西南地區(qū)氣象干旱特征及其成因分析

舒冬香，張錦勇，韓曉令，顧 欣

(1.貴州省麻江縣氣象局，貴州 麻江 557600;2.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

1 引言

近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著人類活動(dòng)加劇，氣候變化問題日益突出。氣候變化的影響是多尺度、多層次、全方位的，正面和負(fù)面影響并存，其對國民經(jīng)濟(jì)的影響主要以負(fù)面作用為主，因此氣候變化問題得到了各國科學(xué)界、政府以及公眾的極大關(guān)注［1］。

干旱是西南地區(qū)主要的氣象災(zāi)害，干旱災(zāi)害會對農(nóng)業(yè)造成嚴(yán)重的影響。近年來，在全球氣候變暖的背景下，干旱事件的出現(xiàn)也越來越頻繁，認(rèn)識該地區(qū)干旱的特征以及研究該地區(qū)干旱的成因［2－4］，對于提高干旱預(yù)測水平，預(yù)防干旱災(zāi)害有十分重要的意義。

李永華［5］等在2006年夏季西南地區(qū)東部特大干旱及其大氣環(huán)流異常中指出，大氣環(huán)流對干旱事件具有一定的影響，干旱事件也是由多種因素所造成的，因此其成因還需要做更多的研究。本文著眼于西南地區(qū)夏季降水變化，分析其空間分布及時(shí)間演變特征;同時(shí)，針對異常旱、澇年進(jìn)行簡要成因分析，探尋西南地區(qū)干旱事件的變化特征及其影響，讓政府決策部門和公眾對西南夏季降水時(shí)空演變特征有較為清晰的認(rèn)識，為更好預(yù)測夏季降水奠定基礎(chǔ)。

2 資料與方法

2.1 資料

選取西南的云南、貴州、四川、重慶等三省一市1961—2010年共50 a的夏季降水資料，其中根據(jù)研究需要選取78個(gè)站點(diǎn)作為氣象代表站，即云南省的昆明、麗江、大理、楚雄等25個(gè)氣象觀測站，貴州省的貴陽、畢節(jié)、遵義、銅仁等19個(gè)氣象觀測站，四川省的綿陽、雅安、南充、新龍等31個(gè)氣象觀測站，重慶市的奉節(jié)、沙坪壩、酉陽等3個(gè)氣象觀測站。同時(shí)，選用NCEP/NCAR再分析月平均資料，時(shí)段為1961—2010年50 a，包括500 hPa位勢高度場、700 hPa風(fēng)場、850 hPa風(fēng)場和流場、1 000～100 hPa垂直速度場和相對濕度場等。

2.2 方法

對1961—2010年夏季各站降水距平進(jìn)行EOF展開，得到西南地區(qū)降水異常變化的主模態(tài)空間分布特征以及隨時(shí)間的變化趨勢。同時(shí)，借助標(biāo)準(zhǔn)化序列挑選出典型旱、澇年，并合成環(huán)流場，綜合分析導(dǎo)致西南干旱的影響因子。

3 西南地區(qū)夏季降水的變化特征

3.1 夏季降水概況

將西南各站1961—2010年夏季降水量進(jìn)行合成分析。據(jù)表1和圖1分析得出，歷年夏季降水量介于416～650 mm，平均約為557 mm，其中6月降水量介于129～216 mm，占季總降水量的32.0%，7月降水量介于165～262 mm，占季總降水量的36.0%，8月降水量介于103～226 mm，占季總降水量的32.0%。

表1 夏季分月降水量統(tǒng)計(jì)表 (單位:mm)

圖1 1961—2010年西南地區(qū)歷年夏季降水量變化

3.2 西南夏季降水空間分布特征

利用西南地區(qū)夏季的降水?dāng)?shù)據(jù)，對距平觀測值進(jìn)行EOF分析，根據(jù)顯著性檢驗(yàn)原則，第 1、2、3、4個(gè)模態(tài)的解釋方差已達(dá)48.1%，并通過顯著性檢驗(yàn)，說明EOF分解的收斂速度快，可以作為西南地區(qū)夏季降水異常的主要模態(tài)。

圖2 西南1961—2010年夏季降水量EOF第1模態(tài)的空間分布

如圖2，第1模態(tài)的空間分布為西南地區(qū)夏季降水量異常偏多(偏少)，說明西南地區(qū)夏季降水量的異常變化在空間分布上具有相對一致的特征，高值中心主要集中在中東部，尤其是東南部局部，其荷載值達(dá)0.25以上。同時(shí)，從圖中等值線疏密程度還可以看出西南地區(qū)夏季降水量在東部和中北部局部變化劇烈，而中西部地區(qū)降水量相對穩(wěn)定少變。

第2模態(tài)(圖略)表明西南夏季降水量的異常變化在空間分布上具有南多北少(或南少北多)的特征，高值中心主要集中在東北部，其荷載值達(dá)0.35以上。第3模態(tài)(圖略)表明西南夏季降水量的異常變化在空間分布上具有東南部多西北部少(或東南部少西北部多)的特征，高值中心主要集中在北部，尤其是東北部，其荷載值達(dá)－0.35以上。第4模態(tài)(圖略)的空間分布說明西南夏季降水量的具有“東南局部負(fù)，其余大部正”分布型特征，高值中心主要集中在東北部和西南部，其荷載值達(dá)0.25以上。

綜合第1～4模態(tài)分布特點(diǎn)得出，西南地區(qū)夏季旱、澇典型分布大致有相對一致性、南北型、東北局部型以及東南局部型。

3.3 夏季降水時(shí)間變化

根據(jù)上述西南1961—2010年夏季降水量EOF第1～4模態(tài)的空間分布，普查對應(yīng)時(shí)間序列，發(fā)現(xiàn)第1模態(tài)分布以及對應(yīng)第1時(shí)間系數(shù)(圖3)變化，已經(jīng)反映出西南地區(qū)夏季降水大部分信息，于是對西南地區(qū)50 a的降水量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，與第1時(shí)間系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算二者相關(guān)性，值為－0.71，通過99.9%的信度檢驗(yàn)。

圖3 西南1961—2010年夏季降水量距平EOF第1模態(tài)的時(shí)間序列

據(jù)圖4分析得出在1961－2010年50 a中，旱年為 1963、1967、1970、1972、1975、1976、1977、1978、1981、1982、1987、1988、1989、1990、1992、1994、1997、2003、2004、2005、2006、2008 和 2009 年，共計(jì)23 a;澇年為 1961、1962、1964、1965、1966、1968、1969、1971、1973、1974、1979、1980、1983、1984、1985、1986、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2000、2001、2002、2007 和 2010 年，共計(jì) 27 a。其中將標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果絕對值大于1的年份作為旱澇典型年用于分析:異常旱年是 1972、1975、1978、1989、1992和2006 年，共計(jì)6 a;異常澇年是 1966、1968、1974、1979、1991、1995、1998 和 1999 年，共計(jì) 8 a。同時(shí)，從圖4中還發(fā)現(xiàn)，近50 a西南夏季降水變化特點(diǎn)為:20世紀(jì)60年代降水略偏多，70年代降水變化大、大多偏少，80年代降水變化不大，90年代降水變化大、大多偏多，之后本世紀(jì)近10 a降水偏少。

圖4 1961—2010年西南歷年夏季降水量標(biāo)準(zhǔn)化演變

4 西南地區(qū)夏季旱、澇成因分析

基于1961—2010年期間，分析異常旱年統(tǒng)計(jì)對應(yīng)年份夏季降水，介于416.1～502.5 mm，均值為467.7 mm;異常澇年介于603.6～650.4 mm，均值為617.8 mm。異常旱年與異常澇年雨量差達(dá)150 mm以上，說明時(shí)段內(nèi)一定有異常系統(tǒng)影響，故探尋可能成因。

4.1 大氣環(huán)流異常

對比異常旱年圖5(a)和異常澇年圖5(b)夏季(6—8月)的500 hPa高度場合成距平圖發(fā)現(xiàn)，典型旱、澇年500 hPa環(huán)流距平分布位相相反。如旱年時(shí)，西太平洋副高偏強(qiáng)、西伸脊點(diǎn)偏西，大多伸入西南地區(qū)，高原高壓偏強(qiáng)，北美大部環(huán)流偏弱，A0呈正位相，不利于冷空氣南下。同時(shí)，中低緯環(huán)流平緩，不利于南面水汽向北輸送，造成西南大部干旱少雨。

4.2 水汽及其輸送異常

某地區(qū)的降水量狀況與局地的水汽含量以及是否有源源不斷的水汽輸送到該地區(qū)，并在該地區(qū)輻合上升、成云致雨有著重要聯(lián)系。當(dāng)某地區(qū)有充裕的水汽并長時(shí)間有充足的水汽輸送在該地強(qiáng)烈的輻合上升時(shí)，會造成該地區(qū)降水偏多，甚至發(fā)生洪澇災(zāi)害;反之，會造成該地區(qū)降水偏少，嚴(yán)重時(shí)會造成干旱。同時(shí)，由于空氣中的水汽大部分是集中在大氣中低層，并鑒于西南大部分地區(qū)海拔較高，因此我們主要對研究區(qū)域附近上空850 hPa的水汽及其輸送作簡要分析。

圖5 北半球500 hPa位勢高度異常合成距平圖(a:旱年;b:澇年)

首先分析西南地區(qū)及鄰近區(qū)域上空的經(jīng)向水汽輸送通量分布，圖6a給出異常旱年經(jīng)向水汽輸送通量距平分布和異常澇年經(jīng)向水汽輸送通量距平分布(圖6b)。從圖中對比可以看到典型旱、澇年經(jīng)向水汽輸送通量距平分布呈反位相。如旱年西南地區(qū)南面西南水汽通道以及東南面水汽通道通量較常年水汽弱，是造成少雨干旱的又一成因。

為了進(jìn)一步分析這些水汽是否能在西南地區(qū)輻合上升、成云致雨。給出異常旱年850 hPa水汽通量散度距平分布(圖7a)以及異常澇年850 hPa水汽通量散度距平分布(圖7b)。從圖中可以看出，西南地區(qū)上空的水汽主要來自印度西南季風(fēng)的輸送，然而這些水汽很少在西南地區(qū)產(chǎn)生輻合，其主要輻合區(qū)在云南東南部和貴州西南局部，西川大部、重慶和貴州大部為強(qiáng)的水汽通量散度輻散區(qū)所控制，可見，在局地水汽匱乏的條件下，再配合低空的輻散風(fēng)場，導(dǎo)致該地區(qū)的水汽通量散度為負(fù)，即不利于水汽在該區(qū)域輻合上升、形成降水，使得西南地區(qū)降水異常偏少，造成區(qū)域性的干旱。

圖6 異常經(jīng)向水汽輸送通量距平(單位:10 kg·m－1·s－1)，(a:旱年;b:澇年)

圖7 異常旱年850 hPa水汽通量散度距平(單位:10－4 kg·m－2·s－1)，(a:旱年;b:澇年)

5 小結(jié)

本文通過對西南地區(qū)1961—2010年50 a夏季降水量的EOF統(tǒng)計(jì)分析和西南及鄰近區(qū)域上空物理要素場(北半球500 hPa位勢高度、水汽通量散度等)的特征分析，初步得出以下結(jié)論:

①西南地區(qū)夏季降水量月際變化不大，6—8月各月占季內(nèi)降水量為32.0%、36.0%和32.0%，月內(nèi)平均雨量介于103～262 mm，近50 a季降水變化大，20世紀(jì)60年代降水略偏多，70年代降水變化大、大多偏少，80年代降水變化不大，90年代降水變化大、大多偏多，之后21世紀(jì)近10 a降水明顯偏少。

②西南地區(qū)夏季降水量分布大致有4種分布型:相對一致性、南北反位相型、東北局部與其余大部反位相型、東南局部與其余大部反位相型。

③西南地區(qū)夏季降水異常偏少年是1972、1975、1978、1989、1992 和 2006 年，降水量介于416.1～502.5 mm，均值為467.7 mm;異常偏多是1966、1968、1974、1979、1991、1995、1998 和 1999 年，降水量介于603.6～650.4 mm，均值為617.8 mm。

④夏季西南地區(qū)上空的水汽條件、水汽通量散度控制區(qū)、北邊冷空氣強(qiáng)弱以及西太平洋副高強(qiáng)弱等因素，綜合作用影響著西南旱澇分布。

總之，本文不僅對西南夏季降水時(shí)間演變趨勢和空間分布變化進(jìn)行了仔細(xì)分析，而且還對異常事件諸多因素展開了一定分析，獲得了一些有意義的結(jié)果。但是，因其影響旱、澇因素太多，受其資料及分析手段限制，很多潛在影響因素有待不斷探索。

［1］秦大河，丁一匯，張錦，等.氣候系統(tǒng)的演變及其預(yù)測［M］.北京:氣象出版社，2003.

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［5］李永華，徐海明，劉德.2006年夏季西南地區(qū)東部特大干旱及其大氣環(huán)流異常［J］.氣象學(xué)報(bào)，2006，67(1)，122 －132.