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(xié)同創(chuàng)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(qū)在我國北方，降水的季節(jié)內(nèi)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(huán)流季節(jié)內(nèi)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(qū)域降水異常偏多，黑龍江、嫩江流域發(fā)生嚴重汛情；東北冷渦的異?；钴S可能受到前期北大西洋三極子海溫持續(xù)正位相的影響。7月，長江下游至內(nèi)蒙古東部的經(jīng)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(huán)流表現(xiàn)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(qū)位于我國長江流域，導致持續(xù)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(huán)流季節(jié)內(nèi)轉(zhuǎn)折的重要原因。

引 言

中國地處亞澳季風區(qū)，在亞澳季風系統(tǒng)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(jīng)濟發(fā)展、人民生產(chǎn)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(qū)發(fā)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(fā)生的可能性增加(IPCC，2021)。

近幾十年來的科學研究和業(yè)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(huán)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(jié)果，既有天氣、季節(jié)內(nèi)和季節(jié)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(zhàn)。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(jié)(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(fā)，北美地區(qū)6月下旬到7月上旬出現(xiàn)極端高溫熱浪天氣，7月上中旬德國等地發(fā)生嚴重洪澇災害。我國的天氣氣候也出現(xiàn)了明顯區(qū)域性、階段性和極端性特征，其中6月黑龍江流域發(fā)生嚴重汛情；7月17—23日，河南發(fā)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(qū)出現(xiàn)強降水集中期，形成持續(xù)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(jié)進程和氣溫等，并重點從汛期大尺度環(huán)流的季節(jié)、季節(jié)內(nèi)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(fā)布的“中國地面基本氣象要素日值數(shù)據(jù)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(huán)境預報中心(NCEP)和美國國家大氣研究中心(NCAR)發(fā)布的大氣環(huán)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(huán)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(shù)包括：張慶云等(2003a)利用東亞熱帶季風槽區(qū)(10°～20°N、100°～150°E)與東亞副熱帶地區(qū)(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(shù)；Wang and Fan(1999)利用區(qū)域(5～15°N、90°～130°E)與區(qū)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(shù)；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(jié)合定義的東亞夏季風指數(shù)。副高各指數(shù)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(shù)出自國家氣候中心開發(fā)的“氣象災害影響評估系統(tǒng)”和“氣候與氣候變化監(jiān)測預測系統(tǒng)”、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(huán)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(qū)在我國北方，我國東部降水異常呈現(xiàn)長江中下游及其以北大部地區(qū)偏多、以南偏少的“北澇南旱”型分布(圖1b)。其中內(nèi)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(qū)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(yè)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(shù)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(nèi)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(xù)發(fā)展。

從夏季降水日數(shù)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(nèi)蒙古東部等地降水日偏多4～8 d，部分地區(qū)偏多8 d以上；西北大部、內(nèi)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(xiàn)極端日降水量事件，主要分布在西南地區(qū)東部、長江中下游、黃淮、華北、內(nèi)蒙古東部和東北西部地區(qū)，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(xù)降水日數(shù)達到極端事件標準，其中四川鹽源(41 d)、內(nèi)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(xù)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(fā)生特大暴雨和洪澇災害。河南中北部局地連續(xù)4天出現(xiàn)大暴雨，鄭州和新鄉(xiāng)連續(xù)2天出現(xiàn)特大暴雨，強降水中心位于鄭州、鶴壁、新鄉(xiāng)和安陽，最強時段為19—21日。河南省中北部大部分地區(qū)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(chuàng)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(xiàn)出范圍廣、累計降水量大、持續(xù)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(fā)生嚴重內(nèi)澇，中小河流出現(xiàn)超警洪水。

夏季降水存在明顯的季節(jié)內(nèi)變化特征。2021年6月，我國東部降水總體呈現(xiàn)“北多南少”分布，但多雨區(qū)較為分散，主要在內(nèi)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(xù)，內(nèi)蒙古中東部向南經(jīng)華北東部至長江中下游降水呈現(xiàn)經(jīng)向型異常偏多特征，其中內(nèi)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(qū)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(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，降水偏多區(qū)域主要在我國中部地區(qū)和東北西部地區(qū)，黃淮大部、江漢、江南北部、西南地區(qū)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(qū)中東部大部、內(nèi)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)?？梢?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(qū)。

2.2 我國東部汛期雨季進程

2021年，亞洲夏季風爆發(fā)時間總體偏晚，其中南海夏季風于5月第6候爆發(fā)，爆發(fā)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(xiàn)階段性和轉(zhuǎn)折性變化特征，總體表現(xiàn)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(jiān)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(jié)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(qū)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(qū)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(qū)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(jié)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(xù)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(fā)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(qū)發(fā)生持續(xù)的“倒黃梅”天氣，強度異常偏強。

伴隨著降水異常的季節(jié)內(nèi)變化，我國西南地區(qū)東部、華南地區(qū)、西北地區(qū)東部等地氣象干旱階段性發(fā)展。初夏西南地區(qū)東部氣象干旱明顯，盛夏西北地區(qū)和華南地區(qū)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(xiàn)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(xiàn)極端降水?！盁熁ā庇?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(nèi)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)?！盁熁ā蔽吹顷懼埃透备吲浜闲纬沙瑥娝斔屯ǖ?，對7月17—22日河南特大暴雨洪澇災害起到了關(guān)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)氣溫偏低0.5～1℃外，全國其余大部分地區(qū)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(shù)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(qū)東部和西南部等地高溫日數(shù)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(xiàn)7次階段性區(qū)域高溫天氣過程：其中，7月3—18日江南、華南、新疆等地出現(xiàn)持續(xù)高溫，7月20日至8月9日，新疆東部持續(xù)高溫，南方高溫區(qū)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(fā)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(jù)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(qū)在東北和華北北部地區(qū)；7月，主要多雨帶在黃淮、華北大部、內(nèi)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(jié)合業(yè)務需求，對中國東部季風區(qū)夏季降水進行了客觀分型，在空間上能夠?qū)⒅鹉甑南募窘邓惓？臻g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(huán)流季節(jié)內(nèi)異常的持續(xù)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(xiàn)嚴重汛情；7月，副高北跳和臺風煙花活動造成河南發(fā)生特大暴雨洪澇災害；8月，副高南落，長江中下游地區(qū)發(fā)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(huán)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(shù)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(huán)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(huán)流，日本島及其以東地區(qū)為反氣旋性距平環(huán)流，我國長江流域以北地區(qū)為南風距平(圖略)。張慶云等(2003a)定義的東亞夏季風指數(shù)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(huán)流異常變化來看，6月、7月、8月降水異常與環(huán)流系統(tǒng)均呈現(xiàn)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(huán)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(qū)，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(nèi)副高大部分日數(shù)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(huán)流，日本上空為異常反氣旋性環(huán)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(qū)為水汽通量異常輻合區(qū)(圖6c)，降水偏多(圖2a)。從東亞夏季風的監(jiān)測可見，Wang and Fan(1999)定義的指數(shù)顯示6月6—13日偏強，月內(nèi)其他時段強度接近常年至略偏弱(圖7c)；根據(jù)祝從文等(2000)定義的東亞夏季風強度指數(shù)，月內(nèi)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(fā)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(huán)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(jù)國家氣候中心對東北冷渦活動的監(jiān)測，2021年5月和6月，東北冷渦活動日數(shù)分別為20 d和15 d。東北冷渦活動頻繁，一方面導致內(nèi)蒙古東部、東北大部地區(qū)降水異常偏多，黑龍江和嫩江等河流出現(xiàn)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(qū)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(qū)重要的天氣系統(tǒng)，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(qū)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(lián)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(fā)歐亞中高緯度遙相關(guān)波列，造成春末夏初(5—6月)我國東北地區(qū)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(shù)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(shù)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(qū)呈現(xiàn)“- + - + -”的遙相關(guān)波列，東北地區(qū)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(huán)流形勢有明顯的調(diào)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(qū)，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(huán)流經(jīng)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(huán)流，日本列島以北為異常反氣旋環(huán)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(jiān)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(guān)鍵環(huán)流指數(shù)的逐日變化(a)副高強度指數(shù)，(b)副高西段(110°～130°E)脊線指數(shù)，(c)Wang and Fan(1999)和(d)祝從文等(2000)定義的東亞夏季風強度指數(shù)(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(shù),(d)1981—2020年4—6月平均的北大西洋三極子指數(shù)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(nèi)的變化與臺風煙花密切相關(guān)，“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(qū)，導致副高偏東、偏北，東亞夏季風偏強。同時，“煙花”發(fā)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(nèi)蒙古東部地區(qū)輻合(圖9c)，導致東北、華北、黃淮等地區(qū)降水異常偏多(圖2b)。因此，7月長江中下游至內(nèi)蒙古東部的經(jīng)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(huán)流形勢較7月出現(xiàn)顯著轉(zhuǎn)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(qū)上空為負距平，我國華北至東北地區(qū)為低壓槽，東北冷渦活躍，即西風帶環(huán)流的經(jīng)向度明顯增大。東亞地區(qū)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(qū)，較常年平均偏西23.8個經(jīng)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(huán)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(qū)(圖11c)，導致長江中下游出現(xiàn)持續(xù)的“倒黃梅”天氣，降水異常偏多(圖2c)。此外，我國內(nèi)蒙古東部和東北為異常氣旋性環(huán)流，鄂霍次克海為異常反氣旋環(huán)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(nèi)蒙古東部和東北大部降水偏多(圖2c)。

8月東亞季風環(huán)流形勢為何發(fā)生突然轉(zhuǎn)折？監(jiān)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(qū)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(qū)域活動(第2位相，圖12a)，且持續(xù)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(qū)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?？赡苁菍е挛魈备咴?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(shù)和SOI指數(shù)(a)以及1981—2020年冬季(b)和春季指數(shù)(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(jié)論與討論

2021年夏季，我國東部地區(qū)降水以北方偏多為主，多雨帶呈經(jīng)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(xiàn)出了顯著的季節(jié)內(nèi)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(jié)論如下：

(1)6月，東部降水總體呈現(xiàn)“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?；钴S可能與春季以來NAT維持正位相有關(guān)(圖13)。

(3)8月，我國東部降水異常分布發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，降水偏多區(qū)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(huán)流反轉(zhuǎn)為異常反氣旋性環(huán)流，水汽輸送異常輻合區(qū)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(qū)域，且強度偏強，可能導致副熱帶大氣環(huán)流發(fā)生轉(zhuǎn)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(shù)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(shù))，(b)1979—2021年8月MJO處于第2位相的日數(shù)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(qū)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