西南雨季降水异常海气背景场特征

Characteristics of Sea-Air Background Field of Precipitation Anomalies in the Rainy Season in Southwest China

摘要: 为了研究中国西南雨季降水异常海气背景变化场特征，利用西南地区1960~2022年81站共63年的逐日气象观测降水量资料、同期英国哈德莱中心月平均海表温度(SST)资料(格点分辨率为1˚ × 1˚)、欧洲气象资料中心(ERA-interim)的月平均降水再分析资料(格点分辨率为0.25˚ × 0.25˚)、欧洲气象资料中心月平均位势高度(200 hPa，500 hPa，700 hPa及850 hPa)和风场等再分析资料(格点分辨率为2.5˚ × 2.5˚)。通过相关分析、合成分析等方法，对西南雨季降水异常海气背景变化场特征进行了研究分析，结果表明：1) 海温异常年份做西南地区雨季降水合成分析时，当前一年冬季和当年春季西太平洋暖池海域的海温异常偏高而东太平洋冷舌海温异常偏低，当年夏秋季和雨季同期北印度洋海域整体海温偏高时，西南雨季降水偏少，降水多在青藏高原，川南部分区域及贵州西南部发生；而当四季和同期海域海温异常偏低时，此时降水偏多，且多集中发生在云南大部、贵州和川东等区域。2) 降水异常年份做海温合成分析时，当西南雨季降水偏多时，四季和同期海域海温整体异常偏低；当西南雨季降水偏少时，夏秋季和同期北印度洋海温分布并不是全区一致型，而是呈正IOD位相分布形势。3) 大气环流异常形势表明：当四季和同期海域海温异常偏高时，高层南亚高压异常东移，中层西太平洋副热带高压进一步西伸，低层来自孟湾和南海–西太平洋的水汽输送减少，导致西南地区除川西地区外大部降水减少，而高原雨季降水增加；在海温异常偏低时，南亚高压和西太平洋副热带高压强度较弱，位置并没有明显的东移和西伸，低层水汽输送又进一步增加，除川西高原降水减少以外，西南地区大部雨季降水增加。

Abstract: In order to study the characteristics of the sea-air background variation field of precipitation anomalies in the rainy season in southwest China, the daily meteorological observation precipitation data of 81 stations in southwest China for a total of 63 years from 1960 to 2022, the monthly mean sea surface temperature (SST) data of the Hadley Center in the United Kingdom during the same period (grid resolution of 1˚ × 1˚), and the monthly mean precipitation reanalysis data of the European Meteorological Data Center (ERA-interim) (grid resolution of 0.25˚ × 0.25˚), European Meteorological Data Centre (ERA-interim) monthly mean geopotential altitude (200 hPa, 500 hPa, 700 hPa and 850 hPa) and wind field reanalysis data (grid resolution of 2.5˚ × 2.5˚). Correlation analysis and synthesis analysis were used to study and analyze the characteristics of the sea-air background variation field of precipitation anomalies in the rainy season in southwest China. The results show that: 1) When the SST anomaly year is used for the synthesis analysis of precipitation in southwest China, the SST in the warm pool of the western Pacific Ocean is abnormally high in the winter and spring of the current year, and the SST in the cold tongue of the eastern Pacific is abnormally low, and when the overall SST in the northern Indian Ocean is high in the summer and autumn of the year and the same period of the rainy season, the precipitation in the southwest rainy season is low, and the precipitation mostly occurs in the Qinghai-Tibet Plateau, some areas of southern Sichuan and southwest Guizhou. When the sea surface temperature is abnormally low in the four seasons and the same period, the precipitation is more at this time, and most of it occurs in most of Yunnan, Guizhou and eastern Sichuan. 2) When the SST synthesis analysis was performed in the precipitation anomaly years, when the precipitation in the southwest rainy season was too much, the overall sea surface temperature in the four seasons and the same period was abnormally low. When the precipitation in the southwest rainy season is low, the distribution of SST in the northern Indian Ocean in summer, autumn and the same period is not consistent across the whole region, but shows a positive IOD phase distribution pattern. 3) The anomalies of atmospheric circulation show that when the sea surface temperature is abnormally high in the four seasons and the same period, the upper South Asian high anomaly moves eastward, the middle western Pacific subtropical high extends further westward, and the low-level water vapor transport from the Ben Bay and the South China Sea-Western Pacific decreases, resulting in a decrease in precipitation in most parts of southwest China except for western Sichuan, and an increase in precipitation in the plateau during the rainy season. When the SST is abnormally low, the intensity of the South Asian high and the western Pacific subtropical high is weak, and the position does not move eastward or westward significantly, and the low-level water vapor transport further increases, except for the decrease of precipitation in the western Sichuan Plateau, the precipitation in most of the southwest region increases in the rainy season.

1. 引言

近年来，随着全球气候逐渐变暖，我国西南地区区域气候条件发生改变[1]，其降水总体略减少，而气温一致性变暖[2]。旱涝灾害发生频次多，例如：1998年的特大洪涝、2010年贵州和云南大旱、2013年西南地区特大暴雨、2020年南方洪涝等，对工农业生产、经济建设、自然生态环境以及人民群众的生命财产安全造成了严重危害。研究表明，海气相互作用是引起短期气候变化的重要因素之一[3]，海洋温度分布状况影响着大气环流，并对天气系统有着重要影响。因此，研究西南雨季降水异常海气背景场变化特征，揭示海温变化对于西南雨季降水的影响机制，对于制定应对气候变化的措施，提高区域气候变化预测的准确性以及保障该地区农业生产、水资源利用和生态环境保护等具有重要的现实意义。

迄今为止，不少国内外学者对此展开研究。比如在国外，Rasmusson等[4]、Larkin等[5]均指出与ENSO极端事件相关的热带太平洋海面温度异常在春末至南半球初夏季最大，研究表明，ENSO与热带和南大西洋海温变化相关的局地强迫或者与印度洋变化相关的远程强迫可以在南半球地区降水变化率中发挥根本作用[6]。而国内，李培荣[7]提出西南地区是否受西南季风控制是决定持续性异常降水发生的重要因素之一。章新平等[8]就降水来源而言，提出雨季降水的水汽主要来源于低纬度海洋，空气湿度较大。此外，西南地区持续性异常降水事件主要发生在夏季和秋季，特别是在4~10月份。吕纯月等[9]指出，热带西北太平洋异常热源对大气的强迫，使得该地区对流层低层(上层)形成异常辐合(辐散)，在西南地区和热带西北太平洋形成了斜向垂直环流，使西南地区受下沉气流控制，从而形成了利于降水显著偏少和干旱发生并维持的条件。黄天赐等[10]于2020提出当赤道东太平洋处于暖海温异常状态，同时热带印度洋表现为西正东负的偶极子型海温异常时，将分别引发西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋。这两种反气旋共同向西南地区东部输送水汽，导致该地区东部降水偏多。而在秋季的三个月份，西南地区西部的降水则受不同的环流形势影响。不仅如此，Yuan等人[11]研究得出，当北大西洋中高纬地区东北–西南走向的偶极子海温异常可激发向东南方向传播的Rossby波，在印度北部和青藏高原西部引起正压气旋性环流和上升运动异常，引起西南地区补偿性下沉运动，导致降水减少，引发秋季干旱。孙畅等[12]又提出，在冬季，西南地区青高降水主要与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关，热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化而高原西侧冬季水汽输送以及降水。Qian等[13]声称雨季四川盆地上空的大尺度环境的显著特点是在青高背风处对流层中低层辐合较弱，对流层北面有上层急流，其降水的分布和传播受到西南地区的地形和大尺度环流系统共同影响。陈子凡等[14]发现在整个1969年到2020年的时间段内，西南地区的降水频率和强度总体呈现增加趋势，极端降水事件也呈现增多的趋势，这种极端降水事件与强热带太平洋海温异常事件密切相关，当赤道中太平洋处于冷位相时，西南地区降水减少。此时，西南地区受到副热带反气旋和中纬度西太平洋地区气旋式环流异常的影响，东–东北风会影响西南地区的对流层低层东北侧。

通过深入了解西南雨季降水异常海气背景场变化特征，可以为西南雨季降水变化的预测和应对提供科学依据和参考。这种研究不仅有助于我们更好地理解气候系统中的相互作用[15]-[17]，还能为季节性降水预测提供重要线索，以便及时做出应对措施，也可以更好地评估气候变化对西南地区的影响，并为应对气候变化制定策略提供依据。

2. 资料和方法

2.1. 研究区概况

西南地区的地形多样，主要表现为西北高、东南低的倾斜地势。四川盆地地形由高海拔西部的山地，逐渐向低海拔东部的平原和丘陵过渡，平均海拔大致在500到1000米之间。云南东北部地区以高原和山地为主，海拔普遍在1500到3000米之间。贵州地区则以喀斯特地貌为主，海拔多在1000到2000米左右。总体而言，西南地区地形复杂多变，海拔从数百米到数千米不等，形成了丰富多样的地理景观。此外，西南地区处于东亚季风和印度季风的交汇区，其独特的地理位置决定了当地复杂的气候格局，呈现出明显的干湿分异特征。

2.2. 资料概况

一、中国气象局现有的1960至2022年共63年西南地区81个气象观测站点的逐日气象观测降水量资料。二、英国的Hadley气候预测和研究中心提供的1960年~2022年的月平均海表温度资料，格点分辨率为1˚ × 1˚。三、ECMWF (欧洲中期天气预报中心)提供的1960~2022年的月平均降水资料(格点分辨率为0.25˚ × 0.25˚)和200 hPa，500 hPa，700 hPa和850 hPa的月平均位势高度和风场资料，格点分辨率为2.5˚ × 2.5˚。

2.3. 研究方法

研究方法包含有：皮尔逊相关系数、合成分析(Composite analysis)。

2.3.1. 皮尔逊相关系数[18]

在统计学中，皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)，常用英文小写字母r代表，是一种常用的方法，用于衡量两个变量之间的线性相关程度。其计算基于变量X和Y的协方差和各自的标准差，其值范围通常在−1到1之间。当相关系数为1时，表示两个变量完全正相关；当相关系数为−1时，表示两个变量完全负相关；而相关系数为0则意味着两个变量之间没有线性相关性。通过皮尔逊相关系数的计算，可以帮助确定变量之间的关系强度，为进一步的数据分析和研究提供重要参考，其具体公式如下[18]：

$r=\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n\left(X_i-\overline{X}\right)\left(Y_i-\overline{Y}\right)}}{\sqrt{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{\left(X_i-\overline{X}\right)}^2}}\sqrt{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{\left(Y_i-\overline{Y}\right)}^2}}}$ (1)

至于相关系数是否具有统计意义，还需要进行显著性检验。

2.3.2. 合成分析[19]

目前，在气候诊断研究和短期气候预测中广泛使用统计方法，例如相关分析，我们根据相关系数的大小找出密切的相关区及相关变量作为预报因子。预报因子在相当大的程度上决定了预报工具的效果。在气候诊断分析和研究中也经常使用合成分析方法，这种方法是分析前期或同期不同的天气、气候状态(例如厄尔尼诺和拉尼娜、旱与涝、某区SST高与低等)条件下，后期或同期另一要素场或环流场有无明显差异，从而确定不同天气、气候或要素状态的影响程度[19]。

3. 关键区海温异常西南雨季降水合成分析

3.1. 关键区海温异常年份的选取

在前人的研究中，我们了解到，西南汛期降水和西南季风、副高的变化密切相关，而印度洋海温和西太平洋海温的热力状况在很大程度上影响着西南季风和西太副高的活动[20] [21]，因此，我们选取澳大利亚东北部西太平洋海域和北印度洋海域作为本文研究的关键区海域，主要讨论西南雨季降水和前一年冬季与当年春季的西太平洋海域海温、当年夏秋季和雨季同期的北印度洋海温之间的关系。首先做两处关键区海域的海温场四季和同期的经验正交函数分解，了解主要的时空模态，由于第一模态解释方差在总贡献率中均占比最大，所以我们主要分析EOF分解中的第1模态的时间序列，由时间序列中大于1.5倍标准差的为正异常值年、小于−1.5倍标准差的为负异常值年的标准，选出不同季节EOF分析中的第1模态的异常年份：如图1所示，春季第一模态下，正异常值年份有：2017、2021、2022，负异常值年份有：1965、1966、1992、1993；夏季第一模态下，正异常值年份有：1983、1998、2015、2019、2020，负异常值年份有：1964、1965、1968、1971、1978；秋季第一模态下，正异常值年份有：1987、2015、2019，负异常值年份有：1960、1964、1971、1974、1975；冬季第一模态下，正异常值年份有：1996、2009、2021、2022，负异常值年份有：1965、1966、1967。

(a) 春季；(b) 夏季；(c) 秋季；(d) 前冬季。

Figure 1. The year of positive and negative SST anomalies in key areas of the four seasons

图1. 四季关键区海温正负异常年份

同样地，在雨季同期第1模态下(图略)，正异常值年份有：2015、2019、2020，负异常值年份有：1964、1965、1968、1971、1978。并且我们由上文可以知道，在每个EOF分解中，由于第1模态的空间分布大部为正值，这表明第1模态的时间序列中对应的正异常值年也就是海温异常偏高的年份，负异常年为海温异常偏低的年份。

3.2. 四季关键区海温异常西南雨季降水合成分析

我们分别选出对应的年份，利用era5每月平均降水再分析资料进行合成分析，结果如下：如图2所

(a) 春季正异常年份，(b) 春季负异常年份，(c) 夏季正异常年份，(d) 夏季负异常年份。

Figure 2. Anomaly distribution of precipitation in the southwest rainy season in the years of positive and negative SST anomalies in the key areas of the four seasons

图2. 四季关键区海温正负异常年份合成的西南雨季降水距平分布

示，从图2(a)可以看出，当春季澳大利亚东北部的关键区海域的海温异常偏高时，整个西南地区的雨季降水距平除川西地区以外，均呈现出负值态势，即降水较多年平均值而言相对较少。尤其是云南省西南部以及四川偏东部雅安、峨眉等地存在有降水异常负高值中心，其降雨量最小；而当海温异常偏低时，除了四川东南以及云南南部蒙自、屏边为负值区外，大部为正值区，且在四川北部以及贵州惠水，云南六库、香格里拉等地附近有较大的高值中心，降水量较多年平均值而言偏多。从图2(c)可以看出，当夏季印度洋北部的关键区海域的海温异常偏高时，整个西南地区的雨季降水距平在川西区域基本为负值，而川东地区由北到南呈现出四周为正，中心区域为负的状态，贵州区域除开惠水以外大部为负，而云南区域基本为负，且负值大小由北向南逐渐增加，整体除四川东北部以外雨季降水较少；而当海温异常偏低时，除开青藏高原的少部分负值区外，大部为正值区，且正值大小依旧呈现出一个由北向南增加的态势，降水量偏多。而秋季又有略微改变(图略)，在秋季关键区海温异常偏高时，除开川西高原和贵州南部小部分区域的正值情况外，整体态势基本为负，且在川东北和云南西南处有大值中心，降水偏少；当关键区海温异常偏低时，除开青高，此时在云南西南处和四川东北处有较大的正值区域，雨季降水量在这两处区域最大。而在前冬季，在关键区海温异常偏高时，除开川西高原，整体地区都降水偏少，在云南瑞丽等地更加明显；当关键区海温异常偏低时，除开青高和贵州南部，其余区域雨量偏多(图略)。

3.3. 西南雨季同期关键区海温异常西南雨季降水合成分析

经过研究发现，无论海温异常偏高还是偏低，雨季同期降水分布与图2的降水距平分布情况基本一致(图略)，这说明，在海温异常偏高的年份中，西南雨季的雨量总体而言较少，降水多在青高，川南部分区域以及贵州西南部发生，川东北和云南地区的降水明显减少；而在海温异常偏低的年份中，西南雨季雨量较多，且降水多集中发生在云南大部、贵州和川东等区域，川西高原地区的降水较少。

4. 西南雨季降水异常海气背景场变化特征

4.1. 春季海温异常西南雨季降水合成分析

在图3中，澳大利亚东北部关键区海域正异常值年份(即海温高值年)，从图3(a)中可以看出，在200 hPa的层次上，整个东亚地区都处于正距平环流形势下，中国大部受到一个正距平气旋式的环流影响，南亚高压的位置较多年平均值而言有明显东扩，并且范围较大，曾刚等人[22]指出，赤道太平洋的海温异常可以通过影响热带西太平洋和亚洲南部的对流层温度来传递完成，也就是说春季关键区海温异常偏高时，可能会通过影响其上空的对流层温度导致南亚高压呈东伸态势。而在500 hPa的层次中，图3(c)显示出除了在高纬80˚N以上和贝加尔湖附近存在有较弱的负距平外，其余大部分仍是正距平，除东北地区外中国大部仍受到弱正距平的环流控制之下，依旧做异常反气旋式运动，而此时的副高比起多年平均值来说有明显的西伸，这个关系印证了早先陶诗言等人[23]所称的南亚高压和西太副高存在有“相向而行”“相背而去”的结论，并且在副高旁侧的异常西风气流向东流动时，受到青藏高原的影响，气流沿着高原下沉，呈辐散状态[24]。在700 hPa层次上，图3(e)形势较500 hPa层次并没有太大变化，西南地区仍然位于正异常反气旋式环流的控制之下，低纬度地区多存在异常东风距平。在850 hPa中，图3(g)反映出在西南地区偏西部存在有弱的气旋性环流，而在其更低纬度的地区存在一偏西风距平带，削弱了来自孟加拉湾的水汽输送，而在低纬度20˚E及其东部地区存在有一反气旋式环流，阻碍了来自西太平洋海域的水汽输送；可以说，在春季赤道西太平洋海温异常偏高的状态下，南亚高压异常东伸，副高位置却又偏西，高层气流多下沉，低层又受到异常距平风的影响阻碍了来自洋面的水汽输送，导致西南地区降水减少。而在澳大利亚东北部关键区海域负异常值年份(即海温低值年)中，图3(b)除了在巴尔喀什湖–贝加尔湖及其东部范围和30˚N，170˚E以东的海域附近存在有一弱正距平环流外，其余大部都是负距平环流状态，南亚高压较多年平均状态而言程度较弱；同样的图3(d)中，跟200 hPa的距平环流形势基本一致，此时副高移动程度并不明显，而图3(f) 700 hPa，在贝加尔湖及其东部区域出现了一正异常式反气旋环流，与其旁负距平异常环流风向叠加，加强了东北冷空气的南下，有利于与西南暖湿空气汇合；图3(h)中20˚N以南的孟湾范围内处于一异常反气旋环流的右侧，存在有偏北风，这有利于西南季风的水汽输送；此时高层存在异常气旋式环流，有利于低层空气上升，中层冷暖空气交汇且辅有丰沛的水汽条件，西南地区的雨季降水增加。

(a) 200 hPa正异常年；(b) 200 hPa负异常年；(c) 500 hPa正异常年；(d) 500 hPa负异常年；(e) 700 hPa正异常年；(f) 700 hPa负异常年；(g) 850 hPa正异常年；(h) 850 hPa负异常年。

Figure 3. Anomaly circulation at different levels in spring positive and negative anomaly years (The solid line represents the positive potential height anomaly, the dotted line represents the negative potential height anomaly, and the arrow indicates the wind distance)

图3. 春季正负异常年份不同层次上的距平环流形势(实线表示正位势高度距平，虚线表示负位势高度距平，箭头表示风距平)

4.2. 夏季海温异常西南雨季降水合成分析

在图4中，当印度洋海域海温偏高时，从图4(a)中可以看到，欧亚大陆上基本受到正距平异常环流影响，在200 hPa的层次上，整个东亚地区都处于正距平环流形势下，西南地区主要受纬向异常西风的控

(a) 200 hPa正异常年；(b) 200 hPa负异常年；(c) 500 hPa正异常年；(d) 500 hPa负异常年；(e) 700 hPa正异常年；(f) 700 hPa负异常年；(g) 850 hPa正异常年；(h) 850 hPa负异常年。

Figure 4. Anomaly circulation at different levels in summer positive and negative anomalous years (The solid line represents the positive potential height anomaly, the dotted line represents the negative potential height anomaly, and the arrow indicates the wind distance)

图4. 夏季正负异常年份不同层次上的距平环流形势(实线表示正位势高度距平，虚线表示负位势高度距平，箭头表示风距平)

制，热带印度洋上空对流层大气温度发生改变，进而导致南亚高压异常[22]；而在图4(c) 500 hPa的层次中，虽然仍是正距平环流为主，但处于中国大陆上空的两个正距平中心此时削减至只剩东部的一个，由于关键区海温的异常增高，导致其中低层大气环流异常，赤道地区水汽输送增多，副高偏强，异常西伸[25]，其程度较春季更甚；图4(e) 700 hPa环流形势较500 hPa而言变化不大，其都在我国中东部地区出现有南北上下两个正异常中心，西南地区主要受到异常西风的影响；在850 hPa中，图4(g)反映出30˚N以南的地区有一异常正距平环流中心，印度洋海域和西太平洋海域多受其南侧东风控制，不利于夏季风向西南地区的水汽输送。综上，与春季相同的是，其都是因为南亚高压东移且副高异常西伸，强度增大，低层缺少水汽输送所导致的西南雨季降水减少，但两个季节不同的关键区海域导致南亚高压和西太副高异常的原因却不尽相同。而在印度洋北部关键区海温低值年中，中高层200 hPa、500 hPa和700 hPa的形势较为类似，全区范围内都是受到负距平异常环流的影响，随着高度的降低，本身位于贝加尔湖上空的负异常环流中心位置有所南移，强度也有所降低，其西南中东部地区的异常风向随着高度增加发生逆转，南亚高压和副高强度较多年均值而言较弱，范围有明显西移和东退；而图4(h)中孟湾处存在异常西风距平，而南海处却又存在有东风距平，两者交汇向更高纬度进行水汽输送，此时西南地区降水增多。

4.3. 秋季海温异常西南雨季降水合成分析

在图5中，关键区海域海温偏高时，从图5(a)中可以看到，大陆地区除了在北纬30度到40度之间存在有两个负距平环流中心，其余基本受到正距平异常环流影响，而在500 hPa的层次上，整个亚欧地区都处于正距平环流形势下，西南地区的情况类似于夏季，依旧受纬向异常西风的控制，但此时西高位置并没有像夏季西伸的比较明显，这主要是因为印–南暖池区域的海温对副高的影响主要在前冬到当年夏季的原因[25]；但在图5(e) 700 hPa的形势上，本身位于西南地区的正异常环流裂变出了两处环流中心，两处叠加在西南中东部地区产生了较强的西南异常风；并且可以从图5(g)中看出，此时孟加拉湾上空存在有异常东风距平，太平洋海域存在异常西风距平，阻碍了西南地区的水汽输送，此时西南地区大部的降水都在减少；而与之不同的是，此时的正异常年份1985，2015和2019是被广泛认可的正IOD年份，此时850 hPa上热带印度洋的西暖冬冷，存在一个Gill响应[26]，热带印度洋附近的低层东风异常导致了印度次大陆和孟加拉湾上空的异常反气旋的生成，其北侧异常西风穿过青高南部形成一浅槽[27] [28]，槽前异常西南风将印度洋的暖湿水汽输送到川西高原，并且此时在热带东印度洋海域的冷海温异常激发出一个异常局地Hadley环流，使得在高原附近产生异常上升运动和苏门答腊岛周围产生下沉运动，导致和加强了川西高原的降水[29]，这样就形成了在川西高原降水偏多，而四川东部和其余绝大部分地区降水偏少的状态。

而与之对应的，在秋季关键区海域海温低值年(1960, 1964, 1971, 1974, 1975)中，又为反IOD年份，此时200 hPa和500 hPa上，除了在500 hPa 80˚N以北的区域存在有一弱正距平环流，全区范围内都是受到负距平异常的影响，并且结合700 hPa的环流形势可以看出，此时西南地区基本位于中国东部负异常环流中心的最外围，中层大气存在有偏东风距平，南亚高压和副高强度的状态与夏季同样关键区的负异常年份比较类似，而图5(h)中低纬度地区的太平洋地区和我国南海海域均存在有东风距平，西南地区水汽条件充沛，降水偏多。

4.4. 前冬季海温异常西南雨季降水合成分析

从图6中可以看出，在冬季关键区海温异常偏高的年份中，中国除东北地区外的大部在200 hPa和500 hPa的环流形势上都存在有一个正异常距平反气旋式环流，有利于高层空气的下沉，在700 hPa形势图上大部也仍处于正距平环流的控制下；且此时西南雨季的主要水汽供应区孟加拉湾处于一异常东风距平环流带下，这导致西南地区大部雨季降水减少。而在关键区海温异常偏低的年份中，200 hPa的环流形

(a) 200 hPa正异常年；(b) 200 hPa负异常年；(c) 500 hPa正异常年；(d) 500 hPa负异常年；(e) 700 hPa正异常年；(f) 700 hPa负异常年；(g) 850 hPa正异常年；(h) 850 hPa负异常年。

Figure 5. Anomaly circulation at different levels in autumn positive and negative anomalous years (The solid line represents the positive potential height anomaly, the dotted line represents the negative potential height anomaly, and the arrow indicates the wind distance)

图5. 秋季正负异常年份不同层次上的距平环流形势(实线表示正位势高度距平，虚线表示负位势高度距平，箭头表示风距平)

(a) 200 hPa正异常年；(b) 200 hPa负异常年；(c) 500 hPa正异常年；(d) 500 hPa负异常年；(e) 700 hPa正异常年；(f) 700 hPa负异常年；(g) 850 hPa正异常年；(h) 850 hPa负异常年。

Figure 6. Anomaly circulation at different levels in the positive and negative anomaly years of the previous winter (The solid line represents the positive potential height anomaly, the dotted line represents the negative potential height anomaly, and the arrow indicates the wind distance)

图6. 前冬季正负异常年份不同层次上的距平环流形势(实线表示正位势高度距平，虚线表示负位势高度距平，箭头表示风距平)

势除在巴尔喀什湖和贝加尔湖之间的区域存在有一弱的正异常距平反气旋式环流以外，其余地区均受负异常距平环流的影响，500 hPa和700 hPa的环流形势与之类似，西南地区大部都受到一气旋式负距平环流的影响，并且此时850 hPa孟湾的异常西南风距平有利于向西南地区的水汽输送，此时西南地区的雨季降水增多。

4.5. 西南雨季同期海温异常西南雨季降水合成分析

在图7中，当同期北印度洋关键区海域海温异常偏高时，图7(a)反映出，中国大陆除华南和东北外，基本上受到正距平异常环流影响，西南地区上空存在有异常纬向西风距平，与夏季情况相似，此时南亚高压异常东移；而在图7(c) 500 hPa的层次中，仍是正距平环流为主，不过强度有所衰减，由于关键区海温的异常偏高，副高强度增强并明显西伸；图7(e) 700 hPa的环流形势与500 hPa相似，在云南南部反气旋式正异常环流和中东部气旋式环流低值中心的配合下，西南地区存在异常西风距平；在850 hPa中，图7(g)反映出30˚N以南的地区孟加拉湾存在异常东风距平，而西太平洋海域由于一弱气旋式负距平环流的存在，导致环流南侧有异常西风距平，西南地区西南季风和东南季风较多年均值而言较弱，水汽输送较少；并且此时同期海温异常偏高的年份中，由于多数为正IOD位相年份，此时孟加拉湾处异常反气旋的生成导致北侧西风在青高处形成浅槽，川西高原的雨季降水反倒增加。而在同期关键区海温低值年中，中高层200 hPa和500 hPa、700 hPa的形势较为类似，中国全境均受到负距平异常环流的影响，以异常偏南风距平为主，南亚高压和副高强度较弱，没有明显的东移和西伸的趋势，对我国西南地区的雨季降水负面影响较小；而图7(h)中孟湾处存在异常西风距平，南海处却又存在有东风距平，两者交汇向高纬度进行水汽输送，此时西南地区大部降水增多；此外，由于低值年中除1978年外，印度洋都呈现出反IOD位相的状态，其与青高降水异常存在有一致的正相关关系，故川西青高地区的降水有所减少。

5. 西南雨季降水异常关键区海温合成分析

同样的，我们获取西南地区1960~2022每年雨季平均降水值序列，依然以序列中大于1倍标准差的为正异常值年(即降水多年)，小于−1倍标准差的为负异常值年的标准(即降水少年)，选出异常年份(图略)：正异常值年份有：1961、1964、1965、1966、1974、1990、1999、2001，负异常值年份有：1963、1972、1977、2009、2011、2022。进行合成分析，结果如下：

5.1. 西南雨季异常降水四季关键区海温合成分析

从图8中可以看出，图8(a)、图8(d)都显示在降水异常偏高的年份合成中，四季的关键区海域海温距平基本都为负值，即关键区海温偏低，呈现出负相关性，与上文研究一致。而在降水异常偏低的年份合成中：图8(b)春季关键区呈现出一横向“U”型海温距平正值区，将斐济群岛北部附近的小部分负值距平海域包含在内，与春季关键区海温EOF分析的第一模态的空间分布相似，为厄尔尼诺型海温分布，而根据前人的研究，可以发现厄尔尼诺暖事件发生的年份与本文降水异常年份基本吻合且超前一些，这也印证了在EI Nino事件发生时会对西南雨季降水产生消极影响并具有延迟性[30]。而图8(e)夏季关键区除了在孟加拉湾和马达加斯加岛东部小部分海域出现负距平以外，其余大部分区域都是正距平区，且在索马里、阿曼苏丹国附近有最大异常，基本呈现出印度洋偶极子正相位，该相位的出现与ENSO事件相互叠加,对我国西南雨季降水作用更加显著。秋季关键区海域除东部小部分海域以外基本呈正值距平，正IOD相位较夏季而言更明显，也说明在西南雨季降水异常偏少的年份中，北印度洋海温偶极子正位相事件的发生在秋季可以更加明显的看出(图略)。同样的，前一年冬季关键区海温距平在东西两侧呈现相反分布，东侧海温正距平呈西北–东南向分布，在西侧北部有一负距平中心，图上也表现出来西太平洋暖池和东

(a) 200 hPa正异常年；(b) 200 hPa负异常年；(c) 500 hPa正异常年；(d) 500 hPa负异常年；(e) 700 hPa正异常年；(f) 700 hPa负异常年；(g) 850 hPa正异常年；(h) 850 hPa负异常年。

Figure 7. The anomaly circulation situation at different levels in the positive and negative anomalous years of the same period in the southwest rainy season (The solid line represents the positive potential height anomaly, the dotted line represents the negative potential height anomaly, and the arrow indicates the wind distance)

图7. 西南雨季同期正负异常年份不同层次上的距平环流形势(实线表示正位势高度距平，虚线表示负位势高度距平，箭头表示风距平)

(a)~(c)春季，(d)~(f)夏季。

Figure 8. Positive and negative precipitation anomalies in annual mean SST anomalies in years

图8. 降水正负异常值年份年平均海温距平值

太平洋冷舌，也就是说前一年冬季至当年春季赤道太平洋西太平洋暖池海温的异常升高会导致当年西南地区的雨季降水会减少(图略)。而在降水多少年的海温距平差值的图8(c)、图8(f)中可以看出，四季海温关键区中，降水多年的海温明显低于降水少年，尤其是澳大利亚东部西太平洋海域和西印度洋阿拉伯海域，其海温的差异对南亚高压和西太副高两大环流系统的状态影响更大，进而导致西南雨季降水发生异常。

5.2. 西南雨季异常降水同期关键区海温合成分析

雨季同期合成的降水异常偏高和偏低年份对应的海温距平与图8(d)和图8(e)海温距平的分布情况大致相似(图略)：这表明，在西南雨季降水异常偏多的情况下，同期印度洋北部关键区域的海温具有偏低趋势；而在雨季降水异常偏少的情况下，北印度洋海域呈现正IOD位相，表明雨季降水和同期印度洋偶极子正相位可能存有负相关关系。相比起整体海域温度而言，西印度洋阿拉伯海域和东印度洋海域的海温差异对西南雨季降水的影响更加值得关注。

6. 结论

1) 海温异常年份西南地区雨季降水合成分析表明，当前一年冬季和当年春季西太平洋暖池海域的海温异常偏高而东太平洋冷舌海温异常偏低(即呈现出厄尔尼诺型海温分布)、当年夏秋季和雨季同期北印度洋海域整体海温偏高时，西南雨季降水偏少，降水多在青藏高原，川南部分区域及贵州西南部发生；而当四季和同期海域海温异常偏低时，此时降水偏多，且多集中发生在云南大部、贵州和川东等区域。

2) 降水异常年份做海温合成分析表明，当西南雨季降水偏多时，四季和同期海域海温整体异常偏低；当西南雨季降水偏少时，前冬季和当年春季澳大利亚东北部西太平洋海域海温分布形式为西高东低型，与上文海温异常年份中的海温分布类似，但有趣的是，此时夏秋季和同期北印度洋海温分布并不是海温异常年份中的全区一致型，而是呈现出正IOD位相分布形势。前人多做海温异常年份的合成，但就上文降水异常年份中的北印度洋海温分布情况而言，正IOD位相对于西南雨季的降水异常作用更值得关注。

3) 大气环流异常形势表明，四季和同期关键区在海温异常偏高的年份中，虽然引起环流系统异常的原因略有不同，但总体情况基本为：高层南亚高压异常东移，中层西太副高也进一步西伸，低层来自孟湾和南海–西太平洋的水汽输送减少，导致西南地区除川西地区外大部降水减少，而高原雨季降水增加；在海温异常偏低的年份中，情况与之相反，南亚高压和西太副高强度较弱，位置并没有明显的东移和西伸，低层水汽输送有进一步的增加，除川西高原降水减少以外，西南地区大部雨季降水增加。