2022年华南极端“龙舟水”与大气环流及海温异常的关系

伍红雨 吴遥 郑璟

摘要 利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP／NCAR大气环流再分析资料，NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5）及向外长波辐射（OLR）资料，采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流及海温异常的关系。结果表明，2022年“龙舟水”期间，东亚大槽、东北冷涡偏强，南下冷空气偏强，同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强，在华南存在明显的水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件，大气环流对其有明显响应，Walker环流增强，华南对流明显加强，菲律宾以东存在异常反气旋环流，副高加强导致其西北侧的西南风加强，向华南水汽输送显著增强，同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。

关键词极端“龙舟水”;华南;大气环流;海温

每年5月下旬到6月中旬，正值端午节前后龙舟竞渡之时，是华南前汛期降水最多、最为集中的时段，常常出现持续大范围暴雨过程，容易引发严重洪涝灾害，并对早稻等农作物产生很大影响，称之为“龙舟水”。前汛期暴雨、包括“龙舟水”的发生与冷暖气流交汇的锋面降水以及南海夏季风爆发导致的季风对流降水密切相关（郑彬等，2006;林良勋等，2009;覃卫坚等，2023）。“94.6”西江、北江大洪水、“98.6”西江、粤西南大洪水、“05.6”西江、北江、增江大洪水、2008年华南强“龙舟水”等都出现在此期间。1961—2017年广东综合强度指数评估最强的23次区域性暴雨过程（伍红雨等，2019）中有18次是“龙舟水”过程。这些“龙舟水”过程造成华南严重的人员伤亡和财产损失。所以研究前汛期强降水，特别是“龙舟水”异常对防灾减灾意义重大。华南前汛期强降水一直是我国气象学者关注的热点和研究的重点（黄士松等，1986;陈丽娟等，2019;肖志祥等，2023），并取得较多研究成果。较强的南海地区偏南风、东亚大槽以及南支西风急流的相互作用是影响广东前汛期降水偏多的直接原因（梁建茵和吴尚森，2001）。华南前汛期降水与其北侧有无低值系统向南发展关系密切（吴志伟等，2006）。东北冷涡加强有利于冷空气南下，华南前汛期降水偏多（苗春生等，2006）。南海夏季风爆发偏早，华南春季冷空气活跃，降水偏多（林爱兰等，2010）。华南前汛期持续性暴雨与太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation，PDO）的位相背景有关（王彦明等，2015），PDO冷暖背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送存在差异（李俊杰等，2022）。纪忠萍等（2021）指出2019年华南前汛期连续暴雨与大气低频振荡有关。华南前汛期区域性暴雨过程的强度异常（伍红雨等，2021）、区域性持续强降水的年际变化（林爱兰等，2022）、2018年华南前汛期降水偏少等（宋蔼莉等，2023）与大气环流和海温异常密切相关。大气环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因（李丽平等，2018）。

范伶俐和郭品文（2009）指出“龙舟水”期间，冷空气南下影响、副热带高压加强西伸、华南沿海暖湿气流加强、对流旺盛等为强降水提供充足的水汽、能量和动力条件，是“龙舟水”形成的重要原因。2008年广东最强“龙舟水”与东亚槽、副高、低空急流等天气系统的异常（林良勋等，2009）、大气低频振荡（谷德军和纪忠萍，2011）有关。2008年华南前汛期异常降水与南海季风涌的频繁活动，500 hPa我国东部大陆和孟加拉湾地区位势高度负异常有关（王东海等，2011）。同时2008年前冬青藏高原积雪面积偏大、东亚阻塞高压的异常强大、冷空气强等共同导致华南前汛期异常降水（王红军和潘维玉，2009）。但由于“龙舟水”具有显著的年际和年代际变化（伍红雨等，2017），每年“龙舟水”的大气环流和海温背景等存在差异，仍需要对其特征和成因进行进一步的诊断分析。

2022年“龙舟水”（5月21日—6月21日）期间，华南（广东、广西、海南）平均降雨量为472.5 mm，仅次于2008年，为1951年以来第2多，其中广西降水为历史同期最多，广东降水为历史同期第三多，粤北韶关、清远打破当地历史纪录;珠江出现流域性洪水，北江发生了特大洪水，为1915年以来最大，西江也出现了近年少见的洪水。6月19日，京广高铁、普铁线路出现晚点或停运。据统计，2022年“龙舟水”共造成广东263.95万人受灾，因灾死亡8人、失踪1人，因次生地质灾害死亡4人，直接经济损失95.03亿元。这次“龙舟水”广西有121条河流184站点271站次出现超警洪水，全区受灾人口375.5万人，因洪涝灾害造成6人死亡失踪、因地质灾害造成16人死亡，直接经济损失124.84亿元。那么2022年华南极端“龙舟水”有何特点？造成这次极端“龙舟水”的成因是什么？与气象学者对历史“龙舟水”的成因研究有何异同？这是当前防灾减灾和决策服务的迫切需要解决的。本文利用NCEP／NCAR再分析资料、大气向外长波辐射（OLR）资料、NOAA（ERSST V5）海表温度资料以及华南国家气象观测站降水资料，采用相关和合成分析的方法对其同期大气环流和前期海温的异常进行分析，探讨2022年华南极端“龙舟水”的成因，为“龙舟水”业务和决策服务提供参考。

1 资料和方法

1）采用1961—2022年华南192个国家气象观测站日降水资料;NCEP／NCAR大气环流再分析资料（Kalnay et al.，1996），包括高度场、风场、海平面气压场;NOAA月平均向外长波辐射（OLR）资料（Liebmann et al.，1996）和NOAA海温（ERSST V5）资料（Huang et al.，2017）。

2）1961—2022年华南逐年“龙舟水”期间（5月21日—6月21日）192个站平均的降水标准化距平序列，对其与同期高、中、低层大气环流场，包括100 hPa、500 hPa位势高度场、850 hPa风场、海平面气压场进行相关分析。

3）采用NCEP／NCAR逐日再分析资料、向外长波辐射距平场（OLR）资料，分别对2022年5月21日—6月21日华南“龙舟水”期间100 hPa和500 hPa位势高度场、850 hPa风场、海平面气压场的平均场及异常，2022年5—6月OLR距平场以及整层（1 000～300 hPa）水汽通量和水汽通量散度异常进行合成分析。采用NOAA月平均海表温度资料（ERSST V5），对前期3—5月海温场异常进行合成分析。

4）华南包括广东、广西和海南;气候平均为1991—2020年平均。

2 2022年华南“龙舟水”特点

2022年华南“龙舟水”具有极端性强、累计雨量大、强降水过程频繁等特点。1）降水极端性强。“龙舟水”期间，华南平均降雨量为472.5 mm，较常年同期偏多52.7％（图1）。其中广东全省平均降雨量514.5 mm，较常年同期偏多54％，仅次于2008年（625.6 mm）和2006年（574.3 mm），为有气象记录以来历史同期第三多，其中乐昌、佛冈、翁源等18个站为历史同期最多。广西全区平均降雨量为490.8 mm，为1951年以来最多;三江、龙胜、临桂等17个站破历史同期纪录。期间，广西兴安和环江、广东韶关共3个国家气象观测站的日雨量突破建站以来历史极值。国家站最大累计雨量出现在英德，为1 280.5 mm。2）“龙舟水”空间分布不均，北多南少（图2a）。与常年同期比较，华南北部偏多5成至2.7倍，海南、粤西南沿海、广西南部沿海局地偏少1～8成，其余大部偏多2～5成（图2b）。3）累计雨量大，强降雨区主要位于粤北桂北。5月21日—6月21日，广东中南部、广西大部、海南岛中东部累计降雨量有200～500 mm，广东韶关、清远、河源、汕尾和惠州，广西桂林、柳州、河池、贺州、梧州和来宾等地的部分地区有600～1 000 mm，广东韶关和清远、广西桂林和贺州超过1 000 mm;其中广东累计降雨量大的乡镇出现在连南县大麦山镇1 689.2 mm，翁源县新江镇1 652.7 mm;广西出现在桂林临桂区1 616.1 mm、柳州融水县1 612.4 mm。4）强降水过程频繁。“龙舟水”期间，华南连续出现3次强降雨过程，分别在5月22—28日、30—31日，6月4—21日（图3）。华南国家站区域平均日降水最大出现在6月11日，达31.1 mm。持续强降水导致“龙舟水”后期，珠江流域出现流域性洪水，北江流域出现特大洪水。

3 华南“龙舟水”与大气环流的关系

3.1 华南“龙舟水”与大气环流的相关

由于大气环流异常是导致降水异常的直接原因，下面对近62 a华南“龙舟水”标准化距平序列（以下简称“龙舟水”序列）与同期大气环流场进行相关分析，以此来寻找影响“龙舟水”异常的关键环流系统。

“龙舟水”序列与对流层高层100 hPa位势高度场的相关系数分布（图4a）可见，在日本海以东的西北太平洋存在显著负相关区，说明“龙舟水”期间，日本海以东的西北太平洋位势高度降低，有利于“龙舟水”偏多。

“龙舟水”序列与对流层中层500 hPa位势高度场的相关系数分布（图4b）可见，在50°N以北的鄂霍次克海附近存在显著正相关，而在40°N以南，日本海以东的西北太平洋存在显著负相关，我国长江以南大部为显著负相关，特别是华南北侧相关最显著。说明“龙舟水”期间，北太平洋“北高南低”的位势异常分布，以及华南北侧位势高度的降低，有利于“龙舟水”偏多。

“龙舟水”序列与海平面气压场的相关系数分布（图4c）可见，在我国中东部、北太平洋中部存在显著负相关，在鄂霍次克海、菲律宾附近热带西太平洋存在显著正相关，说明北半球中高纬“北高南低”的海平面气压分布，同时大陆高压减弱，鄂霍次克阻塞高压加强，有利于冷空气的南下，海平面气压从高纬到低纬“+-+”环流形势的稳定维持，有利于“龙舟水”偏多。

“龙舟水”序列与对流层低层850 hPa风场的相关系数分布（图4d）可见，在南海、热带西太平洋存在显著相关反气旋环流，其中心位于菲律宾以东的热带西太平洋，华南位于反气旋西北侧的西南气流影响下，有利于南海、西太平洋的水汽向华南输送。菲律宾以东反气旋环流的存在，导致其西北侧南海北部、华南暖湿偏南气流加强，带来丰富的水汽、能量，同时在华南北部存在北风相关，说明华南北部冷空气加强，冷暖气流在华南北部交汇也有利于“龙舟水”偏多。

3.2 2022年“龙舟水”期间大气环流异常特征

分析了2022年华南“龙舟水”期间，对流层高、中、低层大气环流的异常特征以及对流层整层的水汽异常分布。100 hPa位势高度场及异常分布（图5a）可见，北半球副热带的亚欧大陆为正异常，中心位于青藏高原，说明南亚高压较常年同期偏强，而在日本海及以东的西北太平洋存在位势高度负异常，中心位于西北太平洋上。500 hPa位势高度场及异常（图5b）可见，欧亚中高纬度为两槽一脊的形势，经向环流明显。鄂霍次克海存在正距平中心，日本海及以东的西北太平洋为位势高度负距平，中心在西北太平洋。东亚中高纬维持“北高南低”稳定的环流形势。我国长江以南大部为负距平。说明东亚大槽在日本海附近明显加深。西太平洋副热带高压（以下简称副高）总体较常年同期面积偏大，强度偏强，西伸脊点偏西，但副高脊线阶段变化明显。东亚大槽明显加强表现为东北冷涡加强并向南发展，不仅引导冷空气南下影响华南，导致“龙舟水”期间华南平均气温较常年同期偏低，而且也使副高在5月下旬到6月上旬位置偏南，来自副高西侧热带西太平洋和南海的水汽输送到华南地区，冷暖空气在华南交汇，造成华南在5月下旬、6月上旬出现大范围的区域性暴雨天气过程（韩旭卿和张涛，2022）。这与苗春生等（2006）指出华南前汛期东北冷涡强，华南降水多的结论相同。6月中旬副高西伸北抬（图略），副高北侧西南季风引导偏南低空暖湿急流的一直维持，与短波槽叠加（孟庆涛和于超，2022），导致华南在6月中旬出现连续性区域性特大暴雨天气，降水显著偏多。可见锋面降水和季风降水的显著偏多导致2022年华南“龙舟水”异常偏多。

从海平面气压场及其异常（图5c）可见，在鄂霍次克海附近存在海平面气压正异常中心，中低纬度（25°～45°N）的欧亚大陆和北太平洋为负异常，说明鄂霍次克海阻塞高压加强、夏威夷群岛以东的北太平洋高压明显减弱，北半球海平面气压从高纬到中纬呈“北高南低”的异常分布，有利于北方冷空气的南下，2022年华南“龙舟水”偏多。

从低层850 hPa 异常风场上（图5d）可见，在南海、西太平洋存在异常反气旋环流，中心位于菲律宾以东，反气旋环流西北侧的偏南气流把热带西太平洋、南海的暖湿气流向华南输送。在70°～90°E的热带印度洋地区存在异常的气旋环流，有利于位于孟加拉湾90°E附近的南支槽增强，华南存在异常偏南气流，同时其北部存在异常北风，桂北、粤北和珠三角北部地区位于异常冷暖气流的交汇处，有利于该地区降水的异常偏多。

从“龙舟水”期间整层水汽通量和水汽通量散度异常分布（图5e）可见，长江以南地区处于水汽辐合区，大值区位于华南北部和华东沿海。南海、西太平洋存在异常反气旋环流，其西北侧的异常偏南、西南气流可以把南海、西太平洋、孟加拉湾的暖湿气流向华南输送，桂北、粤北以及珠三角北部地区位于异常水汽辐合高值区，有利于极端降水的发生。2022年“龙舟水”期间，华南、华东以及黄海、东海、日本海的水汽辐合明显加强，有利于降水明显增多。2022年5、6月，华南、华东降水显著偏多与水汽输送密切相关（韩旭卿和张涛，2022;孟庆涛和于超，2022）。

2022年南海夏季风于5月第3候爆发（具体是5月12日），较常年（5月第4候）偏早1候。南海夏季风的爆发和建立偏早，意味着越赤道气流以及从孟加拉湾、南海、西太平洋的水汽通道打开，季风环流引导西南水汽向华南输送加强，由于2022年“龙舟水”期间季风指数都较气候平均值偏弱，向北推进慢，导致雨带长时间的滞留华南，带来持续的强降水。

从上分析可见，华南“龙舟水”期间大气环流场的合成分析得到了和前面相关分析一致的结论。另外，2022年“龙舟水”期间，位于东亚沿岸的东亚大槽在对流层高、中、低层的日本海及附近都有明显的表现，存在位势高度负异常以及风速的切变，说明东亚大槽加强，在低层850 hPa上与东北冷涡、气旋环流配合，是个深厚稳定的天气系统，即东亚大槽加强，东北冷涡加强南移，影响华南的冷空气偏强，是导致华南“龙舟水”偏多的重要原因之一，这与华南发生秋冬春干旱时东亚大槽减弱，冷空气弱的环流特征相反（伍红雨等，2022）。

4 华南“龙舟水”与海温的关系

4.1 2022年华南“龙舟水”期间海温的异常

华南前汛期强降水与热带太平洋海温关系密切（吴志伟等，2006;Gu et al.，2018;林爱兰等，2022）。从2022年3—5月海温异常分布（图6b）可见，在北印度洋存在海温正异常，特别是阿拉伯海、孟加拉湾存在0.5～1.0 ℃的海温正异常中心;在南海北部和我国东部近海，存在-0.25～0的海温负异常;赤道西太平洋（120°～160°E），以及海洋性大陆和北太平洋大部为海温正异常，在鄂霍次克海以及东北太平洋夏威夷群岛东北部存在海温正异常中心;160°E以东的赤道中东太平洋存在-1.0～-0.5 ℃的海温负异常。赤道太平洋海温从西向东存在“-+-”异常分布，即拉尼娜事件的海温异常分布。国家气候中心监测，2021年9月开始的拉尼娜事件，在2023年1月结束，Nio3.4 区的海温异常在2022年3—5月达到峰值，为-1.1 ℃。从以上分析可见，2022年华南极端“龙舟水”发生在拉尼娜的背景下，以下分析热带太平洋到北半球副热带地区大气环流对这次拉尼娜事件的响应特征。

4.2 2022年华南“龙舟水”期间Walker环流和垂直运动上升

2022年华南“龙舟水”期间，沿赤道5°S～5°N区域的经度-高度距平环流剖面（图7a）可反映Walker环流情况。可见较强上升运动出现在赤道西太平洋（100°～135°E），上升运动的高度达到200 hPa以上，而下沉运动主要出现在赤道中东太平洋，特别在日界线附近（140°E～170°W），可见大气环流对拉尼娜事件有明显响应，赤道太平洋Walker环流加强。图7b为2022年“龙舟水”期间，沿110°～120°E 区域的纬度-高度距平环流剖面，可见华南地区（20°～29°N）上升运动非常明显，上升高度可达150 hPa以上，而下沉运动主要出现在7°～20°N、30°～35°N，在低纬度存在华南上升、其周边地区下沉的异常垂直环流，为2022年华南极端“龙舟水”提供了稳定的上升运动背景。这种垂直运动也可在5—6月向外长波辐射（OLR）距平场（图8）得到体现。图8可见，在赤道中东太平洋（140°E～90°W）对流活动受到抑制，而在赤道西太平洋（90°～140°E）对流活动加强。同时在我国长江以南、南海大部、海洋性大陆以及印度洋北部大部地区的对流较常年同期加强，华南特别是广东北部、广西北部处于负异常大值区，对流明显加强;而在菲律宾以东的热带西太平洋（130°～150°E，10°～22°N）上空对流活动较常年同期减弱，相应非绝热加热减弱，通过激发大气中的Rossby波使得菲律宾以东出现异常反气旋环流（图5d），南海到华南为异常的偏南气流影响，有利于南海和西太平洋暖湿水汽向华南输送，导致极端“龙舟水”的发生。

这与陈丽娟等（2019）指出菲律宾附近异常反气旋的存在有利于华南前汛期降水偏多的结果一致。计算1961—2022年华南“龙舟水”序列与前汛期（4—6月）降水序列的相关系数为0.62，通过0.001信度的显著性检验，说明龙舟水偏多（少）与前汛期降水偏多（少）的一致变化，降水异常的成因也相似。满足异常的垂直上升气流和异常的水汽是发生极端降水要满足的两个基本条件（钱维宏等，2020），而2022年“龙舟水”这两个条件都满足。

5 结论与讨论

本文分析了2022年华南极端“龙舟水”的特征，采用相关和合成分析的方法对其同期大气环流和前期海温的异常进行分析，探讨2022年华南极端“龙舟水”的成因，分析结果如下：

1）2022年“龙舟水”期间，华南平均降雨量472.5 mm，为有气象记录以来历史同期第2多。其中广西、广东分别为历史同期最多、第3多。华南出现持续时间长的大范围暴雨引发珠江流域出现流域性洪水，北江流域出现特大洪水，造成严重的人员伤亡和财产损失。

2）2022年“龙舟水”期间，东亚大槽明显加强，东北冷涡偏强，导致影响华南的冷空气偏强，同时南支槽偏强，在菲律宾以东存在异常反气旋环流，副高偏强，其西北侧的偏南季风气流把热带西太平洋、南海的暖湿气流向华南输送，且西南季风暖湿气流长时间在华南的维持，鄂霍次克海阻塞高压的加强，地面北半球海平面气压从高到中纬呈“北高南低”的异常分布，华南上升运动非常显著且存在明显水汽辐合，导致2022年华南“龙舟水”极端偏强。

3）2022年赤道中东太平洋发生拉尼娜事件，大气对其有明显响应，Walker环流增强。“龙舟水”期间，在菲律宾以东对流活动受到抑制，通过激发大气中的Rossby波使得菲律宾以东出现异常的反气旋环流，南海到华南为异常的偏南气流影响，有利于南海和西太平洋暖湿水汽向华南输送，同时在华南存在显著的上升运动，有利于华南“龙舟水”显著偏多。

2008、2022、2006年分别是有气象记录以来华南“龙舟水”最多的前三位，其成因存在异同。在海温方面，相同点是这3 a“龙舟水”的前期冬春赤道中东太平洋海温为负距平，其中在2008、2022年还处在拉尼娜的背景下。在其影响下，这3 a“龙舟水”期间，影响华南的冷空气都偏强，赤道太平洋Walker环流加强。大气环流方面，“龙舟水”期间，对流层高层南亚高压偏强，中层日本海以东的西北太平洋位势高度降低，北太平洋“北高南低”的位势异常分布，低层菲律宾以东存在异常反气旋环流，华南受强的西南气流影响，在华南存在水汽的辐合，且这3 a南海夏季风爆发都较常年偏早，这些共同的特点都有利于华南极端“龙舟水”的发生。

但由于前期3—5月海温异常的分布存在差异。2006年，赤道太平洋海温负距平有两个中心，分别位于日界线附近和赤道东太平洋，而印度洋北部和南海海温接近常年同期，北太平洋大部为海温负距平。2008年，赤道太平洋海温负距平中心位于日界线附近，而印度洋北部、南海、都是海温负异常，北太平洋大部为海温正距平。2022年，赤道太平洋海温负距平中心位于赤道东太平洋，南海北部为海温负距平，而印度洋北部、北太平洋大部为海温正距平。“龙舟水”期间，大气环流在这3 a也存在差异。如副高、东亚大槽的强度和位置都存在差异。2006年副高接近常年，略有偏强，2008年副高明显偏弱、偏东，2022年副高明显偏强，偏西;东亚大槽在2006年，以40°N为界，北段减弱，南段加强;2008年东亚大槽偏弱，而2022年东亚大槽明显偏强。环流差异导致水汽辐合的位置不同，相应“龙舟水”降水的大值区也存在差异，2006年在华南东部，2008年在广东，2022年在华南北部。影响华南极端“龙舟水”的因子很复杂，是多因子共同作用的结果。

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