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  气象   2015, Vol. 41 Issue (1): 121-125.  DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.01.015

天气、气候评述

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崔童, 王东阡, 李多, 等, 2015. 2014年夏季我国气候异常及成因简析[J]. 气象, 41(1): 121-125. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.01.015.
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CUI Tong, WANG Dongqian, LI Duo, et al, 2015. Analysis on Climate Anomalies in China in Summer 2014[J]. Meteorological Monthly, 41(1): 121-125. DOI: 10.7519/j.issn.1000-0526.2015.01.015.
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资助项目

中国气象局气象关键技术集成与应用项目(CMAGJ2013Z08) 和公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406018) 共同资助

第一作者

崔童, 主要从事气候及气候变化研究.Email:cuitong@cma.gov.cn

通信作者

孙丞虎, 主要从事短期气候监测、预测业务研究工作.Email:sunch@cma.gov.cn

文章历史

2014年10月11日收稿
2014年11月09日收修定稿
2014年夏季我国气候异常及成因简析
崔童 , 王东阡 , 李多 , 孙丞虎 , 李清泉 , 王遵娅     
国家气候中心,北京 100081
摘要:2014年夏季,全国平均气温为21.1℃,较常年同期偏高0.2℃。全国平均降水量为320.1 mm,较常年同期偏少1.6%,空间分布呈现北少南多的显著特征,其中黄淮地区平均降水量与1999年并列历史同期最少。进一步对2014年夏季我国降水异常成因分析表明,东亚夏季风偏弱及西北太平洋副热带高压偏强、偏南是造成我国夏季降水北少南多的直接原因;印度洋海温偏暖和厄尔尼诺状态共同作用导致副热带高压持续偏强偏南;两者是造成降水异常的重要外强迫条件。
关键词夏季气候    夏季风    副热带高压    厄尔尼诺状态    
Analysis on Climate Anomalies in China in Summer 2014
CUI Tong, WANG Dongqian, LI Duo, SUN Chenghu, LI Qingquan, WANG Zunya    
National Climate Centre, Beijing 100081
Abstract: In summer 2014, the surface air temperature averaged over China was 21.1℃, which is 0.2℃ above normal. The mean precipitation over China was 320.1 mm, which was less than normal by 1.6%, and its spatial distribution shows the significant feature of less in the north but more in the south. The average rainfall over the Huanghe River and Huaihe River region was minimum in historic records tied for the same period in 1999. Further analysis on the summer rainfall anomaly shows that the summer precipitation anomaly in China is because the East Asian summer monsoon was weaker and the Northwest Pacific subtropical high was stronger and further southward than normal. Warm Indian Ocean SST and the El Nino condition jointly resulted in continued stronger and southward Northwest Pacific subtropical high. The two parts were important external forcing conditions for abnormal rainfall.
Key words: summer climate    summer monsoon    subtropical high    El Nino condition    
引言

研究表明,影响我国夏季降水的因子众多,并且形成原因非常复杂(韦志刚等,1998金祖辉等,1999吴国雄等,2000孙颖等,2002谭言科等,2003王遵娅等,2012Yuan et al,2012Wu et al,2013龚志强等,2014司东等,2014侯威等,2014)。黄荣辉等(2006)研究指出我国夏季旱涝变化受众多因子控制,既与包括海—陆—气各子系统的东亚季风气候系统的年际变化有关,又与热带中、东太平洋海温的年际和年代际变化有密切关系。这些因子的变化引起了大气环流的异常,从而导致我国夏季旱涝具有明显的年际和年代际变化。在这些因子中,夏季风的推进及演变对雨带分布和旱涝的发生有着重要影响(郭其蕴,1985Tao et al,1987陈隆勋等,1991张庆云等,1998),在研究气候异常成因中是不可忽略的因素。

2014年夏季我国东部降水主要表现为北少南多的特征。那么这一异常分布的出现,与夏季风的活动有着怎样的联系? 2014年春季以来持续的El Nino状态是否影响了夏季风成员活动异常?同期,热带印度洋全区一致暖海温的持续是否也存在一定影响?本文将针对上述问题,从大尺度环流异常、季风及海温对我国夏季降水影响的角度出发,分析2014年夏季我国降水北少南多的成因,为我国夏季降水的气候监测、诊断和预测提供参考依据。

1 资料和方法

本文使用的主要资料包括:国家气象信息中心提供的1951年以来的中国723站温度和降水资料。1948年以来的NCEP再分析资料和美国NCEP/NCAR的2.5°×2.5°月平均再分析资料,包括1961-2014年500 hPa高度场、各层风场和比湿场资料。

此外,本文还计算逐月IOBW指数,热带印度洋全区一致海温模态(IOBW)定义为热带印度洋(20°S~20°N、40°~110°E)区域平均的海温距平。同时,文章应用Liu等(2008)的广义平衡反馈(generalized equilibrium feedback assessment, GEFA)方法,该方法用于系统分离不同海区对气候异常的独立贡献,它的优越性在简单模式中得到了验证,并且逐渐成为海气相互作用研究中一种新的有效统计工具(温娜等,2012)。

2 2014年夏季天气气候特征 2.1 全国降水异常特征

2014年夏季,全国平均降水量为320.1 mm,较常年同期(325.2 mm)偏少1.6%(图 1)。从空间分布(图 2)看,新疆北部至东南部、内蒙古东南部、东北中南部、华北东部、黄淮至江淮西部及华南中部等地降水偏少20%~50%,局部偏少80%以上;新疆西部、西藏东部至青海南部、西南地区北部、江南大部以及海南等地降水偏多20%~50%,局部地区偏多一半以上。

图 1 1951-2014年夏季全国平均降水量历年变化(单位:mm) Fig. 1 Time series of summer precipitation during 1951-2014 (unit: mm)

图 2 2014年夏季(6月1日至8月31日,下同)全国降水量距平百分率分布(单位:%) Fig. 2 Distribution of precipitation anomaly percentages of China in summer from 1 June to 31 August 2014 (unit: %)

夏季,东北和华北共8省(区、市)(北京、天津、河北、山西、内蒙古、黑龙江、吉林和辽宁)平均降水量为249.4 mm, 较常年同期(315.6 mm)偏少21.0%,是2000年以来最少(图略);季内,黄淮地区平均降水量为269.5 mm, 较常年同期(434.3 mm)偏少37.9%,与1999年并列历史同期最少(图 3)。

图 3 1951-2014年夏季黄淮地区平均降水量历年变化(单位:mm) Fig. 3 Time series of summer precipitation of Huang-Huai during 1951-2014 (unit: mm)
2.2 全国气温异常特征

2014年夏季,全国平均气温为21.1℃,较常年同期(20.9℃)偏高0.2℃(图 4)。从空间分布(图 5)看,新疆西部、西北地区东南部至华北西部,以及江淮、江汉至江南地区北部气温偏低0.5℃以上。新疆东北部及黑龙江北部局部气温偏高1~2℃。

图 4 1961-2014年夏季全国平均气温历年变化(单位:℃) Fig. 4 Time series of summer average temperature during 1961-2014 (unit:℃)

图 5 2014年夏季全国平均气温分布距平(单位:℃) Fig. 5 Distribution of temperature anomalies of China in summer 2014 (unit: ℃)
2.3 2014年夏季极端气候事件特征

2014年夏季,我国主要出现了极端日降水量和极端高温事件。全国共有138站发生极端日降水量事件(图 6),主要分布于西南地区、江南地区、广西、山东和陕西等地,其中广西钦州(380.5 mm)、贵州石阡(294.6 mm)等28站日降水量突破历史极值。季内,西南地区南部、东南沿海、西北地区东南部及黄淮西部等地共有211站发生极端高温事件(图 7),其中云南巧家(44.4 ℃)、河南孟州(42.9℃)、陕西镇安(41.2℃)等53站日最高气温突破历史极值。

图 6 2014年夏季全国极端日降水量事件站点分布 Fig. 6 Station distribution for extreme daily precipitation in summer 2014

图 7 2014年夏季全国极端高温事件站点分布 Fig. 7 Station distribution for extreme high temperature in summer 2014
3 2014年夏季我国东部降水北少南多的可能原因 3.1 大尺度环流及季风异常特征

2014年夏季,由500 hPa位势高度及距平场看(图 8),贝加尔湖以北至鄂霍次克海一带受较强的正高度距平控制,而日本海附近为中纬度低槽,表明东亚地区中高纬以经向环流为主。西北太平洋副热带高压(简称副高,下同)强度整体偏强,西伸脊点偏西,脊线位置偏南,还计算了逐日副高强度和平均脊线位置指数(图略),整个夏季,副高仅在6月及8月初经历短暂的偏弱,而脊线位置基本维持偏南状态。东北南部经华北至黄淮一带地区上空处在中纬度高空槽后,槽后冷平流输送有利于冷空气南下与偏强偏南的副高西侧向北输送的暖湿气流交汇于长江以南一带形成降水。另一方面,日本海附近低压槽也不利于副高北抬,同时长江以南一带均为高压带,夏季风两次北进均偏弱,仅在7月4候和6候北进到华北南部,短暂停留之后便迅速南撤(图 9),这不利于西南季风水汽与副高西侧偏南气流汇合后的暖湿气流进一步向长江以北地区输送,我国北方地区水汽条件偏差(图 10),东北南部经华北至黄淮地区为水汽异常辐散区,特别是黄淮地区(图略),这就造成华北降水偏少,雨带未能在该地区维持,出现空汛。河南、山东和辽宁等地出现气象干旱,我国东部主雨带维持在长江以南地区。

图 8 2014年6月1日至8月31日平均500 hPa位势高度场(等值线)及其距平(阴影)分布(单位:gpm) Fig. 8 The 500 hPa geopotential height and anomalies from 1 June to 31 August 2014 (unit:gpm; black lines: 500 hPa geopotential height; red lines:5860 and 5880 gpm of climatology; shaded area: 500 hPa height anomalies)

图 9 110°~120°E平均假相当位温时间-纬度剖面(单位:K) Fig. 9 Time-latitude section (110°-120°E) of potential pseudo-temperature profile (unit:K)

图 10 2014年夏季对流层整层积分水汽输送场(矢量,单位:kg·s-1·m-1) Fig. 10 Water vapor flux (vector) and water vapor vertically integrated from surface to 300 hPa in summer 2014 (unit: kg·s-1·m-1)

郭其蕴等(1988)梁平德(1988)都曾指出,印度夏季风降水与中国华北降水多寡有显著的正相关关系,随后不少研究证实了这一种正相关关系存在。2014年,印度夏季风在整个夏季表现为异常偏弱,印度大部地区降水偏少,这种局地异常可能通过遥相关波列影响我国华北地区,因此这种遥相关关系可能也是导致北方降水偏少的原因之一,将在后续研究中进一步分析。

3.2 海温的影响

2014年春季以来(3-7月),热带印度洋海温持续偏暖,IOBW指数持续5个月为正值,分别为0.05、0.24、0.34、0.3和0.14。因此,受前期热带印度洋海温持续偏暖影响,热带印度洋至西太平洋激发出“西升东降”的局地纬向异常环流,下沉气流在西北太平洋地区,造成西太平洋副高偏强、偏南。同时,基于GEFA方法(Liu et al,2008)的诊断分析也表明(图 11),在印度洋海温一致偏暖模态强迫下,西北太平洋地区500 hPa高度场在30°N以南地区表现为正反馈,30°N以北地区表现为负反馈,即在这一海温模态强迫下,有利于副高偏强、偏南,这与吴国雄等(2000)谭言科等(2003)的研究结论相符。另外,7月下旬以来(7月21日至8月31日),受前期赤道中东太平洋海温持续偏暖影响,热带中东太平洋对流活跃,而西北太平洋地区对流活动受到抑制(图 12),使得副高继续维持偏强、偏南形势。

图 11 500 hPa高度场对热带印度洋海温一致偏暖模态的响应(等值线)及Monte Carlo检验结果(阴影) Fig. 11 The response of 500 hPa geopotential height to warm tropical Indian Ocean SST contour and inspection results for Monte Carlo (shaded)

图 12 2014年7月21日至8月31日平均的向外长波辐射(OLR)异常分布 (单位:W·m-2) Fig. 12 Average outgoing long radiation (OLR) anomaly from 21 July to 31 August 2014 (unit: W·m-2)

由此,在印度洋偏暖和厄尔尼诺状态共同作用下,入夏以来副高持续维持偏强、偏南的特征。值得注意的是:副高的这一持续异常对中国东部主雨带位置有直接影响,同时也与夏季风的活动密切相关。副高位置总体偏南且偏西,与中高纬一带的高压相结合,阻碍了季风前沿的向北扩展,而同期印度季风持续偏弱,从而使我国东部的西南季风未能到达长江以北。另外,在7月下旬至8月上旬,副高经历了短暂的东退,季风前沿得以北进,梅雨季结束,华北经历了一次微弱的降水过程,尔后副高再度西伸控制华南地区。

4 结论

2014年夏季,全国平均气温为21.1℃,较常年同期偏高0.2℃,但江淮地区明显偏低。季内,全国平均气温阶段性变化特征明显,除8月中旬气温较常年同期偏低外,其余各旬气温均接近常年同期或偏高。全国平均降水量为320.1 mm,较常年同期偏少1.6%,总体呈现北少南多分布,其中黄淮地区平均降水量为269.5 mm, 较常年同期偏少37.9%,与1999年并列历史同期最少。进一步利用1951-2014年的中国723个台站降水资料及NCEP再分析资对我国夏季降水异常的原因分析表明:西北太平洋副高偏强、偏南及东亚夏季风偏弱是造成我国夏季降水北少南多的直接原因;印度洋海温偏暖和厄尔尼诺状态共同作用导致副高持续偏强偏南,夏季风向北推进很弱,夏季雨带长时间维持在南方,黄淮及辽宁出现干旱,华北雨季降水十分微弱。

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