2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游高溫異常的影響

摘要 利用NCEP／NCAR再分析資料、ERSST v5海表溫度資料和大氣環流模式，分析了2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游地區高溫事件的影響機理及相對貢獻。研究表明，此次高溫異常事件受La Nia事件和負位相IOD事件的共同影響，長江中下游地區的溫度異常為1.52 ℃、為近40年來最高，溫度正異常的極大值位于河南和湖北兩省交界處的西側。熱帶印度洋和太平洋海溫異常引起了長江中下游約0.39 ℃的增溫，對長江中下游地區此次高溫異常的貢獻為25.66％。La Nia事件和負位相IOD事件可通過增強西太平洋副熱帶高壓，進而有利于維持長江中下游地區的異常下沉運動，為高溫事件的發生提供了有利條件。

關鍵詞2022年夏季;長江中下游地區;高溫異常;熱帶印度洋-太平洋;海溫異常

2023-04-27收稿，2023-07-06接受

國家重點研發計劃重點專項（2019YFC1510201）;國家自然科學基金項目（42088101）

引用格式：金大超，管兆勇，王子佳，等，2024.2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游高溫異常的影響［J］.大氣科學學報，47（5）：713-720.

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2022年中國平均溫度除冬季外，春季、夏季和秋季溫度均為有觀測記錄以來的最高值。2022年夏季，除東北部分地區外，中國大部分地區高溫異常且降水異常偏少，其中高溫異常的大值區位于長江中下游地區（程浩秋等，2023;李瑩等，2023;尹澤疆等，2023）。長江中下游地區此次高溫異常事件不僅綜合強度偏強，且持續時間長，給當地人民的生活和身體健康、社會經濟發展、能源需要和生態環境等均造成了嚴重的影響（孫博等，2023）。

長江中下游地區夏季溫度異常和ENSO存在密切聯系。ENSO是熱帶太平洋重要的海氣耦合現象。ENSO在冬季達到盛期，主要表現為赤道中東太平洋暖海溫異常、西太平洋冷海溫異常，對西太平洋海溫異常的Rossby波響應使得西北太平洋地區反氣旋環流異常，該反氣旋環流異常可持續至初夏，增強了西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）（Wang et al.，2000）;同時，該反氣旋環流異常東側的東北風異常增強了該地區的東北信風，蒸發增強，維持了西北太平洋地區的海溫負異常（Xie and Philander，1994）和反氣旋環流異常（Wang et al.，2013;Hsu et al.，2014），使得副高在盛夏得以維持。副高是長江中下游地區夏季溫度異常的重要影響因子（張尚印等，2005;Tang et al.，2021）。

長江中下游夏季高溫異常還受到印度洋海溫異常的影響。El Nio事件可引起印度洋海盆尺度增暖（Alexander et al.，2002;Xie et al.，2009），這種增暖在春季達到極值，并能通過海氣相互作用一直維持到夏季（Du et al.，2009），對夏季副高具有顯著影響（Yang et al.，2010）。印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）是印度洋重要的海氣耦合現象（Saji et al.，1999;Webster et al.，1999）。IOD可通過影響東亞大氣環流異常調節東亞地區氣候異常（Guan and Yamagata，2003;Weng et al.，2011;Qiu et al.，2014;Zhang et al.，2022；陳業雁等，2024）。

2022年熱帶太平洋海溫異常表現出La Nia事件的空間分布型（孫博等，2023;Zheng et al.，2023），熱帶印度洋海溫異常則表現出負位相的IOD事件空間分布型（https：／／www.weatherzone.com.au／news／the-2022-negative-iod-is-over／968128）。盡管孫博等（2023）研究認為2022年夏季La Nia事件通過影響東亞-太平洋型遙相關（East Asian-Pacific teleconnection，EAP;Huang and Li，1987;Nitta，1987）來影響長江中下游地區高溫異常，但是2022年La Nia事件和負位相IOD事件對此次高溫異常的協同影響機制是什么尚不清楚。熱帶印度洋-太平洋海溫異常在此次高溫事件中的貢獻如何亦不明確。本文將圍繞上述問題展開，試圖揭示相關物理機制并定量揭示出熱帶印度洋-太平洋海溫異常在此次事件中的貢獻，從而為深刻理解、監測和預測長江中下游地區的高溫異常事件提供科學依據和線索。

1 資料和方法

本文采用NCEP／NCAR的2 m氣溫、位勢高度場和風場資料，水平分辨率為2.5°×2.5°（Kalnay et al.，1996）;還選用了ERSST v5的海表溫度資料，水平分辨率為2°×2°（Huang et al.，2017）。因為長江中下游溫度、熱帶太平洋海表溫度和熱帶印度洋海表溫度均存在長期的變化趨勢（林昕和管兆勇，2008;Xu et al.，2021;孫博等，2023;Zhang et al.，2023），所以除了分析中國東部夏季平均溫度的氣候平均及標準差（圖1a）外，其余分析均利用一元線性回歸方法濾除了長期變化趨勢、IOD和ENSO信號。本文將原始場減去扣除了IOD和ENSO信號后的變量場記為IOD和ENSO事件對變量的影響。

為了驗證2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游地區高溫異常協同影響的物理機制及貢獻，本文利用大氣環流模式CAM6（Community Atmosphere Model version 6;Bogenschutz et al.，2018），設計了控制試驗以及與熱帶太平洋-印度洋海溫異常相聯系的敏感性試驗。CAM6是NCAR CESM（Community Earth System Model）2.1.3的大氣分量，選用的水平分辨率為1.9°×2.5°（f19_g16），垂直方向為32層垂直分層，選用的compset為F2000climo。第3節詳細介紹了模式設計方案。

2 2022年夏季長江中下游地區高溫異常特征

中國東部氣候平均的溫度（圖1a）顯示，中國東部夏季平均溫度空間分布很不均勻，中國東部的中東部地區溫度高于西部地區，平均溫度的大值區位于兩廣地區的南部和115°E附近，極大值（超過27 ℃）位于湖北南部、湖南東部、江西和兩廣大部分地區。中國東部夏季溫度標準差的空間分布亦很不均勻，呈南低北高、由南向北增大的空間分布特征，長江中下游地區的溫度年際變率大于0.8 ℃。

中國東部夏季2022年濾除趨勢后的溫度異?？臻g分布（圖1b）顯示，除中國東部地區的南部、西北部和東北部部分地區為溫度負異常外，其余大部分地區為溫度異常偏暖。長江中下游地區（圖1b中矩形框區域）為溫度正異常的大值區，大部分地區溫度距平超過1.4 ℃，極大值超過1.8 ℃（位于河南和湖北兩省交界處的西側）?？傮w來說，中國東部地區2022年夏季溫度異常空間分布不均勻，呈南北低、中間高、由南北兩側向中間遞增的空間分布特征。由長江中下游地區去除趨勢的區域平均溫度異常時間序列（圖1c）可知，長江中下游地區的溫度異常存在顯著的年際變化，2022年夏季長江中下游地區溫度異常為1.52 ℃，為近40年來溫度最高的年份。

3 熱帶印度洋-太平洋海溫異常的貢獻

2022年夏季熱帶中東太平洋海溫負異常、西太平洋海溫正異常（圖2a），表現出La Nia事件的空間分布型（孫博等，2023;Zheng et al.，2023）；熱帶西印度洋海溫負異常、熱帶東南印度洋海溫正異常，為負位相的IOD事件（Saji et al.，1999）。ENSO和IOD事件均可通過獨立或協同作用影響東亞地區大氣環流異常，進而調節東亞地區的氣候異常（江麗俐等，2009;Xu et al.，2016）。因此下面將分析分別濾除IOD、ENSO信號及同時濾除IOD和ENSO信號的中國東部地區溫度異常的空間分布，并揭示熱帶太平洋-印度洋海溫異常對2022年夏季長江中下游地區高溫異常起的貢獻。

分別濾除IOD、ENSO信號及同時濾除IOD和ENSO信號后，中國東部溫度異常亦呈現南北低、中間高的空間分布特征，且溫度正異常大值區仍位于長江中下游地區，溫度異常的大值區并未發生顯著變化，只是強度有所減弱（圖2b—d）。濾除IOD信號后，2022年夏季長江中下游地區大部分地區溫度異常超過1.2 ℃（圖2b），區域平均的長江中下游溫度距平濾除IOD信號后為1.23 ℃（圖1c），較未濾除IOD信號的溫度異常低0.29 ℃。濾除ENSO信號后，長江中下游區域平均溫度距平為1.37 ℃（圖1c），較未濾除ENSO信號的溫度異常低0.15 ℃。同時濾除IOD和ENSO信號后，長江中下游地區大部分地區溫度異常超過1 ℃（圖2d），長江中下游區域平均溫度距平為1.13 ℃（圖1c），較未濾除IOD和ENSO信號的溫度低0.39 ℃，即2022年的IOD和ENSO事件對長江中下游夏季高溫異常所作貢獻為25.66％。進一步分析發現，若僅考慮IOD和ENSO的影響，長江中下游大部分地區溫度異常偏高0.4～0.6 ℃（圖2e）。

為了驗證2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常在長江中下游高溫異常中的作用，使用大氣環流模式CAM6設計了一組控制試驗，利用6—8月氣候平均的海溫場強迫模式從6月開始積分3 mon;另一組為敏感性試驗，將2022年6—8月平均的熱帶印度洋-太平洋［40°E～90°W，25°S～25°N］（圖2a中洋紅色矩形框區域）海溫異常疊加在氣候平均6—8月逐月的海溫場上強迫模式從6月開始積分3 mon?？刂圃囼灪兔舾行栽囼灨饔?5個成員，每個成員的初始條件略微存在差異，將敏感性試驗和控制試驗6—8月夏季平均的集合平均結果進行差值合成分析，以驗證通過觀測資料所得結論。圖2f為敏感性試驗和控制試驗的差值合成結果，可以發現模擬的2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游地區高溫異常的影響與觀測結果（圖2e）較為接近，長江中下游大部分地區溫度異常超過0.2 ℃。

4 物理機制

2022年夏季熱帶中東太平洋冷海溫異常（圖2a），大氣的Rossby波響應在西太平洋對流層低層沿赤道存在一對反氣旋環流異常（Mastuno，1966;Gill，1980），并增強了副高（Wang et al.，2000）。而熱帶東南印度洋的暖海溫異常（圖2a），則通過Mastuno-Gill響應在對流層低層孟加拉灣和南印度洋產生一對氣旋式環流異常，并通過Kelvin波響應在熱帶西太平洋產生東風異常，這樣的東風異常亦有利于增強副高（圖3a）。對流層高層熱帶太平洋西風異常（圖3b）是高層大氣對熱帶中東太平洋冷海溫異常的響應（Gill，1980）。熱帶中東印度洋低層西風異常（圖3a）、高層東風異常（圖3b）是大氣對負位相IOD事件的響應（Saji et al.，1999）。

僅考慮IOD和ENSO的影響可以發現，對流層低層熱帶太平洋為東風異常，熱帶中東印度洋為西風異常，西北太平洋為反氣旋環流異常，且沿赤道中東印度洋在孟加拉灣和南印度洋處存在一對氣旋式環流異常（圖3c）。對流層高層，熱帶太平洋為西風異常，熱帶印度洋為東風異常（圖3d）。比較2022年去趨勢的環流異常和僅考慮IOD和ENSO影響的環流異常，可以發現IOD和ENSO的協同影響對大氣環流異常的影響在型態上與異常場相似，只是在強度上偏弱。上述分析表明，熱帶印度洋-太平洋海溫異?？梢酝ㄟ^影響副高從而有利于長江中下游地區高溫異常事件的發生。

2022年夏季La Nia事件引起赤道中太平洋低層異常輻散（圖4a）、高層異常輻合（圖4b），海洋性大陸區域低層輻合（圖4a）、高層輻散（圖4b）。我們注意到，長江中下游地區至西北太平洋地區為低層輻散、高層輻合（圖4a、b）。這樣的環流異常有利于長江中下游地區受異常下沉氣流控制，對流活動受到抑制，接收的太陽輻射偏多，亦有利于長江中下游地區高溫異常事件的發生。另一方面，IOD負位相事件亦可引起熱帶西印度洋低層輻散、高層輻合，并有利于海洋性大陸區域的低層輻合、高層輻散（圖4a、b），這也有利于長江中下游地區至西北太平洋的異常下沉運動，并維持副高的異常偏強。而IOD和ENSO對速度勢和輻散風的協同影響（圖4c、d）與2022年夏季異常場相似。

5 結論和討論

利用NCEP／NCAR再分析資料、ERSST v5海表溫度資料和大氣環流模式，分析了2022年夏季熱帶印度洋-太平洋海溫異常對長江中下游地區高溫事件的影響機理及相對貢獻，得到以下結論：

1）2022年夏季，長江中下游地區溫度為近40年來最高，區域平均溫度異常為1.52 ℃。在此次高溫事件中，長江中下游地區高溫異常的空間分布很不均勻，溫度正異常的極大值位于河南和湖北兩省交界處的西側。

2）此次高溫異常事件受La Nia和負位相IOD事件的共同影響，分別扣除ENSO信號和IOD信號后，長江中下游地區的溫度異常分別為1.23和1.37 ℃。而同時扣除ENSO和IOD信號后，長江中下游地區的溫度異常為1.13 ℃，即熱帶印度洋和太平洋海溫異常對長江中下游夏季高溫異常的貢獻為25.66％。

3）大氣對La Nia事件的Mastuno-Gill響應引起長江中下游地區至西北太平洋地區反氣旋環流異常，而負位相的IOD事件亦可通過增強海洋性大陸區域的東風異常增強副高。而副高的增強則維持了長江中下游地區的異常下沉運動，有利于高溫事件的發生。

中國東部地區的夏季溫度異常具有很強的局地性（林昕和管兆勇，2008），2022年夏季長江中下游地區的高溫異常是否各個地區的影響因子的貢獻各不相同？IOD可通過“三邊型”機制影響中國東部氣候異常（Guan and Yamagata，2003），那么2022年夏季IOD事件是否亦可通過此機制影響長江中下游地區的高溫事件？上述問題均值得未來進行深入研究。

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·ARTICLE·

The impact of tropical Indo-Pacific ocean sea surface temperature anomalies on high temperature anomalies in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin in the summer of 2022

JIN Dachao1，GUAN Zhaoyong1，WANG Zijia2，YAN Zun1

1Key Laboratory of Meteorological Disasters of Ministry of Education（KLME）/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters（CIC-FEMD），Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China;

2 College of Hydrology and Water Resources，Hohai University，Nanjing 210098，China

Abstract Using NCEP／NCAR reanalysis data，ERSST v5 sea surface temperature data，and an atmospheric circulation model，we analyzed the mechanisms and relative contributions of tropical Indo-Pacific ocean SST anomalies to the high-temperature event in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin during the summer of 2022.The study shows that the summer of 2022 recorded the highest temperatures in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin in the past 40 years，with an area mean anomalous temperature of 1.52 ℃.The spatial distribution of positive temperature anomalies in this region was highly uneven，with the maximum anomalies located to the west of the Henan-Hubei border.This positive temperature anomaly event was influenced by both La Nia and the negative phase of the IOD.After removing the ENSO and IOD signals，the anomalous temperatures in the middle and lower reaches of the Yangtze River were 1.23 and 1.37 ℃，respectively.When both ENSO and IOD signals were removed，the temperature anomaly was 1.13 ℃，indicating that tropical Indian Ocean and Pacific SST anomalies contributed 25.66％ to the summer high-temperature anomalies in this region.The atmospheric Matsuno-Gill response to the La Nia event caused an anticyclonic circulation anomaly from the middle and lower reaches of the Yangtze River to the Northwest Pacific region.The negative phase IOD event enhanced the subtropical high in the western Pacific by strengthening the easterly anomalies over the Maritime Continent.The strengthened western Pacific subtropical high favored maintaining anomalous subsidence motion in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin，facilitating the occurrence of the high-temperature event.These results provide a scientific basis for understanding the extreme high-temperature events in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin during summer.

Keywords the summer of 2022;middle and lower reaches of theYangtze River basin;anomalous high temperature;tropical Indo-Pacific ocean;SST anomaly

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230427001

（責任編輯：張福穎）