西南區(qū)域持續(xù)性干旱事件的行星尺度和天氣尺度擾動(dòng)信號(hào)

錢維宏，張宗婕

北京大學(xué)大氣海洋科學(xué)系，北京 100871

西南區(qū)域持續(xù)性干旱事件的行星尺度和天氣尺度擾動(dòng)信號(hào)

錢維宏，張宗婕

北京大學(xué)大氣海洋科學(xué)系，北京 100871

以2009—2010年發(fā)生在中國(guó)西南地區(qū)的持續(xù)性干旱事件為例，通過干旱和大氣變量的物理分解得到了一些干旱事件發(fā)生的新認(rèn)識(shí).氣象干旱多為年循環(huán)的氣候干季與干旱擾動(dòng)的疊加所致.一次干旱擾動(dòng)大約為30—50天，而一次持續(xù)性干旱事件是由幾次干旱擾動(dòng)組成的.大氣高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)中存在三種時(shí)間尺度的擾動(dòng).一種是年際行星尺度的大氣擾動(dòng)，與ENSO冷暖事件有關(guān)，起源于赤道并傳播到中高緯度地區(qū)需要2—4年.另一種是季節(jié)內(nèi)行星尺度的大氣擾動(dòng)，與來自赤道地區(qū)的30—50天振蕩有關(guān).此外，大氣中還存在天氣尺度的擾動(dòng).利用行星尺度大氣擾動(dòng)向赤道外傳播與天氣尺度擾動(dòng)的疊加，區(qū)域持續(xù)性干旱事件能夠找到前期預(yù)報(bào)信號(hào).

干旱事件，氣候干季，行星尺度，天氣尺度，擾動(dòng)信號(hào)

1 引 言

氣象干旱是指某一時(shí)段內(nèi)，由于地面蒸發(fā)量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的地面水分短缺現(xiàn)象.在一個(gè)地區(qū)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無降水，或降水量異常偏少，就可形成干旱事件.在中國(guó)的四類持續(xù)性大范圍極端氣候事件中，干旱事件的經(jīng)濟(jì)損失超過洪澇、高溫?zé)崂撕偷蜏乩浜?，排在首?原因是干旱的持續(xù)時(shí)間和影響范圍是其它異常氣候事件不可比擬的［1－3］.2009年11月5日至2010年4月7日，中國(guó)西南地區(qū)包括云南、貴州、四川、廣西和重慶等五省市發(fā)生了有氣象觀測(cè)記錄60年以來的區(qū)域特大秋冬春持續(xù)性干旱事件.其中，干旱最為嚴(yán)重的是云南省，從2009年的9月份開始，到2010年4月中旬結(jié)束，實(shí)屬百年不遇的氣象災(zāi)害.這次西南地區(qū)的持續(xù)干旱導(dǎo)致了6420多萬人受災(zāi)，110多萬公頃農(nóng)作物絕收，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)246億元.西南地區(qū)很多河塘干枯，人們的生產(chǎn)和生活受到嚴(yán)重的威脅.

氣象部門用干旱指數(shù)表示干旱的嚴(yán)重程度，干旱指數(shù)值越?。ㄘ?fù)值越大），表示干旱程度越高.對(duì)干旱的持續(xù)時(shí)間、最大影響范圍、最大日平均強(qiáng)度和綜合指數(shù)，它們的排序是不同的.過去60年中，中國(guó)持續(xù)時(shí)間第一位、最大影響范圍第一位和綜合指數(shù)第一位的是1998年9月6日從華北開始向中國(guó)西南地區(qū)發(fā)展的干旱事件.最大日平均強(qiáng)度第一位的是1983年5月26日開始于中國(guó)西南地區(qū)的干旱事件.在全國(guó)60年的歷史上，2009年至2010年的西南干旱事件持續(xù)時(shí)間排在第12位［3－4］，但在西南地區(qū)是有歷史記錄以來的第一位.

對(duì)于這次西南地區(qū)持續(xù)性干旱已有一些對(duì)事件的監(jiān)測(cè)和評(píng)估分析的文章［5］.有分析認(rèn)為，2010年冬季西南地區(qū)的干旱更有可能是由北半球環(huán)狀模（NAM）異常，而不是El Ni?o引起的［6］.還有研究者認(rèn)為這次持續(xù)性干旱是自然與人類活動(dòng)影響的結(jié)果［7］.這樣的干旱事件在西南地區(qū)是少見的，但我們?nèi)匀恍枰獜臍v史的角度，用客觀的方法對(duì)其做深入的研究.氣象干旱常常為氣候干季與大氣環(huán)流異常形成的干旱擾動(dòng)的疊加而成.把氣象干旱和大氣變量進(jìn)行物理分解，再尋找它們之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的工作并不多.本文以2009年至2010年中國(guó)西南地區(qū)的持續(xù)性干旱為例，通過分解干旱擾動(dòng)與對(duì)應(yīng)的大氣變量擾動(dòng)之間的聯(lián)系，探討干旱形成的原因.

2 資料和方法

本文使用了中國(guó)國(guó)家氣侯中心提供的1951—2010年中國(guó)722測(cè)站的逐日綜合氣象干旱指數(shù)（CI）資料［2，8］.根據(jù)逐日干旱指數(shù)和確定的干旱定義，對(duì)1960—2010年期間發(fā)生在中國(guó)的所有區(qū)域干旱事件給出了“持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度和最大影響范圍”等指標(biāo)量的排序［4］.這套干旱事件序列與中國(guó)氣象局編寫的1956—2009年《中國(guó)氣象干旱圖集》［9］結(jié)合，可以確定發(fā)生在中國(guó)西南地區(qū)的持續(xù)性干旱事件.干旱指數(shù)分為5級(jí)：CI＞－0.6為正常或濕澇；－1.2＜CI≤－0.6為輕微干旱；－1.8＜CI≤－1.2為中等干旱；－2.4＜CI≤－1.8為嚴(yán)重干旱；CI≤－2.4為特重干旱.逐月全球5652個(gè)站點(diǎn)降水資料取自美國(guó)NOAA／NCEP／CPC／CAMS［10］，在計(jì)算站點(diǎn)降水距平百分率時(shí)，氣候平均時(shí)段取1971—2000年.逐日全球?qū)α鲗雍推搅鲗哟髿舛嘧兞坑^測(cè)的2.5°×2.5°格點(diǎn)再分析資料使用美國(guó)NCEP／NCAR［11］Reanalysis 1.Ni?o 3.4區(qū)（5°N—5°S，170°W—120°W）海溫距平序列取自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）網(wǎng)站（http：／／www.cpc.ncep.noaa.gov／）.

大氣變量可以從物理上分解成四個(gè)部分之和［12］.其中緯帶－時(shí)間平均的對(duì)稱部分和時(shí)間平均的非對(duì)稱部分，分別由太陽輻射和海陸分布熱力調(diào)節(jié)的季節(jié)變化引起，反映的是逐日氣候.第三部分是年際和季節(jié)內(nèi)的熱帶海洋或極地?zé)崃?qiáng)迫引起的緯帶平均擾動(dòng)部分，可形成大氣變量的行星尺度指數(shù)循環(huán).第四部分是一些復(fù)雜的局地?zé)崃蛣?dòng)力形成的天氣尺度瞬變擾動(dòng).第三和第四部分的分析方法在文獻(xiàn)［12］中有介紹，本文只是探討這兩項(xiàng)擾動(dòng)對(duì)干旱事件的指示意義.分解的第三和第四部分分別稱為行星尺度緯圈平均的大氣（高度或氣流）擾動(dòng)和天氣尺度的大氣（高度或氣流）擾動(dòng).

3 西南地區(qū)干旱特征

圖1 中國(guó)干旱特征（a）1960年1月1日—2010年4月13日中國(guó)達(dá)到中等干旱（CI≤－1.2）以上的站總?cè)諗?shù)分布（天數(shù)）；（b）站點(diǎn)達(dá)到中旱以上日數(shù)最多的季節(jié).Fig.1 Drought features in China based on CI≤－1.2（a）Total drought days with CI≤－1.2during 1January 1960to 13April 2010；（b）Seasons with maximum drought days at each station.

中國(guó)西南地處于青藏高原的東南側(cè)，地勢(shì)西高東低，是多條河流的源頭地區(qū).利用逐日站點(diǎn)干旱指數(shù)（CI）資料，圖1a給出了1960年1月1日—2010年4月13日期間各站達(dá)到中等干旱以上的日數(shù)分布.中國(guó)干旱日數(shù)最多的地區(qū)集中在黃河流域及其以北的華北和東北西部地區(qū).此外，中國(guó)西南地區(qū)也是一個(gè)干旱高頻發(fā)生區(qū)，總計(jì)達(dá)到2500—4500日.圖1b給出了每個(gè)站點(diǎn)上中等干旱以上日數(shù)最多出現(xiàn)的季節(jié).有意思的是，黃河流域及其以北的干旱和中國(guó)西南地區(qū)的干旱最多發(fā)生在春季.春季干旱在中國(guó)的分布就像希臘大寫字母的“Γ”，位置在經(jīng)度95°E—105°E的南北方向和35°N以北的東西方向.夏季干旱分散在長(zhǎng)江和黃河的中游地區(qū).秋季干旱主要集中在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，而冬季干旱主要出現(xiàn)在新疆地區(qū)和華南沿海部分站點(diǎn).總之，春季干旱在中國(guó)是系統(tǒng)性的，往往覆蓋很大的范圍，如1998—1999年的干旱就跨越了黃河和西南兩大區(qū)域［3］.

1960—2010年期間，中國(guó)西南地區(qū)出現(xiàn)冬春季連續(xù)兩季干旱的事件有10次.這期間，春夏季連旱的事件1次發(fā)生在1983年，而秋冬春三季連續(xù)干旱的事件有4次，分別開始于1978年、1979年、1998年和2009年（表1）.

4 干旱擾動(dòng)分解

圖1b和表1中的干旱事件發(fā)生頻次具有季節(jié)性.有必要以2009年至2010年干旱事件為例，闡述區(qū)域持續(xù)性干旱是氣候干季上疊加的行星尺度干旱擾動(dòng)和天氣尺度干旱擾動(dòng).圖2a給出了2009年10月1日—2010年4月1日全國(guó)干旱指數(shù)CI達(dá)到中等干旱以上的日數(shù)分布.這期間，持續(xù)2—6個(gè)月的干旱集中在西南地區(qū).以圖2a中方框（98°E—108°E，22°N—30°N）內(nèi)站點(diǎn)平均干旱指數(shù)（CI），計(jì)算得到1951—2009年的逐日平均CI序列，即圖2b中的灰色曲線.氣候上，中國(guó)西南地區(qū)每年11月份到次年的4月份是干季（簡(jiǎn)稱為：氣候干季），6月份到9月份是濕季，5月和10月是過渡月份，干濕氣候表現(xiàn)出典型的季風(fēng)區(qū)特征.同時(shí)也反映出，中國(guó)西南地區(qū)高頻次的冬春季連旱是一種氣候現(xiàn)象.在圖2b中，2009年1月至5月觀測(cè)到有兩個(gè)濕潤(rùn)的時(shí)段，分別出現(xiàn)在1月和4—5月，而在2009年2—3月出現(xiàn)了與氣候干季有偏差的干旱擾動(dòng).2009年7—8月的觀測(cè)值和氣候值接近，并無旱澇異常.2009年的9月中至10月干旱擾動(dòng)發(fā)展，2009年11月中至12月初和2010年1月至2月中分別出現(xiàn)了第二次和第三次相對(duì)氣候干季的強(qiáng)干旱擾動(dòng).2010年3月出現(xiàn)了第四次相對(duì)氣候干季的干旱擾動(dòng).可見，這次持續(xù)的干旱事件是在氣候干季上疊加的先后4次干旱擾動(dòng).干旱從2009年9月開始發(fā)展，最強(qiáng)的干旱時(shí)段從2009年11月5日—2010年3月底.用2009年1月1日至2010年4月22日觀測(cè)的干旱指數(shù)（CI）逐日序列減去氣候逐日干旱序列，得到同期觀測(cè)干旱指數(shù)的偏差（或擾動(dòng)）變化.當(dāng)觀測(cè)的干旱指數(shù)相對(duì)氣候偏差足夠大時(shí)，我們認(rèn)為出現(xiàn)了干旱擾動(dòng).偏差序列中先后出現(xiàn)了4次大的干旱擾動(dòng)，如圖2b中（1）—（4）所示.

圖2 2009年至2010年西南干旱特征（a）2009年10月1日—2010年4月1日中國(guó)干旱指數(shù)CI達(dá)到中旱（CI≤－1.2）以上的日數(shù)分布；（b）西南地區(qū)（98°E—108°E，22°N—30°N）逐日干旱指數(shù)變化；（c）經(jīng)度（95°E—105°E）平均的緯度（22°N—42°N）－時(shí)間（2009年1月1日—2010年4月22日）剖面上CI擾動(dòng)值分布；（b）中灰色線為多年平均（氣候）干旱指數(shù)（CI）的逐日變化，實(shí)線為觀測(cè)干旱指數(shù)（CI）的逐日變化，虛線為干旱指數(shù)擾動(dòng)（觀測(cè)干旱指數(shù)與氣候平均干旱指數(shù)的差）值的逐日（2009年1月1日—2010年4月22日）變化，數(shù)字（1）—（4）指示4次干旱擾動(dòng).Fig.2 Drought features over Southwest China from 2009to 2010（a）The distribution of drought days（CI≤－1.2）from 1October 2009to 1April 2010；（b）The daily variation of drought index over Southwest China（98°E—108°E，22°N—30°N）；（c）CIanomaly distribution averaged from 95°E to 105°E on the section plane of latitudes（22°N—42°N）and period（from 1January 2009to 22April 2010）.In（b）：The grey line shows the daily variation of climate CI，and the solid line is the daily variation of the observation CI，and the dashed line shows the daily variation of CI anomaly from 1January 2009to 22April 2010.

表1 西南地區(qū)持續(xù)性秋冬春干旱事件的開始日期和持續(xù)日數(shù)Table 1 Starting date and duration of persistent drought events in Southwest China during autumn，winter and spring

經(jīng)過中國(guó)西南地區(qū)（95°E—105°E，22°N—42°N）的南北方向上，干旱指數(shù)擾動(dòng)部分隨時(shí)間的逐日變化如圖2c中陰影所示.2009年2—3月份的西南干旱和2009年9月的發(fā)展，10月的加強(qiáng)至2010年4月初的持續(xù)性干旱事件在圖2c中是非常清楚的.在2009年11月至12月中、2010年1月至2月和2010年3月份的3次強(qiáng)干旱擾動(dòng)中，2010年初的干旱擾動(dòng)尤為強(qiáng)盛.后2次干旱擾動(dòng)也影響到了黃河上游地區(qū).

中國(guó)西南地區(qū)的這次持續(xù)性干旱不是一個(gè)局地現(xiàn)象，而是環(huán)球干旱條帶的一個(gè)部分.從圖2b中可以清楚地看出，這次西南干旱主要發(fā)生在2009年11月至2010年3月的5個(gè)月中.由于干旱具有累積效應(yīng)，最后在2010年3月份的干旱也很嚴(yán)重.利用美國(guó)CMAP全球降水資料［13］，這5個(gè)月和2010年3月份的全球站點(diǎn)降水百分率空間分布，如圖3所示.東南亞整體降水偏少，中國(guó)西南地區(qū)僅僅是其中一個(gè)部分，越南、緬甸和菲律賓也發(fā)生了持續(xù)性的干旱.從東南亞向西延伸到印度北部，經(jīng)過阿拉伯半島到北非和拉美，都是降水持續(xù)偏少的地區(qū)，形成一條環(huán)球干旱帶.與此同時(shí)，從2009年的11月份開始，東北亞地區(qū)和中國(guó)新疆地區(qū)氣溫偏低、降水偏多.全球降水偏多的地區(qū)也呈緯向帶狀分布，從東北亞向西延伸到新疆、歐洲，直至北美洲的南部地區(qū).此外，在更高緯度的環(huán)北極大陸地區(qū)的降水也偏少.北半球在南北方向上降水“少－多－少”的條帶狀分布，以及各個(gè)緯帶上的多個(gè)降水異常中心，反映出全球降水異常（旱澇）分布的兩種空間尺度.當(dāng)這兩種尺度的干濕分布型穩(wěn)定疊加時(shí)，會(huì)使一些地區(qū)的干旱或洪澇事件加劇.

如表1，中國(guó)西南地區(qū)在過去的60年中發(fā)生了多次干旱事件，其中日平均CI強(qiáng)度值最大達(dá)到－2.34的事件是發(fā)生在1983年5月26日開始的持續(xù)72天的干旱［4］.在所有西南地區(qū)的秋冬春季節(jié)連旱中，2009—2010年的連旱現(xiàn)象，是比1998—1999年更為嚴(yán)重的長(zhǎng)期干旱事件.圖4清楚地顯示了這三次持續(xù)性干旱事件.盡管1983年夏季的西南干旱強(qiáng)度很強(qiáng)，但它的持續(xù)時(shí)間只是2009—2010年整個(gè)西南干旱時(shí)間的三分之一.每一次干旱事件是由一次或幾次干旱擾動(dòng)先后組成的，并且干旱擾動(dòng)的強(qiáng)度在地理位置上是可以傳播的.1983年夏季的西南干旱先向北傳播，年底到達(dá)30°N，后又在1984年春季回到西南地區(qū).1998—1999年的西南干旱，由至少4次干旱擾動(dòng)先后組成.2009—2010年的西南干旱不但在當(dāng)?shù)匕l(fā)展，也向黃河上游擴(kuò)展了.

5 大氣中的高度擾動(dòng)

中國(guó)西南地區(qū)的干旱擾動(dòng)直接與大氣環(huán)流擾動(dòng)有關(guān).以下闡述這次干旱事件對(duì)應(yīng)的對(duì)流層至平流層天氣尺度高度擾動(dòng)的變化.圖5給出的是2009年9月1日至2010年4月1日干旱區(qū)（98°E—108°E，22°N—30°N）上空，對(duì)流層至平流層的天氣尺度位勢(shì)高度擾動(dòng)隨時(shí)間的變化.

圖3 （a）2009年11月—2010年3月全球降水距平百分率（等值線實(shí)線為正，虛線為負(fù)，間距為20%）；（b）2010年3月全球降水距平百分率（等值線實(shí)線為正，虛線為負(fù)，間距為30%）.為了顯示清晰，等值線零線省略Fig.3 Global precipitation anomalies（in percentages）for（a）November 2009to March 2010（contour interval：20%）and（b）March 2010（contour interval：30%），solid and dashed lines indicate positive and negative values respectively.The zero contours are omitted for clarity

比較圖2b與圖5中的（1）、（2）、（3）和（4）位置上的數(shù)值，它們表示從2009年9月初至2010年4月初有4次對(duì)流層頂附近的天氣尺度高度擾動(dòng)，每次大的天氣尺度高度擾動(dòng)中又有1—2次小的高度擾動(dòng).這些天氣尺度高度擾動(dòng)與西南地區(qū)的干旱擾動(dòng)在時(shí)間上是基本對(duì)應(yīng)的，出現(xiàn)的擾動(dòng)振蕩時(shí)間大約是30—50天.天氣尺度高度擾動(dòng)從平流層下伸到對(duì)流層的中下部，具有相當(dāng)正壓性.

根據(jù)圖5中最大擾動(dòng)所在的高度，我們給出200hPa層的天氣尺度位勢(shì)高度擾動(dòng)，分別沿98°E—108°E緯向平均的經(jīng)向分布隨時(shí)間的變化，和沿22°N—30°N經(jīng)向平均的緯向分布隨時(shí)間的變化（圖6）.在經(jīng)過西南地區(qū)的南北方向上（圖6a），2009年9—10月份的天氣尺度高度擾動(dòng)主要出現(xiàn)在中國(guó)西北地區(qū)，西南地區(qū)受到其邊緣影響.2009年11月份的天氣尺度高度擾動(dòng)和2010年1—2月份的天氣尺度高度擾動(dòng)，主要出現(xiàn)在西南地區(qū)對(duì)流層頂附近.另外在2010年的3月份也有1次天氣尺度高度擾動(dòng).在經(jīng)過西南地區(qū)的東西方向上（圖6b），存在4次天氣尺度高度擾動(dòng)，其中發(fā)生在2009年11月份、2010年1—2月份和2010年3月份的高度擾動(dòng)更為清楚.綜合圖6a與b兩個(gè)方向的天氣尺度高度擾動(dòng)隨時(shí)間的演變，4次高度擾動(dòng)確實(shí)對(duì)應(yīng)了4次西南地區(qū)的干旱擾動(dòng)，它們之間有著內(nèi)在的聯(lián)系.

圖4 經(jīng)過中國(guó)西南經(jīng)度（95°E—105°E）平均在緯度（22°N—42°N）方向上CI指數(shù)擾動(dòng)部分隨時(shí)間（日）的變化（a）1981年1月1日—1985年12月31日；（b）1996年1月1日—2000年12月31日；（c）2006年1月1日—2010年4月22日.Fig.4 The averaged CIanomalies between 95°E to 105°E and along the meridian from 22°N to 42°N（a）From 1January 1981to 31December 1985；（b）From 1January 1996to 31December 2000；（c）From 1January 2006to 22April 2010.

通過研究行星尺度緯圈平均大氣擾動(dòng)的經(jīng)向傳播，發(fā)現(xiàn)對(duì)流層至平流層的經(jīng)向風(fēng)擾動(dòng)和緯向風(fēng)擾動(dòng)也是在對(duì)流層頂有最大的變率.赤道上空的最大變率中心在150hPa高度，而副熱帶地區(qū)在200hPa高度［14］.圖7給出了與圖4對(duì)應(yīng)的行星尺度緯圈平均西風(fēng)擾動(dòng)在對(duì)流層頂隨時(shí)間的變化.在1981年和1983—1984年，對(duì)流層頂30°N以北為西風(fēng)異常，以南為東風(fēng)異常，在30°N附近為行星尺度的反氣旋環(huán)流（高壓帶）.同樣的行星尺度反氣旋環(huán)流也發(fā)生在1998—1999年.2009—2010年，30°N以北為強(qiáng)的西風(fēng)異常，也形成30°N以南的行星尺度反氣旋切變.與以上情況不同的是，1983年春夏和1998年春夏，26°N附近有很強(qiáng)的行星尺度西風(fēng)擾動(dòng)，相應(yīng)的這兩年長(zhǎng)江流域都發(fā)生了洪澇.圖7中，那些跨越2—4年的箭頭點(diǎn)線表示行星尺度西風(fēng)擾動(dòng)起源于赤道，然后經(jīng)歷2—4年向中高緯度傳播，在26°N和45°N附近得到進(jìn)一步的加強(qiáng).這些年際強(qiáng)西風(fēng)擾動(dòng)出現(xiàn)后會(huì)傳播到不同的緯度，導(dǎo)致區(qū)域持續(xù)性的干旱或洪澇天氣.圖7中，來自赤道地區(qū)對(duì)流層頂?shù)男行浅叨却髿獾皖l（30—50天）西風(fēng)擾動(dòng)，它們也能夠傳播到30°N及其以北的溫帶地區(qū).中國(guó)西南地區(qū)2009—2010年的4次干旱擾動(dòng)，也與來自赤道地區(qū)的緯帶大氣30—50天西風(fēng)擾動(dòng)有關(guān).

圖5 2009年9月1日至2010年4月1日干旱區(qū)（98°E—108°E，22°N—30°N）上空的天氣尺度位勢(shì)高度擾動(dòng)（gpm）實(shí)線和陰影區(qū)表示高度擾動(dòng)的正值，點(diǎn)線表示高度擾動(dòng)的負(fù)值，數(shù)字（1）—（4）和箭頭指示高度擾動(dòng)的次數(shù).Fig.5 Regional－scale geopotential height anomaly（gpm）on the drought area（98°E—108°E，22°N—30°N）from 1 September 2009to 1April 2010and between 1000～10hPa The solid lines and the shaded area indicate the positive anomaly while the dotted lines indicate the negative anomaly.Numbers（1）—（4）and arrows indicate times of anomalies.

圖8給出了沿25°N—27.5°N平均的對(duì)流層頂（200hPa附近）行星尺度西風(fēng)擾動(dòng)和Ni?o3.4區(qū)海溫距平（SSTA）在1981—2010年的逐月序列，它們之間的相關(guān)系數(shù)值為0.61，超過了0.01的顯著性水平.1982—1983年、1997—1998年和2009—2010年是這段時(shí)期中出現(xiàn)的3次最強(qiáng)的ENSO事件.這3次ENSO事件形成了行星尺度的西風(fēng)擾動(dòng)，并且引發(fā)了中國(guó)持續(xù)性的洪澇和干旱事件.

6 結(jié)果與討論

通過2009—2010年發(fā)生在中國(guó)西南地區(qū)的持續(xù)性干旱事件的分析，本文得到下列幾點(diǎn)結(jié)論.

（1）氣象干旱常常為年循環(huán)的氣候干季與干旱擾動(dòng)的疊加所致.中國(guó)西南地區(qū)每年11月份至次年4月份是氣候干季，6月份至9月份是濕潤(rùn)季節(jié)，5月和10月是過渡月份.一次干旱擾動(dòng)的時(shí)間大約為30—50天，區(qū)域持續(xù)性干旱事件可由幾次干旱擾動(dòng)先后組成.2009—2010年中國(guó)西南地區(qū)的干旱事件，是由4次大的干旱擾動(dòng)和一些小的干旱擾動(dòng)相繼疊加組成的.

（2）區(qū)域持續(xù)性干旱擾動(dòng)與對(duì)流層至平流層的大氣擾動(dòng)直接有關(guān).對(duì)流層頂附近是大氣中天氣尺度高度擾動(dòng)和行星尺度風(fēng)擾動(dòng)最大的位置.天氣尺度高度擾動(dòng)從平流層下伸到對(duì)流層的中下部，具有相當(dāng)正壓性，對(duì)應(yīng)著地面干旱區(qū).2009—2010年發(fā)生在中國(guó)西南地區(qū)的的4次干旱擾動(dòng)與200hPa上的4次天氣尺度位勢(shì)高度擾動(dòng)對(duì)應(yīng).

圖6 2009年8月1日—2010年4月1日經(jīng)過西南地區(qū)上空200hPa的天氣尺度高度擾動(dòng)（gpm）沿（a）經(jīng)度（98°E—108°E）平均在緯度10°S—60°N上的變化和（b）緯度（22°N—30°N）平均在經(jīng)度40°E—120°E上的變化Fig.6 Regional－scale geopotential height anomalies（gpm）on 200hPa from 1August 2009to 1April 2010averaged（a）between 98°E—108°E along the latitudes（10°S—60°N），and（b）between 22°N—30°N along the longitudes（40°E—120°E）

（3）對(duì)流層頂?shù)奈粍?shì)高度和氣流存在三種時(shí)空尺度的擾動(dòng).天氣尺度高度擾動(dòng)能夠指示區(qū)域干旱擾動(dòng).年際行星尺度西風(fēng)擾動(dòng)與ENSO循環(huán)有關(guān)，起源于赤道，傳播到中高緯度地區(qū)需要2—4年.季節(jié)內(nèi)行星尺度大氣擾動(dòng)與來自赤道地區(qū)的30—50天振蕩有關(guān).兩種行星尺度的大氣擾動(dòng)傳播到副熱帶地區(qū)時(shí)，不同的位相下會(huì)形成中國(guó)區(qū)域性的持續(xù)洪澇或持續(xù)干旱等極端天氣事件.

（4） 赤道上的年際海溫?cái)_動(dòng)，如ENSO循環(huán)會(huì)形成行星尺度緯圈平均的大氣擾動(dòng)，且擾動(dòng)信號(hào)在對(duì)流層頂最強(qiáng).利用年際和30—50天的大氣擾動(dòng)信號(hào)來自赤道向赤道外傳播的特性，可以為區(qū)域持續(xù)性的干旱事件找到前期信號(hào).對(duì)區(qū)域性干旱事件，要在時(shí)間上把握氣候干季、年際海洋強(qiáng)迫引起的干旱擾動(dòng)和行星尺度低頻大氣波動(dòng)引起的干旱擾動(dòng)，以及天氣尺度大氣擾動(dòng)引起的干旱擾動(dòng).總之，一個(gè)地區(qū)的干旱嚴(yán)重程度，取決于這幾種時(shí)空尺度干旱擾動(dòng)的疊加.

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圖7 對(duì)流層頂行星尺度緯圈平均西風(fēng)擾動(dòng)隨時(shí)間－緯度的變化（a）1981年1月1日—1985年12月31日；（b）1996年1月1日—2000年12月31日；（c）2006年1月1日—2010年12月31日.西風(fēng)逐日擾動(dòng)做了31天平滑，陰影區(qū)表示西風(fēng)擾動(dòng)正值，灰色等值線為負(fù)值，等值線間隔為2m／s，點(diǎn)線指示起源于赤道大氣中的年際和30—50天波動(dòng)，短箭頭線指示西風(fēng)或東風(fēng)異常.Fig.7 Time－latitude variations of planetary－scale zonal－mean westerly anomalies on the tropopause for the periods of（a）1981—1985，（b）1996—2000，and（c）2006—2010Series are calculated by 31－day running mean.The shading areas indicate positive westerly anomalies（the contour interval：2m／s）.The thick dotted lines show the interannual and 30—50－day fluctuations that originated from the equatorial atmosphere；the dashed arrow lines indicate the westerly or easterly anomalies.

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圖8 沿25°N—27.5°N平均的對(duì)流層頂（200hPa）行星尺度西風(fēng)擾動(dòng)U和Ni?o3.4區(qū)海溫距平在1981—2010年的逐月序列Fig.8 The monthly planetary－scale zonal－mean westerly anomalies Uaveraged between 25°N—27.5°N on 200hPa and the Ni?o3.4region SSTA（℃）series for 1981—2010

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Planetary－scale and regional－scale anomaly signals for persistent drought events over Southwest China

QIAN Wei－Hong，ZHANG Zong－Jie
Department of Atmospheric and Oceanic Sciences，Peking University，Beijing100871，China

New knowledge on persistent droughts was obtained by the physical decomposition of dryness index and atmospheric variables from the recent severe event occurred in 2009—2010over Southwest China.Meteorological drought can be decomposed into two parts of climate dry season and various dry anomalies.A period of dry anomaly is about 30—50days and a persistent drought event consists of several times of dry anomalies.Atmospheric variable anomalies with three different time－space scales exist in geopotential height and winds.One of planetary－scale zonalmean atmospheric anomalies associated with El Ni?o－Southern Oscillation cycle originates from the equatorial zone and propagates to mid－h(huán)igh latitudes in about 2—4years.Another planetaryscale atmospheric anomaly which also originates from the equatorial zone is associated with 30—50－day oscillation.The third is the regional－scale atmospheric anomalies.The propagation of these planetary－scale atmospheric anomalies from the equatorial zone to extra－tropical latitudes and adding regional－scale atmospheric anomaly can be used as precursors to predict regional persistent droughts.

Drought event，Climate dry season，Planetary scale，Regional scale，Anomaly signal

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.004

P433

2011－12－05，2012－04－19收修定稿

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40975039）資助.

錢維宏，男，1957年生，教授.主要從事天氣氣候教學(xué)和研究.E－mail：qianwh＠pku.edu.cn

錢維宏，張宗婕.西南區(qū)域持續(xù)性干旱事件的行星尺度和天氣尺度擾動(dòng)信號(hào).地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（5）：1462－1471，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.004.

Qian W H，Zhang Z J.Planetary－scale and regional－scale anomaly signals for persistent drought events over Southwest China.ChineseJ.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1462－1471，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.004.

（本文編輯 汪海英）