董少柔，黃昱，董彥彤，萬碧瑜

（1.廣東省氣候中心，廣東廣州 510640；2.廣東省氣象服務(wù)中心，廣東廣州 510640；3.廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江 524088）

廣東地處熱帶及副熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年內(nèi)降水充沛、旱澇多發(fā)，春季作為過渡季節(jié)，廣東雨季開始的早晚往往對應(yīng)汛期前期降水多寡［1］。業(yè)務(wù)上，廣東開汛日期作為廣東省進(jìn)入前汛期的標(biāo)志，而廣東地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮且人口密集，開汛對該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防洪防澇等各項(xiàng)氣象服務(wù)決策及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展均具備重要意義，因此廣東開汛日期的時段落區(qū)預(yù)測是氣候預(yù)測中不可或缺的部分。前人的研究多聚焦于汛期降水的時空演變特征［1-4］或極端暴雨的變化規(guī)律［5-7］，也有相關(guān)研究探討廣東前汛期持續(xù)性降水［8-9］、暴雨頻繁［10-11］或汛期雨量偏多偏少異常［12-13］的可能成因，但針對廣東開汛早晚成因的分析則相對較少。2022年3月24日為廣東開汛日，較歷史同期（4月11日）偏早18 d，是1961年以來歷史第8早。本研究對此展開個例研究，從先兆因子海表面溫度異常及同期大氣環(huán)流特點(diǎn)出發(fā)，通過廣東開汛變化特征、大氣環(huán)流配置特點(diǎn)及不同關(guān)鍵海域海表溫度異常的空間分布型等，探討2022年廣東開汛偏早的可能原因，為短期氣候預(yù)測在廣東開汛預(yù)報(bào)層面提供先兆因子個例研討。

1 資料和方法

本研究采用1961—2022年逐日廣東地面86站氣象觀測降水資料（20：00資料，北京時，下同）、美國氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）及美國國家大氣研究中心（NCAR）精度為2.5°×2.5°位勢高度場、風(fēng)場的再分析資料［14］，哈德里中心1°×1°的全球海表面溫度（HadISST）資料［15］。其中，廣東省開汛日期的定義：3月1日起，若省內(nèi)某監(jiān)測站出現(xiàn)日降水量≥38.0 mm，則定義該日為此站開汛日期，該站即為開汛站；全省累計(jì)開汛站數(shù)達(dá)到省內(nèi)監(jiān)測站點(diǎn)的50%以上，且達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)日及前1日（48 h內(nèi)）全省共有10%以上站點(diǎn)的日降水量≥38 mm，則將該日定義為廣東省開汛日期。氣候態(tài)值定義為同一時期1991—2020年的30年平均值。

本研究采用的方法包括滑動平均、線性趨勢估計(jì)、t檢驗(yàn)、小波分析、合成分析、標(biāo)準(zhǔn)化、去趨勢等常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法。指數(shù)化的量綱一處理具體計(jì)算公式為

其中，Xi為原始序列；Xmin為原始序列最小值；Xmax為原始序列最大值。

2 開汛特征

2022年3月上中旬廣東降水明顯偏少，全省平均僅14.8 mm，較氣候態(tài)（53.5 mm）偏少72%，而3月22日起則出現(xiàn)明顯降水過程。由圖1可知，3月22日廣東累計(jì)開汛站數(shù)僅3個，次日累計(jì)開汛站數(shù)迅速增加為39個，24日達(dá)到52個，因此3月24日完全符合開汛日期標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 2022年3月1—24日廣東全省平均雨量及累計(jì)開汛站數(shù)逐日序列

據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣東氣候平均的開汛日期為4月11日，圖2以4月11日為基準(zhǔn)線展示1961年以來的開汛日期距平序列。由圖2可以看出，近60年來廣東開汛日期并未呈現(xiàn)顯著的提前或延后趨勢，從頻數(shù)來看，開汛偏早的年數(shù)偏多，共計(jì)34年，而偏晚年數(shù)偏少，共計(jì)28年。同時，近30年廣東開汛日期未出現(xiàn)明顯的年代際波動特征，而20世紀(jì)90年代起2～3年的周期特征有所加強(qiáng)。圖3更為直觀地展現(xiàn)廣東近60年開汛日期序列的周期特征，其中20世紀(jì)70年代出現(xiàn)顯著的6～9年周期，尤其近10年2～4年的周期顯著。

圖2 1961—2022年廣東全省開汛日期的距平序列（a）和小波分析（b）

圖3 2022年3月1—31日沿120°E 500 hPa位勢高度場（填色，等值線為588 dagpm特征線）（a）和850 hPa緯向風(fēng)（填色，單位：m／s）及經(jīng)向風(fēng)（等值線，加粗為0 m／s線，虛線為負(fù)值）（b）

3 2022年廣東開汛偏早成因

3.1 大氣環(huán)流特點(diǎn)

2022年開汛為3月第5候，該時段內(nèi)副高北抬至廣東省沿海（圖3a），西風(fēng)及南風(fēng)均顯著加強(qiáng)（圖3b）。

3月1日以來，廣東省上空850 hPa緯向風(fēng)以東風(fēng)為主，而在3月16日附近開始轉(zhuǎn)為西風(fēng)。同時，3月廣東省上空低層經(jīng)向風(fēng)以南風(fēng)為主，間歇受北風(fēng)影響，3月中旬后期起南風(fēng)始終占據(jù)主導(dǎo)地位。3月24日即開汛日，廣東省850 hPa經(jīng)、緯向風(fēng)均呈現(xiàn)強(qiáng)的正異常中心，且為3月以來首次經(jīng)、緯向風(fēng)正值中心重疊，對應(yīng)開汛所在候副高邊緣西南氣流的顯著增強(qiáng)，利于明顯降水的發(fā)生。

3.2 海溫特點(diǎn)

赤道中東太平洋的厄爾尼諾和南方濤動（ENSO）信號是熱帶地區(qū)年際變化最重要的信號之一，與中國南方降水息息相關(guān)［16-17］。紀(jì)忠萍等［18］指出，前年秋季ENSO信號對廣東開汛早晚無明顯指示意義，伍紅雨等［19］亦提出華南開汛與3—4月同期ENSO信號相關(guān)性不顯著?？紤]到ENSO信號峰值主要出現(xiàn)在秋季末期及冬季前期［20］，本研究選擇ENSO峰值季即前年11月至次年1月分析海溫外強(qiáng)迫因子對廣東開汛的影響。

鑒于2022年廣東開汛略偏早于開汛異常序列0.9倍標(biāo)準(zhǔn)差，圖4以開汛日期0.9倍標(biāo)準(zhǔn)差為基準(zhǔn)線，選取開汛偏早、偏晚各9年即3月25日前（1968、1975、1983、1987、2002、2009、2016、2019、2022年共計(jì)9年）、4月28日后（1962、1963、1971、1977、1991、2011、2015、2018、2021年共計(jì)9年）開汛的年份分別進(jìn)行海溫距平合成，以對比合成年和2022年海表面溫度異常分布的異同。

圖4 廣東開汛異常偏早年（a）和異常偏晚年（b）前期11月至次年1月季度平均海表面溫度異常合成分布（填色為通過95%顯著性檢驗(yàn)區(qū)域；等值線冷色表征負(fù)值區(qū)域，暖色反之），2021年11月—2022年1月海表面溫度異常分布（等值線冷色表征負(fù)值區(qū)域，暖色反之）（c）

根據(jù)圖4a和圖4b，前期印度洋及海洋性大陸西部海域偏暖、赤道中東太平洋偏暖而西太暖池中部偏冷、黑潮區(qū)偏暖等分布特征利于廣東開汛偏早，反之利于偏晚。2021年11月—2022年1月的海表面溫度異常實(shí)況顯示（圖4c），印度洋及海洋性大陸西部海域及黑潮區(qū)海域均偏暖，完全符合開汛偏早年海溫異常分布特點(diǎn)；而赤道中東太平洋則偏冷，且西太暖池中部偏暖，有別于開汛偏早年的分布特點(diǎn)。因此，2022年廣東開汛偏早的海溫外強(qiáng)迫影響因子中，ENSO信號并非主要影響因素；而印度洋、海洋性大陸及黑潮等關(guān)鍵區(qū)域海表面溫度異常信號相對而言可能占據(jù)主導(dǎo)地位。

3.3 其他關(guān)鍵海區(qū)統(tǒng)計(jì)關(guān)系

根據(jù)圖4a海表溫度異常分布，本研究選取熱帶印度洋（20°S—20°N，40°E—110°E）區(qū)域平均的海表溫度距平作為熱帶印度洋海盆一致模態(tài)指數(shù)（IOBW）、海洋性大陸海域西部（10°S—10°N，85°E—120°E）區(qū)域平均的海表溫度距平定義西海洋性大陸指數(shù)（WMC）、黑潮（25°N—30°N，125°E—150°E）區(qū)域平均的海表溫度距平定義黑潮區(qū)海溫指數(shù)（KC）、馬斯克林群島海域（10°S—20°S，50°E—70°E）區(qū)域平均的海表溫度距平定義馬斯克林海溫指數(shù)（MI）。圖5展示了上述指數(shù)及廣東開汛日期距平等序列的逐年分布情況，考慮不同物理量量級差異，對上述指數(shù)及開汛日期距平序列均做指數(shù)化的量綱一處理。

圖5 1961—2022年廣東開汛日期距平序列及前期ENSO峰值季的KC、IOBW（a）；IWMC、MI指數(shù)序列逐年分布（b）

根據(jù)圖5所示，廣東開汛距平序列未呈現(xiàn)顯著上升趨勢而3大關(guān)鍵海溫區(qū)指數(shù)均呈明顯上升趨勢，尤其是20世紀(jì)90年代后，3大海區(qū)明顯增暖加強(qiáng)。廣東開汛序列與KC、IOBW、WMC及MI指數(shù)序列均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.17、-0.18、-0.20及-0.22（WMC、MI指數(shù)相關(guān)系數(shù)均通過90%顯著水平）；去趨勢后相關(guān)性有所削減，但WMC、MI的相關(guān)性依舊較KC、IOBW 更好。由此可見，全球變暖背景下，南印度洋MI指數(shù)及海洋性大陸海域西部WMC指數(shù)與廣東開汛異常有更顯著的負(fù)相關(guān)性，具備更好的先兆指示作用，即馬斯克林群島海域及海洋性大陸西海域偏暖利于廣東開汛偏早。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)對廣東開汛日期多年變化特征、2022年開汛前后大氣環(huán)流變化特點(diǎn)及關(guān)鍵海區(qū)的海溫外強(qiáng)迫因子進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1）近60年來廣東開汛未呈現(xiàn)顯著提早或拖后趨勢且偏早年頻次高于偏晚年，近10年廣東開汛日期存在顯著的2～4年周期。2022年廣東開汛與低層西南風(fēng)加強(qiáng)以及副高北抬等大氣環(huán)流活動有關(guān)。

2）ENSO信號并非引起2022年廣東開汛異常偏早的先兆因子，而印度洋、海洋性大陸西部及黑潮區(qū)等海域偏暖利于2022年廣東開汛偏早，其中馬斯克林群島海域偏暖及海洋性大陸西海域偏暖可能是2022年廣東開汛偏早的關(guān)鍵先兆因子。

實(shí)際上，2022年廣東開汛異常偏早與3月下旬雨帶南壓及環(huán)流系統(tǒng)配置直接聯(lián)系，本研究僅概要描述大氣環(huán)流變化特點(diǎn)，并通過簡單的合成及相關(guān)分析尋找前期顯著海區(qū)特征并與2022年的實(shí)況進(jìn)行比對，進(jìn)而獲得前期關(guān)鍵海區(qū)冷暖異常與廣東開汛早晚的可能聯(lián)系，而對于海表溫度異常信號是如何作用于環(huán)流進(jìn)而影響廣東開汛偏早的機(jī)制則需進(jìn)一步展開分析。和前人研究相比，本研究從統(tǒng)計(jì)關(guān)系上揭示了2022年廣東開汛異常偏早的前期海表溫度異常信號主要來自南印度洋及海洋性大陸，并進(jìn)一步驗(yàn)證了ENSO信號對預(yù)測廣東開汛早晚無明顯指示意義。此外，本研究中合成分析提及前期11月至當(dāng)年1月中國南海及周邊海域海溫明顯偏低對應(yīng)晚開汛的特點(diǎn)與伍紅雨等［19］提到的同期3至4月該海域偏冷的結(jié)論一致，說明該關(guān)鍵海區(qū)海溫對開汛的影響從冬季持續(xù)到次年春季。