2022年春季我国气候异常特征及成因分析*

李 多 刘芸芸,2

1 国家气候中心，中国气象局气候研究开放实验室，北京 100081 2 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京 210044

提 要：利用气象台站观测资料、NCEP/NCAR大气再分析资料和NOAA的海温资料，采用相关、合成分析等方法分析和讨论了2022年春季我国的气候主要特征和成因诊断。2022年春季，我国季风雨带进程总体呈现偏早的特点。全国平均气温为12.1℃，为1961年以来历史同期最高值。全国平均降水量为154 mm，接近常年同期，但旱涝分布差异显著，其中西南地区降水量为1961年以来历史同期最高值。通过对同期的环流分析发现，对流层中高层形成的自乌拉尔山以北经青藏高原至中南半岛“―+―”的西北—东南向异常环流形势，使得低层风场上低纬异常偏东气流及南下的异常东北—偏北气流在西南地区辐合，有利于水汽向西南地区的输送和冷暖空气在西南地区的交汇，从而导致2022年春季西南地区降水的异常偏多。此外，自2021年秋季开始并一直持续发展的中东太平洋拉尼娜事件是西南地区春季降水异常偏多的重要外强迫因子，而拉尼娜事件结束的早晚会对春季西南地区降水异常产生不同的影响。2022年春季持续发展的拉尼娜事件使得上述异常环流型更为典型，更有利于西南地区的降水偏多。

引 言

我国属于典型的东亚季风区，气候受季风影响显著。春季是冬季风环流系统向夏季风环流系统过渡的时期，此时中高纬冷空气与低纬暖湿气流的交汇易造成大气层结不稳定能量的加强，给很多地区带来阶段性强降水、强对流等极端天气气候事件。我国春季气候具有典型的年际变化特征，华南前汛期、南海夏季风爆发、西南雨季等气候事件和关键进程也均在这一季节发生，这对春季农作物的播种会产生重要影响(龚志强等,2017;王遵娅等,2018;刘芸芸和陈丽娟,2019;洪洁莉和郑志海,2020;刘芸芸和高辉，2021)。因此，分析我国春季气候特征和诊断气候异常成因对于气候预测服务具有重要意义。

已有大量学者围绕我国春季气候异常的成因展开研究。白旭旭等(2012)认为MJO的不同位相对中国东部地区降水影响截然不同：当MJO位于2～3位相时大气罗斯贝波列响应将形成有利于长江中下游地区春季降水偏多的形势；而当MJO位于6～7位相时不利于东部地区降水。Tian and Yasunari(1998)和赵平等(2008)均认为春季东亚地区海陆热力差异对江南地区的春雨形成具有重要作用。春季南支槽偏强则长江中部及西南地区降水易偏多(李依瞳等，2017)。另外，海温外强迫因子与中国春季降水也有密切关系。厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是热带太平洋最强的年际变化信号(Bjerknes,1969;Neelin et al,1998)，同时也是影响全球气候和气候变化的强信号，其发生发展可导致全球大气环流发生变化，并通过调节大气环流(如西北太平洋副热带高压)影响东亚季风活动从而引起东亚和我国的降水异常(Huang et al,2004;Wang et al,2000;Wu et al,2003;苏明峰和王会军,2006;薛峰和刘长征,2007;Xue and Liu,2008;Liu et al,2019)。ENSO对春季降水的影响可通过影响春季副热带高压和低层风场异常实现(李宏毅等,2013;Wu et al,2003)，但不同类型厄尔尼诺事件对次年春季降水的分布影响有很大区别，如中部型厄尔尼诺次年春季华南地区降水易偏少，这与传统型厄尔尼诺影响是完全不同的(Feng and Li,2011)。此外，西太平洋的海温异常可通过垂直环流影响华南地区春季降水(徐超和乔云亭,2018)。冬季印度洋海温偏暖时，东亚大槽易偏弱偏东，有利于来自低纬的暖湿气流在长江中下游及其以北地区形成水汽辐合，从而导致春季降水偏多(王建波等,2006;程慧萍和贾晓静,2014)。

2022年春季，中国整体呈现气温偏高、旱涝分布不均的特点，其中西南地区降水为1961年以来同期最多。西南地区位于青藏高原东南侧，具有纬度较低、地势较高、地形复杂、包含多种气候带、干湿季节分明的特点(丁一汇,2013;晏红明等,2018)。春季是西南旱季的最后阶段，其降水在该地区旱涝异常分布中担任着承前启后的重要作用。此时也是西南大部地区水稻、玉米等农作物栽种的关键时期，这一时期的降水不但直接影响该地区主汛期开始的早晚，更对区域旱涝灾害的发生及农业生产有重要影响。蒋兴文等(2007)、李永华等(2010)指出，影响西南地区降水的水汽主要来源为孟加拉湾、中国南海及青藏高原地区。西南地区上空的负位势高度距平区及其以北的正距平区构成的纬向异常波列有利于春季降水发生(苗春生等,2014)，南支系统的强度及冷空气路径等异常环流形势也是影响该地区降水的重要因素(池再香等,2012;黄荣辉等,2012;郑健萌等,2014)。此外，ENSO也可通过影响孟加拉湾气旋环流异常从而影响西南地区春季降水(杨亚力等,2011)。ENSO事件强度与西南地区旱涝等级存在负相关关系(陈艳等,2021;刘琳等,2019)：拉尼娜年云南地区雨季开始趋于偏早,春季降水趋于偏多(琚建华和陈琳玲,2003)。

从上述研究可见，影响中国春季气候异常(特别是降水异常)的因素非常复杂。针对2022年春季的气候，本文将首先全面系统地总结其异常特征、季节进程和相关气候灾害特点，再从大气环流和海温外强迫等方面重点分析造成2022年春季西南地区降水异常偏多的可能成因。

1 资料和方法

2 2022年春季我国主要气候特征

2.1 季节进程和气象灾害

2022年春季，我国季风雨季进程较常年明显偏早。华南前汛期于3月24日开始，较常年(4月9日)偏早16 d。南海夏季风于5月第3候爆发，较常年(5月第4候)偏早1候。西南雨季于5月14日开始，较常年(5月27日)偏早13 d。

随着夏季风的季节性推进，南方出现明显强降水过程，尤其以5月9—14日和27—30日的两次区域性暴雨过程呈现累计降水量大、影响范围广、持续时间长的突出特点(图略)。9—14日，西南大部、长江以南及陕西西南部等地累计降水量一般有25～100 mm，部分地区超过100 mm，长江以南大部分地区降水日数在4～6 d；27—30日，暴雨过程主要影响西南大部、华中南部及华南等地，累计降水量一般有25～100 mm，局地超过100 mm。受强降水影响，云南遭受暴雨洪涝灾害及其诱发的地质灾害。

2.2 气 温

2022年春季，全国平均气温为12.1℃，较常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，为1961年以来历史同期最高值(图1a)；从空间分布来看, 除云南东部和华南西部外，全国大部地区气温较常年同期偏高0.5℃ 以上，其中东北东部、内蒙古中西部、黄淮大部、江淮、西北大部、西藏大部、新疆等地气温偏高1～2℃，新疆和西藏部分地区偏高2℃以上(图1b)。春季季内变化显著。3月，全国平均气温为7.2℃，为1961年以来同期最高值，大部地区气温偏高2～4℃(图2a)。4月，南方部分地区出现气温偏低区，主要集中在华南和西南，其中云南中西部和四川南部偏低1～2℃；而东北中部和南部、华北大部、黄淮、江淮、江汉、新疆大部和西藏地区气温偏高1～2℃，部分地区偏高2～4℃(图2b)。5月，南方低温区的范围和程度均较4月进一步扩大加强，特别是江南南部、华南大部和西南东部气温偏低2～4℃；此外东北大部、华北等地气温也较常年同期偏低，我国气温整体呈现“西高东低”的特征(图2c)。进一步从南方地区(包含江南、华南和西南地区)逐日气温变化来看，季内气温起伏波动特征明显，其中3月上、中旬和4月上旬气温异常偏高，偏高幅度超过2℃，而4月中、下旬和5月气温均较常年偏低，最大偏低幅度超过4℃(图2d)。

图1 (a)1961—2022年春季全国平均气温历年变化和(b)2022年春季全国平均气温距平分布

图2 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全国平均气温距平分布，(d)春季南方地区平均的逐日气温序列

2.3 降 水

2022年春季，全国平均降水量为154 mm，较常年同期(143.3 mm)偏多7.5%(图3a)。春季降水在空间分布上的区域差异很大：其中东北南部、内蒙古大部、华北东部、黄淮大部、西北地区东部、新疆西南部和东部等地降水量偏少2～8成，局部偏少8成以上；东北北部、华北西北部、江淮大部、江汉大部、华南西部、西南大部、西北地区中部、西藏中东部等地降水量偏多，其中西南地区降水普遍偏多5成至1倍以上(图3b)。西南平均降水量为291.8 mm，为1961年以来历史同期最高值，超过气候平均值(218.2 mm)2倍标准差以上(图4d)。从季节内逐月降水演变来看：3月，我国降水总体呈现“东多西少”的分布，其中西南地区东北部和南部降水偏多，而中西部降水偏少(图4a)。4月，我国主要降水偏多区位于东北中北部、江汉、江南中西部、西南地区大部，其中西南地区降水普遍偏多5成至1倍以上(图4b)。5月，我国降水呈现“南多北少”的分布，其中西南大部降水偏多5成以上(图4c)。

图3 (a)1961—2022年春季全国平均降水量历年变化和(b)2022年春季全国降水距平百分率空间分布

图4 2022年(a)3月、(b)4月、(c)5月全国平均降水量距平百分率分布，(d)1961—2022年春季西南地区平均降水量历年变化

由上可见，2022年春季全国平均气温较常年同期明显偏高，雨季进程明显偏早，西南地区降水异常偏多。下文将针对西南地区降水异常偏多的特点，从大气环流和可能的外强迫因子等方面做进一步的成因分析。

3 2022年春季我国西南地区降水异常偏多的成因分析

3.1 大气环流异常特征

图5a为2022年春季500 hPa位势高度距平场分布。亚洲中高纬环流总体呈现“两槽一脊”的分布特征，乌拉尔山为低槽区，有利于西路冷空气南下及导致西南地区东部多雨(王遵娅等, 2018)。我国中东部至青藏高原均为显著正位势高度距平控制，有利于气温的总体偏高(图1b)。而低纬阿拉伯海东部至菲律宾地区为负位势高度距平场控制，有利于南支槽阶段性活跃，并将低纬暖湿气流向北输送，与北方冷空气在西南地区频繁交汇而形成阶段性强降水过程(图5a)。为了确定影响西南地区降水偏多的典型环流形势，计算了1981—2021年西南春季降水序列与同期500 hPa高度场的相关分布，从乌拉尔山以北经青藏高原至中南半岛呈现“-+-”的西北—东南向异常环流型时，对应西南地区降水异常偏多(图5c)。2022年春季的这种环流异常分布与西南地区降水偏多的典型环流形势一致。

对流层低层(700 hPa)风场上，2022年春季中南半岛至南海地区维持着一个异常气旋性环流，该气旋东北侧的东南—偏东气流，与位置偏北偏东的西太平洋副热带高压西侧的偏南引导气流共同作用，将南海和西太平洋上的暖湿水汽向西南地区输送。与此同时，绕经青藏高原东部的异常东北—偏北气流南下与上述低纬暖湿气流在西南地区辐合，为该地区的降水提供冷暖空气交汇的有利条件(图5b)。由西南地区降水序列线性回归得到的低层水平风场也证实，异常的偏东气流与偏北气流在西南地区的交汇是造成降水偏多的典型环流条件(图5d)。

图5 2022年春季(a)500 hPa位势高度距平场及(b)700 hPa水平风场，(c)1981—2021年西南地区降水量与同期500 hPa位势高度场的相关系数空间分布,(d)经春季西南地区降水回归的700 hPa水平风场

降水异常的发生通常包括水汽输送条件异常和动力上升运动异常两个方面。2022年春季水汽输送距平场的分布显示(图6a)，在低层异常风场的引导下，西南地区同时受到偏东气流、越赤道气流及北方冷空气南下的共同影响，成为显著的水汽通量辐合区，导致西南地区降水偏多。同期500 hPa的垂直速度分布图可见(图6b)，2022年春季西南地区，特别是云南西部至四川南部地区为显著的上升运动区，配合充足的水汽供应，为西南地区降水的形成提供了有利的动力条件。

图6 2022年春季整层积分(地表至300 hPa)(a)水汽通量距平(矢量)及水汽输送通量散度距平场(填色，单位：10-5 kg·s-1·m-2)，(b)500 hPa垂直速度距平场

西南降水典型异常年的环流合成场上也呈现出一致的特征。以1981—2021年春季西南地区降水大于/小于气候值1倍标准差为标准(图4d)，可得到5个降水异常偏多年(2004、1990、2018、1985和2002年)和5个降水异常偏少年(2020、2021、2014、1995和1987年)。西南降水异常年的环流差值场(异常偏多年与异常偏少年之差)(图7)显示：对流层中高层(500 hPa)乌拉尔山以北和中南半岛存在两个显著的负异常环流中心(蓝色阴影区)，分别有利于北方高纬地区冷空气向西南地区入侵及南支槽阶段性活跃向西南地区输送水汽；对流层低层(700 hPa)风场上中南半岛存在气旋性差值环流(矢量箭头表示)，西南地区受异常偏东风影响，水汽输送条件较好；中高层和低层环流的共同作用，导致西南地区的南部及西部出现上升运动显著区(蓝色虚线区)，从而有利于降水的发生。

图7 春季西南降水异常偏多年与异常偏少年的环流差值场：500 hPa位势高度(填色)、500 hPa垂直速度(等值线，单位：Pa·s-1)和700 hPa风场(风矢)

3.2 热带海温异常及其可能影响

图8给出了2022年春季海表温度距平分布及关键区海温指数的逐月演变。赤道中东太平洋自2021年9月开始的拉尼娜事件一直持续发展(图8a)，且冷水中心强度低于-1.5℃(图8b)；另一方面，IOBW指数自2021年秋季以来总体在0℃附近波动(图8a)，并且2022年春季热带印度洋海温接近常年至略偏暖(图8b)，表明热带印度洋海温在此期间无明显异常信号。春季西南地区降水序列与同期全球SSTA的相关系数分布显示，在赤道中东太平洋和热带南印度洋存在两个显著负相关区，当赤道中东太平洋和热带南印度洋的海温偏冷时，有利于西南春季降水偏多。因此可以认为，2022年赤道中东太平洋持续的拉尼娜事件是导致西南春季降水偏多的一个重要外强迫因子，这与Liu et al(2022)研究结果一致。

图8 (a)2021年1月至2022年5月与IOBW海温指数逐月变化，(b)2022年春季全球海表温度距平分布，(c)1981—2022年西南地区降水量与同期海表温度的相关系数空间分布(填色区域为通过0.1显著性水平检验区域)

图9 拉尼娜结束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a,b)指数演变特征及(c, d)对应的春季降水量距平百分率合成

与拉尼娜结束偏早年(图10a,10c)相比，在拉尼娜结束偏晚年的春季自乌拉尔山北部经青藏高原至中南半岛的“-+-”的环流形势更为典型，且低纬地区的负位势高度距平通过显著性水平检验(图10b，10d)；低层的水平风场显示，西南地区处于偏北—东北异常气流与偏东异常气流的交汇区，水汽条件及冷暖空气交汇条件均较结束偏早年更有利于降水的发生(图10b，10d)。

图10 拉尼娜结束(a,c)偏早年和(b,d)偏晚年(a, b)500 hPa位势高度距平场(打点区域为通过0.1显著性水平检验区域)及(c,d)700 hPa距平风场(风矢)

从上面的分析可见，ENSO事件及其事件结束早晚时间都对会春季西南地区降水异常产生不同的影响。2022年春季持续发展的拉尼娜事件进一步加剧了西南地区异常偏多的降水。

4 结论与讨论

利用全国2400个站的降水和气温观测资料、NCEP/NCAR大气再分析资料和NOAA的海温资料等，总结了2022年春季我国主要气候异常特征，并初步分析了导致西南地区降水异常偏多的可能成因。主要结论如下：

(1)2022年春季我国季风雨带的推进时间与常年相比偏早。全国平均气温为12.1℃，较常年同期(10.9℃)偏高1.2℃，为1961年以来历史同期最高值。除云南东部和华南西部外，全国大部地区气温较常年同期偏高0.5℃以上，其中东北东部、华东中北部、华中东部、西北大部及新疆和西藏大部、内蒙古中西部等地气温偏高1～2℃，新疆和西藏部分地区偏高2℃以上。春季全国平均降水量为154 mm，较常年同期(143.3 mm)偏多7.5%。春季降水空间分布不均，东北中北部、西南大部降水显著偏多，华北东部、黄淮、西北地区东部降水显著偏少。

(2)2022年西南地区春季降水量为291.8 mm，为1961年以来历史同期最高值。分析发现，自乌拉尔山以北经青藏高原至中南半岛“-+-”的西北—东南向异常环流型与西南地区降水异常偏多密切相关，对应低层风场上，低纬异常偏东气流及南下的异常东北—偏北气流在西南地区辐合，从而给这里带来丰沛的降水。

(3)从海洋外强迫因素看，2022年春季持续的拉尼娜事件对西南地区降水异常偏多有重要影响。进一步对比分析了拉尼娜事件结束偏早和偏晚年的差异，发现在结束偏晚年，自乌拉尔山北部经青藏高原至中南半岛的“-+-”的环流形势更为典型，对应低层水平风场在西南地区的辐合也更为明显，有利于西南地区降水偏多。

需要指出的是，本文仅从大尺度环流和赤道中东太平洋海洋外强迫信号分析了这些因子对春季西南地区降水异常偏多的可能影响。但造成西南地区降水异常的成因比较复杂，除ENSO的作用外，青藏高原的热力和动力异常、热带的MJO等都可能对西南地区降水异常产生影响，我们也会在今后工作中做进一步深入研究，以期更加全面地分析和揭示西南地区春季降水的异常特征和相应机理诊断，为短期气候预测提供依据。