郝立生，馬 寧，何麗燁

（天津市氣候中心，天津 300074）

引言

長(zhǎng)江流域是我國的重要經(jīng)濟(jì)走廊，科技產(chǎn)業(yè)密集，歷來備受國家高度重視。隨著氣候變暖，近年多發(fā)高溫干旱氣候事件。由于夏季高溫干旱災(zāi)害常常會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活、生態(tài)安全等造成嚴(yán)重影響［1-3］，認(rèn)識(shí)自然災(zāi)害發(fā)生規(guī)律和作好科學(xué)應(yīng)對(duì)至關(guān)重要［4］。

姜雨彤等［5］研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江流域尤其中下游地區(qū)出現(xiàn)復(fù)合高溫干旱的頻率較高，而且高溫干旱事件呈增加趨勢(shì)。近年高溫干旱事件屢破歷史極值，如2019年的伏秋連旱，無降水日數(shù)為1961年以來第二多，平均氣溫為1961年以來最高值，由于持續(xù)高溫少雨，干旱發(fā)展迅速，重旱以上平均站次和最大面積均達(dá)到1961年以來歷史同期最大，成為近60 a最嚴(yán)重的高溫干旱事件［6］。

長(zhǎng)江流域氣候異常發(fā)生原因歷來備受關(guān)注［7-9，2］。中國長(zhǎng)江中下游地區(qū)，通常每年6月中旬到7月上旬前后是梅雨季節(jié)，梅雨是長(zhǎng)江中下游地區(qū)特有的天氣氣候特征［9］，降水量大而且集中。由于東亞夏季風(fēng)等環(huán)流系統(tǒng)年際變化大，使得每年入梅、出梅日期波動(dòng)較大，梅雨異常往往伴隨出現(xiàn)高溫干旱天氣。研究指出東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)、副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“副高”）偏北、東亞太平洋型/東亞日本型異常是高溫、干旱發(fā)生的環(huán)流條件［10-11］。雷徐奔等［12］研究表明，2000年以來，印度洋地區(qū)的MJO（Madden-Julian Oscillation，MJO）振蕩活躍的年份，位于西北太平洋的反氣旋環(huán)流會(huì)偏強(qiáng)，其西側(cè)有利于向長(zhǎng)江中下游地區(qū)輸送水汽，這種情況會(huì)造成長(zhǎng)江流域中下游大雨及以上強(qiáng)度的降水日數(shù)增多，夏季降水量偏多，不容易出現(xiàn)高溫干旱。反之，易出現(xiàn)高溫干旱天氣。

2022年夏季，長(zhǎng)江流域再次出現(xiàn)異常的高溫干旱氣候事件，實(shí)況打破歷史紀(jì)錄，新聞媒體多次進(jìn)行了報(bào)道。據(jù)國家氣候中心8月中旬統(tǒng)計(jì)和發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)江流域很多地方高溫日數(shù)已超過20 d，尤其中下游地區(qū)更是超過30 d，有的縣連續(xù)少雨日數(shù)超過20 d，如湖南有些地區(qū)連續(xù)少雨日超過40 d，創(chuàng)歷史新高。長(zhǎng)江上中游來水量為1949年以來同期最少。長(zhǎng)江流域2022年在主汛期發(fā)生這樣嚴(yán)重的高溫、干旱天氣，在氣候上還是比較少見的。雖然2000年以來，長(zhǎng)江流域發(fā)生過多次干旱事件，2006年也發(fā)生過全流域高溫干旱，但2022年夏季的高溫干旱事件具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、極端性強(qiáng)的特點(diǎn)［4］。

隨著氣候變暖加劇的影響，長(zhǎng)江流域發(fā)生干旱高溫氣候事件頻率有加大的趨勢(shì)，強(qiáng)度也越來越強(qiáng)，尤其從2000年以來表現(xiàn)更加明顯［5，13-15］。由于近年長(zhǎng)江流域極端干旱高溫氣候事件頻發(fā)，有時(shí)預(yù)測(cè)難度也較大，還需要進(jìn)一步提高對(duì)其發(fā)生規(guī)律的認(rèn)識(shí)。天氣氣候異常是環(huán)流背景異常引起的，尤其持續(xù)性的高溫干旱事件必然伴隨持續(xù)的環(huán)流異常。本文將對(duì)2022年夏季長(zhǎng)江中下游異常高溫干旱事件發(fā)生的環(huán)流背景進(jìn)行綜合分析，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)長(zhǎng)江流域異常高溫干旱發(fā)生規(guī)律，同時(shí)也為改進(jìn)氣候預(yù)測(cè)技術(shù)提供一些科學(xué)參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法介紹

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）日降水量數(shù)據(jù)和日氣溫?cái)?shù)據(jù)。使用國家氣象信息中心整理的1951—2022年全國2400余站降水量、氣溫資料，長(zhǎng)江中下游地區(qū)選用建站時(shí)間較早且1961年以來數(shù)據(jù)較為完整的201個(gè)站作代表站（位于圖1虛線圈內(nèi)）。夏季指6月1日至8月31日，區(qū)域平均值是該區(qū)域201站的平均值，氣候值指1991—2020年平均值。（2）環(huán)流數(shù)據(jù)。使用美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國家大氣研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research，NCEP/NCAR）聯(lián)合制作的再分析資料，從美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Physical Sciences Laboratory，PSL）網(wǎng)站下載（https://psl.noaa.gov/［2022-09-16］）。數(shù)據(jù)水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向從1000 hPa至150 hPa，要素為緯向風(fēng)速u、經(jīng)向風(fēng)速v、垂直風(fēng)速ω、位勢(shì)高度h、氣溫t、比濕q等。實(shí)況分析選用2022年6月1日至8月31日的日數(shù)據(jù)，氣候背景選用1991—2020年平均值。（3）地理信息數(shù)據(jù)。中國國界、河流信息采用國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)（http://www.tianditu.gov.cn）。海岸線和地形背景采用“自然地球”數(shù)據(jù)（https://www.naturalearthdata.com）。

圖1 2022年夏季長(zhǎng)江中下游高溫（大于等于35℃）日數(shù)距平（a，單位：d）與降水量距平百分率（b，單位：%）空間分布（虛線圈為長(zhǎng)江流域中下游區(qū)域）Fig.1 Spatial distribution of high temperature（greater than or equal to 35℃）days anomaly（a，Unit：d）and precipitation anomaly percentage（b，Unit：%）in the middle and lower reaches of the Yangtze River in summer 2022（The dotted line circle is area of the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin）

文中附圖涉及的中國地圖基于中華人民共和國自然資源部地圖技術(shù)審查中心標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)下載的審圖號(hào)為GS（2021）5448號(hào)的中國地圖制作，底圖無修改。

1.2 主要方法

（1）T-N波作用通量

在分析擾動(dòng)對(duì)天氣氣候的影響時(shí)，常用波作用通量來診斷Rossby波的傳播。常用的3種方法是E-P通量［16］、Plumb波作用通量［17］和T-N波作用通量［18］。E-P通量可以診斷一段時(shí)間內(nèi)天氣尺度瞬變波對(duì)定長(zhǎng)波的調(diào)控作用，但不能較好地識(shí)別Rossby波的時(shí)間演變過程。Plumb波作用通量可以很好地識(shí)別小振幅定常波在緯向均勻基本氣流中的傳播特征，其方向代表了波能量的傳播方向，該方法也能分析定常Rossby波的三維傳播特性。但Plumb通量緯向分量較大而經(jīng)向分量較小，只能適用于振幅較小的緯向均勻西風(fēng)帶Rossby波的診斷。為更好地分析真實(shí)大氣中Rossby波的傳播，Takaya和Nakamura［18］對(duì)Plumb波作用通量［17］作了改進(jìn)，用三維氣候態(tài)流場(chǎng)作背景氣流，發(fā)展了T-N波作用通量方法。T-N波作用通量能夠很好地識(shí)別緯向非均勻氣流中振幅較大的Rossby波的傳播特征，也能診斷Rossby波的三維傳播規(guī)律。與基于緯向均勻氣流的Plumb方法相比，T-N波作用通量更適合識(shí)別真實(shí)大氣中緯向非均勻氣流背景下準(zhǔn)定常的Rossby波能量的傳播特征［19］。T-N波作用通量診斷方法中的波作用通量簡(jiǎn)稱為TNF（T-N Wave Activity Flux，TNF），其計(jì)算見公式（1）［18-19］。在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)情況下，球坐標(biāo)系下三維T-N波作用通量公式簡(jiǎn)化［18-19］如公式（2）。

式中：TNF為T-N波作用通量；p為氣壓層與底層氣壓p0=1000 hPa的比值；U==(Uc，Vc)為水平風(fēng)速的氣候平均值，下標(biāo)c表明該量為氣候值；φ是地理緯度；λ是地理經(jīng)度。

擾動(dòng)流函數(shù)ψ'可以在準(zhǔn)地轉(zhuǎn)假設(shè)下由位勢(shì)高度（geopotential height）φ和科氏參數(shù)f求得：

式中：ψ'是擾動(dòng)流函數(shù)；φ是待求波作用通量時(shí)刻的位勢(shì)高度，φc是φ的氣候平均值；f是科氏參數(shù)，科氏參量隨地球緯度而變化，從赤道處的零值增大到兩極的最大值；Ω（rad·s-1）為地球自轉(zhuǎn)角速度，數(shù)值等于7.292×10-5。

本文采用T-N方法的公式（2）計(jì)算Rossby波作用通量，分析擾動(dòng)波動(dòng)能量傳播特征。

（2）大氣視熱源Q1、視水汽匯Q2

大氣非絕熱加熱是大氣運(yùn)動(dòng)的能量來源，尤其位于熱帶海洋上的對(duì)流加熱，可激發(fā)出明顯的低頻信號(hào)，伴隨低頻信號(hào)向東、向北傳播，對(duì)長(zhǎng)江流域降水以及華北夏季降水產(chǎn)生明顯影響［20-22］。非絕熱加熱是推動(dòng)大氣環(huán)流系統(tǒng)和使天氣系統(tǒng)發(fā)展的主要熱力強(qiáng)迫因子［23-24］。診斷大氣熱源異?？梢苑治龃髿獾皖l信號(hào)激發(fā)位置、強(qiáng)度、傳播路徑的異常。大氣熱源包括視熱源Q1（Apparent Heating Source，Q1）、視水汽匯Q2（Apparent Moisture Sink，Q2），分別表征大氣中非絕熱加熱、水汽的源匯情況［23］。根據(jù)丁一匯［23］和YANAI等［25-26］的研究，可在建立熱力學(xué)方程與水汽方程后，利用“倒算法”計(jì)算Q1、Q2的數(shù)值。這里使用位溫θ計(jì)算Q1、Q2［25-26］。

式中：θ是位溫；q是水汽混合比；υ是水平風(fēng)速u、v；ω是垂直風(fēng)速（用氣壓表示）；p代表氣壓，p0=1000 hPa；cp是干空氣定壓比熱；K=R/cp，R是氣體常數(shù)；L是凝結(jié)潛熱系數(shù)；?是等壓面水平方向梯度算子（x、y方向梯度）；上橫線表示所在層水平方向氣候平均值。整層積分的視熱源為＜Q1＞、視水汽匯為＜Q2＞，具體積分規(guī)則如下：

式中：g為重力加速度；ps代表地表氣壓；pt代表層頂氣壓。

（3）此外，還用到距平分析、合成分析等方法。本文所用氣候值指1991—2020年平均值，判斷異?；蛴?jì)算距平以此為依據(jù)。

2 基本氣候特征

長(zhǎng)江流域中下游1991—2020年區(qū)域平均夏季高溫日數(shù)為22 d。2022年夏季，長(zhǎng)江中下游201站大于等于35℃的高溫日數(shù)普遍超過20 d。其中，195站在30 d以 上，154站 在40 d以上，84站超 過50 d。97%的站點(diǎn)（195站）夏季高溫日數(shù)超過氣候平均值，其中103站（51%）高溫日數(shù)打破1951年以來有觀測(cè)記錄的高溫日數(shù)歷史極大值。從統(tǒng)計(jì)上比較，長(zhǎng)江流域2022年是1951年以來最強(qiáng)的高溫?zé)崂四攴荩蹐D1（a）、圖2（a）］。

長(zhǎng)江流域中下游1991—2020年區(qū)域平均夏季降水量為596 mm。2022年夏季，長(zhǎng)江中下游201站中，189站夏季降水量小于氣候平均值，其中有2站突破1951年以來有測(cè)站記錄的降水量歷史極小值［圖1（b）、圖2（b）］。

圖2 1961—2022年長(zhǎng)江中下游夏季高溫日數(shù)（a）、降水量（b）距平逐年變化Fig.2 Yearly variation of high temperature days（a）and precipitation（b）anomaly in the middle and lower reaches of the Yangtze River in summer from 1961 to 2022

長(zhǎng)江中下游地區(qū)6、7、8月高溫日數(shù)區(qū)域平均的氣候值分別為2、11、9 d，而2022年分別為4、18、24 d，遠(yuǎn)多于歷史平均值，尤其8月幾乎是氣候值的3倍［圖3（a）］。6、7、8月降水量區(qū)域平均的氣候值分別為248、194、154 mm，而2022年分別為241、112、39 mm，6月降水接近正常，7月偏少42%，8月偏少75%。整個(gè)夏季降水量偏少204 mm，整體偏少34%［圖3（b）］。

圖3 2022年長(zhǎng)江中下游夏季各月區(qū)域平均高溫日數(shù)（a）、降水量（b）與氣候值的對(duì)比Fig.3 Comparison of regional average high temperature days（a）and precipitation（b）with climate state for each month of summer 2022 in the middle and lower reaches of the Yangtze River

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，2022年夏季長(zhǎng)江流域高溫干旱異常嚴(yán)重，降水偏少，高溫日數(shù)多。尤其高溫持續(xù)時(shí)間、日數(shù)成為1951年有氣象記錄以來的歷史最大值。

高溫、干旱的發(fā)生與環(huán)流異常密切相關(guān)。高溫主要是長(zhǎng)時(shí)間高壓環(huán)流控制造成的；降水偏少主要與水汽輸送來源偏少和動(dòng)力上升條件差有關(guān)。下面就圍繞環(huán)流要素進(jìn)行綜合分析，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)2022年長(zhǎng)江中下游異常高溫干旱發(fā)生的原因。

3 大氣環(huán)流異常特征

3.1 Rossby波傳播異常

長(zhǎng)江流域降水的發(fā)生離不開低緯地區(qū)的水汽輸送和中高緯地區(qū)的冷空氣活動(dòng)，水汽輸送提供產(chǎn)生降水的水汽條件，而冷空氣活動(dòng)則會(huì)造成動(dòng)力上升運(yùn)動(dòng)?？梢哉f，強(qiáng)降水尤其持續(xù)性強(qiáng)降水的發(fā)生，這兩個(gè)條件缺一不可。例如，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)的年份，長(zhǎng)江流域水汽來源充足，但降水往往偏少，這主要是由于冷空氣活動(dòng)偏北，長(zhǎng)江流域動(dòng)力上升條件偏弱造成的；而華北由于水汽來源偏多，加上動(dòng)力上升條件有力，往往在強(qiáng)夏季風(fēng)年產(chǎn)生較多的降水［7，27］。

中高緯冷空氣活動(dòng)及南下往往伴隨長(zhǎng)波槽脊的傳播發(fā)生，波動(dòng)活動(dòng)發(fā)生異常，必然造成冷空氣活動(dòng)異常。T-N波作用通量可以很好地診斷中高緯波動(dòng)能量的傳播特征。

圖4是2022年6、7、8月500 hPa高度距平及T-N波作用通量分布情況，箭頭代表波動(dòng)能量傳播方向。正常年，來自北大西洋的擾動(dòng)沿西風(fēng)帶向下游傳播，6—7月以從西向東傳播為主，7—8月在東亞向東南傳播，影響范圍達(dá)我國長(zhǎng)江中下游及東南沿海地區(qū)［18，28］。2022年夏季波動(dòng)能量傳播顯著不同，6月［圖4（a）］，來自北大西洋的擾動(dòng)分兩支傳播，一支沿中高緯向東傳播，強(qiáng)度偏??；另一支向低緯度的北非傳播，強(qiáng)度顯著偏大。阿拉伯半島至伊朗為正距平，說明伊朗高壓在加強(qiáng)。7月［圖4（b）］，向北非傳播支開始減弱，沿中高緯傳播支明顯加強(qiáng)。波動(dòng)傳播造成500 hPa沿西風(fēng)帶形成高低擾動(dòng)波列特征。貝加爾湖及以南為負(fù)距平，鄂霍次克海附近為明顯正距平，說明鄂霍次克海高壓脊（或阻塞高壓）明顯偏強(qiáng)。伊朗高壓進(jìn)一步加強(qiáng)、向東擴(kuò)展。8月［圖4（c）］，中高緯波動(dòng)活動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，繼續(xù)向東傳播，沒有出現(xiàn)在東亞向東南方向的傳播特征，而在東部沿海出現(xiàn)太平洋-日本型（P-J）波動(dòng)傳播，這種情況有利于東北亞降水［28］。值得關(guān)注的是，中高緯高度場(chǎng)擾動(dòng)明顯加強(qiáng)，這會(huì)使得環(huán)流系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，造成持續(xù)性環(huán)流異常，極易引發(fā)嚴(yán)重的氣候異常事件［29］。貝加爾湖附近負(fù)距平區(qū)擴(kuò)大到我國東北，造成東北冷渦活動(dòng)頻繁，我國華北、東北動(dòng)力上升條件有利，易出現(xiàn)降水過程；鄂霍次克海高壓移到堪察加半島以東洋面。青藏高原上空正距平向東移動(dòng)，與西北太平洋西伸的副熱帶高壓合并，維持在長(zhǎng)江流域地區(qū)，不利于產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，造成8月長(zhǎng)江流域降水異常偏少和高溫天氣的發(fā)生。

圖4 2022年6（a）、7（b）、8（c）月500 hPa高度距平（填色區(qū)，單位：dagpm）及T-N波作用通量（箭矢，單位：m2·s-2）空間分布Fig.4 Spatial distribution of 500 hPa height anomaly（the color shaded，Unit：dagpm）and T-N wave activity flux（arrow vectors，Unit：m2·s-2）in June（a），July（b）and August（c）2022

可以看出，2022年夏季，Rossby波傳播發(fā)生異常，造成冷空氣活動(dòng)偏北，尤其在8月更為突出，長(zhǎng)江流域持續(xù)為異常高壓控制，引發(fā)長(zhǎng)江中下游地區(qū)出現(xiàn)異常高溫干旱事件。

3.2 熱帶熱源(低頻信號(hào))異常

長(zhǎng)江流域中下游夏季降水常常受到來自熱帶低頻信號(hào)的影響［20-22］，熱帶低頻信號(hào)傳播發(fā)生異常就會(huì)造成該地區(qū)降水出現(xiàn)異常。熱帶低頻信號(hào)傳播主要通過誘發(fā)對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)和影響水汽輸送來影響長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季降水。熱帶低頻信號(hào)是由熱帶對(duì)流強(qiáng)降水視熱源激發(fā)出來的，因此，分析熱帶地區(qū)視熱源是識(shí)別熱帶低頻信號(hào)傳播異常的有效方法。由于視熱源Q1和視水汽匯Q2結(jié)果基本一致，這里主要分析Q1的變化。

圖5是視熱源Q1夏季氣候均值和2022年異常值空間分布。在多年平均場(chǎng)上［圖5（a）］，熱帶視熱源Q1有兩個(gè)主要中心，分別位于孟加拉灣和菲律賓以東的西北太平洋地區(qū)，說明夏季熱帶對(duì)流主要位于該區(qū)域，它們分別激發(fā)出北半球夏季大氣低頻信號(hào)BSISO1、BSISO2（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation，BSISO）［30］。BSISO可以影響南海夏季風(fēng)、東亞副熱帶夏季風(fēng)爆發(fā)［31-32］、活躍/中斷［33-34］，與南亞地區(qū)的季風(fēng)降水異常密切相關(guān)［35-36］。夏季，每當(dāng)BSISO出現(xiàn)，伴隨其向北傳播，長(zhǎng)江中下游就會(huì)出現(xiàn)明顯降水過程［22］。研究表明，BSISO異常會(huì)對(duì)大氣水文過程產(chǎn)生重要影響［37-38］。

圖5 視熱源Q1夏季氣候值（a）與2022年夏季異常（b）的空間分布（單位：W·m-2）（虛線箭頭代表低頻信號(hào)傳播方向，虛線圈是長(zhǎng)江中下游地區(qū)位置）Fig.5 Spatial distribution of the summer climate values of the apparent heating source Q1（a）and Q1 anomaly in summer 2022（b）（Unit：W·m-2）（The dashed arrow represents the direction of low-frequency signal propagation，and the dashed circle is the location of the middle and lower reaches of the Yangtze River）

圖5（b）是2022年夏季視熱源Q1減去氣候均值后的結(jié)果。最大異常區(qū)就是熱帶視熱源Q1（對(duì)流區(qū)）位置發(fā)生偏移，孟加拉灣和菲律賓以東的西北太平洋地區(qū)加熱區(qū)（對(duì)流區(qū)）為異常負(fù)值，說明這個(gè)區(qū)域?qū)α髌酰鴱?qiáng)加熱區(qū)（對(duì)流區(qū)）位于熱帶南半球。表明2022年夏季熱帶對(duì)流很難激發(fā)出向北傳播的低頻信號(hào)BSISO。長(zhǎng)江中下游地區(qū)缺乏BSISO誘發(fā)的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)和缺乏BSISO傳播帶來的水汽輸送，因而降水過程偏少，造成2022年夏季出現(xiàn)高溫干旱氣候事件。

3.3 500 hPa環(huán)流異常

500 hPa層是動(dòng)力上升的關(guān)鍵層，主要的環(huán)流系統(tǒng)是中高緯的槽脊活動(dòng)和副熱帶高壓系統(tǒng)。其環(huán)流異常會(huì)造成區(qū)域降水異常和高溫天氣出現(xiàn)。

圖6是2022年夏季各月500 hPa高度場(chǎng)環(huán)流及其距平變化。6月，烏拉爾山為負(fù)距平，槽比常年深，貝加爾湖為脊，我國東北至長(zhǎng)江中下游為槽。最顯著的異常特征是：（1）北大西洋出現(xiàn)明顯的正距平擾動(dòng)，貝加爾湖為明顯的正距平擾動(dòng)；（2）伊朗高壓偏強(qiáng)，西北太平洋副熱帶高壓（簡(jiǎn)稱“西太副高”）在東部海區(qū)偏強(qiáng)。長(zhǎng)江中下游地區(qū)環(huán)流基本屬于正常年份，所以降水量也接近正常年。7月，中高緯槽脊活動(dòng)加強(qiáng)，但位置偏北。最顯著的異常特征是：（1）北大西洋正距平東移到烏拉爾山附近，貝加爾湖附近為明顯負(fù)距平，鄂霍次克海為明顯正距平。造成烏拉爾山高壓脊（或阻塞高壓）、鄂霍次克海高壓脊（或阻塞高壓）偏強(qiáng)，貝加爾湖槽加深，有利于華北地區(qū)降水偏多。這種槽脊形勢(shì)意味著環(huán)流穩(wěn)定、移動(dòng)緩慢，易引發(fā)異常的氣候事件。（2）伊朗高壓向東擴(kuò)展，西太副高北抬西伸到東南沿海，青藏高原出現(xiàn)明顯正距平。8月，中高緯槽脊穩(wěn)定少動(dòng)，但強(qiáng)度和范圍有所變化。最明顯的異常特征是：（1）烏拉爾山附近正距平進(jìn)一步增大，表明烏拉爾山脊進(jìn)一步增強(qiáng)；貝加爾湖附近負(fù)距平進(jìn)一步增大，且擴(kuò)展到我國東部地區(qū)，表明貝加爾湖槽進(jìn)一步加深，在我國東北形成階梯槽（或東北冷渦）；鄂霍次克海正距平（高壓脊）東移到勘察加半島以東洋面上。這種環(huán)流有利于華北、東北降水過程發(fā)生。（2）前期位于青藏高原的正距平進(jìn)一步加強(qiáng)、東移到長(zhǎng)江流域，誘發(fā)西太副高西伸。副熱帶高壓進(jìn)一步北抬，成東西帶狀分布，西部控制了長(zhǎng)江流域地區(qū)。伊朗高壓向西收縮。帶狀副高阻擋了北方冷空氣，這種環(huán)流造成北方降水偏多，而長(zhǎng)江流域高溫干旱天氣的發(fā)生。

圖6 2022年6（a）、7（b）、8（c）月500 hPa高度場(chǎng)（等值線）及其距平（填色區(qū)）空間分布（單位：dagpm）Fig.6 Spatial distribution of 500 hPa height field（contours）and its anomalies（the color shaded）in June（a），July（b）and August（c）2022（Unit：dagpm）

所以，一方面中高緯槽脊穩(wěn)定、移動(dòng)緩慢，貝加爾湖槽活動(dòng)偏北、偏東；另一方面青藏高原正距平擾動(dòng)向東移動(dòng)到長(zhǎng)江流域，誘發(fā)西太副高西伸并控制了長(zhǎng)江流域地區(qū)。這種環(huán)流使得長(zhǎng)江流域長(zhǎng)時(shí)間尤其8月處于高壓下沉氣流控制下，而且北方冷空氣很難南下影響到長(zhǎng)江流域，造成2022年夏季長(zhǎng)江流域出現(xiàn)異常高溫干旱氣候事件。

3.4 東亞夏季風(fēng)異常

850 hPa層是監(jiān)測(cè)東亞副熱帶夏季風(fēng)（水汽輸送層）的關(guān)鍵層，其環(huán)流異常往往造成水汽輸送異常，進(jìn)而造成區(qū)域降水異常。

圖7是6、7、8月850 hPa比濕和水平風(fēng)速的氣候平均值及2022年異常的空間分布。在氣候場(chǎng)上，北印度洋地區(qū)為明顯的西風(fēng)，南海為西風(fēng)或西南風(fēng)，東亞副熱帶為偏南風(fēng)，6—7月，風(fēng)速逐漸加大，8月東亞副熱帶地區(qū)的風(fēng)速迅速減小。由于東亞夏季風(fēng)加強(qiáng)了水汽的輸送，印度半島至東亞是濕度最大的區(qū)域。這些環(huán)流背景為長(zhǎng)江流域夏季降水提供了很好的水汽條件。如果這些環(huán)流出現(xiàn)異常，長(zhǎng)江流域夏季降水就會(huì)發(fā)生異常［7］。

2022年夏季6月，北印度洋至南海為東風(fēng)異常，這表明熱帶夏季風(fēng)偏弱；東亞副熱帶地區(qū)為偏南風(fēng)異常，表明東亞副熱帶夏季風(fēng)偏強(qiáng)［圖7（d）］。這也再次證明，東亞副熱帶夏季風(fēng)與熱帶南海夏季風(fēng)是兩個(gè)獨(dú)立的季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)。偏強(qiáng)的東亞副熱帶夏季風(fēng)給我國長(zhǎng)江流域及北方地區(qū)輸送了較多的水汽。7月，南亞熱帶地區(qū)仍維持較強(qiáng)的偏東風(fēng)異常，說明熱帶夏季風(fēng)仍然偏弱；東亞副熱帶夏季風(fēng)為正常狀態(tài)［圖7（e）］。8月，西北太平洋偏東風(fēng)加強(qiáng)，在南海轉(zhuǎn)向，并入東亞副熱帶夏季風(fēng)，加強(qiáng)了向東亞地區(qū)的水汽輸送［圖7（f）］?？梢钥吹?，水汽基本上是經(jīng)過長(zhǎng)江流域而進(jìn)入更北地區(qū)，這種流場(chǎng)有利于華北夏季多降水而不利于長(zhǎng)江流域降水的發(fā)生［7，35］。

圖7 夏季6（a、d）、7（b、e）、8（c、f）月850 hPa比濕（填色區(qū)，單位：g·kg-1）和水平風(fēng)速（箭矢，單位：m·s-1）的氣候值（a、b、c）及2022年異常（d、e、f）的空間分布Fig.7 Spatial distribution of climate values(a,b,c）and anomalies of 2022(d,e,f)of specific humidity(the color shaded,Unit:g·kg-1)and horizontal wind field(arrow vectors,Unit:m·s-1)at 850 hPa in June(a,d),July(b,e)and August(c,f)

2022年夏季，熱帶夏季風(fēng)偏弱和東亞副熱帶夏季風(fēng)偏強(qiáng)，使得長(zhǎng)江流域缺乏水汽輻合條件，造成降水偏少。

3.5 經(jīng)圈環(huán)流(上升運(yùn)動(dòng))異常

經(jīng)圈環(huán)流與區(qū)域大氣環(huán)流、副熱帶高壓、上升（下沉）運(yùn)動(dòng)條件等密切相關(guān)，其異常會(huì)引發(fā)區(qū)域降水異常和高溫干旱氣候事件的發(fā)生。

圖8是沿110°E—120°E平均的6、7、8月經(jīng)圈環(huán)流氣候值及2022年夏季各月異常值。由于比濕變化幅度較小，這里不作重點(diǎn)分析，下面重點(diǎn)分析經(jīng)圈垂直環(huán)流變化。在平均氣候場(chǎng)上，6月，30°N附近以南為明顯上升氣流，其北側(cè)為較弱的下沉氣流，長(zhǎng)江中下游南側(cè)暖濕空氣上升、北側(cè)冷空氣下沉，造成江淮梅雨的發(fā)生［圖8（a）］。7月，上升區(qū)向北推移到華北地區(qū)（越過35°N），冷暖空氣匯合位置較6月偏北，華北出現(xiàn)明顯降水，長(zhǎng)江流域由于有較好的上升氣流，降水仍然較多［圖8（b）］。8月，上升區(qū)變化不大，主要是45°N以北下沉氣流明顯加強(qiáng)［圖8（c）］。

2022年夏季，6月，赤道以南出現(xiàn)強(qiáng)的異常上升氣流，造成哈德來經(jīng)圈環(huán)流（Hadley Cell）上升支異常偏南［圖8（d）］，這與前面分析的視熱源Q1異常對(duì)應(yīng)。長(zhǎng)江以南、華北、東北同時(shí)為異常上升氣流，對(duì)應(yīng)降水偏強(qiáng)。7月，30°N附近的長(zhǎng)江流域?yàn)楫惓Ｏ鲁翚饬鳎蹐D8（e）］，不利于降水發(fā)生。8月，長(zhǎng)江流域?yàn)槊黠@偏強(qiáng)的異常下沉氣流［圖8（f）］，不利于降水過程的發(fā)生。

圖8 沿110°E—120°E平均的6（a、d）、7（b、e）、8（c、f）月經(jīng)圈環(huán)流氣候值（a、b、c）及2022年異常值（d、e、f）（填色區(qū)是各月多年平均比濕，單位：g·kg-1）Fig.8 The meridional circulation climate values(a,b,c)and anomalies in 2022(d,e,f)averaged along 110°E-120°E in June(a,d),July(b,e)and August(c,f)(The color shaded is the multi-year average specific humidity for each month,Unit:g·kg-1)

2022年夏季，哈德來經(jīng)圈環(huán)流（Hadley Cell）上升支異常偏南，使得8月長(zhǎng)江流域由氣候上升氣流區(qū)變?yōu)槊黠@的下沉氣流區(qū)，抑制了降水發(fā)生，結(jié)果造成8月降水量顯著偏少和高溫干旱天氣的發(fā)生。

3.6 環(huán)流異常協(xié)同作用的影響

前面從不同環(huán)流因子方面分析了造成2022年夏季干旱高溫事件的原因。那么高緯、中低緯和低緯熱帶地區(qū)環(huán)流異常是如何協(xié)同作用造成2022年長(zhǎng)江流域夏季極端干旱高溫氣候事件的呢？考慮到2022年8月的干旱、高溫最嚴(yán)重，而且如果用夏季3個(gè)月平均值會(huì)掩蓋環(huán)流異常特征，所以，選擇8月來說明環(huán)流異常協(xié)同作用的影響。

圖9是2022年8月高緯、中低緯和低緯熱帶環(huán)流異常協(xié)同作用示意圖。正常年8月［圖9（a）］，在高緯度地區(qū)，500 hPa歐亞遙相關(guān)型（Eurasian teleconnection pattern，EAP）或T-N波作用通量在東亞向東南方向傳播［15，25］，表現(xiàn)為500 hPa高度場(chǎng)距平呈“+、-”中心的波列特征。當(dāng)波動(dòng)傳播造成烏拉爾山高壓脊、貝加爾湖低壓槽、朝鮮半島附近高壓加強(qiáng)，長(zhǎng)江中下游常常受到北方槽區(qū)南下的冷空氣影響，從而產(chǎn)生降水過程。在中低緯地區(qū)，500 hPa主要為副熱帶高壓環(huán)流。最顯著的特征就是北非副熱帶高壓和西太副高，主體基本都位于北緯28°N附近，西太副高西伸脊點(diǎn)大約在130°E位置。高空槽或降水系統(tǒng)在東移時(shí)由于受到東部西太副高阻擋，常常在長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)產(chǎn)生降水過程。在低緯熱帶地區(qū)，對(duì)流層底層或整個(gè)對(duì)流層，由于熱帶對(duì)流潛熱釋放，常常激發(fā)出特有的北半球夏季大氣低頻信號(hào)（BSISO）［22，30］，有BSISO1、BSISO2兩個(gè)信號(hào)，BSISO1主要出現(xiàn)在熱帶印度洋地區(qū)，表現(xiàn)為西北—東南傾斜狀，由熱帶印度洋向東北方向傳播，具有30～60 d振蕩周期。BSISO2主要出現(xiàn)在熱帶西北太平洋地區(qū)，表現(xiàn)為西南—東北向傾斜狀，由西北太平洋向西北方向傳播，具有10～30 d振蕩周期。每當(dāng)BSISO信號(hào)出現(xiàn)，伴隨其向北移動(dòng)，在長(zhǎng)江流域中下游激發(fā)出氣旋性環(huán)流，從而帶來一次降水過程。值得關(guān)注的是，低緯熱帶對(duì)流（熱源）控制著BSISO信號(hào)產(chǎn)生的位置和強(qiáng)度。在正常年份夏季，熱帶對(duì)流（熱源）位于熱帶印度洋至西北太平洋5°N—15°N之間。

2022年8月［圖9（b）］，在高緯地區(qū)，500 hPa EAP（TNF）在東亞沒有出現(xiàn)向東南方向傳播，而主要是沿西風(fēng)帶向東傳播，表現(xiàn)為高度場(chǎng)距平呈“+、-”中心的波列特征。烏拉爾山高壓脊（或阻塞高壓）、貝加爾湖低壓槽（或東北冷渦）、鄂霍次克海以東高壓脊（或阻塞高壓）強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)，這種形勢(shì)造成北方冷空氣活動(dòng)偏北、偏東，很難影響到長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)，造成長(zhǎng)江流域8月降水異常偏少，干旱嚴(yán)重。相反，華北和東北地區(qū)降水會(huì)偏多。

圖9 正常年份（a）與2022年（b）8月高、中和低緯度環(huán)流異常協(xié)同作用示意圖Fig.9 Schematic diagram of the synergistic effect of high，middle and low latitude circulation anomalies in August in normal years（a）and 2022（b）

在中低緯地區(qū)，500 hPa北非副熱帶高壓變化不大。最顯著的特征就是前期青藏高原正距平擾動(dòng)（圖6）向東移到長(zhǎng)江流域地區(qū)，造成西太副高明顯西伸到長(zhǎng)江流域地區(qū)。這種環(huán)流形勢(shì)造成兩方面影響：一方面西伸到長(zhǎng)江流域的副高阻擋了北方冷空氣南下，降水過程減少；另一方面造成長(zhǎng)江流域長(zhǎng)時(shí)間為下沉氣流控制（圖8），從而造成明顯的升溫效應(yīng)。所以，青藏高原前期500 hPa出現(xiàn)正距平擾動(dòng)且向東移動(dòng)（圖6）是關(guān)鍵因素，其東移到長(zhǎng)江流域，誘導(dǎo)西太副高西伸，在長(zhǎng)江流域形成反氣旋性異常環(huán)流，這種環(huán)流形勢(shì)造成了長(zhǎng)江流域中下游異常干旱高溫氣候事件。

在低緯熱帶地區(qū)，對(duì)流層底層或整個(gè)對(duì)流層，由于熱帶對(duì)流（熱源）位置異常偏南，沒有出現(xiàn)在5°N—15°N之間，而是位于熱帶南半球（圖5）。這種異常分布造成了兩方面影響：一方面使得整個(gè)東亞地區(qū)的哈德來垂直經(jīng)圈環(huán)流南移，位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)的上升支減弱（轉(zhuǎn)為下沉氣流）（圖8），不利于降水過程發(fā)生，造成長(zhǎng)江流域中下游發(fā)生干旱；另一方面，熱帶對(duì)流（熱源）位置異常造成BSISO很難在熱帶北印度洋至西北太平洋出現(xiàn)。熱帶低頻信號(hào)活動(dòng)偏弱，很難傳播到長(zhǎng)江中下游地區(qū)形成氣旋性環(huán)流，造成降水過程偏少。

所以，2022年長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)夏季尤其8月極端異常干旱高溫氣候事件的發(fā)生，不是單一環(huán)流因子異常造成的，而是由高緯（造成冷空氣活動(dòng)偏北、偏東）、中低緯（副高西伸部分控制了長(zhǎng)江流域）、低緯熱帶地區(qū)（大氣低頻信號(hào)異常，無法在長(zhǎng)江中下游形成異常氣旋性環(huán)流）等環(huán)流異常協(xié)同作用共同影響的結(jié)果。

4 結(jié)論與討論

本文從大氣環(huán)流異常的角度分析了2022年長(zhǎng)江中下游夏季極端異常高溫干旱氣候事件發(fā)生的原因，可以對(duì)認(rèn)識(shí)和改進(jìn)長(zhǎng)江流域夏季降水和高溫干旱預(yù)測(cè)技術(shù)提供一些參考依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）中高緯地區(qū)環(huán)流異常。2022年夏季，500 hPa高度場(chǎng)，源自北大西洋地區(qū)的擾動(dòng)異常偏強(qiáng)，在沿中高緯西風(fēng)帶向東傳播時(shí)引發(fā)了明顯大槽大脊活動(dòng)，波動(dòng)能量主要沿西風(fēng)帶向東傳播，沒有出現(xiàn)在東亞向長(zhǎng)江中下游地區(qū)及東南沿海傳播的特征，造成冷空氣活動(dòng)位置偏北、偏東，很難影響到長(zhǎng)江流域。這種異常環(huán)流形勢(shì)造成了2022年夏季長(zhǎng)江中下游降水異常偏少和干旱的發(fā)生。

（2）中低緯地區(qū)環(huán)流異常。2022年夏季，前期500 hPa高度場(chǎng)青藏高原地區(qū)出現(xiàn)明顯正距平，8月進(jìn)一步加強(qiáng)，并東移到長(zhǎng)江流域，誘發(fā)西太副高西伸，使得副熱帶高壓呈現(xiàn)東西帶狀分布，其西部完全控制了長(zhǎng)江流域地區(qū)。這種副高環(huán)流形勢(shì)，一方面阻擋了北方冷空氣南下，另一方面在副高區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間維持下沉氣流，不利于降水發(fā)生，但有利于下沉增溫。從而造成2022年長(zhǎng)江中下游夏季高溫干旱氣候事件的發(fā)生。

（3）低緯熱帶地區(qū)環(huán)流異常。2022年夏季，對(duì)流層底層或整層，熱帶對(duì)流區(qū)（視熱源）位置異常偏南到赤道以南（氣候態(tài)在5°N—20°N之間），一方面造成東亞地區(qū)哈德來垂直經(jīng)圈環(huán)流（Hadley Cell）上升支異常偏南，長(zhǎng)江流域中下游地區(qū)上升支減弱（轉(zhuǎn)為下沉區(qū)），不利于降水發(fā)生，但有利于下沉增溫效應(yīng)的出現(xiàn)。另一方面影響亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度變化以及大氣低頻信號(hào)的傳播，表現(xiàn)為2022年夏季亞洲熱帶夏季風(fēng)偏弱、東亞副熱帶夏季風(fēng)偏強(qiáng)，低頻信號(hào)向長(zhǎng)江中下游傳播明顯偏弱，這些都不利于長(zhǎng)江中下游流域地區(qū)降水過程的發(fā)生。

對(duì)于改進(jìn)氣候預(yù)測(cè)來說，2022年長(zhǎng)江流域夏季異常高溫干旱氣候事件的發(fā)生是高緯、中低緯、低緯熱帶地區(qū)環(huán)流異常協(xié)同作用影響的結(jié)果。所以，要預(yù)測(cè)長(zhǎng)江流域夏季降水或高溫干旱，需提前關(guān)注北大西洋地區(qū)擾動(dòng)信號(hào)的發(fā)生及未來傳播特征、青藏高原上空高度場(chǎng)擾動(dòng)的發(fā)生及移動(dòng)特征、熱帶對(duì)流區(qū)位置變化及伴隨的熱帶夏季風(fēng)強(qiáng)度變化、低頻信號(hào)的傳播特征等。

本文對(duì)2022年長(zhǎng)江中下游夏季異常高溫干旱氣候事件發(fā)生的原因從環(huán)流異常方面作了綜合分析，沒有涉及到引發(fā)環(huán)流異常的原因，尚需作進(jìn)一步延伸研究。