水城縣降水氣候特征及極端干旱年形勢場分析

張錦++毛春旭++趙虎++馬雷++陳蘊

摘要 利用水城縣氣象觀測站1961—2013年逐月降水量資料以及NCEP 1°×1°再分析資料，利用數(shù)理統(tǒng)計、標準化降水指數(shù)（Z）等分析方法，分析水城縣50年來降水變化特征。結果表明，水城縣降水集中在夏季，占全年的53.8%；從11月至次年3月，出現(xiàn)暴雨的機會不大；11月、12月、2月降水年際變化較大；夏季降水多變，不穩(wěn)定；全年的月際降水正態(tài)性分布較好，其中12月的降水正態(tài)性分布最差，為正偏異常高峰態(tài)。利用標準化降水分析得出近50年逐季節(jié)旱澇情況，揭示出近5年來極端干旱事件頻發(fā)；利用NCEP 1°×1°，根據(jù)500 hPa極端干旱年與多年距平環(huán)流形勢分析，得到極端干旱年環(huán)流形勢特征，進一步分析極端干旱年的水汽條件，揭示出各季節(jié)極端干旱出現(xiàn)的水汽輸送特征。

關鍵詞 降水；氣候特征；極端干旱；形勢場；標準化降水指數(shù)；貴州水城

中圖分類號 P467 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）09-0230-03

干旱是世界上主要的自然災害之一。隨著人類經濟的發(fā)展和人口膨脹，水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴重，這也直接導致了干旱地區(qū)的擴大與干旱化程度的加重，干旱化趨勢已成為全球關注的問題。

水城縣位于貴州西部，地處烏江和北盤江的分水嶺、滇東高原向黔中山原過渡的梯級大斜坡地段，全縣東西寬69 km、南北長97 km，總面積3 589.1 km2；屬于北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，雨量充沛，氣候溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨熱同季，春秋相連。

近年來，水城縣干旱事件頻發(fā)，并存在年際、年內和區(qū)域降水分布不均等問題，加大了干旱的經濟損失。為分析水城縣降水及干旱氣候特征，本文利用水城氣象觀測站1961—2013年逐月降水量資料以及NCEP 1°×1°再分析資料，對水城縣的降水量統(tǒng)計特征及水城縣干旱氣候特征進行了初步分析，找出水城縣逐月降水變化特征、形成干旱的大環(huán)流背景等，對于總結干旱氣候和指導水城縣防災減災有重要意義。

1 資料與方法

降水資料選自水城縣氣象觀測站1961—2013年逐月降水資料，季節(jié)劃分采用氣象學上的標準：春季為3—5月、夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月至次年2月；采用統(tǒng)計學方法對水城縣近50年降水特征進行分析。以季節(jié)為單位，用標準化降水指數(shù)（Z）對水城縣1961—2013年的干旱事件進行干旱等級劃分。利用NCEP 1°×1°再分析資料，對極端干旱季節(jié)進行環(huán)流背景及水汽條件分析。

2 降水特征分析

2.1 降水量的統(tǒng)計特征

由表1可看出，水城縣年平均降水量為1 178.6 mm，降水主要集中在夏季，占全年總降水量的53.8%。由圖1可以看出，水城縣月降水量在年內變化呈明顯的單峰型分布，從春季到夏季逐月增加，6月最大，達到237.7 mm；7月次之，之后逐月減少。從11月至次年3月，降水標準差很小，只有13 mm左右，其中每月降水量很少，出現(xiàn)暴雨的機會不大。11月、12月、2月變差系數(shù)最大，為60%左右，表明這幾個月降水年際變化較大，1月的變差系數(shù)為47.3%，變差系數(shù)分布呈波狀型分布。各月降水量標準差和極差的年變化呈單峰型分布，標準差的最大值（69.0 mm）出現(xiàn)在7月，極差的最大值（311.9 mm）出現(xiàn)在6月，表明水城縣夏季降水多變、不穩(wěn)定。

由表1還可以看出，年最多降水量為1 552.0 mm，最少為778.0 mm，其相差774.0 mm；極多降水月際變化呈單峰型，峰值出現(xiàn)在6月；極少降水月際變化呈雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在7月和10月。從表1還可以看出，降水的正態(tài)性表現(xiàn)較好，正態(tài)分布檢驗否定判據(jù)為偏度 |g1|≤0.6、峰度 |g2|≤1.2。4—7月、9月均符合正態(tài)分布，即1年中有5個月符合正態(tài)分布。2月、3月、12月峰度均>1；1月、4—5月、9—11月峰度接近于0；12月的降水正態(tài)性分布最差，峰度達2.2、偏度為1.4，為正偏異常高峰態(tài)；其余均為正態(tài)低峰態(tài)分布。總體來說，全年月際降水正態(tài)性分布較好。

2.2 各季標準化降水指數(shù)（Z）分析

為進一步研究水城縣干旱情況，本文引入標準化降水指數(shù)（Z）[1-2]，公式如下：

通過標準化降水指數(shù)（Z）確定該時間段內的旱澇等級（表2）。

通過標準化降水指數(shù)計算出各季的旱澇情況，是根據(jù)降水量出現(xiàn)的情況，以概率分布為出發(fā)點計算出的極端旱澇事件均只有1年；由于涉及年份較多，本文僅對極端干旱年份氣候特征進行分析。從表3可以看出，春季極端干旱主要出現(xiàn)在2011年，夏季極端干旱主要出現(xiàn)在2013年，秋季極端干旱主要出現(xiàn)在2009年，冬季極端干旱主要出現(xiàn)在1968年。還可以看出，四季中有3季極端干旱出現(xiàn)在近5年，表明近年來水城極端干旱頻發(fā)，且2011年為春夏連旱、2013年為夏秋連旱、1968年為冬春連旱（1968年冬季至1969年春季）。

3 極端干旱年的環(huán)流特征

為進一步了解極端干旱年的氣候特征，利用NCEP 1°×1°的500 hPa月平均高度場距平值資料，分析極端干旱年的大氣環(huán)流特征（圖3）。由圖3（a）可以看出，2011年春季中亞高壓脊偏強和東亞大槽明顯偏深，冷暖空氣交匯偏北、偏東，造成冷空氣對我國西部、尤其是貴州西部影響偏弱，導致水城縣降水偏少。由圖3（b）可以看出，2013年夏季副熱帶高壓偏強，我國大部地區(qū)處于正距平，受副高影響較大，中高緯環(huán)流形勢偏弱，冷空氣影響偏弱，造成水城縣降水明顯偏少。由圖3（c）可以看出，2009年秋季中高緯環(huán)流形勢偏弱，副熱帶高壓與常年同期基本持平，我國大部基本受副高控制；同時文獻[3]中指出西太平洋副高基本呈東西帶狀分布，冷空氣強度偏弱，活動路徑偏北、偏東對貴州影響較弱，特別是西部，造成貴州西部氣溫偏高、降水偏少。由圖3（d）可以看出，1968年冬季30°N以北地區(qū)呈現(xiàn)巨大的負距平，冬季冷空氣影響明顯偏弱，我國東部沿海、西太平洋地區(qū)與常年基本持平；當歐亞大陸呈“北高南低”的距平分布時，貴州為一致的重凝凍分布，與1968年的距平圖正好相反，表明1968年水城縣冬季高溫少雨[4]。

4 極端干旱年的水汽條件

由圖4（a）（b）可以看出，2011年春季，從850 hPa看水汽輻合帶位于四川、青海交界處；700～850 hPa輻合程度很弱，我國中東部為水汽負距平高值區(qū)；850、700 hPa水城縣均處于負距平，緬甸到我國西南部的傳統(tǒng)水汽高值區(qū)處于負距平，北方冷空氣輸送偏北、偏東。由于水汽和冷空氣條件的雙重影響造成了2011年水城縣春季的極端干旱。由圖4（c）（d）可以看出，2013年夏季，水汽的負距平高值區(qū)位于青藏高原西部；水汽輻合區(qū)位于青藏高原東部、青海、四川三省交界處；從緬甸到我國西南部的水汽輸送明顯偏西，我國西南部的水汽輸送通道從貴州以西北上，到達內蒙古輸入我國東北地區(qū)。根據(jù)上述分析得到的2013年副熱帶高壓異常穩(wěn)定，北方冷空氣活動減少，造成水城縣的夏季極端干旱。由圖4（e）（f）可以看出，2009年秋季，我國西南部處于水汽的負距平，850 hPa較700 hPa距平更嚴重，水汽輻合帶明顯偏北，水汽及季風條件不利于水城縣的降水，造成2009年水城縣的極端干旱。研究指出，冬季高原東部及鄰近地區(qū)的水汽主要來源于中緯度偏西風水汽輸送[5]。由圖4（g）（h）可以看出，1968年冬季，水汽輻合帶偏北，我國西南到緬甸的傳統(tǒng)水汽高值區(qū)處于較高的負距平區(qū)，根據(jù)上述分析得到的1968年冬季冷空氣影響明顯偏弱。由此可知，水汽條件、冷空氣影響均不利于水城縣的冬季降水，這是造成1968年冬季極端干旱的主要原因。

5 結論

（1）水城縣年平均降水量1 178.6 mm，降水主要集中在夏季，約占全年的53.8%。水城縣月降水年內變化呈明顯的單峰型分布。從11月至次年3月，水城縣降水標準差很小，只有13 mm左右，且每月降水量很少，出現(xiàn)暴雨的機會不大。變差系數(shù)分布呈波狀型分布，11月、12月、2月變差系數(shù)最大（約60%）且降水年際變化較大。各月降水量標準差和極差的年變化呈單峰型分布，標準差最大值出現(xiàn)在7月（69.0 mm），極差最大值出現(xiàn)在6月（311.9 mm），表明水城縣降水夏季多變，不穩(wěn)定；全年月際降水正態(tài)性分布較好。

（2）春季極端干旱主要出現(xiàn)在2011年，夏季極端干旱主要出現(xiàn)在2013年，秋季極端干旱主要出現(xiàn)在2009年，冬季極端干旱主要出現(xiàn)在1968年；四季中，有3季極端干旱出現(xiàn)在近5年，表明近年來水城縣極端干旱頻發(fā)，且2011年為春夏連旱、2013年為夏秋連旱、2009年為秋冬春連旱、1968年為冬春連旱。

（3）2011年春季冷暖空氣交匯偏北、偏東，造成冷空氣對我國西部、尤其是貴州西部影響偏弱。2013年夏季副熱帶高壓偏強，我國大部地區(qū)處于正距平，受副高影響較大，中高緯環(huán)流形勢偏弱，冷空氣影響偏弱。2009年秋季西太平洋副高基本呈東西帶狀分布，冷空氣強度偏弱，活動路徑偏北、偏東對貴州影響較弱，特別是西部，造成水城縣氣溫偏高、降水偏少。1968年冬季30°N以北地區(qū)呈現(xiàn)巨大的負距平區(qū)，冬季冷空氣影響偏弱明顯，不利于水城縣形成降水。

（4）2011年春季緬甸到我國西南部的傳統(tǒng)水汽高值區(qū)處于負距平，北方冷空氣輸送偏北、偏東，導致輸送到水城縣上空的水汽弱。2013年夏季從緬甸到我國西南部的水汽輸送較常年明顯偏西，造成西南部的水汽輸送通道從貴州以西北上到達內蒙古輸入我國東北地區(qū)。2009年秋季我國西南部處于水汽的負距平區(qū)，850 hPa較700 hPa距平更嚴重，水汽輻合帶偏北，水汽及季風條件不利于水城縣發(fā)生降水。1968年冬季，水汽輻合帶偏北，我國西南到緬甸的傳統(tǒng)水汽高值區(qū)處于較高的負距平區(qū)，加之冷空氣影響較常年明顯偏弱，導致1968年冬季水城縣出現(xiàn)了高溫少雨的天氣。

6 參考文獻

[1] 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.氣象干旱等級：GB/T 20481-2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2] 貴州省質量技術監(jiān)督局.貴州省干旱標準：DB52/T 1030-2015[S].貴陽：貴州省質量技術監(jiān)督局，2015.

[3] 池再香，杜正靜，陳忠明，等.2009—2010年貴州秋、冬、春季干旱氣象要素與環(huán)流特征分析[J].高原氣象，2013，31（1）：176-184.

[4] 杜正靜，丁治英，張書余.2001年1月滇黔準靜止鋒在演變過程中的結構及大氣環(huán)流特征分析[J].熱帶氣象學報，2007，23（3）：284-294.

[5] 周長艷，蔣興文，李躍清，等.高原東部及鄰近地區(qū)空中水汽資源的氣候變化特征[C]//中國氣象學會200年年會氣候變化分會場論文集，2008.