北大西洋濤動和英國-鄂霍次克海走廊型遙相關對2022年盛夏長江中下游極端高溫的影響

摘要 利用歐洲中期天氣預報中心的ERA5再分析資料，分析中高緯度大尺度環流異常對2022年盛夏長江中下游地區大范圍極端高溫事件的影響。結果表明，此次極端高溫異常主要受到東亞副熱帶異常反氣旋和北部異常氣旋的影響。該經向偶極型環流異常與北大西洋濤動（North Atlantic Oscillation，NAO）和英國-鄂霍次克海走廊型遙相關型（British-Okhotsk Corridor，BOC）密切相關。NAO正位相關聯的副熱帶急流波列有利于副熱帶反氣旋的形成。同時，正位相的BOC與絲綢之路遙相關耦合，有利于經向偶極型環流模態的形成。在該環流模態的影響下，對流層高層的南亞高壓和西風急流明顯增強且東伸，中低層西太平洋副熱帶高壓增強西伸。異常高壓控制下的下沉氣流以及西風急流出口區右側的下沉氣流通過絕熱下沉增溫與晴空短波輻射增溫，促進地表氣溫升高，進而引發極端高溫異常。

關鍵詞高溫;急流;遙相關

全球增暖背景下，中國高溫天氣發生的頻率顯著增加，嚴重影響公共健康、農業生產和社會經濟系統（Perkins et al.，2012;Sun et al.，2014;Lu and Chen，2016;江曉菲等，2020）。長江流域是中國高溫天氣最頻繁發生的區域之一，又是中國經濟發達和人口密集的區域。2022年夏季，長江流域發生了罕見的持續性高溫事件（李瑩等，2023;孫博等，2023）。中央氣象臺連續12 d發布高溫紅色預警，多地最高氣溫突破歷史極值。重慶最高氣溫達到45 ℃，福建連續高溫長達42 d，此次高溫事件對國民經濟和人民生活產生嚴重影（http：／／www.weather.com.cn／climate／2022／09／3560094.shtml）。研究此次極端高溫事件的形成機制，有利于發掘極端高溫可預報性和完善防災減災措施。

高溫的形成往往與大氣的下沉運動異常緊密聯系。下沉氣流一方面會引起干絕熱加熱增溫;另一方面不利于云的形成，進而導致太陽短波輻射入射增加，造成高溫天氣。當西北太平洋副熱帶高壓西伸和南亞高壓東伸時，中國南方處于下沉高壓的控制下，有利于形成高溫（Ding et al.，2010;Wang et al.，2016;Liu et al.，2019;Wei et al.，2019），而且高溫事件的持續時間也明顯延長（Li et al.，2021）。此外，東亞中緯度的高壓異常，有利于東亞副熱帶急流和急流次級環流北移，進而在高壓南側的長江流域形成下沉異常，促進高溫的形成（Wang et al.，2013;Tian et al.，2021）。

中高緯度大氣羅斯貝波對東亞大尺度環流和天氣氣候變率有重要影響（Kosaka et al.，2012;Lin，2014;Li et al.，2019）。北大西洋濤動（North Atlantic Oscillation，NAO）通過觸發向東亞傳播的波列，能夠影響長江流域熱浪的發生（Sun，2012;Deng et al.，2019）。Deng et al.（2018）指出，大氣環球遙相關使得東歐熱浪和東亞熱浪常常同時發生。低頻的羅斯貝波可以沿西風急流波導傳播，其生命期可以長達數月，形成波導遙相關型（Hsu and Lin，1992;Branstator and Teng，2017;Teng and Branstator，2019）。夏季歐亞大陸上空存在兩支急流波導，分別沿著極鋒急流和副熱帶急流（Iwao and Takahashi，2008）。波列沿副熱帶急流，可以形成環球遙相關（Ding and Wang，2005），使得東亞大氣環流異常。沿極鋒急流，急流波導遙相關型的第一模態和第二模態分別是英國-貝加爾走廊型和英國-鄂霍次克海走廊型（British-Okhotsk Corridor，BOC）。其中，BOC可以與絲綢之路遙相關耦合，對歐亞大陸的氣候產生明顯的影響（Xu et al.，2022）。因此，中高緯度大氣大尺度環流可能對長江中下游極端高溫的形成有重要影響。本文重點分析2022年長江中下游極端高溫的大尺度環流異常，及其與中高緯度遙相關型的聯系。為理解極端高溫機制和改進預報預測技術提供依據。

1 資料和方法

本文使用歐洲中期天氣預報中心的ERA5再分析資料，水平分辨率為1.0°×1.0°。包括月平均2 m氣溫、地表溫度、水平風、垂直速度、位勢高度等。為了分析大尺度大氣遙相關型與長江流域高溫的聯系，采用美國氣候預報中心提供的逐月NAO指數（https：／／www.cpc.ncep.noaa.gov／data／teledoc／telecontents.shtml）。逐月BOC指數則使用歐亞大陸高緯度地區（20°W～150°E，50°～80°N）200 hPa經向風EOF分析的第二主成分表示（Xu et al.，2022）。高溫日定義為日平均氣溫超過1979—2022年當日和前后7 d氣溫升序排列后的95％分位值。本文盛夏表示7月和8月。

2 2022年盛夏長江中下游高溫特征

2022年盛夏的長江中下游發生持續的高溫天氣。長江中下游平均氣溫一致偏高，在四川盆地最高可達5.1 ℃（圖1a）。區域平均氣溫為1979年以來最高，較常年偏高1.9 ℃。甚至比第二強的2013年偏高0.75 ℃（圖2）。伴隨盛夏平均氣溫偏高，長江中下游盛夏最高日平均氣溫也一致偏高，為1979年以來最高，較常年偏高約1.9 ℃，在四川盆地最高可達6.7 ℃（圖1b;圖2）。同時，長江中下游高溫日數和盛夏最長高溫事件持續時間一致偏多，且突破1979年以來極值，較常年分別偏多21 d和12 d，分別為歷史第二的1.7倍和2倍（圖1c、d;圖2）。所以，伴隨2022年盛夏長江中下游平均溫度突破歷史極值，盛夏高溫日數、最高氣溫和最長高溫事件持續時間都突破歷史極值，且數值遠遠超過歷史第二極值。

3 大氣環流異常

2022年盛夏7—8月，北半球中高緯度的環流異常非常明顯，相對正壓的異常環流中心呈波列形式從北大西洋上空一直影響至東亞地區上空（圖3）。此時，中國南方地區受到相對正壓的異常反氣旋高壓控制（圖3）。在對流層低層，該異常高壓控制我國南方地區，異常中心位于我國東南沿海和西北太平洋上空（圖3a）。隨高度升高，該異常高壓逐漸向北傾斜并向西延伸。在中層500 hPa上，高壓控制我國南方及青藏高原地區，表明西太平洋副熱帶高壓明顯加強且向西延伸（圖3b）。在高層200 hPa上，異常高壓向西延伸至地中海地區附近，表明高層南亞高壓強度偏強，位置偏北且東部顯著東伸（圖3c）。在其北側的東西伯利亞地區受到相對正壓的異常氣旋低壓控制（圖3）。北部的異常氣旋和南部的異常反氣旋共同形成經向偶極型的環流模態位于東亞地區上空（圖3c），兩者之間強烈的西風異常表明高層西風急流偏強偏北，急流出口區偏東。高層西風急流的次級環流對應出口區右側輻合下沉運動和我國南方異常反氣旋高壓的共同調制，使我國南方地區出現大范圍的大氣下沉運動異常，下沉中心位于長江中下游地區（圖4a）。長江中下游地區的異常下沉運動通過絕熱增溫有利于地表氣溫升高。此外，通過阻礙云的形成，引起入射到地表的太陽短波輻射增加（圖4b），增加地表溫度和感熱通量（圖4c、d），促進地表氣溫上升。可見，2022年盛夏時期長江中下游的極端高溫異常主要受到東亞上空經向偶極型的環流異常引起的極端下沉運動的影響。

東亞上空相對正壓的經向偶極型環流異常與上游區域的環流異常緊密聯系。圖3顯示北大西洋和歐亞大陸中高緯度地區（50°～80°N）的大氣環流異常呈現出明顯的準正壓波列結構，反氣旋異常中心位于北大西洋、西西伯利亞和遠東，氣旋異常中心位于東西伯利亞。該波列結構與正位相的BOC（圖5b）非常相似。BOC指數與長江中下游高溫日數顯著相關，兩者的相關系數為0.41（通過0.01信度的顯著性水平檢驗）。此外，格陵蘭島附近呈明顯的準正壓的位勢高度負異常，而北大西洋中緯度地區（40°～60°N）呈較強的準正壓位勢高度正異常。這種結構表明較強的NAO正位相（圖5a）。NAO與長江中下游高溫日數的相關系數達0.3（通過0.05信度的顯著性水平檢驗）。2022年盛夏NAO和BOC指數在不考慮趨勢的情況下都為歷史第二。此外，NAO（BOC）與高溫最長持續時間和最高溫的相關系數分別為0.31（0.41）和0.22（0.31）。這進一步說明了NAO和BOC與長江流域盛夏極端高溫事件聯系密切。為進一步揭示NAO和BOC與長江中下游高溫日數的聯系，利用多元線性回歸的方法重構高溫日數序列（式（2）），計算得到NAO和BOC指數所對應的回歸系數分別是1.8和2.4。重構的高溫日數序列與實際序列的相關系數為0.55，并在2022年達到極值（圖6）。此外，使用NAO和BOC指數重構的最高氣溫和最長高溫事件持續時間序列與實際序列的相關系數為0.56和0.37。

將200 hPa位勢高度分別回歸到NAO和BOC指數，并計算波活動通量（圖5），來分析NAO和BOC影響長江中下游高溫的物理過程。當NAO正位相時，北大西洋的大氣異常信號可以沿著副熱帶西風急流向下游傳播到東亞，形成一個顯著的羅斯貝波列（圖5a）。該波列傳播與東亞中緯度地區的位勢高度正異常顯著聯系，有利于東亞副熱帶急流增強北移，長江中下游地區高溫日一致偏多，其北部地區顯著增多。當BOC正位相時，可以看到兩條明顯的波列分別沿極鋒急流和副熱帶急流傳播（圖5b）。其中，北支波列的五個活動中心分別位于北大西洋、北海、西俄羅斯、東西伯利亞和遠東。南支波列的三個活動中心分別位于東歐、里海和蒙古，此結構與絲綢之路遙相關非常相似。Xu et al.（2022）也指出BOC常常與絲綢之路遙相關耦合。所以，在BOC正位相時，通過與絲綢之路遙相關耦合，有利于東西伯利亞位勢高度顯著負異常和東亞中緯度地區的位勢高度正異常，進一步使得東亞副熱帶急流增強北移，長江中下游大部分地區高溫日顯著偏多，尤其是南部地區。

將200 hPa位勢高度和水平風多元線性回歸到標準化的NAO和BOC指數，用回歸系數的和進一步明確兩種遙相關型與北大西洋和歐亞中高緯大氣環流的聯系，以及對2022年盛夏環流異常的貢獻。伴隨著NAO和BOC正位相，東西伯利亞和格陵蘭島呈氣旋異常;而北大西洋中緯度和西俄羅斯為兩個反氣旋異常;歐亞中緯度地區也呈反氣旋異常，中心分別位于中亞和東亞，其中東亞反氣旋強度明顯強于中亞（圖7）。該異常環流分布與2022年盛夏環流異常非常相似，200 hPa位勢高度的空間相關系數為0.71（通過0.01的顯著性水平檢驗）。因此認為NAO和BOC的正位相模態是引起2022年盛夏極端高溫相關的大氣環流異常的重要原因。

4 結論和討論

本文利用歐洲中期天氣預報中心的ERA5再分析資料，分析中高緯度環流異常對2022年盛夏的極端高溫的影響。長江中下游平均氣溫和最高氣溫較常年偏高1.9 ℃，高溫日數高達27.4 d，最長高溫事件平均持續時間長達12 d，均大幅度地刷新了1979年以來的氣象歷史記錄。長江中下游的極端高溫異常主要受到東亞上空經向偶極型的環流異常的影響。在副熱帶異常反氣旋和東西伯利亞上空的相對正壓的異常氣旋的調控下，對流層高層的南亞高壓和西風急流明顯增強且東伸，中低層西太平洋副熱帶高壓增強西伸。異常高壓控制下的下沉氣流以及西風急流出口區右側的下沉氣流共同導致長江中下游的大范圍異常下沉運動。下沉運動引起的絕熱增溫與晴空輻射增溫，導致地表氣溫明顯升高，進而產生持續性的極端高溫天氣。

東亞上空經向偶極型的環流異常與北大西洋和歐亞大陸中高緯的環流異常緊密聯系。相關分析表明，NAO和BOC指數與長江中下游高溫日數均呈現顯著的正相關關系。在NAO正位相下，北大西洋上空的擾動沿副熱帶急流向東亞傳播，有利于副熱帶反氣旋異常的形成。在BOC正位相下，BOC與絲綢之路遙相關耦合，形成沿極鋒急流和副熱帶急流傳播的兩支波列，自北大西洋向東亞傳播，有利于副熱帶反氣旋異常和東西伯利亞氣旋異常的形成。2022年盛夏NAO和BOC指數均達到歷史第二強，在兩者的共同作用下，形成東亞中高緯度經向偶極型環流異常，進而引起大范圍的下沉運動，使得長江中下游出現極端高溫的氣候異常。

本文從統計角度討論了NAO與BOC位相對2022年盛夏長江中下游極端高溫的可能影響。而對于BOC遙相關型強正位相出現的原因，有待進一步分析。大西洋海溫異常可能對BOC遙相關波列的傳播和維持有重要影響。而夏季NAO變率很大程度上受大氣內部變率影響（Johansson，2007）。Baker et al.（2019）使用線性統計動力學方法揭示了影響夏季NAO的關鍵海區，發現印度洋和西太平洋的副熱帶和熱帶的經向偶極型海溫，以及北大西洋三極型海溫有重要影響。最近研究發現，春季北大西洋副熱帶急流異常，通過影響1—5波的長波活動和對流層-平流層相互作用，可以改變夏季北大西洋急流和NAO位相（Wang and Ting，2022）。此外，熱帶印度洋和熱帶中東太平洋強的冷異常，可能通過改變對流層經向溫度梯度和中高緯度羅斯貝波活動影響東亞環流，具體影響和機制還需進一步深入研究。

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·ARTICLE·

Extreme hot events in the middle and lower reaches of the Yangtze River in peak summer 2022：roles of the North Atlantic Oscillation and the British-Okhotsk corridor pattern

YIN Zejiang1，2，WEI Wei1，2，YANG Song1，2

1School of Atmospheric Sciences，Sun Yat-sen University，and Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory （Zhuhai），Guangdong 519000，China;

2Guangdong Province Key Laboratory for Climate Change and Natural Disaster Studies，Sun Yat-sen University，Guangdong 519000，China

Abstract This study investigates the influence of large-scale atmospheric circulations on the historically extreme hot days in the mid-lower branches of the Yangtze River basin in peak summer （July—August） 2022.The results show that the hot weather is influenced by an anomalous anticyclone over extratropical East Asia and an anomalous cyclone over eastern Siberia.These meridional dipole circulation anomalies are related to both the positive phase of the North Atlantic Oscillation （NAO） and the British-Okhotsk Corridor （BOC） pattern.Concurrent with the positive phase of the NAO，a significant wave train propagates along the subtropical jet stream，contributing to the anomalous anticyclone over the mid-latitude region of East Asia.Additionally，the positive phase of the BOC pattern is usually coupled with the Silk Road pattern，which benefits the meridional dipole circulation over East Asia.Accompanying these meridional dipole circulation anomalies，both the South Asian high and the subtropical jet stream intensify and extend eastward in the upper troposphere，and the western North Pacific subtropical high also intensifies and extends westward in the lower and middle levels.Thus，the mid-lower Yangtze River basin is on the right side of the exit of the subtropical jet stream and is controlled by the anomalous high，which prohibits ascending motions and induces hot days by adiabatic warming，enhancing downward radiation at the surface.

Keywords high temperature;jets;teleconnections

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230116013

（責任編輯：劉菲）