2023年春季我国气候异常特征及成因分析.pdf

书书书龚振淞，丁婷，年春季我国气候异常特征及成因分析气象，（）：，（）：（）年春季我国气候异常特征及成因分析龚振淞丁婷国家气候中心，中国气象局气候研究开放实验室，北京 提要：年春季（月），全国平均气温为 ，为 年以来历史同期第七高。除新疆、西北地区西部、西藏等地气温偏低外，我国大部分地区气温均偏高。全国平均降水量为 ，较常年同期偏少。降水呈现“北多南少”的特征，华北、黄淮及青藏高原等地降水偏多，东北、江南东部、华南和西南地区降水显著偏少。在对流层中层，春季亚欧中高纬度呈现“两脊一槽”分布，乌拉尔山地区为正高度距平中心，贝加尔湖至巴尔喀什湖为高度场负距平中心，而东北亚上空为位势高度场正异常；西太平洋副热带高压强度较常年偏弱；在对流层低层，热带西太平洋地区维持异常气旋性环流，其以北则为异常反气旋性环流。年春季东北亚高压脊指数为，超过个标准差，为 年以来第四强，其异常偏强有利于我国北方降水偏多。长江以北地区受反气旋环流影响，异常偏东南风强盛，有利于将西北太平洋的暖湿水汽输送至我国北方地区。赤道中东太平洋自 年月开始一次弱 珘 事件，该事件一直持续至 年月结束，月赤道中东太平洋海温开始转为暖水位相。年春季我国北方降水异常偏多受到赤道中东太平洋海温演变的影响，合成分析表明，在海温由冷转暖的春季，欧亚中纬度地区易出现“两脊一槽”的环流异常分布型，中西路冷空气南下影响我国，同时东亚上空反气旋式环流使得我国北方地区受异常东南风控制，西北太平洋水汽向北输送偏强，为北方地区的降水提供有利条件。关键词：春季气候异常，珘 事件，水汽输送，北方降水中图分类号：文献标志码：犇 犗 犐：，犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（，），“”，（），“”，国家重点研发计划（）、国家自然科学基金项目（、）、国家重点研发计划（）和国家气候中心能源气候服务团队建设项目（）共同资助 年月日收稿；年月 日收修定稿第一作者：龚振淞，主要从事气候诊断及预测研究 ：通讯作者：丁婷，主要从事气候诊断及预测研究 ：第 卷 第 期年月气象 ，珘 ，（），“”，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：，珘 ，引言我国地处东亚季风区，冬季受干冷的东亚冬季风影响，夏季受暖湿的东亚夏季风控制。春季是冬季环流向夏季环流的转换季节，冷空气势力逐渐减弱，来自海洋的暖湿空气开始活跃。中高纬冷空气和低纬暖湿气流互相交汇容易造成大气层结不稳定的增强，因此很多地区气温的变化幅度大，也容易发生阶段性强降水、强对流等极端天气气候事件。春季又正值我国大部地区农作物播种和生长关键期，因此，春季气候异常分析研究对提高气候预测的准确率及做好防灾减灾服务有重要的意义。已有很多学者围绕我国春季气候异常的成因展开研究，春季气候不仅受到中高纬度大气环流的直接影响，也受到欧亚大陆积雪、海温异常等外强迫因子的作用。张洁等（）的研究指出，来自青藏高原南缘的西风水汽输送是中国春季降水的重要水汽来源。其中，华南地区的春季水汽来源于菲律宾和中国南海，长江中下游地区的降水水汽主要来源于热带西太平洋。黄淮流域春季降水的水汽主要来源于中纬度西北太平洋，当 高压异常中心北移至日本海附近，同时东亚西风急流偏弱时，往往对应着黄淮流域降水偏多。中国春季降水同时受到低纬和中高纬大气环流系统的影响（韩晋平等，；王遵娅等，；刘芸芸和陈丽娟，）。春季南支槽偏强则长江中下游及西南地区降水易偏多（李依瞳等，）。当春季东南地区降水偏多时，西太平洋副热带高压（以下简称副高）显著增强，在 风场上菲律宾以东地区有一异常反气旋形成，异常中心在 、附近（李锦和李春，）。当春季西太平洋副高和青藏高原东侧的低压系统加强且异常中心分别位于 和 以南时，江南降水偏多；而高原东侧的低压系统异常中心位于 以北时，江淮地区降水增多而华南降水减少（蒋品平和赵平，）。欧亚大陆春季积雪异常可在其上空激发出异常波列，从而影响东亚春季气候异常（，；）。（）、赵平等（）均认为春季东亚地区海陆热力差异对江南地区春雨形成有重要作用。研究表明，珘 期间华北当年和来年春季降水容易偏多（王群英和龚道溢，）。珘 盛期华南春季降水显著偏多（，；詹 丰 兴 等，）。珘 事件结束偏晚年对流层低层在西南地区辐合更为明显，有利于西南地区降水偏多（李多和刘芸芸，）。另外，顾伟宗等（）的研究还表明，前期冬季印度洋海温与中国华北春季降水也有显著关系。洪洁莉和郑志海（）、刘芸芸和高辉（）的分析表明，春季印度洋增暖会使得副高加强西伸，从而对我国降水产生影响。气象 第 卷 年月开始，赤道中东太平洋发生了一次弱 珘 事件，该事件一直持续至 年月结束，月赤道中东太平洋海温开始转为暖水位相。在这样的海温异常分布下，年春季我国东部大部分地区气温偏高，降水“北多南少”。年华南前汛期开始和南海夏季风爆发时间均偏早；春季共有 次沙尘天气过程影响我国，较近十年（年）同期偏多；春季，云南省发生严重的持续气象干旱。本文将全面介绍 年春季我国气候异常的主要特征，并从大气环流和海温外强迫的角度分析造成我国气候异常的可能成因。资料和方法本文所用的资料包括：由国家气象信息中心整编的 年月日至 年月 日中国 个台站的逐日气温和降水观测数据集（任芝花等，）；美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心（）提供的 年的逐月大气再分析资料（，），水平分辨率为 ；美国国家海洋大气局（）提供的 年高精度最优插值全球海表温度（）逐 月 资 料（；，；，），水平分辨率为 。珘 指 数 定 义 为 珘 区（、）的区域平均海温距平。文中春季指北半球春季（月，下同），所有变量的气候态（常年）均选取 年的平均，距平场为观测值减掉气候态的差。文中线性相关计算时间范围为 年，根据狋检验标准，其 、和 显著相关性水平对应的相关系数分别为 、。文中部分图形出自国家气候中心开发的“气象灾害影响评估系统”和新一代气候监测预测分析系统（），春季主要天气气候事件部分内容来自国家气候中心 全国气候影响评价（国家气候中心，；）。年春季我国主要气候特征 气温 年春季，全国平均气温为 ，较常年同期（）偏高，为 年以来历史同期第七高（图）。从空间分布来看，呈中东部偏高、西部偏低的分布特征：新疆大部、西北地区西部、西藏大部 偏 低 ，全 国 其 余 大 部 地 区 偏 高 以上，其中东北及内蒙古东部、华北东部、华东大部、华中东部和南部、西南地区东部等地气温偏高（图）。春季季内气温起伏波动明显。月全国平均气温为，较常年同期（）偏高，为 年以来同期第三高，东北、华北、华东北部和西南部、华中北部和东南部、华南中西部、西北地区北部等地偏高，黑龙江大部、吉林东部、山东中部的部分地区气温偏高以上（图）。月，我国北方大部地区出现低温，其中西北地区大部、华北中西部气温偏低，新疆东部偏低，而西南地区东部、长江中下游部分地区气温偏高，云南东部、四川南部、贵州西南部、广西西部等地偏高（图）。月，我国西北、西藏、新疆等地气温偏低，西南地区气温异常偏高（图）。进一步从逐日气温变化来看，季内气温起伏波动特征明显，其中月上、中旬和月中旬平均气温异常偏高，偏高幅度超过，其中月上旬和月中旬平均气温均为历史同期最高；月下旬和月上旬气温偏低以上（图）。图（）年春季全国平均气温历年变化和（）年春季全国平均气温距平分布 （），（）（）第 期 龚振淞等：年春季我国气候异常特征及成因分析 图 年（）月、（）月、（）月全国气温距平分布，（）春季全国平均的逐日气温和气温距平序列 （），（）（）（）降水 年春季，全国平均降水量为 ，较常年同期（）偏少（图）。春季降水空间分布不均，华北大部、华东北部、华中北部、西北地区东部和西南部、西藏北部和新疆南部等地降水偏多，其中华北西南部、华东西北部、华中北部、西北地区中部、西藏中部和新疆南部等地偏多成至倍以上；全国其余大部地区降水以偏少为主，其中内蒙古东南部、东北西部、华南西部、西南南部、西北地区西北部、西藏西部和新疆西部等地偏少 成，局地偏少成以上（图）。云南降水量为 ，为 年以来历史同期最少，而华北南部降水量为 ，为 年以来历史同期第二多（图）。从季节内逐月演变来看，降水异常变率较大。月，除内蒙古东北部、华南东部、西南北部、西藏东部和新疆西北部降水偏多外，全国其余大部地区降水以偏少为主（图）。月，我国中东部降水偏多，华北大部、东北东部、内蒙古中西部、华东西北部、西北地区东部、西藏东部和新疆南部等地降水偏多成至倍，华北西部、内蒙古西部等地偏多倍以上；内蒙古东部、华中东部、华南南部、西南大部、西藏西部和新疆北部降水偏少成以上，其中云南中部偏少成以上（图）。月，我国降水为“北多南少”的分布特征，新疆东北部和南部、青海中东部、黄淮西部、江汉及江淮大部、江南东北部等地偏多了成至倍，局部地区偏多倍以上；新疆西部、西藏西部和南部、内蒙古东北部、东北、华北、山东半岛、甘肃、四川及长江以南大部分地区降水偏少成，云南东北部、四川南部等地偏少成以上（图）。图（）年春季全国平均降水量历年变化和（）年春季全国降水量距平百分率分布 （），（）气象 第 卷图 年（）月、（）月、（）月全国降水量距平百分率分布，（）年春季华北南部降水量历年变化 （），（），（）（）春季主要天气气候事件 年华南前汛期于月 日首先在广东开始，较常年（月日）偏早。月 日至月 日，华南地区平均降水量为 ，较常年同期偏少 ，为历史同期第八少。南海夏季风于月第候（具体为月 日）爆发，爆发日期较常年（月第候）偏早候。春季气温整体偏高但降水空间分布不均，导致了我国春季旱涝并重。云南温高雨少，发生严重的持续气象干旱（图 ），平均气象干旱日数为 ，为 年以来历史同期第二多。月日，云南中旱及以上和特旱面积均达到最大，分别为 万 和 万（图）。春季我国共发生 次暴雨过程，其中次为强暴雨过程。月日，江淮大部、江汉西部和东部及江西大部、福建大部、湖南西部等地累计降水量达 ，局地超过 ，个国家气象观测站日降水量突破月历史极值。月 日，南方地区暴雨过程强度较强。月 日，西南地区至江淮、黄淮发生较强暴雨过程。由于持续降水，黄淮等地小麦夏收、部分路段铁路运输受到影响。春季我国共发生 次强对流天气，其中月次，月次，月次。月 日午后，京津冀地区发生区域性强雷暴大风过程，河北东北部和中东部风力最强，局地可达 级，保定局地发生冰雹天气。日，吉林中东部、辽宁中西部、河北西部和东北部等地出现区域性雷暴大风；河北东北部、辽宁西北部、吉林东部等地风力最强，局地达 级，对粮食夏收产生不利影响。月 日，大范围强对流过程自北向南影响我国大部地区，广西、广东等地降水强度超过 ，部分城市出现内涝。春季，共有 次沙尘过程影响我国，较 年同期偏多 次，较近十年（年）同期偏多 次。其中，月 日、日和月 日为沙尘暴级别，月 日和月 日为强沙尘暴级别，对空气质量、交通运输及人体健康均造成较大影响。年春季北方降水异常偏多成因分析 大气环流异常特征大气环流异常是导致我国地面要素异常的直接第 期 龚振淞等：年春季我国气候异常特征及成因分析 图 年（）月 日、（）月 日、（）月 日全国气象干旱综合监测图，（）月日至月 日云南气象干旱面积变化 （），（），（）（）原因。年春季 位势高度场上，欧亚中高纬呈现“两脊一槽”型距平分布特征。乌拉尔山地区为正高度距平中心，贝加尔湖至巴尔喀什湖为高度场负距平，东北亚地区为正高度场异常，这种环流形势有利于中路冷空气南下。东北亚上空的高压脊有利于引导西北太平洋暖湿水汽沿其外围输送至我国，与槽后南下的干冷空气配合有利于降水产生，并且有利于多雨区偏北。低纬度地区副高强度较常年偏弱，东亚地区自北向南呈现“负 正 负”的异常分布（图）。在对流层低层 风场上（图），热带西太平洋地区维持异常气旋性环流，而其以北为异常反气旋性环流。长江以北地区受反气旋环流的影响，异常偏东南风强盛，有利于将西北太平洋的暖湿水汽输送至我国北方地区。从水汽输送场的分布也可以看到（图），西北太平洋上异常反气旋西侧的偏南风输送是我国北方重要的水汽来源。而江南、华南大部受热带西太平洋上空异常气旋性环流西侧的东北气流影响，降水偏少。西南地区受孟加拉湾北部异常反气旋东侧的偏北风控制，孟加拉湾的水汽不能北上输送到我国，降水较常年同期明显偏少。在前面的分析中发现，东北亚上空的高压脊对中国春季的降水有很大的影响。因此将 、区域平均的 高度场标准化值作为东北亚上空高压脊强度指数，计算了其与全国 个站春季降水的关系，发现该指数与西北地区东部至华北黄淮一带的降水呈显著正相关，大部分站点的相关系数可达 以上（图）。当东北亚高压脊指数偏强，即东北亚上空为高压脊控制时，我国东部降 水 呈 现出“北 多南 少”的 分 布 型。这 与 年春季降水异常分布非常相似。年春季东北亚高压脊指数为，超过个标准差，为 年以来第四强（图）。这表明东北亚上空的异常高压 脊 主 导 了 华 北 至 黄 淮 的 降 水 偏 多。陆 日 宇（）的研究指出，春季华北降水偏多时东亚上空存在反气旋式环流异常，东亚槽偏东偏弱，我国东部出现南风异常并一直到达华北地区，为华北地区的降水提供有利条件。东亚反气旋与起源于欧亚大陆中纬度地区的波列有密切关系。王遵娅等（）的研究也发现东北亚上空的高压脊会造成中国春季降水“南少北多”。气象 第 卷图 年春季（）位势高度场（等值线，单位：）及其距平场（填色），（）距平风场，（）整层（地表至 ）水汽通量距平场（箭矢）、水汽通量散度场（填色，单位：）（）（，：），（）（）（）（，：）外强迫因子分析大气环流的异常受到大气内部过程和外强迫因子的共同影响，其中来自海洋的外强迫可通过海气相互作用和大气波动的传播方式引起大气环流及气候的异常（，；，）。图为 年春季全球海表温度距平分布及 珘 海温指数的逐月演变。可以看到赤道中东太平洋自 年月开始一次弱 珘 事件，该事件一直维持至 年月结束（图），年月赤道中东太平洋海温开始转为暖水位相。年月 珘 区海温指数为 ，可见春季赤道中东太平洋的暖海温发展非常迅速。整个春季西太平洋暖池明显偏暖（图），使得该区域对流相对活跃，因而导致菲律宾反气旋异常偏弱（，）。为了去除年代际变化的可能影响，我们选取 年以后的年份进行合成分析。将秋冬季发生 珘 事件的年份根据其春季演变特征分为两类，上一年秋冬季赤道中东太平洋海温为冷海温，次年转为暖海温 的 年 份 有：、年；赤道中东太平洋海温在秋冬季为冷海温，次年冷海温持续的年份有：、年。春季转为暖水的年份，位势高度场在欧亚大陆中纬度地区为“两脊一槽”的波列分布，贝加尔湖以东的东北亚地区为位势高度场正距平控制，而在西北太平洋地区为“北高南低”分布。由于赤道中东太平洋变暖引起异常对流加热，通过 响应在热源西侧产生一对沿赤道对称的气旋性环流（，），因此菲律宾以东的热带西太平洋地区 风场上第 期 龚振淞等：年春季我国气候异常特征及成因分析 为异常气旋，对流层中层为负高度场距平，副高强度偏 弱（图）。年春季 位势高度场基图（）春季东北亚高压脊指数与同期中国春季降水的相关系数，（）年春季东北亚高压脊指数历年变化 （），（）本再现了赤道中东太平洋海温由冷水转为暖水年的环流特征，尤其是在西北太平洋地区为典型“北高南图（）年春季海表温度距平分布和（）年月至 年月 珘 海温指数的逐月变化 （），（）珘 图（）上年秋冬季赤道中东太平洋海温为冷水、次年转为暖水的年份合成，（）上年秋冬季赤道中东太平洋海温为冷水、次年持续冷水的年份合成，以及（）年春季的 位势高度距平场（填色）和 风场距平（风矢）（）（）（），（），（）气象 第 卷低”分布，菲律宾以东的热带西太平洋地区 风场上为异常气旋性环流，对流层中层为负高度场距平，副高强度偏弱（图）。该年欧亚大陆中纬度地区也为“两脊一槽”的波列分布，这种分布型有利于中西路冷空气南下影响我国，东亚上空这种反气旋式环流使得东亚大槽偏东偏弱，并使得我国东部出现南风异常，有利于我国东部南支水汽北上（马京津等，），为华北地区的降水提供有利条件。反之，如果前一年冬季赤道中东太平洋为冷海温，次年赤道中东太平洋仍然维持冷海温，则次年春季 高度场上（图），西北太平洋地区虽然也是“北高南低”的分布型态，但是东北亚上空的高压脊位置主要在鄂霍次克海东部，由于高压位置偏东，高压南侧西北太平洋暖湿气流输送路径偏东，不能输送到我国华北、黄淮一带，因此华北、黄淮一带降水偏少（图略）。结论与讨论利用全国站点降水和气温资料，大气再分析资料和海温数据，总结了 年春季我国主要气候异常特征，并初步分析了 年春季导致华北、黄淮地区降水异常偏多的可能成因。主要结论如下：（）年春季全国平均气温为 ，较常年同期（）偏高，为 年以来历史同期第七高。从空间分布来看，呈中东部偏高、西部偏低的分布特征。全国平均降水量为 ，较常年同期（）偏少，呈现“北多南少”的分布特征。华北、黄淮和青藏高原降水异常偏多，内蒙古东部、东北和西南地区降水异常偏少，其中云南东部、广西西部春季气象干旱持续发展，部分地区达到特旱级别。（）年春季 位势高度场上，亚洲中高纬呈现出“两脊一槽”型分布特征。乌拉尔山和贝加尔湖以东地区为正高度距平，贝加尔湖至巴尔喀什湖为负高度距平控制，贝加尔湖低槽有利于冷空气南下。东北亚上空为异常高压脊，定义的东北亚高压脊指数在 年春季为，超过个标准差，为 年以来第四强，其异常偏强利于我国北方降水偏多。长江以北反气旋式环流异常引导西北太平洋暖湿气流向西北输送影响我国，冷暖气流交汇造成 年春季华北、黄淮等地降水异常偏多。江南东部、华南受西太平洋异常气旋西侧东北气流控制，西南地区受孟加拉湾异常反气旋东侧偏北气流控制，降水偏少。（）年月开始一次 珘 事件，该事件一直持续至 年月结束。年的秋冬季赤道中东太平洋为异常冷水，月赤道中东太平洋海温开始转为暖水位相，海温异常对热带和副热带大气环流产生显著影响。中纬度“两脊一槽”的分布型有利于中西路冷空气南下影响我国，东亚上空反气旋式环流使得东亚槽偏东偏弱，我国东部出现偏东南风异常，为华北黄淮地区的降水提供有利条件。本文仅对大气环流和赤道中东太平洋海温外强迫这两方面对 年春季气候异常的影响进行了讨论，是否还有其他可能因子影响 年中国春季降水还需要进一步深入研究。参考文献顾伟宗，陈海山，孙照渤，华北春季降水及其与前期印度洋海温的关系 南京气象学院学报，（）：，（）：（）国家气候中心，年月 中 国 气 候影 响评 价 ：，：（）国家气候中心，年月中国气候影 响评 价 ：，：（）国家气候中心，年月 中 国 气 候影 响评 价 ：，：（）韩晋平，王会军，姜大膀，耦合模式长期积分资料所揭示的华南春季降水及环流特征的年际变化气候与环境研究，（）：，（）：（）洪洁莉，郑志海，年春季我国气候特征及成因分析气象，（）：，（）：（）蒋品平，赵平，春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常第 期 龚振淞等：年春季我国气候异常特征及成因分析 气象学报，（）：，（）：（）李多，刘芸芸，年春季我国气候异常特征及成因分析气象，（）：，（）：（）李锦，李春，中国东南春季降水异常特征及其与 关系的年代际变化 中 国 海 洋 大 学 学 报，（）：，（）：（）李依瞳，赵琳娜，巩远发，等，春季南支槽与中国降水的关系及成因成都信息工程大学学报，（）：，（）：（）刘芸芸，陈丽娟，年春季我国主要气候异常特征及可能成因分析 气象，（）：，（）：（）刘芸芸，高辉，年春季我国气候异常特征及可能成因分析气象，（）：，（）：（）陆日宇，与华北地区春季降水量异常关联的大气环流异常气候与 环 境 研 究，（）：，（）：（）马京津，高晓清，曲迎乐，华北地区春季和夏季降水特征及与气候相关的分析气候与环境研究，（）：，（）：（）任芝花，余予，邹凤玲，等，部分地面要素历史基础气象资料质量检测应用气象学报，（）：，（）：（）王群英，龚道溢，华北降水资源的变化及其与厄尔尼诺的关系自 然 资 源 学报，（）：，珘 ，（）：（）王遵娅，柳艳菊，丁婷，等，年春季气候异常及可能成因分析气象，（）：，（）：（）詹丰兴，刘芸芸，何金海，江南春季降水的准振荡及其与热带海温异常的关系 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