华南季风气候特征极其显著，一年中有40%~50%的降水出现在前汛期^[1]。王遵娅等^[2]分析了中国雨季的气候学特征，指出华南地区为典型的双峰型降水，主峰值出现在33候（6月10—14日），次峰值出现在45候（8月9—13日），分别对应前、后汛期降水。汪卫平等^[3]分析了中国降水集中期特征，指出105 °E以东降水的集中期最早于5月下旬的江南、华南交界开始，之后范围向四周扩展。Jiang等^[4]研究指出，华南前汛期降水最集中于5月21日—6月20日。吴志伟等^[5]指出华南前汛期降水包含南海季风爆发前的锋面降水和爆发后的夏季风雨季。可见5月下旬—6月中旬是华南前汛期降水最集中的时期。处于华南的广东伴随南海夏季风的向北推进，汛期降水显著，其中广东前汛期（4—6月）以锋面降水和夏季风降水为主，后汛期（7—9月）以热带气旋、东风波等热带系统降水为主^[6-8]。气象学者对汛期气候特点，特别是前汛期的特点和成因进行了很多研究，并取得很有意义的成果^[9-12]。5月下旬—6月中旬正值端午龙舟竞渡之时，也是广东前汛期降水量最多、最集中的时期，常出现连续几天暴雨、大暴雨甚至特大暴雨过程，容易诱发洪涝灾害，并对早稻等农作物生长产生不利影响，称之为“龙舟水”^[13]。“龙舟水”的发生与南海冬、夏季风的交替密切相关。南海夏季风一般于5月中旬爆发，季风爆发后向北推进影响到华南并产生季风对流降水，这时北方还时有冷空气南下，冷暖空气交汇造成锋面降水，在季风降水和锋面降水的共同影响下，5月下旬—6月中旬广东往往会出现大而集中的“龙舟水”。因此对“龙舟水”的预测和预警服务一直是气象决策服务关注的重点之一。2008年广东遭遇史上最强“龙舟水”，期间（5月21日—6月20日）广东平均雨量创历史新高，导致部分地区出现严重洪涝灾害，农业、水产养殖业和交通运输等受到严重影响，造成全省753万人受灾，23人死亡，直接经济损失约53亿元^[14]。王婷等^[15]从海温、海冰和积雪等外强迫因子分析了这次“史上最强龙舟水”的气候成因。文献[16-18]从天气学的角度分析指出，大气环流和水汽等异常造成“龙舟水”异常。谷德军等^[19]分析了2008年广东强“龙舟水”与大气低频振荡的关系。针对广东“龙舟水”的多寡，范伶俐等^[20]分析“龙舟水”多年（2008年）、少年（2004年）广东地区的500 hPa环流形势、水汽输送等特征。黄珍珠等^[21]分析了“龙舟水”变化对广东早稻产量的影响。庞古乾等^[22]分析2013年5月两次“龙舟水”过程的天气雷达特征。郭永婷等^[23]分析了2012年韶关典型“龙舟水”成因。气象学者对华南“龙舟水”的降水分型^[24]和广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常特征^[25]也进行了研究。以上研究主要是对异常“龙舟水”的天气成因、典型“龙舟水”异常年的个例特征进行研究。大量研究表明，大气环流的变化对华南或广东前汛期降水有重要影响，那么近55年来广东“龙舟水”有何时空变化特征？以日资料尺度的“龙舟水”异常年份的同期大气环流有何气候异常特征？高、中、低层环流存在哪些显著相关的区域和系统？这些问题都需要进一步研究。所以本文首先对1961—2015年广东“龙舟水”异常特征进行分析，然后利用NCEP/NCAR逐日再分析资料，采用相关分析、合成分析的方法研究广东“龙舟水”异常与“龙舟水”期间（5月21日—6月20日）大气环流的关系，探讨其异常的成因，为广东“龙舟水”的预测和服务提供参考依据。

本文所用资料包括：1961—2015年广东86个气象观测站的日降水资料和美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）的逐日再分析资料（分辨率为1 °×1 °）。

首先分析广东“龙舟水”的空间分布特征，对广东86个气象观测站“龙舟水”距平场进行EOF分析（具体步骤见魏凤英^[26]）。因为第一模态对应的时间系数（EOF1）代表该空间分布型随时间的变化特征，故取EOF1作为广东“龙舟水”时间序列。采用相关分析和合成分析的方法研究广东“龙舟水”异常与同期大气环流的关系。“龙舟水”统计时段为5月21日—6月20日。气候平均为1981—2010年平均。

图 1为广东1961—2015年平均“龙舟水”的空间分布。可见“龙舟水”的空间分布很不均匀，存在3个主要降水中心：（1）粤东沿海的海丰、陆丰、汕尾一带，平均年“龙舟水”为350.0~560.6 mm，最大位于海丰（560.6 mm）；（2）中部的龙门、佛岗、清远一带，平均年“龙舟水”为350.0~509.4 mm，最大位于龙门（509.4 mm）；（3）粤西沿海的恩平、阳江、上川岛一带，平均年“龙舟水”为350.0~499.3 mm，最大位于恩平（499.3 mm）。广东年平均“龙舟水”较少的区域位于粤西的雷州半岛和粤北的罗定、始兴、乐昌等地，平均年“龙舟水”为144.1~250.0 mm，最少位于徐闻（144.1 mm），“龙舟水”最多（海丰）是最少（徐闻）的4倍。其余地区“龙舟水”介于250.0~350.0 mm之间。可见，多年平均的广东“龙舟水”分布与前汛期降水量分布很相似，3大降水中心除了与天气系统有关外，与广东地形密切相关。“龙舟水”的3个中心均位于广东主要山脉（莲花山脉、南岭山脉、云开大山）的南坡，也就是暖湿气流的迎风坡，容易产生降水^[9]。

图 1

图 1 广东1961—2015年平均“龙舟水”的空间分布 单位：mm。

为了更好地认识广东“龙舟水”的时空分布特征，对1961—2015年广东86个观测站的“龙舟水”距平场进行经验正交函数（EOF）分解。第一特征向量（图 2a）主要分布特点：除雷州半岛为负值外，其余均为正值，正值中心位于珠江口以东，表现出广东“龙舟水”除雷州半岛外，具有“空间一致型”分布型式。其方差贡献为46.5%，表明广东“龙舟水”的多少在较大程度上受大尺度天气系统影响。第二特征向量的分布（图 2b）特点：珠江口以东为负值，其余地区为正值，说明广东“龙舟水”以珠江口为界具有东多（少）西少（多）的变化特征，其方差贡献率为10.7%，特征向量表现为“东西反相型”特征。第三特征向量的方差贡献为6.1%，表现为广东“龙舟水”北多（少）南少（多）的“南北反相型”分布特征（图略）。第四特征向量的方差贡献为5.2%，表现了广东“龙舟水”在珠江三角洲和粤北多（少），其余地区少（多）的“东西三极型”分布特征（图略）。可见，广东“龙舟水”最主要的降水类型是除雷州半岛外的一致性分布，因而可把广东作为一个区域来研究。

图 2

图 2 广东“龙舟水”EOF分析得到的第一特征向量（a）和第二特征向量（b）分布

图 3为1961—2015年广东86个站“龙舟水”空间平均的年际变化、线性趋势及其9 a滑动平均曲线，水平虚线代表 1981—2010年“龙舟水”平均。可见，线性趋势线几乎和水平虚线重合，说明近55 a来广东“龙舟水”变化趋势不明显，这与华南暴雨日数在前汛期变化不明显相一致^[27]。但1961—2015年广东86个站平均“龙舟水”存在明显的年际变化。采用1.0倍标准差来划分广东“龙舟水”异常多少年，得到“龙舟水”异常多年有6年：2008、2006、1993、1968、1964和1966年；异常少年有8年：2004、1988、2011、1963、1967、1980、1990和2012年。从广东“龙舟水”的9 a平滑曲线看出，其存在显著的年代际变化：1970年代和21世纪初期以来以偏多为主，其余年代以偏少到正常为主。

图 3

图 3 1961—2015年广东“龙舟水”的年际变化（折线）、线性趋势（水平实线）及其9 a滑动平均（曲线） 水平虚线代表 1981—2010年“龙舟水”平均。

从“龙舟水”异常年的降水距平百分率合成分布（图 4）可见，异常偏多或偏少年的分布与前面广东“龙舟水”EOF分析得到“空间一致型”相一致。在“龙舟水”异常偏多年（图 4a），除雷州半岛偏少外，其余站点一致偏多3成（1.3倍），偏多1倍以上的区域出现在粤东南沿海；在“龙舟水”异常偏少年（图 4b），除雷州半岛偏多外，其余站点一致偏少3~6成，偏少5成以上的区域位于南部沿海和粤北偏北地区。

图 4

图 4 1961—2015年广东“龙舟水”异常多年(a)、少年(b)距平百分率合成

下面进一步分析1961—2015年广东区域平均降水量在5月1日—6月30日的逐日变化（图 5）。可见，5月1日—6月30日的日平均降水量为9.5 mm，而5月21日—6月20日的日平均降水量为10.0 mm。在广东“龙舟水”期间存在几个降水集中的时段：5月20—22日、28日；6月3—12日、16—18日，其中日降水最多出现在6月9日（13.4 mm）。6月3—12日是常年广东“龙舟水”最多的时期，与常年在端午节前后降水最为突出相一致。另外，5月19日广东的平均日降水量为9.2 mm，20日突然升为12.1 mm，有明显的突升特征；而6月18日广东平均日降水为11.8 mm，19日突然降到7.9 mm，20日降到6.8 mm，有明显的突降特征。这进一步说明“龙舟水”期间是降水最集中的时期。

图 5

图 5 广东5月1日—6月30日降水量的逐日变化（1961—2015年平均）

大气环流异常会导致广东前汛期降水异常^{[5, 28]}，那么广东“龙舟水”与大气环流有何关系？计算1961—2015年广东“龙舟水”EOF1时间系数与“龙舟水”期间各层大气环流场的相关（图 6）。由图 6a可见，200 hPa风场在20~35 °N的我国东部-西太平洋地区的纬向风与广东“龙舟水”显著相关，表明西风急流加强（减弱）对应着广东“龙舟水”偏多（偏少）；同时在40~100 °E，40 °N以南存在异常的气旋环流显著相关区域，表明南亚高压偏弱（偏强）对应广东“龙舟水”偏多（偏少）。由图 6b可知，中层500 hPa位势高度场在西北太平洋30~40 °N与广东“龙舟水”存在显著负相关，在50~60 °N与广东“龙舟水”存在显著正相关，表明东亚大槽的南段加强，北段偏弱、偏东，对应广东“龙舟水”偏多，这与吴志伟^[5]指出的：500 hPa高度场华南前汛期降水与其北侧的高度场显著负相关的结论相一致。同时20~40 °主要是正常到负相关，表明当“龙舟水”期间西太平洋副热带高压偏弱、偏东时，有利于广东“龙舟水”偏多，反之则偏少。低层850 hPa风场（图 6c）在30 °N以南的中低纬地区西太平洋存在一个反气旋异常环流的显著相关区域，表明当南海中北部-华南的南风加强时，同时华南北部存在北风距平、西部存在西风距平，广东“龙舟水”偏多，反之偏少。这与马慧等^[28]指出的华南前汛期多雨年的南亚高压和副高都偏弱，而少雨年的情况恰恰相反的结论一致。说明广东“龙舟水”异常和前汛期降水异常的大气环流是相似的。

图 6

图 6 1961—2015年广东“龙舟水”与同期的200 hPa风场（a）、500 hPa高度场（b）和850 hPa风场（c）的相关 阴影区由浅到深分别表示通过0.05、0.01和0.001显著性水平的显著性检验。

根据4.1节选出的广东“龙舟水”6个异常偏多年和8个异常偏少年，对“龙舟水”期间的大气环流进行合成分析。

在广东“龙舟水”异常偏多年的200 hPa风场距平场上（图 7a），40 °以南的我国中东部和南海中北部为异常气旋环流影响，异常环流中心在我国东北部，同时在20~35 °N，从中南半岛-华南-我国东部-西太平洋为异常偏西气流，表明副热带西风急流明显加强。而在广东“龙舟水”异常偏少年（图 7b），30 °以南的孟加拉湾-中南半岛-南海-华南为异常气旋环流影响，异常环流中心在南海中北部，在20~30 °N的西北太平洋-华南-中南半岛-孟加拉湾-印度半岛均为明显的东风距平，表明南亚高压偏弱，副热带西风急流也明显减弱，与异常偏多年完全相反。

图 7

图 7 广东“龙舟水”异常偏多年(a)、偏少年(b)的5—6月200 hPa风场距平场合成

在广东“龙舟水”期间，降水异常偏多、偏少年的500 hPa合成高度距平场（图 8a、8b）存在明显差异。与常年相比，偏多年（图 8a）的极涡明显偏强，乌拉尔山附近的高压脊偏弱，东亚大槽北段明显偏弱、南段偏强，我国大部分地区为负距平，40 °N以南的西太平洋也是负距平，西太平洋副热带高压明显偏弱、偏东，这与王婷等^[15]指出的2008年广东“史上最强龙舟水”期间的西太平洋副热带高压偏弱、偏东一致，同时欧亚中低纬度地区高度场的负距平分布有利于冷空气南下，造成广东“龙舟水”偏多。在异常偏少年（图 8b）极涡明显偏弱，乌拉尔山附近的高压脊偏强，东亚大槽南段明显偏弱，我国东部为正距平，20~40 °N的西太平洋为正距平，西太平洋副热带高压明显偏强，脊线偏北，欧亚中高纬度地区“北低南高”高度场异常分布不利于冷空气南下和降水产生，导致广东“龙舟水”偏少。

图 8

图 8 广东“龙舟水”异常多（a）、少年（b）5—6月500 hPa高度距平场合成        单位：gpm。

图 9为广东“龙舟水”期间，降水异常年的低层850 hPa风场距平合成。在异常偏多年（图 9a），低纬西太平洋存在异常反气旋环流，中心位于菲律宾吕宋岛和台湾岛之间，南海-我国东部的中东部均为异常偏南气流影响，孟加拉湾北部-中南半岛存在西风距平，华南处于异常偏西气流和西南气流的交汇处，来自孟加拉湾和南海的西南季风异常强盛，同时索马里和西澳大利亚两支越赤道气流增大强，将暖湿水汽向华南输送，有利于广东“龙舟水”偏多。异常偏少年850 hPa距平风场合成（图 9b），在100~160 °E，10~25 °N为显著异常气旋环流控制，中心位于菲律宾群岛附近，西太平洋-华南-南海中北部-中南半岛为强异常偏东气流影响，来自孟加拉湾、南海的水汽输送明显减弱，不利于降水的形成，导致“龙舟水”偏少。可见广东“龙舟水”异常偏多、偏少年在低层风场存在明显差异，环流合成分析得到和5.1节相关分析一致的结论。

图 9

图 9 广东“龙舟水”异常偏多年(a)、偏少年(b)的5—6月850 hPa距平风场合成 灰色阴影区代表风速大于2 m/s的区域；黑色阴影区代表青藏高原。

（1）广东“龙舟水”的空间分布很不均匀，存在3个主要降水中心：粤东沿海的海丰、陆丰和汕尾一带；中部的龙门、佛岗和清远一带；粤西沿海的恩平、阳江和上川岛一带。最大降水在海丰（560.6 mm）。“龙舟水”少的区域位于粤西的雷州半岛，粤北的罗定、始兴和乐昌。

（2）对1961—2015年广东86个站“龙舟水”EOF分解得到广东“龙舟水”最主要的分布型：除了雷州半岛外，广东“龙舟水”一致性分布；同时还存在东西、南北、珠江三角洲和粤北与其余地区的差异。

（3）近55年来广东“龙舟水”存在明显的年际和年代际变化，但变化趋势不明显。

（4）1961—2015年平均的广东逐日降水量变化得到“龙舟水”降水最为集中的时段出现在5月20—22日，5月28日，6月3—12日，6月16—18日，其中6月3—12日是常年广东“龙舟水”最多的时期，日降水最多出现在6月9日。

（5）广东“龙舟水”与其对应期间（5月21日—6月20日）的对流层高、中、低层大气环流密切相关。在“龙舟水”异常偏多年，对流层高层副热带西风急流偏强，南亚高压减弱。中层极涡明显偏强；东亚大槽北段减弱、南段加强；西太平洋副热带高压偏弱、偏东。低层南海北部-华南的偏南气流偏强。“龙舟水”异常偏少年则相反。

气候平均统计得到，广东前汛期有30%~60%的降水出现在“龙舟水”期间，“龙舟水”与前汛期降水存在密切联系。郑彬等^[1]研究指出，华南前汛期包含了前期锋面降水和后期夏季风降水两种不同性质的降水，气候平均下的华南夏季风降水开始于5月24日，这与广东“龙舟水”的开始时间5月21日接近，且前汛期锋面降水在很大程度上会影响到之后的夏季风降水^[29]。夏季风爆发后出现降水的集中期——“龙舟水”，其以季风对流降水为主。在“龙舟水”异常偏多年，低层西南气流显著偏强，这与郑彬等^[29]指出的华南地区由西南风控制导致季风对流降水增加是一致的。马慧等^[28]分析指出，华南前汛期多雨年的南亚高压和副热带高压都偏弱，这与本文得出的“龙舟水”偏多时西太平洋副热带高压偏弱、南亚高压减弱结论一致。本文分析指出“龙舟水”的多少与东亚大槽的强弱显著相关，所以当东亚大槽南段加强、北段减弱时要考虑“龙舟水”可能出现异常偏多。

另外，海温通过影响大气环流异常对广东前汛期，包括“龙舟水”也有重要影响，但由于篇幅所限，关于海温变化对“龙舟水”的影响还未涉及，将在以后的文章中进行讨论。