山西省忻州市2015—07—08特大干旱成因分析

張潤(rùn)英++鄭秀文++羅俊偉++馬子平++李春華

摘 要：運(yùn)用氣候診斷法，利用全國(guó)氣候業(yè)務(wù)網(wǎng)提供的2015年氣象資料和歷年氣候資料，簡(jiǎn)要分析了2015-07—08山西省忻州市出現(xiàn)的特大氣象干旱極端事件。分析結(jié)果顯示，導(dǎo)致2015-07—08尤其是伏天降水特少的原因主要有2點(diǎn)：①2015年發(fā)生了強(qiáng)厄爾尼諾事件，導(dǎo)致大氣環(huán)流異常。具體表現(xiàn)為7月份和8月份極渦強(qiáng)度比往年同期偏弱，冷空氣活動(dòng)偏弱，偏東，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度總體偏弱，位置偏東偏南，使得副熱帶高壓長(zhǎng)時(shí)間控制華南地區(qū)，副高外圍的水汽不能輸送到山西中北部；②山西省忻州市地形復(fù)雜，山地和丘陵占全市總面積的89.5%，山地和坡地蓄水能力差。經(jīng)過(guò)綜合分析，結(jié)果表明，2015-07—08，山西省忻州市發(fā)生的特大干旱是多種自然因素共同作用的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：干旱；厄爾尼諾；大氣環(huán)流；降水

中圖分類號(hào)：P426.616 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.023

1 災(zāi)情分析

2015-07—08，山西省忻州市干旱少雨，人們的日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各方面用水都受到了極大的影響，尤其是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。據(jù)各縣民政局統(tǒng)計(jì)，截至2015-08，忻州全市14個(gè)縣，已經(jīng)有11個(gè)縣137個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）受到了不同程度的旱災(zāi)，受災(zāi)人數(shù)94.73萬(wàn)，農(nóng)作物受災(zāi)面積237 790 km2，成災(zāi)面積205 220 km2，絕收面積44 730 km2，分別占播種面積的58%，50%，11%，而因?yàn)?zāi)害導(dǎo)致飲水困難的牲畜有17 300頭。

2 旱情狀況分析

2.1 實(shí)況降水分析

2.1.1 2015-07—08降水分析

2015-07—08，全市平均降水量為101.2 mm，比往年同期（206.0 mm）少50.9%. 其中，神池縣、原平市、河曲縣降水量比往年少了70%以上，偏關(guān)縣、五寨縣、保德縣、岢嵐縣、代縣比往年少了50%～60%，忻府區(qū)、定襄縣、寧武縣和靜樂(lè)縣比往年少了40%左右，五臺(tái)縣接近往年同期值，具體情況如表1所示。2015-07，全市平均降水比歷史同期少53.7%；2015-08，全市平均降水比歷史同期少48.3%.由此可知，原平市、代縣、神池縣2015-07的降水量創(chuàng)同期新低，偏關(guān)縣接近同期最小值。2015-08，全市降水量少了3～8成，未突破歷史最小值；2015-07—08，五寨縣、神池縣、偏關(guān)縣的總降水量創(chuàng)歷史新低，河曲縣、原平市的降水量接近歷史同期最小值。各觀測(cè)站降水詳情見(jiàn)表1.

2.1.2 伏天降水分析

2015年伏天（2015-07-13—2015-08-21），全市平均降水量為80.8 mm，與2014年同期相比少22.2%，與歷年同期相比少43.4%.除了五臺(tái)縣外，其余縣（市）均低于歷年同期值，原平市、代縣、五寨縣、河曲縣、保德縣和偏關(guān)縣比歷年同期少5成以上，神池縣偏少7成以上。

伏天降水最少時(shí)段是7月下旬和8月中旬，7月下旬全市平均降水量為13.2 mm，比歷年同期少67.2%；8月中旬降水特別少，全市平均降水量只有6.4 mm，與歷年同期相比少81.4%.

7月上旬到中旬，全市降水偏少3～6成，旱象波及全市；7月下旬降水持續(xù)偏少6成以上，旱象日趨嚴(yán)重，大面積作物出現(xiàn)葉枯苗萎的情況。雖然8月上旬全市平均降水偏少一成，但是，由于前期旱象明顯，旱象呈加劇態(tài)勢(shì)，8月中旬降水極少，農(nóng)作物受旱嚴(yán)重，干枯死亡，秋糧作物大幅度減產(chǎn)已成定局。

2.2 土壤墑情分析

由全市各縣2015-08-31的土壤測(cè)墑情況可知，除了五臺(tái)縣及其周邊地區(qū)外，其余各縣10 cm土壤的相對(duì)濕度在40%以下，處于嚴(yán)重干旱狀態(tài)，如圖1所示。繁峙縣、靜樂(lè)縣、忻府區(qū)部分、定襄縣局部10～30 cm、10～50 cm的土壤相對(duì)濕度在40%～50%之間，處于中度干旱狀態(tài)，具體如圖2、圖3所示。

表1 山西省忻州市14個(gè)臺(tái)站2015-07和2015-08的降水量、距平

圖1 205-08-31，10 cm土壤平均相對(duì)濕度 圖2 2015-08-31，10～30 cm土壤平均相對(duì)濕度

綜合分析降水和土壤墑情可知，除了五臺(tái)縣和繁峙縣東南部的氣象條件適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)外，忻州市其余各縣均出現(xiàn)了不同程度的旱情。其中，五寨縣、神池縣、偏關(guān)縣、河曲縣、保德縣、原平市、岢嵐縣為特旱等級(jí)和重旱，繁峙西北部、代縣、寧武縣為重度到中度干旱，靜樂(lè)縣為中旱，忻府區(qū)、定襄縣為中度到輕度干旱，具體情況如圖4所示。

圖3 2015-08-31，10～50 cm土壤平均相對(duì)濕度 圖4 2015-08忻州全市干旱分布情況

3 干旱成因分析

3.1 大氣環(huán)流異常

大范圍的干旱必然與大氣環(huán)流異常有關(guān)。下面簡(jiǎn)要分析了2015-07和2015-08北半球500 hPa環(huán)流特征。

3.1.1 極渦和冷空氣活動(dòng)

2015年夏季，極渦比往年偏弱，位置偏西半球，位于中高緯度上的烏拉爾山地區(qū)的高壓脊很不穩(wěn)定，導(dǎo)致我國(guó)北方冷空氣強(qiáng)度偏弱、路徑偏東。將這種情況反映到500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上，2015-07和2015-08的情況很相近。2015-07，在500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上，如圖5所示，極渦有2個(gè)中心，中高緯度環(huán)流呈4波型分布，長(zhǎng)波槽分別位于西伯利亞、北太平洋中部、北美東部和大西洋東部。從距平場(chǎng)上可以看出，北極中心附近對(duì)應(yīng)正距平中心，中心超過(guò)12 dagpm。這表明，2015-07，極渦強(qiáng)度比往年同期偏弱，新地島以東為負(fù)距平。由此可知，該極渦強(qiáng)度偏強(qiáng)。2015-08，在500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上，如圖6所示，沒(méi)有明顯的極渦中心，中高緯度環(huán)流也呈4波型分布，長(zhǎng)波槽位置與2015-07長(zhǎng)波槽的位置接近，而2015-08冷空氣活動(dòng)更偏弱、偏東。

3.1.2 西太平洋副熱帶高壓異常

如圖5、圖6所示，由2015-07和2015-08的500 hPa月平均環(huán)流場(chǎng)情況可知，這兩個(gè)月平均環(huán)流場(chǎng)的特征很相近，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度都偏弱，位置偏東偏南，平均副高脊線都在25°N附近，比歷年同期明顯偏南，導(dǎo)致副熱帶高壓長(zhǎng)時(shí)間控制華南地區(qū)，副高外圍的水汽不能輸送到山西中北部。2015-07—08，500 hPa月平均場(chǎng)也存在一定的差異，8月份西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度比7月份更弱，更偏東。從2015-08的500 hPa高度距平場(chǎng)上可以看出，環(huán)流形勢(shì)呈“+-+”，西太平洋副熱帶高壓偏西、偏強(qiáng)、偏南，與歷年同期相比顯著偏南，584線一直位于長(zhǎng)江流域，使得山西乃至整個(gè)華北地區(qū)發(fā)生空汛。

3.2 平均環(huán)流特征

3.2.1 100 hPa月平均環(huán)流特征

如圖7、圖8所示，由2015-07，2015-08的100 hPa月平均高度場(chǎng)可知，2015-07南壓高壓脊線在北緯35°N附近，0～150°E在中緯度地區(qū)為顯著的高壓帶，高壓中心位于70°E附近；2015-08南壓高壓脊線在北緯30°N附近，位于中緯度地區(qū)的高壓帶在30°～150°E之間，比2015-07偏東30個(gè)經(jīng)度，高壓中心位于80°E附近，比2015-07的高壓中心偏東10個(gè)經(jīng)度，都屬于西部型南壓高壓。當(dāng)南壓高壓為西部型時(shí)，500 hPa588線偏東偏南，雨帶多在長(zhǎng)江流域，全國(guó)呈現(xiàn)南澇北旱的降水格局。

3.2.2 300 hPa和700 hPa上月平均流場(chǎng)特征

從圖9、圖10中可以看出，2015-07，300 hPa在10°～50°N，0°～180°E有一個(gè)強(qiáng)盛的反氣旋環(huán)流，環(huán)流中心位于北緯30°N，70°E附近，與100 hPa上空的南壓高壓中心一致。8月份300 hPa環(huán)流特征與7月份300 hPa 環(huán)流特征相近。7月份700 hPa環(huán)流特征與8月份700 hPa環(huán)流特征相近，都表現(xiàn)為偏南氣流偏南偏東，在20°N以南為偏東氣流，在20°N以北、120°E附近轉(zhuǎn)為偏南氣流。研究表明，東亞夏季風(fēng)和南亞夏季風(fēng)同時(shí)偏弱會(huì)導(dǎo)致西北、華北等地的水汽輸送條件變差。

3.2.3 850 hPa水汽輸送情況

2015-07，在850 hPa上，30°E～130°E之間的水汽輸送帶一直在28°N左右擺動(dòng)，水汽帶的北部邊緣始終沒(méi)有越過(guò)30°N。7月中旬水汽輸送帶北抬到30°N附近，忻州市平均降水比往年少一成，7月下旬南撤到28°N以南，忻州市平均降水比往年同期少67%以上。2015-08，上旬的水汽輸送帶位置與7月中旬的相近，忻州市平均降水比往年少一成，中旬水汽輸送帶的位置與7月下旬相近，下旬全市平均降水比往年同期少82%以上。

3.3 環(huán)流演變與天氣

2015-07上旬，副高外圍584線一直處于黃河以南，山西省出現(xiàn)了持續(xù)晴熱少雨的天氣。2015-07中旬，環(huán)流形勢(shì)調(diào)整，副高西伸北抬。2015-07-14—2015-07-16，忻州市大部分地區(qū)出現(xiàn)了7月以來(lái)較強(qiáng)的一次降水過(guò)程，全市降水量為0.1～44.3 mm，東部各縣的降水量大于10 mm，西部各縣的降水量不足5 mm。隨后副高快速南撤，直到7月末才再次北上。在副高和冷空氣的共同作用下，2015-08-02—2015-08-03，忻州市出現(xiàn)了一次小雨量級(jí)的降水，直到出伏，再無(wú)有效降水過(guò)程。

3.4 ENSO的影響

所謂“ENSO”，是厄爾尼諾（El Nino）和南方濤動(dòng)（Southen Oscillation）的簡(jiǎn)稱。厄爾尼諾是太平洋赤道海域水溫異常升高引起的一種異常氣候現(xiàn)象。雖然厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生在海洋，南方濤動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)在大氣，但是，這兩種現(xiàn)象有非常緊密的內(nèi)在聯(lián)系，是熱帶太平洋大尺度海氣相互作用的結(jié)果。因此，近年來(lái)，全世界把這兩種現(xiàn)象作為一件事情看待。參照相關(guān)文獻(xiàn)和國(guó)家氣候中心《ENSO監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)》（18～53期），1981年以來(lái)，厄爾尼諾事件的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和強(qiáng)度詳見(jiàn)表2.由表2可知，1981—2015年，共發(fā)生了11次厄爾尼諾事件，每隔2～5年就發(fā)生1次，發(fā)生概率為0.285.

1981年以來(lái)，共發(fā)生強(qiáng)厄爾尼諾事件6次，分別在1982—1983年間、1986—1987年間、1994年、1997年、2009年和2014年；強(qiáng)度較弱的厄爾尼諾事件共5次，分別在1991—1992年間、1993年間、2002年、2004—2005年間、2006—2007年間。在前10次厄爾尼諾事件中，1997—1998年的最嚴(yán)重，達(dá)到極強(qiáng)強(qiáng)度。據(jù)國(guó)家氣候中心氣候監(jiān)測(cè)，2014-05開始的厄爾尼諾事件，截至2015-09-27，其海溫指數(shù)為1.9 ℃。目前，厄爾尼諾海溫距平指數(shù)累計(jì)達(dá)到了16.3 ℃，超過(guò)強(qiáng)厄爾尼諾事件監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并且強(qiáng)度仍在增強(qiáng)。與有完整氣象記錄以來(lái)最強(qiáng)的厄爾尼諾事件（1997/1998年的厄爾尼諾事件）相比，此次厄爾尼諾事件的強(qiáng)度要弱，但是，持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了1997/1998年，為歷史第四強(qiáng)，峰值強(qiáng)度為歷史第三大值，僅次于1982/1983年和1997/1998年。

表2 1981年以來(lái)的厄爾尼諾事件

相關(guān)研究表明，山西省忻州市夏季大旱與厄爾尼諾事件有很大的關(guān)系，具體表現(xiàn)為以下2點(diǎn)：①厄爾尼諾事件對(duì)忻州市夏季降水有一定的影響，厄爾尼諾事件開始年忻州市夏季干旱，發(fā)生干旱的概率為72.7%，發(fā)生大旱的概率為45.4%.厄爾尼諾事件結(jié)束年，忻州市夏季降水正?；蚱啵l(fā)生大澇的概率為30%，正常或偏澇的概率為80%.②忻州市夏季降水量極值都出現(xiàn)在強(qiáng)厄爾尼諾年。強(qiáng)厄爾尼諾年，夏季降水量偏少的概率為76.9%，偏多的概率為23.1%，夏季出現(xiàn)降水量距平百分率≤-20%的概率為66.7%，夏季降水量距平百分率≥20%的概率為14.3%.

自19世紀(jì)50年代以來(lái)，在已發(fā)生的14次厄爾尼諾事件中，忻州市有5年盛夏出現(xiàn)了大干旱，分別在1986年、1991年、1997、1999年和2002年。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，2015年夏季，我國(guó)雨水“南多北少”，華北地區(qū)繼2014年夏季連續(xù)出現(xiàn)空汛。

3.5 地形影響

2015年山西夏旱，忻州市旱情最嚴(yán)重，這與其地形有很大的關(guān)系。忻州市山地和丘陵的面積占全市總面積的89.5%.由于山地和坡地的蓄水能力較差，又不能人工灌溉，所以，只能靠天吃飯。2015年，忻州全市7月和8月平均降水量比往年同期少50.9%，最多時(shí)少72.3%，出現(xiàn)了嚴(yán)重伏旱的情況。

3.6 收支情況

由2015-07和2015-08自然降水量和每日蒸發(fā)量可知，土壤水分收支不平衡，支出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸入。從2014-01-01開始，由于國(guó)家一般的氣象觀測(cè)站停止了每日蒸發(fā)量觀測(cè)，所以，只有河曲縣、五寨縣、原平市、代縣4個(gè)國(guó)家基本氣象觀測(cè)站有2015-07—08的蒸發(fā)量資料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015-07，每日蒸發(fā)量為4.7 mm，而四站平均降水量為33.4 mm，每天有1.1 mm的降水；2015-08，每日蒸發(fā)量為4.9 mm，而四站平均降水為36.4 mm，每天有1.2 mm的降水。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，2015-07和2015-08每天的降水量不僅不能滿足自然蒸發(fā)量，還要透支地表和地下水源，因此，土壤水分嚴(yán)重匱乏，干旱情況十分嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)作物大面積死亡。

4 小結(jié)

本文將山西省忻州市14個(gè)縣站2015-07和2015-08降水之和與往年同期降水之和作對(duì)比、分析。研究發(fā)現(xiàn)，2015-07—08，全市平均降水量比往年同期平均降水量偏少50.8%.其中，原平市、五寨縣、保德縣、河曲縣、偏關(guān)縣、神池縣偏少6成以上，五寨縣、偏關(guān)縣、神池縣為歷年同期極端最低值，河曲縣、原平市接近歷年同期最低值。以降水距平百分率作為干旱指標(biāo)，忻州市2015-07—08出現(xiàn)了歷史上罕見(jiàn)的特大干旱。從目前掌握的旱災(zāi)情況看，2015年，忻州市出現(xiàn)的旱災(zāi)是有完整氣象記錄以來(lái)最嚴(yán)重的一次。

研究發(fā)現(xiàn)，2015年出現(xiàn)了強(qiáng)厄爾尼諾事件，而大氣環(huán)流異常是導(dǎo)致7月和8月，尤其是伏天降水量特少的主要原因。7月和8月極渦強(qiáng)度比往年同期偏弱，冷空氣活動(dòng)偏弱，偏東，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度總體偏弱，位置偏東偏南，使得副熱帶高壓長(zhǎng)時(shí)間控制華南地區(qū)，而副高外圍的水汽不能輸送到山西中北部，導(dǎo)致山西乃至整個(gè)華北地區(qū)發(fā)生空汛。

地形會(huì)加劇旱情的發(fā)展。山西省忻州市地形復(fù)雜，山地和丘陵的面積占全市總面積的89.5%，山地和坡地的蓄水能力差，2015-07和2015-08的自然降水量不能滿足每日水汽蒸發(fā)量，過(guò)多地透支地表和地下水源，會(huì)使得土壤水分嚴(yán)重匱乏，導(dǎo)致農(nóng)作物干枯死亡。

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