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      貴州省2011年與2013年7—8月干旱對比分析及對農(nóng)業(yè)的影響

      2014-12-09 07:48:22王興菊白慧周文鈺陳貞宏張東海
      天津農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年11期

      王興菊 白慧 周文鈺 陳貞宏 張東海

      摘 要: 利用NCEP再分析月平均資料、全省87站降水、氣溫、MCI監(jiān)測資料、向外長波輻射OLR (Outgo inglongw ave rad iation)資料, 分析了2011年和2013年夏季7到8月間干旱實(shí)況和環(huán)流的異常特征。結(jié)果表明, 2011年和2013年降水偏少,降雨量排位為1981年以來同期第一和第二,氣溫偏高,2013年7到8月平均氣溫為1981年以來最高的1年達(dá)到25.4 ℃。2011年和2013年副高和南壓高壓偏強(qiáng),貴州等地及其水汽來源區(qū)域的對流活動都受到抑制,由南向北的水汽輸送較差,來自北方的冷空氣偏弱,西北氣流不明顯,貴州、四川一帶沒有明顯的冷暖空氣交匯帶,導(dǎo)致降水偏少、氣溫偏高,最終形成了2011年和2013的干旱。赤道中東太平洋海表面溫度大范圍持續(xù)變冷(暖)的現(xiàn)象可引起大氣環(huán)流的異常相應(yīng),可將ENSO事件作為次年預(yù)測貴州夏季干旱與否的重要因子。建議在貴州夏季干旱易發(fā)區(qū)域建設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對策研究試驗(yàn)基地,指導(dǎo)農(nóng)民改進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),加大人工增雨力度應(yīng)對夏旱。

      關(guān)鍵詞: 西太平洋副高; 南亞高壓; 水汽輸送

      中圖分類號:P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.027

      干旱是我國最常見的、影響最大的氣候?yàn)?zāi)害,每年因干旱造成的糧食減產(chǎn)約占?xì)庀鬄?zāi)害糧食總損失的50%以上[1]。根據(jù)黃榮輝和周連童[2]的研究結(jié)果,全國各地均可能發(fā)生干旱,全國每年平均受旱面積達(dá)0.2×108 hm2,在全球氣候變暖的趨勢下,特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來,貴州省降水處于一個相對少雨期,干旱極端氣候事件頻繁發(fā)生,2001年至2013年13年中,貴州發(fā)生了2001年夏旱、2004年西部春旱、2005年夏旱、2006年西部春旱和黔北特大夏旱、2009年7月至2010年5月夏秋連旱疊加冬春連旱的罕見特大干旱、2011年的特大夏秋連旱和2013年的夏旱。已有的研究著重從干旱個例事實(shí)、影響干旱發(fā)生的大尺度天氣系統(tǒng)配置及前期熱帶海洋表面溫度異常方面入手。方之芳等[3]分析了青藏高原溫度場與貴州干旱的聯(lián)系。黃桂東等[4]分析了黔南2011年夏旱特征。白慧等[5]研究表明赤道太平洋海溫異常導(dǎo)致的大氣環(huán)流異常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,對次年夏半年貴州降水產(chǎn)生明顯滯后效應(yīng),尤其在LaNina事件的次年,其影響更為顯著?;谝延醒芯砍晒狙芯窟x取貴州省2011年和2013年的7—8月兩次夏旱實(shí)例,對干旱實(shí)況和環(huán)流系統(tǒng)配置情況進(jìn)行綜合對比分析,以期為貴州干旱診斷分析提供有價值的思路。

      本研究利用NCEP再分析月平均資料、全省87站降水、氣溫、MCI監(jiān)測資料、向外長波輻射OLR (Outgo inglongw ave rad iation)資料, 分析了2011年和2013年夏季7到8月夏季干旱實(shí)況和環(huán)流的異常特征。

      1 干旱概況

      1.1 降雨偏少

      1.3 影響強(qiáng)度和范圍對比分析

      1.3.1 干旱發(fā)展 2011年7月底貴州旱象露頭(圖2a),從8月13日開始,貴州大部地區(qū)晴熱少雨,貴州東北部及江南大部等地出現(xiàn)35 ~37 ℃的高溫,截至8月29日,貴州省出現(xiàn)23個縣市特旱、36個縣市區(qū)重旱、17個縣市中旱。2013年6月底旱象露頭(圖2b),但進(jìn)入7月后,降水主要出現(xiàn)在西部和西南部地區(qū),其余地區(qū)仍持續(xù)晴熱少雨,旱情再次發(fā)展。8月12日干旱監(jiān)測,全省82個縣(市、區(qū))出現(xiàn)不同程度氣象干旱,特旱36個縣(市、區(qū))、重旱30個縣(市、區(qū))、中旱14個縣(市、區(qū))、輕旱2個縣(市、區(qū))。8月14日、23日先后受臺風(fēng)“尤特”及“潭美”影響,全省干旱范圍大幅縮小,氣象干旱得到解除或緩解。截止8月25日,特旱以上站數(shù)減少了43個,重旱以上站數(shù)減少63個;與19日相比,特旱站數(shù)減少了9個,重旱以上站數(shù)減少37個。

      1.3.2 干旱發(fā)生區(qū)域 2011年7到8月早期干旱較重區(qū)域是西南部和中部地區(qū),隨后向東部地區(qū)蔓延。銅仁地區(qū)西部、黔東南州中西部、黔南州中東部及南部、六盤水市南部、黔西南州西南部、遵義市東部局地等地為特旱區(qū)域。2013年7到8月,重旱以上區(qū)域主要分布在畢節(jié)市東部、遵義南部、畢節(jié)東部、安順市、貴陽中西部、黔西南東部和黔南部分地區(qū)。

      1.3.3 經(jīng)濟(jì)損失 截至8月25日,除了貴陽市云巖區(qū)外,全省的87個縣(市、區(qū))出現(xiàn)了不同程度的旱災(zāi),受災(zāi)人口達(dá)到2 000多萬,其中550萬人、280多萬頭大牲畜出現(xiàn)飲水困難。2013年7到8月,重旱以上區(qū)域主要分布在畢節(jié)東部、遵義南部、畢節(jié)東部、安順市、貴陽中西部、黔西南東部以及黔南局地。截至8月9日,因旱造成直接經(jīng)濟(jì)損失約86億元,264.48萬人、119.97萬頭大牲畜出現(xiàn)飲水困難。

      2 干旱背景分析

      2.1 對流層中層環(huán)流系統(tǒng)

      西太平洋副熱帶高壓、中高緯度的槽脊波動是對流層中層大氣環(huán)流的重要組成部分,對我國夏季大范圍旱澇分布及亞洲的天氣氣候均有重要影響。

      2011年(圖3a)和2013(圖3b)年7—8月500 hPa位勢高度場顯示, 中高緯氣流平直,烏拉爾山附近的脊和歐洲淺槽偏弱。常年位于貝加爾湖的冷渦偏弱,尤其是2013年該地區(qū)為一個氣流平直的淺槽,基本上沒有低渦存在,我國北方地區(qū)環(huán)流也比較平直,常年位于新疆的冷渦中心也明顯減弱,東亞大槽比較淺,西太副高較常年明顯偏強(qiáng), 面積偏大,脊線位于28bN 附近,明顯偏北, 西伸明顯, 整個亞洲地區(qū)基本處于正距平的控制之下,常年位于孟加拉灣的水汽輸送槽變?yōu)橹行膹?qiáng)度5 850 gpdm的高壓脊。

      從2011年和2013年對比可以看出,2011年的正距平區(qū)出現(xiàn)在貴州南部,2013年的正距平區(qū)出現(xiàn)在貴州北部。2013年的中高緯地區(qū)比2011年更加平直,2013年整個中高緯度地區(qū)沒有明顯的槽,在中國范圍內(nèi)為一偏西氣流,副高脊線更加偏北偏西,西伸脊點(diǎn)到達(dá)120°E左右,副高控制的區(qū)域比常年偏強(qiáng)20~35 gpdm。endprint

      從2011年7—8月500 hPa上的溫度距平場和風(fēng)場圖可以看出(圖4a),從貝加爾湖到我國新疆、內(nèi)蒙古一帶的冷中心偏弱,處于正距平控制,常年來自于中高緯度地區(qū)的北風(fēng)也偏弱,中高緯地區(qū)以偏西氣流為主。常年位于四川、貴州一帶的冷暖空氣交匯帶不明顯。2013年7—8月(圖4b),整個中高緯地區(qū)都處于正距平區(qū),在我國的新疆、內(nèi)蒙古一帶出現(xiàn)了-1.5 ℃的正距平中心,整個中高緯地區(qū)也是以偏西氣流為主,北風(fēng)偏弱,常年位于孟加拉灣的水汽輸送帶盛行反氣旋環(huán)流。水汽輸送比2011年更差。

      2011年和2013年7—8月來自北方的冷空氣偏弱,西北氣流不明顯,貴州、四川一帶沒有明顯的冷暖空氣交匯帶,使得這兩年7—8月降水偏少、氣溫偏高,形成了干旱。

      2.2 對流層高層環(huán)流系統(tǒng)

      夏季南亞高壓是對流層上部和平流層低層的一個強(qiáng)大而穩(wěn)定的反氣旋環(huán)流系統(tǒng), 在100 hPa最強(qiáng),它對北半球大氣環(huán)流和我國天氣氣候, 特別是對我國夏季大范圍旱澇分布及亞洲的天氣氣候均有重要影響[6]。

      2011年100 hPa位勢高度場顯示在中低緯度地區(qū)呈帶狀分布(圖5a),中心強(qiáng)度達(dá)到16 850 gpdm,較常年偏北,強(qiáng)度明顯偏強(qiáng),比常年偏強(qiáng)15~20 gpdm其主體控制了整個東亞地區(qū)。貴州整個夏季幾乎都受南亞高壓的持續(xù)控制,從2013年100 hPa位勢高度場來看(圖5b),南亞高壓的范圍和強(qiáng)度都比2011年要強(qiáng),在整個亞歐中高緯度地區(qū)都為正距平,中心值16 850 gpdm控制的范圍要比2011年大。南亞高壓更偏北偏東,貴州北部也處于正距平區(qū)。

      由于南亞高壓與西太平洋副熱帶高壓進(jìn)退有一定制約關(guān)系,具有相向而行,相背而去的特點(diǎn)[9-10],當(dāng)南亞高壓向東伸展時,西太副高常西進(jìn)。2011和2013年夏季南亞高壓偏強(qiáng)且位置偏北偏東,有利于西太副高北抬西伸,從而持續(xù)控制貴州地區(qū),使得該地降水明顯減少。

      2.3 對流層低層環(huán)流系統(tǒng)

      向外長波輻射(OLR) 可以作為衡量對流活動物理參數(shù),從2011年7—8月OLR實(shí)況和距平分布圖可以看出(圖6a),從青藏高原到湖南一帶都受OLR正距平場控制,距平值在5~20 W· m-2之間,貴州處于正距平區(qū)的中心,尤其是貴州西部,出現(xiàn)了20 W· m-2的正值中心,貴州東北部出現(xiàn)了250 W· m-2大值中心,表明該區(qū)的對流活動不明顯,為一致的下沉氣流,降水較弱,印度洋海域?qū)α骰顒虞^強(qiáng)。從2013年7—8月OLR實(shí)況和距平分布圖可以看出(圖6b),云貴高原到長江中下游一帶也都受OLR正距平場控制,孟加拉灣一帶也為正距平場控制,副高強(qiáng)盛,與500 hPa上副高控制區(qū)域相對應(yīng),90°~120°E出現(xiàn)了260 W· m-2的大值中心,貴州受15 W· m-2的正值中心控制,說明貴州常年的水汽輸送帶孟加拉灣等區(qū)域內(nèi)對流不活躍,沒有明顯的水汽向北輸送。綜上,2011年和2013年7—8月青藏高原、貴州等地及其水汽來源區(qū)域的對流活動不明顯,這成為貴州高溫少雨的一個重要原因。

      進(jìn)一步從2011年7—8月850 hPa上的水汽通量散度圖可以看出(圖7a),除貴州西部邊緣以外,孟加拉灣、貴州中東部地區(qū)都是正距平區(qū),其中貴州東部地區(qū)出現(xiàn)了30×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1到60×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1的正距平區(qū),以此對應(yīng)在850 hPa,輻散區(qū)一直上升到700 hPa附近,孟加拉灣一帶也以輻散為主,水汽輸送較差。從2013年7—8月來看(圖7b),在90°~120°E范圍內(nèi)800 hPa以上基本都處于正距平場,除了貴州西部邊緣有弱的輻合區(qū),其余地區(qū)都為輻散氣流,貴州東部區(qū)域也出現(xiàn)了30×10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1的輻散中心。綜上,兩次干旱過程中貴州基本上都為輻散場,沒有明顯的水汽輻合,是干旱發(fā)生的物質(zhì)條件。

      3 貴州夏旱預(yù)報(bào)預(yù)測

      貴州屬于喀斯特地貌特征,地形比較破碎,不利于蓄水,降水時空分布不均,可以利用的水資源很少,水資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過分依賴氣候變化,特殊的氣候和地理環(huán)境使夏旱成為貴州最常見的自然災(zāi)害,使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)深受影響[9-10],并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。降水、氣溫、蒸發(fā)是導(dǎo)致干旱災(zāi)害的主要?dú)庀笠蜃樱渲形镔|(zhì)基礎(chǔ)為降水。西太平洋副熱帶高壓、印度西南季風(fēng)、南亞高壓、中高緯度對流層上層西風(fēng)急流是影響貴州降水異常的主要環(huán)流系統(tǒng)。這些系統(tǒng)強(qiáng)度和位置異常將造成貴州降水異常[11-16]。主要表現(xiàn)為,每當(dāng)貴州夏半年降水量降水偏少,東亞—太平洋(EAP)負(fù)—正—負(fù)遙相關(guān)型,高空西風(fēng)急流的異常增強(qiáng)、貴州上空的異常反氣旋形成都會導(dǎo)致貴州降水偏少。另外,在夏半年降水典型偏少的年份,赤道中東太平洋SST處于冷位相的次年,貴州夏半年降水偏少的概率達(dá)到80%;在LaNina事件的次年,貴州夏半年降水偏少的概率達(dá)到100%。說明赤道太平洋海溫異常導(dǎo)致的大氣環(huán)流異常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,對次年夏半年貴州降水有明顯滯后效應(yīng),在LaNina事件的次年,其影響更加明顯。赤道中東太平洋海表面溫度大范圍持續(xù)變冷(暖)的現(xiàn)象可引起大氣環(huán)流的異常相應(yīng),并常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,尤其在ENSO年,因此可將ENSO事件作為次年貴州夏季干旱與否的重要因子。

      4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建議

      一是在貴州夏旱易發(fā)區(qū)域,建設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對策研究試驗(yàn)基地用以應(yīng)對夏旱,適應(yīng)氣候變化。充分利用氣候資源,聯(lián)合多部門進(jìn)行應(yīng)對夏季干旱的綜合試驗(yàn),尋找初步解決夏旱的技術(shù)方法,建立應(yīng)對夏旱的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[17]。

      二是根據(jù)各種農(nóng)作物生長的氣候條件和氣候區(qū)劃,指導(dǎo)農(nóng)民改進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),適應(yīng)氣候,因地制宜,達(dá)到干旱年份也能獲得豐產(chǎn)豐收[18]。

      三是在相對干旱區(qū)域,在有降水過程的時候,積極進(jìn)行人工增雨,擴(kuò)大降雨區(qū)域和降水量,提高抗旱能力。

      5 結(jié)論及建議endprint

      (1)2011年和2013年降水偏少,降雨量排位為1981年以來同期第一和第二,氣溫偏高,2013年7到8月平均氣溫為1981年以來最高的1年達(dá)25.4 ℃,2011年干旱較重區(qū)域是貴州省的西南部和中部地區(qū),2013年除六盤水以外,全省都發(fā)生了較重干旱。

      (2)2011年和2013年7—8月來副高偏強(qiáng),來自北方的冷空氣偏弱,貴州、四川一帶沒有明顯的冷暖空氣交匯帶,使得這兩年7—8月降水偏少、氣溫偏高,形成了干旱。

      (3)2011和2013年夏季南亞高壓偏強(qiáng),位置偏北偏東,有利于西太平洋副高西伸北抬,并持續(xù)控制貴州地區(qū),導(dǎo)致該地區(qū)降水明顯減少。

      (4)2011年和2013年7—8月青藏高原、貴州以及水汽輸送區(qū)孟加拉灣等地對流活動都不活躍。兩次干旱過程中貴州基本上都為輻散場,沒有明顯的水汽輻合,是干旱發(fā)生的物質(zhì)條件。這導(dǎo)致這兩年的干旱。

      (5)赤道中東太平洋海表面溫度大范圍持續(xù)變冷(暖)可引起大氣環(huán)流的異常響應(yīng),并常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,尤其在ENSO年,因此可將ENSO事件作為次年預(yù)測貴州夏季干旱與否的重要因子。

      (6) 建議在貴州夏旱易發(fā)區(qū)域建設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對策研究試驗(yàn)基地, 指導(dǎo)農(nóng)民改進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和加大人工增雨力度應(yīng)對夏旱。

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      (1)2011年和2013年降水偏少,降雨量排位為1981年以來同期第一和第二,氣溫偏高,2013年7到8月平均氣溫為1981年以來最高的1年達(dá)25.4 ℃,2011年干旱較重區(qū)域是貴州省的西南部和中部地區(qū),2013年除六盤水以外,全省都發(fā)生了較重干旱。

      (2)2011年和2013年7—8月來副高偏強(qiáng),來自北方的冷空氣偏弱,貴州、四川一帶沒有明顯的冷暖空氣交匯帶,使得這兩年7—8月降水偏少、氣溫偏高,形成了干旱。

      (3)2011和2013年夏季南亞高壓偏強(qiáng),位置偏北偏東,有利于西太平洋副高西伸北抬,并持續(xù)控制貴州地區(qū),導(dǎo)致該地區(qū)降水明顯減少。

      (4)2011年和2013年7—8月青藏高原、貴州以及水汽輸送區(qū)孟加拉灣等地對流活動都不活躍。兩次干旱過程中貴州基本上都為輻散場,沒有明顯的水汽輻合,是干旱發(fā)生的物質(zhì)條件。這導(dǎo)致這兩年的干旱。

      (5)赤道中東太平洋海表面溫度大范圍持續(xù)變冷(暖)可引起大氣環(huán)流的異常響應(yīng),并常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,尤其在ENSO年,因此可將ENSO事件作為次年預(yù)測貴州夏季干旱與否的重要因子。

      (6) 建議在貴州夏旱易發(fā)區(qū)域建設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對策研究試驗(yàn)基地, 指導(dǎo)農(nóng)民改進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和加大人工增雨力度應(yīng)對夏旱。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 黃榮輝,周連童.我國重大氣候?yàn)?zāi)害特征、形成機(jī)理和預(yù)測研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2002(11):1-9.

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      (1)2011年和2013年降水偏少,降雨量排位為1981年以來同期第一和第二,氣溫偏高,2013年7到8月平均氣溫為1981年以來最高的1年達(dá)25.4 ℃,2011年干旱較重區(qū)域是貴州省的西南部和中部地區(qū),2013年除六盤水以外,全省都發(fā)生了較重干旱。

      (2)2011年和2013年7—8月來副高偏強(qiáng),來自北方的冷空氣偏弱,貴州、四川一帶沒有明顯的冷暖空氣交匯帶,使得這兩年7—8月降水偏少、氣溫偏高,形成了干旱。

      (3)2011和2013年夏季南亞高壓偏強(qiáng),位置偏北偏東,有利于西太平洋副高西伸北抬,并持續(xù)控制貴州地區(qū),導(dǎo)致該地區(qū)降水明顯減少。

      (4)2011年和2013年7—8月青藏高原、貴州以及水汽輸送區(qū)孟加拉灣等地對流活動都不活躍。兩次干旱過程中貴州基本上都為輻散場,沒有明顯的水汽輻合,是干旱發(fā)生的物質(zhì)條件。這導(dǎo)致這兩年的干旱。

      (5)赤道中東太平洋海表面溫度大范圍持續(xù)變冷(暖)可引起大氣環(huán)流的異常響應(yīng),并常具有穩(wěn)定性和持續(xù)性,尤其在ENSO年,因此可將ENSO事件作為次年預(yù)測貴州夏季干旱與否的重要因子。

      (6) 建議在貴州夏旱易發(fā)區(qū)域建設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對策研究試驗(yàn)基地, 指導(dǎo)農(nóng)民改進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和加大人工增雨力度應(yīng)對夏旱。

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