引言

梅雨通常发生在6—7月，是一年中江淮降水最为集中的时段，是夏季影响湖北省最主要的天气气候现象。这一时期，降水明显、雨量集中、暴雨日多，经常导致湖北省出现洪涝灾害，造成经济损失。因此，分析湖北省梅雨异常现象及其成因，不仅有利于加深对梅雨的理解，还有利于提高该区梅雨预测水平，减少损失。

梅雨与亚洲上空大尺度环流有着密切关系。东亚高空急流在6月的北跳(Ye et al., 1959；李崇银等，2004)、副热带高压(以下简称副高)和夏季风北推(黄青兰等，2012)是梅雨起始的前期征兆。胡娅敏和丁一汇(2009)认为2000—2005年江淮梅雨带北移可能是由副高位置的北移、东亚夏季风的加强以及冷空气的减弱造成的。蒋薇和高辉(2013)研究表明21世纪长江中下游梅雨呈现长度缩短、强度减弱特征，这与副高偏强偏西偏北有关。许多学者也对梅雨异常年进行了个例研究。李维京(1999)研究了1998年夏季大尺度环流系统对长江流域“二度梅”的影响。姚建群等(2000)研究表明副高强度及脊线位置、东亚夏季风强度及爆发迟早、低纬热带地区对流活动等因素与1999年上海地区梅雨异常有关。朱伟军等(2016)分析了2011年长江中下游梅雨与南海夏季风爆发过程之间的联系。赵俊虎等(2018)指出2016年中国梅雨异常特征是由对流层高、中、低层环流系统异常共同造成的。总之，不同的年份，影响环流系统所表现的特征不尽相同，综合配置下造成各年梅雨特征的差异，给梅雨预报带来很大难度。

2020年湖北梅雨期间雨量是常年的3倍，雨强和综合强度居于1961年以来第一位，带来了较大的经济损失。本文旨从大尺度环流系统演变入手，分析2020年湖北省梅雨的异常特征及其原因，以期提高对湖北梅雨的认识和为梅雨预测水平提供参考依据。

1 资料说明

本文采用的资料包括：(1) 1961年1月1日—2020年8月31日逐日大气环流再分析资料，包括高度场、纬向风、经向风、比湿，水平网格距为2.5°×2.5°，来源于美国国家海洋和大气管理局（NCEP/NCAR）。(2) 1961—2020年湖北省76个气象站、长江流域逐日降水量资料，来源于湖北省信息保障中心。(3)新百项指数，包含副高强度和脊线指数、欧亚经向环流指数等，来源于国家气候中心。另外，依据中华人民共和国国家标准GB/T33671—2017《梅雨监测指标》，利用湖北省梅雨监测站(宜昌以东50个气象站)逐日降水量资料，计算得到湖北梅雨各项监测指标。

2 湖北省2020年梅雨异常特征

根据《梅雨监测指标》计算，湖北省2020年6月8日入梅，8月1日出梅，梅雨期长度为54 d，雨强为828.5 mm (梅雨监测站平均)，强度为3.47。期间出现了9次区域性暴雨过程，其中4次区域性大暴雨过程，强降水反复出现在鄂西南、江汉平原及鄂东地区。

湖北省2020年梅雨异常特征表现为：梅雨期长、雨带稳定维持；降水总量多、强度强。

与常年(1981—2010年平均，下同)相比，入梅时间偏早9 d (常年为6月17日)，出梅时间偏晚21 d (常年为7月11日)，梅雨期长度偏多30 d (常年为24 d)，仅次于1996年(56 d)。在这54 d的梅雨时期，雨带稳定维持在长江流域中下游附近，造成长江中下游累计降水量大部在300 mm以上，尤其是干流可以达到800 mm以上(图 1)。雨带北推看，降水中心在5月底至6月上旬位于华南至江南一带，受雨带北界影响，湖北省在6月8日入梅；6月中旬初，降水中心北抬至长江流域中下游(30°N)附近，梅雨稳定维持。直至进入8月，雨带再次北跳，这时候长江中下游出梅进入盛夏高温少雨时段。

从雨日持续时间也可以看出雨带的稳定维持。根据《梅雨监测指标》计算，2020年梅雨期只有一个雨期，雨日率(雨日数/梅雨长度)达74.1%。与1961年以来梅雨长度40 d以上的强梅雨年(1969、1980、1986、1995、1996、1998年)进行对比，可以看出除了1969年只有1个雨期外，其他年份均有2个雨期，也就是说降水有超过5 d及以上的暂停；另外，这些年份的雨日率均不及70%，有些仅有50%~60%，远低于2020年的74.1% (表 1)。

2020年梅雨不仅长度长，雨强还强。监测显示雨强为828.5 mm，位于1961年以来第1位，比第2位的1996年(740.2 mm)偏多88.3 mm，是常年梅雨雨强均值(273 mm)的3倍。强度指数(3.47)，也是位于1961年以来第1位。从单站排位上看，有63个站位于1961年以来前3位，其中32个站位于第1位，17个站第2位，14个站第3位。

将2020年与历史上梅雨雨量多的年份进行对比。1961年以来发生梅雨雨强超过700 mm的年份有4 a，具体梅雨特征统计见表 2。分析可知，从入出梅时间早晚上看，与常年相比，1969年和1996年入梅早、出梅晚，与2020年趋势一致，2016年入梅略晚2 d、出梅晚，入梅时间趋势与2020年相反。这使得2016年梅雨长度较其它3 a短。但从日均雨量计算，2016年为22.1 mm·d^-1，要强于其它年份，表明2016年降水更为集中，日均雨量更大。而2020年日均雨量在这4 a中排在第3位。1969、2016和2020年的降水异常中心落区较为一致，位于鄂西南和鄂东，而1996年较为分散。再一次印证了上述观点，今年梅雨之所以强，不仅表现在雨量上，还表现在雨带维持时间上。

3 2020年梅雨异常成因分析

梅雨是东亚夏季风活动的重要事件，与东亚上空大尺度环流有着密切关联，是高低空环流相互配置、共同作用造成的(宣守丽等，2011)。异常的梅雨现象必然伴随着大气环流的异常。下面就2020年梅雨期异常长、雨量异常多的特征进行成因分析。

3.1 湖北梅雨期异常长的成因

梅雨期异常长的年份，一般入梅早、出梅晚。而入梅体现了东亚大气环流系统完成了从冬季风向夏季风环流系统的调整，出梅意味着夏季风环流系统出现季节内调整。中国梅雨的开始和结束均与东亚副热带西风急流、西太平洋副高、夏季风等系统的南北移动及强度变化有着密切的关系(马福慧，1998；居丽丽和郭品文，2007；张耀存和况雪源，2008)。2020年湖北梅雨入梅偏早、出梅偏晚、梅雨期异常长，也正是环流系统调整的结果。

陶诗言等(1958)指出东亚梅雨的开始和结束与亚洲上空南支西风急流的两次北跳有着密切相关。平均而言，这两次北跳分别发生在6月上旬和7月初，对应着江淮流域梅雨起始和结束(李崇银等，2004；董丽娜等，2010)。图 2给出了2020年东亚(90°—130°E平均)上空200 hPa西风急流随时间变化图。分析可知，5月底东亚上空的西风急流已开始北跳至35°N以北，中心强度大于35 m·s^-1，北跳时间较平均时间(6月上旬)偏早。6月上旬前期西风急流经历了短暂的减弱阶段，风速甚至不足30 m·s^-1，于6月8日再次加强，并稳定维持，直至7月下旬再一次发生明显北跳，这比平均时间(7月初)偏晚。正是这6月北跳早7月北跳晚，为湖北省入梅早、出梅晚提供了有利的条件。宣守丽等(2011)的研究指出，6月淮河流域降水偏多的环流特征为东亚高空西风急流位置比气候态偏北；7—8月淮河流域降水偏多的环流特征为东亚高空西风急流位置比同期气候态偏南。意味着，夏季逐月西风急流位置不同，对江淮流域降水造成的影响有差异。那么，2020年西风急流南北位置与常年平均(图 2中红色虚线)相比：6月偏北、7月偏南、8月上旬接近常年。这样有利于江淮6、7月降水偏多，造成湖北在6—7月持续降水，梅雨期长且雨带稳定维持。

西风急流轴位置的变化和副高有着很好的一致性关系，急流的北抬有利于副高的北跳，而副高北跳与我国东部地区雨带位置直接相关。气候态下，夏季副高有两次明显的季节性北跳，第一次北跳，长江中下游入梅；第二次北跳，梅雨结束。《梅雨监测业务规定》中湖北梅雨期副高脊线活动范围为：南界≥19°N，北界≤26°N，即当脊线≥19°N，利于湖北入梅；而脊线在19—26°N之间，利于湖北梅雨维持。常年平均，副高脊线在6月2日越过19°N，在7月20日越过26°N。图 3给出了2020年西太副高脊线(110°—150°E)、脊线西段(110°—130°E)随时间变化图。这里采用了两种副高脊线定义，主要差别在于经度范围，一个是110°—150°E范围即从西太平洋副高主体向西伸展过来的脊线，另一个是110°—130°E范围，取自副高西段，正好是位于东亚大陆上空，能更加直接地影响长江中下游天气气候，在一定程度上与前者有着南北位置的差异。2020年副高脊线于5月28日已北跳至19°N以北且稳定维持，西段也在5月30日越过了19°N，这比常年平均时间偏早。但副高西段脊线在6月上旬有所回落，于6月8日之后再次北抬至19°N以北并稳定维持，此时环流条件利于湖北入梅。之后，副高脊线维持在19°—26°N之间，于7月21日北跳至26°N以北，但脊线西段受冷涡影响，迟迟未北跳，直至7月28日才越过26°N。可以看出，副高脊线西段的两次北跳与湖北省梅雨入出梅时间匹配好，略早于梅雨1~3 d。正是副高脊线西段长时间维持在19°—26°N之间，造成湖北梅雨稳定维持。

东亚夏季风的北推是梅雨降水水汽来源的动力，入梅、出梅的早晚与东亚夏季风的季节进程密切相关。图 4给出了2020年湖北省(107.5°—117.5°E平均)上空850 hPa经向风时间-纬度剖面图。分析可知，经向风(大于4 m·s^-1)于6月8日已经北推至29°N以北，此时降水中心位于江南地区，受雨带北界影响，湖北入梅；10日之后夏季风再一次增强，降水中心北推至长江流域中下游，直至7月22日，湖北省上空大部为偏南风，梅雨维持稳定。

从以上分析可知，5月底，东亚高空西风急流加强北跳、副高脊线北跳至19°N以北，6月初夏季风北推至29°N以北，这些从冬季风向夏季风环流系统的调整发生较常年早，是造成入梅偏早的主要原因。西风急流北跳至40°N以北、副高北跳至26°N以北均发生在7月下旬，均较常年偏晚，导致了雨带持续维持在长江中下游，湖北省出梅晚。正是这种对流层高中低层系统的稳定配置，造成湖北梅雨维持稳定、持续时间长。

3.2 湖北梅雨量异常多成因

2020年梅雨期间(6月8日—7月31日)，欧亚中高纬呈现两脊两槽的分布型，乌拉尔山西部为高压脊、东部为较深的低压槽，东北亚为较强的高压脊控制，西北太平洋为低压槽(图 5a)。在这种形势下，中高纬经向环流发展，有利于冷空气南下，冷空气活动活跃，有两条冷空气路径：一是西路冷空气，沿着乌拉尔山东部低压槽不断分裂南下，受巴尔喀什湖低槽影响转为偏西路径，经过柴达木盆地影响湖北；二是东路冷空气，由东北冷涡西侧的东北气流南下，沿着黄海低压影响湖北省。在东亚沿岸，有着明显的“+ - +”波列。副高较常年异常偏强，中心强度达到5 920 gpm，偏高40 gpm以上，西伸脊点达到110°E，较常年偏西10个经度以上，副高主体脊线位置略北，但西段偏南。对应低层风场可以看到，菲律宾附近对流层低层为异常反气旋控制，其西侧的西南气流将水汽输送至长江中下游；东北反气旋引导冷空气南下，使得冷暖气流正好在长江中下游交汇，带来丰沛的降水，造成湖北梅雨量异常偏多(图 5b)。

监测指标从量级上也显示出2020年的异常情况。图 6给出1961—2020年环流和水汽输送指数标准化时间演变图。2020年西太平洋副高强度标准化距平为2.75，排在1961年以来第二位，仅次于2010年；副高脊线西段方差标准化距平为-1.93，仅高于1991年的-2.0；欧亚经向环流指数为1.3，超过了1个标准差，位于21世纪以来的第2位；南北水汽通量差标准化距平为3.1，排在1961年以来第一位。这些指标均位于前列，表明：2020年影响湖北降水的南部系统—西太平洋副高强度强且南北位置稳定、水汽输送强盛，北部系统-中高纬经向环流发展，利于冷空气南下。在这种南强北强的环流配置下，冷暖空气在长江中下游交汇，致使梅雨锋偏强，长江中下游地区降雨明显偏多。

21世纪以来，湖北省强梅雨年还有2016年。2016年梅雨期间(6月19日—7月20日)，对于中高纬，欧亚500 hPa环流呈现“两槽两脊”型，乌拉尔山和贝加尔湖东北部为低压槽、贝加尔湖西北部和鄂霍次克海为高压脊；对于中低纬，副高偏强偏西偏南，菲律宾附近对流层低层为异常反气旋环流控制，由副高西南侧转向的水汽与东路弱冷空气配合，造成长江中下游地区水汽通量异常辐合，造成梅雨降水异常偏多(赵俊虎等，2018)。与2016年相比，2020年南北系统均偏强。北方系统强：欧亚经向环流指数监测显示，2016标准化距平指数为-0.65，而2020年为1.3，意味着2020年中高纬环流经向度加大，有利于冷空气南下，从上面的分析也可以看出，相较于2016年的东路弱冷空气，2020年冷空气路径分为东、西两路，势力相对强。南方系统强：2020和2016年副高强度分别位于1961年以来的第二位、第三位，可见2020年副高较2016年更强；且2020年副高位置更为稳定少动，表现为脊线方差小，而脊线方差与同期湖北平均降水相关系数为-0.37，通过0.01显著性水平检验，表明6—7月脊线位置的稳定少动是有利于湖北省降水偏多、梅雨强，例如1980、1991、1998年这些湖北省强梅雨年的副高脊线方差小，均位于序列的前8位；2020年水汽南北水汽通量差值也强于2016年，不过这也可能是时段选取所致，因为2016年的梅雨时段是6月19日—7月20日，而这里指数时间取值范围是6—7月。

3.3 海温的影响

大量研究结果表明，海温异常可以造成夏季副高、西风急流等环流系统出现异常(Huang and Wu, 1989；Yang et al., 2007；陈丽娟等，2013；刘倪和叶金印，2014)。2020年是El Niño结束年，也是印度洋海温明显偏暖的年份。根据国家气候中心ENSO监测显示，该El Niño事件于2019年11月开始并达到峰值0.6 ℃，2020年3月结束，为一次弱的中部型El Niño事件(图 7a)。印度洋海温的发展主要表现为两个特点。首先是热带全区一致的暖海温：全区一致海温指数(Indian Ocean Basin-Wide mode，IOBW)显示，从2019年11月开始至2020年8月指数一直维持在0.5~0.7 ℃，表现为持续的正异常(图 7b)。其次是南印度洋偶极子(SIOD)显示，2019年5月由前期正位相转为负位相，并一直维持到2020年8月(图 7c)。北大西洋海温三极子指数(NAT)正(负)位相，表现为热带北大西洋和副极地大洋海温偏低(高)、美国东部海域海温偏高(低)。监测显示NAT从2019年1月—2020年3月为正位相，从2020年4月开始转为负位相，且一直持续到了8月(图 7d)。

不同区域的海温异常状态对环流影响不尽相同。在El Niño衰减年的夏季，由于赤道中东太平洋异常暖海温已减弱，此时热带印度洋暖海温起着重要的“电容器”作用，加强西太平洋副高的强度(Yang et al., 2007)。南印度洋偶极子可通过两种途径对中国夏季降水造成影响，一是其异常可维持到秋季，影响来自印度洋和太平洋水汽输送通道上的量值和方向，从而改变进入东亚的水汽输送；二是改变西太平洋副高的位置和强度，对我国夏季降水造成影响(杨明珠和丁一汇，2007)。当北大西洋三极子处于负位相时，能够激发出一支向欧亚中高纬传播的遥相关波列，使得乌拉尔山地区对流层位势高度场偏高(Wu et al., 2009)。基于上述机理，结合2020年海温异常得到：2020年，受印度洋-太平洋海温热力异常状况影响，副高偏强，水汽输送增强；受北大西洋海温影响，欧亚中高纬阻塞明显。

从第2节分析可以看到，1969年与2020年有很多相似之处，湖北梅雨期长、雨量多及降水中心落区位于宜昌和鄂东。1969年对流层中层高度场显示，在欧亚中高纬阻塞明显，尤其是7月乌山和鄂海出现双阻形势，经向环流发展，东亚沿岸为“+ - +”结构，副高西伸明显、位置偏南，致使雨带稳定在长江中下游地区；海温监测显示，1969年为弱中部El Niño衰减、春季SIOD负位相、NAT负位相(图略)。可以看出，在环流和海温上，1969年和2020年也较为相似。不同之处在于1969年印度洋海温略冷，这主要是受年代际背景的影响，热带印度洋存在长期增暖趋势，在20世纪80年代之前以偏冷为主，之后以偏暖为主。而热带印度洋的“电容器”效应会随着全球变暖而增强，利于副高增强(Tao et al., 2014)。

4 结论和讨论

本文利用湖北省逐日降水量资料、NCEP/NCAR逐日资料和国家气候中心指数资料，分析了2020年湖北梅雨异常特征及其成因，得到以下结论：

(1) 2020年湖北省梅雨入梅偏早、出梅偏晚、持续时间长，梅雨期长度位于1961年以来第二位，仅次于1996年。梅雨期间，雨带维持稳定，总量异常多，为828.5 mm，是平均雨量的3倍，强度位于1961年以来第一位。

(2) 高空西风急流、副高和夏季风这些对流层高中低层系统的稳定配置，是造成湖北梅雨维持稳定、雨期异常长的主要原因。表现为：5月底，东亚高空西风急流加强北跳、副高脊线北跳至19°N以北，6月初夏季风北推至29°N以北，意味着由冬向夏的环流系统转换早，是造成入梅偏早的主要原因。西风急流北跳至40°N以北、副高北跳至26°N以北均发生在7月下旬，均较常年偏晚，导致了雨带持续维持在长江中下游，湖北省出梅晚。入梅早，出梅晚，梅雨维持稳定，雨期异常长。

(3) 受印度洋-太平洋海温热力异常状况影响，副高强；受北大西洋海温影响，欧亚中高纬阻塞明显。具体表现为：欧亚中高纬呈现两脊两槽的分布型，冷空气活动活跃、强度强，分西路、东路南下，副高强度强且位置稳定，西侧水汽输送强，北方强冷空气与南方暖湿气流正好在长江中下游交汇，南强北强造成湖北省梅雨多、强度异常强。

综合上述分析，梅雨异常与东亚夏季风系统息息相关：入梅早晚与大气环流系统由冬到夏的转换快慢密切相关，出梅早晚与夏季风系统进一步北进相关，梅雨量多寡则主要与南北系统是否能达到较好的配置及稳定维持有关。而东亚夏季风系统往往受到前期海温关键区外强迫异常的影响，副热带环流系统主要受到印度洋-太平洋海温热力异常影响，中高纬欧亚环流则受北大西洋海温影响。当处在印度洋海温偏暖、副高强的年代际背景下，叠加El Niño和北大西洋三极子的作用，要特别注意极端梅雨的发生。结合跟踪东亚夏季风系统演变对海温异常的响应，对梅雨预测和预报会更有指导意义。