2012年我国夏季降水预测与异常成因分析

赵俊虎 支蓉 申茜杨杰 封国林

1兰州大学大气科学学院，兰州730000

2国家气候中心气候研究开放实验室，北京100081

1 引言

我国气候灾害发生频率较高，大范围的干旱和洪涝等气候灾害极大的影响着经济建设和社会发展，据统计，每年气候灾害所造成的损失占我国国民生产总值的2.7%左右（黄荣辉等，2006）。在近几十年全球气候变暖背景下，某些灾害性天气、气候事件频繁发生（Ren et al.，2004；Lin et al.，2004；鲍名和黄荣辉，2006），且随着经济的发展，气象灾害造成的经济损失越来越严重（吴国雄等，2006）。因此，对月、季时间尺度旱、涝气候，尤其是夏季汛期旱、涝趋势的预测是我国大气科学家的一项重要课题（丑纪范和徐明，2001）。

2012年夏季我国极端强降水事件频发，总降水整体偏多，且大体呈北方涝、长江旱的分布格 局，黄河流域及其以北大部分地区降水较同期偏多2成以上，是1998年之后降水最多的一年，其中青海北部、甘肃西部及内蒙古中西部等地区降水偏多5成至2倍不等，发生较严重的洪涝灾害，而黄河下游至长江中下游之间地区及华南降水较同期偏少，江汉至淮河上游降水偏少5成以上，干旱严重；且整个夏季降水时空分布极不均匀。6月，全国平均降水量较常年同期偏多 11.2%，降水呈南北 多、中间少的分布，我国北方大部地区降水量较常年同期偏多2成以上，其中东北大部、华北中部和东北部及内蒙古大部、陕西北部等地区较常年同期偏多3成至4倍不等，而华北南部、黄淮、江淮、江汉大部以及陕西中部和南部等地区偏少3～8成，局部偏少8成以上，气象干旱严重。7月，全国平均降水量较常年同期偏多14.4%，为1951年以来同期第4多，且降水也呈南北多、中间少的分布，除长江中下游及江南和华南部分地区外，全国大部分地区降水偏多，其中西北地区中部、内蒙古大部及河套地区偏多5成至2倍，局部偏多2倍以上。8月，全国平均降水量较常年同期偏少12.4%，降水呈南北少、中间多的分布，江南东部、江淮大部及沿渤海一带降水偏多，黄河流域及其以北、西南大部及华南降水偏少。（http://ncc.cma.gov.cn/influ/moni_ china.php?product=moni_assessment[2012-09-01]）

2012年夏季我国降水时空分布的极不均匀，造成了区域性严重的洪涝和干旱，给国民经济带来了巨大的损失和破坏，这也增加了国家对提高短期气候预测水平更为迫切的需求。提高短期气候预测水平，就需要对异常年份的旱涝成因进行深入分析和再认识。对短期气候异常成因的分析，也是我国气象学家一直坚持的一项研究工作（陶诗言等，1998；陈桂英等，2001；王会军，2001；谭桂容等，2009；孙诚和李建平，2012；黄荣辉等，2012）。本文简要回顾了2012年全国夏季降水分布的观测和3月全国会商的预测结果，通过对海温及东亚夏季风环流系统关键成员的异常演变特征及配置进行分析，探讨了夏季降水北方涝、长江旱这种异常分布的成因；通过进一步选取 2012年全国夏季旱涝分布的最佳相似年和最佳相反年，对比分析了海温及东亚夏季风环流系统关键成员特征的异同，并说明了我国夏季降水与主要影响因子之间关系的年代际变化和选取相似年做预测时需注意的问题，以期为进一步做好汛期降水预测工作提供参考和依据。

2 资料和方法

NCEP/NCAR 1948～2012年垂直方向 1000～10 hPa共17层等压面的风场（u、v分量）、温度场（T）、高度场（H），以及垂直方向1000～300 hPa共8层等压面的比湿场（q），水平空间分辨率均为2.5°×2.5°的全球格点再分析日平均、月平均资料（Kalnay et al.,1996）；美国国家海洋与大气管理局提供的1948～2012年月平均海温重建资料（2°×2°）（Smith and Reynolds，2004）；中国气象局国家气候中心（National Climate Center，NCC）提供的 160测站1951～2012年逐月降水量资料和74项环流指数；中国气象局信息中心提供的753个测站逐日降水量资料。本文主要利用相关、距平及天气气候诊断分析等方法，取1981～2010年为气候态。

3 夏季降水实况及预测

3.1 夏季降水分布

2012年夏季降水大体呈北方涝、长江旱的分布，主雨带位于黄河流域及其以北，降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾，此外东北大部、西南西北部、江南等地区降水偏多。黄淮、江淮、长江中游至广西北部、广东等地区降水偏少，其中江汉至淮河上游之间地区降水异常偏少（图1a）。

2012年3月全国汛期会商最后公布的预测为：夏季我国多雨范围较 2011年明显偏大，洪涝程度较2011年偏重；主要多雨区可能位于华北中东部、黄淮、江汉、江南东南部、华南东部、西南南部等地区，其中黄淮大部地区降水偏多 2～5成，上述地区可能出现洪涝；全国其余大部地区降水较常年同期偏少（图1b）。其中华北南部、江南东部、四川南部的多雨区以及长江中下游地区、江汉至广西北部的少雨区与实况相符，而预测的北方降水偏少和黄淮多雨均与实况相反。

3.2 预测依据及实况

根据国内外多个气候模式的预测结果，预计2012年4月底La Niña事件将转为ENSO中性状态；2011年秋季至2012年2月副热带南印度洋偶极子（Southern Indian Ocean SST anomaly Dipole，SIOD）处于负位相；冬季北极海冰异常偏少。考虑到前期海温及海冰的影响，预测南海夏季风爆发偏早，东亚夏季风偏强，副热带高压（简称副高）偏东偏北；考虑到太平洋年代际振荡（从2007年至2012年整体处于冷位相，对应北方多雨型）、北大西洋年代际振荡（1999年之后处于暖位相）以及我国夏季降水的年代际变化特征，推断雨带可能北移；再结合客观方法预测结果，主要包括动力气候模式直接预测、多模式集合预测、动力—统计预测（王启光等，2011；Xiong et al.，2011；杨杰等，2012），预测夏季主雨带偏北，位于黄淮流域。

实况：2011年9月，赤道中东太平洋拉尼娜事件爆发（Niño3.4指数≤-0.5°C），该事件在 2011年 12月至 2012年 1月达到最强，中心值低于-1.5°C。2012年2月后，赤道东太平洋海温距平迅速上升；3月Niño1＋2区海温指数为0.17，Niño3.4指数为-0.41°C，均未达到-0.5°C 的标准，表明La Niña事件已结束；4月南方涛动指数（Southern Oscillation Index，SOI）已从正位相转为负位相，说明热带大气受拉尼娜事件的影响已经减弱（图2a）。从2011年1月至2012年9月热带印度洋全区一致海温模态（Basin-Wide SSTA variation in the tropical Indian Ocean,IOBW）指数和 SIOD 指数的演变（图2b）可见，从2011年6月至2012年9月中，除2012年3月以外，其他月份IOBW指数全为正值，即热带印度洋全区一致偏暖，2012年春夏季除7月以外SIOD处于负异常状态。国家气候中心监测表明：南海夏季风自5月4候爆发，于10月2候结束，与常年相比，爆发偏早、结束偏晚、强度偏弱；东亚夏季风偏强；夏季副高强度异常偏弱、位置偏北偏东。

上述环流和海温的演变与预测基本相符，有利于夏季主雨带位置偏北。2012年夏季我国主雨带位于36°N以北的北方大范围地区，比预测位置偏北。从上述预测依据来看，主要考虑了东亚夏季风和副高这两个低纬度的暖湿系统，而未对中高纬环流形势尤其是阻塞高压（简称阻高）和东北冷涡进行预测，这可能是导致预测的主雨带比实况偏南的主要原因。事实上，夏季主雨带是由低纬的暖湿系统和中高纬的冷系统二者共同决定（张庆云等，2003），即冷暖系统的不同配置导致冷暖气团在某区域长时间对峙进而形成主雨带。

图1 2012年夏季（6～8月）降水距平百分率分布（来自NCC）：（a）观测；（b）预测 Fig.1 Distributions of(a)observed and(b)predicted summer rainfall anomaly percentages in 2012(from NCC)

图2 2011年1月～2012年9月太平洋（a）与印度洋（b）海温指数（°C）演变 Fig.2 The variations of SST-based indices(°C)in(a)the Pacific and(b)the Indian Ocean from Jan 2011 to Sep 2012

4 2012年夏季大气环流概况

图3、图4和表1分别给出了2012年夏季及 6～8月北半球500 hPa位势高度及其距平场、850 hPa距平风场、副高的主要指数及其距平。2012年夏季北半球 500 hPa位势高度及其距平场上（图3a），欧亚中高纬地区主要为两脊一槽的环流形势，乌拉尔山和鄂霍次克海均为正距平，其中乌拉尔山北部正距平中心超过 40 gpm，鄂霍次克海相对偏弱，贝加尔湖至我国内蒙古中部为负距平；副高强度明显偏弱（达一个标准差以上），西伸脊点位于128°E（偏东一个标准差以上），脊线位于25°N，比气候态偏北1个纬度；850 hPa距平风场显示（图4a），贝加尔湖和我国南海地区各为一个气旋式距平，索马里急流（70°E～100°E）偏强。

6～8月逐月的环流有明显的调整。其中6月，北半球500 hPa位势高度及其距平场上（图3b），东亚地区呈北正南负分布，中高纬为稳定的两脊一槽环流形势控制，槽脊偏深，乌拉尔山至西西伯利亚平原和鄂霍次克海地区为超高40 gpm的正距平控制，其中西西伯利亚平原高度距平中心达160 gpm，贝加尔湖至我国华北为低压槽区，西风带经向环流异常发展；副高强度明显偏弱，西伸脊点位于130°E，脊线位于22°N，比气候态偏北1.5个纬度；850 hPa距平风场显示（图4b），贝加尔湖东南侧地区和我国南海地区各为一个气旋式距平，索马里急流偏强。7月，北半球500 hPa位势高度及其距平场上（图3c），东亚地区从北至南大体呈“-＋-”分布，除贝加尔湖至我国西北一带地区以外40°N～60°N为正距平带，因此中高纬仍为两脊一槽的环 流形势，鄂霍次克海的高压中心已经向东南移动到日本岛以东洋面上；副高强度明显偏弱，西伸脊点位于125°E，脊线位于28°N，比气候态偏北2.5个纬度；850 hPa距平风场显示（图4c），贝加尔湖东南侧地区和我国南海地区各仍为一个气旋式距平，索马里急流偏强。8月，北半球500 hPa位势高度及其距平场上（图3d），东亚地区从北至南大体仍呈“-＋-”分布，与 7月相比正距平带南移至30°N～50°N，欧亚中高纬东西方向仍为两脊一槽的环流形势，但槽脊深度减弱，西风带环流相对平稳；副高主体偏弱偏北；850 hPa距平风场显示（图4d），长江流域至南海地区为异常明显的气旋距平，日本岛及其以东洋面为反气旋距平。

表1 2012年夏季副高各指数特征 Table 1 Seasonal and monthly indices of the western Pacific subtropical high(WPSH)in summer 2012

综上可见，2012年整个夏季中高纬度呈较稳定的两脊一槽环流形势，中高纬500 hPa位势高度距平场从乌拉尔山至鄂霍次克海呈“＋-＋”的波列，东亚地区从低纬至中高纬呈“＋-＋”分布（逐月有差异），研究表明这种环流形势有利于我国长江流域及其以南降水偏多（朱乾根等，1981；李维京，1999；赵振国，1999；Yu and Lin，2007）。850 hPa距平风场上，梅雨锋区（25°N～35°N）呈现较大的东风距平，却是夏季长江流域降水偏少的环流特征（张庆云等，2003），在贝加尔湖至我国北方内蒙古则为气旋式距平，冷暖空气在此辐合，造成我国北方地区夏季降水异常偏多。北方降水偏多，反映了从南到北的水汽输送强，水汽一方面是由于偏北副高西北侧的气流所携带，另一方面是由异常偏强的东亚夏季风输送而至。

根据张庆云等（2003）的定义，计算得到2012年的东亚夏季风指数为 1.62，位列 1951～2012年近 62年中的第三位，仅次于 1985年（1.80）和1972年（1.72）。然而东亚夏季风最强的 5年，中国夏季降水差异显著：1985年华北北部和东北降水偏多，1972年全国大旱仅西北地区及其他少数地区降水偏多，2012年整个北方降水异常偏多，2004年黄河中下游降水偏多，1978年黄河中上游和华北降水偏多。由此可见，东亚夏季风异常偏强时，中国夏季主雨带落区也不尽相同，这是由于东亚夏季风环流系统关键成员的不同配置所致。事实上，主雨带是由冷暖空气长期对峙形成，副高和东亚夏季风等反映了中低纬的暖湿气流的强弱和路径，中高纬的阻高和东北冷涡等则反映了冷空气的强弱和路径。因此，需要通过对东亚夏季风环流系统关键成员的异常特征及相互配置进行分析，来解释2012年夏季北方洪涝的机理。

5 2012年夏季北方洪涝的成因

由图1a可见，2012年我国夏季降水主要集中在36°N以北，因此以36°N为界将我国划分为北方和南方，分别计算 1951～2012年全国、北方、南方以及西北东部地区（2012年夏季降水中心区：36°N 以北，92°E～112°E）平均的夏季总降水量及其对应的距平百分率，结果如图5所示。全国160站夏季总降水62年平均为409 mm，2012年为421 mm，位列第18位，偏多2.8%；南方93站夏季总降水平均为524 mm，2012年为525 mm，位列第25位，偏多0.2%，与多年平均基本持平；北方67站夏季总降水平均为250 mm，2012年为276 mm，位列第14位，偏多10.2%，且为1998年之后的近14年中最多的一年；而西北东部25站总降水62年平均为150 mm，2012年为200 mm，位列第6位，偏多33.3%，为1979年之后的近34年中最多的一年。

图6为北方地区平均的夏季逐日降水演变图（考虑到105°E以东为季风区，以此分为东西两部分）。由图 6可见，夏季整个北方地区平均降水超过5 mm的有5次过程，分别为6月14～16日、6月26～30日、7月10～12日、7月21日至8月6日、8月 29～30日，其中第四次过程持续时间最 长、影响范围最广、降水量最大。105°E以东的北方地区平均降水的逐日演变与整个北方地区平均降水逐日演变一致，105°E以西的北方地区平均降水的高峰区早于整个北方和105°E以东。

图3 2012年夏季500 hPa位势高度（黑色曲线：高度场，单位：dagpm；红色虚线：气候态588 dagpm）及其距平场（阴影，单位：gpm）：（a）夏季；（b）6月；（c）7 月；（d）8月 Fig.3 The distribution of 500-hPa geopotential height(black line: geopotential height,units: dagpm; red dashed line: 588 dagpm for climatic states)and its anomalies(shading)in(a)summer,(b)Jun,(c)Jul,and(d)Aug of 2012

图4 2012 年 850 hPa距平风场（单位：m s-1）：（a）夏季；（b）6 月；（c）7 月；（d）8 月 Fig.4 The distribution of 850-hPa wind anomalies in(a)summer,(b)Jun,(c)Jul,and(d)Aug of 2012

图5 1951～2012年夏季降水量（a-d）及其距平百分率（e-h）年际变化：（a，e）全国；（b，f）北方；（c，g）南方；（d，h）西北东部 Fig.5 The interannual variations of(a-d)summer precipitation and(e-h)its anomaly percentage in(a,e)China,(b,f )northern China,(c,g)southern China,and(d,h)eastern Northwest China,respectively

极端干旱和洪涝这些重大的气候异常事件均是受到东亚夏季风的影响而产生（黄荣辉等，2006），但东亚夏季风各子系统自身的异常差异，各子系统之间的不同配置，东亚夏季风与中高纬系统的配置形势等又会造成相同气候背景下不同区域的旱涝分布（贾小龙等，2011）。因而，详细分析各年夏 季的气候异常特征和可能成因对于监测和预测很有必要。近半个多世纪以来，国内外诸多研究表明东亚夏季风系统的关键成员：阻高（Elliott and Smith，1949；陶诗言等，1958；Wang，1992；张培忠和杨素兰，1996；张庆云和陶诗言，1998；李维京，1999）、东北冷涡（孙力等，2000；何金海等，2006；廉毅等，2010；杨涵洧等，2012）、东亚夏季风（丁一汇，1994；施能等，1996；廉毅等，2004）、副高（吴国雄等，2003；赵俊虎等，2012），这四个天气气候系统均对我国夏季气候有着重要影 响。阻高的形成、维持以及崩溃，增强了中高纬的经向环流，有利于冷空气的南下；东北冷涡活动一方面导致东北地区降水偏多气温偏低，另一方面也有利于冷空气频繁南下影响我国南方地区；东亚夏季风把大量的暖、湿空气从海洋输送到我国大陆地区，为持续性强降水提供了充足的水汽供应；副高的东、西进退及南、北向摆动对降水量的多寡和雨带位置有重要影响。主雨带的形成是阻高、东北冷涡、东亚夏季风和副高的最佳配置（或锁定），四个系统的不同配置影响着夏季冷暖气流的对峙位置，进而导致夏季主雨带位置发生差异。基于此，图7给出了2012年夏季这四个系统的配置特征和北方洪涝的天气学模型。

由500 hPa位势高度场可见阻塞形势主要出现在 40°N～60°N 区域（图3），对 500 hPa位势高度场作40°N～60°N平均的经度—时间剖面来分析阻塞形势在2012年夏季随时间的演变过程（图7a）。2012年夏季欧亚中高纬阻高强盛：6月初，乌拉尔山地区首次出现阻塞高压（乌阻），但仅持续数日；6月中旬至8月底，乌拉尔山地区出现5次阻塞高压过程，活动十分频繁，尤其是第四次过程从7月下旬持续至8月中旬；贝加尔湖也有几次阻塞高压过程（贝阻），但均持续时间较短；鄂霍次克海地区出现了3次阻塞高压过程（鄂阻），分别是6月下旬、7月中下旬和8月上旬。由图7a和f对比可见，阻高活动阶段北方降水量也增加。

2012年夏季东北冷涡活动频繁（图7b）。其中6月，共发生两次冷涡活动，分别是6月7～14日和6月18～23日，活动日数达14天；7月东北冷涡活动最为频繁，共发生5次冷涡活动，分别是7月1～4日、8～10日、12～18日、21～24日、28～30日，活动日数达20天。6～7月东北冷涡路径偏西，主要出现在我国内蒙古东部及其以北地区，冷涡活动一方面导致东北地区降水偏多气温偏低，另一方面也有利于冷空气频繁南下影响我国南方地区。冷空气南下与西南季风带来的充沛水汽交汇，导致7月以来我国西北中部及北部、华北大部、黄淮地区普遍降水偏多。8月东北冷涡频次较常年偏少，共有两次冷涡过程，分别是 4～9日和 8～10日；东北冷涡频次偏少是8月以来东北地区降水偏少的主要原因之一。

根据以往的研究可知，夏季欧亚中高纬阻高强盛和东北冷涡活跃，均有利于长江流域降水偏多（张庆云和陶诗言，1998；何金海等，2006；封国林等，2012）。然而2012年却是长江流域降水偏少而北方降水偏多，主要是因为 2012年东亚夏季风异常偏强，同时副高偏北，导致冷暖空气对峙于40°N 附近（图7c）。

2012年东亚夏季风整体偏强，阶段性变化显著。从东亚夏季风指数逐日演变图可见（图7d），整个6月除22～23日外，其他时间都异常偏强，7月中上旬季风指数处于正常状态，7月中下旬至 8月上旬，季风指数异常偏强。6月中旬至7月中旬，季风涌稳定在 20°N～30°N，并在 6月下旬和7月中旬有两次北进过程；7月下旬至8月上旬，季风涌向北推进并维持在 30°N～40°N，最北影响达50°N（图7e）。季风涌北进的几个阶段中一次次的脉动把大量的水汽输送至我国北方地区，与中高纬南下的冷空气相遇对峙，造成北方地区持续性强降水（图7f）。

由于受到前期La Niña事件影响，2012年夏季副高强度偏弱，位置偏北偏东。6月中上旬，副高主体正常偏南，6月底副高主体转成北抬，并于 6月26日跃过20°N（图7g）；上旬和下旬前期偏东，中旬和下旬末有两次西伸（图7h）。7月，副高主体位置在 11～13日及 19～20日经历两次南撤活动，但 21日以后副高主体位置较气候态持续偏北达3°N以上；月内副高西伸过程和东退交织进行。8月上旬前期副高主体位置延续7月后期明显偏北态势，上旬末副高体零散，主体位置有所南落，中旬副高有所调整，但主体位置较常年偏南，下旬副高主体再次南落；中上旬副高略偏东，第4候副高北抬过程中强劲西伸，与大陆高压打通，控制我国川西高原以东地区，第5候副高继续维持在日本及其东南海域上空，强度偏强。副高偏北阶段，我国北方降水也偏多，降水量还与其西伸密切相关（图7f）。

总体而言，2012年夏季阻高、冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统都较为异常，尤其是7月下旬至8月上旬这一阶段，四个系统同时活跃，中高纬的冷空气与低纬季风和副高带来的水汽于我国北方地区长时间对峙，造成我国北方大范围长时间的暴雨，导致整个夏季北方降水异常偏多，并引发了严重的洪涝灾害。8月下旬虽然也有阻高和冷涡活动，但此时东亚夏季风已进入强弩之末，同时副高也南撤，导致我国北方降水减少。

图7 2012年北方洪涝的天气学模型：（a）500 hPa位势高度40°N～60°N平均的6～8月经度—时间剖面；（b）东北冷涡活动日（直方图表示东北冷涡存在，根据NCC检测绘制）；（c）105°E～125°E平均的700 hPa温度的时间—纬度剖面（阴影区温度≤10°C，红色曲线为气候态，等值线间隔5°C）；（d）东亚季风逐日指数（黑点为逐日指数，蓝色曲线为气候态，来自NCC）；（e）105°E～125°E平均的季风涌随时间的演变，箭头表示整层（1000 hPa至 300 hPa）季风的水汽通量（kg m-1 s-1），阴影区水汽通量＞0.1 kg m-1 s-1；（f）北方（36°N 以北）平均逐日降水演变（单位：mm）；（g）、（h）分别为6～8月500 hPa位势高度（单位：dagpm）120°E～140°E平均的纬度—时间剖面和20°N～35°N平均的经度—时间剖面（红色曲线为气候态） Fig.7 The synoptic model of floods in northern China in the summer of 2012:(a)Time-longitude section of daily 500-hPa geopotential height along 40°N-60°N;(b)activity dates of Northeast China cold vortex(histogram indicates the presence of Northeast China cold vortex,drawn according to NCC observations);(c)time-latitude section of daily 700-hPa air temperature along 105°E-125°E(shading: temperature ≤10°C; the red curve is the climate state,contour interval is 5°C);(d)daily East Asian summer monsoon index(black spots: daily index; blue curve: climate state)(from NCC);(e)time-latitude section of daily monsoon surge along 105°E-125°E(arrows: vapor flux for the whole layer from 1000 hPa to 300 hPa; shading: vapor flux ＞0.1 kg m-1 s-1);(f)time evolution of the average precipitation(mm)in northern China(north of 36°N)in the summer of 2012;(g)time-latitude section along 120°E-140°E and(h)time-longitude section along 20°N-35°N for daily 500-hPa geopotential height(dagpm)(the red curve is the climate state)

此外，西风带处于极地和北大西洋地区与东亚季风区之间，在一定意义上控制着东亚季风的北界，对我国季风区夏季的气候也有重要影响（屈文君等，2004）。刘萍和彭梅香（2000）对1997年汛期环流形势的分析表明，1997年汛期500hPa中纬度地区盛行纬向环流，西风带冷空气路径偏北、偏弱，盛夏黄河流域先后受贝加尔湖阻塞高压和青藏高原高压控制，导致盛夏期间黄河流域出现了持续 性严重干旱。而2012年与1997年恰好相反，500 hPa中纬度地区盛行经向环流（图3），黄河流域及其以北受低压控制，夏季降水异常偏多。西风带作为北大西洋气候区和东亚季风区的纽带，对东亚夏季风、高纬环流（阻高等）、副高等都有调制作用。因此，西风带对于东亚季风气候具有和索马里急 流同样重要的意义，它的变化同样会影响中国季风区降水的分布，然而目前这方面的研究还比较欠缺。本文从东亚夏季风环流系统的几个关键系统入手，分析了其相互配置及对 2012年夏季降水的影响，由于文章篇幅有限，对西风带的研究及其对2012年夏季北方降水异常的影响，将另文给出详细分析。

6 与最佳相似年和最佳相反年的对比分析

为了进一步分析2012年夏季降水异常的原因及年代际的影响，选取 2012年夏季旱涝分布的最佳相似年和最佳相反年，对比 2012年与最佳相似年和最佳相反年的前期至同期关键海温区海温演变及同期东亚夏季风环流系统的关键成员演变特征的异同。

6.1 最佳相似年和最佳相反年的选取

预报评分（Predictive Score，PS）和空间距平相关系数（Anomaly Correlation Coefficient，ACC）是短期气候预测中常用的两项评估指标，其中 PS主要体现了在预报区域内降水的异常分布特征，ACC则反映了两个距平场空间分布上的一致程度（陈桂英和赵振国，1998）。

假设将1951～2011年夏季降水作为2012年的61个预测结果，便可计算得到61个预测结果的PS和ACC。表2给出了分别以PS和ACC为选取标准时得到的前三个相似年和前三个相反年。由表 2可见，PS最大的三年分别为 1959年、1981年和 1985年，最小的三年为1980年、1986年和1968年；ACC最大的三年分别为1979年、1993年和1981年，最小的三年分别为2009年、1986年和1980年。因此，若以PS选取，最佳相似年为1959年，最佳相反年为1980年；若以ACC选取，最佳相似年为1979年，最佳相反年为2009年。由各年夏季降水距平百分率分布图可见（图略），1979年东北和江南降水偏少，与2012年相反，因此选取1959年夏季降水作为 2012年夏季降水的最佳相似年；2009年华北南部和东北北部降水偏多而长江中游降水偏少，与2012年一致，因此选取1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年。

表2 2012年的最佳相似年和最佳相反年的选取 Table 2 The selection of the best similar years and opposite years to 2012

6.2 2012年与最佳相似年和最佳相反年的对比分析

图8给出了1959年、1980年和2012年前冬、春季和夏季海表温度距平的对比。由图可见，1959年前冬北太平洋海温呈西北负距平东南正距平的模态（图8a），春季和前冬分布相似（图8b），夏季中东太平洋发展为异常冷海温（图8c），即从前冬至夏季赤道太平洋从暖水向冷水过渡，而北印度洋海温一直维持偏冷状态。1980年前冬至夏季的海温演变与1959年大体相似，中东太平洋前冬偏暖，但距平小于 0.5°C，没有达到 El Niño的标准（图8d），春季暖海温区域缩小（图8e），夏季整体处于正常偏冷状态（图8f）。而2012年前冬北太平洋及北印度洋海温的整体异常分布与1959年和1980年正好相反，中东太平洋偏冷处于La Niño状态，西北太平洋异常偏暖（图8g），春季中东太平洋冷海温区域缩小（图8h），夏季冷海温区域进一步缩小，且东太平洋已进入暖海温状态，即从前冬至夏季赤道太平洋从冷水向暖水过渡，而北印度洋海温一直维持偏暖状态（图8i）。

图9给出了1959、1980和2012年各自的上一年1月至当年9月的Niño1.2和Niño3.4逐月指数。1958年1月到1959年9月和1979年1月到1980年9月两个时段Niño1.2指数趋势一致，呈弱的正相关，与2011年1月到2012年9月呈反向变化（图9a）；1958年1月到1959年9月和1979年1月到1980年 9月两个时段 Niño3.4指数均与 2011年 1月到2012年9月呈明显反向变化（图9b），相关系数分别为-0.78和-0.35。

图8 1959 年（a-c）、1980 年（d-f）和 2012 年（g-i）海表温度距平（°C）：（a、d、g）前冬；（b、e、h）春季；（c、f、i）夏季 Fig.8 The distributions of SST anomalies(°C)in(a,d,g)pre-winter,(b,e,h)spring,(c,f,i)summer of(a-c)1959,(d-f)1980,and(g-i)2012,respectively

图9 逐月（a）Niño 和（b）Niño3.4 指数 Fig.9 The monthly(a)Niño1.2 and(b)Niño3.4 indexes

表3给出了1959年、1980年和2012年东亚夏季风环流系统关键成员的特征指数。由东亚夏季风（张庆云等，2003）、副高（来自NCC的74项环流指数）、阻高（赵振国，1999）和6～7月东北冷涡强度（何金海等，2006）这四个指数对比可见，三年东亚夏季风环流系统关键成员差异显著。首先，1959年和1980年东亚夏季风指数分别为-1.10和-1.74，属于夏季风偏弱年，尤其是1980年东亚夏季风异常偏弱（仅次于1998年），而2012年东亚夏季风异常偏强（第三）。1959年夏季副高整体偏弱、脊线偏南、西伸脊点偏西，但总体异常不明显；1980年夏季副高强度偏强、脊线异常偏南、西伸脊点偏西；2012年夏季副高强度异常偏弱，且偏北偏东。其次，三年夏季中高纬的阻高和东北冷涡差异显著。由乌阻、贝阻和鄂阻 6～8月逐月强度指数可见：1959年仅8月出现鄂阻；1980年7月出现乌阻和鄂阻的双阻形势，8月调整为贝阻和鄂阻；2012年6月和7月均为三阻形态，8月为乌阻。1959年和1980年6～7月的东北冷涡强度均没有出现显著异常，2012年6～7月的东北冷涡强度指数虽较小，但东北冷涡路径偏西，在我国内蒙古东部及其以北地区活动异常频繁。

表3 东亚夏季风环流系统关键成员特征指数 Table 3 Characteristic exponents of key members of the East Asian summer monsoon system

由以上3年东亚夏季风环流系统关键成员特征的对比可见，1959年各系统异常不明显，而 1980年和 2012年各系统各有异常，且呈大体相反的特征。其中 1980年中高纬阻高强盛，有利于冷空气南下，同时东亚夏季风异常偏弱、副高异常偏 南，导致冷暖空气对峙于长江流域，造成长江流域洪涝；而 2012年中高纬阻高同样也盛行，同时东北冷涡也频繁活动，表明北方冷势力强盛，但由于东亚夏季风异常偏强、副高偏北，暖空气北上，冷暖空气辐合于我国北方地区，造成北方洪涝。

综上所述，从夏季旱涝分布的相似程度来看，1959年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相似年，虽然 1959年前冬至夏季海温及东亚夏季风环流系统关键成员异常特征不明显，但是和2012年相比却呈现出了近似相反的特征；而 1980年夏季降水作为2012年夏季降水的最佳相反年，海温以及东亚夏季风环流系统关键成员异常特征明显，并且和 2012年呈显著的反向特征。这些观测事实体现了我国夏季降水与海温及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系随年代际发生了变化。已有研究也表明：ENSO与我国夏季降水年际变化之间关系具有不稳定性，同样是El Niño或La Niña事件，在不同年代背景下其对我国夏季降水的影响具有不同的表现（宗海锋等，2010）；东亚夏季风的年代际变率对我国夏季降水也有不同的影响，在夏季风弱的阶段（1976～2000年）相对强的季风与强季风阶段（1951～1975年）相对更强的季风，对我国夏季降水分布的影响不同（郭其蕴等，2003）。因此在制作夏季降水预报尤其是通过前期影响因子选取相似年时，需要考虑因子与降水之间关系的年代际变化。

7 结论和讨论

本文通过对 2012年我国夏季降水的实况和预测进行简要回顾，对海温和大气环流状况进行分析，初步探讨了 2012年夏季我国北方降水异常偏多的成因，并对比分析了 2012年夏季降水与其最佳相似年和最佳相反年的海温演变与东亚夏季风环流系统主要成员的差异。主要结论概括如下：

（1）2012年夏季我国降水大体呈北方涝、长江旱的分布，主雨带位于黄河流域及其以北，降水异常偏多的区域主要位于西北大部、内蒙古和环渤海湾，黄淮与江淮地区等降水偏少，江汉至淮河上游一带干旱严重；预测的主雨带位于华北南部至淮河，较实况偏南；

（2）2012年夏季欧亚中高纬地区阻塞高压强盛，同时东北冷涡活动频繁，中高纬500 hPa高度场从西至东呈“＋-＋”的分布，西风带经向环流发展，这种环流形势没有造成长江洪涝的主要原因是，夏季阻高、冷涡、东亚夏季风和副高这四个系统都较为异常，尤其是7月下旬至8月上旬这一阶段，四个系统同时活跃，中高纬的冷空气与低纬季风和副高带来的水汽于我国北方地区长时间对峙，造成我国北方大范围持续性强降水，导致整个夏季北方地区降水异常偏多，并引发了严重的洪涝灾害；

（3）从夏季旱涝分布特征来看，1959年夏季降水作为 2012年夏季降水的最佳相似年，虽然海温及东亚夏季风环流系统关键成员异常不明显，但是和2012年也呈近似相反的特征；而1980年夏季降水作为 2012年夏季降水的最佳相似年，海温以及东亚夏季风环流系统关键成员异常特征明显，并且和2012年呈显著的反向特征，这些观测事实体现了我国夏季降水与海温以及东亚夏季风环流系统关键成员这些主要影响因子之间关系的年代际变化。

夏季汛期降水对国民经济特别是对农业生产影响极大，其中大范围的旱涝气候灾害的影响尤为严重。汛期降水是政府极为关注的重要问题，也是气象界长期以来研究的热点和难点。因此，深入地研究中国汛期降水的机理，并尽可能提前、准确地预测其旱涝分布对国民经济建设具有重大经济效益和社会效益。本文仅对 2012年夏季降水的异常成因进行了初步探讨，以期为进一步做好汛期降水预测工作提供一定参考。

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