2019年江淮流域梅雨異常特征及成因分析*

牛若蕓 周 兵

1 國家氣象中心，北京 100081 2 國家氣候中心，北京 100081

提 要： 利用梅雨監(jiān)測、降水量觀測以及NCEP大氣再分析和海表溫度等資料，對2019年江淮流域梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因進行了分析研究，結(jié)果表明： 2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少,并且是1951年以來梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時間最晚的一年。三個子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步,江淮區(qū)出現(xiàn)空梅。6月上旬末至中旬前期冷空氣勢力的增強，阻礙和延后了東亞夏季風季節(jié)性北進的進程，導致了東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季轉(zhuǎn)換時間偏晚及江淮流域入梅偏晚。5—6月印度洋海溫偏暖(IOBW指數(shù)正異常)、南亞60°～80°E地區(qū)對流層中上層經(jīng)向溫度梯度逆轉(zhuǎn)(由負轉(zhuǎn)正)日期偏晚對2019年江淮流域入梅偏晚具有較好的超前指示性能。2019年梅雨季高層南亞高壓東部脊和東亞西風急流偏南，中層亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副熱帶高壓西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度偏高，低層東亞夏季風強度偏弱、前沿位置偏南。在上述多個大尺度環(huán)流系統(tǒng)異常特征共同影響下，江淮流域的長江中下游沿江以南地區(qū)處于高層強輻散和低層水汽通量經(jīng)向強輻合的疊置區(qū)中，非常有利于垂直上升運動發(fā)展和強降雨的形成，從而導致了梅雨量南多北少的分布特征。

引 言

梅雨是初夏時節(jié)江淮流域特有的連陰雨天氣，期間暴雨、大暴雨天氣過程頻繁出現(xiàn)，降水連綿不斷，多雨悶熱易生霉，謂之“霉雨”；此時正值江南梅子成熟季節(jié)，故又稱為“梅雨”。梅雨量的多寡和雨帶位置不僅直接影響江淮流域的旱澇及空間分布，還關(guān)系到中國夏季的旱澇趨勢和分布形態(tài)，為此對于梅雨的研究也格外受到氣象學者們的關(guān)注。已有研究表明，江淮流域梅雨特征及其影響存在明顯的年際差異，1998年和2016年梅雨造成了長江流域嚴重的大洪水(王建捷和陶詩言，2002；葉德超等，2019)，2003年和2007年梅雨則引發(fā)了淮河流域的洪澇災害(趙兵科等，2005；金榮花等，2008)，1991年和2008年入梅時間顯著偏早(何敏，1993；牛若蕓和金榮花，2009)，2009年卻出現(xiàn)了空梅(孫建華等，2011)。梅雨特征的多樣性和復雜性與多尺度大氣環(huán)流影響系統(tǒng)的共同影響及海-氣相互作用密切相關(guān)(丁一匯等，2007；梁萍等，2007)，不同年份的主導因子也有所不同。長江中下游地區(qū)2000—2007年連續(xù)八年梅雨期降水偏少的主導因子是東亞高空急流中準定常波動、西太平洋暖池強對流活動和西北太平洋熱帶氣旋活動(鮑名，2009)。2011年長江中下游梅雨強度偏強、入梅時間異常偏早則是受南海夏季風偏弱、爆發(fā)時間偏早的影響(朱偉軍等，2016)。20世紀90年代末中國梅雨雨帶呈明顯北移的趨勢是由于江淮梅雨期東亞中緯度地區(qū)對流層的明顯增暖和平流層的明顯冷卻引起了東亞副熱帶大氣擴張所致(Si et al，2009)。東亞副熱帶高空西風急流、西北太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)、阻塞高壓等也會對梅雨強度、位置及出現(xiàn)時間產(chǎn)生重要影響(杜銀等，2008；牛若蕓等，2011；張志剛等，2009；孫曉晴等，2020)。而當北太平洋海溫處于太平洋年代際振蕩(PDO)負位相背景下則易出現(xiàn)入梅偏晚、出梅偏早、梅雨期長度縮短、強度減弱的現(xiàn)象(蔣薇和高輝，2013)。

那么，2019年江淮流域梅雨又有哪些特征？引發(fā)這些特征的大氣環(huán)流影響因子有哪些？在中期延伸期時間尺度有哪些前兆信號可尋？本文針對以上問題展開了詳細的分析和討論，以期對2019年梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因形成較深入的認識，為今后的梅雨預報服務提供更多的參考和依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資 料

文中使用的逐日降水量觀測資料取自國家氣象信息中心數(shù)據(jù)庫，該資料經(jīng)過了嚴格的質(zhì)量控制。逐日全球大氣環(huán)流再分析資料來源于美國國家環(huán)境預報中心，水平分辨率為2.5°×2.5°，使用變量包括位勢高度、風、比濕、溫度等(Kanamitsu et al，2002;Kalnay et al，1996)。逐日全球線性最優(yōu)插值海表溫度(OISST-v2)資料(Reynolds et al，2007)來自于美國國家海洋和大氣管理局，網(wǎng)格點分辨率為0.25°×0.25°。江淮流域入(出)梅日期、梅雨季(期)長度等梅雨監(jiān)測信息為國家氣候中心基于GB/T 33671—2017《梅雨監(jiān)測指標》(中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會,2017)確定并發(fā)布，該標準將江淮流域(28°～34°N、110°～123°E)梅雨分為三個子區(qū)域進行監(jiān)測，即江南區(qū)(Ⅰ)、長江中下游區(qū)(Ⅱ)、江淮區(qū)(Ⅲ)，三個區(qū)中最早開始的入梅(最晚結(jié)束的出梅)日期即為江淮流域梅雨季節(jié)的入(出)梅日；區(qū)域梅雨量為梅雨季(期)內(nèi)區(qū)域平均逐日累計降雨量的總和。

除OISST-v2氣候平均場受資料起始時間的限制，為1982—2010年的平均外，上述其余所有資料的氣候平均場(值)均為1981—2010年的平均。

1.2 方 法

副高脊線、南亞高壓脊線采用Niu and Zhai(2013)文中定義計算得出。

東亞夏季風指數(shù)定義為20°～35°N、105°～122.5°E 范圍內(nèi)850 hPa經(jīng)向風的平均值(Niu et al,2015)，指數(shù)值越大表征東亞夏季風強度越強。東亞夏季風北緣位置的確定采用流場和氣團熱力屬性相結(jié)合的方法，流場上需為西南氣流，熱力屬性需滿足假相當位溫(θse)超過指定臨界值，已有文獻對于θse臨界值的選定有兩種，分別為335 K或340 K(李棟梁等，2013)。本文特意對比分析了近40年逐年梅雨季及其臨近時段的θse、風矢、經(jīng)向風和降水量沿110°～123°E平均的時間-緯度剖面(圖略)，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下θse的335 K和340 K線的南北進退基本保持一致而且間隔很小；但在梅雨季后期及出梅前后，有時會出現(xiàn)兩者間距較大的情況，此時340 K線與西南氣流的南風強梯度帶及梅雨帶的北緣聯(lián)系更為緊密。為此，本文以850 hPa風場為西南風且θse≥340 K的北界緯度來確定東亞夏季風的北緣位置。

熱帶印度洋全區(qū)一致海溫模態(tài)指數(shù)(Indian Ocean basin-wide mode，IOBW),為熱帶印度洋(20°S～20°N、40°～110°E)區(qū)域格點平均海表溫度距平(袁媛等，2017)。

對流層中上層(500～200 hPa)經(jīng)向溫度梯度(meridional temperature gradient of the middle-upper troposphere，MTGMUT)為500～200 hPa的25°N和22.5°N的平均溫度與7.5°N和5°N的平均溫度之差(李崇銀等，2004)。南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT發(fā)生逆轉(zhuǎn)的日期為南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT由負值轉(zhuǎn)為正值的日期，且該日之后的連續(xù)10 d中MTGMUT保持正值的天數(shù)需不少于7 d。

2 2019年梅雨異常特征

監(jiān)測結(jié)果顯示(表1)，2019年江淮流域梅雨季于6月16日入梅，7月17日出梅,梅雨季長度為31 d，由于入梅較常年偏晚8 d且出梅偏早1 d(李瑩等，2020)，梅雨季長度較常年偏短了9 d。各子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期的出現(xiàn)時間和長度接近，但由于江南區(qū)氣候平均的入、出梅時間早于長江中下游區(qū)，所以江南區(qū)梅雨期整體偏晚9 d，而長江中下游區(qū)則基本接近氣候平均態(tài)，兩區(qū)的梅雨期長度均接近氣候平均值。江淮區(qū)沒能達到入梅指標，出現(xiàn)空梅。

表1 2019年江淮流域梅雨監(jiān)測Table 1 The monitoring of Meiyu over the Yangtze-Huaihe River Basin in 2019

2019年江淮流域梅雨量為290.9 mm，較氣候平均值偏少15.3%，具有很強的區(qū)域差異性(丁婷和高輝，2020)，明顯呈現(xiàn)出南多北少的分布特征。緯度最南的江南區(qū)梅雨量為458.1 mm，較氣候平均值偏多25.4%；緯度居中的長江中下游區(qū)梅雨量為280.1 mm，基本接近氣候平均值；緯度最北的江淮區(qū)空梅，降雨量顯著偏少。2019年江淮流域梅雨季累計降雨量分布圖上(圖1)南多北少的分布特征也清晰可見，以長江為界，沿江以南地區(qū)累計降雨量普遍為200～400 mm，部分地區(qū)達500～700 mm，較常年同期偏多3～7成，局部偏多1 倍以上，累計降雨日數(shù)可達15～25 d(圖略)；沿江以北地區(qū)累計降雨量多為80～150 mm，僅少部分地區(qū)可達180～250 mm，較常年同期偏少3～7成,累計降雨日數(shù)一般不足15 d。事實上，直至進入7月中旬梅雨帶還停滯在長江以南的年份實屬少見，自20世紀50年代以來也僅有2019、1970、1992和1997年曾出現(xiàn)過(圖2)，這四年梅雨帶仍停滯在長江以南的截止日期依次為當年7月的16、14、11、13日。在這四年中，2019年還是梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時間最晚的一年。也正是由于梅雨帶進入7月中旬仍停滯在長江以南，較常年同期明顯偏南，致使梅雨量呈現(xiàn)出顯著的南多北少分布特征。

圖1 2019年江淮流域梅雨季(a)累計降雨量及其(b)距平百分率Fig.1 Accumulated rainfall (a) and its percentage anomalies (b) over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019

圖2 (a)2019年、(b)1970年、(c)1992年、(d)1997年沿110°～123°E平均的 逐日累計降雨量(填色)時間-緯度剖面(灰色為氣候平均值)Fig.2 Time-latitude cross-sections of daily accumulated rainfall (colored) averaged over 110°-123°E in 2019 (a), 1970 (b), 1992 (c), 1997 (d) (climatic mean shaded with gray)

綜上所述，2019年江淮流域梅雨季最顯著的特征為入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少；三個子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步、江淮區(qū)則出現(xiàn)空梅。其中，2019年江淮流域梅雨季長度偏短主要歸因于入梅日期偏晚，梅雨量總體偏少則與梅雨季長度偏短和江淮流域北部梅雨量偏少密切相關(guān)。為此，下文重點針對2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚和梅雨量南多北少的異常特征形成原因進行分析和討論。

3 2019年梅雨異常特征成因分析

3.1 入梅日期偏晚成因分析

梅雨是東亞夏季風在向北推進過程中在江淮流域停滯的產(chǎn)物，是在東亞夏季風系統(tǒng)中多個大尺度環(huán)流系統(tǒng)的最佳配合(或鎖定)下形成的(張慶云等，2003；Zhang et al, 2002)。副高作為東亞夏季風系統(tǒng)中的重要成員，對強降雨區(qū)位置有著重要的調(diào)節(jié)作用，當副高西伸北跳時暴雨帶向北移動，反之，當副高南撤東退時暴雨帶向南移動(陶詩言和衛(wèi)捷，2006)。尤為重要的是，副高第一次季節(jié)性北跳對應著東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季節(jié)的轉(zhuǎn)換，江淮流域隨之進入梅雨期；副高第二次季節(jié)性北跳對應著東亞大氣環(huán)流轉(zhuǎn)入盛夏階段，江淮流域梅雨亦隨之結(jié)束(張慶云和陶詩言，1999；竺夏英等，2008)。GB/T 33671—2017《梅雨監(jiān)測指標》明確限定，江淮流域梅雨季內(nèi)5 d滑動平均的副高西段脊線南界位置需≥18°N、北界位置需<27°N。由圖3可以清楚看到，早在2019年6月上旬前中期，副高西段脊線就北抬并越過18°N。受副高引導，低層西南暖濕氣流隨之向北涌并伴隨著θse≥340 K線北推進入江淮流域緯度帶，并與冷空氣在此交匯產(chǎn)生強烈的水汽輻合上升運動，接連出現(xiàn)了兩次區(qū)域性大到暴雨天氣過程，江南區(qū)連續(xù)4 d(6月6—9日)達到了梅雨日標準，江淮流域很有希望提前進入梅雨季節(jié)。然而在此之后，自北方南下的冷空氣勢力明顯增強，其前鋒大幅度南壓。受其影響，副高迅速南落，西段脊線持續(xù)8 d位于18°N以南，θse≥340 K的西南風帶隨之向南退出江淮流域，江淮流域轉(zhuǎn)為偏北氣流控制為主(如圖3b箭頭所示)，不利于降雨形成。可見，6月上旬末至中旬前期冷空氣勢力的增強，阻礙和延后了東亞夏季風季節(jié)性北進的進程以及東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季節(jié)的轉(zhuǎn)換，同時也影響了梅雨日的后續(xù)積累及梅雨季的提前開始。

直至6月16日以后，冷空氣勢力減弱，副高才出現(xiàn)了第一次階段性的季節(jié)性北跳，7月16日以前5 d滑動平均的副高西段脊線穩(wěn)定位于18°～27°N；同期，以θse≥340 K的西南風帶北界位置表征的東亞夏季風北緣也在江淮流域緯度帶內(nèi)南北擺動，低層季風涌不斷向江淮流域輸送大量的水汽和能量，與南下冷空氣在江淮流域頻繁交匯輻合；高層東亞副熱帶西風急流和南亞高壓也出現(xiàn)了階段性的向北推進，西風急流(≥30 m·s-1)帶南側(cè)和南壓高壓脊線北側(cè)的輻散區(qū)位于江淮流域上空，高層輻散抽吸作用進一步加劇了中低層的輻合上升運動。總之，在多個東亞夏季風系統(tǒng)成員的協(xié)同影響下，江淮流域進入多雨時段，強降雨過程頻發(fā)，于6月16日達到入梅標準，但入梅日期已較常年偏晚。

上文分析了對2019年江淮流域入梅偏晚有直接影響的環(huán)流特征和成因，下文進一步探究對2019年江淮流域入梅偏晚有超前指示意義的間接影響因子和前兆信號。王永光和鄭志海(2018)研究表明，海溫等外強迫因子可對東亞夏季風系統(tǒng)產(chǎn)生顯著影響，印度洋海溫的持續(xù)偏暖是對厄爾尼諾事件的滯后效應，是副高繼續(xù)偏強、偏西的重要因素(袁媛等，2017)。試問印度洋海溫持續(xù)偏暖是否對副高緯度位置也會產(chǎn)生影響呢？為此計算了1982—2019年5月各旬IOBW指數(shù)與6—7月逐旬副高西段脊線位置距平的時滯相關(guān)系數(shù)(圖4a)，發(fā)現(xiàn)6月各旬的副高西段脊線位置距平與其前1～3旬的IOBW指數(shù)存在較好的滯后負相關(guān)，特別是6月上旬的副高西段脊線位置距平與5月三個旬的IOBW指數(shù)均高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.343～0.408，全部通過了α=0.05的顯著性水平t檢驗。2019年5—6月印度洋海溫持續(xù)偏暖(圖4b)，其中5月下旬至6月中旬偏暖尤為明顯(超過了0.5℃)，與6月副高西段脊線位置大多處于較常年同期偏南(圖3a)的趨勢正好反向。已有研究表明，入梅偏晚年，6月副高西段脊線位置多偏南，副高第一次季節(jié)性北跳也偏晚(汪靖等，2008；趙俊虎等，2018)。由上述分析可見，5—6月印度洋海溫持續(xù)偏暖(IOBW指數(shù)正異常)對2019年江淮流域入梅偏晚有較好的超前指示性能。

圖3 2019年6—8月逐日的(a)副高西段脊線位置以及沿110°～123°E 平均的(b)850 hPa風(矢量箭頭，單位：m·s-1) 和假相當位溫(實線，單位：K)，(c)850 hPa水汽通量(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度 (填色，單位：kg·m-2·s-1)，(d)200 hPa位勢高度(黑線，單位：dagpm；紅色點劃線為南壓高壓脊線)、 緯向風(≥30 m·s-1，藍線)和散度(填色，單位：10-6 s-1)的時間-緯度剖面Fig.3 (a) Daily western ridge line position of the Northwest Pacific subtropical high averaged over 110°-130°E and time-latitude cross-sections averaged over 110°-123°E of (b) daily wind (vector arrow, unit: m·s-1) and potential pseudo-equivalent temperature (solid line, unit: K) at 850 hPa, (c) water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa, (d) geopotential height (black line, unit: dagpm； red line： ridge line of South Asian high) and zonal wind (≥30 m·s-1, blue line) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) at 200 hPa in June-August 2019

圖4 (a)1982—2019年5月各旬IOBW指數(shù)與6—7月逐旬副高西段脊線位置距平的時滯相關(guān)系數(shù) (短劃線和點虛線分別指示α=0.05和0.1的顯著性水平)和(b)2019年5—6月逐旬平均IOBW指數(shù)Fig.4 (a) Time lagged correlation coefficients in ten-day periods between IOBW index in May and the western ridge position anomaly of the Northwest Pacific subtropical high averaged over 110°-130°E from June to July during 1982-2019 (Dashed line and dotted line show α=0.05 and 0.1 significance levels， respectively) and (b) IOBW index in ten-day periods from May to June in 2019

眾所周知，亞洲夏季風爆發(fā)與青藏高原迅速增溫變暖并加熱大氣關(guān)系密切。季風爆發(fā)前后,對流層中上層(500～200 hPa)大氣平均經(jīng)向溫度梯度(MTGMUT)逆轉(zhuǎn)為正值是加熱場變化的主要標志(毛江玉等，2002)。在南亞60°～80°E地區(qū),MTGMUT逆轉(zhuǎn)的氣候平均日期為5月26日，較江淮流域氣候平均入梅日期(6月8日)超前13 d。2019年，南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)的日期為6月7日(圖5a)，較當年江淮流域入梅日期6月16日超前9 d，且兩者均較常年偏晚(分別偏晚12 d和8 d)。為進一步驗證南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅日期之間的關(guān)系，計算了1951—2019年南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅日期的差值，結(jié)果表明69年中絕大部分年份的MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期都發(fā)生在江淮流域入梅日期之前(差值為負值)(圖5b)，并且南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期距平與江淮流域入梅日期距平之間高度正相關(guān)(圖5c)，相關(guān)系數(shù)達0.379，遠超α=0.05的顯著性水平，這表明南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期偏早(晚)的年份，入梅日期易出現(xiàn)偏早(晚)。由上分析可見，南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)的日期偏晚也可作為2019年江淮流域入梅偏晚的前兆信號。

圖5 南亞60°～80°E地區(qū)(a)2019年逐日的 MTGMUT及1951—2019年 MTGMUT逆轉(zhuǎn)日期與江淮流域入梅 日期的(b)差值和(c)距平Fig.5 Daily MTGMUT in 2019 (a) and deviation between the day of MTGMUT reverse and the day of Meiyu onset over the Yangtze-Huaihe River Basin in 1951-2019 (b) and their anomalies (c) over 60°-80°E of South Asia

3.2 梅雨量南多北少成因分析

既然梅雨的形成是對流層高、中、低層多個大尺度環(huán)流系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，梅雨量的空間分布形態(tài)自然與大尺度環(huán)流系統(tǒng)活動特征有著密切聯(lián)系。

在高層，2019年梅雨季南亞高壓東部脊線(110°～125°E)位于25°N附近，江淮流域所處經(jīng)度帶的東亞西風急流軸線位于36°N,兩者所處緯度位置分別較常年同期(圖6a和圖7a、7b)偏南1.5°和2°，致使南亞高壓東部脊線北側(cè)和西風急流入口區(qū)右后方的強輻散區(qū)位于長江中下游沿江以南地區(qū)。因此，梅雨季高層環(huán)流系統(tǒng)位置和輻散抽吸條件更有利于強降雨出現(xiàn)在長江中下游沿江以南，形成梅雨量南多北少分布特征。

在中層，2019年梅雨季亞歐中高緯環(huán)流呈“兩槽一脊”型(圖6b)，距平場上也呈“- + -”分布。高壓脊位于貝加爾湖附近，其東側(cè)為低壓槽區(qū)，且位于較高緯度的鄂霍次克海低壓槽與中國東部沿海低壓槽形成了同位相疊加之勢，高壓脊和低壓槽的強度均較常年同期偏強，中高緯環(huán)流經(jīng)向度相應偏大。此種中高緯環(huán)流特征一方面有利于引導高緯冷空氣南下進入江淮流域且勢力偏強，另一方面還一定程度地抑制了副高的季節(jié)性北跳，2019年梅雨季副高西部脊線(110°～130°E)平均位于21°N附近，較常年同期偏南1°～2°。此外，副高的偏南還與南半球環(huán)流異常有關(guān)。表2給出了1951—2019年6—7月澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度與同期的副高特征指數(shù)以及江淮流域累計降水量的標準化序列相關(guān)系數(shù)。表中清楚顯示，澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度與副高西段脊線和西伸脊點呈顯著的負相關(guān)(分別通過了α=0.1和α=0.05的顯著性水平t檢驗)，表明澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度偏高，有利于副高西部脊偏南、偏西。研究表明澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度偏高的這種異常擾動可通過羅斯貝波傳播到北半球副熱帶地區(qū),形成南北半球高度場的遙相關(guān),從而使我國南海至菲律賓北部副熱帶地區(qū)位勢高度增加，以及副高西部脊偏南、偏西(劉舸等，2008；周波濤，2011)。副高偏南勢必不利于梅雨帶位置偏北，表2中澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度與江淮流域的長江以南地區(qū)降水量也呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)高達0.371，遠遠超過了α=0.05的顯著性水平，這表明澳大利亞東側(cè)范圍位勢高度偏高更有利于江淮流域的長江以南地區(qū)降水量偏多，而與江淮流域的長江以北地區(qū)降水量相關(guān)并不明顯。以上分析與2019年梅雨季澳大利亞東側(cè)(35°～25°S、160°～170°E)范圍內(nèi)位勢高度總體明顯偏高(圖8a)，副高偏南偏西，江淮流域長江以南地區(qū)降水量顯著偏多的特點吻合良好。綜上所述，亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副高西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度偏高也是導致2019年梅雨量在長江以南明顯偏多的重要因素。

表2 1951—2019年6—7月澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度與 同期副高特征指數(shù)以及江淮流域累計降水量的標準化序列相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of standardized series between the geopotential height over east of Australia and the characteristic indexes of the Northwest Pacific subtropical high and accumulated precipitation over the Yangtze-Huaihe River Basin from June to July during 1951-2019

在低層，東亞夏季風由熱帶強西風氣流和副高南側(cè)偏東氣流轉(zhuǎn)向西南氣流匯合而成。2019年梅雨季，來自南半球的索馬里和孟加拉灣越赤道氣流較常年同期偏強，兩股越赤道氣流轉(zhuǎn)向為偏西氣流后途經(jīng)印度洋—孟加拉灣—中南半島進入我國南海和內(nèi)陸，成為江淮流域主要的水汽輸送通道，而源自副高南側(cè)的偏東氣流水汽輸送相對偏弱(圖6c、6d)。東亞夏季風降水的形成主要歸因于東亞夏季風在經(jīng)向上的輻合，梅雨期強降雨帶與低空急流軸左側(cè)的南風經(jīng)向輻合所形成的水汽通量經(jīng)向強梯度帶基本吻合(牛若蕓等，2011)。2019年梅雨季，東亞夏季風強度總體偏弱(圖8b)、前沿位置偏南，700 hPa 南、北氣流的交界地帶位于31°N附近，較常年同期偏南2°～3°(圖略)。與之相應，低層水汽通量經(jīng)向強梯度帶也較常年同期偏南，致使長江中下游沿江以南地區(qū)處于低層水汽通量經(jīng)向強梯度帶中，非常有利于長江中下游沿江以南地區(qū)的水汽輻合上升運動發(fā)展和強降雨的形成；而長江中下游沿江以北地區(qū)水汽輸送及輻合抬升條件均較差，不利于強降雨的形成(圖7c、7d)。為此，東亞夏季風強度偏弱、前沿位置偏南及伴隨的低層水汽通量經(jīng)向強輻合帶偏南是2019年梅雨量呈南多北少分布的又一重要因素。

圖6 2019年江淮流域梅雨季平均的(a)200 hPa位勢高度(黑實線，單位：gpm；黑色長虛線為南亞高壓脊線)、 緯向風(≥25 m·s-1，藍線)和散度(填色，單位：10-6 s-1)， (b)500 hPa位勢高度(黑實線，單位：dagpm；黑色長虛線為副高脊線)及其距平(填色)、 (c)850 hPa水汽通量(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度(填色，單位：kg·m-2·s-1)， (d)850 hPa水汽通量距平(矢量箭頭，單位：kg·m-1·s-1)及其散度距平(填色，單位：kg·m-2·s-1) (圖6a，6b中綠線指示同期氣候平均的副高和南亞高壓及其脊線)Fig.6 (a) Averaged geopotential height (black solid line, unit: gpm； black long-dashed line shows the ridge line of the South Asian high), zonal wind (≥25 m·s-1, blue line) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) at 200 hPa, (b) geopotential height (black line, unit: dagpm； black long-dashed line shows the ridge line of the Northwest Pacific subtropical high) and its anomalies (colored) at 500 hPa, (c) water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa, (d) anomalies of water vapor flux (vector arrow, unit: kg·m-1·s-1) and its divergence anomaly (colored, unit: kg·m-2·s-1) at 850 hPa over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019 (Green line shows the climatological contemporaneous mean of the Northwest Pacific subtropical high and South Asian high and their ridge lines in Figs.6a, 6b)

圖7 2019年江淮流域梅雨季(a，c)沿110°～123°E平均的不同物理量緯度-高度剖面及(b，d)同期氣候平均值 (a，b)緯向風(黑線，單位：m·s-1)和散度(填色，單位：10-6 s-1), (c，d)水汽通量(矢量箭頭，黑線為經(jīng)向分量，單位：kg·m-1·s-1)及其散度(填色，單位：kg·m-2·s-1) (虛線指示東亞夏季風影響下的強雨帶位置 )Fig.7 The latitude-altitude cross-sections of various physical quantities averaged over 110°-123°E over the Yangtze-Huaihe River Basin during the Meiyu season in 2019 (a, c) and their climatological contemporaneous mean (b, d) (a， b) zonal wind (black line, unit: m·s-1) and divergence (colored, unit: 10-6 s-1) , (c， d) water vapor flux (vector arrow, black line: meridional component, unit: kg·m-1 s-1) and its divergence (colored, unit: kg·m-2·s-1) (Dashed line shows the area of heavy rain belt under the influence of the East Asia summer monsoon)

圖8 2019年逐日的(a)澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi) 500 hPa平均位勢高度距平和 (b)東亞副熱帶夏季風指數(shù)距平Fig.8 Daily anomaly of (a) geopotential height at 500 hPa over the east of Australia and (b) East Asian summer monsoon index in 2019

4 結(jié) 論

本文利用梅雨監(jiān)測、降水量觀測以及NCEP大氣再分析和海表溫度等資料，對2019年江淮流域梅雨異常特征及其大尺度環(huán)流成因進行了分析研究，所得主要結(jié)論如下：

(1)2019年江淮流域梅雨季入梅日期偏晚、長度偏短，梅雨量呈南多北少分布且總體偏少,并且是1951年以來梅雨帶在長江以南停滯結(jié)束時間最晚的一年。三個子區(qū)中，江南區(qū)和長江中下游區(qū)梅雨期基本同步，江淮區(qū)出現(xiàn)空梅。

(2)6月上旬末至中旬前期冷空氣勢力的增強，阻礙和延后了東亞夏季風季節(jié)性北進的進程，導致了東亞大氣環(huán)流型由冬季向初夏季轉(zhuǎn)換時間偏晚,以及江淮流域入梅偏晚。5—6月印度洋海溫偏暖(IOBW指數(shù)正異常)、南亞60°～80°E地區(qū)MTGMUT逆轉(zhuǎn)(由負轉(zhuǎn)正)日期偏晚對2019年江淮流域入梅偏晚具有較好的超前指示性能。

(3)2019年梅雨季高層南亞高壓東部脊和東亞西風急流偏南，中層亞歐中高緯環(huán)流經(jīng)向度偏大、副高西部脊偏南、澳大利亞東側(cè)范圍內(nèi)位勢高度偏高，低層東亞夏季風強度偏弱、前沿位置偏南。在上述多個大尺度環(huán)流系統(tǒng)異常特征共同影響下，江淮流域的長江中下游沿江以南地區(qū)處于高層強輻散和低層水汽通量經(jīng)向強輻合的疊置區(qū)中，非常有利于垂直上升運動發(fā)展和強降雨的形成，從而導致了梅雨量南多北少的分布特征。