拉尼娜事件對長江中下游旱澇的影響

榮艷淑，石丹丹，呂星玥，吳福婷

(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

海氣相互作用是全球氣候異常的主要影響因子[1-3]，可導(dǎo)致全球多地極端天氣氣候和極端水文事件發(fā)生[4]，特別是El Nio-Southern Oscillation(ENSO)現(xiàn)象，已成為各地氣候異常的強(qiáng)信號(hào)。2015—2016年赤道東太平洋超強(qiáng)ENSO事件，引發(fā)華南前汛期降水和長江中下游梅雨期降水顯著增多，云南和世界多地高溫干旱[5-6]。2000—2011年赤道東太平洋較強(qiáng)的拉尼娜事件，造成美國48個(gè)州、歐洲中南部、非洲東部、中國華北、黃淮地區(qū)、長江中下游出現(xiàn)嚴(yán)重干旱[7-8]。

ENSO事件持續(xù)期長達(dá)半年到數(shù)年，其發(fā)展期、成熟期和衰退期對各地氣候有不同的影響。在ENSO成熟期，我國北部和云南降水顯著減少，長江流域、內(nèi)蒙古降水增多，在ENSO衰退期，云南夏季降水分布呈東多西少[9-10]；并且ENSO發(fā)生的次年，我國絕大部分地區(qū)都出現(xiàn)降水顯著偏多的現(xiàn)象[11-12]。在拉尼娜的成熟期，我國長江流域降水減少；拉尼娜衰退期，云南和陜西夏季降水顯著偏少[13]。拉尼娜發(fā)生年的秋冬季，江南和華南等地區(qū)降水顯著增多，并且事件結(jié)束后的8個(gè)月，對旱澇氣候產(chǎn)生影響依然存在[14-15]。長江中下游位于亞熱帶地區(qū)，屬季風(fēng)氣候，是受海氣相互作用影響非常顯著的地區(qū)，同時(shí)有著極高的生態(tài)經(jīng)濟(jì)地位，有關(guān)ENSO事件對長江流域的影響也一直是研究的熱點(diǎn)。眾多研究表明，ENSO事件對長江流域的影響非常強(qiáng)烈[16-19]。但在長江上、中、下流域存在時(shí)間和空間上的差異[20]，長江中下游受ENSO事件的影響明顯強(qiáng)于長江上游，不同等級的ENSO事件帶來的氣候影響也明顯不同[21-22]。

ENSO事件通常發(fā)展迅速，給各地氣候帶來很大的影響，以往的研究也更多地關(guān)注ENSO事件，卻少有針對拉尼娜事件的研究。有關(guān)長江中下游旱澇急轉(zhuǎn)事件的研究發(fā)現(xiàn)，夏季旱澇急轉(zhuǎn)事件發(fā)生頻率空間分布不均，并且在發(fā)生時(shí)間上與拉尼娜事件有一定的關(guān)系，近一半的旱澇急轉(zhuǎn)事件都發(fā)生在拉尼娜現(xiàn)象衰亡期或事件結(jié)束后8個(gè)月內(nèi)[15]。本文針對拉尼娜現(xiàn)象，討論不同等級的事件對長江中下游地區(qū)旱澇頻率和強(qiáng)度的影響，以期為長江中下游旱澇形勢預(yù)測預(yù)報(bào)和防汛抗旱工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料來源和研究方法

1.1 資料來源

使用的數(shù)據(jù)包括氣象站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)、MEI(multivariate ENSO index)指數(shù)和NCAR/NCEP的再分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)起止時(shí)間為1961—2014年。氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)是長江中下游流域70個(gè)氣象站點(diǎn)(圖1)的逐月氣溫及降水資料，該數(shù)據(jù)由中國氣象局氣象信息中心提供，對部分站點(diǎn)缺測的年月數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)處理，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

圖1 長江中下游流域位置分區(qū)及70個(gè)氣象站點(diǎn)分布

MEI指數(shù)是基于海平面氣壓、緯向風(fēng)分量、經(jīng)向風(fēng)分量、海平面溫度、海表氣溫以及云量而構(gòu)建的綜合性ENSO指標(biāo)[23-24]。MEI指數(shù)有兩種數(shù)據(jù)類型：一是原值，二是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。本文采用的是標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，以0.5為臨界值，判定連續(xù)5個(gè)月MEI指數(shù)IME≤-0.5為1次拉尼娜事件，共提取出12次拉尼娜事件(表1)。有些拉尼娜事件雖然峰值強(qiáng)度不是很高，但持續(xù)時(shí)間很長，同樣會(huì)產(chǎn)生很大影響，采用峰值強(qiáng)度作為事件強(qiáng)度不能很好地反映此類事件的影響。所以本研究對每個(gè)事件選取了3個(gè)特征值：極端值、平均值和持續(xù)月數(shù)，構(gòu)建綜合值以判斷事件強(qiáng)度。12次事件的平均長度為14個(gè)月，權(quán)重設(shè)為0.1時(shí)，持續(xù)月數(shù)的值與平均值和極端值的大小相當(dāng)，較為合理。由于極端值僅是個(gè)別月份達(dá)到的指標(biāo)，平均強(qiáng)度和持續(xù)月數(shù)是整個(gè)過程的指標(biāo)，因此，取平均強(qiáng)度的權(quán)重為0.6，極端值的權(quán)重為0.3，將特征參數(shù)按權(quán)重累加求和，得到綜合MEI值(IMEz)。綜合MEI值的等級劃分見表2。根據(jù)表2劃分1961—2014年出現(xiàn)的12次拉尼娜事件強(qiáng)度，這種劃分方法充分考慮了長歷時(shí)事件的影響，與其他學(xué)者的等級劃分結(jié)果在長歷時(shí)事件上有所差異，但整體相近[25-26]。

表1 1961—2014拉尼娜事件

NCAR/NCEP的再分析數(shù)據(jù)包括降水、氣溫、風(fēng)矢量、比濕、垂直速度等多層要素，其中降水?dāng)?shù)據(jù)的水平分辨率為1°×1°，其余數(shù)據(jù)水平分辨率為2.5°×2.5°。

標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(standardized precipitation evapotranspiration index，SPEI)是Vicente-Serrano等[27]提出的干旱評價(jià)指標(biāo)。SPEI指數(shù)值(ISPE)需要輸入月平均氣溫、月降水量，通過計(jì)算月降水與潛在蒸散量的差值并進(jìn)行正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化處理得到，其旱澇等級劃分見表2。

表2 綜合MEI值和SPEI等級劃分

1.2 研究方法

選取旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(rotated empirical orthogonal function，REOF)和合成分析方法作為研究方法。經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(empirical orthogonal function，EOF)是目前應(yīng)用非常廣泛的一種氣象要素場分析方法，其基本原理是對包含多個(gè)空間點(diǎn)的場隨時(shí)間變化進(jìn)行分解，得到的前幾個(gè)特征向量可以最大限度地表征原變量場整個(gè)區(qū)域的變率結(jié)構(gòu)，但不能清晰表現(xiàn)局域相關(guān)特征。REOF是在傳統(tǒng)EOF的基礎(chǔ)上再做旋轉(zhuǎn)，克服了傳統(tǒng)EOF方法的局限性。旋轉(zhuǎn)后的典型空間分布結(jié)構(gòu)清晰，可以較好地表現(xiàn)局域變化和相關(guān)分布狀況，因此很多學(xué)者采用這種方法進(jìn)行區(qū)域劃分[28-31]。根據(jù)研究時(shí)段內(nèi)長江中下游70個(gè)站點(diǎn)的SPEI值，采用最大方差正交旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行REOF分析，在此基礎(chǔ)上，對長江中下游進(jìn)行分區(qū)，劃分出旱澇響應(yīng)較為一致的區(qū)域，從而進(jìn)一步研究不同分區(qū)對拉尼娜事件的響應(yīng)特征。合成分析法可以突出研究對象的綜合特性。將拉尼娜事件發(fā)生年記為Year-0，事件發(fā)生的次年和第二年分別記為Year-1和Year-2。對長江中下游各分區(qū)在不同等級拉尼娜事件下Year-0、Year-1和Year-2的SPEI指標(biāo)進(jìn)行合成，可以突出事件中旱澇轉(zhuǎn)變的特性，以分析不同區(qū)域旱澇響應(yīng)的時(shí)空變化特征。

2 結(jié)果與討論

2.1 長江中下游分區(qū)

對長江中下游70個(gè)站點(diǎn)的SPEI值做REOF展開。前4個(gè)模態(tài)(REOF1、REOF2、REOF3、REOF4)的方差貢獻(xiàn)率分別為22%、17%、14%、12%，其累積方差貢獻(xiàn)率分別為22%、39%、53%、65%。圖2為4個(gè)主要模態(tài)荷載的空間分布。前4個(gè)模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率均在10%以上，其累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了65%，4個(gè)模態(tài)的高載荷區(qū)基本布滿全區(qū)。故根據(jù)4個(gè)荷載場的空間分布特征，將長江中下游分為4個(gè)區(qū)域，并根據(jù)地理位置對遺漏和重復(fù)的站點(diǎn)進(jìn)行處理，劃分到合理區(qū)域。長江中下游氣象站點(diǎn)的劃分結(jié)果見表3，各區(qū)的邊界見圖1。

2.2 拉尼娜事件對長江中下游旱澇的影響

為了細(xì)化長江中下游不同分區(qū)對拉尼娜事件的響應(yīng)差異，按照表2中拉尼娜事件的強(qiáng)弱等級分別進(jìn)行分析。由于拉尼娜事件結(jié)束之后仍能對氣候產(chǎn)生影響，因此，在分析拉尼娜事件影響時(shí)，取事件開始月到事件結(jié)束月，再加上結(jié)束之后的8個(gè)月，視之為拉尼娜影響時(shí)段。

2.2.1強(qiáng)拉尼娜事件的影響

1961—2014年一共出現(xiàn)了4次強(qiáng)拉尼娜事件。按照拉尼娜影響時(shí)段，將長江中下游4個(gè)分區(qū)的SPEI值提取出來，繪制綜合MEI值與SPEI值的散點(diǎn)圖(圖3)。按拉尼娜事件持續(xù)期和事件結(jié)束后兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到旱月、澇月和正常月的數(shù)量見表4。

結(jié)合圖3和表4可以發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)拉尼娜事件影響的兩個(gè)時(shí)段，4個(gè)分區(qū)的洪澇和干旱月份分布存在著規(guī)律。如果只比較旱澇的月數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)拉尼娜事件持續(xù)期中，洪澇出現(xiàn)的月份更多，而事件結(jié)束后，干旱出現(xiàn)的月份更多。以二區(qū)為例，事件持續(xù)期，出現(xiàn)55個(gè)洪澇月份，10個(gè)干旱月份，而正常月份僅為20個(gè)。在事件結(jié)束后，沒有出現(xiàn)洪澇，出現(xiàn)15個(gè)干旱月份，13個(gè)正常月份。這種現(xiàn)象表明了強(qiáng)拉尼娜事件對長江中下游影響在時(shí)間尺度上有一個(gè)明顯的由澇轉(zhuǎn)旱的過程。同時(shí)，也可發(fā)現(xiàn)4個(gè)分區(qū)的SPEI值對強(qiáng)拉尼娜事件響應(yīng)的程度存在差異：在一區(qū)，雖然干旱事件在數(shù)量上不占優(yōu)勢，但干旱等級較高，出現(xiàn)了2個(gè)極旱和2個(gè)重旱月份，反觀洪澇等級均為輕澇；在二、三、四區(qū)，洪澇月份在次數(shù)和等級均強(qiáng)于多于干旱月份。這表明，長江中下游地區(qū)旱澇對拉尼娜事件響應(yīng)存在明顯的區(qū)域特征。為進(jìn)一步分析長江中下游各區(qū)旱澇對拉尼娜事件時(shí)間尺度響應(yīng)上的特征變化，對同等級的拉尼娜事件Year-0、Year-1和Year-2的SPEI值進(jìn)行合成分析。圖4為4次強(qiáng)拉尼娜事件中長江中下游各區(qū)SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間的變化情況，橫坐標(biāo)為事件發(fā)生Year-0、Year-1、Year-2的月份。強(qiáng)拉尼娜事件持續(xù)期較長，平均持續(xù)21個(gè)月。由圖4可見，在強(qiáng)拉尼娜事件的Year-0，長江中下游地區(qū)偏澇，其中二區(qū)和三區(qū)程度最重；在強(qiáng)拉尼娜的Year-1(也可稱為拉尼娜減弱期)夏季，二區(qū)正常，其他區(qū)域出現(xiàn)輕旱；在強(qiáng)拉尼娜事件的Year-2，三區(qū)和四區(qū)出現(xiàn)輕澇，一區(qū)和二區(qū)正常。

圖2 REOF前4個(gè)主要模態(tài)荷載的空間分布

表3 長江中下游各分區(qū)包含的氣象站點(diǎn)

表4 強(qiáng)拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域旱澇月份統(tǒng)計(jì)

圖3 強(qiáng)拉尼娜事件影響時(shí)段綜合MEI值與4個(gè)區(qū)域SPEI值

圖4 強(qiáng)拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間變化

在強(qiáng)拉尼娜事件的Year-0和Year-1，4個(gè)分區(qū)有相似的旱澇特征，而到強(qiáng)拉尼娜事件的Year-2，4個(gè)分區(qū)有不一致的變化特征，但是旱澇程度均很小。將圖4與圖3相比較可以發(fā)現(xiàn)，盡管合成后削弱了旱或澇的程度，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的旱澇月份，但是，長江中下游地區(qū)在強(qiáng)拉尼娜事件發(fā)生時(shí)易發(fā)洪澇，結(jié)束后易發(fā)干旱的現(xiàn)象仍然顯現(xiàn)出來，這是非常值得重視的現(xiàn)象。

2.2.2中等拉尼娜事件的影響

1961—2014年共有5次中等拉尼娜事件，平均持續(xù)時(shí)間是13個(gè)月左右。圖5為中等拉尼娜事件長江中下游4個(gè)分區(qū)SPEI值與綜合MEI值的散點(diǎn)圖，表5為中等拉尼娜事件旱澇月數(shù)的統(tǒng)計(jì)，圖6為5次中等拉尼娜事件中長江中下游各區(qū)SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間的變化情況，橫坐標(biāo)為事件發(fā)生Year-0、Year-1的月份。長江中下游4個(gè)區(qū)的SPEI值對中等拉尼娜的響應(yīng)特征既存在空間上的差異，也存在時(shí)間上的差異。無論是事件持續(xù)期還是結(jié)束后，一區(qū)的洪澇月數(shù)和強(qiáng)度都強(qiáng)于干旱，二、三、四區(qū)則是干旱的月數(shù)和強(qiáng)度都強(qiáng)于洪澇。雖然二、三、四區(qū)的旱澇分布特征相近，但在強(qiáng)度上存在差別，三、四區(qū)的旱澇等級都高于二區(qū)，出現(xiàn)多個(gè)重度旱澇月份。在中等拉尼娜事件中，還有一個(gè)現(xiàn)象值得關(guān)注、在事件結(jié)束后，二、三、四區(qū)干旱月份出現(xiàn)的頻率很高，三區(qū)甚至達(dá)到55.6%，并且出現(xiàn)多個(gè)重旱極旱月份。

由圖6可見，長江中下游在中等強(qiáng)度拉尼娜事件發(fā)生期間，SPEI指數(shù)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，在事件結(jié)束后表現(xiàn)出不同的旱澇趨勢。一區(qū)在拉尼娜事件結(jié)束后有偏澇的趨勢；二、三、四區(qū)有偏旱趨勢，個(gè)別月份干旱等級達(dá)到輕旱。圖6表現(xiàn)出的特征與圖5吻合，在中等強(qiáng)度拉尼娜事件結(jié)束后，一區(qū)更容易出現(xiàn)洪澇，其他地區(qū)更容易出現(xiàn)干旱，這是一個(gè)值得警惕的現(xiàn)象。雖然中等拉尼娜事件對長江中下游旱澇的影響不及強(qiáng)事件，但也有著自己的特點(diǎn)。

表5 中等拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域旱澇月份統(tǒng)計(jì)

圖5 中等拉尼娜事件影響時(shí)段的綜合MEI指數(shù)與4個(gè)區(qū)域SPEI指數(shù)

圖6 5次中等強(qiáng)度拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間變化

2.2.3弱拉尼娜事件的影響

1961—2014年共有3次弱拉尼娜事件。圖7為弱拉尼娜事件長江中下游4個(gè)分區(qū)SPEI值與綜合MEI值的散點(diǎn)圖，表6為弱拉尼娜事件旱澇月數(shù)的統(tǒng)計(jì)，圖8為3次弱拉尼娜事件中長江中下游各區(qū)SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間的變化情況，橫坐標(biāo)為事件發(fā)Year-0、Year-1的月份。無論是弱拉尼娜事件持續(xù)期還是結(jié)束后，對長江中下游的影響都比較小，表現(xiàn)為，除了三區(qū)，其他區(qū)域正常的月份比例都達(dá)到50%以上。但是，各區(qū)域偏旱或偏澇的趨勢更一致了。在圖7中，一區(qū)和四區(qū)的分布特征比較相似，二區(qū)和三區(qū)的分布特征比較相似。一區(qū)和四區(qū)在弱拉尼娜事件持續(xù)期和結(jié)束后均易發(fā)生輕度洪澇，而二區(qū)和三區(qū)易發(fā)生輕到中度干旱，特別是在弱拉尼娜持續(xù)期，干旱程度較重，有數(shù)月達(dá)到了重度干旱程度。

圖7 弱拉尼娜事件影響時(shí)段的綜合MEI值與4個(gè)區(qū)域SPEI值

表6 弱拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域旱澇月份統(tǒng)計(jì)

由圖8可見，弱拉尼娜持續(xù)時(shí)間更短，平均在6個(gè)月左右?？梢钥闯?，在弱拉尼娜事件發(fā)展期間，二區(qū)和三區(qū)有明顯的出現(xiàn)；而事件減弱期和結(jié)束后，一區(qū)和四區(qū)有輕微的洪澇。可見，弱拉尼娜事件更容易引起長江中下游南部(二和三區(qū))出現(xiàn)干旱，引起北部(一區(qū)和四區(qū))出現(xiàn)洪澇。

圖8 3次弱拉尼娜事件4個(gè)區(qū)域SPEI值和綜合MEI值均值隨時(shí)間變化

2.3 研究區(qū)對拉尼娜事件的響應(yīng)

長江中下游4個(gè)分區(qū)對不同等級拉尼娜事件的響應(yīng)各有特點(diǎn)，并沒有表現(xiàn)出完全一致的變化。為了剖析長江中下游對拉尼娜響應(yīng)差異的原因，選取典型強(qiáng)(1998年9月至2000年4月)、中等(1964年4月至1965年1月)和弱(1984年12月至1985年5月)拉尼娜事件為例，研究長江中下游區(qū)域?qū)Σ煌燃壚崮仁录禎稠憫?yīng)差異的原因。這3次事件中，4個(gè)區(qū)域的旱澇分布特征和前文所述相近，是出現(xiàn)極端旱澇月份的事件，具有代表性。分析將從降水、水汽條件和垂直運(yùn)動(dòng)3個(gè)角度出發(fā)。長江中下游一區(qū)和四區(qū)緯度接近，經(jīng)度不同，而二區(qū)和三區(qū)，經(jīng)度范圍大致相同，緯度差異較大。因此，對于一區(qū)和四區(qū)用經(jīng)度-時(shí)間剖面圖(對30°N～35°N取平均)分析降水、水汽條件和垂直運(yùn)動(dòng)的差異，對于二區(qū)和三區(qū)用緯度-時(shí)間剖面圖(對107.5°E～117.5°E取平均)進(jìn)行分析。距平是對1981—2010年基準(zhǔn)期進(jìn)行的，用a、b、c、d 4個(gè)紅色方框分別表示一區(qū)、四區(qū)、三區(qū)和二區(qū)的大致位置。

2.3.1研究區(qū)對強(qiáng)拉尼娜事件的響應(yīng)

圖9為1998年9月至2000年12月強(qiáng)拉尼娜事件中降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面圖。因?yàn)樗饕性趯α鲗又械蛯?，忽?00 hPa以上大氣中的水汽，整層大氣水汽輸送通量由地面積分到300 hPa高度得到，垂直運(yùn)動(dòng)則以850 hPa垂直速度為代表。

該拉尼娜事件開始于1998年9月，止于2000年4月，事件持續(xù)期間出現(xiàn)兩個(gè)峰值，第一和第二個(gè)峰值分別出現(xiàn)在1999年2月和2000年2月，2個(gè)峰值綜合MEI值比較接近，第二個(gè)峰值稍稍大于第一個(gè)。由圖9(a)(b)可見，在強(qiáng)拉尼娜事件持續(xù)期(2000年4月之前)，一區(qū)(a框)降水異常，多為負(fù)距平，正距平月數(shù)較少。降水減少最強(qiáng)烈的時(shí)間出現(xiàn)強(qiáng)拉尼娜事件第一個(gè)峰值之后(1999年8—9月)，降水負(fù)距平達(dá)到了-100～-80 mm，對應(yīng)的旱澇等級是極旱等級。在強(qiáng)拉尼娜事件結(jié)束后，一區(qū)則以降水正距平為主，表明降水增多。這與一區(qū)旱澇頻率較低，但事件持續(xù)期易發(fā)嚴(yán)重干旱，事件結(jié)束后易發(fā)輕度洪澇的現(xiàn)象吻合。其他區(qū)域在強(qiáng)拉尼娜事件持續(xù)期降水距平常的月份多于一區(qū)，尤其是1999年7月左右，降水正距平可高達(dá)100 mm，其中二區(qū)(d框)持續(xù)時(shí)間最長，四區(qū)(b框)持續(xù)時(shí)間最短。這與表4和圖3中3個(gè)區(qū)域所表現(xiàn)出的特征相同，四區(qū)洪澇頻率和強(qiáng)度是3個(gè)區(qū)域中最弱的，而二區(qū)是最強(qiáng)的。在事件結(jié)束后(2000年4月之后)，3個(gè)區(qū)域降水負(fù)距平明顯增強(qiáng)，其中二區(qū)(d框)降水減少最明顯，同時(shí)它也是3個(gè)區(qū)域中干旱頻率和等級最高的分區(qū)。降水是影響旱澇的主要因素，降水距平時(shí)間剖面圖中各區(qū)降水的變化特征和前文分析的旱澇變化特征基本吻合。

圖9 1998年9月至2000年12月降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面

降水的多寡與水汽條件和垂直運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，水汽輸送強(qiáng)勁有利于降水。垂直速度負(fù)值為上升，正值為下降，負(fù)距平表明上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，下沉運(yùn)動(dòng)減弱，有利于降水，正距平則相反。由圖9(c)～(f)可以看出，一區(qū)(a框)在事件持續(xù)期整層水汽通量的正負(fù)距平分布大致與降水相同，在水汽通量正距平出現(xiàn)的時(shí)段，垂直運(yùn)動(dòng)基本為正距平，這意味著水汽量少的地方，垂直運(yùn)動(dòng)大多是下沉運(yùn)動(dòng)或上升運(yùn)動(dòng)很微弱，導(dǎo)致水汽不能被輸送到高空。這也說明水汽輸送和垂直運(yùn)動(dòng)的變化共同導(dǎo)致了降水的多寡。而強(qiáng)拉尼娜事件結(jié)束后，水汽輸送變化不明顯，而垂直速度距平顯示上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)而下沉運(yùn)動(dòng)減弱，說明此時(shí)降水增多是由于受垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)的影響。在二、三、四區(qū)，事件持續(xù)期和結(jié)束后降水的距平演變與垂直速度距平演變更相近，這說明其他區(qū)域降水增多或減少主要受垂直運(yùn)動(dòng)的影響，即使水汽條件尚可，但是，無好的水汽輻合條件，仍無法形成有效降水。因此，長江中下游4個(gè)分區(qū)在強(qiáng)拉尼娜事件中旱澇特征不一致，是由于水汽輸送強(qiáng)度不同、氣流的輻合上升運(yùn)動(dòng)不同而導(dǎo)致降水變化和旱澇特征不同。

2.3.2研究區(qū)對中等拉尼娜事件的響應(yīng)

圖10為1964年4月至1965年9月中等拉尼娜事件中降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面圖。該事件開始于1964年4月，終止于1965年1月，持續(xù)時(shí)間為10個(gè)月，在1964年8月達(dá)到峰值。

由圖10(a)(b)可見，在此次中等拉尼娜事件開始期，一區(qū)(a框)降水出現(xiàn)負(fù)距平，在事件達(dá)到峰值前后，降水明顯偏多，最大降水正距平可達(dá)100 mm，在事件結(jié)束后，降水轉(zhuǎn)為正常，但是，在第二年的夏季開始降水減少很明顯。而二、三、四區(qū)降水負(fù)距平的月份很多，尤其是四區(qū)(b框)降水負(fù)距平的月數(shù)不僅多，而且數(shù)值很大，多個(gè)月份降水負(fù)距平達(dá)到-100 mm。降水的變化特征與圖5和圖6反映的旱澇響應(yīng)特征類似。

由圖10(c)(d)可見，4個(gè)區(qū)域的水汽輸送強(qiáng)弱變化趨勢一致，在中等拉尼娜事件發(fā)展期水汽輸送明顯增強(qiáng)，事件衰弱期和結(jié)束后5個(gè)月內(nèi)水汽輸送略有減弱，而事件結(jié)束后6～8個(gè)月，水汽輸送又略有增強(qiáng)。不同之處在于，一區(qū)的水汽輸送增多明顯多于其他區(qū)域。在中等事件中，雖然4個(gè)區(qū)域水汽通量增減的數(shù)值不同，但趨勢是大體一致的，所以各區(qū)降水的差異主要取決于垂直運(yùn)動(dòng)的差異。在事件發(fā)生時(shí)，一區(qū)水汽輸送增強(qiáng)，同時(shí)上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)或下沉運(yùn)動(dòng)減弱(圖10(e)(f))，導(dǎo)致一區(qū)降水明顯增多。而事件結(jié)束后，水汽輸送減少時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，下沉運(yùn)動(dòng)減弱，降水未有明顯異常；水汽輸送增多時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)減弱，下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，降水有多有少。而其他區(qū)域在事件持續(xù)期和結(jié)束后，水汽輸送增多或減少時(shí)，垂直運(yùn)動(dòng)大多上升運(yùn)動(dòng)減弱，下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，不利于降水，降水也就以偏少為主。可見，在中等拉尼娜事件中，長江中下游4個(gè)區(qū)域水汽通量的變化相近，主要是垂直運(yùn)動(dòng)的差異導(dǎo)致了長江中下游不同分區(qū)降水的多寡，進(jìn)而造成旱澇分布特征出現(xiàn)差異。

圖10 1964年4月至1965年9月降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面

2.3.3研究區(qū)對弱拉尼娜事件的響應(yīng)

圖11為1984年12月至1986年1月弱拉尼娜事件中降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面圖，該事件開始于1984年12月，止于1985年5月，事件持續(xù)了6個(gè)月，峰值出現(xiàn)在1985年3月。

由圖11(a)(b)可見，在弱拉尼娜事件持續(xù)期和結(jié)束后，一區(qū)(a框)和四區(qū)(b框)降水變化趨勢比較一致，只是一區(qū)的降水異常輕微一些，無論降水正距平還是負(fù)距平，幾乎都不超過±40 mm；四區(qū)降水正負(fù)距平的強(qiáng)度略大于一區(qū)。二區(qū)(d框)和三區(qū)(c框)降水變化趨勢比較相似，只是二區(qū)在弱拉尼娜事件初期和結(jié)束期，降水正距平的持續(xù)時(shí)間和數(shù)值略大于三區(qū)。

圖11 1984年12月至1985年5月降水距平、水汽通量距平和垂直速度距平的剖面

水汽輸送(圖11(c)(d))和垂直運(yùn)動(dòng)(圖11(e)(f))互相配合，共同作用導(dǎo)致降水的增多或減少。在降水增多的時(shí)段，水汽輸送增多，上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)或下沉運(yùn)動(dòng)減弱，在降水減少時(shí)，正好相反。因此，在弱拉尼娜事件中，二、三區(qū)降水偏少導(dǎo)致其易發(fā)干旱，一、四區(qū)(特別是四區(qū))在事件后期降水略偏多，出現(xiàn)洪澇。

3 結(jié) 論

a. 不同強(qiáng)度等級的拉尼娜事件持續(xù)期和結(jié)束后，4個(gè)區(qū)域旱澇發(fā)生的頻率和強(qiáng)度等級存在明顯差異，旱澇空間分布也存在差異。

b. 強(qiáng)拉尼娜事件下，在時(shí)間尺度上，長江中下游存在明顯的旱澇轉(zhuǎn)變趨勢，在事件持續(xù)期易發(fā)生洪澇，事件結(jié)束后易發(fā)生干旱，且洪澇發(fā)生的頻率大于干旱。在空間尺度上，4個(gè)分區(qū)的旱澇響應(yīng)程度也存在差異。在一區(qū)，旱和澇的頻率均小于二、三、四區(qū)，洪澇程度多為輕澇，但是，干旱程度常常達(dá)到重旱和極旱，非常值得警惕。在二、三、四區(qū)，洪澇的頻率和等級都強(qiáng)于干旱，特別是二區(qū)和三區(qū)易發(fā)嚴(yán)重洪澇，出現(xiàn)多個(gè)重澇月份。

c. 中等拉尼娜事件下，在時(shí)間尺度上，長江中下游沒有明顯的旱澇轉(zhuǎn)變趨勢，但在空間尺度上，一區(qū)和二、三、四區(qū)表現(xiàn)出完全相反的特征。整個(gè)拉尼娜事件影響時(shí)段，一區(qū)洪澇發(fā)生的頻率和等級都明顯高于干旱，出現(xiàn)了多個(gè)重澇月份，尤其在事件結(jié)束后，極易發(fā)生中等以上級別的洪澇。而二、三、四區(qū)發(fā)生干旱的頻率和強(qiáng)度都大于洪澇，特別事件結(jié)束后，極易發(fā)生干旱，其中三區(qū)干旱等級最高，出現(xiàn)多個(gè)極旱和重旱月份。

d. 弱拉尼娜事件對長江中下游各區(qū)的影響要小很多，少有重旱重澇出現(xiàn)，但是，存在明顯的南北區(qū)域差異。北部兩個(gè)區(qū)(一區(qū)和四區(qū))一致偏澇；南部兩個(gè)區(qū)(二區(qū)和三區(qū))一致偏旱，而且南部區(qū)域干旱頻率更高，程度更重。

e. 對典型事件的分析表明，拉尼娜事件可通過影響水汽輸送強(qiáng)度和輻合上升運(yùn)動(dòng)，影響長江中下游的降水，進(jìn)而影響旱澇。1998—2000年的強(qiáng)拉尼娜事件中，一區(qū)干旱程度偏強(qiáng)，與水汽通量偏少，導(dǎo)致降水減少有關(guān)；二、三、四區(qū)洪澇月數(shù)偏多，與上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，降水增多有關(guān)。1964—1965年中等拉尼娜事件中，一區(qū)洪澇月份偏多，與水汽輸送較多，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致降水偏多有關(guān)；二、三、四區(qū)在拉尼娜結(jié)束后干旱程度較重，與水汽輸送偏少、下沉運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致降水偏少有關(guān)。1984—1985年弱拉尼娜事件中，一區(qū)和四區(qū)易發(fā)洪澇，與水汽通量略偏大，上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，降水略偏多有關(guān)；二區(qū)和三區(qū)干旱偏強(qiáng)，與水汽通量偏小，下沉運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，而上升運(yùn)動(dòng)不足，降水偏少有關(guān)。