2021年夏季我國氣候異常特征及成因分析*

趙俊虎 陳麗娟,2 章大全

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 南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，南京 210044

提 要： 2021年夏季我國天氣氣候異常特征突出，極端天氣氣候事件多，東部主要多雨區在我國北方，降水的季節內變化顯著，華南前汛期開始偏晚、江淮流域梅雨和華北雨季開始偏早。東亞大氣環流季節內變化對降水異常的空間分布影響較大。6月，東北冷渦活動頻繁，導致東北及鄰近區域降水異常偏多，黑龍江、嫩江流域發生嚴重汛情；東北冷渦的異常活躍可能受到前期北大西洋三極子海溫持續正位相的影響。7月，長江下游至內蒙古東部的經向型多雨帶及河南特大暴雨，主要受到臺風煙花長時間維持和北上、偏強的大陸高壓和偏東偏北的西太平洋副熱帶高壓的綜合影響；副熱帶大氣環流表現出對前期事件衰減的滯后響應可能是重要原因。8月，副熱帶高壓異常偏強、偏南，水汽輸送異常輻合區位于我國長江流域，導致持續時間長的“倒黃梅”天氣；8月熱帶大氣低頻振蕩處于印度洋達22 d，平均強度偏強，可能是導致副熱帶大氣環流季節內轉折的重要原因。

引 言

中國地處亞澳季風區，在亞澳季風系統多個成員的共同影響下，氣候年際變率較大，汛期氣候異常往往會導致嚴重的旱澇災害，給我國經濟發展、人民生產生活造成嚴重損失(張慶云等，2003a；2003b；黃榮輝等，2006；丁一匯，2013)，如1998年、1999年、2016年和2020年長江流域的特大洪澇災害(陶詩言等，1998；李維京，1999；范梅珠和江吉喜，2001；袁媛等，2017；趙俊虎等，2018；2021)，2003年和2007年淮河流域的嚴重洪澇災害(康志明，2004；王維國等，2008；高輝和王永光，2008)，2006年、2009—2010年西南地區發生嚴重干旱(李永華等，2009；黃榮輝等，2012)，等等。在全球變暖的背景下，氣候異常和極端天氣氣候事件發生的可能性增加(IPCC，2021)。

近幾十年來的科學研究和業務實踐表明，影響我國夏季氣候異常的因子非常復雜，既有太平洋、印度洋、大西洋海溫異常和歐亞、青藏高原積雪異常等外強迫因子，還有西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)、臺風和歐亞中高緯槽脊分布等大氣環流因子。不同年份的主導影響因子也不完全不同，且因子間的影響往往是相互的、非線性的。另外，夏季氣候異常是多種時間尺度疊加的結果，既有天氣、季節內和季節尺度的影響，還有年際、年代際和氣候變化尺度的貢獻，給短期氣候預測帶來了困難和挑戰。診斷分析夏季氣候異常尤其是降水異常的成因，深入認識旱澇致災機理，對提高預測水平有重要的作用。為此，國家氣候中心近年來加強了當年汛期氣候異常成因分析和預測總結(陳麗娟等，2013a；2013b；2016；2019；孫林海等，2015；封國林等，2015；袁媛等，2017；鄭志海和王永光，2018；顧薇和陳麗娟，2019；Chen et al，2019；丁婷和高輝，2020；劉蕓蕓等，2021)。

2021年夏季，全球高影響天氣氣候事件頻發，北美地區6月下旬到7月上旬出現極端高溫熱浪天氣，7月上中旬德國等地發生嚴重洪澇災害。我國的天氣氣候也出現了明顯區域性、階段性和極端性特征，其中6月黑龍江流域發生嚴重汛情；7月17—23日，河南發生特大暴雨洪澇災害；7月25—30日，臺風煙花兩次在浙江登陸，北上影響華東、華北和東北等地9個省(直轄市)，且移動速度慢，為1949年以來在我國陸上滯留時間最長的臺風，累計雨量大；8月長江中下游地區出現強降水集中期，形成持續時間較長的“倒黃梅”天氣。為進一步探討2021年我國汛期氣候異常的獨特性和可能原因，本文首先回顧了2021年汛期氣候異常特征，包括降水、洪澇災害、臺風、東部雨季季節進程和氣溫等，并重點從汛期大尺度環流的季節、季節內尺度演變特征，以及海溫等外強迫的可能影響等方面進行成因分析，以期加深對2021年夏季氣候異常成因的認識，為今后的汛期氣候預測提供更多的參考。

1 資料與方法

本文使用的資料包括：中國氣象局國家氣象信息中心整編發布的“中國地面基本氣象要素日值數據集(V3.0)”，包含中國2 474個基本、基準氣象站、一般氣象站1951年1月以來的逐日氣溫和降水量觀測資料(任芝花等，2012)；美國國家環境預報中心(NCEP)和美國國家大氣研究中心(NCAR)發布的大氣環流再分析資料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率為2.5°×2.5°；美國NOAA提供的全球逐月海溫資料(Reynolds et al，2007)，水平分辨率為2°×2°；大氣環流和海溫資料長度均為1948年1月至2021年8月。

本文選用的東亞夏季風指數包括：張慶云等(2003a)利用東亞熱帶季風槽區(10°～20°N、100°～150°E)與東亞副熱帶地區(25°～35°N、100°～150°E)平均850 hPa緯向風的距平差定義的東亞夏季風指數；Wang and Fan(1999)利用區域(5～15°N、90°～130°E)與區域(22.5°～32.5°N、110°～140°E)850 hPa緯向風之差定義的東亞夏季風指數；祝從文等(2000)將東西向海平面氣壓差與低緯度高、低層緯向風切變相結合定義的東亞夏季風指數。副高各指數采用劉蕓蕓等(2012)定義的方法計算。文中部分圖形和海溫指數出自國家氣候中心開發的“氣象災害影響評估系統”和“氣候與氣候變化監測預測系統”、及國家氣象中心的“中長期天氣預報”平臺。文中冬季指上一年12月至當年2月，春季為當年3—5月，夏季為當年6—8月。氣候常年值為1981—2010年的平均值。在分析海溫對夏季環流的可能影響時，使用線性回歸的方法，回歸時段選取1981—2020年。

2 2021年夏季我國氣候異常特征

2.1 降水異常和旱澇災害

2021年夏季，全國平均降水量為334.1 mm，較常年同期(325.2 mm)偏多2.7%(圖1a)。但旱澇分布有明顯的空間差異，主要多雨區在我國北方，我國東部降水異常呈現長江中下游及其以北大部地區偏多、以南偏少的“北澇南旱”型分布(圖1b)。其中內蒙古中東部、東北西部、華北東部、黃淮、江淮、江漢、江南東部、西南地區東北部、新疆西南部等地降水偏多2成至1倍。2021年夏季雨型的分布與預測業務上常用的四類雨型明顯不同(孫林海等，2005)，同時具有北方型、淮河型和長江型這三種雨型特點。

圖1 1961—2021年夏季(6—8月)全國平均降水量歷年序列(a，黃色柱為2021年),2021年夏季全國降水量距平百分率分布(b),全國降水日數距平(c),全國極端日降水量事件站點分布(d)Fig.1 (a) Time series of the summer (June-July-August) precipitation averaged in China during 1961-2021 (yellow bar： 2021); distribution of (b) precipitation anomaly percentage, (c) rain day anomaly and (d) extreme daily precipitation stations in China in summer 2021

就分省而言，河南偏多62.2%，浙江偏多45.8%，均為1961年以來同期最多；北京偏多65.2%，為1961年以來第三位；天津偏多56%，為1961年以來第六位。寧夏降水偏少88.9%，1961年以來同期最少；甘肅、內蒙古西部、陜西中北部、廣西和廣東降水偏少3成左右，氣象干旱長時間持續發展。

從夏季降水日數距平(圖1c)來看，長江中下游、黃淮北部、華北東部、東北西部和內蒙古東部等地降水日偏多4～8 d，部分地區偏多8 d以上；西北大部、內蒙古西部、西南南部、江南西南部和華南西部降水日較常年同期偏少2 d以上，陜北局部、云南西部、廣西東部和北部等地偏少8 d以上。

夏季降水極端性顯著，全國有240個站出現極端日降水量事件，主要分布在西南地區東部、長江中下游、黃淮、華北、內蒙古東部和東北西部地區，其中河南鄭州(552.5 mm)、四川渠縣(334.0 mm)、江蘇泗陽(322.3 mm)、湖北宜城(312.9 mm)等60個站突破歷史極值(圖1d)。有332個國家級氣象觀測站連續降水日數達到極端事件標準，其中四川鹽源(41 d)、內蒙古富河(40 d)等56個站突破歷史極值；有284個國家級氣象觀測站連續降水量達到極端事件標準，其中河南鄭州(852.0 mm)、福建長樂(558.3 mm)、浙江紹興(507.4 mm)等58個站突破歷史極值。尤其是7月17—22日，河南發生特大暴雨和洪澇災害。河南中北部局地連續4天出現大暴雨，鄭州和新鄉連續2天出現特大暴雨，強降水中心位于鄭州、鶴壁、新鄉和安陽，最強時段為19—21日。河南省中北部大部分地區累計降水量超過500 mm，其中鄭州白寨觀測站為993.1 mm，鶴壁科創中心觀測站為1 122.6 mm。河南全省近一半氣象觀測站點單日降水量超過100 mm，近1/6國家級氣象站日降水量突破建站以來歷史極值。本次強降水過程呈現出范圍廣、累計降水量大、持續時間長、短時降水極強、極端性突出等特點。極端強降水及次生災害導致鄭州等城市發生嚴重內澇，中小河流出現超警洪水。

夏季降水存在明顯的季節內變化特征。2021年6月，我國東部降水總體呈現“北多南少”分布，但多雨區較為分散，主要在內蒙古東部、東北大部、華北西部和東部局部、黃淮東部，而黃淮西部、江淮、江漢、江南西部和華南大部等地降水偏少(圖2a)。7月，東部降水仍呈“北多南少”分布，但多雨帶較為連續，內蒙古中東部向南經華北東部至長江中下游降水呈現經向型異常偏多特征，其中內蒙古中東部局部、華北東部、黃淮西部、江淮東部、江南東北部等地偏多5成以上，河南北部偏多2倍以上，西北地區東部至華北西部、東北東部、江南南部和華南等地偏少2成以上(圖2b)。8月，我國東部降水異常分布發生明顯轉變，降水偏多區域主要在我國中部地區和東北西部地區，黃淮大部、江漢、江南北部、西南地區東部、東北西部局部、新疆東北部等地降水較常年偏多5成以上，西北地區中東部大部、內蒙古中西部、西藏西部、華北西部、華南西部等地降水偏少2成以上(圖2c)。可見7月的降水異常型基本決定了夏季的降水異常。6月和8月對夏季的降水異常貢獻主要是東北西部和長江中下游地區。

2.2 我國東部汛期雨季進程

2021年，亞洲夏季風爆發時間總體偏晚，其中南海夏季風于5月第6候爆發，爆發時間較常年(5月第5候)略偏晚。東亞夏季風階段性偏強。我國東部雨季進程呈現階段性和轉折性變化特征，總體表現出前期偏晚、后期偏早，強度為前弱后強。表1給出了雨季的主要監測指標。華南前汛期于4月26日開始，較常年(4月6日)偏晚20 d，為1981年以來第7偏晚年；7月2日結束，較常年(7月6日)偏早4 d；雨量為494.6 mm，較常年偏少31.1%。江南地區于6月9日入梅，較常年偏晚1 d；于7月11日出梅，較常年偏晚3 d；梅雨量為309.1 mm，較常年偏少15.4%。長江中下游地區于6月10日入梅，較常年偏早4 d；于7月11日出梅，較常年偏早2 d；梅雨量為259.4 mm，較常年偏少7.7%。江淮地區于6月13日入梅，較常年偏早8 d；于7月11日出梅，較常年偏早4 d；梅雨量為227.3 mm，較常年偏少14.0%。華北雨季于7月12日開始，較常年偏早6 d；于9月9日結束，較常年偏晚22 d，雨季長達59 d，為1961年以來第二長(僅次于1973年的60 d)。2021年華北雨季期間，平均降水量為276.4 mm，較常年偏多103.7%，為1961年以來第三多。

圖2 2021年6月(a)，7月(b)和8月(c)全國降水量距平百分率分布Fig.2 Distribution of precipitation anomaly percentage in (a) June, (b) July, and (c) August in 2021

表1 2021年中國東部雨季進程Table 1 The process of rainy season in eastern China in 2021

圖3為2021年汛期(4—8月)我國東部110°～120°E平均降水緯度-時間剖面，可見華南前汛期降水開始偏晚、強度弱，主要降水過程在6月；梅雨期降水開始總體偏早，梅雨期降水前期(6月9—26日)持續性差、有明顯的間歇期、強度偏弱，后期(6月27日至7月4日)偏強。北方雨季開始時間偏早、強度明顯偏強，期間發生河南特大暴雨和臺風煙花北上帶來的強降水過程。8月中下旬，長江中下游地區發生持續的“倒黃梅”天氣，強度異常偏強。

伴隨著降水異常的季節內變化，我國西南地區東部、華南地區、西北地區東部等地氣象干旱階段性發展。初夏西南地區東部氣象干旱明顯，盛夏西北地區和華南地區的氣象干旱最重。而華北、黃淮、江漢等地遭受嚴重暴雨洪澇災害。全國呈現旱澇并重的特征。

2.3 臺風活動和強臺風煙花的影響

2021年夏季，西北太平洋及南海共有9個編號臺風(常年同期為11.2個)，有3個臺風(2106號臺風煙花、2107號臺風查帕卡、2109號臺風盧碧)登陸我國(常年同期為4.6個)，均較常年偏少。其中第6號臺風煙花對我國的影響最大，造成多地出現極端降水。“煙花”于7月18日編號，分別于7月25日和26日在浙江舟山和平湖登陸，成為1949年以來首個在浙江省內兩次登陸的臺風，登陸后北上，先后給浙江、上海、江蘇、安徽、山東、河南、河北、天津、遼寧等省(直轄市)帶來強風雨影響，最后在渤海灣減弱為熱帶低壓，7月30日停編(圖4a)。該臺風具有移動速度慢、對我國的影響范圍廣、時間長(長達15 d 左右，其中陸上滯留時間為1949年以來最長)、累計降水量大的特點。影響期間，江浙滬、黃淮、華北南部等地降水量超過100 mm，浙江東部、江蘇西部和河南等地超過250 mm(圖4b)。“煙花”未登陸之前，和副高配合形成超強水汽輸送通道，對7月17—22日河南特大暴雨洪澇災害起到了關鍵作用，河南大部和河北西南部降水量達100 mm以上，河南北部部分地區降水量高達400 mm以上(圖4c)。25日登陸之后北上，給華東、黃淮東部、華北東部和東北西部等地帶來強降水，大部分地區降水量達100 mm以上，浙江東部和江蘇南部達250 mm 以上，浙江余姚累積降水量達1 022 mm，突破歷史極值(圖4d)。上述地區較常年同期偏多5成以上，浙江北部、江蘇南部、河南中部和北部、河北西南部偏多2倍以上(圖略)。

圖3 2021年4—8月我國東部110°～120°E平均降水5天滑動的緯度-時間剖面Fig.3 Time-latitude cross-section of the 5 d running-mean precipitation averaged over 110°-120°E from 1 April to 31 August 2021

2.4 氣 溫

2021年夏季，全國平均氣溫為21.7℃(圖5a)，較常年同期(20.9℃)偏高0.8℃，為1961年以來第6位。除河北東北部和遼寧西部部分地區氣溫偏低0.5～1℃外，全國其余大部分地區氣溫接近常年同期或偏高，其中黑龍江東部、西藏大部、青海南部、甘肅大部、寧夏大部、云南北部、廣西東北部、湖南南部等地偏高1～2℃(圖5b)。全國平均高溫日數有9.1 d，較常年同期(6.9 d)偏多2.2 d。黃淮中西部、江南中南部、華南、西北地區東部和西南部等地高溫日數偏多3～5 d，黃淮西部、江南西南部、華南大部偏多達5～10 d，華南中部和南部及湖南南部、江西南部等地超過10 d(圖5c)。夏季我國中東部出現7次階段性區域高溫天氣過程：其中，7月3—18日江南、華南、新疆等地出現持續高溫，7月20日至8月9日，新疆東部持續高溫，南方高溫區西移至廣西、湖南、江西、廣東西北部、四川東部及重慶等地。全國共有303個國家級氣象觀測站發生極端高溫事件，其中有50個站日最高氣溫突破歷史極值。

根據上述特征，2021年夏季天氣氣候極為異常，尤其是降水的階段性特征顯著且極端性強。6月，主要多雨區在東北和華北北部地區；7月，主要多雨帶在黃淮、華北大部、內蒙古中東部和東北西部；8月，主要多雨帶在長江流域。孫林海等(2005)、Yang et al(2017)結合業務需求，對中國東部季風區夏季降水進行了客觀分型，在空間上能夠將逐年的夏季降水異常空間分布分別歸為北方型、淮河型、長江型和華南型四類雨型。然而2021年夏季北方、淮河和長江中下游降水均顯著偏多，是前三種雨型的混合型。夏季環流季節內異常的持續使得降水的極端性很突出：6月，東北冷渦活躍，造成東北和相鄰的俄羅斯等地降水異常偏多，黑龍江、嫩江出現嚴重汛情；7月，副高北跳和臺風煙花活動造成河南發生特大暴雨洪澇災害；8月，副高南落，長江中下游地區發生長時間的“倒黃梅”天氣。針對2021年夏季降水階段性和極端性變化特征，下面從大氣環流特征和海溫的可能影響角度做初步成因分析。

圖4 2021年臺風煙花活動路徑和影響期間累計降水量(a)路徑，(b)生命期(7月18—30日)，(c)登陸前(18—25日)，(d)登陸后(25—30日)Fig.4 The track of Typhoon In-Fa and cumulative precipitation in eastern China during different periods in 2021(a) track, (b) 18 to 30 July, (c) 18 to 25 July, (d) 25 to 30 July

圖5 1961—2021年夏季全國平均氣溫及距平歷年序列(a),2021年夏季氣溫距平(b)和高溫日數距平(c)Fig.5 (a) Time series of averaged summer temperature and anomaly in China during 1961-2021, (b) distribution of temperature anomaly and (c) hot wave day anomaly in summer 2021

3 夏季降水異常成因分析

2021年夏季，歐亞中高緯度為“兩脊一槽”型環流，副高強度異常偏強(1961年以來歷史第三，僅次于2010年和2020年)、西伸脊點略偏西(121.9°E，較常年偏西6.7°)、脊線略偏南(25.2°N，較常年同期偏南0.3°)。850 hPa距平風場顯示，西北太平洋35°N以南為明顯的氣旋性距平環流，日本島及其以東地區為反氣旋性距平環流，我國長江流域以北地區為南風距平(圖略)。張慶云等(2003a)定義的東亞夏季風指數2021年為0.34，反映了東亞夏季風強度總體偏強。從夏季逐月降水及環流異常變化來看，6月、7月、8月降水異常與環流系統均呈現顯著的差異，因此下面分別針對逐月降水異常特征進行成因分析。

3.1 6月降水異常成因

2021年6月，歐亞中高緯環流呈“兩脊兩槽”型(圖6a)，烏拉爾山高壓脊和東北亞高壓脊明顯偏強，巴爾喀什湖至我國東北上空和勘察加半島以東為低壓槽區，東北上空為低壓中心之一，冷渦異常活躍。副高較常年明顯偏強、略偏西，脊線位置較常年平均偏南1.7°。月內副高大部分日數強度明顯偏強(圖7a)，脊線位置卻波動較大，上半月偏北，下半月偏南(圖7b)。日本以南的西北太平洋對流層低層為異常氣旋性環流，日本上空為異常反氣旋性環流(圖6b)，來自西北太平洋北部的東南水汽輸送偏強，與東北冷渦配合，造成我國北方地區為水汽通量異常輻合區(圖6c)，降水偏多(圖2a)。從東亞夏季風的監測可見，Wang and Fan(1999)定義的指數顯示6月6—13日偏強，月內其他時段強度接近常年至略偏弱(圖7c)；根據祝從文等(2000)定義的東亞夏季風強度指數，月內總體大于氣候值(圖7d)。表明東亞夏季風為偏強的特征。此外，巴爾喀什湖低壓槽階段性偏強，導致新疆西南部和西藏西部發生極端強降水，降水異常偏多2倍以上(圖2a)。

圖6 2021年6月大氣環流距平場(a)500 hPa高度場(等值線)和距平場(填色)(紅色等值線表示氣候平均5 880和5 860 gpm)，(b)850 hPa風場距平(單位：m·s-1，AC和C分別表示反氣旋和氣旋)，(c)對流層整層積分水汽通量(矢量，單位：kg·m-1·s-1)及水汽通量散度(填色，單位：10-5 kg·m-2·s-1)距平場Fig.6 Atmospheric circulation anomalies in June 2021(a) 500 hPa geopotential height (contour) and anomalies (colored) (red contour: the climatological 5 880 and 5 860 gpm contours), (b) 850 hPa wind anomalies (unit: m·s-1, AC: anticyclonic anomaly, C: cyclonic anomaly), (c) anomalous moisture flux integrated from 1 000 hPa to 300 hPa (vectors, unit: kg·m-1·s-1) and divergence (colored, unit: 10-5 kg·m-2·s-1)

根據國家氣候中心對東北冷渦活動的監測，2021年5月和6月，東北冷渦活動日數分別為20 d和15 d。東北冷渦活動頻繁，一方面導致內蒙古東部、東北大部地區降水異常偏多，黑龍江和嫩江等河流出現洪水和嚴重汛期；另一方面引導大量冷空氣南下，與5月偏南的副高配合，導致長江中下游大部分地區降水偏多，與6月中下旬偏南的副高配合，造成江南東部降水偏多。眾多研究表明，東北冷渦是東亞中高緯地區重要的天氣系統，盡管其時間尺度為天氣尺度，但是頻繁的東北冷渦活動具有顯著的“氣候效應”，這種“氣候效應”不僅會影響東北地區的氣候，而且影響梅雨期降水特征(He et al，2007；Hu et al，2010；Shen et al，2011；Zhao et al，2018)。而東北冷渦活動的異常可能與北大西洋三極子(NAT)位相有密切的聯系，研究顯示當春季NAT處于正位相(北大西洋海溫從低緯至高緯呈“- + -”的距平分布)時，通過激發歐亞中高緯度遙相關波列，造成春末夏初(5—6月)我國東北地區及其周圍為低壓中心，導致東北冷渦活躍(Fang et al，2018；2020)。2021年春季NAT處于典型的正位相(圖8a)，且這種正位相一直維持到6月(圖8b)。圖8c 給出了1981—2021年4—6月平均的NAT指數序列，其中2021年為0.81，列1995年以來的第8位。從4—6月平均的NAT指數回歸的6月500 hPa 高度場可見，歐亞中高緯從北大西洋北部向東至我國東北地區呈現“- + - + -”的遙相關波列，東北地區至日本島為顯著的負高度距平(圖8d)，有利于東北冷渦活躍。

3.2 7月降水異常成因

2021年7月，歐亞環流形勢有明顯的調整。歐亞中高緯呈“兩脊一槽”型，兩個高壓脊分別位于歐洲和貝加爾湖至鄂霍次克海地區，烏拉爾山北部為低壓槽，貝加爾湖至我國北方的大陸高壓偏強，中高緯度環流經向度較6月減小。副高接近常年略偏強，西伸脊點較常年平均偏東10.5°，脊線位置較常年平均偏北1.2°(圖9a)。副高上半月偏強、脊線接近常年，下半月強度減弱、脊線異常偏北(圖7a和7b)。臺灣島以東的對流層低層為異常氣旋環流，日本列島以北為異常反氣旋環流(圖9b)，該氣旋和反氣旋中心相比6月均西移。東亞夏季風監測表明，7月下半月夏季風強度異常偏強(圖7c和7d)。

圖7 2021年夏季關鍵環流指數的逐日變化(a)副高強度指數，(b)副高西段(110°～130°E)脊線指數，(c)Wang and Fan(1999)和(d)祝從文等(2000)定義的東亞夏季風強度指數(灰線：氣候平均，點線：2021年)Fig.7 Daily variation of indexes in summer 2021 (a) intensity index and (b) ridge line position index of western part of WPSH (110°-130°E), (c, d) the EASM index defined by (c) Wang and Fan (1999) and (d) Zhu et al (2000) (grey line: climate average, dotted line: 2021)

圖8 2021年(a)春季和(b)6月海溫距平分布，(c)1981—2021年4—6月平均的北大西洋三極子指數,(d)1981—2020年4—6月平均的北大西洋三極子指數回歸的6月500 hPa位勢高度場(單位：gpm)(圖8d中淺灰和深灰陰影分別表示通過0.10和0.05顯著性水平檢驗)Fig.8 Distribution of sea surface temperature anomalies in (a) spring and (b) June of 2021, (c) April-May-June averaged North Atlantic triple (NAT) index during 1981-2021 and (d) regressions of the 500 hPa geopotential height anomalies (unit: gpm) in June against the April-May-June averaged NAT index during 1981-2020 (Light and dark shadows indicate passing the 0.10 and 0.05 significant level tests in Fig.8d, respectively)

副高和東亞夏季風月內的變化與臺風煙花密切相關，“煙花”于7月18日編號，30日停編，生命期長達13 d，長時間盤踞在西北太平洋副熱帶地區，導致副高偏東、偏北，東亞夏季風偏強。同時，“煙花”發揮了巨型“水泵”的作用，將西北太平洋的暖濕水汽源源不斷地輸送向我國，受偏強的大陸高壓、偏東偏北的副高及太行山、伏牛山等地形的共同作用，水汽在我國長江以北至內蒙古東部地區輻合(圖9c)，導致東北、華北、黃淮等地區降水異常偏多(圖2b)。因此，7月長江中下游至內蒙古東部的經向型多雨帶，主要是臺風煙花長時間活動、大陸高壓偏強和副高偏東偏北的綜合作用造成。

圖9 同圖6，但為2021年7月Fig.9 Same as Fig.6, but for July 2021

3.3 8月降水異常成因

2021年8月，歐亞環流形勢較7月出現顯著轉折。500 hPa高度場上，歐亞中高緯位勢高度呈“北高南低”異常分布，即北極濤動(AO)為負位相，烏拉爾山和鄂霍次克海上空為強高壓脊，我國北方地區上空為負距平，我國華北至東北地區為低壓槽，東北冷渦活躍，即西風帶環流的經向度明顯增大。東亞地區從南至北呈“+ - +”EAP負位相分布(圖11a)。副高強度異常偏強，為1961年以來第2位(僅次于2010年)；副高西伸脊點達109.1°E，可西伸至我國江南地區，較常年平均偏西23.8個經度，為1961年以來第6位；脊線位于28.2°N，較常年平均偏南0.6°。對流層低層，臺灣島以東為異常反氣旋性環流(圖11b)，副高引導的南海和西北太平洋水汽輸送明顯偏強，造成我國長江流域為水汽通量異常輻合區(圖11c)，導致長江中下游出現持續的“倒黃梅”天氣，降水異常偏多(圖2c)。此外，我國內蒙古東部和東北為異常氣旋性環流，鄂霍次克海為異常反氣旋環流控制，東北為偏南風異常，受東北冷渦和EAP負位相的共同影響，內蒙古東部和東北大部降水偏多(圖2c)。

8月東亞季風環流形勢為何發生突然轉折？監測顯示，2021年8 月，西北太平洋熱帶氣旋不活躍，共有4個臺風生成，且強度偏弱，其中只有1個登陸我國，這是導致華南地區降水異常偏少的主要原因。同時熱帶低頻振蕩(MJO)主要在印度洋區域活動(第2位相，圖12a)，且持續在第2位相達22 d，超過氣候平均值(5.7 d)16 d，為1979年以來歷史第2位，僅次于2008年(26 d)。2021年8月MJO處于第2位相的平均強度也較氣候平均偏強，為1979年以來歷史第7強(圖12b)。MJO在印度洋區域(2～3位相)活躍有利于西太副高的加強西伸(李崇銀等，2013)。因此，MJO活動異常可能是導致西太副高在8月異常偏強且臺風不活躍的重要原因。

圖10 2018年1月至2021年8月指數和SOI指數(a)以及1981—2020年冬季(b)和春季指數(乘以-1)回歸的7月500 hPa位勢高度距平場(單位：gpm)(圖10b和10c中淺灰、深灰陰影分別表示通過0.10和0.05顯著性水平檢驗)Fig.10 (a) Monthly index and standardized southern oscillation index (SOI) from January 2018 to August 2021, regressions of the 500 hPa geopotential height anomalies (unit: gpm) in July against the (b) winter and (c) spring index (multiplied by -1.0) during the period of 1981-2020(Light and dark shadows indicate passing the 0.10 and 0.05 significant level tests, respectively in Figs.10b and 10c)

4 結論與討論

2021年夏季，我國東部地區降水以北方偏多為主，多雨帶呈經向型分布，長江中下游、黃淮、華北和東北大部降水均較常年同期明顯偏多。此外，降水表現出了顯著的季節內變化特征，華南前汛期開始偏晚、江淮流域梅雨和華北雨季開始偏早。逐月降水異常成因明顯不同，初步結論如下：

(1)6月，東部降水總體呈現“北多南少”分布，東北和華北北部降水偏多主要受到東北冷渦活動頻繁的影響，而東北冷渦的異常活躍可能與春季以來NAT維持正位相有關(圖13)。

(3)8月，我國東部降水異常分布發生明顯轉變，降水偏多區域主要在長江流域，副高異常偏強、偏南，西北太平洋對流層低層由6—7月的氣旋性環流反轉為異常反氣旋性環流，水汽輸送異常輻合區位于長江流域，形成長時間的“倒黃梅”天氣，導致降水異常偏多。8月MJO長時間活躍于印度洋區域，且強度偏強，可能導致副熱帶大氣環流發生轉折，副高異常偏強西伸。

圖11 同圖6，但為2021年8月Fig.11 Same as Fig.6, but for August 2021

圖12 2021年7—9月MJO指數位相圖(a)(引自加拿大氣象局http:∥www.bom.gov.au/climate/mjo/，綠色為8月指數)，(b)1979—2021年8月MJO處于第2位相的日數和平均強度距平Fig.12 (a) Phase diagram of MJO index during July-September 2021 (cited from Bureau of Meteorology, http:∥www.bom.gov.au/climate/mjo/, with green for the August index), and (b) time series of activity days and intensity anomalies of MJO in Phase 2 in August during 1979-2021

圖13 2021年6—7月中國北方降水偏多形成的驅動因子及物理過程示意圖Fig.13 Schematic diagram describing what drives the super strong precipitation over the North China in June-July 2021