2011年初長江中下游地區(qū)干旱的可能成因分析

孫齊穎

(南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京210044)

1 引言

干旱是一種氣象災(zāi)害，其造成的經(jīng)濟損失是氣象災(zāi)害中較為嚴(yán)重的。同時，由于干旱災(zāi)害發(fā)生頻率高、持續(xù)時間長、影響范圍廣、后期影響大，對環(huán)境及農(nóng)業(yè)的影響也非常大。盡管我國的農(nóng)田水利設(shè)施在逐步完善，灌溉面積不斷擴大，但干旱面積仍在增加。根據(jù)眾多歷史資料，可以觀察到很多年份發(fā)生在我國東部地區(qū)的干旱，都與當(dāng)年大氣環(huán)流形勢以及副熱帶高壓的異常有關(guān)。本次2011年上半年發(fā)生在長江中下游地區(qū)的干旱，也同樣與大氣環(huán)流以及西太平洋副高的異常有關(guān)。筆者分別通過格點數(shù)據(jù)資料繪制出的高度場、溫度場、濕度場及風(fēng)場，來分析2011年5月影響我國長江中下游地區(qū)的環(huán)流形勢以及水汽輸送情況。

2 資料與方法

本文采用2010～2011年再分析格點資料進行繪圖，根據(jù)繪制圖形分析環(huán)流場、高度場、濕度場、風(fēng)場等。通過查找相關(guān)文獻和看圖分析，進行論證，最終得出結(jié)論。

3 干旱的空間分布

2011年5月10日至2011年6月11日，統(tǒng)計顯示，2011年1月1日至5月18日，長江中下游地區(qū)降水異常偏少，湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江、上海7省市區(qū)域平均降水量為242mm，較常年同期偏少245mm，為近60年以來同期最少。其中湖北、浙江、安徽、上海降水量均為有氣象記錄以來同期最少，湖北中東部、湖南北部、江西北部、安徽中南部、江蘇中南部、浙江中北部、上海等地降水較常年同期偏少5～8成。長江中下游地區(qū)，特別是湖北、湖南、江西、安徽等省相繼出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的旱情。長江中下游干流水位也一度出現(xiàn)歷史同期最低或接近歷史同期最低。

4 干旱的可能成因分析

4.1 大氣環(huán)流形勢對干旱的影響

大氣環(huán)流形勢對長江中下游流域的降水影響主要在于冷空氣隨大氣長波的輸送。正常年份，5月正是夏季風(fēng)開始的階段，來自南方的暖濕氣流與北方來的干冷空氣會在長江中下游地區(qū)產(chǎn)生輻合降水，當(dāng)然，5月的主要降水區(qū)在華南，正值華南前汛期的開始。然而，從2010年冬季開始，來自北方的冷空氣頻頻向我國輸送，寒潮次數(shù)要多于正常年份，并且持續(xù)到2011年3月份仍然沒有完全停止大范圍的冷空氣向南輸送。

圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)是日平均高度場資料，表示的是2011年3月中旬的一次冷空氣南下入侵我國的過程。12日在東經(jīng)70°左右出現(xiàn)了一個阻塞高壓形式，其東側(cè)西北氣流非常強盛，從13日開始，高壓脊在向東移動的過程中開始發(fā)生傾斜，慢慢演變成東北西南走向，西北氣流加強，脊前的槽開始加深，引導(dǎo)冷空氣南下。

圖1 (a)2011年3月14日500hPa平均高度場

圖1 (b)2011年3月15日500hPa平均高度場

圖1 (c)2011年3月16日500hPa平均高度場

然而發(fā)生于2010年末到2011年初的冷空氣南下過程的次數(shù)要多于正常年份，正是這些強冷空氣的大舉南下，抑制了春季來自南方的比較弱的暖濕氣流的輸送，使得剛剛開始的東亞夏季風(fēng)無法到達(dá)長江中下游流域，不能在該地產(chǎn)生水汽的輻合，最終導(dǎo)致了長江中下游流域的干旱。因此，大氣環(huán)流形勢與我國長江中下游流域的降水過程是密不可分的，在研究該地旱澇的時候必須考慮中高緯度大氣環(huán)流場的作用。

4.2 西太平洋副熱帶高壓分布對降水的影響

西太平洋副熱帶高壓對我國天氣、氣候有重要影響，特別是它西部的高壓脊。它的范圍在500hPa圖上，用588線表示。它的位置和強度隨季節(jié)而變化，南北方向用副高脊線所在緯度的平均值代表。6～8月脊線平均位于北緯24°。東西方向用588線西伸端點所在經(jīng)度代表，平均位于東經(jīng)122°。西太平洋副熱帶高壓的強度和位置有明顯的季節(jié)變化。每年6月以前，副高脊線位于北緯20°以南，高壓北緣是沿副高脊線北上的暖濕氣流與中緯度南下的冷空氣相交綏地區(qū)，鋒面、氣旋活動頻繁，形成大范圍陰雨天氣，受其影響華南進入雨季。

副熱帶高壓是向我國大陸輸送水汽的重要系統(tǒng)，我國降水的水汽來源。雖然主要依靠西南氣流從印度洋輸送來，而太平洋副高的位置、強度和活動，不僅與西南氣流的水汽輸送有關(guān)，而且還影響著東南方向從太平洋向大陸輸送來的水汽。同時，西太平洋副高的北側(cè)是沿副高北上的暖濕空氣與中高緯度南下的冷空氣相交匯的地帶，往往產(chǎn)生大范圍的降水天氣，形成我國大陸地區(qū)的重要降水帶。因此，當(dāng)副熱帶高壓發(fā)生異常時，往往會影響到我國的降水形勢。

圖2是2011年5月500hPa平均高度場，可以看出副熱帶高壓西伸點較正常年份相比明顯偏東，且面積較小，在正常年份，此時副熱帶高壓西伸點應(yīng)該已經(jīng)到達(dá)華南，為即將開始的華南前汛期提供環(huán)流條件，所以在2011年5月副高偏東偏弱。因此可以判斷，2011年5月江淮流域的大旱與副熱帶高壓的異常有著緊密的聯(lián)系。副熱帶高壓的偏東偏弱影響了東南方向的水汽輸送，從太平洋沿副高北上的暖濕氣流無法到達(dá)江淮流域與北方的冷空氣發(fā)生輻合降水，直接導(dǎo)致了長江中下游地區(qū)的干旱。

圖2 2011年5月500hPa平均高度場

4.3 副熱帶高壓分布和赤道西太平洋對流強度對水汽分布的影響

4.3.1 風(fēng)場的分布

圖3為2011年5月份，整月500hPa平均風(fēng)場的分布圖，可以很明顯地看出來自印度洋上空的西南氣流在到達(dá)我國大陸以后基本維持西風(fēng)方向，偏北氣流較弱，暖濕氣流無法向長江中下游地區(qū)輸送;同時，西太平洋副高位置明顯偏東且面積較小，從赤道太平洋輸送而來的東南方向的水汽無法到達(dá)長江中下游地區(qū)。在二者的作用之下，南部的暖濕氣流輸送無法提供長江中下游地區(qū)豐富的水汽條件，從而不利于該地區(qū)的降水形成。

4.3.2 相對濕度分布

圖4為2011年5月500hPa的平均相對濕度分布圖，可以明顯地看出絕大部分的水汽分布在西太平洋副熱帶高壓的北部。而又因為副熱帶高壓的分布較常年偏東，所以，水汽的分布也較常年偏東。在我國長江中下游流域的水汽相對較少，對于降雨來講是很不利的條件。

上述是從風(fēng)場和水汽分布兩個方面來進行的分析。2011年的副熱帶高壓偏東偏弱的分布形式，對于水汽的輸送有很大的影響。我國降水帶的南北移動同西太平洋副高的季節(jié)活動相一致，通常降雨帶位于副高脊線以北約5～8緯度。2011年西太平洋副熱帶高壓的偏南、偏東導(dǎo)致了雨帶的相對南移。從印度洋隨西風(fēng)而來的暖濕氣流，本應(yīng)在偏西的位置北上影響我國而因為副熱帶高壓的阻塞作用產(chǎn)生得較為偏東，所以攜帶大量水汽的西風(fēng)氣流也在偏東的位置北上，與冷空氣的匯合位置偏東偏南，雨帶正好離開了我國長江中下游流域。

圖3 2011年5月500hPa平均風(fēng)場

圖4 2011年5月500hPa平均相對濕度場

4.4 拉尼娜效應(yīng)對干旱的影響

拉尼娜現(xiàn)象是赤道西太平洋海溫異常增暖的現(xiàn)象。東南信風(fēng)將表面被太陽曬熱的海水吹向太平洋西部，致使西部比東部海平面增高將近60cm，西部海水溫度增高，氣壓下降，潮濕空氣積累形成臺風(fēng)和熱帶風(fēng)暴，東部底層海水上翻，致使東太平洋海水變冷。太平洋上空的大氣環(huán)流叫做沃克環(huán)流，當(dāng)沃爾克環(huán)流變?nèi)鯐r，海水吹不到西部，太平洋東部海水變暖，形成厄爾尼諾現(xiàn)象;但當(dāng)沃克環(huán)流變得異常強烈時，就出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象。一般拉尼娜現(xiàn)象會隨著厄爾尼諾現(xiàn)象而來，出現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象的第2年，都會出現(xiàn)拉尼娜現(xiàn)象，有時拉尼娜現(xiàn)象會持續(xù)2～3年。離現(xiàn)在最近的一次拉尼娜現(xiàn)象開始于2010年6月，之后一直處于發(fā)展期，直到2011年5月開始進入中性狀態(tài)。

圖5(a)和圖5(b)給出的是2010年3月和2011年5月的月平均海溫圖，由此可以看出，距離我國很近的赤道西太平洋地區(qū)的海表溫度相對于旁邊海域是偏高的，再與常年海表溫度相比較，確實發(fā)生了拉尼娜現(xiàn)象。

圖5 (a)2011年3月SST

圖5 (b)2011年5月SST

首先，在拉尼娜年，副高強度和西伸程度的變化與西太平洋海溫距平之間存在有明顯的時滯耦合現(xiàn)象，且最大滯后相關(guān)為6個月左右。因此，根據(jù)對2010年末到2011年初赤道西太平洋海溫距平以及2011年5月副熱帶高壓位置及面積大小的分析，可以得知拉尼娜現(xiàn)象對副高產(chǎn)生的影響促成了長江中下游地區(qū)的干旱。

其次，在拉尼娜年，沃克環(huán)流明顯加強，促使赤道西太平洋暖池附近上升運動強烈，與印度洋以及南海上空的水汽輻合，造成了西南方向水汽輸送不足，這種發(fā)生在赤道西太平洋上空的強對流現(xiàn)象促使長江中下游地區(qū)發(fā)生干旱。

最后，拉尼娜年赤道地區(qū)輻合上升運動主要集中在赤道西太平洋附近，規(guī)模較小，經(jīng)向環(huán)流較弱，信風(fēng)較弱，因此中緯度地區(qū)西風(fēng)也較弱，利于冷空氣的向南爆發(fā)，因此拉尼娜形成的環(huán)流形勢也是促成長江中下游地區(qū)干旱少雨的重要因素。

5 結(jié)語

(1)發(fā)生在2011年初長江中下游流域的干旱現(xiàn)象與2010年到2011年冬末春初的大氣環(huán)流形勢有著緊密的聯(lián)系，本文分析的只是發(fā)生于2011年3月中旬的一次冷空氣南下過程，然而在此段時間內(nèi)發(fā)生在我國的冷空氣入侵次數(shù)及強度要盛于正常年份，這些強冷空氣的南下阻擋了南方暖濕氣流的北上，使得菲律賓南海上空的水汽最終無法到達(dá)長江中下游流域，使該地的降水減少。

(2)副熱帶高壓在2011年初異常偏東偏弱也是引發(fā)長江中下游流域干旱的重要因素之一，副高南面的東南氣流無法順利到達(dá)長江中下游地區(qū)，只能在海上與偏北氣流產(chǎn)生輻合，使降水中心發(fā)生在海上，副高同時也沒有起到使東亞大槽向北抬升的作用，導(dǎo)致東亞大槽偏南，冷空氣頻頻向長江中下游地區(qū)爆發(fā)。

(3)發(fā)生在2010年末到2011年初的大氣環(huán)流異常、副熱帶高壓異常、西南氣流減弱的現(xiàn)象均與拉尼娜現(xiàn)象有關(guān)，本次拉尼娜現(xiàn)象現(xiàn)在發(fā)生于2010年6月厄爾尼諾現(xiàn)象結(jié)束之后，直到2011年5月呈現(xiàn)中性狀態(tài)，因此2011年是拉尼娜年。由拉尼娜現(xiàn)象產(chǎn)生的暖池異常增暖，沃克環(huán)流異常，通過海氣相互影響了全球大氣環(huán)流形勢，導(dǎo)致環(huán)流系統(tǒng)異常。我國長江中下游地區(qū)的干旱現(xiàn)象就是這種氣候異常的產(chǎn)物。

(4)拉尼娜現(xiàn)象只是ENSO現(xiàn)象中的一部分，在整個ENSO循環(huán)的過程中，發(fā)生在長江中下游地區(qū)氣候異常的現(xiàn)象還有很多，因此，從人類發(fā)展和社會進步的角度來說，對ENSO現(xiàn)象及其產(chǎn)生機制的研究有著十分重要的意義。

［1］張 瓊，劉 平，吳國雄.印度洋和南海海溫與長江中下游旱澇［J］.大氣科學(xué)，2003(27):992 ～1006.

［2］金啟華，王 輝，姜 華，等.北太平洋副熱帶海洋環(huán)流強度異常對長江中下游夏季降水的影響［J］.海洋學(xué)報，2012(34):64～70.

［3］王 文，蔡曉軍.長江中下游地區(qū)干旱變化特征分析［J］.高原氣象，2010(29):1587～1593.

［4］謝 安，毛江玉，宋焱云，等.長江中下游地區(qū)水汽輸送的氣候特征［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報，2002(13):67～77.

［5］吳志偉，李建平，何金海，等.大尺度大氣環(huán)流異常與長江中下游夏季長周期旱澇急轉(zhuǎn)［J］.科學(xué)通報，2006(51):1717～1724.

［6］史芳斌，張方偉，萬漢生.2001年長江流域干旱及成因分析［J］.水文，2002(23):28～32.

［7］趙 亮，鄒 力，王恩華.與ENSO有關(guān)和無關(guān)年江、淮旱澇可能成因研究［J］.氣象科學(xué)，2007(27):618～625.

［8］琚建華，趙爾旭.東亞夏季風(fēng)區(qū)的低頻振蕩對長江中下游旱澇的影響［J］.熱帶氣象學(xué)報，2005(21):163～171.