众所周知，大尺度大气环流持续异常是导致持续性降水异常的直接原因^[1]，而大气低频振荡对持续异常环流的形成和维持起着十分重要的作用^[2]。大气低频振荡主要包括准双周振荡（10~20 d）和季节内振荡（30~60 d）^[3]，它存在于全球范围^[4]，也表现出明显地域性特征^[5-6]。大气低频振荡对持续性降水异常的作用使得持续性降水同样具有显著的低频振荡特征。我国东部洪涝灾害很大程度上与大气低频振荡有关，特别是长江中下游和华南地区的降水与大气低频振荡及其传播密切相关^[7]。

华南位于南海季风区，受热带季风和副热带季风的共同影响，季风气候特征显著^[8-9]。该地区4—6月称为华南前汛期，是华南地区最重要的强降水时段，占全年总降水量的40%~50%或更多，常伴有频繁且严重的自然灾害发生^[10]，做好华南前汛期降水延伸期预报对保障国民经济和人民生命财产具有重要意义^[11-12]。大量研究证实，大气低频振荡与华南汛期低频降水事件关系密切。如：1994年华南地区的持续性暴雨过程和热带对流活动的30~60 d低频振荡从南海向北传播有很好的对应关系^[13]；1999年广东汛期降水的10~20 d振荡与850 hPa上自热带地区传来的低频环流系统的活动密切相关^[14]；2005年6月18—23日华南持续性暴雨既与热带季风季节内振荡向北传播到华南^[15]、也与热带西太平洋对流的10~25 d低频振荡从150 °E附近西传到120 °E有关^[16]。当热带大气季节内振荡主要在印度洋，西太副高更偏西，华南夏季的水汽和上升运动增强；当热带大气季节内振荡进入西太平洋，副高东撤，华南夏季的水汽和上升运动减弱^[17]。信飞等^[18]研究指出，华南前汛期降水主要以10~20 d准双周振荡为主，低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应，高、低纬度低频风场同时向华南地区传输，会产生极强的降水。梁巧倩等^[19]研究则指出，华南汛期降水主要有7~20 d和60 d左右的周期振荡，广东汛期的明显降水过程主要出现在60 d左右低频振荡的正位相中；前汛期850 hPa正涡度主要是由南往北传播到达华南，500 hPa正涡度自西往东传播；200 hPa散度在前汛期有自南往北传播的特征。广东2—3月持续低温阴雨主要与18 d以上的周期振荡有关，尤其与45 d以上的季节内振荡强度变化密切相关，乌拉尔-贝加尔湖以西的阻塞高压可作为广东出现长低温阴雨的500 hPa前兆信号^[20]。Pan等^[21]研究指出，10~20 d振荡是大多数年份华南春雨的主要低频振荡。高低空低频环流在垂直方向上的紧密耦合有着决定性的影响，而青藏高原的动力和热力强迫则起着十分重要的调制作用。关于2010年华南汛期降水低频特征及成因有许多研究工作：如张耀华等^[22]研究了2010年南方持续暴雨期大气环流异常及其低频特征发现，东亚夏季风在季节性推进过程中不同尺度的低频振荡正位相叠加，使长江中下游梅雨和华南前汛期延迟结束；加里曼丹岛和菲律宾南部附近地区的大气准双周低频振荡的产生及其西北向传播对2010年10月海南岛的两次持续性暴雨过程有重要的影响^[23]；华南前汛期典型涝年（2010年）存在显著10~20 d和较弱30~60 d低频振荡，典型旱年（2004年）存在10~20 d、20~30 d与30~60 d三个低频周期，典型旱、涝年相关低纬和中高纬高低层大气低频环流相互作用及传播特征、低频振荡源地存在显著差异。就典型涝年（2010年）而言，存在两个主要的低频水汽通道：（1）南印度洋-索马里-阿拉伯海-孟加拉湾-华南的西南低频暖水汽输送通道；（2）赤道中太平洋-菲律宾群岛-南海-华南的东南水汽通道，并指出涝年华南前汛期低频降水与低频冷空气的关系极为密切^[24-25]。2010年福建前汛期降水具有30~45 d低频周期^[26]。近期研究指出，2013年华南前汛期降水呈现20~50 d低频振荡特征，是受北方低频冷空气和南方低频水汽输送的共同作用所致^[27]。华南多年平均夏季降水呈显著10~20 d低频振荡^[28]。10~30 d是华南汛期降水的主要低频周期，异常环流型控制着持续性强降水的强度和位置，从而决定异常凝结潜热的演变特征。异常凝结潜热则是通过影响涡度倾向变化而对大气环流有一个反馈作用^[29]。另外，许多学者还关注了南半球系统，如南半球马斯克林高压系统强弱的演变过程对应着华南降水多雨带的转移方向^[30-31]。

综上所述，前人对华南汛期降水低频特征及相关影响因子作了大量研究工作，但大多只对华南夏季降水、华南个别测站或对华南前汛期个例年份的降水低频特征进行研究，而综合分析华南前汛期多个典型涝年降水的低频特征及其影响机制的研究很少。故本文将重点研究华南前汛期9个典型涝年降水的低频特征，进一步揭示低频水汽输送对低频降水的影响途径，并采用HYSPLIT模式^[32]模拟验证诊断分析所得到的水汽输送路径，为华南前汛期低频降水的延伸期预报提供参考依据。

本文所用资料包括：（1）NCEP/NCAR全球逐日再分析风场、比湿资料，时段为1961—2013年，分辨率为2.5 °×2.5 °；（2）NOAA同期驱动轨迹模式HYSPLIT资料（ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/reanalysis/）；（3）国家气象信息中心提供的1961—2013年共53年中国753站逐日降水资料。本文选取105~120 °E，20.0~27.5 °N作为华南区域，区域内86个测站代表华南地区（图 1），其4—6月作为所研究的前汛期。

图 1

图 1 华南86个代表站的站点分布

采用小波、带通滤波等统计方法^[33]研究华南前汛期降水及水汽通量的主要低频振荡特点，利用位相合成法^[24]、时滞相关法^[34]分析低频降水与低频水汽输送的关系，采用水汽后向轨迹模式（HYSPLIT模式）^[32]模拟水汽源地及输送路径。

图 2给出1961—2013年华南前汛期区域平均总降水量标准化时间序列，以+1为标准，选取1962、1968、1973、1975、1993、2001、2005、2008、2010年9年作为华南前汛期的典型涝年，以研究这些涝年的华南前汛期降水的低频特征。

图 2

图 2 1961—2013年华南区域平均前汛期总降水量标准化时间序列

由华南9个典型涝年平均的前汛期总降水量及空间偏差分布（图 3）可知，华南东部和南部是华南前汛期涝年降水集中地，中心位于广东和广西（简称两广）的东部地区和闽赣交界北部，尤其以广东省最显著（图 3a）。降水偏差最大区域位于广西东北部、广东中部以及闽赣交界北部地区，主要形成两个偏差显著异常中心，一个是两广地区的广东佛冈站，其9个典型涝年平均前汛期总降水量达1 424 mm，正偏差达650 mm；另一个是闽赣地区的江西广昌站，其涝年平均前汛期总降水量达1 069 mm，正偏差达317 mm（图 3b）。

图 3

图 3 华南9个典型涝年平均的前汛期总降水量（a）及空间偏差分布（b，·表示偏差值≥200的站点） 单位：mm。

兼顾站点分布相对均匀性的原则，在总降水量大值区和正偏差显著区（单站偏差值≥200 mm的区域，图 3b）选出21个典型站点作为进一步研究的对象。分别对这21个站点的9个典型涝年平均的前汛期降水量做小波分析发现（表 1），涝年降水低频周期具有地域差异，表现为两广地区低频振荡周期主要为10~20 d，闽赣地区存在10~20 d和30~60 d两个振荡周期，其中30~60 d比较显著。对21站区域平均后的典型涝年平均的前汛期降水量做小波分析显示，10~20 d是降水的显著低频振荡周期，低频降水主要发生在5、6月。

表 1

表 1 华南前汛期各代表站9个典型涝年平均降水量的低频振荡周期 站名 省区 经纬度（°E，°N) 周期/d 广昌 江西 116.33, 26.85 10~15、20~50 南平 福建 118.17, 26.65 10~25、30~50 绍武 福建 117.47，27-33 10~15、30~50 泰宁 福建 117.17, 26.90 10~15、25 ~60 屏南 福建 118.98, 26.92 20 ~50 连县 广东 112.38，24-78 30 ~50 韶关 广东 113.60, 24.68 30 ~50 佛冈 广东 113.53, 23.87 10 ~20 连平 广东 114.48，24.37 10 ~20 广州 广东 113.33，23.17 10 ~20 河源 广东 114.68, 23.73 10 ~20 增城 广东 113.83, 23.33 10 ~20 惠来 广东 116.30, 23.03 10 ~20 信宜 广东 110.93, 22.35 10 ~30 台山 广东 112.78, 22.25 10 ~15 汕尾 广东 115.37, 22.80 10 ~15 阳江 广东 111.97，21.87 10 ~50 上川岛 广东 112.77, 21.73 10 ~30 蒙山 广西 110.52, 24.20 10 ~15 桂林 广西 110.30, 25.32 10 ~15 东兴 广西 107.97, 21.53 10 ~25 21站平均 10 ~20

表 1 华南前汛期各代表站9个典型涝年平均降水量的低频振荡周期

由于不同年份降水分布存在空间差异，分别对华南前汛期9个典型涝年的降水做空间偏差，选取偏差值＞100 mm的站点作为该涝年的典型站点，求各涝年这些站点的区域平均逐日降水序列，并分别对各逐日降水序列进行小波分析，以了解华南前汛期各典型涝年的降水低频特征（图 4），表 2同时列出各典型涝年的显著周期。可见，华南前汛期典型涝年降水低频振荡的主要周期为10~20 d和30~60 d，而10~20 d更显著，主要存在于5、6月。当30~60 d低频分量与10~20 d低频分量正（负）位相叠加，低频降水增强（中断）；若两个低频分量反位相叠加，低频降水减弱。

图 4

图 4 华南前汛期9个典型涝年逐日降水序列小波分析（左图，阴影区通过α=0.1的显著性检验）、华南前汛期逐日降水序列（直方图）及其10~20 d（实线）、30~60 d（虚线）的滤波曲线（右图） 单位：mm。

表 2

表 2 华南前汛期典型涝年区域平均降水量低频振荡周期 典型年份 周期/d 1962 10~30 1968 10~50 1973 10~20、30~50 1975 10~20 1993 10~20、40~60 2001 20~30 2005 10~40 2008 10~25 2010 10~20、30~50

表 2 华南前汛期典型涝年区域平均降水量低频振荡周期

参考文献[24]，对华南前汛期9个典型涝年未滤波的区域平均逐日降水序列分别与850 hPa未滤波的纬向、经向水汽通量场作同期相关分布（图略），选取与降水呈正、负相关最显著的区域，分别将该正、负相关区的水汽通量区域平均，取其差值（正相关区减去负相关区），定义为纬向水汽通量指数（QUI）和经向水汽通量指数（^QVI），具体区域如表 3、4所示。

表 3

表 3 纬向水汽通量指数（QUI）的计算区域 年份 正相关区（°E，°N) 负相关区(°E，°N) 1962 105.0~120.0, 17.5~22.5 105.0~120.0, 27.5~32.5 1968 112.5~125.0, 20.0—25.0 112.5~125.0, 30.0~32.5 1973 110.0~122.5, 20.0-25.0 110.0~122.5, 27.5~32.5 1975 107.5~122.5, 17.5~22.5 105.0~120.0, 25.0~30.0 1993 102.5~112.5, 12.5-20.0 102.5~112.5, 25.0~30.0 2001 115.0~125.0, 20.0-27.5 115.0~125.0, 30.0~37.5 2005 112.5~122.5, 20.0~22.5 112.5~122.5, 27.5~35.0 2008 107.5~120.0, 17.5~22.5 100.0~112.5, 25.0~30.0 2010 107.5~120.0, 17.5~22.5 105.0~115.0, 25.0~30.0

表 3 纬向水汽通量指数（QUI）的计算区域

表 4

表 4 经向水汽通量指数（QVI）的计算区域 年份 正相关区（°E，°N) 负相关区（°E，°N) 1962 117.5~130.0, 20.0~25.0 100.0~107.5, 20.0~25.0 1968 112.5~122.5, 12.5~25.0 100.0~105.0, 12.5~25.0 1973 117.5~130.0, 22.5~27.5 102.5~112.5, 22.5~27.5 1975 110.0~120.0, 15.0~20.0 102.5~112.5, 25.0~30.0 1993 112.5~125.0, 20.0~30.0 100.0~110.0, 20.0~30.0 2001 110.0~120.0, 15.0~25.0 100.0~110.0, 20.0~30.0 2005 120.0~130.0, 20.0~25.0 102.5~112.5, 22.5~30.0 2008 112.5~125.0, 17.5~25.0 100.0~117.5, 17.5~25.0 2010 107.5~120.0, 17.5~22.5 102.5~107.5, 17.5~27.5

表 4 经向水汽通量指数（QVI）的计算区域

根据上述计算区域，分别对华南前汛期9个典型涝年的QUI和QVI逐日时间序列做小波分析（表 5）。可见，QUI和QVI都存在显著的10~20 d显著低频周期，与对应典型涝年降水的低频振荡周期基本相对应。再对它们分别进行10~20 d带通滤波，并与相应的10~20 d降水低频滤波序列对比（图 5）。QUI、QVI 10~20 d滤波曲线的峰、谷与10~20 d低频降水的峰、谷能较好对应，低频降水与同频域的低频QUI和QVI存在较好的正相关关系。

表 5

表 5 华南前汛期典型涝年850 hPa QUI、QVI的低频振荡周期 典型涝年 纬向水汽通量/d 经向水汽通量/d 1962 10~20 10~20 1968 10~30 10~20 1973 10~20 10~15 1975 10~15 10~25 1993 10~15 10~15 2001 10~25 10~20 2005 10~20 10~20 2008 10~25 10~20 2010 10~25 10~20

表 5 华南前汛期典型涝年850 hPa QUI、QVI的低频振荡周期

图 5

图 5 9个典型涝年4—6月逐日降水10~20 d滤波序列（直方图，单位：mm，左坐标）及850 hPa 10~20 d QUI（绿实线）、QVI（紫虚线）低频滤波曲线（单位：kg/(hPa·cm·s)，右坐标） 短虚线表示低频降水序列0.5倍标准差，2010图中数字表示低频振荡的位相。

将一个波动周期分为8个位相^[24]，如图 5的2010图中所示，其中位相3和7对应波动的活跃和中断位相。本文依据9个典型涝年4—6月逐日10~20 d低频降水序列，以0.5个标准差为基准选取低频降水过程，依据各次过程的8个位相，将对应的水汽通量进行8位相合成分析，以此了解低频水汽输送对低频降水的影响。低频水汽通量是先用未滤波的850 hPa比湿、风的原始资料计算得到水汽通量，再进行10~20 d滤波而得。

图 6给出了8个位相850 hPa的低频水汽通量合成场。位相1（图 6，Phase1）时波动由中断位相转向活跃位相，可见，偏西方向：马斯克林反气旋式水汽环流开始增强，阿拉伯海西北、东南部有一气旋-反气旋式水汽环流对，澳洲、苏门答腊岛以西的印度洋到孟加拉湾依次排列着气旋-反气旋-气旋式水汽环流，中南半岛有一反气旋式水汽环流，其北侧有自里海-阿拉伯海北部-印度半岛到达的偏西气流向我国西南方向输送水汽。偏东方向：在新几内亚岛附近有一反气旋式水汽环流，其与西北太平洋反气旋式水汽环流之间的偏东气流向中国东部输送水汽。华南沿海地区有一弱气旋式水汽环流，来自上述两个路径的水汽在此处辐合。注意到，偏北方向：贝加尔湖附近有一弱气旋式水汽环流，它的发展将影响中高纬度冷空气南下。故该位相已初步形成有利于低频降水的环流背景。位相2（图 6，Phase 2），偏西方向：马斯克林低频反气旋式水汽流加强西扩，阿拉伯海环流对加强，范围扩大，使得来自索马里越赤道暖湿气流和里海的偏北冷湿气流开始增强；苏门答腊岛西部印度洋的反气旋式水汽环流加强北扩，使得苏门答腊岛附近的越赤道水汽流增强；这些水汽环流系统共同使得来自里海、赤道西印度洋、阿拉伯海的水汽沿青藏高原南部向东输送，并与来自赤道东印度洋的水汽汇合，越过中南半岛到达我国华南及沿海地区。偏东方向：新几内亚附近的反气旋式水汽环流增强，西北太平洋反气旋式水汽环流也增强东移，使得北太平洋中部的气旋式水汽环流增强，后两者交界处的偏东水汽流，将西北太平洋冷湿水汽输送到华南地区。偏北方向：贝加尔湖东部的气旋式水汽环流显著增强，其西侧偏北气流有利于北方冷空气到达我国北方地区。华南的气旋式水汽环流增强，把来自西部和东部的暖湿和冷湿水汽在华南辐合，形成有利于华南低频降水的水汽条件。在极端活跃位相（图 6，Phase3），偏西方向：马斯克林反气旋水汽环流向西北移动扩展，加强了索马里越赤道水汽流，孟加拉湾北部的气旋式水汽环流减弱，使得自里海方向、赤道西印度洋经阿拉伯海、青藏高原南侧的西风水汽流增强；经苏门答腊岛的越赤道水汽流也进一步增强，二者汇合，经中南半岛输送到华南及沿海。偏东方向：在Phase1~2位于新几内亚东部的气旋式水汽环流，在Phase3已经北移到菲律宾海以东洋面，与位于北太平洋中部的气旋式闭合水汽环流结合为一体，西北太平洋反气旋式水汽环流东移，使得二者之间偏东气流将西北太平洋更多冷湿水汽输送到华南。偏北方向：贝加尔湖东部的气旋式水汽环流加强并向东南移到长江及沿海以北地区，其西侧气流把中高纬冷空气输送到华南。华南地区的气旋式水汽环流将来自偏西、偏东水汽及北方的干冷空气辐合，致使华南地区形成低频强降水。位相4（图 6，Phase4），偏南方向：马斯克林反气旋式水汽环流继续北移，但强度已明显减弱；阿拉伯海的环流对显著减弱，Phase3中出现在赤道印度洋中部的气旋式水汽环流更强，使得索马里越赤道水汽流无法继续向东输送；苏门答腊岛西部的反气旋式水汽环流大幅增强北移，占据了整个孟加拉湾，华南的气旋式水汽环流南移，二者使得经青藏高原南侧的水汽大部分输送到南海及菲律宾。偏东方向：Phase3时位于贝加尔湖东南侧的气旋式环流北缩并东移出海，菲律宾气旋式环流位于华南沿海，二者使得到达华南的偏东水汽流减弱，前者也使得华南大部为偏北气流控制，低频降水开始减弱。位相5~8（图 6，Phase5~8）水汽环流分布基本与位相1~4（Phase1~4）相反。特别地，在低频降水中断位相（Phase7），偏南方向的水汽流向自东向西，背离华南；偏东方向，菲律宾-北太平洋中部的反气旋式水环流也不利于西太平洋水汽输送到华南；偏北方向：贝加尔湖东南为反气旋式环流控制，不利于北方冷空气南下；华南局地也为反气旋式水汽环流控制，不利于水汽辐合上升，从而造成低频降水中断。

图 6

图 6 1~8位相850 hPa低频水汽通量合成场 kg/(hPa·cm·s)。阴影区通过α=0.02的显著性检验。

为探讨影响低频降水的低频水汽输送途径，寻找水汽源地和水汽输送通道，计算了超前、滞后8 d的低频水汽通量与低频降水的时滞相关系数（图 7）。通过上节分析大致可知，到达华南的水汽纬向有来自偏西和偏东方向的，经向有来自偏南和偏北方向的（来自北方的主要是冷空气），故寻找水汽源地，纬向、经向水汽通量西（东）部、南（北）部关注正（负）显著相关区，通过考察这些显著相关区的移动路径，并进行经、纬向综合，以此判断低频水汽的输送路径，确定水汽源地。

图 7

图 7 华南前汛期9个涝年10~20 d滤波的低频降水时间序列与850 hPa低频水汽输送通量时滞相关系数 阴影区和等值线分别为低频降水与低频纬向（阴影）、经向（等值线）水汽通量相关系数通过α=0.05显著性检验的区域，负（正）时滞天数表示水汽输送通量超前（落后）于低频降水，矢量场为各时滞时间对应前汛期平均低频水汽通量。

由图 7可见，左列的超前相关系数的空间分布特征与右列的落后相关系数的分布基本相反。在-8 d，偏西方向：在马达加斯加岛附近有一偏西向水汽通量显著正相关区域；偏东方向：在日本群岛东南、赤道中西太平洋附近分别有一偏东北、偏东显著相关区域。偏北方向：从里海北部到贝加尔湖以南为低频西北向水汽通量（主要为冷空气）与降水的显著相关带，到达华北后，被位于长江流域及以北的偏西低频气流阻挡无法南下。

-6 d开始，偏西方向：马达加斯加岛附近的偏西向显著正相关区移到岛以北并扩大到南非一带，赤道中印度洋也出现了偏西偏南向水汽通量显著相关区；偏东方向：日本群岛东南洋面的偏东北显著相关信号向西南扩展传递，赤道中西太平洋附近的偏东向显著相关区略增大，同时新几内亚附近也出现偏东向显著相关区。偏北方向：西北冷空气通道加强，但仍被阻挡在江淮以北。

到-4 d，偏西方向：马达加斯加岛北部的偏西正相关区东扩，赤道中印度洋的偏西南正相关区增强，阿拉伯海中部、孟加拉湾东南也分别出现偏西北、西南相关显著区域，后者与中南半岛南部的显著偏西南正相关区域连接，初步形成一条西南走向的水汽输送通道。偏东方向：日本群岛东南洋面的偏东北向显著负相关区已与菲律宾东北方向的显著负相关区衔接，赤道中西太平洋的偏东显著相关区域加强并向西北扩展，与东北走向的水汽通道即将打通。偏北方向：贝湖东南侧的气旋式水汽环流加强，其西侧偏北汽流将位于长江流域以北的偏西水汽流推压到华南地区，同时，出现了从白令海指向我国北方的显著偏东水汽流。

到-2 d，偏西方向已然形成一条从马达加斯加岛北部-阿拉伯海-赤道中印度洋-孟加拉湾南部-中南半岛到达华南及沿海的西南水汽通道。偏东方向的赤道和副热带西太平洋南北两支水汽通道已连通，将西太平洋水汽沿菲律宾群岛方向输送（合称东南水汽通道），并与西南通道传送来的水汽交汇，输送到华南沿海地区。西北方向从贝加尔湖东南南下的冷空气与东北方向白令海指向我国北方的偏东水汽流在黄海附近合并后到达华南地区，与华南沿海暖湿水汽交汇，已初步形成有利于华南低频降水的水汽环流形式。

到了0 d，来自西南水汽通道和东南水汽通道的更多水汽输送到华南地区，来自贝加尔湖东南侧方向的冷空气也加强，使经由黄海到达华南的偏东北冷湿水汽加强，冷暖湿空气交汇，造成华南低频降水达到最强。也注意到这一天开始，西南、东南暖湿水汽通道及东北方向自白令海方向的冷湿水汽通道出现一定程度减弱（相关显著区域断裂），预示着输送到华南的暖湿、冷湿水汽将不会持续太久。

到+2 d，西南水汽通道中的水汽主要来自赤道中印度洋，东南水汽通道仅来自菲律宾群岛附近海域，东北方向的冷湿水汽也仅限于来自黄海附近，使得到达华南的暖、冷湿水汽显著减少，共同导致华南低频降水开始减弱。

到+4 d，暖湿、冷湿水汽通道均消失，华南为一反气旋式水汽环流控制，处在水汽辐散区，低频降水中断。+6 d又将开始新一轮低频降水的循环。

综上，通过分析低频水汽通量与华南前汛期低频降水的时滞相关关系，向华南输送水汽的通道大致有四条。（1）西南水汽通道：有来自马达加斯加北部-阿拉伯海南部-赤道中印度洋-孟加拉湾南部水汽越过中南半岛输送到华南，水汽信号参考源地为马达加斯加岛附近的南印度洋、赤道中印度洋；（2）东南水汽通道：包括来自日本群岛东南洋面和来自赤道中西太平洋的水汽交汇经菲律宾群岛输送到华南，水汽信号参考源地为日本群岛东南洋面和赤道中太平洋；（3）西北水汽通道：包括来自里海北部到贝加尔湖东南侧的偏北冷空气，冷空气信号参考源地：里海北部和贝加尔湖东南侧；（4）东北水汽通道：包括来自白令海经日本群岛、黄海到达华南的冷湿水汽，冷湿水汽信号参考源地：白令海。上述水汽通道在低频强降水在-4 d就已初具规模，-2 d已基本形成。

HYSPLIT（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model）模式是一个供质点轨迹、扩散及沉降分析用的综合模式系统，由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的空气资源实验室（ARL）开发^[32]。该模式通常用来跟踪气流所携带的粒子或气体移动方向，可以实时研究运动轨迹，分为前向轨迹模式和后向轨迹模式，分别研究气团的去向和来向。国内外学者已将该模式应用于模拟导致暴雨的水汽通道^[35]、水汽来源及其贡献量^[36-37]。对无数个运动轨迹进行聚类分型，结果既能定性分析水汽来源，又能定量分析其传输路径及贡献大小。

本文利用HYSPLIT后向轨迹模式来研究华南前汛期的水汽源地和输送轨迹。模拟对象为本文3.1节中提到的两个降水大值中心和显著异常中心的代表站，即两广地区的佛冈站和闽赣地区的广昌站。对每个站，模拟初始日期为9个典型涝年的4月1日—6月30日即9×91=819个，选取时间步长为12小时，即取00时和12时的轨迹点位置；选取1 500 m作为模拟高度，模拟气块后向追踪8 d的三维运动轨迹。将两站模拟的若干条三维运动轨迹分别进行聚类，得出两站聚类的水汽来源、输送路径及贡献率的结果（图 8），以验证4.3节得到的影响华南前汛期低频降水的低频水汽的源地和输送路径。

图 8

图 8 广东佛冈站（a）、江西广昌站（b）前汛期典型涝年向后追踪8 d的850 hPa水汽输送轨迹 百分比为该轨迹的水汽贡献率。

对佛冈站（图 8a），前汛期850 hPa水汽输送路径主要有三条，即西南路径、偏东路径和西北路径。向后追踪至第8 d，对于西南路径，水汽位于孟加拉湾南部、赤道中印度洋，后经中南半岛向佛冈输送，该路径水汽对华南前汛期涝年降水的贡献率为37%。偏东路径的水汽贡献率则达到60%，源地位于菲律宾群岛东北侧海域；西北路径的冷空气源地主要位于里海北部，后经巴尔喀什湖-我国新疆北部、河套地区将冷水汽向南输送至佛冈，水汽贡献率为4%，应主要是冷空气。

对广昌站（图 8b），前汛期850 hPa水汽输送路径主要有四条，即西南、东南、东北和西北路径。向后追踪至第8 d，西南路径起始于印度半岛南部下方的赤道中印度洋海域，后经中南半岛向广昌输送暖水汽，贡献率为13%。东南路径起始于菲律宾群岛附近，经南海东北部向广昌输送暖水汽，贡献率为40%。西北路径的水汽源于咸海东部，经巴尔喀什湖-我国西北向广昌输送冷水汽，其贡献率达到18%；东北路径的冷水汽源于黄海，后经东海-浙江向广昌输送，其贡献率为29%。

对比4.3节所得水汽输送路径与本节对佛冈、广昌站水汽输送路径分析结论可知，HYSPLIT后向轨迹模式基本验证了4.3节所得的西南、东南、西北和东北水汽输送通道。本节模拟所得水汽源地，均位于4.3节所得水汽输送路径中的关键区域，如赤道中印度洋正是西南水汽通道发展中的一个重要水汽供应中心（西南通道），菲律宾群岛附近海域是来自日本群岛东南洋面和赤道中太平洋的水汽信号汇合后输入华南的必经之地（东南通道），黄海海域正好位于来自白令海和贝加尔湖的水汽信号汇合后输入华南的必经之地（东北通道），里海都为西北水汽通道的水汽源地。

本文对华南前汛期9个典型涝年降水的低频特征进行了分析，进一步研究了华南前汛期低频水汽输送与同频域低频降水的关系，再利用HYSPLIT模式分别对降水异常两个大值中心佛冈站和广昌站前汛期的水汽来源进行了模拟，得出它们的水汽输送路径及源地。

（1）华南前汛期典型涝年总降水和显著异常偏多区集中在两广的东部和闽赣交界北部地区。降水低频周期也具有地域差异，两广地区降水的显著低频周期主要为10~20 d，闽赣地区存在10~20 d和30~60 d两个显著低频周期，30~60 d更显著。21站区域平均后的典型涝年平均前汛期降水量呈现10~20 d显著低频振荡周期，低频降水主要发生在5、6月。

（2）华南前汛期9个典型涝年中，850 hPa纬向水汽通量指数（QUI）和经向水汽通量指数（QVI）都存在显著的10~20 d显著低频周期，且它们的10~20 d滤波曲线的峰、谷与10~20 d低频降水的峰、谷对应较好。

（3）影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的低频水汽输送环流系统主要来自三个大方向。偏西方向：马斯克林反气旋（气旋）式环流、索马里向北（向南）越赤道水汽流、阿拉伯海西北、东南部的气旋-反气旋（反气旋-气旋）式水汽环流对，澳洲、苏门答腊岛以西的印度洋到孟加拉湾气旋-反气旋-气旋（反气旋-气旋-反气旋）式水汽环流；偏东方向：新几内亚岛附近的气旋（反气旋）式水汽环流、西北太平洋反气旋（气旋）式水汽环流、北太平洋中部的气旋式（反气旋）式水汽环流；偏北方向：里海北部反气旋（气旋）式、贝加尔湖东南侧气旋（反气旋）式水汽环流。这些系统强弱、位置的变化，结合华南及沿海气旋（反气旋）式水汽环流，形成有利（不利）于华南低频降水的水汽环境。

（4）影响华南前汛期典型涝年10~20 d低频降水的四个低频水汽输送通道及源地为：第一个是自马达加斯加北部-阿拉伯海南部-赤道中印度洋-孟加拉湾南部水汽越过中南半岛输送到华南的西南水汽输送通道，水汽信号参考源地为马达加斯加岛北部印度洋、赤道中印度洋（模拟源地：赤道中印度洋）；第二个是自日本群岛东南洋面和自赤道中西太平洋的水汽交汇经菲律宾群岛输送到达华南的东南水汽通道，参考源地为日本群岛东南洋面和赤道中太平洋（模拟源地：菲律宾群岛附近）；第三个是自里海北部到贝加尔湖东南侧的西北冷空气通道，参考源地是里海北部和贝加尔湖东南侧（模拟源地：里海北部或咸海东部）；第四个是自白令海经日本群岛、黄海到达华南的东北冷湿水汽通道，参考源地为白令海（模拟源地：黄海）。对佛冈和广昌站前汛期典型涝年进行的水汽后向轨迹模拟结果验证了上述水汽输送通道。模拟所得的水汽信号源地均位于四个水汽通道的关键区域。水汽信号参考源地和模拟源地，可作为提前2~6 d延伸期预报时重点考察的地区。由模拟结果也可知，偏东通道是最主要的水汽供应地，其次是西南通道，西北通道主要输送冷空气，故所占比例小。

（1）本文着重研究了影响华南前汛期典型涝年低频降水的低频水汽输送通道和水汽源地，典型旱年、正常年份情况与此有何不同？许冠宇^[25]曾研究了个例旱年（2004年）华南低频降水和低频水汽输送情况指出，典型旱年（2004年）存在10~20 d、20~30 d与30~60 d三个低频周期。影响旱年10~20 d低频降水的低频水汽输送环流系统主要为南海-西太平洋反气旋、贝加尔湖东部以及巴尔喀什湖东侧气旋式水汽环流。低频水汽输送源地主要有三个：红海以西的西北源地、贝加尔湖东侧至鄂霍茨克海之间的东北源地、孟加拉湾的西南源地。与涝年（2010年）相比，低纬度暖湿水汽来源较少，且低频水汽输送的强度较弱，低纬度暖湿水汽输送以孟加拉湾、西太平洋以及南海水汽通道为主，越赤道气流水汽输送通道不存在。上述结果是对个例旱年研究得出，是否普遍存在于所有旱年中？另外，影响华南前汛期旱、涝年份低频降水的关键大气环流因子还有许多（如西太平洋副高等），它们之间如何相互作用，旱、涝年份之间又有何差别？这些问题都需要进一步深入研究。

（2）本文揭示了影响华南前汛期低频强降水的低频水汽输送通道和源地，与影响一般意义（未经滤波）的暴雨的水汽输送特征相比，二者具有颇为相似的特征。如史学丽等^[13]针对1994年6月、7月华南暴雨的大尺度水汽输送研究认为，来自亚澳越赤道气流（类似本文的东南水汽通道）的水汽输送是华南暴雨的主要水汽来源。2012年4月，华南地区先后出现5次暴雨天气过程，王朋岭等^[38]对此进行的研究指出，源自孟加拉湾（类似本文的西南水汽通道）、南海和西太平洋（类似本文的东南水汽通道）的异常水汽输送为华南地区提供良好的水汽条件。也有学者分别研究了南海夏季风建立前后影响华南前汛期强降水的水汽输送特征，如常越等^[39]研究指出，在南海夏季风建立前的4月，影响华南的水汽主要来自西太平洋经南海-中南半岛的西南风水汽输送（类似本文的东南水汽通道）和来自中纬度绕青藏高原南侧的偏西风水汽输送。南海夏季风建立之后的6月，影响华南的水汽则主要是来自阿拉伯海-孟加拉湾的西南风水汽输送气流（类似本文的西南水汽通道）和来自西太平洋经南海的偏南风水汽输送气流（类似本文的东南水汽通道）。胡娅敏等^[27]研究了2013年的持续性强降水的大气环流低频信号，也得出类似结论，即发生在4月23日—5月30日的华南强降水，在南海季风爆发之前，主要以来自西太平洋副高的西南暖湿气流（类似本文的东南水汽通道）和来自中纬度西风带的冷空气交汇造成，南海季风爆发后，来自孟加拉湾的西南水汽通道（类似本文的西南水汽通道）打通。可见，当华南前汛期发生暴雨等持续性强降水事件时，无论直接研究其水汽输送异常（未滤波）还是考虑水汽输送低频信号，所揭示的水汽输送通道都类似，即包含了最主要的东南水汽通道和西南水汽通道，本文还关注到来自白令海经日本群岛、黄海到达华南的东北冷湿水汽通道，这可能与之前学者更多关注低纬度的水汽输送有关。