引言

中国东北地区地处亚洲大陆的东北部，其降水主要集中于夏季，夏季降水异常及其引起的旱涝灾害对东北地区的社会经济发展有重要影响；此外，随着全球气候变暖，具有较强地域特征的东北夏季降水也愈发多变。因此，研究东北夏季降水的时空变化及影响因子有重要的现实意义和科学价值。

孙力等^[1]通过诊断分析指出东北夏季降水异常的空间分布既有整体一致性，也存在由于地理位置、地形分布和影响系统等因素造成的差异。孙照渤等^[2]讨论了东北6—8月降水的空间分型，并分析了不同月份降水型对应的异常环流特征。研究还发现近50 a东北夏季降水呈缓慢减少趋势^[3]，且表现出明显的多年代际变化特征^[4]，大致在20世纪80—90年代经历了明显的年代际突变^[5]。

大气环流异常和海温异常等外强迫被认为是影响东北夏季降水的重要因素。孙力等^[6]研究认为东亚夏季风的强弱在很大程度上决定了偏南气流能否推进到东北及推进时间的早晚，进而影响东北地区降水；沈柏竹等^[7]研究发现，随着夏季东亚上空高层西风急流的北移和低层西太平洋副热带高压的西伸北进，向北输送到东北地区上空的水汽增多，东北降水也随之偏多。而Xie and Bueh^[8]指出，当东北冷涡为雅库茨克—鄂霍次克型和乌拉尔山型时，东北地区降水偏多；刘宗秀等^[9]认为，当北太平洋涛动区前冬季500 hPa呈现类似“北正南负”涛动的负位相阶段时，夏季东北冷涡活动持续偏多，降水整体也偏多。此外，何金海等^[10]发现当前期2月北极环状模强度偏强时，东北地区冷涡活动偏弱，有利于东北夏季降水偏少。武炳义等^[11]研究认为当北极大气偶极子异常处于正位相，对应北极极涡中心位于北极西部时，东北夏季降水增多。除了环流异常的影响外，大量研究表明副热带东南太平洋海温^[12]、黑潮海温^[13]、北冰洋纬向温度梯度^[14]等也对东北夏季降水产生重要影响。

事实上，欧亚大陆的陆面热力状况对其上空大气环流有非常重要的作用，陆面温度的时空变化及持续性异常同样通过影响北半球大气环流影响东亚地区的降水。Zhou et al.^[15-16]分析认为，20世纪50年代以来，全球地表平均温度持续稳定地增长，1979年之后陆面温度呈现较强的增暖趋势，尤其是在干旱半干旱地区存在明显的增暖放大效应。沈学顺和木本昌秀^[17]指出，当春季欧亚中高纬度地表气温为正距平时，鄂霍次克高压偏强，初夏梅雨较活跃；吴荷等^[18]分析发现，春季欧亚中高纬地表感热偏强期，长江中下游夏季降水偏多。晏红明等^[19]认为春末夏初印度半岛暖下垫面的加热作用有利于亚洲夏季型季风环流的偏早建立，也有利于亚洲夏季季风环流的加强；徐康等^[20]研究指出，夏季环贝加尔湖地表气温增暖可能导致华北地区夏季降水的持续性减少；黄菱芳等^[21]发现，当夏季欧亚中纬度印度以北地区和我国中东部地区地表气温偏高时，江淮流域降水偏少，华南和北方地区降水偏多，当欧亚大陆中高纬贝加尔湖以东及以西地区夏季地表气温偏高而我国东北部地区夏季地表气温偏低时，东南沿海及内蒙古中部降水偏少，东部其余地区降水偏多；陈圣劼等^[22]研究认为，当冬季北亚地表感热冷源偏强时，江淮梅雨降水偏多，梅雨期偏长，出梅偏晚，梅雨期间东北冷涡的活动也偏强；徐晨等^[23]分析发现，冬季欧亚中高纬陆面增暖对大气的加热作用导致欧亚中高纬高空西风环流异常偏弱；Chen et al.^[24]分析认为蒙古西部地表温度的显著增暖导致东亚中纬度气旋活动的减少；张莞昕和陈海山^[25]也研究指出，东亚中纬度地区陆面年代际增暖，是引起温带气旋活动年代际减弱的一个重要原因。

最近，王迪等^[26]的研究发现前期春季西亚地表热力因子与东北冷涡活动之间存在密切的联系：西亚地表异常偏冷，东北冷涡活动偏强；而西亚地表异常偏暖对应了偏弱的冷涡活动；研究指出西亚地表热力因子可能通过影响大气环流分布并通过遥相关型影响我国初夏东北地区冷涡。而冷涡作为影响东北初夏降水的关键环流系统，其异常变化对东北降水具有十分重要的影响。例如：沈柏竹等^[7]研究表明东北地区降水变化对应的环流异常在初夏和盛夏具有明显不同的性质，东北冷涡活动主要影响初夏降水的多少。那么，陆面热力异常作为影响东北冷涡的一个重要因子，是否能通过东北冷涡的“桥梁”作用，对东北初夏的降水产生影响。因此，本文试图探讨前期陆面热力异常与东北初夏(6月)降水的可能联系，试图为东北初夏降水的预测提供一定物理依据。

1 资料与方法

采用资料包括1980—2015年国家气候中心160站月平均降水；陆面温度资料为1980—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-interim月平均再分析数据(第三层土壤温度STL3、地表温度SKT、地表 2 m温度TM2)，分辨率为2.5°×2.5°；大气环流场资料选用1980—2015年美国国家环境预报中心和大气研究中心(NCEP/NCAR)的月平均位势高度场再分析数据，垂直方向分为17层，分辨率为2.5°×2.5°。主要采用了相关、线性回归、合成分析、t检验等统计方法。

2 初夏东北冷涡异常活动与降水的关系

首先采用苗春生等 提出的方法，计算得到了1980 —2015年表征初夏东北冷涡异常活动的冷涡指数(NECVI)，如图 1所示。正NECVI表示冷涡偏强年，其绝对值越大，冷涡越强；负NECVI表示冷涡偏弱年，其绝对值越大，则冷涡越弱。不难发现，NECVI一方面表现出明显的年际变化，同时在该时段东北冷涡存在明显的减弱趋势。为了探究东北冷涡强度变化对东北初夏降水的影响，计算了NECVI与初夏(6月)降水的相关(图 2a)，结果显示冷涡与东北初夏降水存在明显的正相关，且相关程度自西南—东北递增，表明东北冷涡活动主要与东北东北部初夏降水的关系最为密切：冷涡活动偏弱，通常对应东北初夏降水偏少；反之亦然。NECVI回归得到的降水分布和NECVI高、低值年初夏降水的合成场也得到了较为一致的结果(图 2b、c)。

选择中国东北地区125°E以东，45°N以北的区域作为重点研究区域，计算得到了1980—2015年研究区域内平均的初夏降水的标准化值，定义表征东北初夏降水异常程度的降水指数PI(Precipitation Index)。如图 3所示，可以看出在研究时段内，PI也呈现比较明显的减少趋势。通过与图 1比较，不难发现，冷涡活动强度与东北东北部区域的降水变化具有很好的一致性。为了探究东北初夏降水异常年的环流背景特征，进一步计算得到了东北初夏降水正(PI≥1.0)、负(PI≤-1.0)异常年初夏欧亚大陆上空200 hPa、500 hPa、850 hPa位势高度的差值分布(图 4)。可以看出，东北初夏降水异常偏多年份，高、低层大气环流异常均表现出大概一致的空间分布特征，但异常强度由高层到低层逐渐减弱。具体表现为：东北上空存在深厚的气旋性异常环流中心，新地岛—乌拉尔山以东—中西伯利亚上空和雅库茨克—鄂霍次克海上空存在深厚的反气旋性异常环流中心。以上环流形势表明，降水偏多(少)年，东北初夏冷涡活动偏强(弱)，而其上游的乌拉尔山阻塞高压和下游的雅库茨克—鄂霍次克阻塞高压活动加强(减弱)。

3 东北初夏降水与西亚春季陆面热力异常的可能联系

为了进一步分析东北初夏降水与春季陆面热力异常的可能联系，计算了1980—2015年间东北初夏降水指数(PI)序列与春季欧亚大陆地表 2 m温度(T2M)、地表温度(SKT)、第三层土壤温度(STL3)的相关(图 5)。结果表明，东北初夏降水与前期春季的陆面热力指标确实存在较为密切的联系，尤其是与前期春季西亚地区的陆面温度存在显著的负相关。选择(30~70°E，25~45°N)为影响东北初夏降水的陆面热力异常关键区。计算了春季三层(T2M、SKT、STL3)陆面资料的关键区平均温度标准化值，定义为表征春季西亚陆面热力异常的指数T2MI(Temperature of 2 Meters Index)、SKTI(Surface Skin Temperature Index)、STL3I(Soil Temperature of Level 3 Index), 发现它们与-PI有很好的对应关系(图 6)；分别计算了三个陆面热力异常指数与PI的相关系数，分别为-0.39、-0.42、-0.42，均通过了p=0.02的显著性检验。此外，为避免长期趋势的影响，还分别计算了序列去倾之后的相关系数，分别为-0.32、-0.35、-0.36，均通过了p=0.05的显著性检验。上述结果表明，西亚地区(30~70°E，25~45°N)陆面春季异常增暖，通常对应东北初夏降水减少，尤其是东北地区的东北部降水减少显著。为了验证上述关系，图 7给出了利用T2MI、SKTI、STL3I回归得到的东北初夏降水，可以看出降水的负异常主要集中在东北部，西亚春季的陆面异常增暖，通常对应中国东北地区初夏降水的异常减少。

为了更好理解西亚春季陆面热力异常与东北初夏降水的联系，分析了春季西亚陆面热力异常对应的大气环流异常特征，进一步说明西亚关键区的陆面热力异常可能通过影响初夏东北冷涡从而对降水产生影响。图 8给出了T2MI、SKTI、STL3I回归的初夏200 hPa、500 hPa和850 hPa位势高度场。不难发现，与西亚春季的陆面异常增暖相对应，高、低层大气环流在贝加尔湖到中国东北地区上空均出现了明显的反气旋性异常环流，其大值中心位于贝加尔湖附近上空，同时欧亚大陆高纬地区的乌拉尔山东部上空和雅库茨克—鄂霍次克海上空出现较弱的气旋性异常环流，而这样的异常环流分布对应偏弱的东北冷涡活动。王迪等^[26]指出春季西亚陆面热力异常引起的大气环流异常可能通过夏季欧亚大陆上空的大气遥相关型影响初夏东北冷涡的活动。综上所述，春季西亚地区的陆面异常增暖，引起上空对流层中高层明显的反气旋性异常环流，上述异常环流信号沿西风急流向下游传播，并对我国东北地区后期的大气环流产生影响，导致初夏东北冷涡活动偏弱，进而减弱东北初夏降水。

4 结论与讨论

通过分析1980—2015年的冷涡指数(NECVI)，探讨了东北冷涡活动对东北初夏降水的可能影响，在此基础上以东北冷涡活动为“桥梁”，讨论了春季西亚陆面热力异常与东北初夏降水的可能联系，主要结论如下：

1) 初夏东北冷涡活动的强度与同期东北降水存在明显的正相关关系，且相关程度自西南—东北向递增，即东北冷涡活动主要对东北地区的东北部降水产生影响。

2) 春季西亚地区(30~70°E，25~45°N)陆面热力异常与东北初夏降水存在明显的负相关，西亚陆面春季异常增暖，通常对应东北初夏降水减少，尤其是东北地区的东北部降水减少显著。

3) 西亚春季陆面热力异常影响东北初夏降水的可能机制为：春季西亚地区的陆面异常增暖，能够引起贝加尔湖附近区域上空对流层中高层明显的反气旋性异常环流，导致初夏东北冷涡活动偏弱，进而减弱东北初夏降水。

值得注意的是，本文仅仅通过统计分析探讨了西亚春季陆面热力异常与东北初夏降水的联系，相关的结果可以为深入理解东北初夏降水异常的原因提供一定的参考。但是，西亚春季地表热力异常究竟如何影响东北初夏降水，相关的机理还有待深入研究。