葫蘆島市夏季干旱的大氣環(huán)流背景特征及成因分析

李長(zhǎng)紅

(遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引 言

干旱是自然災(zāi)害現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在干旱區(qū)域的降水量過(guò)低，如果某個(gè)區(qū)域的降水量持續(xù)的低于正常水平，那么干旱災(zāi)害的發(fā)生就會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成直接影響。干旱事件的發(fā)生頻率隨著全球氣溫的不斷變暖日趨增大，且影響強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，對(duì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和人類(lèi)的生存構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，對(duì)造成干旱的成因及其影響的已成為當(dāng)前學(xué)術(shù)研究的重要課題之一。葫蘆島市位于我國(guó)遼寧省西南部，下轄興城、綏中、建昌三個(gè)縣(市)和連山、龍港、南票三個(gè)區(qū)，存在地形地貌復(fù)雜、丘陵起伏、山嶺重疊、水系縱橫交錯(cuò)、南北跨度大等特征，素有“遼西走廊”之稱(chēng)。該區(qū)域?yàn)閬啙駶?rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，年降水量560-630mm，屬于遼西地區(qū)主要旱區(qū)。葫蘆島地區(qū)自然災(zāi)害損失較嚴(yán)重、出現(xiàn)頻率較高的為旱災(zāi)，統(tǒng)計(jì)資料顯示旱災(zāi)和澇災(zāi)占葫蘆島氣象災(zāi)害的58%、12%，其他自然災(zāi)害占30%，干旱對(duì)葫蘆島農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展已構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[1-7]。

針對(duì)干旱災(zāi)害問(wèn)題許多學(xué)者做了大量研究，并取得一些成果和有意義的結(jié)論，如李耀先[8]、張凌云[9]等系統(tǒng)分析了廣西和柳州等地的干旱時(shí)空特征，進(jìn)一步分析了當(dāng)?shù)氐拇汉党梢蚝头植继卣?；李新周等[10]深入分析了全球變暖與7大干旱區(qū)干旱頻率的關(guān)系；石崇等[11]對(duì)東半球近60年的干旱化變率和趨勢(shì)利用SPEI法進(jìn)行了分析，并認(rèn)為當(dāng)前大部分地區(qū)正在趨于干旱化。秋季農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育受7-9月份降水量的影響顯著，將在很大程度上降低秋作的品質(zhì)和產(chǎn)量，而當(dāng)前涉及夏旱的研究還鮮有報(bào)道。據(jù)此，結(jié)合葫蘆島市1971-2015年相關(guān)數(shù)據(jù)資料，研究了當(dāng)?shù)叵募靖珊堤卣骷按髿猸h(huán)流變化規(guī)律，以期為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)干旱災(zāi)害提供科學(xué)的依據(jù)，為促進(jìn)葫蘆島農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)提供決策依據(jù)。

1 研究方法

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于葫蘆島及其所轄興城市、建昌縣、綏中縣1971-2015年逐日降水資料，數(shù)據(jù)精度為2.5°×2.5°的全海平面氣壓slp、NCAR/NCEP數(shù)據(jù)資料、高空17層經(jīng)向及緯向風(fēng)、比濕及p坐標(biāo)垂直速度，1970-2015年分辨率為2.0°×2.0°NOAA擴(kuò)展重構(gòu)海表溫度及國(guó)家中心的74項(xiàng)逐月環(huán)流特征量資料。

(1)

另外，采用季平均和月平均處理分別處理以上獲取的大氣水汽通量逐日整層計(jì)算結(jié)果，從而得到大氣水汽通量在季節(jié)和逐月尺度上的整層數(shù)據(jù)。

2 大氣環(huán)流背景特征

2.1 夏旱年水汽通量場(chǎng)特征

根據(jù)葫蘆島旱年水汽通量距平合成場(chǎng)和夏季平均水汽通量場(chǎng)可知，在渤海附近北折而上升向遼寧地區(qū)輸送水汽的來(lái)源于孟加拉灣偏西氣流水汽輸送帶，處于輻合區(qū)中的葫蘆島有利于降水。夏旱年，氣旋式水汽通量距平場(chǎng)處于黃海及其以東洋面上空，處于平氣流水汽輸送帶中的葫蘆島地區(qū)的水汽通量距平散度表現(xiàn)出輻散現(xiàn)象，葫蘆島地區(qū)的幅散增強(qiáng)且水汽通量輻合減弱，輸送至該區(qū)域上空的水汽通量較平均年明顯減弱，從而使得降水量偏小。

2.2 夏旱年850hPa風(fēng)特征

結(jié)合葫蘆島夏旱年850hPa風(fēng)場(chǎng)距平合成場(chǎng)和夏季850hPa平均風(fēng)場(chǎng)可知，前文分析的水汽通量場(chǎng)特征與它們表現(xiàn)出相似的變化特征。經(jīng)孟加拉灣至遼東本島后的印度洋上空低壓北側(cè)強(qiáng)盛的偏西氣流，南上對(duì)華南地區(qū)產(chǎn)生影響作用，所以偏南氣流為葫蘆島夏季850hPa上空的主要特征，對(duì)于水汽輸送具有積極作用。夏旱年，反氣旋式距平場(chǎng)控制的中太平洋西部-遼東半島區(qū)域，處于該東北氣流距平常中的葫蘆島地層輻射增強(qiáng)，西南季風(fēng)和輻合區(qū)減弱，同時(shí)距平強(qiáng)輻散區(qū)位于葫蘆島上空的一個(gè)區(qū)域。因此，對(duì)于地層輻合降水產(chǎn)生不利的作用。

2.3 夏旱年500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)分析

依據(jù)葫蘆島夏旱年500hPa高度距平合成場(chǎng)和夏季500hPa平均高度場(chǎng)，中高緯地區(qū)的東亞大槽較淺，環(huán)流平直，副熱帶高壓控制低緯西太平洋地區(qū)，一個(gè)很深的氣旋性彎曲位于孟加拉灣-阿拉伯海灣區(qū)，且存在非常明顯的印緬槽，位于西太平洋副高西側(cè)和印緬槽前之間的葫蘆島地區(qū)，處于西南氣流中有利于降水發(fā)生。白令海峽-日本島-我國(guó)東北一帶在葫蘆島夏旱年高度距平合成場(chǎng)上呈現(xiàn)出負(fù)距平特征，其它低緯地區(qū)至亞洲大陸大部分范圍均表現(xiàn)出正距平，黃海-東海-孟加拉灣一帶的正距平區(qū)顯著，由此表明中高緯一脊一槽型在葫蘆島夏旱年趨于顯著，呈增強(qiáng)趨勢(shì)的有副熱帶高壓和大陸高壓。

2.4 夏旱年500hPa垂直速度場(chǎng)特征

從葫蘆島夏旱年500hPa垂直速度距平合成場(chǎng)和500hPa平均垂直速度場(chǎng)可以看出，中低緯亞洲大陸-西太平洋地區(qū)在夏季500hPa平均垂直速度場(chǎng)上均為ω<0，東海一帶為中心低值區(qū)，次低值中心為我國(guó)華東-華北一帶，由此表明上升運(yùn)動(dòng)為以上地區(qū)500hPa上空的主要特征，上升運(yùn)動(dòng)在我國(guó)華北-東海一帶最為劇烈，降水量比較充沛。顯著的正距平位于華東地區(qū)的上空，而處于夏旱年500hPa垂直速度距平合成場(chǎng)正距平中心區(qū)的葫蘆島地區(qū)，其上升運(yùn)動(dòng)程度大大降低；另外，可以看出呈顯著正距平區(qū)的還有孟加拉灣-青藏高原南坡一帶，這些地區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)與夏旱年印緬槽偏弱有關(guān)，其運(yùn)動(dòng)程度顯著減少。

2.5 夏旱年海平面氣壓場(chǎng)特征

葫蘆島夏旱年海平面氣壓距平合成場(chǎng)和夏季平均海平面氣壓場(chǎng)顯示，阿留申低壓在夏季平均海平面氣壓場(chǎng)上小時(shí)，低壓環(huán)流控制印度洋北側(cè)-亞洲大陸-太平洋西部，葫蘆島地區(qū)位于副高西側(cè)和低壓環(huán)流東南側(cè)之間的偏南氣流區(qū)。顯著的負(fù)距平區(qū)為中太平洋西部至我國(guó)南海地區(qū)，在葫蘆島夏旱年海平面氣壓距平合成場(chǎng)中亞洲大陸大部分地區(qū)為正距平區(qū)，葫蘆島夏旱年的亞洲熱低壓與平均場(chǎng)相比明顯減弱，顯著增強(qiáng)了阿留申低壓。

2.6 夏旱年海溫場(chǎng)分析

從葫蘆島夏旱年海溫距平合合成場(chǎng)可以看出，顯著的負(fù)溫度距平區(qū)位于赤道至印度半島附近地區(qū)，顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為中太平洋至我國(guó)黃海地區(qū)，以上區(qū)域的正距平區(qū)特征保持較高的一致性。

3 葫蘆島夏旱的前期大氣環(huán)流信號(hào)

根據(jù)葫蘆島夏旱年海溫、海平面壓、春季500hPa高度距平合成場(chǎng)可知，500hPa中高緯地區(qū)槽脊在葫蘆島夏旱年春季顯著增強(qiáng)，一脊兩槽特征逐漸明顯，可見(jiàn)東亞大槽在葫蘆島夏旱年春季偏強(qiáng)，而副高呈偏弱變化特征；副高、阿留申低壓在葫蘆島夏旱年春季均呈偏弱的特征，葫蘆島夏旱年春季的顯著負(fù)溫度距平區(qū)位于阿拉伯海灣-孟加拉灣至北印度洋、我國(guó)東海的廣闊海洋面上，這主要與印緬槽偏強(qiáng)和副高偏弱等因素相關(guān)。

綜上分析，前期的大氣環(huán)流信號(hào)在葫蘆島夏旱年總體體現(xiàn)為：一槽兩脊梁形勢(shì)在中高緯區(qū)域逐漸變得明顯，東亞大槽和印緬槽偏強(qiáng)而副高及地面阿留申低壓偏弱。

4 夏旱成因分析

通過(guò)分析各種大氣環(huán)流背景場(chǎng)關(guān)于葫蘆島夏旱年變化特征，海溫場(chǎng)、海平面氣壓場(chǎng)、水汽通量輻散輻合、整層水汽輸送條件、 850HPa風(fēng)場(chǎng)和高度場(chǎng)均可對(duì)夏旱的發(fā)生產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)環(huán)流背景場(chǎng)分析結(jié)果顯示，在850hPa和夏旱年葫蘆島分別處于東北氣流距平輻散區(qū)、整層積分水汽通量偏北氣流距平輻散區(qū)，中高緯一槽一脊形式在500hPa高度距平合成場(chǎng)上明顯，阿留申低壓、大陸高壓及副熱帶高壓增強(qiáng)，而亞洲熱低壓及葫蘆島上空上升運(yùn)動(dòng)減弱，印緬槽槽區(qū)偏北且變淺，海溫場(chǎng)上顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為赤道至印度半島附近地區(qū)，顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為中太平洋西部至我國(guó)東海地區(qū)。

從水汽條件和環(huán)流異常特點(diǎn)的角度分析，夏旱年水汽通量輻合減弱且西南水汽輸送強(qiáng)度減弱，西太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)及500hPa印緬槽變淺，850hPa西南季風(fēng)明顯減弱而西太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)，輻合區(qū)減弱且底層輻射增強(qiáng)，因此對(duì)水汽向東北方向的輸送產(chǎn)生不利影響，加之明顯的距平強(qiáng)輻散區(qū)位于葫蘆島上空，對(duì)于低層輻合形成的降水造成負(fù)影響作用。從動(dòng)力的角度認(rèn)為，大陸高壓增強(qiáng)和印緬槽減弱，中高緯槽底位置偏北且葫蘆島上空上升運(yùn)動(dòng)減弱，這些因素對(duì)觸發(fā)降水均產(chǎn)生負(fù)作用。

5 結(jié) 論

從葫蘆島夏旱年前期大氣環(huán)流信號(hào)、大氣環(huán)流背景及成因的角度進(jìn)行研究，得出的主要結(jié)論有：

1)夏旱年，氣旋式水汽通量距平場(chǎng)處于黃海及其以東洋面上空，處于平氣流水汽輸送帶中的葫蘆島地區(qū)的水汽通量距平散度表現(xiàn)出輻散現(xiàn)象，葫蘆島地區(qū)的幅散增強(qiáng)且水汽通量輻合減弱，輸送至該區(qū)域上空的水汽通量較平均年明顯減弱，從而使得降水量偏小。

2)經(jīng)孟加拉灣至遼東本島后的印度洋上空低壓北側(cè)強(qiáng)盛的偏西氣流，南上對(duì)華南地區(qū)產(chǎn)生影響作用，所以偏南氣流為葫蘆島夏季850hPa上空的主要特征，對(duì)于水汽輸送具有積極作用。

3)顯著的負(fù)溫度距平區(qū)位于赤道至印度半島附近地區(qū)，顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為中太平洋至我國(guó)黃海地區(qū)；在850hPa和夏旱年葫蘆島分別處于東北氣流距平輻散區(qū)、整層積分水汽通量偏北氣流距平輻散區(qū)，中高緯一槽一脊形式在500hPa高度距平合成場(chǎng)上明顯，阿留申低壓、大陸高壓及副熱帶高壓增強(qiáng)，而亞洲熱低壓及葫蘆島上空上升運(yùn)動(dòng)減弱，印緬槽槽區(qū)偏北且變淺，海溫場(chǎng)上顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為赤道至印度半島附近地區(qū)，顯著的負(fù)溫度距平區(qū)為中太平洋西部至我國(guó)東海地區(qū)。