近60年華北春季干旱特征及其與北大西洋海表溫度的關(guān)系

臧迪 鄭有飛 張顧煒

摘要 利用觀測資料統(tǒng)計(jì)分析和CAM5.3數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，基于標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI），分析了1955—2018年華北地區(qū)春季干旱特征，并重點(diǎn)探討了對北大西洋產(chǎn)生的影響。華北春季干旱的主要空間分布型為全區(qū)一致型，近60 a春季華北存在22 a偏旱年和14 a偏澇年。華北春季偏旱年主要大氣環(huán)流特征是大陸暖高壓增強(qiáng)、高空西風(fēng)急流減弱以及華北位于下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)中。觀測分析和數(shù)值模擬結(jié)果均表明，春季北大西洋海溫偏暖容易導(dǎo)致華北地區(qū)發(fā)生干旱。當(dāng)春季北大西洋偏暖，其上空高度場被抬升，激發(fā)出一條自北大西洋經(jīng)歐亞大陸至華北地區(qū)的“+-+”的波列，其波列中心分別位于北大西洋、歐洲大陸-西亞和西北-華北地區(qū)上空，這條波列最終導(dǎo)致了西北-華北上空大陸高壓增強(qiáng)，華北位于高壓底部，上空高度場抬升，西風(fēng)急流減弱，引發(fā)下沉運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致空氣絕熱增溫。同時(shí)，西風(fēng)急流減弱導(dǎo)致西南暖濕氣流減弱，水汽不易到達(dá)華北地區(qū)，不利于降水產(chǎn)生，高溫少雨有利于干旱發(fā)生;當(dāng)北大西洋偏冷時(shí)，波列中心發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，由“+-+”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+-”，此時(shí)大陸高壓減弱，西風(fēng)急流增強(qiáng)，不利于干旱發(fā)生。

關(guān)鍵詞華北地區(qū);春季干旱;北大西洋;波列

隨著全球持續(xù)變暖，氣候變化已經(jīng)成為科學(xué)研究的前沿問題，極端氣候事件對人類生存和發(fā)展產(chǎn)生了重大的挑戰(zhàn)。干旱是極端氣候中持續(xù)時(shí)間最長、影響范圍最大、造成損失最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。華北地區(qū)地處中緯度地區(qū)，是中國的政治文化中心，也是人口聚集地和小麥高產(chǎn)地。自19世紀(jì)以來，華北地區(qū)氣溫顯著上升，而降水存在一定的減少（翟盤茂和鄒旭凱，2005;Wang and Chen，2014），導(dǎo)致干旱事件頻繁發(fā)生（Fu，1993;黃榮輝等，1999;胡順起等，2017）。國內(nèi)外學(xué)者對華北地區(qū)干旱做了一些研究分析（Gong et al.，2017;王江濤，2019）。盧洪建等（2012）基于帕默爾干旱指數(shù)（Palmer Drought Severity Index，PDSI）指數(shù)分析了華北平原1960—2009年干旱的時(shí)空特征，發(fā)現(xiàn)其主要空間分布型為全區(qū)一致型;胡順起等（2017）分析了華北地區(qū)1961—2015年極端干旱事件的變化特征，并指出1994—2015年華北處于極端干旱期;琚建華等（2006）認(rèn)為華北地區(qū)降水在20世紀(jì)70年代中期后進(jìn)入年代際偏少的階段，其大氣環(huán)流背景表現(xiàn)為亞洲東部熱低壓和對流層?xùn)|亞夏季風(fēng)這兩個(gè)系統(tǒng)的減弱，造成這種大氣環(huán)流異常的主要原因是北極濤動(dòng)的年代際變化;張慶云等（2003）分析認(rèn)為20世紀(jì)80年代以來華北地區(qū)干旱增強(qiáng)與夏季200 hPa中緯度西風(fēng)環(huán)流加強(qiáng)，850 hPa東部范圍內(nèi)偏南氣流異常偏弱有關(guān);周丹等（2014）利用標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）對華北地區(qū)近50 a干旱強(qiáng)度的特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明華北地區(qū)干旱發(fā)生強(qiáng)度在20世紀(jì)80年代和90年代呈增強(qiáng)趨勢，其中華北地區(qū)西北和東南部地區(qū)增強(qiáng)趨勢最為明顯;Gong et al.（2017）也發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)南部正在變得越來越干。

干旱指數(shù)是研究干旱的關(guān)鍵。Vicente-Serrano et al.（2010）在標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（Standardized Precipitation Index，SPI）的基礎(chǔ)上加入潛在蒸散項(xiàng)，構(gòu)建了SPEI，該指數(shù)融合了SPI和PDSI（Palmer，1965）的優(yōu)點(diǎn)，將溫度納入干旱指數(shù)計(jì)算內(nèi)，進(jìn)而可以敏感地反映氣溫升高對干旱事件的影響。榮錦盟等（2019）對比了4種干旱指標(biāo)和干旱發(fā)生實(shí)況，發(fā)現(xiàn)SPEI表征的干旱發(fā)生狀況與實(shí)際吻合率最高，說明SPEI在華北地區(qū)是適用的。因此，本文選用SPEI作為干旱指標(biāo)對華北地區(qū)進(jìn)行分析。

海氣相互作用目前被公認(rèn)為是氣候問題的核心內(nèi)容，海洋對于長期的氣候事件來說是非常重要的。此外對于海氣相互作用在中國東部氣候中的作用已有不少的研究（王蕾和張人禾，2006;Li and Zeng，2013;曾剛和高琳慧，2017;金愛浩等，2018;王濤等，2019）。譚桂容等（1998）認(rèn)為西北太平洋海表溫度的異?？梢砸饢|亞季風(fēng)的異常，從而影響中國東部降水;曾剛等（2015）認(rèn)為熱帶東印度洋-西太平洋的海溫異常增暖是導(dǎo)致重慶秋季年代際干旱的可能機(jī)制;白寒冰和曾剛（2018）的分析指出熱帶印度洋的年代際增暖對東亞夏季風(fēng)的年代際增強(qiáng)有一定影響。近期多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)北大西洋海表溫度異常增暖，可以通過一種類似于“絲綢之路”波列（Silk Road Patter，SRP）的遙相關(guān)作用來影響中國地區(qū)的氣候變化（Li et al.，2017;Wang et al.，2017;Zhang et al.，2018），特別是對華北地區(qū)的高溫事件的影響（Sun，2012）。Zhang et al.（2020）的研究指出，華北夏季極端高溫事件的年代際變化與太平洋年代際振蕩和大西洋年代際振蕩存在一定聯(lián)系。那么北大西洋是否對華北春季干旱有影響？

本文基于SPEI干旱指標(biāo)，研究了1955—2018年華北地區(qū)春季干旱時(shí)空特征及其大氣環(huán)流背景，并從海氣相互作用的角度來討論北大西洋海溫變化對華北春季干旱的影響及可能的物理機(jī)制。

1 資料和方法

1.1 資料

1）1955—2018年全球逐月SPEI數(shù)據(jù)集（http：//notos.eead.csic.es/spei/map/maps.html），水平分辨率為0.5°×0.5°，主要采用Vicente-Serranoetal.（2010）的計(jì)算方法，SPEI的干旱等級(jí)劃分詳見表1;

2）美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和大氣研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center For Atmospheric Research，NCEP/NCAR）提供的逐月再分析資料集，主要包括水平風(fēng)場、比濕場、垂直速度場、氣壓場和位勢高度場等，該數(shù)據(jù)集的水平分辨率為2.5°×2.5°（Kalnay et al.，1996）;

3）美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）提供的海表面溫度資料（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，ERSST v5），水平分辨率為2.0°×2.0°（Huang et al.，2017）。本文研究時(shí)段為1955—2018年，春季為當(dāng)年3—5月，華北地區(qū)范圍（110°～120°E，35°～45°N），這與Qian and Zhou（2014）的華北地區(qū)選取一致。氣候態(tài)為1981—2010年30 a平均結(jié)果。

1.2 方法

主要采用了T檢驗(yàn)、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)正交分解（Empirical Orthogonal Function，EOF）及合成差值分析等氣候統(tǒng)計(jì)分析方法（魏鳳英，2007）。三維波通量（Wave Activity Flux，WAF）被用來研究波能傳動(dòng)方向，其計(jì)算方法如下（Plumb，1985）：

Fs=pp0cos φ×v′2-12Ωsin2φ （v′Φ′）λ

-u′v′+12Ωsin2φ （u′Φ′）λ

fSv′T′-12Ωsin2φ （T′Φ′）λ。? （1）

s=z+κH。 （2）

式中：各變量的上標(biāo)“-”和“′”分別表示緯向平均和緯向偏差;φ、λ和Ω分別代表緯度、經(jīng)度和地球自轉(zhuǎn)率;f=2Ωsin2φ為科里奧利參數(shù);Φ和T分別是位勢高度和溫度;s是靜態(tài)穩(wěn)定度;κ是恒壓下氣體常數(shù)與比熱之比，取0.286;H是定常高度，取8 km。

采用NCAR發(fā)布的通用地球系統(tǒng)模式（Community Earth System Model 1.2.2，CESM1.2.2）中的大氣模塊CAM5.3作為大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M。CAM5.3是目前較為廣泛使用的全球大氣環(huán)流模式之一，相較于過去的版本，除修復(fù)了一些運(yùn)算問題以外，還將垂直平流計(jì)算從歐拉方程改為拉格朗日方程。本文的試驗(yàn)設(shè)計(jì)使用模式自帶的真實(shí)地形、海陸分布等邊界條件，并采用模式的f19_f19水平分辨率，即1.875°（緯度）×2.5°（經(jīng)度），垂直方向采用σ-p混合坐標(biāo)，共30層（Neale et al.，2012）。前人的研究已經(jīng)證明了該模式在東亞地區(qū)是適用的（曾剛等，2015;張顧煒等，2016;Huang et al.，2019;Zhang et al.，2020）。

2 華北春季干旱的時(shí)空特征及與北大西洋海溫的關(guān)系

圖1給出了1955—2018年華北地區(qū)春季SPEI的EOF分析第一模態(tài)的空間分布（圖1a）及其時(shí)間系數(shù)（圖1b），其方差貢獻(xiàn)率為43.7%。從圖1a中可以看出，華北全區(qū)的數(shù)值符號(hào)一致，所以可將該空間分布特征稱為全區(qū)一致型。從第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)（圖1b）可以看出，該空間分布型在20世紀(jì)90年代中后期之后多為負(fù)值，結(jié)合空間分布的特征值可知，華北地區(qū)該空間型春季干旱在最近20 a頻發(fā)。華北春季SPEI的第二模態(tài)的空間分布（圖略）為南北反向型，方差貢獻(xiàn)率為14%，其余模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率都不足10%。因此，可以將該空間分布型作為華北春季SPEI的主要分布型，即華北春季干旱主要表現(xiàn)為全區(qū)一致型，且在近20 a干旱頻繁發(fā)生。

因?yàn)槿A北春季干旱的主要空間分布為全區(qū)一致型，那么就可以將華北全區(qū)春季SPEI的區(qū)域平均作為華北地區(qū)的值，由此得到1955—2018年華北春季SPEI的時(shí)間序列（圖2）。從圖中可以看出，該序列與圖1b的EOF第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)基本一致，都在20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)多年負(fù)值（干旱）。根據(jù)SPEI干旱等級(jí)分布（表1）篩選出偏旱年（SPEI≤-0.5）和偏澇年（SPEI≥0.5），其中偏旱年共有22 a（1963、1965、1968、1975、1977、1982、1984、1993、1994、1995、1997、1999、2000、2002、2004、2005、2006、2013、2014、2015、2016、2018年），偏澇年共有14 a（1956、1957、1959、1964、1971、1972、1976、1979、1990、1991、1998、2003、2007、2010年），與已有研究得出的華北旱澇期接近（張慶云等，2003;胡順起等，2017）;偏旱年多于偏澇年，其中2018年干旱最嚴(yán)重。

將1955—2018年華北春季SPEI與北大西洋春季海表面溫度（SeaSurface Temperature，SST）做相關(guān)分析（圖3a），結(jié)果顯示春季華北SPEI與北大西洋SST存在一塊顯著負(fù)相關(guān)區(qū)域（通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn)），即該海區(qū)春季SST上升（下降）時(shí)，華北春季SPEI則下降（上升）。圖3b為北大西洋春季SST差值場（偏旱年合成減偏澇年合成），圖中也存在一塊顯著正差值區(qū)域（與圖3a中的顯著區(qū)域基本一致），說明春季華北偏旱年的該海區(qū)SST要暖于偏澇年的SST，該海區(qū)可能是北大西洋影響華北春季干旱的關(guān)鍵海區(qū)。

結(jié)合圖3a和圖3b的顯著區(qū)域，將（70°～10°W，25°～50°N）定為該關(guān)鍵海區(qū)的范圍。圖3c給出了1955—2018年關(guān)鍵海區(qū)的區(qū)域平均SST的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列，其與華北春季SPEI的相關(guān)系數(shù)為-0.35，為顯著負(fù)相關(guān)。

因此，當(dāng)該關(guān)鍵海區(qū)的春季SST增暖時(shí)，華北春季SPEI為負(fù)，有利于發(fā)生干旱;反之SST變冷時(shí)，華北SPEI為正，不利于發(fā)生干旱。

3 影響華北春季干旱的大氣環(huán)流系統(tǒng)

為了研究春季北大西洋關(guān)鍵海區(qū)影響華北干旱的物理機(jī)制，需要找出影響華北地區(qū)的關(guān)鍵大氣環(huán)流系統(tǒng)。前人的研究指出，影響華北干旱的主要環(huán)流系統(tǒng)有大陸高壓，西風(fēng)急流和西太平洋副熱帶高壓等（張慶云等，2003）。因?yàn)榇杭疚魈窖蟾睙釒Ц邏荷形窗l(fā)展成熟，它不是華北地區(qū)的主要環(huán)流系統(tǒng)，因此本文主要從大陸高壓和西風(fēng)急流的變化來探究華北地區(qū)偏旱年和偏澇年的大氣環(huán)流差異。

500 hPa高度差值場（圖4a）可以看出：較偏澇年而言，偏旱年華北位于一個(gè)正差值中心的底部，該正差值區(qū)域的中心值超過2 dagpm，說明在偏旱年，大陸高壓增強(qiáng)，華北地區(qū)位于其底部，華北上空高度場被抬升，導(dǎo)致晴好天氣，有利于氣溫升高。圖4b和4c分別為整層水汽輸送差值場（1 000～100 hPa）和垂直速度差值場。從圖4b中可以看出，由于西太平洋存在一個(gè)氣旋性差值環(huán)流，而中國西北-華北地區(qū)存在一個(gè)反氣旋性差值環(huán)流（該系統(tǒng)對應(yīng)圖4a中的正高度差值中心），這兩個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)致華北地區(qū)處在自東向西的差值水汽輸送顯著負(fù)差值區(qū)域當(dāng)中（通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn)），即偏旱年較偏澇年而言，華北上空西風(fēng)急流減弱，且水汽條件不利于降水產(chǎn)生。從700 hPa垂直速度差值場（圖4c）也可以看出，華北地區(qū)處在差值下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，因此較偏澇年而言，偏旱年的動(dòng)力條件也不利于降水產(chǎn)生。由此可以大致總結(jié)出華北春季干旱的主要大氣環(huán)流特征：西北-華北地區(qū)上空的大陸高壓增強(qiáng)，華北位于大陸高壓底部，上空高度場也被抬升，引發(fā)下沉運(yùn)動(dòng)，下沉運(yùn)動(dòng)為不利于降水產(chǎn)生的動(dòng)力條件，且會(huì)導(dǎo)致空氣絕熱增溫，華北升溫;同時(shí)高壓底部的自東向西氣流導(dǎo)致華北高空西風(fēng)急流減弱，導(dǎo)致西南暖濕氣流減弱，水汽不易到達(dá)華北地區(qū)，降水不易產(chǎn)生;以上條件都有利于干旱發(fā)生。因此，影響華北春季干旱的最直接的大氣環(huán)流系統(tǒng)就是大陸高壓和西風(fēng)急流，當(dāng)大陸高壓增強(qiáng)和西風(fēng)急流減弱時(shí)，華北春季容易發(fā)生干旱。

已有分析指出，夏季北大西洋年代際振蕩會(huì)激發(fā)“絲綢之路”波列（SRP），其會(huì)對中國北方的氣候產(chǎn)生一定影響（Wang et al.，2017;Zhang et al.，2018）。圖5給出了春季500 hPa高度場異常和波通量（WAF）。從偏旱年（圖5a）和偏澇年（圖5b）的結(jié)果都可以看出，有一段波列從北大西洋經(jīng)歐亞大陸向東傳遞到華北地區(qū)，華北處于北大西洋下游地區(qū)。結(jié)合高度場異常，偏旱年（圖5a）合成中，

北大西洋的關(guān)鍵海區(qū)和華北地區(qū)上空為正高度場異常，而其與華北之間的歐洲大陸-西亞地區(qū)為負(fù)高度場異常，從北大西洋到西北-華北地區(qū)形成了“+-+”異常的波列;在偏澇年（圖5a）合成中也存在同樣的波列，只是它的中心值是相反的，為“-+-”異常。由此推斷：當(dāng)春季北大西洋的關(guān)鍵海區(qū)海溫增暖時(shí)，其上空高度場被抬升，激發(fā)了一條“+-+”異常的波列，且波列中心分別位于關(guān)鍵海區(qū)上空、歐洲大陸-西亞以及西北-華北地區(qū)上空，這條波列最終導(dǎo)致了西北-華北地區(qū)上空大陸高壓增強(qiáng)，華北位于高壓底部，上空高度場也被抬升，從而華北地區(qū)多為下沉運(yùn)動(dòng)，下沉運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致空氣絕熱增溫且為不利于降水動(dòng)力條件，同時(shí)華北高空處在反氣旋環(huán)流南側(cè)，受自東北向西南的氣流控制，即西風(fēng)急流減弱，導(dǎo)致西南暖濕氣流減弱，水汽不易到達(dá)華北地區(qū)，不利于降水產(chǎn)生，即有利于干旱;當(dāng)關(guān)鍵海區(qū)偏冷時(shí)，波列中心發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，由“+-+”異常轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+-”異常，此時(shí)大陸高壓減弱，華北高空處在氣旋環(huán)流南側(cè)，受西南氣流控制，西風(fēng)急流增強(qiáng)，不利于干旱發(fā)生。

4 數(shù)值試驗(yàn)

根據(jù)前文觀測分析的結(jié)論，華北春季SPEI與北大西洋關(guān)鍵海區(qū)的SST存在一塊顯著負(fù)相關(guān)區(qū)域，該海區(qū)為影響華北春季干旱的關(guān)鍵海區(qū)。那么，該關(guān)鍵海區(qū)的海溫變化是否能真實(shí)地影響華北春季干旱？以及觀測分析所得的物理機(jī)制是否真的存在？針對以上問題，本文通過CAM5.3大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

表2為數(shù)值試驗(yàn)方案。本文的每個(gè)試驗(yàn)都采用10個(gè)不同的初值場來驅(qū)動(dòng)模式。Clim試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)12 a，取后10 a為模式結(jié)果;Warm和Cold試驗(yàn)為敏感性試驗(yàn)，均驅(qū)動(dòng)12 a，取后10 a為模式結(jié)果，兩套敏感性試驗(yàn)均只改動(dòng)關(guān)鍵海區(qū)（70°～10°W，25°～50°N）的春季海溫，其余地區(qū)或時(shí)段均為氣候態(tài)海溫。

從暖冷試驗(yàn)?zāi)M的氣溫和降水差值場（圖6）可以看出：春季華北地區(qū)處于氣溫正差值場中，即暖試驗(yàn)?zāi)M的華北地區(qū)春季氣溫要高于冷試驗(yàn)的結(jié)果，而春季華北地區(qū)降水差值場則為負(fù)，說明暖試驗(yàn)?zāi)M的華北降水少于冷試驗(yàn)?zāi)M。綜合以上兩點(diǎn)得出;相較于冷試驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果，暖試驗(yàn)?zāi)M的華北地區(qū)為高溫少雨，有利于干旱發(fā)生。進(jìn)一步計(jì)算了華北地區(qū)的區(qū)域平均SPEI（暖試驗(yàn)的SPEI為-0.98，冷試驗(yàn)則為0.73），結(jié)果顯示暖試驗(yàn)和冷試驗(yàn)?zāi)M的春季華北地區(qū)分別為偏旱和偏澇。由此可以得出，暖試驗(yàn)和冷試驗(yàn)的模擬結(jié)果證明了春季北大西洋海溫偏暖，容易導(dǎo)致華北春季干旱。

圖7對應(yīng)前文圖4在數(shù)值試驗(yàn)中的模擬結(jié)果。從圖7中可以看出：相對于冷試驗(yàn)而言，暖試驗(yàn)?zāi)M的華北地區(qū)處于正高度差值場中，位于增強(qiáng)的大陸高壓底部（圖7a）;同時(shí)華北地區(qū)也處在負(fù)水汽輸送差值場中（圖7b），西太平洋地區(qū)存在氣旋性差值環(huán)流，其北側(cè)也存在一個(gè)反氣旋差值環(huán)流，導(dǎo)致了華北地區(qū)被自東北向西南的氣流控制，即西風(fēng)急流減弱;從垂直速度差值場（暖試驗(yàn)減冷試驗(yàn)）中可以看出 （圖7c），華北地區(qū)為下沉運(yùn)動(dòng)差值，說明暖試驗(yàn)中的降水動(dòng)力條件較冷試驗(yàn)的差，不利于降水產(chǎn)生。以上的試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果可以證明，相對于冷試驗(yàn)，暖試驗(yàn)可以模擬出有利于華北地區(qū)春季干旱發(fā)生的環(huán)流條件。圖8為春季500 hPa高度和WAF異常場（暖/冷試驗(yàn)減氣候試驗(yàn)）。暖冷試驗(yàn)的模擬結(jié)果都顯示，從北大西洋到華北地區(qū)存在東傳的波列;暖試驗(yàn)?zāi)M的波列自北大西洋到華北地區(qū)為“+-+”，冷試驗(yàn)?zāi)M的波列則為“-+-”，與觀測結(jié)果一致。說明數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果也證明了，春季北大西洋增暖可以通過波列影響華北地區(qū)。

綜上所述，數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了觀測分析結(jié)論，即春季北大西洋海表溫度偏暖較偏冷有利于華北春季干旱發(fā)生：當(dāng)春季北大西洋為關(guān)鍵海區(qū)時(shí)，其上空高度場被抬升，激發(fā)了一條“+-+”的波列，且波列中心分別位于關(guān)鍵海區(qū)、歐洲大陸-西亞以及西北-華北地區(qū)上空，該波列最終導(dǎo)致了華北上空高度場也被抬升，高空暖高壓引發(fā)下沉運(yùn)動(dòng)（不利于降水產(chǎn)生的動(dòng)力條件），下沉運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致空氣絕熱增溫，同時(shí)華北位于大陸高壓底部，受自東向西氣流控制，西風(fēng)急流減弱，導(dǎo)致西南暖濕水汽不易到達(dá)華北地區(qū)，不利于降水產(chǎn)生;當(dāng)關(guān)鍵海區(qū)偏冷時(shí)，波列中心發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，由“+-+”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+-”，此時(shí)大陸高壓減弱，西風(fēng)急流增強(qiáng)，低溫多雨不利于干旱發(fā)生。

5 結(jié)論與討論

利用觀測統(tǒng)計(jì)分析和NCAR CAM5.3數(shù)值模擬的方法，基于SPEI干旱指標(biāo)分析了近60 a華北地區(qū)春季干旱特征，重點(diǎn)探討了北大西洋對其的影響，得到如下主要結(jié)論：

1）華北春季干旱的主要空間分布型為全區(qū)一致型，近60 a春季華北地區(qū)偏旱年有22 a，偏澇年有14 a，偏旱年多于偏澇年，且2018年的干旱最為嚴(yán)重。

2）華北春季偏旱年主要環(huán)流特征是，大陸高壓增強(qiáng)，華北上空西風(fēng)急流減弱，該地區(qū)存在下沉運(yùn)動(dòng)。

3）觀測分析和數(shù)值模擬結(jié)果均表明，春季北大西洋海溫偏暖可以導(dǎo)致華北地區(qū)發(fā)生干旱。當(dāng)春季北大西洋為關(guān)鍵海區(qū)偏暖，它可以激發(fā)一條自北大西洋到華北地區(qū)的“+-+”波列，該波列最終導(dǎo)致了西北-華北地區(qū)上空大陸高壓增強(qiáng)，華北位于高壓底部，高空暖高壓引發(fā)下沉運(yùn)動(dòng)，不利于降水產(chǎn)生;下沉運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致空氣絕熱增溫，同時(shí)華北高空處在反氣旋環(huán)流南側(cè)，受東北氣流控制，西風(fēng)急流減弱，西南暖濕水汽不易到達(dá)，不利于降水產(chǎn)生，高溫少雨有利于干旱發(fā)生;當(dāng)北大西洋偏冷時(shí)，波列中心發(fā)生了“翻轉(zhuǎn)”，由“+-+”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+-”，此時(shí)大陸高壓減弱，西風(fēng)急流增強(qiáng)，不利于干旱發(fā)生。

本文只討論了春季北大西洋對華北干旱的影響，統(tǒng)計(jì)與其他海區(qū)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：春季華北干旱在北太平洋也存在較好的相關(guān)區(qū)域，Zhang et al.（2018） 認(rèn)為北太平洋海溫和印度洋海溫對全球波列也有一定調(diào)節(jié)作用，那么與華北干旱是否有關(guān)系，還需要進(jìn)一步深入研究。

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Characteristics of spring drought in North China over the past 60 years and its relationship with sea surface temperature in the North Atlantic

ZANG Di1，ZHENG Youfei1，ZHANG Guwei2

1School of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China;

2Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education （KLME），Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters （CIC-FEMD），Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China

Based on the standardized precipitation evapotranspiration index （SPEI），this study applied statistical observational analysis and numerical simulations （CAM 5.3），so as to analyze the characteristics of spring drought in North China （NC） from 1955 to 2018，as well as the impacts of the North Atlantic （NA）.The results showed that the main spatial distribution pattern of spring drought in NC was uniform throughout the entire region，and，in the past 60 years，there were 22 drought years and 14 flood years.The main atmospheric circulations of the NC spring drought years were the enhanced continental high，weakened upper westerly jet，and downward movement in NC.Aside from these，both observational analysis and numerical simulation results showed that the warm sea surface temperature （SST） in the NA could cause spring drought in NC.The mechanism is as follows：warm SST in NA can lead to a “+-+” wave train such as the “Silk Road Pattern” with its center above the NA，Europe-western Asia and NC;this wave train would then enhance the continental high over NC，which could cause the downward movements;these downward movements are not conducive to precipitation，and will lead to the air undergoing adiabatic heating;in addition，NC lies to the south of the upper anticyclone circulation，which leads to NC being controlled by the northeast airflow，thus signifying that the warm and humid airflow from the Southwest is weakened.In summary，the wave train causes the high temperature and reduced rain in NC，which is conducive to drought.When the SST in the NA grows cold，the center of the wave train would be reversed，which in turn would cause the continental high over NC to weaken.

North China;spring drought;North Atlantic;wave trains

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20200219001

（責(zé)任編輯：袁東敏）