2021年8月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析.pdf

收稿日期：2 0 2 2 年6 月15 日；定稿日期：2 0 2 3年4月18 日Aug.2023METEOR(IENCEANDINOLOGY2023年8 月520第5 1卷第4期Vol.51,No.4象技科2021年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析唐红玉李永华周杰吴遥董新宁（重庆市气候中心，重庆40 1147）摘要22021年8 月西南地区东部降水量为19 6 1年以来同期第2 多，比历史最多的19 9 8 年仅差0.9 mm，极为异常。利用西南地区东部118 个气象台站19 6 1一2 0 2 1年夏季8 月逐日降水资料及ERA5逐月高度场、纬向风、经向风、比湿和水汽场等再分析资料，采用拉格朗日水汽轨迹模式和现代统计诊断方法，分析了2 0 2 1年8 月西南地区东部降水出现异常偏多的主要水汽输送条件和水汽来源、造成降水异常的大气环流特征等。结果表明：2 0 2 1年8月西南地区东部水汽的净流人主要来自于对流层中、低层，以低层的水汽贡献最大；2 0 2 1年8 月水汽输送路径有一定的独特性，以低层来自于我国东部地区的水汽路径的轨迹数量最多，与以往水汽主要轨迹和贡献来自南部路径的特征有所不同。2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多与大气环流异常紧密相关，主是体现在5 0 0 hPa高度场上乌拉尔山附近和鄂霍次克海阻高异常偏强、中纬度低值系统（东北低涡等）异常活跃、印度低压偏弱和和西太副高异常西伸且强度偏强；大气环流系统引导下有利的水汽输送造成了西南地区东部降水的异常偏多。印度洋海温的持续偏暖可能是维持2 0 2 1年8 月西太副高持续偏强、偏西的重要外强迫因子；而同期鄂霍次克海阻塞高压的异常偏强可能与西北太平洋海温的异常偏暖有关，并对西南地区降水偏多起到了积极的作用。关键词降水；异常；水汽条件中图分类号：P458D0I:10.19517/j.1671-6345.20220258文献标识码：A引言在全球变暖的大背景下，极端降水事件的变化也呈现出复杂的区域特征1。这种特征在我国同样明显，不同区域、不同季节、甚至同一季节内的不同时段，降水量有显著的变化差异2-3，其中在西南地区这种特征同样也存在4-5 对于我国夏季气候异常和频繁发生的极端气候事件，有学者作过大量研究6-8 。近年来在夏季气候异常的成因研究方面，陈丽娟和袁媛、郑志海、顾薇等9-13 认为，我国夏季降水异常的主要原因是热带太平洋和印度洋海温变化，其通过东亚夏季风环流影响我国降水的异常。还有研究认为西太平洋副热带高压（下称“副高”或“西太副高”）位置明显偏西、强度偏强是我国夏季降水偏多的主要原因14但在不同区域，影响降水异常的成因又各有不同。如杨玮等15 诊断了6 7 月沿淮型、沿江型和江南型不同类型降水异常的原因，认为异常降水与高低空环流的明显异常相联系，且梅雨锋位置的差异决定了极端强降水的发生区域。针对长江流域16 、华南地区17 和西南地区18 等夏季降水的异常，认为与西太副高和中高纬度西风带具有很高的联系。可见在我国不同的地区，夏季和季内不同时段降水异常具有明显的差异性，同时造成降水异常的原因和影响系统也有所不同。因此，从揭示和了解本地气候异常成因和提高区域气候预测能力为出发点，非常有必要对区域降水异常的特征、影响降水异常的因素等进行深人的分析。西南地区东部位于我国青藏高原与长江中下游平原之间的过渡性地带，境内地形条件复杂且起伏变化大。该地区地理位置特殊，气象灾害相比于长江中下游的平原地区更加复杂多样。近年来，西南http:/气象科技重庆市自然科学基金面上项目（CSTB2022NSCQ-MSX0558）、中国气象局创新发展专项（CXFZ2021Z011）、中国气象局西南区域气象中心重大科研业务项目（西南区域2 0 14-1）资助作者简介：唐红玉，19 6 7 年生，正高工，研究方向为气候诊断与气候预测，Email：7 8 2 37 8 2 8 5 q q.c o m521唐红玉等：2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析第4期地区东部异常气候事件频发，气象记录不断被刷新，经济社会可持续发展面临严峻挑战。2 0 2 0 年夏季6一7 月出现19 6 1年以来历史同期最多降水，共出现11场区域暴雨影响全域34个区县，洪涝灾害较重。2 0 2 1年8 月西南地区东部降水量又出现19 6 1年以来同期第2 多的异常情形，位于西南地区东部的重庆同期出现5 次区域性暴雨天气过程。其中“8 25”区域性暴雨影响全域34个区县，为2 0 0 8 年以来影响范围最广区域性暴雨过程。极为罕见和异常。对西南地区东部夏季降水异常成因，曾有多位气象工作者在降水的年际或年代际变化19 和夏季旱涝成因方面2 0-2 41开展过诊断研究，认为中高纬阻塞高压、东亚夏季风、高原积雪，热带太平洋海温等是影响西面地区东部夏季旱涝的重要影响因子，且认为前期热带印度洋、太平洋海温、高原积雪、东亚夏季风等的变化最终是通过大气环流，尤其是通过影响夏季西太平洋副热带高压的位置和强度，从而影响夏季降水的多寡。水汽是降水的必要条件，了解影响局地降水异常的水汽来源及路径极为重要。许多学者为了研究我国降水异常的可能原因，对水汽进行了大量的统计诊断，早有谢义炳和戴武杰2 5 曾指出中国夏季降水的两个水汽来源，后有Huang等2 6 分析了东亚季风区夏季风的水汽输送特征，Simmonds等2 7 的研究认为中国华南地区的水汽来源主要来自南海和孟加拉湾。近年来刘景鹏（2 0 18)认为西北太平洋反气旋有利于西北太平洋及南海的水汽输送，造成我国南方降水的偏多。针对西南地区水汽来源，崔玉琴2 8 1（19 9 7)认为西边界和南边界是西南地区主要的水汽来源。李永华等2 9 （2 0 10)发现西南地区东部夏季旱涝与印度洋和西太平洋两个主要水汽来源相关联。近年来，许多学者基于欧拉观点通过计算水汽通量及散度对西南及周边局地的水汽输送做了研究30-36 。但仅基于欧拉瞬时场观点下的统计诊断，从水汽来源及输送异常角度认识夏季降水异常的原因方面有一定局限性，即无法明确水汽的源地和定量计算各水汽源地的贡献量。近年来，HYSPLIT等拉格朗日粒子轨迹模式，由于其可描述流体质点的运动轨迹从而分析大气的运动，该模式在气象领域得到应用。马玉芬等37 和江志红等38 曾研究过该模式在气候诊断中的应用。目前已有多位学者应用该模式对我国不同区域进行了相关的诊断分析和研究工作39-0 。对于西南地区，相关的研究工作还开展得不多。为更清楚地认识和了解西南地区夏季降水水汽来源及降水异常的水汽输送特征，本文从2 0 2 1年西南地区东部8 月降水异常偏多的水汽特征入手，利用HYSPLIT拉格朗日粒子轨迹模式对造成西南地区极端异常降水的水汽来源和特征等进行深人的模拟和诊断分析，为进一步理解该地区气候异常的物理原因，揭示相关的科学问题和做好气候预测及服务工作提供更好的科学参考。1资料与方法1.1资料本文所用资料主要包括：(1)大气环流资料。由欧洲中期天气预报中心（ECM W F）提供的19 9 1一2 0 2 1年ERA5逐月再分析资料，要素包括：高度场、纬向风、经向风和比湿。水平分辨率为0.2 5 0.2 5 垂直层次为10 0 0 1hPa共37 层。（2）海温和大气射出长波辐射OLR资料。NOAA（美国国家海洋和大气管理局）提供的19 8 1年10 月29日至2 0 2 1年8 月31日逐周分辨为11的全球海表温度SST等再分析资料；19 7 4年6 月1日至2021年8 月31日逐日水平分辨率为2.5 2.5 大气射出长波辐射OLR资料。（3)水汽轨迹模拟资料。由美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心（NCEP/NCAR）提供的6 h一次、水平分辨率为2.5 2.5 的全球再分析资料，其中位势高度、温度、纬向风和经向风为17层，垂直速度为12 层，比湿为8 层。该资料已由NOAA的空气资源实验室（Air Resources Labora-tory，A RL)打包成可用的数据格式（ARL格式）。（4）热带印度洋全区一致海温模态指数(IOBW)取自国家气候中心网站，网址为http：/cmdp.ncc-ma,net/download/precipitation/diagno-sis/，其定义为热带印度洋（10 S2 0 N、40 110 E)区域内格点平均海温距平。文中所有气候标准值时段统一为19 9 1一2020年。1.2水汽轨迹模式简介本文水汽轨迹分析采用NOAA的ARL开发定义：522象第5 1卷技科的拉格朗日轨迹模式HYSPLITv5.0L417。近年来该模式广泛应用于水循环、水汽来源和水汽输送路径的研究42-45 。HYSPLIT模式的轨迹模拟方法是通过对质点的移动路径的空间和时间上的位置矢量进行积分，由质点的初始位置和第一猜测位置的平均速率计算得到气块的追踪位置，所以对气块进行后向积分便可知水汽的来源42 本文中分析和模拟区域选取西南地区东部（2 7 32N，10 5 110 E)区域内的格点（2 7.5 N，10 5 E；27.5N,107.5E;27.5N,110E;30N,105E;30N,107.5E;30N,110E;32.5N,105E;32.5N,107.5E；32.5 N，110 E），垂直方向上选取10 0 m、500m、15 0 0 m、30 0 0 m、5 0 0 0 m 和9 0 0 0 m共6 个高度层次作为模拟的初始高度，分别代表近地面层、925hPa、8 5 0 h Pa、7 0 0 h Pa、5 0 0 h Pa 和30 0 hPa，并进一步在垂直方向上将气块位置分为3个层次：1500m以下(10 0 m和5 0 0 m)、15 0 0 5 0 0 0 m(15 0 0 m和30 0 0 m)和5 0 0 0 m及以上（5 0 0 0 m和9 0 0 0 m），分别代表对流层低层、中层和高层。在每个层次上整个模拟空间的轨迹初始点为18 个，模拟其后向追踪10 d的三维运动轨迹，并输出逐时的轨迹点位置及逐6 h的物理量（温度、高度、比湿、假相当位温和水汽通量）。由于模拟出的轨迹数量较大，为了能够更直观地看出轨迹分布，对追踪出的轨迹进行聚类，得出主要的水汽通道。有关该方法的详细介绍详见参考文献46 。1.3水汽通道比湿和水汽通量贡献率的计算mnQ.=(ZQ:/ZQ,)100%(1)i=1=1其中，Q表示该通道的贡献率，Q；、Q；是通道上最终位置的比湿或水汽通量，表示该通道所包含轨迹数，n是模拟的轨迹总数。1.4欧拉方法的水汽收支计算单位边长整层大气水汽输送通量矢量Q的计算公式为：1QqVdp（2)g上式中，q为比湿（kg/kg），V为水平风速矢量（m/s），g为重力加速度，取9.8 m/s。各方向上水汽通量收支的计算公式为：qV.dp)dl(3)上式中，1为计算区域的周长，V是风沿区域周线的法向分量。此外，本文大气环流的诊断等分析方法应用了相关、合成等现代气候统计分析方法。22021年8 月西南地区东部降水异常特征2021年夏季，西南地区东部总降水量为6 2 6.4mm，较常年同期明显偏多。但季内降水分布极为不均，季中前期降水偏少，而8 月又极端异常偏多，8 月的降水量占到季总降水量的一半以上，极为异常。对比西南地区东部19 6 1一2 0 2 1年8 月降水量和降水距平百分率逐年变化可以看出，2 0 2 1年8 月西南地区东部降水量为2 6 5.2 mm，较常年同期异常偏多近1倍，为19 6 1年以来历史同期第2 多，与历史最多的19 9 8 年（2 6 6.1mm）仅差0.9 mm，几乎与之并列(图 1)。300110降水量降水距平百分率9025070502003015010-10100-30-5050-70090196189619961296169616261186188619861286168611661666196612661666110006002一图11961一2 0 2 1年8 月西南地区东部降水量和降水距平百分率历年变化523唐红玉等：2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析第4期从2 0 2 1年夏季和8 月西南地区东部降水距平百分率的空间分布（图2）可以看出，夏季除西南部的小部分区域外，西南地区东部降水明显偏多（图2a），特别是8 月，全域降水异常偏多，大部地区偏多7成至1倍以上（图2 b）。8 月降水总体呈降雨集中、量级突出、极端性强的异常特征。(b)a31.5N-31.5N-30.530.529.529.528.528.5106108110E106108110E-70-50-30-20-1001030506070100150%图22021年夏季（a)和8 月（b)西南地区东部降水距平百分率分布322021年8 月西南地区东部的水汽输送特征3.1水汽的总体收支特征为深人定量分析2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的水汽收支情况，我们计算了该区域低、中、高层次各个区域和边界（西、东、南、北边界)的水汽收支情况，结果如表1所示。由表1可知，2 0 2 1年8 月在对流层低层和中层都有水汽的净流入，流人量分别为32 1.48 10 5 kg/s和141.5 310 5 kg/s，分别较常年同期偏多6 成（12 1.5 310 5 kg/s）和2 倍（9 8.9 9 10 5 k g/s）；而在高层有弱的水汽净流出。相较于中、低层而言，高层的水汽流出量很小，仅为2.16105kg/s。由此可见，2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的水汽净流人主要来自于中、低层，尤其以低层的水汽贡献最大。从水汽的来向看，在对流层表122021年8 月西南地区东部各层次各边界和区域水汽收支(105kg?s-1)西边界 东边界南边界北边界区域收支2021年85.61116.97202.5387.59321.48低层气候态-61.43119.86112.6628.86199.952021年106.48-238.08553.144-280.01141.53中层气候态-41.405.34302.011-223.4142.542021年73.09-81.2520.66-14.66-2.16高层气候态35.3838.771.736.891.77低层，东西方向和南北方向均是水汽净流人，所以整个区域也是水汽净流人；而在中层，东西方向是水汽净流出，南北方向南边界流人量较大，而北边界为水汽的流出，总体是水汽净流人，且南北方向的流人量远大于东西方向的流出量，所以整个区域也是水汽净流人，只是流人量较低层明显偏少，水汽的贡献较低层减少一半以上。3.2水汽的垂直输送特征图3为根据欧拉方法计算的2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的低、中、高层的水汽输送特征。由图可见，在对流层低层，水汽主要来自于我国东部地区向西的水汽输送和印度洋一南海地区向北的水汽输送（图3a1)，其中印度洋一南海地区向北的水汽输送较常年明显增强（图3a2），两支水汽在西南地区东部形成水汽辐合（图3a3）。在对流层中层，由我国东部地区向西的水汽输送消失，而来自于印度洋一南海地区向北的水汽输送异常强盛（图3b1），与常年相比，印度洋一南海地区由东转向的西南水汽输送明显增强（图3b2）。同样，水汽仍然在西南地区东部形成辐合，在该区域的中北部地区辐合更为显著（图3b3）。在对流层高层，由于比湿很小，水汽输送特征并不是很明显（图3c1）且无明显的水汽辐合（图3c3）。总体而言，2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的水汽输送主要来自于对流层低层的由我国东部地区向西的水汽输送，以及对流层低层和中层均存在的印524象第5 1卷科技度洋一南海地区向北的水汽输送，对流层高层的水汽输送特征不明显，且在对流层中低层，西南地区东部上空水汽的辐合异常偏强，尤其是在其中北部地区，水汽的辐合异常强盛。低层中层高层60N60N60N(a1)(b1)(c1)300300100404040水汽输送202020EQEQEQ6090120150E1806090120150E1806090120150E1802040609012015018021024027020406090120150 180210 24027020406090120150 18021024027060N60N60N(a2)(b2)(c2)60水汽404040输送距平202020EQEQEQ6090120150E1806090120150E1806090120150E18010203040506080100120140102030405060801001201401020304050608010012014060N60N60N(a3)(b3)(c3)水汽通量404040散度距平202020场EQEQEQ6090120150E1806090120150E1806090120150E180-6-5-4-3一2-1123456-6-5-4-3-2-1123456一6-5-4-3一2-1123456图32021年8 月低层（10 0 0 8 5 0 hPa）、中层（8 5 0 5 0 0 hPa）、高层（5 0 0 30 0 hPa)欧拉方法的水汽输送（a l c l 为水汽输送量场，红色为大值区域，单位：kg/（m s）;a 2 c 2 为水汽输送距平场，红色为大值区域，单位：kg/（m s）；a 3c 3为水汽通量散度距平场，单位：10-5 kg/（ms)；黑色矩形框代表西南地区东部位置；ala 3中灰色阴影代表8 5 0 hPa地形，blb 3中灰色阴影代表6 0 0 hPa地形）3.3水汽路径特征分析图4为利用拉格朗日方法得到的2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的主要水汽路径。可以看出，在低层，主要水汽路径有4条，分别来自于我国东部地区（A1）、南海（B1）、印度洋（D1)和西伯利亚（C1,图4a1），其中来自于我国东部地区的水汽路径轨迹数量达到了低层总轨迹数量的5 4.9 0%，即低层有超过一半的水汽路径源自于我国东部地区，因此低层最主要的路径为我国东部地区路径，其余路径相对较少，南海路径和印度洋路径轨迹占比分别为27.00%和10.9 0%，西伯利亚路径轨迹占比仅为7.20%（图4a2）。在低层，东部路径的比湿贡献率和水汽通量贡献率均最大，分别高达5 5.8 0%和53.20%，即说明有超过一半的比湿和水汽通量来自于东部地区路径（图4a2）。在中层，主要水汽路径有5 条，分别来自于西太平洋（C2）、孟加拉湾（B2）、阿拉伯海（D2）、地中海（A2）和西伯利亚地区（E2，图4b1），其中来自于孟加拉湾和阿拉伯海的轨迹数量较一致，均占中层总轨迹数量的2 9.10%，两条路径共占中层总轨迹数量的一半以上，达到5 8.2 0%，因此中层最主要的水汽来源路径为来自于印度洋孟加拉湾和阿拉伯海的2 条路径，其余路径相对较少（图4b2）。中层各水汽输送路径的比湿贡献率而言，阿拉伯海路径最大，为31.6 8%，孟加拉湾路径紧随其后，为30.44%；就水汽通量贡献率而言，则是孟加拉湾路径贡献最大，为35.8 5%，阿拉伯海紧525唐红玉等：2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析第4期低层中层高层60N(a1)60N(b1)60Nc1)5050504040E2403030302020D320A310101000不网水汽通道所占比例0不同水汽通道所古比例不同永汽通道所占比例D11010B2(29.1%)10B3(28.3%)A1(54.9%)D2(29.1%)C3(24.9%)20B1(27.0%)C2(18.4%)2020A3(16.5%)D1(10.9%)E2(16.9%)B3(16.5%)30SC1(7.2%)30SA2(6.5%)）30SD3(13.8%)10W01030507090110130150E10W0103050 7090110130150E10W01030507090110130150E70707060轨迹数量比湿水汽通量（a2)60轨迹数量比湿水汽通量(b2)60轨迹数量比湿水汽通量(c2)50%/率真%/率弹%/率牌20101010000A1B1C1D1A2B2C2D2E2A3B3C3D3E3轨迹名称轨迹名称轨迹名称606060(a3)(b3)(c3)50%/件5040%/率302010000A1B1C1D1A2B2C2D2E2A3B3C3D3E3A1B1C1D1A2B2C2D2E2A3B3C3D3E3A1B1C1D1A2B2C2D2E2A3B3C3D3E3轨迹名称轨迹名称轨迹名称图42021年8 月西南地区东部低层（15 0 0 m以下）、中层（15 0 0 5 0 0 0 m）、高层（右，5 0 0 0 m及以上）的主要水汽路径及其贡献率（a lc l为各个层次的水汽路径；a2c 2 为各个层次水汽路径的物理量对该层次的贡献率；a3c 3为各水汽路径的轨迹数量、比湿和水汽通量分别对所有通道对应物理量的贡献率，其中浅红、浅蓝和浅绿粗柱状图分别代表各个层次总的贡献率）随其后，为31.6 5%，其他路径则相对较小（图4b2）。总体来说，无论是比湿贡献率还是水汽通量贡献率，孟加拉湾和阿拉伯海路径之和超过了6 0%，所以可以说中层的比湿和水汽通量主要来自于印度洋。在高层，主要水汽路径有5 条，分别来自于非洲西北部（A 3）、地中海（D3）、印度半岛北部（B3）、印度半岛南部(C3)和我国西南部云南及西藏交界的长江上游地区（E3，图4c1）。其中来自于印度半岛北部的水汽路径的轨迹数量最多，占高层总轨迹数量的28.30%，来自于印度半岛南部的轨迹数量紧随其后，占高层总轨迹数量的2 4.9 0%，其余路径相对较少（图4c2）。水汽路径轨迹的数量多并不代表该路径携带的水汽也多，在高层的水汽路径中充分体现出了这一特征。在高层，就比湿和水汽通量的贡献率而言，均是轨迹数量排在第2 位的印度半岛南部路径贡献率最大，分别高达49.30%和46.6 7%，即说明接近一半的比湿和水汽通量来自于印度半岛的南部路径（图4c2）。杨萌洲L47和李永华等2 9 对西南及西南地区东部夏季多年降水水汽轨迹频率及水汽输送通道的分析研究认为，印度洋水汽贡献最多和强度最强，而太平洋水汽贡献相对较少和强度较弱。就2 0 2 1年8 月而言，我们的分析结论有所不同，仅从低层（10 0 m和500m）水汽的路径和轨迹而言，来自于我国东部地区的水汽路径的轨迹数量最多，占总路径的18.31%，其次为低层南海路径和中层的孟加拉湾和阿拉伯海路径，占比均为9%左右（图4a2），说明2021年8 月低层的水汽轨迹频率有一定的独特性，低层的来自于我国东部地区的水汽路径的比湿和水汽通量的贡献率也是最大的，分别为32.36%和27.37%；其次为低层的南海路径、中层的孟加拉湾和阿拉伯海路径，贡献率在10%15%（图4a2）。就低、中、高层的相互比较而言，3个层次的轨迹数对总轨迹数的贡献相同（图4a3），但低层的比湿贡献和水汽通量贡献均最大，分别高达5 7.9 8%和51.49%（图4b3c 3），可以说有超过一半的比湿和526象第5 1卷技科水汽通量是来自于低层；中层的比湿和水汽通量贡献率分别是34.2 4%和37.8 4%（图4b3c 3），即有90%左右的比湿和水汽通量来自于中、低层，高层的比湿和水汽通量贡献不超过10%。但需要说明的是，水汽轨迹数量多并不代表输送的水汽总量就大，从前文的分析可知，2 0 2 1年8 月在对流层低层存在着印度洋-南海地区向北强盛的水汽输送，且从进入西南地区东部的水汽收支情况看（表1），低层偏南水汽仍是影响该地区降水的主力水汽来源。4引导水汽的大气环流系统4.1主要大气环流特征从上节分析可知，造成2 0 2 1年8 月西南地区东部降水极端异常的水汽输送轨迹主要来自对流层中、低层，且水汽流入贡献最大的低层水汽主要来自于我国东部地区。这种水汽输送状况可能与大尺度大气环流异常相联系，为此进一步分析2 0 2 1年8 月影响西南地区8 月降水极端异常的大气环流系统。因2 0 2 1年西南地区东部降水极端异常偏多主要出现在8 月，在此前的7 月下旬，西南地区东部大部地区降水处在显著偏少的阶段（较常年同期偏少近6成），因此重点分析2 0 2 1年7 月下旬至8 月的大气环形势。图5 为2 0 2 1年7 月下旬至8 月欧亚地区500hPa高度场环流形势（图5 a，b），可以看出，从7月下旬至8 月，欧亚地区大气环流从高纬到低纬度呈“十、一、十”环流型分布，环流的经向度明显。7月下旬虽然中纬度地区低值系统活跃，但高纬度地区乌拉尔山附近和鄂霍次克海至堪察加半岛阻高还没有完全建立，低纬度西太副高位置较常年明显偏东偏弱，其主体还在西太平洋中东部地区，这种环流形势并不有利西南地区降水的产生。至8 月，影响西南地区东部的主要大气环流系统调整为典型多雨的环流形势，主要影响系统从北到南依次为：乌拉尔山附近和鄂霍次克海至堪察加半岛阻高建立并发展，其强度异常偏强，表现为新地岛以南至乌拉尔山地区高压脊明显发展和增强，该地区为大范围正距平控制，距平中心最大值达8 0 gpm以上，鄂霍次克海至堪察加半岛阻高中心最大正距平值在6 0 gpm以上，欧亚高纬度形成完整的双阻型环流系统；中纬度低值系统依然活跃，表现为巴尔喀什湖以南以东地区至贝加尔湖以南及我国黄河流域为大范围的负距平控制，其中心在我国东北地区，中心最大负距平值达5 0 gpm以上，说明东北低涡等低值系统异常发展和活跃；印度低压偏弱，表现为该地区为正距平控制区，中心最大值为2 0 gpm以上；西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）异常西伸加强，强度异常偏强，表现在西太副高区域内为大范围显著的正高度距平控制，距平中心最大值达40 gpm以上。在这种环流型配置下，西太副高5 8 8 0 gpm等值线外围正好压在西南地区东部上空，十分有利于来自西太平洋及我国南海地区的水汽沿着西太副高外围输送到西南地区东部，再配合中高纬度乌拉尔山高压脊和鄂霍次克海阻高的建立和发展，使贝加尔湖以南地区低压槽南压至我国北方地区，并与东北低涡等低值系统一同长时间维持，其底部和低涡外围冷空气易南压至西南地区东部，副高外围的西南暖湿气流与中纬度北风分支往南输送的冷空气正好在西南地区东部汇合，极易出现降水的极端异常偏多。可以说这种大尺度环流背景极其有利于对流层中低层水汽向西南地区东部的输送。60N60N405864058858688688202058898S588586福EQEQ52620S20SS6090120150E1806090120150E18010gpm10gpm-8-6-4-2-1012468-8-64-2-1012468图52021年7 月下旬（a）和8 月（b)欧亚地区5 0 0 hPa高度场和距平场（填色）（黑色等值线为实况值，红色为气候值，单位：dagpm）527唐红玉等：2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析第4期同时，在欧亚地区2 0 2 1年7 月下旬至8 月对流层低层8 5 0 hPa距平风场上，菲律宾以东以北的西太平洋地区从7 月下旬异常气旋性环流转为8 月异常反气旋环流控制（图6 a，b），即在低纬度地区，来自西太平洋经南海的转向西南暖湿气流明显偏强，该支气流与来自中南半岛的东南转向西南暖湿气流汇合，一直输送到西南地区东部。在中高纬度地区，东北亚地区为异常反气旋性环流，我国东北地区有明显的气旋性环流系统活动，说明东北低涡异常活跃，其外围不断有有偏东风转为东北风向南往西南地区东部输送。低纬度向北输送的西南暖湿气流与中高纬度向南输送的冷湿空气正好在西南地区东部交汇，造成2 0 2 1年8 月西南地区东部区域性强降水的频发和降水的极端异常偏多。综上，2 0 2 1年8 月，西南地区东部降水的异常偏多主要由于受5 0 0 hPa乌拉尔山附近和鄂霍次克海阻高异常偏强、中纬度低值（东北低涡）异常活跃、印度低压偏弱和和西太副高异常西伸且强度偏强的影响。此外，对流层低层8 5 0 hPa风场上，菲律宾以东以北西太平洋地区为异常反气旋环流控制，东北地区有气旋性环流系统。在此环流背景下，东北低涡外围不断有异常偏东风转向后向南往西南地区东部输送，另来自西太平洋经南海的转向并与来自中南半岛的东南转向西南暖湿气流汇合，形成一支异常偏强的水汽，从南向北一直输送到西南地区东部。与前文中分析的2 0 2 1年8 月水汽流入最多的我国东部路径和南海路径贡献率最大相吻合，说明大尺度环流背景是水汽输送的关键载体，在有利的大气环流系统引导下，有利的水汽输送可造成区域异常和极端降水。10m/s10m/s606040402020(a)(b)EQEQ6090120150E1806090120150E180图62021年7 月下旬（a)和8 月（b)欧亚地区8 5 0 hPa风场4.2主要大气环流异常成因简析研究表明，持续时间较长的大气环流异常往往与关键区海温的异常相联系，海温可通过大气环流影响我国的降水48-49 。为寻找造成2 0 2 1年8 月北半球大气环流异常，尤其是西太副高异常的原因，进一步简析海温影响因子。2 0 2 1年春季至夏季，赤道中东太平洋维持冷水位相（图7 a，b)，因前一年发生的拉尼娜事件已结束，其影响已明显减弱。通过计算前期春季和同期夏季印度洋海温全区一致海温指数IOBW与夏季西太平洋副热带高压强度的相关系数可知，无论是前期还是同期，二者均具有很好的相关关系（表2），均通过了通过9 9.9%信度检验，且这种关系一直持续到夏季。相比较而言，前期春季IOBW与夏季副高强度的相关关系比同期的更为显著，相关系数达0.7 7，超过了夏季同期的0.7 3，可见前期印度洋海温对夏季副高的影响作用比同期的影响作用更显著。表2西太平洋副热带高压强度与前期和同期IOBW指数的时间相关系数3月4月5月春季6月7月8月夏季6月0.630.610.690.580.610.597月0.600.570.690.710.680.578月0.630.650.630.590.600.55夏季0.770.73注：表中数据均通过9 9.9%信度值检验。从2 0 2 1年春、夏季海温距平分布可以看出，至2021年夏季，尽管赤道东太平洋海温为负距平，但西北太平洋中纬度地区和印度洋地区偏暖明显，中心最高温度距平超过了1（图7 a，b）。同时，从热带印度洋全区一致海温模态指数（IOBW，图8)可以看出，印度洋从2 0 2 1年春季至夏季总体表现出持续偏暖的特征，尤其是夏季，海温正距平幅度接近一倍标准差，偏暖程度明显。以往的研究表明：副高加强西伸，位置易偏南，528第5 1卷象技科60N30EQ3060S60120E180120W6033.2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5360N30EQ3060S60120E180120W60-3-2.5-2-1.5-110.500.511.522.53图72021年春季（a）、夏季（b)海温距平场空间分布副高西侧大量水汽输送至我国南方地区，导致我国南方易多雨5 0-5 3。可以说2 0 2 1年8 月，由于前期春季和夏季由于热带印度洋的持续偏暖（图8），其对副高的持续影响，致使副高加强西伸，其西侧大量水汽输送至西南地区东部，造成该地区的多雨。该结论与袁媛13 的分析结论一致，可以说印度洋海温的持续偏暖可能是维持2 0 2 1年8 月西太副高持续偏强、偏西的重要海洋外强迫因子。故热带印度洋海温的全区一致增暖模态可能是导致副热带地区大气环流异常的最主要原因，是导致西南地区东部2 0 2 1年夏季8 月降水异常偏多的重要原因之一。10.9监测(NOAA_OISSTV2_MON)一常年值(19 9 12 0 2 0)(NOAA_OISSTv2_MON)0.61oO./MAOI0.30-0.3-0.612021-032021-042021-052021-062021-072021-08图82021年春季至夏季热带印度洋海温距平指数IOBW变化对于中高纬地区大气环流的异常，武炳义等5 41的研究发现，夏季西北太平洋海温的升高，有利于双阻塞高压型环流异常出现。且陆日宇等5 5 的研究结果认为鄂霍次克海阻塞高压与西北太平洋海温之间的联系是通过夏季该海域海温所激发出的经向遥相关波列。2 0 2 1年8 月鄂霍次克海阻塞高压的异常偏强可能与西北太平洋海温的异常偏暖有关，并对西南地区东部的降水偏多起到了积极的作用。在夏季太平洋和印度洋海温异常变化的过程中，大气对海温的响应可以通过分析大气射出长波辐射OLR的变化和Walker环流（即沃克环流）及经向环流的变化来进行验证。从2 0 2 1年夏季OLR距平场（图9）的分析可知，赤道菲律宾以南地区和赤道印度洋北部地区对流活动显著，尤其在8 月更为明显，说明赤道印度洋在此时有较强的上升运动，并可通过Hadley环流使副热带地区的下沉运动增强，引导西太副高的偏西和偏强，从而更好地为西南地区东部打开水汽输送通道，有利于造成该地区降水的偏多，这和前文分析的结论一致。06-0106-16-(日-日)日07-0107-1608-01-08-16-060120E180120W60-120-100-80-60-40-20-1001020406080100120Wm-2图92021年夏季热带地区OLR距平场5结论与讨论（1)2 0 2 1年夏季，西南地区东部总降水量为626.4mm，较常年同期明显偏多。季内降水分布极为不均，8 月降水量为2 6 5.2 mm，占夏季降水量的一半以上，较常年同期偏多近1倍，为19 6 1年以来同期第2 多，与同期最多的19 9 8 年仅差0.9 mm。（2)2 0 2 1年8 月西南地区东部水汽的净流人主要来自于对流层中、低层，并以低层的水汽贡献最大；水汽输送主要来自于对流层低层的由我国东部地区向西的水汽输送，以及对流层低层和中层均存在的印度洋南海地区向北的输送，对流层高层一的水汽输送特征不明显，且在对流层中低层，西南地529唐红玉等：2 0 2 1年8 月西南地区东部降水异常偏多的水汽条件分析第4期区东部上空水汽的辐合异常偏强，尤其是在其中北部地区，水汽的辐合异常强盛。（3）就2 0 2 1年8 月西南地区东部总体水汽输送轨迹（数量）而言，低层来自于我国东部地区的水汽路径的轨迹数量占比最多，达18.31%，其次为低层的南海路径和中层的孟加拉湾和阿拉伯海路径，占比均为9%左右。与以往水汽的主要轨迹频率来自南部路径的研究结论有所不同，说明2 0 2 1年8 月水汽轨迹数量有一定的独特性，但从进入区域内的水汽收支看，以南部路径输入的水汽量最大。（4)2 0 2 1年8 月西南地区东部降水的异常偏多与大气环流异常紧密相关，主是体现在5 0 0 hPa乌拉尔山附近和鄂霍次克海阻高异常偏强、中纬度低值(东北低涡)异常活跃、印度低压偏弱和西太副高异常西伸且强度偏强；在此异常环流背景下，东北低涡外围不断有异常偏东风转向后向南往西南地区东部输送，另来自西太平洋经南海的转向并与来自中南半岛的东南转向西南暖湿气流汇合，形成一支异常偏强的水汽，从南向北一直输送到西南地区东部。在有利的大气环流系统引导下，有利的水汽输送造成了西南地区东部降水的异常偏多。印度洋海温的持续偏暖可能是维持2 0 2 1年8 月西太副高持续偏强、偏西的重要外强迫因子。而同期鄂霍次克海阻塞高压的异常偏强可能与西北太平洋海温的异常偏暖有关，并对西南地区东部降水偏多起到了积极的作用。本文针对重庆2 0 2 1年8 月的极端异常降水，分析了造成降水异常偏多的水汽输送条件和所引导的大气环流及海洋外强迫因子。但影响气候的因素纷繁多样，可能还受到海洋以外，如高原积雪、海冰等多种因素和外强迫信号的影响，其过程和机理复杂多变，还需要不断进行深人细致的分析和研究工作，以期为提高气候预测准确率提供更加科学和全面的参考依据。参考文献1 Donat M G,Alexander L V,Yang H,et a