华南位于中国南方低纬度地区，既是气候资源优越的地区，也是气象灾害频发的地区。近年来华南春旱有更加频繁的趋势，季节性连旱也时有发生，对工农业生产及生活用水等造成严重的影响。资料统计表明，华南的严重春旱往往是大范围的，而夏秋干旱往往此有彼无，发生时段也有所差异，不像春旱那么一致(鹿世瑾，1990)。春季也是农作物生长的重要时期。因此，研究华南春季降水变化特征及其影响因子和物理过程有着非常重要的意义。

目前，对华南旱涝的研究主要侧重于汛期(吴尚森等，1992；林爱兰等，1996；谢炯光等，1999；邓立平等，2002；郑彬等，2007)。由于所处季节时段不同，影响华南春季和汛期(包括前汛期和后汛期)降水的大尺度环流形势也就可能不同，如华南前汛期4—6月的前期一般受中高纬度锋面系统影响较多，而后期则主要受东亚夏季风的影响，但对春季而言，华南主要受中高纬度锋面系统影响较多。因此，华南春季降水的变化规律及其成因与汛期降水存在显著的差异。

在分析华南春季降水变化规律方面，纪忠萍等(2007)指出，20世纪90年代以来，广东春季严重干旱的发生呈增多趋势。郑彬等(2007)对比分析了华南前汛期前期锋面降水(性质上属于春季降水)和后期季风降水的空间分布特征，发现华南前汛期的锋面降水异常分布主要有3种类型，即全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型和东南涝(旱)西北旱(涝)型。以上的研究结果表明，华南春季降水具有明显的时空变化特征，年际、年代际变化显著，且在空间分布上也具有其独特性。

在影响华南春季降水的成因方面，热带海温异常成了众多学者关注的焦点。如任广成等(2008)研究表明，当前一年出现厄尔尼诺现象时，东南沿海3月降水偏多，反之，前一年出现拉尼娜现象，则东南沿海3月降水偏少。陆丹(2001)研究发现，1997—1998年强的ENSO变化是造成1998年秋至1999年春华南持续干旱的主要成因。谷德军等(2005)认为，Nino3 区的海温异常是预测广州春季降水最强的前兆信号，其与广州春季降水的显著正相关从前一年的11月一直稳定维持至当年4月，前冬Nino3区海温异常对广州春季降水的影响是通过影响春季北太平洋副热带高压(副高)和低层风场异常实现的。林爱兰等(2009)的研究还表明，广东的持续性干旱与热带太平洋两类不同海温异常有密切联系。此外，欧亚大陆中高纬度系统异常对华南春季降水的影响同样受到了学者的关注。一些研究表明，北半球极涡及中高纬度环流异常与广东和华南春季降水异常有密切联系(纪忠萍等，2007；张恒德等，2006；Wang et al，2002)。

也有学者从定量诊断的角度探讨了华南春旱的形成机理。如温之平等(2007)定量诊断分析了各动力热力因子对经向环流异常的贡献，结果表明，激发华南地区下沉和30°N附近上升的距平经向环流的主要因子有: 反映位置偏北的锋面对流活动的潜热加热，反映西风带扰动的经向温度平流，反映西风急流的纬向西风动量平流；华南春旱时大气环流的统计特征是乌拉尔山阻塞高压和副高均偏强。

也有很多学者就青藏高原对华南地区降水的影响进行了研究，并取得了一些成果。蔡学湛(2001)指出，青藏高原雪盖对华南前汛期降水的影响相当显著，前冬春多(少)雪有利于前汛期涝(旱)。郑益群等(2000)通过诊断和数值模拟研究得出，青藏高原积雪的增加将使夏季华南降水减少而江淮流域降水增多，并且，冬季积雪深度的增加比积雪面积的扩大和春季积雪深度增加对后期的气候影响更大。Wang等(2009)研究发现，青藏高原春季的植被与长江以北地区的降水成正相关，而与长江以南地区的降水成负相关，这种相关的主要成因是大气环流对由高原植被异常所产生的高原热源变化的响应。

迄今为止，尽管在华南春季降水的变异及其影响因子方面取得了一些研究成果，但也还有一些问题尚不清楚，如以往的研究一般分析春季3—5月总降水量，而华南春季降水的异常是由季节内各月的降水异常所造成的，那么春季各月的降水量异常情况是否存在同步性或者具有何种关联? 如果有，造成这种同步性的环流背景如何，物理机制又是什么？这些都是值得深入探讨及研究的问题。鉴于近年来华南春旱有频发的迹象，所以本研究只侧重华南春季内发生的干旱现象，相关的大气环流异常特征及其对华南干旱的影响机理。

用到的数据包括：(1)中国国家气候中心提供的1979—2008年全中国160站逐月降水量资料；(2)1979—2008年美国国家环境预报中心-能源部(NCEP-DOE)V2月平均再分析资料(Kanamitsu et al，2002)，包括高空17层风场(u、v、p坐标垂直速度ω)、温度、高度场资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，以及1979—2008年全球逐月地表温度资料，该资料以高斯格点形式存放；(3)美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的1979—2008年逐月ERSST V3b海表温度资料(Smith et al，2008)，水平空间分辨率为2°×2°。

从全中国160个站点中选取位于105°E以东及25°N以南区域的站点代表华南区域，在该区域中共有14个台站(图 1)，这些站点分布均匀，能较好地代表华南地区。

图 1 华南气象台站分布 Fig. 1 Location of meteorological the stations in South China

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首先分析华南春季降水的主要时空变异模态。选取图 1所示的华南区域14个站点的春季(3—5月)降水量序列，然后以求得的各站标准化降水距平序列为初始场，进行经验正交函数(EOF)分解。从经验正交函数分析得到前3个模态的方差贡献分别为51.1%、16.7%和8.1%。图 2给出了华南春季降水量经验正交函数分析的前两个模态的空间分布及其对应的时间系数曲线。从前两个模态的空间分布可以看出(图 2a、c)，华南春季降水量第1模态主要表现为全区一致型，但广东地区的值要比其他省份的值大，且两个极大值中心分别位于广东阳江市与河源—惠州一带，表明广东春季降水的年际变化要比其他省份明显得多。由于第1模态的方差贡献超过了50%，因此，可以代表华南春季降水的主要异常分布型。第2模态主要反映华南南部和北部的降水量有反相变化的特点，即广东春季西南部及广西南部降水偏多(少)，则其他地区春季降水量偏少(多)，极大值中心仍位于广东阳江附近。

图 2 华南春季降水量经验正交函数分析(a、c．第1、第2特征向量空间分布，b、d．第1和第2主分量，虚线为9年滑动平均曲线) Fig. 2 EOF analyses of the spring rainfall in South China(a) and (c)are the first mode and the second mode，respectively;(b) and (d)are for the first principle component and the second one，respectively，the dashed lines denote 9-year running mean values

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从对应的时间系数曲线可以看出，第1主分量(图 2b)以年际变化为主，且在1990年前后其振幅和均值有较为明显的年代际变化(振幅增大，前后段均值由正变为负)，从整体来看，整个序列也存在着较为明显的下降趋势。结合第1特征向量场的空间分布(图 2a)，第1主分量在20世纪90年代初由正转负的年代际变化表明，华南地区的春季降水量自90年代起进入了一个年代以上尺度的少雨期，易发生干旱灾害。Yuan等(2010)的研究表明，华南前汛期(4—6月)的总雨量逐年变化与暴雨雨量的逐年变化相关密切，而且，前汛期锋面暴雨雨量自80年代中期以后有明显的减少趋势。由于春季降水主要由锋面系统造成，由此可推断，上述第1主分量显示出的华南春季降水下降趋势与华南锋面暴雨过程的减少有关。第2主分量(图 2d)也以年际变化为主，但趋势变化不明显。3.2 华南春季各月降水量年际变化和季降水量变化的关系

上述经验正交函数分析结果表明，华南春季降水的主要变异模态是全区同号变化，因此，可以用华南区域平均的降水量时间序列来分析华南春季的旱涝。

首先分析华南春季各月降水逐年变化的关联性。通过计算可知，华南3月的降水量与4、5月的降水量的相关系数都较低，只有0.13和0.27，均未通过95%的信度检验；而4、5月降水量的相关系数达0.44，且通过95%的信度检验，说明华南4、5月降水的逐年变化在统计上具有显著的同步性。由于本文侧重华南干旱现象的分析，根据4、5月华南区域平均标准化降水距平序列，以-0.75为阈值选出华南4、5月降水均异常偏少年作为持续偏旱年，共有1991、1994、1995及2002年4个年份(表 1)，可发现在选出来的4个4—5月持续偏旱年份里，对应的华南春季(3—5月)总降水量亦均偏少(标准化距平值小于-1)，而对应的3月的标准化距平值虽然也都为负距平，但不如4、5月明显，即华南春季干旱主要是由华南4—5月持续偏旱造成的，而与3月的降水异常关系不大。

上述分析表明，华南4—5月持续干旱对华南春旱的发生起主要作用，那么与此相对应的环流形势如何？为此，对华南4—5月持续干旱年(以下简称干旱年)的环流场进行分析，以便了解导致华南春旱的主要环流系统及其分布特征。

首先，分析干旱年低空850 hPa的流场距平(图 3)可知，4月(图 3a)在乌拉尔山附近上空为强大的距平反气旋(中心位于60°N，70°E附近)，而在东北亚为距平气旋，副热带西北太平洋上空则存在一个距平反气旋，华南就位于该反气旋的西南端且低空伴随较为明显的辐散，因此，华南4月降水偏少。至5月(图 3b)，欧亚大陆上空大范围的反气旋已经开始减弱，而原本位于副热带西北太平洋上空的大尺度反气旋分成了两部分，一部分仍在中国东南沿海附近，另一部分移动到了副热带中太平洋，而原本位于东北亚地区的距平气旋东扩至阿留申附近形成一新的强大距平气旋。由于华南—南海地区上空的距平反气旋仍然存在，因而导致华南5月降水亦偏少。

图 3 华南4—5月持续干旱年合成的850 hPa距平流场(矢线)及其散度 (a．4月，b．5月;阴影部分代表负散度区) Fig. 3 Composite anomalies of the horizontal wind and divergence at 850 hPa for the persistent spring drought cases in April to May in South China ((a)April and (b)May; the shaded areas denote negative divergence)

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从华南干旱年中层高度场的异常特征(图 4)可以看出，4月(图 4a)，在乌拉尔山附近出现大范围的显著正距平，而在中国东部至日本以东地区也同样为明显正距平，对比气候平均的高度场分布(图 4c)可看出，以上异常分布形势表明东亚大槽南支偏弱，不利于中高纬度冷空气的南下和中低纬度系统的相互作用，因此，不利于华南4月降水。而至5月(图 4b)，乌拉尔山附近的位势高度正距平有所减弱，华北的正距平变为负距平，阿留申附近出现较大的负距平，而东亚大槽的南支部分仍然为正距平，结合气候平均高度场(图 4d)的东亚大槽的分布，表明东亚大槽南端偏弱，致使中高纬度冷空气仍不易南下，故5月华南降水也偏少。

图 4 华南4—5月持续干旱年500 hPa位势高度距平(单位：gpm)合成场 (a、b．4、5月距平，c、d．4、5月30 a气候平均位势高度场;阴影为通过95%信度检验) Fig. 4 Composite anomalies of the geopotential height at 500 hPa for the spring drought cases in South China for (a)April and (b)May(In(a)the shaded areas are significant at 95% confidence level) and the climatologically mean geopotential height at 500 hPa in April and May，respectively((c) and (d)s unit: gpm)

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降水的异常通常与大气垂直运动的异常直接相关。图 5给出了华南春旱年4、5月合成的p坐标垂直运动距平场。4月在华南至南海中北部为正距平区(图 5a)，表明存在异常的下沉运动，导致华南降水偏少，而在长江流域则为负距平，表明存在异常的上升运动，致使降水偏多。5月(图 5b)，正距平区域从华南扩大到了江淮一带，这种异常的下沉运动同样也导致华南5月降水偏少。

图 5 华南4—5月持续干旱年500 hPa垂直速度距平合成场(单位：10-3Pa/s)(a．4月，b．5月；阴影区为通过95%信度检验) Fig. 5 Composite anomalies of 500 hPa vertical velocity(10-3Pa/s)for the April-May persistent drought case in South China(The shaded areas are significant at the 95% confidence level)((a)April，and (b)May)

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图 6为合成的干旱年4、5月200 hPa水平风距平场。4月(图 6a)，在欧洲北部上空出现强大的异常反气旋，并在其东南侧出现异常气旋，而在东亚上空又是一个异常反气旋，华南正好处于该异常反气旋南部的辐合区，不利于降水的发生，从而导致春旱。环流异常表现出一种西北—东南向的波列结构，而这种波列结构在低层风场(图 3a)和中层位势高度场(图 4a)也都有类似的特征。5月高层环流异常型(图 6b)与4月的形势(图 6a)相似，但各异常气旋和异常反气旋的中心有差异，此外，异常环流的强度偏弱，不如4月强。

图 6 华南4—5月持续干旱年200 hPa的水平风距平(矢线)及散度合成场(a．4月，b．5月；阴影部分表示散度负值区) Fig. 6 Composite anomalies of horizontal wind and divergence at 200 hPa for the April-May spring drought cases in South China((a)April，and (b)May; the shaded areas denote negative divergence)

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上述4、5月欧亚大陆上空高低层较相似波列结构异常环流的持续性对华南4—5月持续性干旱的发生非常重要，尽管5月中高纬度异常环流的作用有所减弱。

此外，分析了华南4—5月持续干旱年的水汽输送异常特征。就气候平均而言，4—5月输送到华南地区的水汽主要来源于热带西北太平洋东风带、孟加拉湾南部的热带北印度洋西南风带和青藏高原南侧的副热带西风带(图略)。从干旱年水汽通量距平场(图 7)可看出，在长江以南地区上空出现一个反气旋式水汽距平通量，源于孟加拉湾南部的热带北印度洋西南风带和青藏高原南侧的副热带西风带的水汽都有所减弱，而源于热带西北太平洋的东风带水汽输送增强，经华南地区转向北上继续输送到长江一带，并在长江及黄河流域之间出现异常的辐合，造成该地区降水偏多，而流经华南上空的水汽虽然有所增强，但却出现辐散异常，从而导致降水偏少和干旱的发生。

图 7 华南持续干旱年4—5月平均垂直积分水汽通量距平场(矢线)及散度合成场(阴影部分表示散度负值区) Fig. 7 Composite anomalies of vertically integrated water vapour flux and divergence averaged over April-May for the persisitent drought cases in South China(the shaded areas denote negative divergence)

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海温异常是导致大气环流异常非常重要的外强迫因子。本节将分析与华南4—5月持续干旱相关的海温异常特征及其对华南春旱的影响。

图 8为根据第3节划分的干旱年进行合成得出的前一年12月至当年5月的海表温度距平，日本东面的北太平洋海温正距平从前一年12月就已经存在并一直持续到春季结束，而且，极大值中心随时间有东移的特征；而热带中太平洋地区的海温正距平在前一年的12月也已出现，并持续到当年5月，且海温距平可达到0.8℃；赤道东太平洋的海表温度则显示出弱的负距平。此外，在北太平洋正海温距平带和热带中太平洋的正海温距平区之间为较弱的负海温距平区。从上述结果看，在华南4—5月持续干旱年，热带中太平洋、北太平洋地区的海温正距平从前一年的12月一直持续到5月。

图 8 华南4—5月持续干旱年前一年12月至当年5月海温距平(单位：℃)合成场(a．前一年12月，b—f．当年1、2、3、4、5月；阴影区为通过95%信度检验) Fig. 8 Composite monthly mean anomalies of the sea surface temperatures(℃)for the April-May persistent drought cases in South China((a)previous December;(b)to(f)are corresponding to January to May. The shaded areas are significant at 95% confidence level)

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此外，进一步分析华南4—5月持续干旱年赤道中太平洋正海温距平的演变特征发现，1991、1994和2002年的春季都是赤道中太平洋海温增暖型事件(中部型厄尔尼诺)的发展期，只有1995年春季是赤道中太平

洋海温增暖型事件的衰减期(图略)。Feng等(2010)的研究表明，在衰减阶段，赤道中太平洋增暖事件对华南春季降水没有显著的影响。这些结果也说明在赤道中太平洋增暖事件的发展阶段和衰减阶段，海温异常对华南春季降水的影响作用不同。

上述分析表明，热带中太平洋、北太平洋中部区域的海温正距平与华南春季4—5月降水持续偏少相关。那么，这种海温距平又如何影响4—5月大尺度环流场，进而导致华南春旱？

图 9给出了干旱年4月高低层辐散风分量距平场的分布。对比图 9a、8e可以发现，4月热带中太平洋的海温正距平区域850 hPa层存在辐散风的辐合异常，使得上升运动加强(图 5a)，说明热带中太平洋较暖的海温可强迫其上空出现异常的上升运动。根据Gill(1980)关于大气对热带异常热(冷)源响应形式，在热(冷)源的西侧由于罗斯贝波响应，形成赤道南、北两个异常气旋(反气旋)环流。赤道中太平洋地区海温正距平，相当于大气有一加热源，因此，在热带西太平洋赤道南、北两侧形成气旋性环流异常，其中，南侧气旋性环流位于澳大利亚北侧，北侧气旋性环流位于中国南海南部至菲律宾以东洋面(图 3a)，造成菲律宾及其以东洋面上空低层大气出现辐合异常，并和热带中太平洋的辐合区连成一片。从高层辐散风距平场(图 9b)可知，该片低空辐合区的对流层高层正好有辐散区与之对应；此外，菲律宾附近向北的距平辐散风和中国南方向南的距平辐散风在南海中北部和华南地区上空汇合，造成华南上空有距平下沉运动，致使华南少雨偏旱。5月的热带中太平洋海温正距平影响华南干旱的过程也有类似的结果(图 8f、10a、10b)，但两个位于赤道南北侧的气旋性环流均较4月的位置偏东(图 3b)，加之南海上空低层处于偏北风距平控制，减弱了南海、西太平洋向华南的水汽输送，易导致华南少雨。

图 9 华南4—5月持续干旱年4月(a)850 hPa和(b)200 hPa速度势(等值线间隔2×105m2/s，虚线为负值)及辐散风距平(矢线，阴影区为辐合区，非阴影区为辐散区)合成场 Fig. 9 Composite anomalies of velocity potential function(contour) and divergent wind(vector，m/s)over April at 850 hPa(a) and 200 hPa(b)for the April-May persisitent drought cases in South China(The interval of velocity potential contours is 2×105m2/s，the dashed lines are negative; and the convergent areas are shaded)

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图 10 同图 9，但为5月 Fig. 10 As in Fig. 9 but over May

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分析了华南春季各月降水量逐年变化的相互关系以及华南4—5月持续性干旱对应的大气环流异常特征，初步探讨了与华南4—5月持续性干旱有关的海温异常及其可能的影响机理，得到的主要结论如下：

华南春季降水量主要变异型为全区一致型，在近30年来华南春季降水量呈现减少趋势。华南4、5月降水的逐年变化有显著的同相特征。华南春旱主要是由4—5月的降水量持续偏少造成的。

在华南4—5月持续干旱年，4、5月在华南高低空附近都存在着一个异常的反气旋，在华南低空伴随着异常辐散，而在高空则是异常辐合，有利于异常下沉运动的产生和维持；高度场上，在乌拉尔山附近出现大范围的正距平，而在中国东部至日本以东地区同样为明显正距平，使得东亚大槽南支偏弱，不利于中高纬度冷空气的南下，因此，不利于华南春季降水的发生。

与华南4—5月持续干旱相关的热带中太平洋、北太平洋地区的海温持续异常偏高可以从前一年的12月一直持续到当年5月。热带中太平洋的持续海温正距平通过影响其西侧的热带大气，造成异常的上升运动，进而导致南海北部和华南地区上空出现异常的下沉运动，致使华南出现干旱。此外，4、5月在欧亚大陆上空持续出现西北—东南向波列状的环流异常对华南4—5月持续干旱也有显著的影响。所以，4—5月华南持续干旱与前期就开始持续异常升高的热带中太平洋的海温异常以及欧亚大陆上空持续的环流异常有密切联系。

关于亚欧大陆上空的异常环流波列，很自然会让人联想到其是否与欧亚大陆的雪盖异常有关。Wu等(2007)的研究表明，春季青藏高原附近及西西伯利亚的雪盖与华南春季降水量显著正相关，其中，西西伯利亚(55°—65°N，60°—90°E)的雪盖与华南春季降水的显著相关范围大于青藏高原(30°—40°N，80°—100°E)雪盖与华南春季降水显著相关范围，后者的范围只占华南的小部分区域。本研究也对华南持续干旱年4—5月的欧亚大陆雪盖异常情况进行了合成分析，结果表明(图略)，青藏高原及附近地区的雪盖变化不显著，而西西伯利亚地区的雪盖显著偏少，这与Wu等(2007)的结果相一致，但是，他们也指出西西伯利亚地区的雪盖异常是对局地环流异常的响应，欧亚大陆上空的环流异常可能是由高纬度的遥强迫造成的，这尚需进一步探讨。此外，对华南4—5月持续干旱年东亚及太平洋地区上空对流层中上层的温度距平场进行合成的结果表明(图略)，虽然在青藏高原东部至华东上空有正距平，在同纬度带的西北太平洋上空有负距平，但这些距平却不显著(数值较小，亦未通过95%信度检验)，说明华南4—5月干旱年，青藏高原及附近陆地上空大气的热力异常并不显著；相反，华南4—5月偏涝年份的合成图(图略)显示出，在青藏高原上空有显著的温度负距平。这些结果说明，对华南4—5月旱涝年而言，在旱年与涝年东亚及附近的大气热力异常特征并非对称。此外，Zhou等(2010)的研究结果表明，4—5月亚洲—太平洋涛动对中国4—5月东中部的降水有显著影响，但对同期华南的降水影响不显著，虽然有微弱的负相关。

综上所述，本研究仍有一些问题需进一步探讨：中高纬度大气环流和热带环流系统的异常对华南4—5月持续性干旱影响作用的相对重要性如何？欧亚大陆中高纬度环流系统的异常与何种外强迫有关？均都有待进一步的研究。