貴州省近40 a夏季旱澇及其異常成因初步分析

李忠燕，嚴(yán)小冬，張嬌艷，吳戰(zhàn)平，周　濤

(1.貴州省氣候中心，貴州　貴陽(yáng)　550002；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州　貴陽(yáng)　550002)

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貴州省近40 a夏季旱澇及其異常成因初步分析

李忠燕，嚴(yán)小冬，張嬌艷，吳戰(zhàn)平，周濤

(1.貴州省氣候中心，貴州貴陽(yáng)550002；2.貴州省山地氣候與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)550002)

該文利用貴州省78站近40 a降水觀測(cè)資料、NCEP/NCAR再分析資料和海溫資料，從大氣環(huán)流異常和海溫異常強(qiáng)迫的角度分析貴州省夏季旱澇異常的成因，并利用2013、2014年的觀測(cè)事實(shí)進(jìn)行個(gè)例驗(yàn)證分析，從而進(jìn)一步地探討造成貴州省夏季旱澇異常的成因。研究結(jié)果表明：當(dāng)貴州省夏季降水偏多時(shí)，在中高層，貝加爾湖附近為正距平，同時(shí)在低層貝加爾湖地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流，這種環(huán)流配置使得高壓脊增強(qiáng)，脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣向南深入到西南地區(qū)，而西太平洋副高脊線偏西，副高強(qiáng)度偏大，其外圍的東南風(fēng)不斷引導(dǎo)洋面上的暖濕氣流至西南地區(qū)，同時(shí)孟加拉灣為偏南風(fēng)距平，引導(dǎo)印度洋上的暖濕氣流北上，從而形成冷暖交匯，有利于降水的增加。反之不利于降水的增加。對(duì)印度洋和太平洋海溫異常分析表明，當(dāng)孟加拉灣海區(qū)存在正(負(fù))海溫異常，貴州省夏季降水偏多(少)；當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為一致的正異?？刂疲F州省夏季降水偏少，而當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為東正西負(fù)的分布時(shí)，貴州省夏季降水偏多?？梢?jiàn)，環(huán)流異常和海溫異常與貴州省夏季降水的變化有密切的聯(lián)系。

旱澇異常；西風(fēng)帶；海溫異常；夏季降水

1　引言

夏季(6—8月)旱澇是中國(guó)最常見(jiàn)，影響嚴(yán)重的氣候?yàn)?zāi)害。在夏季干旱發(fā)生的同時(shí)，高溫同時(shí)出現(xiàn)，造成旱情加重，而大面積的持續(xù)干旱往往會(huì)造成飲水和用水的短缺，帶來(lái)嚴(yán)重的社會(huì)影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明[1]，干旱災(zāi)害發(fā)生頻率最大位于華北和西南地區(qū)。近幾年，隨著全球變暖，中國(guó)華北和東北南部以及西南地區(qū)干旱災(zāi)害更加加重。而降水偏多時(shí)，往往會(huì)有洪澇以及滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害相繼發(fā)生，這也給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的生活造成了重大的影響。

西南地區(qū)地形復(fù)雜，是旱澇頻發(fā)的地區(qū)，造成旱澇異常的成因也比較復(fù)雜，故關(guān)于西南地區(qū)旱澇異常成因分析還不多。劉德等[2]從歐亞大氣環(huán)流異常分析了造成重慶地區(qū)夏季旱澇的成因。彭京備等[3]指出西太平洋副熱帶高壓和大陸副熱帶高壓異常是造成2006年西南地區(qū)的嚴(yán)重干旱成因。李永華等[4]的研究表明2006年夏季西太平洋副熱帶高壓偏北、西伸脊點(diǎn)偏西以及南亞高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)、位置偏東，造成西南地區(qū)下沉氣流加強(qiáng)，抑制孟加拉灣水氣的輸送，導(dǎo)致西南地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重干旱。已有的研究表明[5-9]，海溫異常強(qiáng)迫往往與干旱的發(fā)生有關(guān)，也與大氣環(huán)流的內(nèi)部異常，特別是西太副熱帶高壓和中緯度阻塞高壓的強(qiáng)度和位置的異常有關(guān)[11-18]。

在貴州各地，夏旱不僅出現(xiàn)頻率大，而且還具有成片出現(xiàn)和旱期較長(zhǎng)的突出特點(diǎn)。貴州是以農(nóng)業(yè)為主的省份，降水異常，特別是夏季降水異常往往會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干旱成為五大自然災(zāi)害中對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害最大，發(fā)生面積最大，損失最為慘重的自然災(zāi)害。如1972年和1981年的全省性特大干旱就造成農(nóng)作物大面積受災(zāi)，糧食嚴(yán)重減產(chǎn)等影響。而夏季降水增多，洪澇、滑坡、泥石流等災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，因此有必要加強(qiáng)對(duì)夏季旱澇異常成因的研究。本文將從大氣環(huán)流異常和海溫異常強(qiáng)迫的角度分析近40 a貴州省夏季旱澇異常的成因，還將利用2013、2014年的觀測(cè)事實(shí)進(jìn)行個(gè)例對(duì)比分析，從而進(jìn)一步地探討造成貴州省夏季旱澇異常的成因。

2　資料和方法

本文所用資料為：1971—2014年貴州省78個(gè)站點(diǎn)的月降水資料，NCEP/NCAR逐月再分析資料[19]，資料水平分辨率為2.5°×2.5°，以及同期NOAA逐月海表溫度資料，資料水平分辨率為2.0°×2.0°。

3　貴州省近40 a夏季旱澇異常演變特征

圖1給出了1971—2012年貴州省夏季降水距平百分率的時(shí)間序列，從圖中可以看出，貴州省夏季降水距平百分率存在較大的年際和年代際差異。在20世紀(jì)70年代，干旱和洪澇交替發(fā)生，其中1972年為歷年夏季降水最少年，全省偏少50%，而1979年為歷年最多年，全省夏季降水偏多34%。而進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，夏季降水明顯增多，降水偏多年達(dá)7 a，其中有4 a為異常偏多年，與此同時(shí)，洪澇和地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而進(jìn)入21世紀(jì)后，貴州省由原來(lái)的偏澇趨勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊第厔?shì)，夏季降水明顯減少，降水偏少年達(dá)8 a，持續(xù)性大面積的干旱時(shí)常發(fā)生。

一個(gè)地區(qū)夏季降水的旱澇異常影響因素較多，物理機(jī)制是極為復(fù)雜的。為了搞清出現(xiàn)這種情況的原因，本文將從同期環(huán)流異常和海溫異常強(qiáng)迫的角度進(jìn)行分析研究。

圖1　1971—2012年貴州省夏季降水距平百分率變化(黑實(shí)線: +σ，黑虛線: -σ，紅實(shí)線: 90年代平均值，紅虛線: 2001—2012年平均值)Fig.1　Changes of precipitation anomaly percentages of summer from 1971 to 2012 in Guizhou (the black solid line denotes +σ,the black dotted line denotes-σ,the red solid line denotes the average in 90's,the red dotted line denotes the average from 2001 to 2012)

4　環(huán)流形勢(shì)分析

大氣環(huán)流異常往往是影響降水異常的直接因素。首先分析貴州省夏季降水異常和大氣環(huán)流異常之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。根據(jù)1971—2012年貴州夏季降水距平百分率序列(圖1)，統(tǒng)計(jì)出貴州省夏季降水偏多(+δ)和偏少(-δ)的年份。其結(jié)果有6個(gè)降水偏多的夏季和7個(gè)降水偏少的夏季。分別合成分析貴州省降水異常偏多和異常偏少的環(huán)流特征。圖2給出了貴州省降水偏多年和偏少年的500 hPa高度距平場(chǎng)合成圖。從圖2a可以看出，當(dāng)貴州省夏季降水偏多時(shí)，歐洲西部至烏拉爾山附近為負(fù)距平區(qū)，巴湖至貝加爾湖為正距平區(qū)，而鄂霍次克海為負(fù)距平區(qū)，并且這些地區(qū)都達(dá)到顯著性水平5%的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。相比較于圖2b，巴湖至貝加爾湖附近為正距平，表示該地區(qū)高壓脊增強(qiáng)，由于高壓脊增強(qiáng)，脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣向南深入到西南地區(qū)，同時(shí)，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏大，引導(dǎo)洋面上的暖濕氣流與北方冷空氣匯合，從而有利于降水的增加。反之，當(dāng)貴州省夏季降水偏少時(shí)(圖2b)，歐洲西部至烏拉爾山附近為顯著正距平區(qū)，巴湖至貝加爾湖為負(fù)距平區(qū)，而鄂霍次克海為正距平區(qū)，副高面積偏小，西伸脊點(diǎn)偏東，不利于降水的增加。

圖3分別給出了貴州省夏季降水偏多和偏少的850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)。從降水偏多和偏少合成風(fēng)場(chǎng)對(duì)比分析不難看出，在貴州省夏季降水偏多時(shí)，貝加爾湖地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流，其脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣向南深入到西南地區(qū)，同時(shí)，西太平洋副熱帶地區(qū)同樣也為異常反氣旋環(huán)流，其副高外圍的東南風(fēng)不斷引導(dǎo)洋面上的暖濕氣流至西南地區(qū)，同時(shí)，孟加拉灣為偏南風(fēng)距平，表明印緬槽加強(qiáng)，引導(dǎo)印度洋上的暖濕氣流北上，從而形成冷暖交匯，有利于降水的增加。

由此可見(jiàn)，貝加爾湖高壓脊、印緬槽、副熱帶高壓以及歐洲西部長(zhǎng)波槽與貴州省夏季降水的變化有密切的聯(lián)系。

圖2　貴州省夏季多雨年(a)和少雨年(b)合成的500 hPa距平場(chǎng)(紅線，等值線間隔為1dagpm)。圖中藍(lán)色陰影處為達(dá)到顯著性水平5%的地區(qū)Fig.2　Composite maps of geopotential anomaly (red dotted, contour spacing 1dagpm) at 500 hPa for the wet(a) and drought summers over Guizhou Province. The blue shading shows the significant test at significant level of 5%

圖3　貴州省夏季多雨年(a)和少雨年(b)合成的850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平場(chǎng)。圖中陰影處為多雨年和少雨年之差達(dá)到顯著性水平5%的地區(qū)Fig.3　Composite maps of wind anomaly at 850 hPa for the wet(a) and drought(b) summers over Guizhou Province. The shading shows the significant test at significant level of 5%

5　SST異常分析

眾所周知，SST異常是影響大氣環(huán)異常的重要原因之一。因此在分析貴州省夏季降水異常和SST異常之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再?gòu)腟ST異常的角度分析2013年、2014年夏季降水異常的可能原因。

合成結(jié)果表明，在貴州省降水偏多的夏季(圖4a)，孟加拉灣海區(qū)為顯著正距平；在北太平洋副熱帶海區(qū)為顯著正距平，其北部(中緯度海區(qū)30°N～60°N)為顯著負(fù)距平，同時(shí)在南太平洋副熱帶海區(qū)有一帶狀的正距平區(qū)；南半球的大西洋的副熱帶海區(qū)存在一顯著的正距平，而在中緯度海區(qū)為顯著負(fù)距平。在貴州省降水偏少的夏季，孟加拉灣海區(qū)至南太平洋東部為負(fù)海溫異常，而北太平洋的中緯度海區(qū)基本受正異常海溫所控制， 南半球的大西洋的副熱帶海區(qū)存在一顯著的負(fù)異常，而在中緯度海區(qū)為顯著正異常。

圖4　貴州省夏季多雨年(a)和少雨年(b)合成的SST異常(等值線間隔為0.2 ℃)，填色圖為通過(guò)顯著性水平5%的地區(qū)Fig.4　Composite SST anomalies (the contour interval is 0.2 ℃)during the wet(a) and drought(b) summers over Guizhou Province. The shadingshows the significant test at significant level of 5%

6　實(shí)況場(chǎng)檢驗(yàn)

6.12013、2014年降水實(shí)況

提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。李四光之所以成為地質(zhì)學(xué)家，就是從質(zhì)疑“這塊巨大的石頭是從哪兒來(lái)的？”愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“學(xué)習(xí)就是思考，思考，再思考。我就是這樣成為科學(xué)家的?！苯虒W(xué)中，教師不僅要設(shè)計(jì)好關(guān)鍵問(wèn)題，還要?jiǎng)?chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，善于主動(dòng)思考，敢于質(zhì)疑問(wèn)難。一堂課最精彩出色的地方莫過(guò)于生成一種動(dòng)態(tài)的美，也就是在老師的引領(lǐng)下，學(xué)生思考出有價(jià)值的問(wèn)題，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言，讓課堂活起來(lái)，精彩紛呈。

2013年貴州夏季降水量較同期偏少40%，僅次于1972年，尤其是7月，降水異常偏少，較同期偏少78%。從全省降水距平分布圖(圖5a)來(lái)看，是一個(gè)全省性干旱，除了中部局部地區(qū)以及部分邊緣地區(qū)降水偏少0～20%以外，其余地區(qū)的降水均偏少20%以上，其中貴州東北部大部和西南部的局部地區(qū)降水偏少較明顯，比歷年同期偏少50%以上。而2014年貴州夏季降水量較同期偏多20%以上，而7月較同期偏多57%。與多年同期相比，除北部局部地區(qū)降水偏少外，其余地區(qū)降水均偏多，且貴州東北大部、中部以及西部邊緣地區(qū)降水偏多較明顯，其中東北部部分地區(qū)降水異常偏多80%以上。

6.22013、2014年環(huán)流實(shí)況場(chǎng)

2013年夏季，貴州省出現(xiàn)了全省性的持續(xù)性干旱，而2014年貴州省降水卻出現(xiàn)全省偏多的情況。結(jié)合貴州省夏季降水異常和大氣環(huán)流異常之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系來(lái)分析這兩年的環(huán)流形勢(shì)。圖6給出了2013年夏季的環(huán)流形勢(shì)。該年夏季巴湖以西至貝加爾湖以東為負(fù)距平，歐洲北部至烏拉爾山附近為正距平，西太平洋副熱帶高壓區(qū)有一負(fù)距平控制。而在2014年(圖7a)，北極新地島附近為負(fù)距平，有利于西風(fēng)帶上游的低壓的傳播，其它地區(qū)為正距平控制。巴湖以西至貝加爾湖以東為正距平，有利于高壓脊的發(fā)展，脊前的西北氣流引導(dǎo)干冷空氣南下。西太平洋副熱帶高壓區(qū)皆為正距平，表明副高強(qiáng)度偏強(qiáng)，面積偏大，西伸脊點(diǎn)偏西。這些特征與降水偏多年合成圖相同，都有利于冷暖空氣交匯，有利于降水的增加。

圖5　貴州2013年(a)和2014年(b)降水距平百分率(%)分布圖Fig.5　Precipitation anomaly percentage(%) over Guizhou Province in 2013(a) and 2014(b)

從2013年850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)(圖6b)可以看出，貝加爾湖至歐洲東部為一致的異常東風(fēng)氣流，阻止了干冷空氣向南輸送，這與統(tǒng)計(jì)特征相同。而西太平洋副熱帶地區(qū)、孟加拉灣地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)特征與統(tǒng)計(jì)特征有所不同，即西太平洋副熱帶地區(qū)為異常反氣旋，其西側(cè)的偏南氣流與孟加拉灣為南風(fēng)異常引導(dǎo)洋面上的暖濕氣流北上，但由于干冷氣流的缺乏，導(dǎo)致降水減少。而在2014年(圖7b)，巴湖至貝加爾湖以東為異常反氣旋環(huán)流，其脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣向南輸送，同時(shí)孟加拉灣的偏南氣流不斷引導(dǎo)印度洋上的暖濕氣流向北輸送，形成冷暖交匯。高原上為異常氣旋，其不斷分裂出短波槽向東傳播，利于降水增加。

圖6　2013年夏季(a)500 hPa異常場(chǎng)(黑色等值線)，(b)850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)Fig.6　(a) Geopotential height anomaly (black line) at 500 hPa, (b) wind anomaly at 850 hPa

圖7　2014年夏季(a)500 hPa異常場(chǎng)(黑色等值線)，(b)850 hPa異常風(fēng)場(chǎng)Fig.7　(a) Geopotential height anomaly (black line) at 500 hPa, (b) wind anomaly at 850 hPa

6.32013、2014年海溫實(shí)況場(chǎng)

從2013夏季的全球SST異常的形勢(shì)可以看出(圖略)，在2013年夏季，孟加拉灣海區(qū)為負(fù)異常，北太平洋中緯度海區(qū)為一致的正異?？刂?，而南太平洋副熱帶海區(qū)存在一帶狀的負(fù)異常，同時(shí)，南大西洋東部的副熱帶海區(qū)存在弱的負(fù)異常，而在其南部的中緯度海區(qū)存在正異常，這些特征與貴州省夏季少雨年合成(圖4b)相似。而在2014年夏季(圖略)，孟加拉灣海區(qū)至西太平洋副熱帶地區(qū)為正異常，北太平洋中緯度海區(qū)有一負(fù)異常，同時(shí)，南大西洋東部的副熱帶海區(qū)存在弱的正異常，而在其南部的中緯度海區(qū)存在負(fù)異常，這些特征與貴州省夏季多雨年合成(圖4a)相似。

結(jié)合診斷分析可以認(rèn)為，海溫異常可以影響貴州省夏季降水。當(dāng)孟加拉灣海區(qū)存在正(負(fù))海溫異常，貴州省夏季降水偏多(少)；當(dāng)南大西洋東部的副熱帶海區(qū)存在弱的正(負(fù))異常，而在其南部的中緯度海區(qū)存在負(fù)(正)異常時(shí)，貴州省夏季降水偏多(少)；當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為一致的正異?？刂疲F州省夏季降水偏少，而當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為東正西負(fù)的分布時(shí)，貴州省夏季降水偏多。

7　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)貴州省近40 a的夏季降水異常年大氣環(huán)流和海溫異常合成分析以及對(duì)2013、2014年夏季降水的個(gè)例分析，得到了以下結(jié)論：

①環(huán)流場(chǎng)合成分析和實(shí)況場(chǎng)個(gè)例對(duì)比表明：當(dāng)貴州省夏季降水偏多時(shí)，在中高層，貝加爾湖附近為正距平，同時(shí)在低層貝加爾湖地區(qū)為異常反氣旋環(huán)流，這種環(huán)流配置使得高壓脊增強(qiáng)，脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣向南深入到西南地區(qū)，而西太平洋副高脊線偏西，副高強(qiáng)度偏大，其外圍的東南風(fēng)不斷引導(dǎo)洋面上的暖濕氣流至西南地區(qū)，同時(shí)孟加拉灣為偏南風(fēng)距平，引導(dǎo)印度洋上的暖濕氣流北上，從而形成冷暖交匯，有利于降水的增加。反之不利于降水的增加。

②海溫場(chǎng)合成分析和實(shí)況場(chǎng)個(gè)例對(duì)比表明：當(dāng)孟加拉灣海區(qū)存在正(負(fù))海溫異常，貴州省夏季降水偏多(少)；當(dāng)南大西洋東部的副熱帶海區(qū)存在弱的正(負(fù))異常，而在其南部的中緯度海區(qū)存在負(fù)(正)異常時(shí)，貴州省夏季降水偏多(少)；當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為一致的正異?？刂?，貴州省夏季降水偏少，而當(dāng)北太平洋中緯度海區(qū)為東正西負(fù)的分布時(shí)，貴州省夏季降水偏多。

③環(huán)流異常和海溫異常與貴州省夏季降水的變化有密切的聯(lián)系。

合成分析只是揭示了觀測(cè)實(shí)事，而其內(nèi)在的物理機(jī)制仍需要進(jìn)一步深入研究。

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Preliminary Analysis of the Causes of Drought and Flood in Guizhou Province in recent 40 Years

LI Zhongyan1,2,YAN Xiaodong1,ZHANG Jiaoyan1,WU Zhanping1,ZHOU Tao1

(1.Guizhou Climate Center, Guiyang 550002, China; 2.Guizhou Key Laboratory of Mountainous Climate and Resource, Guiyang 550002, China)

Using precipitation data of 78 meteorological observational stations in Guizhou and the NECP/NCAR reanalysis data and the SST data in recent 40a, the causes of drought and flood in summer were analyzed from circulation anomaly and SST anomaly. Furthermore, the drought in the summer of 2013 and the wet of 2014 were analyzed. Study shows that when positive height anomalies control Lake Baikal at 500 hPa and the abnormal anticyclone circulation control Lake Baikal at 850 hPa, the northwest flow leads the cold air south to the Southwest, and the ridge line of west Pacific subtropical westward and the intensity strengthen which cause the northeast flow leads the warm air north to the Southwest. Meanwhile, southerly anomaly which also leads the warm air north to the Southwest control the Bay of Bengal. The warm and cold air intersect is beneficial to the precipitation. Conversely, it is not beneficial. The analysis of the impact of SST anomaly in Indian Ocean and the Pacific show that the rainfall is less when the negative SST anomalies control the Bay of Bengal and positive SST anomalies control middle latitude of North Pacific. Conversely, the rainfall is more when positive SST anomalies control the Bay of Bengal and the distribution of SST anomalies over middle latitude of North Pacific is east positive and west negative. The anomalies of the atmospheric circulation systems in the westerly belt and the SST anomalies had an important impact to the drought and flood over Guizhou Province.

drought and flood; westerly belt; SST anomalies; precipitation of summer

1003-6598(2016)02-0001-07

2015-07-08

李忠燕(1986—)，女，碩士，工程師，主要從事氣候與氣候變化研究，E-mail: 523257762@qq.com。

中國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制基金贈(zèng)款項(xiàng)目2013031“貴州省氣候變化影響評(píng)估及應(yīng)對(duì)服務(wù)”。

P426.616

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