2020年长江中下游破纪录梅雨的7–14天振荡：特征及其与北美东海岸环流异常的遥相关关系

《Atmospheric Research》：The 7–14-Day Oscillation of the 2020 record-breaking Meiyu over the Middle and lower reaches of the Yangtze River: Characteristics and its remote relation to circulation anomalies over the East Coast of North America

　　

- 7–14天振荡主导了2020年MLYR地区的极端梅雨降水，其方差贡献占总方差的41.2%，谱峰出现在约12天处。
- 这一季节内变率与源自北美东海岸的东传罗斯贝波动列（RWT）相关，该波动列在动力学上与天气尺度瞬变涡旋相联系，并受到斜压能量转化的支持。
- 东传的罗斯贝波动列调制了东亚中高对流层的大气环流异常，对MLYR地区7–14天降水异常的振荡做出了贡献。

## 引言

梅雨是东亚夏季风区独特的雨季，其特征为呈东西走向的雨带横跨长江中下游地区（MLYR）、朝鲜半岛南部和日本南部（Tao and Chen, 1987; Ding et al., 2020; Ding et al., 2020; Sun et al., 2023; Yuan et al., 2026）。梅雨期间，MLYR地区频繁发生强降雨事件，可能导致严重的洪涝灾害，对区域社会经济发展和人民生命财产安全构成巨大威胁（Ye and Huang, 1992; Li and Mao, 2018; Liu et al., 2023）。2020年6月至7月发生的异常强烈的梅雨事件打破了历史纪录（自1961年以来）（Chen et al., 2020; Zhao et al., 2021; Ding et al., 2020; Chen et al., 2024; Yang et al., 2025），在江淮流域造成了灾难性的暴雨和洪涝。该破纪录的梅雨事件影响了3417.3万人，造成的直接经济损失高达约193.5亿美元（据中华人民共和国应急管理部报告）。因此，全面理解该极端梅雨事件的变率及其内在机制，对于提高预报和预测精度以及支持国家防灾减灾策略而言，均是一项科学必需要务。

梅雨在不同时间尺度上均表现出变率，包括天气尺度、季节内、年际、年代际及更长尺度（Wei and Xie, 2005; Liang and Ding, 2012; Ding et al., 2020; Guo et al., 2021; Zhao et al., 2021; Sun et al., 2023; Chen et al., 2024）。近期研究表明，梅雨的季内变率（包括10–20天和30–60天周期）更为显著和复杂，其特征为间歇性和持续性降水事件，并受到中纬度大气季内振荡（ISO）的显著调制（Yu and Liu, 2020; Li et al., 2021; Chen et al., 2022）。

早在20世纪70年代，Krishnamurti and Bhalme（1976）就发现印度季风系统表现出准半月（即10–20天）振荡，表现为季风活跃期与季风中断期的交替出现。Luo and Li（1984）的观测研究进一步发现，在相近时间尺度上的振荡也出现在中国西南地区和MLYR的夏季降水中，并揭示了梅雨期间MLYR地区深对流系统的准半月振荡（QBWO）。Liang and Ding（2012）利用更长时间序列和更高分辨率的再分析资料发现，东亚梅雨降水（包括MLYR、朝鲜半岛和日本）呈现出三峰分布特征（分别出现在第27、36和47个五天气段）。东亚梅雨降水的30–60天振荡模态与这些降雨峰值的出现时间吻合良好，而QBWO模态也对这一三峰降水特征的形成做出了重要贡献。近期对过去40年梅雨事件的系统分析发现，MLYR地区的梅雨降水存在统计上显著的25–60天振荡周期，而QBWO周期在统计上也具有显著性，在某些年份甚至占主导地位（Li et al., 2021）。此外，Li et al.（2021）分析了2020年梅雨事件的主导振荡周期，发现存在统计上显著的25–60天振荡周期，QBWO虽然也具有重要作用，但尚未得到充分研究。Chen et al.（2022）的后续研究表明，2020年江淮流域梅雨降水的次季节变率以显著的8–16天振荡为特征，该振荡与东亚地区的环流异常以及一条从西伯利亚西部延伸至东亚的波列有关。Huang et al.（2023）聚焦于2020年梅雨的10–20天振荡，揭示欧亚大陆和北太平洋上热带与中纬度环流异常的协同效应是破纪录降水的关健驱动因素。这些研究推进了我们对2020年梅雨事件季内变率的理解，尤其是欧亚/西伯利亚波列以及热带-中纬度相互作用所扮演的角色。然而，以往研究主要强调了这些波列在欧亚-东亚特区下游的演变和区域影响。波活动可能的上游源地，以及与之相关的波列形成、发展和维持的动力过程，仍不够明确。特别是，尚不清楚欧亚区以外的上游信号——例如北美-北大西洋区域的信号——是否对后续波列的发展有所贡献，以及这些信号能否为2020年梅雨降水的季内演变提供有意义的前兆信息。尽管热带低频变率（如MJO、BSISO以及南海区域对流异常等）也可能影响梅雨降水变率，但对于2020年梅雨季内变率而言，波列的中纬度上游途径及其相关动力过程尚未得到系统考察。

以往研究指出，中纬度大气ISO是梅雨季节MLYR降水异常的重要成因之一（Yang et al., 2010; Chen and Wei, 2012; Liang and Ding, 2012; Zhu et al., 2017; Li et al., 2021）。在准半月时间尺度上，梅雨季节MLYR的降水异常与西北太平洋副热带高压（NWPSH）的东西向QBWO密切相关（Chen and Wei, 2012）。NWPSH的QBWO起源于局地海气相互作用（Chen and Sui, 2010），但也受到南亚高压（SAH）东缘东西向QBWO的强烈影响（Ren et al., 2015）。SAH中心位置的QBWO也与MLYR梅雨季节降水密切相关。当SAH中心移至青藏高原（TP）上空时，MLYR地区没有明显的降水异常；然而，随后降水逐渐增加，在约三天后达到峰值（Wei et al., 2019）。在30–60天时间尺度上，MLYR梅雨季节降水异常不仅受东亚中纬度ISO信号向南传播的影响（Yang and Li, 2016），还强烈受到东亚上游区域中纬度ISO信号东传的调控（Li and Mao, 2018; Zhu and Yang, 2021）。因此，在MLYR梅雨降水异常时期，中纬度ISO信号的演变特征、影响过程和机制在不同季内时间尺度上存在根本差异。此外，不同梅雨事件之间的影响过程和机制也可能有所不同。

2020年极端梅雨事件因其强度之大而引起了气象学家的广泛关注，推动了大量关于其异常特征和形成机制的研究（Chen et al., 2020; Guo et al., 2021; Li et al., 2020; Liu et al., 2023; Takaya et al., 2020; Zhao et al., 2021; Ding et al., 2020; Pan et al., 2021; Chen et al., 2022; Li et al., 2022; Sun et al., 2023; Chen et al., 2024）。然而，此类研究主要集中在天气尺度、年际和年代际时间尺度上，主要从东亚夏季风子系统的天气尺度变化、北大西洋振荡调制、热带海表温度异常、北极海冰损失以及全球变暖影响等角度分析其形成机制。梅雨季内变率显著而复杂，但对于2020年破纪录事件而言，相关研究关注较少，其内在机制也仍未得到充分阐明。

鉴于上述问题，本研究旨在回答以下科学问题：(a) 2020年MLYR梅雨降水在时间周期性和空间演变方面的主导季内特征是什么？(b) 欧亚区以外的上游中纬度ISO信号是否与2020年梅雨事件的季内演变相联系，以及以何种方式相联系？(c) 相关的中纬度波列在形成、发展和维持过程中涉及哪些动力过程？回答这些问题将有助于深化我们对2020年极端梅雨事件形成机制的理解，并为梅雨降水的次季节预测提供有益启示。本文其余部分的结构如下：第2节介绍本研究所使用的数据和方法；第3节识别MLYR梅雨降水的主导季内周期及时空演变；第4节分析与梅雨降水季内变率相关的中纬度高层罗斯贝波动列；第5节研究RWT维持相关的能量转化过程；第6节给出梅雨降水季内变率期间东亚中高对流层耦合环流异常的演变；最后，第7节提供总结与讨论。

### 数据

逐日环流资料来自欧洲中期天气预报中心提供的第五代大气再分析产品（ERA5, Hersbach et al., 2020），其水平分辨率为1.0°纬度×1.0°经度。本研究所使用的水平分辨率为0.25°纬度×0.25°经度的观测降水资料取自CN05.1数据集（Wu and Gao, 2013），该数据集基于2400个观测点的数据构建而成……

## MLYR梅雨降水的主导季内周期

图1展示了2020年梅雨期间中国的累积降水量及其与气候态相比的距平。可以看出，梅雨雨带主要位于MLYR地区，伴随的降水量普遍超过400毫米，最大降水量超过1200毫米（图1b）。三个强降水中心分别覆盖了鄂东北至皖西南、赣东北至皖南以及鄂西南至……

## 与MLYR极端梅雨降水7–14天振荡相关的中高纬度高纬罗斯贝波动列的演变

为研究上与MLYR极端梅雨降水7–14天振荡相关的中纬度高层罗斯贝波动列的演变特征，图5给出了150 hPa处经7–14天滤波的地势高度距平、波活动通量距平以及波活动通量散度距平的合成演变。在P1阶段，高度距平中心呈现出一种从北美东海岸延伸至东亚的显著遥相关型。

## 与MLYR降水异常7–14天振荡相关的能量转化

从能量转化的角度出发，本节进一步探讨与2020年MLYR地区降水异常7–14天振荡相关的高层罗斯贝波动列从北美东海岸向亚洲东部的传播及其增长和维持的可能机制。

图11给出了7–14天对应的垂直积分CK（即正压能量转化）、西风急流以及200 hPa处地势高度的……

## 与MLYR降水异常7–14天振荡相关的东亚环流异常

在此，我们进一步考察MLYR降水异常7–14天振荡期间东亚环流异常的演变，以阐明局地中高对流层环流异常对相应降水异常的调制作用。图14给出了MLYR降水异常7–14天振荡期间200 hPa处经7–14天滤波的水平散度距平、风异常以及南亚高压主体的合成演变。

## 总结与讨论

本研究聚焦于2020年6月至7月MLYR地区破纪录梅雨降水的季内振荡（ISO）。我们首先识别了该极端降水事件的主导周期和演变特征，然后进一步研究了负责其季内变率的相关动力过程。

本研究的主要发现如下。1. 2020年6月至7月，MLYR地区降水异常的次季节主周期为7–14天。CRediT作者贡献声明：朱传东：论文写作—审阅与修改，论文写作—初稿撰写，可视化，软件，方法论，调查研究，研究经费获取，形式分析，概念设计。李华：论文写作—审阅与修改，指导，数据管理，概念设计。李马军：论文写作—初稿撰写，调查研究，形式分析。杜磊：可视化，验证。李金晓：论文写作—审阅与修改，指导，资源提供。胡颇：项目管理，数据管理。廖杰：验证。伦理声明：作者未获得参与者或其法定代表人的知情同意。由于本研究仅涉及公开可获得的大气数据集，且不涉及人类参与者、个人数据或临床信息，因此无需知情同意。本研究在研究所在地遵守了相关法律、法规框架和指导方针。根据相关法律和机构规定，无需伦理委员会批准。未引用参考文献：Din和Chan，2005；Lau和Li，1984；Sun等，2026。利益冲突声明：作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。致谢：感谢两位匿名审稿人提出的建设性意见和建议。本研究由中国博士后科学基金（项目编号：2024M753587）、中国气象局盆地暴雨重点实验室开放基金项目（项目编号：2023BHR-Y03）、国家自然科学基金（项目编号：42105039）、上海市科技发展基金（项目编号：24QB2703600）以及科研启动项目共同资助。朱传东 | 李华 | 李马军 | 杜磊 | 李金晓 | 胡颇 | 廖杰 | 方逸