对浙江而言，夏季高温少雨可以造成干旱，低温多雨会造成洪涝，因而研究夏季低温多雨变化规律是迫切需要解决的问题。目前，对中国南部夏季低温多雨成因的研究主要是从大气环流和海气相互作用等方面出发。

许多研究表明大气环流异常对南方夏季气温和降水异常有直接影响：长江中下游夏季温度变化与西太平洋副热带高压(简称副高)的位置和强度联系十分密切(向元珍和包澄谰，1986；Gong et al., 2004；蔡佳熙和管兆勇，2007)。除了西太平洋副高，南亚高压与我国南部地区的气温和降水也有重要影响(钱永甫等，2002)。郭玲等(2012)的研究表明东亚夏季风的异常直接导致中国东部夏季降水的异常。黄荣辉(1990)在研究我国夏季旱涝时指出，江淮流域旱涝的发生与从菲律宾经东亚到北美的东亚—太平洋(简称EAP型)夏季遥相关波列相联系。在菲律宾周围对流活动强的年份，强的副高位于日本及我国江淮流域上空，我国江淮流域及日本高温少雨，反之，则江淮流域降水偏多。

海温变化与夏季气温和降水也有重要联系。许多学者对ENSO事件进行了深入研究，发现El Niño事件同赤道东太平洋、正SSTA赤道中太平洋、OLR负异常及西太平洋副热带海域负SSTA，印尼附近OLR正异常相联系，即同热带太平洋Walker环流异常减弱对应；在El Niño当年，全国大部分地区温度偏低(李崇银，1989；刘永强和丁一汇，1995；马乃孚和杨景勋，2000)。2014年夏季正是处于El Niño事件发展期，Walker环流减弱，热带西太平洋出现异常下沉气流，导致副高位置偏南，对浙江出现罕见低温多雨事件有重要影响。顾骏强等(2001)研究指出：浙江夏季降水量变化与前期某些月份关键海区的海温变化有显著相关，这些海区包括北太平洋西风漂流区、赤道东太平洋、黑潮区、加利福尼亚洋流区，这在浙江的北部地区表现得尤其突出。

以往对夏季降水和温度的研究，主要针对单个因子或者大范围区域，并采用统计方法研究多年平均得出普适因子，而一个地区的某一次低温多雨事件与气候概况既有共同性，也有特殊性。我们选取2014年夏季浙江低温多雨事件，正是因其特殊性：该年夏季气温明显偏低，降水异常偏多，特别是8月，在持续海温异常的作用下，西太平洋副高偏南，同时北侧冷空气南下较频繁，出现了历史罕见的低温阴雨寡照天气。通过分析大气环流和海温异常特征，得出本次低温多雨事件的大尺度成因，为后续深入研究奠定基础。

文中所用的资料为：(1)浙江省自动站温度和降水资料；(2)NCAR/NCEP月平均的再分析资料，资料水平分辨率为2.5°(纬度)×2.5°(经度)；(3)NOAA发布的Nino3区(5°S~5°N，150°W~90°W)海表温度距平指数；(4)国家气候中心提供的热带印度洋全区一致海温指数(IOBW指数)(20°S~20°N，40°E~110°E)

2014年夏季浙江全省平均温度26.5 ℃，比常年同期偏低0.5 ℃，降水量750.1 mm，比常年同期偏多30%。分析图 1，可以发现，6、7、8月分别出现了不同程度的低温多雨，6月降水比常年平均偏多18%，气温偏低0.2 ℃，7月降水比常年偏多13%，气温偏低0.3 ℃，8月最显著，降水比常年同期偏多55%，平均气温比常年偏低1.2 ℃(图 1)。

图 1

Fig. 1

图 1 2014年夏季和多年平均浙江(a)雨量和(b)平均气温 Fig. 1 (a) Cumulative rainfall and (b) average temperature in the summer of 2014 and annudmeans in zhejiang Province

东亚夏季风是北半球夏季中低纬度活跃的环流系统，中国夏季降水的年际变化与东亚夏季风环流变化有直接联系，中国大部分地区特别是东部夏季降水受东亚夏季风强弱和进退、爆发早晚以及持续时间长短影响。在2014年夏季850 hPa风场距平分布图上(图 2a)，东亚季风区被异常气旋控制，其中气旋西侧的东北风较强，控制我国东部沿海上空，菲律宾北部也有异常气旋，使得我国东部到南海都维持异常东北风，气旋的存在使得这些地区的辐合上升运动加强，同时东北风异常阻碍了西南季风的推进，使得该年夏季季风雨带明显偏南。从6、7、8月各月的风场距平变化(图 2b、2c、2d)来看，从6月开始，浙江特别是浙中北地区上空始终存在北风异常，表明在整个夏季，冷空气活动都较常年频繁，而西南季风位置始终偏南。6月(图 2b)浙江正处于梅雨季节，我国东部到日本南部维持一宽广的异常气旋，同时在华南沿海也为一异常气旋环流控制，这种形势与夏季平均是类似的。中低纬度异常气旋的出现表明当年梅雨锋偏强，导致梅汛期气温偏低降水偏多。西太平洋上的异常反气旋环流中心在10°N以南，表明副高的位置明显偏南。进入7月(图 2c)，气旋西侧的北风异常向南推进至10°N，按照常年平均，浙江出梅后受副高控制出现高温干旱，而当年受异常气旋控制，对流活动较强，降水偏多，同时由于冷空气的不断南下，不利于出现大范围的高温干旱，此时异常反气旋已东退至日本南部至西太平洋。6~7月的环流形势都表现为东北风异常活跃而夏季风显著偏南，前者使得冷空气顺利南下至浙江与西南气流交汇，对降水和降温有利，而后者削弱了浙江上空强的暖湿气流，水汽输送能力减弱，不利于降水，因此6~7月的低温多雨不显著。而到了8月(图 2d)，我国东部到日本南部的异常气旋继续维持，位置向北移动，30°N附近由东北风转成西北风，30°N以南的异常气旋消失，取而代之的是强大的异常反气旋，中心脊线在20°N左右，向西一直延伸到中南半岛，异常西南风向北推进至28°N附近，在浙江上空形成西北风与西南风的辐合中心。常年8月副高脊线一般在30°N附近，而当年8月副高明显偏南，原本应位于华北的锋区和雨带随之南退至长江中下游地区。锋区北侧是异常的干冷西北气流，冷空气频繁渗透，南侧是异常的西南暖湿气流，浙江上空的水汽输送和辐合上升运动较常年和当年6~7月都异常偏强，更容易出现大范围降雨，且西北气流干冷，西南气流暖湿，斜压性和锋区更强，进一步加剧了降水。同时，北方冷空气持续影响有利于降温，配合长期的阴雨寡照，导致了8月的罕见低温。

图 2

Fig. 2

图 2 2014年夏季850 hPa风场距平：(a)夏季平均；(b)6月；(c)7月；(d)8月 Fig. 2 850-hPa wind anomalies in the summer of 2014: (a): June-August (JJA); (b) June; (c) July; (d) August

由前述可知，东亚夏季风环流异常是浙江夏季气温和降水异常的直接成因，而东亚夏季风环流异常是与中高纬环流以及欧亚其他环流系统相关联的，因此有必要进一步研究北半球遥相关型。我们将1985~2014年这30年中出现的夏季低温多雨和高温少雨事件的500 hPa位势高度场进行合成分析，发现500 hPa上北半球存在两个明显的遥相关型，分别为东亚—太平洋型遥相关(简称EAP)和欧亚型遥相关(简称EU)。在2014年夏季平均和各月500 hPa位势高度距平场上(图 3)，这两个遥相关也是客观存在的，但不同月份间，遥相关的显著性有明显差异。

图 3

Fig. 3

图 3 2014年夏季500 hPa位势高度距平(单位：gpm)：(a)夏季平均；(b)6月；(c)7月；(d)8月。加粗实线为EAP型遥相关，加粗虚线为EU型遥相关 Fig. 3 500-hPa geopotential height anomalies (gpm) in the summer of 2014: (a) JJA; (b) June; (c) July; (d) August. Thickening solid line is for EAP (East Asia–Pacific teleconnection pattern) and thickening dotted line is for EU (Eurasian teleconnection pattern)

从图 3a可以看到2014年夏季平均500 hPa位势高度场上存在EAP型遥相关：在菲律宾和我国江南地区存在正距平，江淮地区至日本列岛上空为负距平，贝加尔湖到鄂霍次克海上空为正距平。低纬的正距平区表明西太平洋副高偏强偏南，中纬的负距平区表明低槽活跃，而高纬的正距平区则反映鄂霍次克海阻塞高压也较常年偏强。EAP型遥相关的出现说明中低纬度的夏季风环流系统与中高纬度系统是相互制约、相互联系的，亚洲东北部阻塞高压和副高通过EAP型遥相关波列联系在一起，通过两者之间的这种关系进而可以影响到浙江的夏季降水。当EAP位相为负，即从高纬到低纬度表现为"+-+"的波列时，有利于中高纬度冷空气南下与夏季西南季风交汇于较低纬度，形成连续低温阴雨，2014年夏季就是处在EAP的负位相。从夏季各月的位势高度距平场(图 3b、3c、3d)变化来看，6月虽然出现了EAP遥相关型，但浙江上空是负距平，说明槽底位置比较低，雨带相比常年梅汛期要偏南一些，因此6月浙江降水量并没有出现明显增多；7月EAP不显著，且呈现极弱的正位相，东亚中纬度和低纬度均为弱的正距平，鄂霍次克海附近出现了负距平，这个形势是不利于中高层冷空气南下的，冷空气可能只局限于低层，这也是不利于降水明显偏多的原因之一。而在8月的500 hPa高度场上，东亚的EAP比较典型，30°N以南地区都为正距平控制，30°N~55°N为负距平控制，且负距平一直向西延伸到90°E，说明中纬度槽十分宽广，高纬正距平在整个夏季中最强，意味着高纬形势更加稳定，有利于冷空气持续从中纬度槽底南下直达浙江，副高偏南使得西南季风较常年明显偏南，与西北气流交汇点正好位于30°N附近，形成该地区的低温多雨。这与前面对东亚夏季风的分析结果是一致的。从EAP指数各月的变化来看，6月EAP指数为－0.291，7月为0.093，8月为－0.461，可以看到除了7月EAP不显著外，6月和8月都为EAP负位相，其中8月最显著，EAP负位相的存在对于浙江整个夏季的低温多雨和8月的罕见低温多雨有重要意义。

除了EAP，我们还发现：在(图 3d)上，自欧洲西部地区、乌拉尔山地区到东亚沿岸呈现出"-+-"的异常距平波列；类似于Wallace and Gutzler(1981)定义的欧亚遥相关型(EU)，当EU指数为正时，乌拉尔山高压脊偏强，欧洲西部和亚洲东岸槽也偏强。从冷暖空气影响路径不难解释这一反相关关系：欧洲西部槽偏强，有利于冷空气积聚，乌拉尔山高压脊偏强，意味着沿脊前西北气流南下的冷空气偏强，亚洲东岸槽偏强，槽底偏低，冷空气能到达更南的位置，与南侧强盛的暖湿气流汇合。因此EU的作用主要是源源不断地提供干冷空气，加强气流辐合和斜压性，促进降水增幅。6月(图 3b)EU为较弱的正位相，正负中心较弱，中心值为±20 gpm，乌拉尔山的正距平范围小，位置偏西，而东亚的负距平中心位置又过于偏东，从乌拉尔山南下的冷空气难以到达东亚沿岸，梅汛期低层冷空气又主要来自贝加尔湖的阻塞高压底部，因此EU对6月降水的影响比较小；7月(图 3c)EU转为明显的负位相，不利于中高纬度高层西部冷空气的堆积和东移南下；到了8月(图 3d)，EU转为典型的正位相，中心明显加强，乌拉尔山和欧洲西岸的正负中心值分别达到±60 gpm。从EU指数的月变化来看，6月为0.197，7月为－0.746，8月为0.811，6~8月平均后EU指数很小，因此在夏季平均场上该遥相关不明显(图 3a)。以上分析可知8月冷空气南下影响浙江的条件最好，也最有利于降温和引发低温阴雨天气。

结合EAP的分析，8月EAP和EU都比较显著，且EAP为负位相，而EU为正位相。当EAP和EU均活跃且位相相反时，雨带集中在长江流域(邹珊珊等，2013)。因而8月的罕见低温阴雨正是在EAP和EU的协同作用下发生的。

ENSO作为海温年际气候变化中的最强信号，是影响东亚季风环流系统从而导致东亚气候异常的关键因素。类似于上面的形势场分析，对近30年的夏季低温多雨和高温少雨事件的海温场进行合成分析，发现Nino3区SST是影响夏季降水和气温变化最显著的相关因子，它存在一定的年际振荡，是表征ENSO循环的关键区海温，从春季到夏季，Nino3区正(负)距平，即ENSO暖(冷)位相，浙江夏季容易出现低温多雨(高温少雨)。2014年1~3月，Nino3区的海温偏低(图 4和表 1)，ENSO呈现冷位相，自4月起，Nino3区海温出现正距平，ENSO转变为暖位相。Huang and Wu(1989)的研究表明：在El Niño发展期的夏季，西太平洋副高偏南，影响我国的西南气流偏弱，东亚夏季风偏弱，我国夏季主要季风雨带偏南，中南半岛和华南大部降水偏少，东南沿海偏多，夏季中期江淮流域多雨；薛峰和刘长征(2007)发现El Niño对东亚夏季风的影响随季节进程有明显变化，6月影响较弱，而8月影响最强。

图 4

Fig. 4

图 4 2014年海表温度距平(单位：℃)：(a)1月；(b)2月；(c)3月；(d)4月；(e)5月；(f)6月；(g)7月；(h)8月 Fig. 4 SST anomalies (℃) in 2014: (a) January; (b) February; (c) March; (d) April; (e) May; (f) June; (g) July; (h) August

表 1 (Table 1)

表 1 2014年Nino3指数、IOBW指数和Mid-NA指数的月变化 Table 1 Monthly variations of Nino3, IOBW, and Mid-NA indexes in 2014 Nino3指数 IOBW指数 Mid-NA指数 1月 -0.39 0.05 -0.36 2月 -0.83 0.02 -0.30 3月 -0.25 0.12 -0.44 4月 0.22 0.24 -0.63 5月 0.60 0.35 -0.59 6月 0.88 0.38 -0.44 7月 0.62 0.22 0.27 8月 0.48 0.20 0.79

表 1 2014年Nino3指数、IOBW指数和Mid-NA指数的月变化 Table 1 Monthly variations of Nino3, IOBW, and Mid-NA indexes in 2014

El Niño对大气环流的强迫作用主要是通过海气相互作用将Walker环流上升支从西太平洋东移至中东太平洋来实现的，从而使得赤道太平洋洋面上的对流活动异常形成东升西降的结构，赤道中太平洋和以东地区对流活跃，西太平洋地区对流活动却受到抑制。热带西太平洋海洋性大陆上空的对流减弱冷却效应使得热带大气在对流层低层产生Rossby波响应，从而在海洋性大陆以北的热带西太平洋和我国南海地区强迫出反气旋环流的异常(Zhang et al., 1999)，使得西太平洋副高呈现明显偏南之势。2014年5~8月，ENSO处于暖位相，即El Niño发展期，对太平洋上的对流和低层辐散场产生了影响，这个影响在8月非常显著，表现为850 hPa风场上(图 2d)，热带西太平洋出现大范围异常东风，东风分量越往西越强，在热带西太平洋上呈现明显的辐散，抑制该地区的上升运动，而此时东太平洋是西风和东风的辐合区(图略)，促使当地上升气流的发展，表现为垂直方向上东升西降的偶极子结构(图 5c)。再比较夏季各月的水平和纬向垂直环流(图 2和图 5)，可以看到，6月(图 5a)在西太平洋上的异常环流西升东降，在130°E~160°E为异常下沉运动区，与低层风场上(图 2b)的异常反气旋环流对应；7月，西太平洋和中太平洋以异常上升运动为主，风场上表现为宽广的异常气旋(图 2c)，东太平洋则表现为异常下沉气流。从6~7月的垂直环流场来看，ENSO暖位相的强迫效应不明显。而到了8月，如前所述，在170°E~90°W之间的太平洋中东部，出现较强的异常上升运动，而在120°E~170°E之间的赤道西太平洋上，是大范围的异常下沉气流，辐散和下沉气流在低层风场上(图 2d)形成西太平洋到南海的异常反气旋，其北侧异常的西南季风使得30°N附近的水汽和热量输送明显加强，并产生异常辐合，导致降水明显偏多。

图 5

Fig. 5

图 5 2014年(a)6月、(b)7月和(c)8月0°~10°N平均纬向—垂直风场距平(单位：m/s)的经度—高度剖面(阴影代表垂直风速大于2 hPa/s) Fig. 5 Longitude–pressure cross sections of meridional–vertical wind anomalies averaged over (0°-10°N) (m/s) in (a) June, (b) July, and (c) August of 2014 (shaded areas indicate vertical wind≥2 hPa/s)

ENSO对东亚季风环流的影响主要是通过改变热带纬向环流从而影响西太平洋副高位置和强度来实现的。而西太平洋副高是EAP遥相关的主要成员之一，我们用Nino3区的海温来回归8月500 hPa位势高度场(图 6a)，发现在北半球存在类似EAP的遥相关，位置略偏东，说明ENSO是EAP的强迫源，ENSO不但能制约热带大气环流，通过EAP也能影响中高纬环流。因此，2014年ENSO暖位相对EAP的强迫作用，不仅使西太平洋副高偏南，也让中高纬度的冷空气能持续南下，造成罕见低温多雨。

图 6

Fig. 6

图 6 (a) Nino3指数和(b)北大西洋中部海表温度回归的8月500 hPa位势高度场(浅、深填色表示通过90%、95%的置信水平检验) Fig. 6 Regression maps of 500-hPa geopotential height in August onto (a) Nino3 index and (b) Mid-North Atlantic Ocean SST (Light/dark colored areas are for values that pass the confidence level of 90%/95%)

除了太平洋，印度洋也是夏季风活动的重要下垫面，其海温特性对于夏季风环流异常有非常重要的影响。热带印度洋海温异常最主要的模态是全区一致的海温变化，通常在春季最强，热带印度洋的一致增暖(变冷)有利于南海夏季风爆发的推迟(提早)(袁媛和李崇银，2009)；当印度洋偏暖时，我国夏季华南气温偏高、东北气温偏低、长江流域降水偏多(Hu et al., 2011)；热带印度洋海盆一致偏暖使西太平洋副高增强，位置偏南，导致西北太平洋反气旋异常的形成和维持，有利于中国南方降水加强(李维京等，2016)；。图 4和表 1都表明印度洋出现较明显增暖是从春季开始的，在夏季低层距平风场上(图 2)表现为西南季风异常偏南，这与印度洋一致增暖有关。印度洋海温与太平洋海温的变化是有密切联系的，有研究表明印度洋的增暖是ENSO事件发生的结果而不是其前期信号(周天军等，2004)，印度洋起一种信号储存的作用，将冬季的ENSO信号储存起来，并影响夏季东亚气候(Yang et al., 2007；Xie et al., 2009)。因而印度洋海温的作用也可以认为是对ENSO效应的一种辅助加强和延续。从表 1也可以发现：在ENSO转为暖位相之后，IOBW暖位相才逐渐显著起来，虽然正距平值比较弱，但持续增暖也会对印度洋—西太平洋上空的大气环流产生影响。

在纬向垂直环流场上(图 5)，6月印度洋盛行异常下沉气流，只在60°E有小范围弱的上升气流，印度洋海温一致增暖的效应不明显，7月印度洋呈现西升东降的异常垂直环流形势，异常信号弱，但此时印度洋的效应已经显现。8月以后，受前期和同期热带印度洋海温持续偏暖影响，印度洋上空的对流发展，垂直方向上的环流类似于7月，在沿赤道的纬向垂直环流圈上西印度洋也是弱的异常上升运动(图 5c)，低层风场上(图 2d)表现为显著的东风距平从热带西太平洋穿过海洋性大陆到东印度洋，而在赤道西印度洋是西风距平。低层风场的辐合在赤道印度洋中部形成异常气旋，这个气旋在7月已经生成，8月增强，进一步加强了其上空的对流活动和上升运动。同时由于高层西风距平从印度洋吹向西太平洋(图略)，这样由热带印度洋的增暖驱动了一个横跨热带印度洋—西太平洋的异常反Walker环流，由此而产生的异常下沉运动合并入西太平洋上空的异常下沉支中，加强了下沉气流的强度，使得海洋性大陆地区的对流进一步减弱，增强了El Niño的效应，维持西太平洋至南海的异常反气旋，更有利于西太平洋副高和季风主雨带位置偏南。印度洋海温的增暖加强了ENSO对大气环流的影响，我们推测其对EAP也有一定的调制作用。

对北半球的遥相关分析表明：2014年夏季特别是8月气候主要受EAP和EU的共同影响。耿全震(1996)的研究指出EU型遥相关的涡度源和能量源主要位于北大西洋地区；在欧亚大陆上空，大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区(刘毓赟和陈文，2012)。所以本文进一步分析了北大西洋地区海温的变化。从图 4可以发现：北大西洋中部地区(40°N~60°N，90°W~20°W)海温在1~6月有较明显的负距平，从7月开始，负异常范围明显缩小，出现较大范围正距平，从区域平均的海温距平(简称Mid-NA)变化也可以清楚地看到这一变化趋势：1~6月海温偏低，7、8月海温偏高，尤其是8月，海温正距平达到0.79 ℃。在北大西洋中部海温回归的8月500 hPa位势高度场(图 6b)上，欧亚大陆自西向东呈现"-+-"的距平波列，正负中心位置与EU的中心对应，表明北大西洋中部海温与EU有关。比较两者的月际变化，发现确实是有一定联系的：EU在1~7月除了6月有非常弱的正位相之外，都表现为负位相，与海温异常偏低有关，而8月是显著正位相，与海温异常偏高相联系。

通过对环流形势和海温场的分析，我们研究了2014年夏季特别是8月罕见低温阴雨寡照事件的大尺度影响因子，得出以下结论：

(1) 东亚夏季风环流异常是导致浙江低温多雨的直接大尺度因子，从6月开始，浙江被气旋性异常环流控制，有利于上升运动发展促进降水，同时浙江上空的偏北风异常有利于降温。6~7月冷空气活跃，但西南季风偏南，水汽条件不足，因此低温多雨不显著，而8月异常偏强偏南的副高为浙江上空提供了强烈的西南气流，有强的水汽和能量输送，与北侧异常偏北风交汇，导致降水偏多，阴雨天气配合冷空气降温，气温持续走低。

(2) 从大气环流的遥相关来分析，2014年夏季北半球有两个显著遥相关，分别为EAP和EU。当满足EAP负位相、EU正位相时，高纬环流形势稳定，中纬度盛行西风槽，冷空气容易堆积并南下，低纬度西太平洋副高偏南，西南季风南退，冷暖空气在30°N附近交汇，造成低温多雨天气。6月虽然EAP为负位相，EU为正位相，但两个系统强度均较弱，对低温多雨有一定作用但不显著。而7月EAP不明显，EU为负位相，这样的高空环流配置对出现低温多雨不利，7月的低温阴雨主要跟低层环流有关。8月环流形势同时满足EAP负位相和EU正位相，且遥相关显著，受到两者的协同作用，浙江出现了罕见的低温多雨寡照天气。

(3) 海温变化对2014年浙江夏季低温多雨也有重要指示意义。ENSO暖位相激发出东升西降的垂直异常环流，西太平洋地区为下沉气流，使得西太平洋副高位置明显偏南，与其相伴的西南气流和雨带也偏南。EAP波列的响应与以往研究中ENSO暖位相时一致(宗海锋等，2008；汪靖等，2009)。而IOBW较弱暖位相的存在，进一步减弱了海洋性大陆地区的对流活动，有利于副高偏强。同时我们还推测北大西洋海温变化与EU相关，8月EU显著正位相可能与海温正异常有关联，不过这个结论有待进一步证实，同时海温的影响机理也需要进行后续深入研究。