷史同期（25.6℃）顯著偏低1.9℃，距平值低于2個(gè)負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差（－1.6℃），為1961年有氣象記錄以來(lái)最冷5月（圖1a）。該月全省平均氣溫23.7℃，各地月平均氣溫在21.7℃（連山）～25.8℃（徐聞）之間，其中清遠(yuǎn)中北部、韶關(guān)、河源大部、梅州北部、肇慶北部、潮州大部、汕頭中南部平均氣溫在21.7～23.0℃，湛江大部、茂名南部、陽(yáng)江西部等地在25.0～25.8℃，其余大部分地區(qū)23.0～25.0℃（圖1b）。全省氣溫較常年同期偏低1.2～3.2℃，其中清遠(yuǎn)中北部、韶關(guān)、河源、梅州北部、潮州、汕頭、汕尾北部、云浮北部等地偏低2.0℃以上；除珠三角周邊外，全省其余地區(qū)站點(diǎn)氣溫距平值普遍低于2個(gè)負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差，占比高達(dá)全省站數(shù)的67%，其中紫金、陽(yáng)江、連山等28個(gè)縣（市）5月平均氣溫破歷史同期最低紀(jì)錄（圖1c）。

2.2 海溫

如圖2a所示，2020年8月至2021年4月發(fā)生了一次拉尼娜事件（Ni?o3.4指數(shù)3個(gè)月滑動(dòng)平均值≤－0.5℃），經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的短暫回溫，2021年9月起拉尼娜事件再次發(fā)生，且在2022年春季保持偏強(qiáng)狀態(tài)。2022年5月中低緯海溫異常的全球分布顯示，赤道中東太平洋海溫大部異常偏冷，大片海區(qū)為低于1.0℃的負(fù)距平海溫所控制，為典型拉尼娜分布型（圖2b）。

圖2 1991年1月—2022年7月Ni?o3.4海溫指數(shù)（陰影，黑色實(shí)線為3月滑動(dòng)平均值）逐月演變（a）與2022年5月海溫異?？臻g分布（單位：℃）（b）

研究表明，拉尼娜事件可以通過(guò)影響赤道中東太平洋地區(qū)的海氣相互作用，觸發(fā)異常大氣環(huán)流，有利于東亞地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度加大，使得影響我國(guó)冬春季的冷空氣較常年活躍［13－14］，因此，拉尼娜事件可能是造成2022年5月歐亞中高緯環(huán)流經(jīng)向度持續(xù)偏大的原因，這為中高緯冷空氣頻繁南下提供了有利的條件，給2022年廣東5月氣溫異常偏低提供了氣候背景。

2.3 大氣環(huán)流

持續(xù)的大氣環(huán)流異常是導(dǎo)致廣東省大范圍氣溫異常的直接原因［3－12］。本研究將進(jìn)一步分析引起2022年5月廣東異常低溫的大尺度環(huán)流異常特征，并探討其與歷史異常低溫年份之間的差異（圖3）。定義平均氣溫距平值小于基準(zhǔn)期1.5個(gè)負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差為氣溫異常偏低年份，除2022年外，共挑選出廣東5月氣溫異常偏低年5年（1979、1981、1984、1990、1999年）。

圖3 廣東5月氣溫異常偏低年500 hPa高度場(chǎng)異常（填色：異常值，等值線：平均值，單位：gpm）（a、b），海平面氣壓異常（陰影，單位：hPa）（c、d），850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常（矢量，單位：m／s）與向外長(zhǎng)波輻射異常（陰影，單位：W／m2）（e、f）a、c、e.常年；b、d、f.2022年

氣溫異常偏低年（圖3a、c、e），歐亞中高緯地區(qū)對(duì)流層中層環(huán)流經(jīng)向度偏大，整體呈現(xiàn)“兩淺槽一淺脊”的分布形勢(shì)，此時(shí)蒙古地區(qū)表現(xiàn)為正異常環(huán)流，東亞大槽較常年偏深（圖3a），配合地表蒙古高壓異常與中國(guó)東南部高壓異常（圖3c），偏強(qiáng)的東亞大槽配合地表高壓脊共同引導(dǎo)了北方冷空氣的頻繁南下，使廣東地區(qū)受異常偏北風(fēng)影響（圖3e），冷平流效應(yīng)致使氣溫偏低。不難發(fā)現(xiàn)，除受中高緯環(huán)流冷平流作用外，期間廣東周邊對(duì)流活動(dòng)增強(qiáng)（圖3e）而導(dǎo)致的云層增厚也是引起氣溫偏低的原因之一，云量增多可削減地表所受光照時(shí)間縮短，從而削減了日曬（地表非絕熱加熱）與大氣下沉增溫（絕熱加熱）作用，導(dǎo)致氣溫?zé)o法上升。

與氣溫異常偏低年相比（圖3a），2022年5月歐亞中高緯環(huán)流經(jīng)向度明顯偏大（圖3b），自西向東維持著“負(fù)－正－負(fù)－正”分布的異常Rossby波列模態(tài)，為“兩深槽兩深脊”的分布形式。異常Rossby波列致使烏拉爾山高壓脊顯著東移，其東側(cè)強(qiáng)盛偏北氣流使堆積在東西伯利亞及以北地區(qū)的干冷空氣得以頻繁南下，異常波列同時(shí)致使東亞大槽偏西偏深，深低壓槽控制東西伯利亞至中國(guó)東南地區(qū)，冷空氣沿槽后偏北氣流不斷南侵低緯地區(qū)。與氣溫異常偏低年相比，2022年5月東亞大槽強(qiáng)度明顯大于氣溫異常偏低年（圖3a－b），意味著更強(qiáng)的冷空氣活動(dòng)，而兩者海平面氣壓場(chǎng)分布則較為相似（圖3c－d）?？傊懈呔暣蟪叨拳h(huán)流形勢(shì)共同導(dǎo)致了5月廣東地區(qū)強(qiáng)盛的東北風(fēng)異常（圖3f），顯然偏北分量較氣溫異常偏低年更大（圖3c），即冷平流效應(yīng)更強(qiáng)。此外，5月來(lái)自南海的偏南暖濕氣流有所加強(qiáng)（圖3f），較氣溫異常偏低年更為活躍（圖3e），暖濕水汽與北方干冷空氣在廣東上空對(duì)峙，導(dǎo)致云量增厚、降水增加，削減了日曬與大氣下沉增溫效應(yīng)，配合強(qiáng)冷平流降溫作用（圖3b，d），導(dǎo)致該次罕見(jiàn)異常低溫氣候事件的發(fā)生（圖1）。由圖2可知，期間熱帶海洋性大陸與熱帶西太平洋地區(qū)海溫異常偏高，這可能有利于對(duì)流層低層局部水分含量的增加，從而降低局地靜力穩(wěn)定度，而有利于中國(guó)南部周邊地區(qū)對(duì)流活動(dòng)（云量）的增加。

總之，上述研究表明，2022年5月歐亞中高緯大氣環(huán)流持續(xù)異常（冷空氣頻繁南侵）與低緯偏南暖濕氣流活躍是造成期間廣東罕見(jiàn)低溫的直接原因。與氣溫異常年相比，2022年5月歐亞中高緯環(huán)流引導(dǎo)的南下冷空氣更加強(qiáng)勁且影響范圍更為偏南，而熱帶暖濕水汽北上分量更加充足。

3 結(jié)論

2022年5月廣東氣溫創(chuàng)1961年以來(lái)最低值，全省多達(dá)67%的站點(diǎn)氣溫距平值低于2個(gè)負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差，歷史罕見(jiàn)。從大尺度環(huán)流場(chǎng)上看，期間歐亞中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大，對(duì)流層中層烏拉爾山高壓脊偏東偏強(qiáng)，東亞大槽偏西偏深，地表蒙古高壓偏強(qiáng)，這些均有利于東西伯利亞及以北地區(qū)冷空氣南侵至低緯地區(qū)，廣東受強(qiáng)盛冷平流影響。同時(shí)低緯偏南暖濕氣流活躍，冷暖氣團(tuán)交匯導(dǎo)致廣東云量增多，強(qiáng)冷平流降溫配合減弱的日曬增溫與下沉增溫導(dǎo)致該次罕見(jiàn)低溫事件的發(fā)生。

前期赤道中東太平洋持續(xù)的冷海溫事件（拉尼娜事件）可能是造成2022年5月歐亞中高緯環(huán)流經(jīng)向度持續(xù)偏大的原因，這為中高緯冷空氣頻繁南下提供了良好的氣候背景，值得進(jìn)一步的研究。