亚洲中高纬度地区春夏季节转换早晚与梅雨期中国东部降水异常的联系

陈沛宇 彭京备 布和朝鲁 巩远发

1 成都信息工程大学大气科学学院，成都 610225

2 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心，北京 100029

3 河北省气象技术装备中心，石家庄 050021

1 引言

在5月下旬至6月，东亚大气环流会发生突然地改变。这实际上是大气从冬季环流型向夏季环流型转化的结果（叶笃正等, 1958）。这种突变是半球范围乃至全球范围的现象，但以亚洲最明显（叶笃正等, 1958; 陶诗言等, 1958; 朱乾根等, 1992）。在亚洲，春夏季节转换的大气环流突变表现为南支西风北跳至青藏高原北沿地区，高空的东风气流北推至青藏高原南缘，南亚高压跃上高原，南海夏季风和印度夏季风爆发（叶笃正等, 1958; 陶诗言等, 1958）。在季节转换前后，中高纬地区的环流也出现很大的变化。冬季，在亚洲东部、北美东部和欧洲东部的中高纬地区分别有3个低压槽。经过5月下旬至6月上旬的环流调整，北半球中高纬地区从冬季的三槽三脊转为夏季的四槽四脊。在东北亚地区，东亚大槽为浅高压脊代替（叶笃正等, 1958; 朱乾根等, 1992）。

从春入夏的判别标准大致分为两类。一类是以环流的变化来判断。Yin（1949）指出印度夏季风爆发与喜马拉雅山脉南麓的高空西风急流北撤有关。Sutcliffe and Bannon（1954）发现春夏季节转换时期，中东和地中海的高空风场有一次突变。叶笃正等（1958）则以南支西风急流北跳和中高纬地区从三波转为四波作为冬季环流向夏季环流转换的特点。另一类是以温度为入夏标准。中国的气象行业标准《气候季节划分》（QX/T152－2012，陈峪等，2012）基于局地滑动平均气温确定春夏转换，即当5 d滑动日平均气温序列连续5 d≥22°C，则以其所对应的第一个≥22°C的日期作为夏季起始日。Chyi et al.（2021）发现，5～6月，亚洲中高纬地区的表面气温呈现先迅速增暖然后趋于稳定的特点。据此，他们以增温趋于平稳时的气温作为亚洲中高纬春夏季节转换发生的气温阈值。

梅雨是中国东部的主要降水时期。梅雨降水异常可导致长江流域严重的洪涝或干旱。如2020年，梅雨期长达56 d（任宏昌和符娇兰, 2020），长江中下游、淮河流域等地出现严重汛情和洪涝灾害（罗琪和张芳华, 2020）；2013年，长江中下游梅雨期只有7 d，发生了历史罕见的高温热浪天气（张峰和何立富, 2013）。已有很多研究讨论了导致梅雨降水异常的大气环流和外强迫因子（黄士松, 1963;黄荣辉和孙凤英, 1994; 张庆云和陶诗言, 1998,2003; 陈烈庭, 2001; 徐海明等, 2001; 张顺利等,2002; 彭京备等, 2005; 丁一汇和刘芸芸, 2008; 潘婕等, 2008; 布和朝鲁等, 2008; 梁萍等, 2018）。实际上，梅雨的建立与亚洲大陆上空大气环流的季节变化密切相连（陶诗言等, 1958）。当东亚上空低纬度高空西风急流北跳，副热带高压脊线北跳至25°N附近，中国和日本的梅雨开始（陶诗言等, 1958; 叶笃正等, 1958）。Chyi et al.（2021）发现，在亚洲中高纬地区春夏季节转换（以下简称季节转换）偏早年，6月下旬至7月初，长江流域降水比偏晚年少。

另外，东亚夏季风在中国东北区建立的平均日期为第41候（7月21～25日）（廉毅等, 2003）。之前，东北地区以冷涡降水为主（孙照渤等, 2016）。谢作威和布和朝鲁（2012）研究了1965～2007年5～8月东北冷涡时空变化特征，发现梅雨期是东北冷涡发生频数较大的阶段；出梅后，随着急流的北跳，冷涡天数明显减少。从上面的研究结果可以看出，梅雨期东北地区的降水也可能与季节转换的早晚有关。

综上所述，过去的研究给出了亚洲中高纬地区春夏季节转换的气候特征，提出了转换的客观标准及其年际变化的特征，并开始关注它与梅雨期亚洲环流和我国东部降水分布的关联。但是，关于季节转换的早晚如何影响其后期的环流特征和降水分布，影响过程及机制等问题，过去的研究还不多。这是本文尝试研究的问题。

2 数据和方法

使用国家气象信息中心提供的同期中国地面观测日值数据集V3.0中日降水数据，全国共699个台站的数据（http://www.nmic.cn/data/cdcdetail/dataCode/SURF_CLI_CHN_MUL_DAY_V3.0.html[2021-01-15]）；NCEP/NCAR提供的同期逐日再分析资料（Kalnay et al., 1996）中的位势高度场、风场、比湿。资料水平分辨率为2.5°（纬度）×2.5°（经度），垂直方向共为17层。我们以1951～2017年平均作为气候平均。

根据国家气候中心的监测，1951～2017年间，长江流域梅雨平均于6月14日开始，7月14日结束。取每年的6月14日至7月14日的平均作为梅雨期。这个梅雨时期接近谢作威和布和朝鲁（2012）所选的梅雨时期。逐日降水资料处理为每年梅雨期的平均。

为了讨论季节转换偏早年和偏晚年的水汽辐合异常情况，计算梅雨期平均的1000～300 hPa积分的水汽通量散度及其异常。利用逐日300 hPa水平风场的8 d高通滤波计算瞬变涡动动能（Eddy Kinetic Energy, EKE）。在此基础上，得到梅雨期平均EKE。EKE可以表征天气尺度高压和低压系统发生的频率和强度（Lehmann et al., 2014）。

基于1948～2017年5～6月逐日表面气温资料，Chyi et al.（2021）研究了亚洲中高纬度地区（50°N～75°N，70°E～160°E）春夏季节转换特征。他们发现，在季节转换时期亚洲中高纬度地区呈现先加速升温然后趋于平稳的特点。气候平均而言，增温加速至平稳的转折点发生在第32候（6月6～10日）。由此他们界定第32候为气候平均入夏时间，并以第32候平均气温（280.95 K）作为入夏阈值，将每年亚洲中高纬地区气温最接近阈值的候定义为春夏季节转换时间。本文采用了Chyi et al.（2021）所确定的1951～2017年逐年季节转换发生候作为亚洲中高纬度地区春夏季节转换时间。

图1给出了Chyi et al.（2021）所确定1951～2017年季节转换发生候的逐年变化。可以看出，最晚的季节转换发生在第34候，共两年，分别为1976年和1978年。最早的发生在第30候，只有1年，为2011年。1951～2017年平均的季节转换发生在32.05候。我们以第32候作为平均转换时间。

从图1还可以看出，季节转换具有较为明显的年代际变化特征。20世纪50年代和2000年以后，以季节转换偏早为主。1960～1999年间，以转换偏晚为主。这一点可以从季节转换发生时间的3次样条拟合（图1中的曲线）很清楚地看出。

图1 1951～2017年亚洲北部中高纬地区春夏季节转换时间的序列（折线）及其3次样条拟合（曲线）。虚线为1951～2017年平均转换时间32候。资料来自Chyi et al.（2021）的表1Fig.1 Time series of the timing of the summer onset in northern Asia for the years 1951-2017 (broken line) and its cubic spline fitting (curve line).The dash line denotes the average summer onset time (pentad 32)during 1951-2017.The timing of the summer onset in northern Asia is the same as that given in Table 1 in Chyi et al.(2021)

为了去除年代际的影响，利用Lanczos滤波方法（Duchon, 1979）对降水、环流进行高通滤波。由于季节转换偏早年多出现在20世纪50年代和2000年之后，选择7年高通滤波以尽可能减少滤波对时间序列两端的影响。滤波后，资料的有效时段为1958～2010年。

参照Chyi et al.（2021）的定义，季节转换时间早于第32候的年份定义为偏早年，晚于第32候的年份定义为偏晚年。本文共选取10个偏早年和21个偏晚年（见表1）。其中，偏早年有：1959年、1960年、1981年、1990年、1991年、2001年、2005年、2008年、2009年、2010年；偏晚年有：1961年、1962年、1963年、1964年、1968年、1969年、1970年、1972年、1974年、1976年、1978年、1983年、1987年、1989年、1992年、1993年、1996年、1997年、1999年、2004年、2007年。以下结果如无特殊说明，均为滤波后结果。

表1 1951～2017年亚洲中高纬度地区春夏季节转换10个偏早年和21个偏晚年Table 1 Ten early years and 21 late years of summer onset in northern Asia during 1951−2017

除了3次样条插值和Lanczos滤波方法，还采用合成分析来研究季节转换发生早晚对梅雨期中国降水和环流异常的影响，并利用双尾学生－t检验检查合成结果的显著性（魏凤英, 1999）。

3 季节转换发生早晚对梅雨期中国降水及其环流异常特征分析

3.1 降水异常分析

图2a给出了10个季节转换偏早年梅雨期（6月14日至7月14日）合成的降水距平百分率。在偏早年，华北东部至东北大部分地区降水偏多20%以上。其中，东北中部和南部降水显著偏多。江淮流域和华南南部降水偏多10%～20%，但通过90%信度检验的地区较少。江南、华北西部和西北地区东部降水偏少，江南北部和华中北部降水偏少20%左右。以7.5 mm d-1降水量等值线来表示长江流域梅雨雨带的位置。气候平均的梅雨雨带位于长江及其以南地区（图2a中的蓝线）。在偏早年，梅雨雨带位于江淮流域（图2a中的红线），位置较气候平均偏北，且范围偏小。Chyi et al.（2021）研究了季节转换偏早年和偏晚年第35～37候（6月21日至7月5日）中国降水之差，发现偏早年长江流域降水比偏晚年的少。这与我们的结果一致。

在季节转换偏晚年，中国东部为一条雨带（图2b）。长江流域及其以南地区降水偏多10%～20%。长江流域7.5 mm d-1等值线的范围（图2b中的红线）较气候平均的（图2b中的蓝线）向南扩大。华南沿海、华北和东北的大部分地区降水偏少，其中降水显著偏少地区在华北至东北南部地区，降水偏少20%～30%。

图2 （a）10个季节转换偏早年和（b）21个偏晚年梅雨期（6月14日至7月14日）合成的中国降水距平百分率（紫色圆点表示合成结果通过90%信度检验。红线表示7.5 mm d-1，蓝色为气候态）Fig.2 Composite precipitation anomalies in percentage during the Meiyu period (from 14 Jun to 14 Jul) in (a) 10 early summer onset years and (b) 21 late summer onset years (purple dots denote that the composite anomalies are statistically significant at the 90% confidence level.The red and blue lines denote the 7.5 mm d-1 and its climatology during the same period, respectively)

从上面的分析看出，在季节转换偏早年梅雨期，东北地区和江淮流域降水偏多，长江以南地区降水偏少；偏晚年，情况相反。值得注意的是，不论是偏早年还是偏晚年，东北地区通过信度检验的降水异常范围比全国其他地区的大，而长江中下游地区通过显著性检验的站点较少。这可能是因为东北地区更多受到中高纬系统影响，而长江中下游和华南地区不仅受到中高纬度环流的影响，而且受到热带、副热带环流的影响。所以东北地区的降水与亚洲中高纬地区春夏季节转换的联系更为紧密。

3.2 环流异常特征分析

导致降水异常的直接原因是环流异常。计算10个季节转换偏早年梅雨期平均的500 hPa位势高度场及其标准化距平（图3a）。在偏早年，从东北亚北部、贝加尔湖东南至中国东北地区、日本南侧存在一个“+ - +”的经向波状环流，且正异常中心通过90%信度检验。这个经向波状环流与东亚－太平洋遥相关型（East Asia-Pacific, EAP）（Nitta,1987; Huang and Sun, 1992）不一样。EAP型反映西太平洋副热带高压、梅雨槽和鄂霍茨克海及雅库茨克地区的异常，与我们所说的东亚沿岸的经向波状环流中异常的中心位置有所不同。图4给出了1951～2017年1月和7月的500 hPa位势高度场（等值线）及其纬向偏差距平（阴影）。可以看到，冬季，东亚沿岸为一低压槽，即东亚大槽（图4a）；夏季，东亚大槽北部变为纬向偏差正距平区，贝加尔湖以东至俄罗斯远东地区变为一高压脊（图4b）。我们将这个高压脊称为东北亚脊。图3a中的中高纬地区显著的高度正距平表示东北亚脊偏强。日本以南地区的高度正距平有利于西太平洋副热带高压（以下简称副高）加强。与气候平均相比（图3a中的蓝线），在季节转换偏早年，副高面积偏大，北界偏北（图3a中的红线）。长江以南地区受副高控制，降水偏少。东北大部分地区和华北东部受负高度距平所控制，东北冷涡较为活跃。选取东北冷涡多发的地理范围（35°N～55°N，115°E～140°E）（谢作威和布和朝鲁, 2012），逐年计算偏早年梅雨期平均的500 hPa风场异常（图略）。除了1990年和2008年，10个偏早年中有8年，东北地区上空出现气旋式环流距平中心，即东北冷涡多较常年活跃。但气旋式环流异常中心的位置并不集中，有5个位于东北地区中部，2个位于监测区西部，1个位于南部。这造成合成结果不能通过90%信度检验。研究显示，东北冷涡是早夏东北和华北地区主要的降水系统（张庆云等, 2001; Zhao和Sun, 2007）。在季节转换偏早年，东北冷涡活跃有利于东北和华北地区降水偏多。

图4 1951～2017年平均的（a）1月和（b）7月500 hPa位势高度场（等值线，单位：gpm）及其纬向偏差（阴影）Fig.4 Geopotential height (contours, units: gpm) and the corresponding zonal deviation (shadings) in (a) Jan and (b) Jul during 1951-2017

在对流层低层，东亚沿岸也存在经向的波状环流异常。图3b给出了偏早年850 hPa风场异常。可以看出从东北亚北部、中国东北地区至西太平洋地区上空有反气旋—气旋—反气旋式环流距平。这与500 hPa高度场异常一致。受这样的环流异常影响，长江流域及其以南地区为显著的偏南风距平，长江以北地区有风场异常辐合，有利于江淮地区出现降水。

研究表明，东亚副热带西风急流异常与夏季长江降水关系密切。当东亚副热带西风急流异常偏南时，夏季长江中下游及江南、华南降水偏多；急流偏北将使华北地区夏季降水偏多（Liang and Wang,1998; 廖清海等, 2004）。合成偏早年200 hPa纬向风速（以下简称u200，图3c）。可以看出，在30°N附近的副热带地区为u负距平区，日本中部和北部至东北地区南部为一正距平区，正距平中心位于（45°N，135°E）附近。以30 m s-1作为西风急流中心的特征线。比较偏早年（图3c中的红线）及气候平均（图3b中的蓝线），可以看出，西风急流中心位置正常略偏北，有利于雨带偏北。

下面来分析偏晚年的环流异常。图3d 给出了21个季节转换偏晚年梅雨期的500 hPa位势高度场及其标准化距平的合成结果。可以看出，在偏晚年，东北亚北部为位势高度负距平，异常负中心位于（75°N，135°E）附近；贝加尔湖南侧为弱的位势高度正距平；日本南部为显著的负距平，异常中心位于（30°N，135°E）附近。亚洲东部为“- + -”的经向波状环流。与环流异常相对应，偏晚年的东北亚脊偏弱，副高（图3d中红线）比气候平均（图3d中蓝线）偏弱。气流在长江流域汇合，有利于这里的降水偏多。

与500 hPa上的经向波状环流相对应，850 hPa上，东北北部为气旋式环流异常，中心位于（55°N，135°E）附近；贝加尔湖东南为反气旋式环流距平；日本以南的西太平洋地区出现了气旋式环流异常，中心位于（30°N，135°E）附近（图3e）。东亚地区出现气旋—反气旋—气旋式经向波状环流异常。黄河以南大部分地区受到显著的偏北风异常影响。这表示，在偏晚年的梅雨期，环流仍保持了一部分的冬季环流信号。

在偏晚年梅雨期，u200异常场上，中国东北地区为u200负距平区。其南侧为正距平（图3f），正距平中心位于（25°N，135°E）附近。这样的u距平分布有利于东亚西风急流偏南。对比偏晚年与气候平均的30 m s－1等值线位置（图3f中的红线和蓝线），可以看出，东亚西风急流中心位置较气候平均略偏南，有利于小槽影响长江流域。

图3 10个季节转换偏早年梅雨期合成的（a）500 hPa位势高度场（等值线，单位：gpm）及其标准化距平（阴影），（b）850 hPa 风场异常（单位：m s-1），（c）200 hPa纬向风速（u200，等值线，单位：m s-1）及其标准化距平（阴影）；图3d－3f同3a－3c，只是针对21个季节转换偏晚年的情况。图3a、3c、3d、3f黑色圆点表示合成结果通过90%信度检验；图3a和3d中的红线和蓝线分别表示5860 gpm及其气候平均；图3b和3e中红色矢量表示纬向风合成结果通过90%信度检验，黄色阴影表示经向风合成结果通过90%信度检验，灰色阴影表示地形超过1500 m；图3c和3f中的红线和蓝线分别表示30 m s-1及其气候平均Fig.3 Composite fields of (a) the geopotential height at 500 hPa (contours, units: gpm) and the corresponding normalized anomalies (shading), (b)wind anomalies at 850 hPa (units: m s-1), (c) zonal wind speed at 200 hPa (u200, contours, units: m s-1) and the corresponding normalized anomalies(shadings) during the Meiyu period in 10 early summer onset years; (d-f) as (a-c), but for 21 late summer onset years, respectively.The black dots in Fig.3a, Fig.3c, Fig.3d, and Fig.3f indicate regions where the composite anomalies are significant at the 90% confidence level.The red and blue lines in Fig.3a and Fig.3d denote the 5860 gpm and its climatology during the same period, respectively.The red vectors show that the composite zonal wind anomalies are significant at the 90% confidence level and the yellow shading denotes areas where the composite meridional wind anomalies are significant at the 90% confidence level in Fig.3b and Fig.3c.The gray shading denotes topography higher than 1500 m.The red and blue lines in Fig.3c and Fig.3f denote the 30 m s-1 and its climatology, respectively

3.3 水汽及扰动能量分析

图5a给出了偏早年梅雨期合成的水汽通量散度距平，发现江淮流域有水汽通量散度负异常，即有水汽通量异常辐合，这和图2a中这一地区降水偏多一致。在东北地区，受西太平洋反气旋异常和东北地区气旋式异常的共同影响，华北南部至朝鲜半岛为显著的西南风距平（图3b）。华北东部至东北地区也为水汽通量散度负异常（图5a），水汽异常辐合中心位于（45°N，120°E）附近，为这里的降水偏多提供了水汽条件。

图5 10个季节转换偏早年梅雨期合成的（a）300 hPa涡动动能异常（等值线和阴影，单位：m2 s-2）和（b）整层水汽通量散度距平；（c、d）同（a、b），只是针对21个季节转换偏晚年的情况。黑色圆点表示合成结果通过90%信度检验Fig.5 Composite fields of the anomalies of eddy kinetic energy (contours and shadings, units: m2 s-2) at 300 hPa in (a) 10 early summer onset years and (c) 21 late summer onset years and the anomalies of the whole layer water vapor flux divergence in (b) 10 early summer onset years and (d) 21 late summer onset years.The black dots indicate regions where the composite anomalies are significant at the 90% confidence level

如前所述，EKE可以表征天气尺度系统发生的频率和强度。图5b给出了偏早年梅雨期合成的300 hPa的 EKE 距平。在 40°N ～50°N的中纬度地区，贝加尔湖以南至中国东北、华北为一扰动动能正距平区，正距平中心位于华北东部地区。可能由于天气扰动的位置和强度较为多变，该地区EKE的合成结果不能通过90%信度检验。东北至华北地区的EKE正距平说明这一地区的天气尺度扰动较为活跃。这与前面分析得到的东北冷涡较活跃一致。活跃的天气扰动有利于东北至华北地区降水发生。

在偏晚年，在西太平洋气旋式环流异常的影响下，在长江流域及其以南地区风异常辐合（图3f），水汽通量散度也表现出异常的负距平，即有水汽异常辐合（图5c），与这里的降水偏多一致。华北和东北位于贝加尔湖东南反气旋式环流距平的南侧和东侧，受偏北风影响。水汽通量散度为正距平，有异常的水汽通量辐散，不利于降水出现，东北地区降水偏少。此外，长江中下游地区为300 hPa EKE正距平，距平值较小（图5d）。这是因为长江流域的梅雨降水多为稳定降水，EKE的异常不明显。

从上面的讨论看出，在季节转换偏早年，在对流层中层（500 hPa）上，东亚沿岸出现“+ - +”的经向波状环流。东北亚中高纬地区为显著的高度正距平所控制，东北亚脊偏强；东北地区为负距平，东北冷涡较为活跃；日本以南地区为显著的正距平，副高偏强，北界偏北。在850 hPa的距平风场上，也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强时，东北地区为气旋式环流距平，西太平洋副热带为反气旋式距平。受这样的环流异常影响，长江流域受副高控制，降水偏少；斜压扰动带位于东北地区，东北华北地区降水显著偏多。在偏晚年，东亚地区的经向波状环流为“- + -”分布。东北亚高压脊较弱，副高强度偏弱，北界偏南。亚洲西风急流偏强，位置略偏南。长江流域及江南地区为风场和水汽的辐合区，降水偏多。东北和华北地区处于中纬度反气旋式环流距平的东侧，受偏北风影响，水汽通量散度异常辐散，降水偏少。

4 季节转换对梅雨期中国降水的影响途径

4.1 季节转换早晚与东北亚脊异常的关系

从图4可以看出，从冬季（1月）到夏季（7月），贝加尔湖以东至俄罗斯远东地区由低压槽转为东北亚脊。叶笃正等（1958）指出，当冬季环流转为夏季环流后，北半球中高纬地区环流从3脊变为4脊。东北亚脊正是这4个脊中的一个。我们也计算了季节转换前后气候平均的5月和6月500 hPa位势高度场及其纬向偏差（图略）。春季至夏季，东亚环流发生调整，东亚大槽北部逐渐转为纬向偏差正距平，东北亚脊建立。从环流上来说，对流层中高层东北亚脊的建立是亚洲中高纬地区进入夏季的主要标志之一。

图6给出了10个偏早年和21个偏晚年梅雨期合成的500 hPa位势高度标准化距平之差。可以看到，二者在东北亚北部有显著的正高度距平，即偏早年的东北亚脊较偏晚年的明显偏强。选取（65°N～77.5°N，110°E～145°E）作为亚洲北部的关键区（图6中紫色方框所示地区）。这个关键区的位置位于Chyi et al.（2021）确定季节转换的关键区的西部，是多年平均的由冬到夏，东亚大槽向东北亚高压脊转换的地区。逐年计算梅雨期东北亚关键区区域平均500 hPa位势高度标准化距平（图7）。可以看出，大部分的季节转换偏早年（7/10，图7中的圆点），亚洲北部关键区的环流为正异常。大部分的偏晚年（17/21，图7中的星号），该地区的环流为负异常。从上面的结果可以看出，在季节转换偏早（晚）年梅雨期，东北亚脊多偏强（弱）。

图6 10个季节转换偏早年和21个偏晚年的梅雨期500 hPa位势高度标准化距平合成的差值（红线表示正值，蓝线表示负值，黑线表示0线；黑色圆点表示差值通过90%显著性检验;紫色方框表示亚洲北部关键区）Fig.6 Composite differences of the normalized geopotential height anomalies during the Meiyu period between 10 early summer onset years and 21 late years (red, blue, and black lines denote the positive,negative values, and zero lines, respectively; black dots indicate the regions where the composite differences are significant at the 90%confidence level; purple square indicates the key area in northern Asia)

图7 1951～2017年梅雨期平均的亚洲北部关键区区域平均500 hPa位势高度标准化距平的时间序列（圆点表示季节转换偏早年，星号表示偏晚年）Fig.7 Time series of the areal mean normalized geopotential height anomalies at 500 hPa in the key area in northern Asia during the Meiyu period from 1951 to 2017 (dots and stars represent the early and late summer onset years, respectively)

研究显示，在季节转换偏早年的第32候附近（平均转换时间），在对流层中层，东北亚地区有显著的正位势高度异常；在偏晚年，情况相反（Chyi et al., 2021，图12）。那么，梅雨期东北亚脊的异常与季节转换有什么关系呢？首先来看，季节转换偏早年和偏晚年5～7月逐月500 hPa位势高度场标准化距平。在季节转换偏早年的5月，亚洲北部地区为正高度距平，东北亚已经有一弱高压脊（图8a）。东北亚地区的正高度距平从5月一直持续到7月（图8b和8c）。这样的环流异常说明，在季节转换偏早年，东北亚脊提前建立并持续偏强。在偏晚年的5月，东北亚地区为显著的负距平（图8d），东亚大槽依然明显。显著的负距平持续到7月（图8e和8f）。即，在季节转换偏晚年，东北亚脊建立较晚且偏弱。结合Chyi et al.（2021）和我们的结果，可以认为，偏早（晚）年，东北亚脊偏强（弱），不仅出现季节转换时期，而且这一信号还会持续到7月。

图8 春夏季节转换 10 个偏早年 （a）5 月、（b）6 月和（c）7 月 500 hPa 位势高度场标准化距平；（d-f）同（a-c） 只是针对 21 个偏晚年。黑色圆点表示合成结果通过 90% 显著性检验Fig.8 Composite normalized anomalies of geopotential height at 500 hPa in (a) May, (b) Jun, and (c) Jul in 10 early summer onset years; (d-f) as(a-c), but in 21 late summer onset years.Black dots indicate th region where the composite differences are significant at the 90% confidence level

上面分析的是在偏早年和偏晚年从春季到夏季，亚洲中高纬度环流的逐月演变。下面再来分析东北亚地区的位势高度异常的逐候演变。图9a给出了10个季节转换偏早年合成的第28候至第40候（5月中旬至7月中旬）65°N～77.5°N平均的500 hPa位势高度距平随经度－时间的变化。在偏早年的5月中旬（第28候），东北亚中高纬地区（110°E～145°E）附近已出现正高度距平。在第31候时，东北亚的正高度距平开始加强。到第32候时，高度正距平强度达到最强。第31候是大部分季节转换偏早年发生时间，第32候为季节转换平均发生的时间（图1）。这就是说，偏早年东北亚脊建立较早。第32候后，除了在第35～36候（6月下旬），在整个梅雨期（第34～39候），东北亚地区维持高度正距平。即，在季节转换偏早年，东北亚脊建立较早，且强度偏强，并且东北亚脊在整个梅雨期基本保持偏强。

在21个偏晚年里（图9b），从季节转换开始前至梅雨结束，东北亚中高纬地区500 hPa位势高度以负距平为主。在第30～32候，东北亚地区出现位势高度负距平，第33候时，负距平减弱。这是偏晚年季节转换多出现的时间。即在偏晚年，东北亚脊建立较晚，强度偏弱。除了第35～36候（6月下旬），东北亚地区出现弱的位势高度正距平外，在梅雨期中，东北亚地区维持高度负距平，东北亚脊的强度多为偏弱。

从上面的讨论看，在季节转换偏早年，东北亚脊建立较早，且强度偏强，并且持续到梅雨结束时。而在季节转换偏晚年，东北亚脊建立较晚，强度偏弱，并且在季节转换之后的梅雨期，东北亚脊持续偏弱。Chyi et al.（2021）揭示了春夏季节转换及转换早晚的机制：对气候平均而言，非绝热加热和亚洲北部的融雪过程在春夏季节转换中起着至关重要的作用。导致季节转换早晚则与海平面气压场异常有关。在偏早年，季节转换前，80°E以东的亚洲北部大部分地区为海平面气压正异常，其西侧为海平面气压负异常。海平面气压正、负异常中心之间的南风距平加强，有利于东北亚地区气温升高，季节转换偏早（Chyi et al., 2021，图10）。与此同时，上述研究表明，当季节转换早（晚）时东北亚脊建立的时间也早（晚）。我们注意到，无论是季节转换偏早年还是偏晚年，第32候时，东北亚北部地区的位势高度异常达到极大或极小值（图9）。第32候正是Chyi et al （2021）确定的季节转换的平均转换候，也是亚洲北部地区地面升温达到稳定的时间。这也表明对流层中层和近地面加热之间的一致性耦合关系。

图9 季节转换（a）10个偏早年和（b）21个偏晚年第25候至第40候65°N~77.5°N平均的500 hPa位势高度场距平的时间—经度剖面（黑色圆点表示合成结果通过90%显著性检验，蓝色虚线表示梅雨期）Fig.9 Time-longitude cross-section of geopotential height anomalies averaged for 65°N-77.5°N in (a) 10 early summer onset years and (b) 21 late years from pentad 25 to pentad 40 (black dots indicate regions where the composite anomalies are significant at the 90% confidence level and the blue dash lines indicate the Meiyu period)

4.2 梅雨期东北亚脊异常与同期中国东部降水异常的关系

以梅雨期亚洲北部关键区平均的500 hPa位势高度标准化距平超过+（-）0.75标准差为东北亚脊偏强（弱）年。偏强和偏弱年各有8年。合成这些年梅雨期的降水异常。在东北亚脊偏强年，长江流域降水偏少，东北地区降水偏多（图10a）。这与季节转换偏早年梅雨期的降水异常（图2a）相似。而在东北亚脊偏弱年，东北降水偏少，长江流域降水偏多（图10b）。这与季节转换偏晚年的情况相似（图2b）

图10 东北亚脊（a）8个偏强年和（b）8个偏弱年合成的梅雨期全国降水距平百分率（紫色圆点表示合成结果通过90%信度检验）Fig.10 Composed precipitation anomalies in percentage during the Meiyu period in (a) eight strong and (b) eight weak ridges over northeastern Asia years (purple dots indicate the regions where composite anomalies are significant at the 90% confidence level)

4.3 梅雨期东北亚脊异常与同期环流异常的关系

合成东北亚脊偏强和偏弱年的环流距平（见图11），可以看出，在亚洲北部位势高度偏高，即东北亚脊偏强年（图11左列），东亚地区从高纬度至副热带地区存在“+-+”的位势高度距平分布，亚洲北部高纬度地区为显著的正距平，东北地区为负距平，日本南部地区为正距平（图11a）。在低层风场上，西太平洋地区有反气旋异常，在东北地区有气旋式环流异常，气旋式环流异常中心位于40°N附近（图11b），有利于东北冷涡的发展。东北亚脊偏强年和季节转换偏早年梅雨期的环流异常（图11a和图3a，图11b和图3b）非常相似。Chyi et al.（2021）研究了6月初东北亚地区Rossby波能量传播发现，在季节转换偏早年，有Rossby波能量从东北亚位势高度正距平区向南传播，在中国东北地区能量辐合，有利于这里负距平的维持。因此，在偏早年梅雨期，东北亚脊的异常可能通过Rossby波能量传播形成东亚沿岸的“+ - +”波状环流结构。

而在东北亚脊偏弱年，在500 hPa高度场上，从高纬度至副热带，东亚为“- + -”的距平分布（图11c），东北亚为显著的负距平，东北至华北为正距平，西太平洋副热带地区为负距平。在低层风场上，西太平洋副热带地区为气旋式环流距平，东北地区为反气旋式环流距平（图11d）。异常影响下，东北亚脊偏弱年梅雨期的环流与季节转换偏晚年的非常相似（图3d和3e）。

从上面的分析可以看到，季节转换的早晚与东北亚脊的异常关系密切。在季节转换偏早（晚）年，东北亚脊较早（晚）建立，强度偏强（弱）。东北亚脊的异常往往可维持至梅雨期结束。当东北亚脊偏强（弱）时，有利于东亚中高纬地区至副热带地区形成“+ - +”（ “- + -”）的经向波状环流，东北地区维持负（正）高度距平，日本以南地区维持正（负）高度距平，即东北冷涡偏强（弱），以及副高强度偏强（弱）、北界偏北（南）。相似的环流异常导致东北亚脊偏强（弱）年和季节转换偏早（晚）年梅雨期的降水异常也相似，均表现为长江流域降水偏少（多），东北地区降水偏多（少）。

5 结论和讨论

使用合成分析方法，研究了亚洲中高纬地区春夏季节转换（季节转换）早晚对中国梅雨期降水异常的影响，得到结论如下：

（1）东北亚中高纬度春夏季节转换时间存在显著的年代际差异特征，1951～1960年和2000～2017年处于季节转换偏早阶段，而1961～2000年为偏晚阶段；其季节转换早晚对中国东部梅雨期降水有显著影响，尤其是江淮流域和东北地区降水异常。

（2）在年际尺度上，季节转换偏早（晚）年梅雨期，对流层中层（500 hPa）上，中高纬地区为显著的高度正（负）距平所控制，东北亚脊偏强。东北亚中高纬地区、中国东北至日本以南的西太平洋有“+ - +” （“- + -”）的经向波状环流。在850 hPa的距平风场上，也有相近的波状结构。当东北亚脊偏强（弱）时，东北地区为气旋式（反气旋式）环流距平，西太平洋副热带为反气旋式（气旋式）距平。环流的异常导致东北地区降水异常偏多（少），长江流域降水偏少（多）。

（3）初步探讨了亚洲中高纬地区入夏时间的早晚影响梅雨期大气环流和中国东部降水异常的途径，在季节转换偏早（晚）年，东北亚高压脊多建立较早（晚），强度偏强（弱）。东北亚脊的异常往往可持续到梅雨期结束，有利于东亚沿岸形成“+ - +”（“- + -”）的经向波状环流，从而导致环流和中国东部降水的异常。

本文研究了亚洲中高纬度春夏季节转换对梅雨期中国东部气候异常的影响及其途径。实际上，还有一些问题没有得到回答。首先，春夏季节转换与东北亚脊建立之间的相互作用机制是什么？从合成结果看，季节转换偏早年，东北亚脊建立早，强度偏强，并能持续到梅雨期。偏晚年，情况相反（图8和图9）。但并不清楚季节转换早晚与东北亚脊异常之间相互作用的物理机理。因此，需要深入研究亚洲中高纬地区春夏季节转换和东北亚脊异常之间的相互作用机理。

其次，东北亚脊异常的维持机制是什么？在前面的讨论中，我们发现在季节转换偏早（晚）年，早在5月末至6月初，东北亚地区即出现位势高度的正（负）距平（图9）。高度场的异常往往可以持续到梅雨期结束。长时间维持的环流异常可能与外强迫的异常有关。Chyi et al.（2021）指出，季节转换的早晚与亚洲北部的积雪有密切关系。从春到夏，亚洲北部气温经历了快速升温并趋于稳定的过程。亚洲北部的积雪影响局地升温过程及季节转换的早晚。因此，亚洲中高纬地区积雪可能是东北亚脊异常维持的原因之一。除此之外，在季节转换发生偏早年与偏晚年500 hPa位势高度差值场上，东北亚关键区上游，巴尔喀什湖以北地区有显著的位势高度负距平（图6）。东北亚脊的异常可能受到上游系统或大西洋海温异常的影响。另外，我们还注意到，无论是偏早年还是偏晚年，在第35～36候（6月下旬），东北亚地区的异常均出现了短暂的中断。这是否意味着梅雨期前期与中后期的东北亚脊异常的形成机理不同？这需要对梅雨不同阶段的东北亚脊的异常特征和形成机制进行细致分析。我们接下来的工作将详细研究影响东北亚脊异常维持的机制。

最后，东亚沿岸经向波状环流异常的形成机理值得进一步探索。如前所述，我们认为东亚沿岸经向波状环流异常是季节转换异常影响中国东部夏季气候的一种途径。但并未详细研究东亚沿岸经向波状环流异常的形成机制。Chyi et al.（2021）研究了6月初东北亚地区Rossby波能量传播，发现，在季节转换偏早年，有Rossby波能量从东北亚位势高度正距平区向南传播，在中国东北地区能量辐合，有利于这里负距平的维持。在未来的工作中，将研究梅雨期东亚地区Rossby波能量的传播情况及其对东亚沿岸经向波状环流异常的影响。

致谢感谢中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心的纪立人研究员、孙淑清研究员和气象科学研究院的刘舸研究员为本文提供了很多有益的建议。感谢两位审稿人对本文内容提出的建设性意见。