引言

2016年被认为是有气象记录以来最强厄尔尼诺(El Niño)事件的次年(任宏利等，2017)。当年夏季暴雨过程频繁(曹艳察和张涛，2016；权婉晴和何立富，2016)，极端日降水事件多发(毕宝贵等，2017)，梅雨期梅雨量较常年偏多1倍以上(袁媛等，2017a)，给国家防汛工作带来很大挑战。1997—1998年厄尔尼诺事件是仅次于2014—2016年超强厄尔尼诺事件，长江全流域发生特大洪涝灾害，造成约2 600亿元巨大经济损失(黄荣辉等，1998)。同为超强厄尔尼诺事件衰减年背景下的2016年和1998年，长江中下游地区持续性强降雨时空分布特征有何异同？持续性强降雨期间大气环流特征又有何异同？其大气环流特征异同与持续性强降雨时空分布有何对应关系？针对这些问题，袁媛等(2016, 2017a, 2017b)详细分析了2016年汛期中国旱涝特征及其与1998年的异同点，并对比分析了这两年导致降水异常的大气环流和外强迫因子，结果表明，这两年5—7月热带和副热带地区环流较为相似，8月环流形势和热带季节内振荡(MJO)活动差异显著，这可能导致2016年夏季风偏弱的程度不及1998年。任宏昌等(2017)研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水与大尺度环流的可能影响及其机理，其敏感性数值试验结果表明，北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年后夏季(8月)中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。郭栋等(2016)从月平均尺度探讨了2015/2016年和1997/1998年典型厄尔尼诺衰减年我国夏季降水和东亚环流特征的差异，通过诊断分析推测赤道西太平洋和西北太平洋的海温差异可能是1998年和2016年6—8月副热带高压差异乃至我国降水差异的原因。

上述研究均从月、季尺度对比分析了1998年和2016年5—7月和8月显著转折前后的大气环流异常特征和可能的外强迫信号，对气候预测具有很好的参考价值。但与气候预测不同的是，中期延伸期预报需要对长江中下游地区持续性强降雨的雨带位置、强度、持续时间作出更精准预报，必须顺应细化到日尺度的中期延伸期预报服务的需求，通过剖析持续性强降雨同期环流的成因，加深对持续性强降水成因的认识，更好地利用数值模式预报信息作出更准确的中期延伸期预报。为此，本文采用我国气象台站观测的逐日降水量资料和全球逐日大气再分析资料，分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征的异同，旨在进一步提高对超强厄尔尼诺背景下持续性强降雨形成原因的科学认识。

1 资料与方法 1.1 资料说明

本文用到的资料包括: (1)中国气象局国家气象信息中心提供的中国大陆2 407个气象台站逐日累计降水量观测资料，序列长度为2016年和1998年的6月1日—8月10日，时界为20:00 (北京时)；(2)逐日大气再分析资料，该资料源自美国国家环境预报中心(NCEP/ NCAR)，水平分辨率2.5°×2.5°，序列长度为2016年和1998年的6月1日—8月10日，所有变量的距平取1981—2010年平均。

1.2 研究方法

首先，采用气象台站观测的逐日降水量资料，提取2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨时段，对比分析持续性强降雨的位置、强度特征；然后，采用NCEP/NCAR逐日大气再分析资料讨论2016年和1998年不同时段持续性强降雨期间大气环流特征的相似与不同点，再进一步探讨强降雨位置和强度特征的形成原因。文中分析使用的持续性强降雨指标及相关指数的计算方法如下：

(1) 持续性强降雨指标。持续性强降雨是指某区域内强降雨过程(区域性中到大雨及以上等级)频发并超过3次以上，且相邻两次强降雨过程之间的降雨连续间断日数(即区域平均日降雨量小于6 mm日数)小于3 d(牛若芸等，2012)。

(2) 副热带高压(以下简称副高)面积指数。副高面积指数指10°N以北、105°—180°E范围内500 hPa位势高度大于等于588 dagpm的网格点数。该指数越大，表明副高范围越大。

(3) 副高强度指数。副高强度指数指10°N以北、105°—180°E范围内500 hPa位势高度值编码之和(即588 dagpm编码为1，589 dagpm为2，590 dagpm为3，其余类推)。该指数越大，表明副高强度越强。

2 持续性强降雨时空分布特征及异同

2016年和1998年夏季长江中下游地区均出现了阶段性持续强降雨。图 1给出2016年和1998年6月1日至8月10日沿110°—122.5°E平均的逐日降雨量时间-纬度剖面图。从中可见，依据上述持续性强降雨指标，2016年持续性强降雨出现在6月19日—7月7日(简称2016年段)，强降雨带位于28°—32.5°N之间长江中下游沿江附近，超过600 mm的强降雨中心位于湖北东部、安徽南部和江苏西南部(图 2)。而1998年则先后出现两段持续性强降雨，第一段出现在6月12—27日(简称1998年第Ⅰ段)，强降雨带位于26.5°— 29°N之间江南中北部，超过600 mm的强降雨中心位于江西北部、浙江西南部、福建西北部；第二段出现在7月17日—8月2日(简称1998年第Ⅱ段)，强降雨带位于28°—30.5°N之间江南北部，超过400 mm的强降雨中心主要位于湖北东南部、江西北部。

比较而言，强降雨带位置2016年段最北，1998年第Ⅰ段最南，1998年第Ⅱ段介于两者之间。降雨强度2016年段与1998年第Ⅰ段大体相当，累计降雨量中心均超过了600 mm，日平均降雨量大值中心均超过40 mm·d^-1，强于1998年第Ⅱ段。

3 持续性强降雨期间大气环流特征异同分析 3.1 500 hPa中高纬环流与西北太平洋副热带高压

2016年和1998年持续性强降雨期间，500 hPa中高纬环流均表现为槽脊分明且我国东部沿海附近均为低槽的特征，但槽脊位置及东部沿海低槽强度存在明显差异，表明这两年持续性强降雨期间影响我国的冷空气均较活跃，但冷空气势力存在差异。2016年段持续性强降雨期间500 hPa亚欧中高纬环流维持“两槽三脊”型，两个低槽分别位于巴尔喀什湖附近和我国东部沿海附近；东部沿海低槽较浅，槽底向西南伸至32°N附近(图 3a)，表明影响我国的冷空气势力相对较弱。与2016年段不同的是，1998年两段持续性强降雨期间500 hPa亚欧中高纬环流均为“两脊一槽”型，贝加尔湖至我国东部沿海附近低槽较深，槽底向南伸至30°N附近，而其两侧的乌拉尔山阻塞高压和鄂霍茨克海阻塞高压强度则明显偏强，环流经向度明显偏大，表明影响我国的冷空气势力较强(图 3b、c)。与冷空气强度差异一致，2016年段持续性强降雨期间强降雨带位置偏北，位于长江中下游沿江附近；1998年两段持续性强降雨期间强降雨带位置偏南，其分别位于江南中北部和江南北部。

较多研究(陶诗言和卫捷，2001；陶诗言等，2001；徐海明等，2001；吴国雄等，2003；吕梅等，2010；王芬等，2017)表明，副高北进南落、西伸东退与我国夏季强降雨的形成及位置关系十分密切。2016年段持续性强降雨期间副高位置保持相对稳定、南北摆动幅度较小(图 4a)，其西段脊线(110°—130°E，下同)平均位于24°N左右(图 3a)，较常年同期偏北约1.3个纬距。1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高位置亦稳定少动(图 4b)，其西段脊线平均位于20°N左右(图 3b)，较常年同期略微偏北，较2016年段持续性强降雨期间偏南4个纬距。1998年第Ⅱ段持续性强降雨期间副高位置亦相对稳定，其西段脊线平均位于20.5°N (图 3c)，较常年同期显著偏南达6.7个纬距，介于2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期之间。综上分析可知，副高位置及其相对稳定的状态对持续性强降雨形成及雨带位置都有较好的指示作用(图 4)。

另外，上述三段持续性强降雨期间，副高范围、强度均较常年同期偏大、偏强(图 5)，且2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间副高范围及强度明显较1998年第Ⅱ段偏大、偏强，从而更有利于引导暖湿气流向北输送形成强降雨；相应地，降雨强度也明显强于1998年第Ⅱ段。

3.2 高层南亚高压与西风急流

由于南亚高压和高空西风急流也是影响和制约我国东部地区降水的两个关键影响系统(陶诗言，1958；丁一，1991；李崇银等，2004；张耀存和况雪源，2008)，图 6a、b分别给出2016年和1998年6月1日—8月10日沿110°—122.5°E平均的200 hPa西风急流、散度时间-纬度剖面。对比图 1和图 6可知，2016年和1998年夏季，南亚高压脊线和高空西风急流位置变化趋势对强降雨带南北摆动确实有较好的指示意义，这三段持续性强降雨均出现在南亚高压和西风急流位置南北摆动幅度相对较小的时段中。

考虑到南亚高压脊线和高空西风急流轴线与强降雨带位置之间也并非简单的线性关系，图 7分别给出三段持续性强降雨期间200 hPa平均南亚高压及脊线、高空西风急流及轴线与水平散度。从中看到，2016年段持续性强降雨期间(图 7a)，200 hPa南亚高压东段脊线(110°—130°E)平均位置在26.5°N附近，较1998年第Ⅰ段(24°N附近)偏北约2.5个纬距，我国东部地区经度带上(110°—122.5°E)高空西风急流轴位置(38°N附近)也较1998年第Ⅰ段(35°N附近)偏北约3个纬距；相应地，2016年段强降雨带位置也较1998年第Ⅰ段(图 7b)偏北约2.5~3个纬距，即2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间南亚高压东段脊线和我国东部地区经度带上高空西风急流轴位置与强降雨带位置对应较好。强降雨带位置介于2016年段和1998年第Ⅰ段之间的1998年第Ⅱ段持续性强降雨期间(图 7c)，我国东部地区经度带上高空西风急流轴位置(36.5°N附近)介于二者之间，但南亚高压东段脊线位置(27°N附近)却较2016年段和1998年第Ⅰ段均要偏北。

进一步分析图 7可知，上述三段持续性强降雨期间，南亚高压东段脊线北侧与高空西风急流带南侧之间的高空辐散区均与强降雨带位置十分吻合，这也进一步证实了高空辐散抽吸作用对强降雨形成起到重要作用。所以，今后无论相关研究或预报预测业务中，对南亚高压东段脊线北侧、西风急流带南侧的高空辐散区与强降雨带位置的关系都应引起足够重视。此外，2016年和1998年持续性强降雨期间，南亚高压和高空西风急流均较常年同期明显偏强，且2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间南亚高压和高空西风急流强度明显强于1998年第Ⅱ段(图 6、图 7)，这恰好与三段持续性强降雨期间降雨强度呈现的差异相符。

3.3 低空西南急流与水汽输送

图 8给出2016年段以及1998年第Ⅰ、Ⅱ段850 hPa平均位势高度场与平均风场及其距平。从中看到，三段持续性强降雨期间，我国南方地区均受强盛低空西南气流控制，平均急流中心风速为8~12 m·s^-1 (图 8a、b、c)，较常年同期偏强2~6 m·s^-1 (图 8 d、e、f)，输送至南方地区的水汽也较常年同期偏多且维持时间较长。

另从2016年段以及1998年第Ⅰ、Ⅱ段从地面至700 hPa垂直积分的平均水汽通量与水汽通量散度及其距平分布图(图 9)上可见，三段持续性强降雨期间，输送至强降雨区的水汽，一是来自于南半球越赤道转向的偏西气流，水汽经阿拉伯海、孟加拉湾及中南半岛输入我国，二是来自于副高南侧的偏东气流，水汽沿副高南侧、西侧转向并经南海输入我国(图 9a、b、c)。三段持续性强降雨期间，来自副高南侧偏东气流的水汽输送均较常年同期偏强，而由南半球越赤道转向的偏西气流的水汽输送较常年同期偏弱(图 9d、e、f)。究其原因，与西北太平洋反气旋强度偏强有关(图 8d、e、f): 2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间，日本以南的西北太平洋上受反气旋环流控制，其强度较常年同期明显偏强，距平场上异常反气旋环流中心位于140°E附近，相应地，沿反气旋南侧、西侧转向的西南气流也明显偏强，有利于强降雨形成；1998年第Ⅱ段持续性强降雨期间，西北太平洋上反气旋环流中心虽明显偏东，但在南海和菲律宾以东的反气旋环流仍较常年同期偏强，并分布有两个弱的异常反气旋环流中心，沿反气旋南侧、西侧转向的西南气流也较常年同期偏强。因此，三段持续性强降雨期间，西北太平洋均出现了异常反气旋环流，受其影响，大气环流异常特征产生连锁响应，即西北太平洋反气旋强度偏强、沿副高转向的低空西南急流加大、水汽输送和辐合上升运动增强，这些异常特征非常有利于强降雨发生。相比之下，2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间反气旋环流较1998年第Ⅱ段偏强、偏西，降雨强度也较1998年第Ⅱ段偏强。

上述三段持续性强降雨雨带位置与低层辐合切变及低空急流前沿的位置密切相关。2016年段持续性强降雨期间，低空西南急流核位于江南中部至华南北部，其位置偏北(图 8a )，加之冷空气势力不强，强降雨区位于低层暖式切变线(沿淮附近)南侧的南风风速辐合带中，即长江中下游沿江附近。1998年第Ⅰ、Ⅱ段持续性强降雨期间，低空西南急流核位于华南，其位置偏南(图 8b 、c )，加之冷空气势力较强，强降雨区位于冷式切变线(长江中下游沿江附近)南侧的南风风速辐合带中，这两段强降雨区依次位于江南中北部和江南北部。

综上分析可知，三段持续性强降雨期间强降雨区位置差异受低层切变线南侧辐合带位置的影响，而辐合切变位置即为低空西南气流前沿所在。那么，低空西南气流前沿位置除受北方南下冷空气影响外，还受哪些因子影响呢？研究表明(何金海等，1991；孙即霖等，2009)，南半球澳大利亚高压(简称澳高)发展加强会引起北半球亚洲夏季风加强与北进，南半球冷空气爆发可对北半球东亚夏季环流系统位置产生影响。从2016年和1998年6月1日—8月10日沿110°—130°E平均的850 hPa风和径向风以及120°—150°E平均澳大利亚高压脊线时间演变图上可见(图 10)，澳高位置(120°—150°E)与我国东部经度带上南风辐合带和持续性强降雨带对应关系较好；强降雨带位置最北的2016年段持续性强降雨期间，澳高脊线位置也最北，平均位于24°S；强降雨带位置最南的1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间，澳高脊线位置也最南，平均位于27.5°S。

4 结论与讨论

本文基于中国大陆气象台站观测的逐日降水量资料以及NCEP/NCAR逐日大气再分析资料，分析了2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征的异同，其主要结论如下：

(1) 2016年与1998年的夏季，长江中下游均出现了大范围持续性强降雨，但其持续时间、强降雨带位置、降雨强度存在明显差异。2016年段持续性强降雨出现在6月19日—7月7日，强降雨带位置最北(长江中下游沿江附近)；1998年先后出现两次持续性强降雨，第Ⅰ段(6月12—27日)强降雨带位置最南(江南中北部)，第Ⅱ段(7月17日—8月2日)介于两者之间(江南北部)；2016年段与1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间的降雨强度强于1998年第Ⅱ段。

(2) 2016年与1998年持续性强降雨期间对流层高、中、低层大气环流特征存在诸多相似之处。如: 500 hPa中高纬环流槽脊分明且我国东部沿海附近均有低槽，副高和南亚高压的范围、强度均较常年同期偏大、偏强，高空西风急流和低空西南急流强度及副高南侧偏东气流水汽输送均较常年同期偏强，而自南半球越赤道转向的偏西气流水汽输送较常年同期偏弱。

(3) 2016年与1998年持续性强降雨期间大气环流特征所存在的差异，正是造成三段持续性强降雨期间降雨强度、强降雨带位置及持续时间差异的主要原因。如:亚欧中高纬环流槽脊位置及东部沿海附近低槽的强度存在差异，2016年(1998年)持续性强降雨期间东部沿海附近低槽较浅(较深)，槽底位于32°N (30°N)附近，同时副高、南亚高压脊线北侧与西风急流带南侧之间的高空辐散区、低空急流带及辐合切变线、澳高的位置也偏北(偏南)，造成冷暖空气交汇产生的强降雨带位置亦偏北(偏南)，强降雨带分别位于长江中下游沿江附近的江南中北部和江南北部；此外，2016年段和1998年第Ⅰ段持续性强降雨期间，副高、南亚高压、高空西风急流的强度明显强于1998年第Ⅱ段，降雨强度也相应更强。

本文通过对2016年和1998年夏季长江中下游持续性强降雨及其大气环流特征异同的分析，从一定程度上对超强厄尔尼诺背景下持续性强降雨形成的原因有所揭示，但仍有一些问题有待今后继续开展研究，如南半球冷空气活动如何对我国梅雨期降水发生发展的影响问题，文中虽然提到南半球冷空气爆发对北半球东亚夏季环流系统位置产生了影响，但其影响机制究竟是什么尚不清楚。类似的问题还有不少，尚需要今后应用数值敏感性试验等方法作进一步探讨。