中国东北地区首次春季降雨及其主导的环流模式

《Atmospheric Research》：First Spring Soaking Rainfall in Northeast China and its dominant circulation pattern

东北中国第一次春雨（FSSR）的气候特征及预测机制研究。基于1981-2024年气象数据，揭示FSSR多发生于4月下旬，伴随500hPa东亚-西北太平洋“负-正-负”三极异常，增强南海北上水汽输送，与夏季monsoon路径差异显著。前兆信号如低涡和偏南风异常可提前2天预测，为农业规划提供依据。

　　

丁婷|高辉|谢铁军

国家气候系统预测与风险管理重点实验室/中国气象局气候研究重点实验室，国家气候中心，中国气象局，北京，中国

摘要

首次春季连阴降雨（FSSR）是中国东北地区春季期间的重要降雨事件，发生在4月至5月之间。它在缓解春季干旱、确保作物成功播种和幼苗生长方面发挥着关键作用。本研究利用1981年至2024年中国气象站的日降水量数据以及NCEP/NCAR再分析数据，探讨了FSSR的气候特征、主导环流模式及其前兆信号。结果表明，FSSR的气候平均值出现在4月26日左右，21世纪期间年际变化较为明显。从空间分布来看，FSSR的特点是东北亚地区降雨广泛，主要降水中心位于中国东北部，另一个次级中心位于中国南部。综合分析显示，FSSR与东亚至西北太平洋500-hPa位势高度的“负-正-负”三极异常模式有关。这种异常环流模式与增强的鄂霍次克高压结合，增强了来自北回归线以西副热带地区的低层南风带来的水汽输送，并促进了中国东北地区的湿气汇聚，这与夏季季风的水汽路径明显不同。进一步的相关性分析表明，FSSR与西风带内高层槽或冷涡向东传播密切相关。在FSSR发生前两天，低层涡度和南风异常之间可以检测到显著的相关性，为预测提供了有用的线索。这些发现有助于我们更好地理解影响这一关键农业区FSSR的动力机制。

引言

中国东北地区（NEC）是国家粮食供应的关键区域。该地区的稳定粮食生产对于国家粮食安全战略和农业经济发展至关重要（图1）。与其他主要粮食生产区不同，东北地区位于相对较高的纬度，无霜期较短，这通常导致农业物候过程延迟。春季播种通常在每年4月至5月之间开始。因此，春季中后期的气候条件是限制该地区当年粮食生产潜力的主要自然因素。特别是春季降水量在该地区的播种过程和作物生长中起着决定性作用。在中国东北地区的春季降水过程中，首次春季连阴降雨（FSSR）尤为重要。这通常是每年4月至5月期间的第一次较大降雨事件，通过充分湿润土壤有效消除了或显著缓解了春季干旱（Li等人，2008；Xu和Li，2006；Xu等人，2022；Liang等人，2022）。FSSR的时间和量对于判断春季是干旱还是湿润至关重要，直接影响春季耕作、幼苗生长以及全年的农业生产力。

以往对该地区季节性降水的研究主要集中在夏季月份。然而，在过去二十年里，关于春季降水的研究逐渐增加。春季降水在NEC范围内通常表现出均匀的空间分布模式（Lu等人，2020；Zhang等人，2022a，Zhang等人，2022b）。Yang等人（2005）研究了1959年至2003年间该地区春季降水量略有上升的趋势。这一趋势得到了Liu等人（2015a，2015b）的支持。换句话说，NEC的气候逐渐变得更加湿润，特别是在南部和东部地区，即主要农业区。Yang等人（2017）发现，反映极端湿润事件的各项极端降水指数在春季呈现出上升趋势。

关于NEC异常春季降水背后的环流机制的研究主要强调了遥相关模式，特别是欧亚大陆中高纬度地区的罗斯贝波列的作用（例如，Lu等人，2020；Zhang和Sun，2020；Zhang等人，2022a，Zhang等人，2022b；Zhu等人，2023）。此外，温带气旋活动、北极涛动、西伯利亚高压和中国东北冷涡也可以通过调节上述环流结构的位置和强度来影响NEC的春季降水（Chen等人，2017；Zhang等人，2025）。从天气尺度来看，回顾NEC极端春季降水事件的案例研究表明，局部环流因素也起着重要作用。例如，Delegerima等人（2024）在诊断2020年4月NEC的一次极端暴风雪事件时，确定了东北涡和中国东北气旋作为关键影响环流系统。事件早期的水汽主要来自渤海、黄海和日本海，而在后期则主要来自鄂霍次克海。还检测到了外部强迫信号，尤其是北大西洋的海表温度（SST）（Lu等人，2020；Zhang和Sun，2020；Zhang等人，2022a，Zhang等人，2022b；Zhu等人，2023）以及巴伦支海的海冰浓度（Zhang等人，2022a，Zhang等人，2022b；Han等人，2021）。

与夏季季风降水集中期（即中国东北地区的雨季，主要发生在6月至8月）不同（Fang和Gong，2014；Fang等人，2017；Li和Sun，2020），FSSR是一个受副热带西风环流系统主导的天气尺度降水过程。研究表明，FSSR通常在4月下旬开始（Li等人，2016；Xu等人，2022），尽管存在显著的年际变化。在某些年份，FSSR可能早在4月12日就发生，而在其他年份则可能延迟到5月下旬（Liang等人，2022）。在FSSR较早的年份，东亚上空的500-hPa位势高度场呈现从西到东的“负-正”异常模式。此时中国东北地区主要受南风和气旋环流控制，伴随着两条明显的水汽输送通道和强烈的上升垂直运动。相反，在FSSR较晚的年份，特征是高压脊，整个大气柱中水汽分散且下沉强烈（Liang等人，2022；Xu等人，2022）。典型FSSR事件的案例分析也突出了局部环流的影响（Jiang，2003）。

关于中国东北地区FSSR的研究较少。现有的诊断分析主要使用4月和5月FSSR期间的大气环流异常的月平均数据。然而，春季的特点是大气环流发生突然且显著的变化，月际差异明显。因此，月平均环流场不足以捕捉FSSR实际发生当天的具体天气配置和主导环流模式。尽管Li和Sun（2020）确定了与中国东北地区雨季开始日期相关的环流模式，但这一时期的降水受到典型夏季季风的影响，其环流特征与FSSR的根本不同。NEC的FSSR是一种天气尺度降水现象，其发生并不一定意味着随后会有持续的降雨。因此，需要进一步基于更多案例，从FSSR发生前后的大气环流演变角度，研究局部环流和远距离遥相关的影响。

本研究旨在系统识别影响中国东北地区FSSR发生的大尺度环流因素，并利用长期观测数据开发一个基于物理的的概念模型。此外，以往对该地区FSSR的研究尚未充分探讨大气环流在发生日期之前的演变过程。与热带信号（如Madden–Julian振荡）对夏季降水的长期影响相比，春季西风环流系统的预测提前时间通常较短。尽管如此，某些因素仍可以在几天前提供预测信号。因此，本研究将分析关键环流因素的动态演变，以更深入地了解中国东北地区FSSR环流的触发机制。

数据

本研究使用的日降水量数据来自中国气象局国家气象信息中心发布的国家地面气象要素数据集V3（Ren等人，2012）。该数据集涵盖了1961年至2025年的时期，解决了基础气象数据质量的一致性问题以及国家和省级档案之间的差异。

中国东北地区FSSR的主要特征

如前所述，东北地区是中国最重要的粮食生产区。根据国家统计局2023年的全国粮食生产数据，该地区在中国粮食生产结构中占据关键地位。图1清楚地显示，中国东北的三个省份——黑龙江、吉林和辽宁，每省的粮食产量均超过2000万吨，巩固了它们作为中国主要粮食生产区的地位。

与FSSR相对应的主导环流模式

如前所述，FSSR主要发生在春季中后期，与北半球中高纬度地区大气环流的季节性转变相吻合。由于FSSR发生当天的天气环流每年都有显著变化，因此本文分析了45个FSSR日期的500-hPa位势高度和850-hPa风场异常的合成图（图5），以揭示其一般特征。

结论与讨论

FSSR是中国东北地区重要的春季中后期降雨事件，通常发生在4月至5月之间。这一重要降雨事件在缓解春季干旱、为播种作物和幼苗生长提供必要的土壤水分方面发挥着不可或缺的作用，从而为区域农业生产和国家粮食安全奠定了基础。基于包含时间发生、强度阈值等的综合定义

作者贡献声明

丁婷：撰写——初稿，可视化，正式分析。高辉：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，监督，调查，正式分析，概念化。谢铁军：撰写——初稿，可视化，调查。

未引用的参考文献

Qiang和Yang，2008

Wu等人，2024

Zhu等人，2011

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2024YFF0808404）和气象能力提升联合研究项目（24NLTSZ010）的共同支持。