2022年广东开汛偏早成因浅析

董少柔，黄昱，董彦彤，万碧瑜

（1.广东省气候中心，广东广州 510640；2.广东省气象服务中心，广东广州 510640；3.广东海洋大学海洋与气象学院，广东湛江 524088）

广东地处热带及副热带季风气候区，年内降水充沛、旱涝多发，春季作为过渡季节，广东雨季开始的早晚往往对应汛期前期降水多寡［1］。业务上，广东开汛日期作为广东省进入前汛期的标志，而广东地区经济繁荣且人口密集，开汛对该地区农业生产、防洪防涝等各项气象服务决策及社会经济发展均具备重要意义，因此广东开汛日期的时段落区预测是气候预测中不可或缺的部分。前人的研究多聚焦于汛期降水的时空演变特征［1-4］或极端暴雨的变化规律［5-7］，也有相关研究探讨广东前汛期持续性降水［8-9］、暴雨频繁［10-11］或汛期雨量偏多偏少异常［12-13］的可能成因，但针对广东开汛早晚成因的分析则相对较少。2022年3月24日为广东开汛日，较历史同期（4月11日）偏早18 d，是1961年以来历史第8早。本研究对此展开个例研究，从先兆因子海表面温度异常及同期大气环流特点出发，通过广东开汛变化特征、大气环流配置特点及不同关键海域海表温度异常的空间分布型等，探讨2022年广东开汛偏早的可能原因，为短期气候预测在广东开汛预报层面提供先兆因子个例研讨。

1 资料和方法

本研究采用1961—2022年逐日广东地面86站气象观测降水资料（20：00资料，北京时，下同）、美国气象环境预报中心（NCEP）及美国国家大气研究中心（NCAR）精度为2.5°×2.5°位势高度场、风场的再分析资料［14］，哈德里中心1°×1°的全球海表面温度（HadISST）资料［15］。其中，广东省开汛日期的定义：3月1日起，若省内某监测站出现日降水量≥38.0 mm，则定义该日为此站开汛日期，该站即为开汛站；全省累计开汛站数达到省内监测站点的50%以上，且达到标准的当日及前1日（48 h内）全省共有10%以上站点的日降水量≥38 mm，则将该日定义为广东省开汛日期。气候态值定义为同一时期1991—2020年的30年平均值。

本研究采用的方法包括滑动平均、线性趋势估计、t检验、小波分析、合成分析、标准化、去趋势等常规统计方法。指数化的量纲一处理具体计算公式为

其中，Xi为原始序列；Xmin为原始序列最小值；Xmax为原始序列最大值。

2 开汛特征

2022年3月上中旬广东降水明显偏少，全省平均仅14.8 mm，较气候态（53.5 mm）偏少72%，而3月22日起则出现明显降水过程。由图1可知，3月22日广东累计开汛站数仅3个，次日累计开汛站数迅速增加为39个，24日达到52个，因此3月24日完全符合开汛日期标准。

图1 2022年3月1—24日广东全省平均雨量及累计开汛站数逐日序列

据统计，广东气候平均的开汛日期为4月11日，图2以4月11日为基准线展示1961年以来的开汛日期距平序列。由图2可以看出，近60年来广东开汛日期并未呈现显著的提前或延后趋势，从频数来看，开汛偏早的年数偏多，共计34年，而偏晚年数偏少，共计28年。同时，近30年广东开汛日期未出现明显的年代际波动特征，而20世纪90年代起2～3年的周期特征有所加强。图3更为直观地展现广东近60年开汛日期序列的周期特征，其中20世纪70年代出现显著的6～9年周期，尤其近10年2～4年的周期显著。

图2 1961—2022年广东全省开汛日期的距平序列（a）和小波分析（b）

图3 2022年3月1—31日沿120°E 500 hPa位势高度场（填色，等值线为588 dagpm特征线）（a）和850 hPa纬向风（填色，单位：m／s）及经向风（等值线，加粗为0 m／s线，虚线为负值）（b）

3 2022年广东开汛偏早成因

3.1 大气环流特点

2022年开汛为3月第5候，该时段内副高北抬至广东省沿海（图3a），西风及南风均显著加强（图3b）。

3月1日以来，广东省上空850 hPa纬向风以东风为主，而在3月16日附近开始转为西风。同时，3月广东省上空低层经向风以南风为主，间歇受北风影响，3月中旬后期起南风始终占据主导地位。3月24日即开汛日，广东省850 hPa经、纬向风均呈现强的正异常中心，且为3月以来首次经、纬向风正值中心重叠，对应开汛所在候副高边缘西南气流的显著增强，利于明显降水的发生。

3.2 海温特点

赤道中东太平洋的厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）信号是热带地区年际变化最重要的信号之一，与中国南方降水息息相关［16-17］。纪忠萍等［18］指出，前年秋季ENSO信号对广东开汛早晚无明显指示意义，伍红雨等［19］亦提出华南开汛与3—4月同期ENSO信号相关性不显著。考虑到ENSO信号峰值主要出现在秋季末期及冬季前期［20］，本研究选择ENSO峰值季即前年11月至次年1月分析海温外强迫因子对广东开汛的影响。

鉴于2022年广东开汛略偏早于开汛异常序列0.9倍标准差，图4以开汛日期0.9倍标准差为基准线，选取开汛偏早、偏晚各9年即3月25日前（1968、1975、1983、1987、2002、2009、2016、2019、2022年共计9年）、4月28日后（1962、1963、1971、1977、1991、2011、2015、2018、2021年共计9年）开汛的年份分别进行海温距平合成，以对比合成年和2022年海表面温度异常分布的异同。

图4 广东开汛异常偏早年（a）和异常偏晚年（b）前期11月至次年1月季度平均海表面温度异常合成分布（填色为通过95%显著性检验区域；等值线冷色表征负值区域，暖色反之），2021年11月—2022年1月海表面温度异常分布（等值线冷色表征负值区域，暖色反之）（c）

根据图4a和图4b，前期印度洋及海洋性大陆西部海域偏暖、赤道中东太平洋偏暖而西太暖池中部偏冷、黑潮区偏暖等分布特征利于广东开汛偏早，反之利于偏晚。2021年11月—2022年1月的海表面温度异常实况显示（图4c），印度洋及海洋性大陆西部海域及黑潮区海域均偏暖，完全符合开汛偏早年海温异常分布特点；而赤道中东太平洋则偏冷，且西太暖池中部偏暖，有别于开汛偏早年的分布特点。因此，2022年广东开汛偏早的海温外强迫影响因子中，ENSO信号并非主要影响因素；而印度洋、海洋性大陆及黑潮等关键区域海表面温度异常信号相对而言可能占据主导地位。

3.3 其他关键海区统计关系

根据图4a海表温度异常分布，本研究选取热带印度洋（20°S—20°N，40°E—110°E）区域平均的海表温度距平作为热带印度洋海盆一致模态指数（IOBW）、海洋性大陆海域西部（10°S—10°N，85°E—120°E）区域平均的海表温度距平定义西海洋性大陆指数（WMC）、黑潮（25°N—30°N，125°E—150°E）区域平均的海表温度距平定义黑潮区海温指数（KC）、马斯克林群岛海域（10°S—20°S，50°E—70°E）区域平均的海表温度距平定义马斯克林海温指数（MI）。图5展示了上述指数及广东开汛日期距平等序列的逐年分布情况，考虑不同物理量量级差异，对上述指数及开汛日期距平序列均做指数化的量纲一处理。

图5 1961—2022年广东开汛日期距平序列及前期ENSO峰值季的KC、IOBW（a）；IWMC、MI指数序列逐年分布（b）

根据图5所示，广东开汛距平序列未呈现显著上升趋势而3大关键海温区指数均呈明显上升趋势，尤其是20世纪90年代后，3大海区明显增暖加强。广东开汛序列与KC、IOBW、WMC及MI指数序列均呈负相关关系，相关系数分别为-0.17、-0.18、-0.20及-0.22（WMC、MI指数相关系数均通过90%显著水平）；去趋势后相关性有所削减，但WMC、MI的相关性依旧较KC、IOBW 更好。由此可见，全球变暖背景下，南印度洋MI指数及海洋性大陆海域西部WMC指数与广东开汛异常有更显著的负相关性，具备更好的先兆指示作用，即马斯克林群岛海域及海洋性大陆西海域偏暖利于广东开汛偏早。

4 结论

本研究根据对广东开汛日期多年变化特征、2022年开汛前后大气环流变化特点及关键海区的海温外强迫因子进行分析，得到以下结论：

1）近60年来广东开汛未呈现显著提早或拖后趋势且偏早年频次高于偏晚年，近10年广东开汛日期存在显著的2～4年周期。2022年广东开汛与低层西南风加强以及副高北抬等大气环流活动有关。

2）ENSO信号并非引起2022年广东开汛异常偏早的先兆因子，而印度洋、海洋性大陆西部及黑潮区等海域偏暖利于2022年广东开汛偏早，其中马斯克林群岛海域偏暖及海洋性大陆西海域偏暖可能是2022年广东开汛偏早的关键先兆因子。

实际上，2022年广东开汛异常偏早与3月下旬雨带南压及环流系统配置直接联系，本研究仅概要描述大气环流变化特点，并通过简单的合成及相关分析寻找前期显著海区特征并与2022年的实况进行比对，进而获得前期关键海区冷暖异常与广东开汛早晚的可能联系，而对于海表温度异常信号是如何作用于环流进而影响广东开汛偏早的机制则需进一步展开分析。和前人研究相比，本研究从统计关系上揭示了2022年广东开汛异常偏早的前期海表温度异常信号主要来自南印度洋及海洋性大陆，并进一步验证了ENSO信号对预测广东开汛早晚无明显指示意义。此外，本研究中合成分析提及前期11月至当年1月中国南海及周边海域海温明显偏低对应晚开汛的特点与伍红雨等［19］提到的同期3至4月该海域偏冷的结论一致，说明该关键海区海温对开汛的影响从冬季持续到次年春季。