南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响

覃卫坚 蔡悦幸 罗小

摘要   利用1961—2020年广西地面气象观测站逐日降水资料、NCEP／NCAR再分析资料，研究了南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响。结果表明，当南海夏季风爆发偏早时，东亚大槽显著偏强，中高纬度地区经向环流增强;华南沿海西南风显著偏强，配合中高纬度偏强的经向型环流引导北风南下，南北风在广西上空交汇;印度洋到海洋性大陆热带季节内振荡（MJO）处于对流活跃位相，且向东移动明显，低频对流带在西南季风引导下向广西输送;广西上升气流显著偏强，暴雨日数偏多。反之，暴雨日数偏少。

关键词  南海夏季风; 热带季节内振荡; 暴雨; 广西

广西位于中国南部沿海地区，北接云贵高原，南临北部湾海洋，具有独特的气候特征，是我国暴雨多发地区。每年因暴雨引发的洪涝灾害给广西造成严重的经济损失和人员伤亡。南海夏季风爆发是大气环流由冬季转为夏季的一种显著信号，对中国季节雨带分布有着重要的影响。一般情况下，南海夏季风爆发2周内增强的西南风把印度洋水汽源源不断地输送到东亚大陆。南海夏季风不仅对中国夏季降水有着重要影响，还会通过遥相关影响北半球其他区域（李崇银和张利平，1999;李崇银和潘静，2007）。南海夏季风爆发意味着华南雨季开始，季风前沿停滞在华南地区引发持续暴雨发生（林爱兰等，2007），南海夏季风爆发后打通了孟加拉湾西南水汽通道，华南地区降水热源作用明显增强，动力向热力的适应过程更显著，华南地区出现高空辐散和低空辐合的上升运动增强，导致地区华南暴雨发生（胡娅敏等，2014;张端禹等，2015；赵欢等，2015;温之平等，2016）。南海夏季风爆发时间偏早，广西汛期暴雨日数偏多（欧艺，2009），南海夏季风爆发后广西柳州地区高层有强烈的“抽吸”作用，上升运动旺盛（刘蕾等，2018）。以上研究表明了南海夏季風对广西暴雨有着重要的影响，有关影响机制的研究尚少见，因此有必要深入地研究其影响机制。

南海夏季风的爆发同时又受热带季节内振荡（MJO）的影响，MJO对流活动异常引起夏季风活跃、中断和爆发，MJO湿位相处于西太平洋位相时有利于南海夏季风爆发（何有海等，2000;李崇银等，2003;Chi et al.，2015;林爱兰等，2016;Song et al.，2016;Li et al.，2019），MJO使南海地区西风的加强，触发中国南部出现季风涌，造成南方暴雨发生（琚建华和赵尔旭，2005;琚建华等，2007;陶诗言和卫婕，2007），南海季风槽是华南主要降水系统，具有明显的30～60 d季节内振荡特征（杨辉等，2011；卢珊等，2012）。可见，南海夏季风既受到MJO的影响，同时又影响着广西暴雨发生，因此分析它们之间的相互联系，对探索南海夏季风爆发对广西暴雨的影响机制，提高暴雨洪涝灾害气候预测能力具有重要的科学意义。

1 资料和方法

资料包括：1）1961—2020年广西78个地面气象观测站逐日降水资料。2）1961—2020年美国国家环境预测中心／国家大气环境中心（NCEP／NCAR）再分析资料，包括高度场、风场、相对湿度场等。3）1978—2020年美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐日向外长波辐射（OLR）资料。 4）1978 —2020年美国国家海洋和大气管理局气候预测中心（CPC）提供的逐候热带季节内振荡（MJO）指数，此指数使用扩展经验正交函数（EEOF）对200 hPa速度势进行分析，由第一特征向 量的10个时间滞后模态构建10个MJO指数，对应10个对流中心位置（20°E、70°E、80°E、100°E、120°E、140°E、160°E、120°W、40°W、10°W），指数值反映了MJO强度和传播过程。5）1961—2020年中国国家气候中心提供的南海夏季风爆发时间资料。气象观测站24 h降水量大于等于50 mm的降水，定义为暴雨。

采用合成分析、经验正交函数（EOF）、相关方法、蒙特卡罗检验等统计方法分析南海夏季风对广西6月暴雨的影响。

2  广西6月暴雨日数与南海夏季风相关分析

2.1 广西暴雨季节变化特征

图1a给出了1961—2020年广西月平均暴雨日数的逐月分布，可见，暴雨日数季节分布呈“单峰型”特征。从4月开始暴雨日数迅速增多，6月达到了峰值（为1.3 d），之后逐渐下降，12月达到最小值（仅为0.04 d）。可见，6月是一年中暴雨日数最多的月份，最有可能发生暴雨洪涝灾害，因此研究6月暴雨气候异常成因具有重要的意义。

2.2  广西6月暴雨和南海夏季风爆发时间的相关分析

一般认为，南海夏季风爆发以后华南地区开始进入了雨季，从1961—2020年广西6月平均暴雨日数和南海夏季风爆发时间的历年变化（图1b）来看，6月平均暴雨日数和南海夏季风爆发时间存在着明显的反位相关系，相关系数达-0.22，通过了0.1信度的显著性水平检验，即如果南海夏季风爆发时间偏早（晚），那么6月暴雨日数偏多（少）。南海夏季风爆发时间与广西6月暴雨日数还存在明显的年代际变化特征，20世纪70年代到90年代初南海夏季风时间为偏晚期、广西6月暴雨日数为偏少期，90年代前期南海夏季风爆发时间转为偏早期、同期广西6月暴雨进入了偏多期。

3  南海夏季风爆发早晚年6月大气环流特征

南海夏季风爆发后东亚大气环流有明显的变化（高辉和宁艳峰，2009；王黎娟和郭帅宏，2012；余丹丹等，2014；朱伟军等，2016），以下分析夏季风爆发时间早晚的6月大气环流特征，探索其对广西暴雨的影响机制。

3.1 500 hPa高度场特征

为了分析南海夏季风爆发时间对6月暴雨的影响，选取了偏早（晚）2候以上的年份作为异常年，其中偏早年为1966、1972、1994、1996、2001、2008、2011、2019年，偏晚年为1970、1973、1987、1989、1991、2014年。从南海夏季风爆发偏早年和偏晚年6月500 hPa高度场差值分布（图2a）来看，欧亚大陆中高纬度地区和亚洲沿海地区均呈现出“-+-”的波列分布，东欧地区高度场为负距平、贝加尔湖以北地区为正距平、鄂霍次克海为中心的区域为负距平，异常中心大部均通过了信度为0.1的显著性水平检验，即南海夏季风爆发偏早年，贝加尔湖阻塞高压和东亚大槽显著偏强，促进了中高纬度的经向环流，有利于冷空气南下，与暖湿气流在广西上空交汇，导致暴雨过程偏多;南海夏季风爆发偏晚年，贝加尔湖阻塞高压和东亚大槽显著偏弱，不利于冷空气南下，广西上空南北风交汇少，发生暴雨过程少。

南海夏季风爆发如何影响中高纬度地区环流？Nitta（1987）、黄荣辉和李维京（1988）、黄荣辉（1990）研究指出夏季热带西太平洋地区对流活动异常引起了东亚-太平洋地区存在大气环流异常波列传播，即东亚-太平洋（EAP）遥相关。对6月 500 hPa高 度场进行去季节循环后，利用经验正交函数（EOF）进行分解，得到各主要空间模态，第一、第二、第三模态解释方差分别为22.54％、13.08％、9.79％。EOF第一空间模态除了北极附近区域为负值外、其余地区为正值，表示整体一致的分布。图2b给出EOF第二空间模态，分布特征与EAP遥相关基本一致，亚洲地区东部沿海地区从热带低纬度地区到中高纬度存在着明显的“+-+”波列：中国及南海北部为正值、朝鲜半岛到日本一带为负值、鄂霍次克海为中心区域为正值。南海夏季爆发后使副热带高压退出南海，南海地区对流活跃，南海夏季风爆发时间偏早年南海到华南地区高度场为负距平，通过遥相关波列传播引起朝鲜半岛到日本一带为正距平，即副热带高压位置偏北、偏西;鄂霍次克海为中心区域为负距平，即东亚大槽偏强，导致经向环流形势增强。

3.2 850 hPa风场特征

从南海夏季风爆发偏早年和偏晚年6月850 hPa风场的差值分布（图3a）来看，俄罗斯东部中西伯利亚高原有较强的北风吹向亚洲大陆中高纬度地区，乌拉尔山脉附近为气旋性环流，气旋性环流的东北侧南风异常偏强;华南沿海到东海一带为反气旋环流，反气旋环流西侧为增强的西南风，通过了0.1信度的显著性水平检验;广西北部北风显著偏强，西太平洋副热带高压西侧处于南海北部，南风异常增强，显著偏强的南北风在广西上空交汇，有利于暴雨过程的发生。南海夏季风爆发偏早年和偏晚年6月OLR的差值分布（图3b），从华南地区到华东一带存在明显的对流增强带，大部地区通过了信度为0.1的显著性水平检验，广西大部地区对流得到增强;菲律宾和台湾以东地区为对流抑制带，这与反气旋环流增强有关;赤道西太平洋附近为对流增强带;南海夏季风爆发偏早有利于广西暴雨过程发生发展。

3.3 垂直环流特征

南海夏季风爆发偏早年6月流场合成沿着广西中部（23.5°N）的经度-高度垂直剖面（图4a），印度到中国大陆地区（75°～115°E）上空大气基本为上升气流，上升气流到高空后转向西运动，在30°～50°E区域下沉，低层转为西风，形成西部环流闭合圈;在广西的东侧（120°E～120°W）为下沉气流，低层转为东风。图中阴影为垂直速度距平值，负值表示上升速度增强，广西所处的区域为105°～111°E，該区域垂直速度为负距平，上升气流偏强，并通过了0.1信度的显著性水平检验;120°～140°E区域高空垂直速度为正距平，下沉气流有明显的偏强，东部低空闭合环流圈显著增强，形成正反馈，广西上空对流旺盛，暴雨日数易偏多。

南海夏季风偏晚年存在中国大陆附近地区为上升气流、印度到西亚地区为下沉运动的闭合环流圈（图4b），80°～120°E区域大部分上空垂直速度距平值为正值，广西除了西北部上升气流增强以外、其余大部地区上升气流减弱，暴雨日数偏少。

3.4 热带季节内振荡活动特征

6月进入了夏季，热带对流系统开始活跃，从南海夏季风爆发偏早年6月MJO指数合成（图5a）来看，进入6月以后MJO对流活跃中心随着时间从印度洋向西太平洋移动，6月上旬MJO对流活跃中心主要位于印度洋到海洋性大陆西部、6月中旬和下旬MJO对流活跃中心位于海洋性大陆到西太平洋，可见6月印度洋到海洋性大陆区域大部对流旺盛，通过副热带高压西侧的西南季风输送到广西，导致广西暴雨日数偏多。南海夏季风爆发偏晚年6月MJO指数分布与偏早年相反，6月上旬和中旬MJO对流活跃中心主要位于东太平洋到西半球，6月上旬和中旬有明显的MJO正指数从印度洋向东扩展，6月大部时间印度洋到海洋性大陆西部MJO为对流抑制状态（图5b），不利于该区域对流发生，不稳定能量向广西输送偏少，这种形势不利于广西暴雨发生。

3.5 南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响机制

综合以上分析得到南海夏季风爆发对广西6月暴雨的影响机制（图6）。当南海夏季风爆发偏早（晚）时，通过波列传播影响中高纬度地区环流异常，使东亚大槽显著偏强（弱），导致经向环流增强（弱）;华南沿海及以东地区反气旋环流西侧的西南风显著偏强（弱），显著偏强（弱）的南北风在广西上空交汇;印度洋到海洋性大陆MJO处于对流增强（抑制）位相，对流带向广西输送偏强（弱）;广西上升气流显著偏强（弱），导致暴雨日数偏多（少）。

4 讨论和结论

利用1961—2020年广西78个气象观测站逐日降水资料、NCEP／NCAR再分析资料、NOAA OLR资料等，使用合成、EOF、相关等方法，分析了南海夏季风爆发与广西6月暴雨的联系，发现其存在着明显的反位相关系，即南海夏季风爆发时间偏早（晚），则暴雨日数偏多（少）。

分析了南海夏季风爆发偏早（晚）年份大气环流异常特征和热带季节内振荡的活动规律，揭示了南海夏季风爆发时间异常对广西6月暴雨的影响机制。6月暴雨日数与南海夏季风爆发时间还存在明显的年代际变化特征，尤其在1990年代南海夏季风爆发时间转为偏早期、同期广西6月暴雨进入了偏多期，这可能跟1990年代以来太平洋海温总体分布格局为类似拉妮娜状态的背景有关，1994年菲律宾附近海域海温突然增暖可能是南海夏季风爆发时间发生突变的原因（Xiang and Wang，2013）。

在全球气候变暖背景下极端降水事件频发，对防灾减灾工作具有更大的挑战，研究暴雨气候异常成因具有重要的意义。本文研究得到南海夏季风爆发早晚与广西6月暴雨有一定的对应关系，但有一些年份对应并不好，可能与其他环流系统影响有关系，这还有待做进一步的研究和完善。

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The impact of the onset of the South China Sea summer monsoon on rainstorm anomalies in June over Guangxi

QIN Weijian，CAI Yuexing，LUO Xiaoli

Guangxi Climate Center，Nanning 530022，China

Using composition，EOF，correlation and other methods on the daily precipitation data from Guangxi surface meteorological observation stations from 1961 to 2020 and NCEP／NCAR reanalysis data，the impact of the onset of the South China Sea summer monsoon on the heavy rainfall in Guangxi in June is studied，revealing the causes of the climate anomalies on the heavy rainfall days.The results show that the East Asian trough is significantly stronger when the onset of the South China Sea summer monsoon is earlier，and the meridional circulation in the middle and high latitudes is strengthened.Additionally，the southwesterly wind along the South China coast is significantly stronger，which is combined with the strong meridional winds in the middle and high latitudes.While the Madden-Julian oscillation （MJO） from the Indian Ocean to the oceanic continent is in the phase of convection enhancement，moving significantly eastward with the low-frequency convection belt being transported to Guangxi under the guidance of the southwest monsoon，the northerly wind，guided by the circulation，moves southward and the north-south wind converges over Guangxi.Also，it indicates that the updraft is significantly stronger over Guangxi，as indicated by the increased frequency of rainstorm days and，on the other hand，the relatively low number of rainstorm days.

South China Sea summer monsoon;Madden-Julian Oscillation;rainstorm;Guangxi

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20211115001

（責任编辑：袁东敏）