西南地区气象干旱特征及其成因分析

舒冬香，张锦勇，韩晓令，顾 欣

(1.贵州省麻江县气象局，贵州 麻江 557600;2.贵州省黔东南自治州气象局，贵州 凯里 556000)

1 引言

近半个世纪以来，随着人类活动加剧，气候变化问题日益突出。气候变化的影响是多尺度、多层次、全方位的，正面和负面影响并存，其对国民经济的影响主要以负面作用为主，因此气候变化问题得到了各国科学界、政府以及公众的极大关注［1］。

干旱是西南地区主要的气象灾害，干旱灾害会对农业造成严重的影响。近年来，在全球气候变暖的背景下，干旱事件的出现也越来越频繁，认识该地区干旱的特征以及研究该地区干旱的成因［2－4］，对于提高干旱预测水平，预防干旱灾害有十分重要的意义。

李永华［5］等在2006年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常中指出，大气环流对干旱事件具有一定的影响，干旱事件也是由多种因素所造成的，因此其成因还需要做更多的研究。本文着眼于西南地区夏季降水变化，分析其空间分布及时间演变特征;同时，针对异常旱、涝年进行简要成因分析，探寻西南地区干旱事件的变化特征及其影响，让政府决策部门和公众对西南夏季降水时空演变特征有较为清晰的认识，为更好预测夏季降水奠定基础。

2 资料与方法

2.1 资料

选取西南的云南、贵州、四川、重庆等三省一市1961—2010年共50 a的夏季降水资料，其中根据研究需要选取78个站点作为气象代表站，即云南省的昆明、丽江、大理、楚雄等25个气象观测站，贵州省的贵阳、毕节、遵义、铜仁等19个气象观测站，四川省的绵阳、雅安、南充、新龙等31个气象观测站，重庆市的奉节、沙坪坝、酉阳等3个气象观测站。同时，选用NCEP/NCAR再分析月平均资料，时段为1961—2010年50 a，包括500 hPa位势高度场、700 hPa风场、850 hPa风场和流场、1 000～100 hPa垂直速度场和相对湿度场等。

2.2 方法

对1961—2010年夏季各站降水距平进行EOF展开，得到西南地区降水异常变化的主模态空间分布特征以及随时间的变化趋势。同时，借助标准化序列挑选出典型旱、涝年，并合成环流场，综合分析导致西南干旱的影响因子。

3 西南地区夏季降水的变化特征

3.1 夏季降水概况

将西南各站1961—2010年夏季降水量进行合成分析。据表1和图1分析得出，历年夏季降水量介于416～650 mm，平均约为557 mm，其中6月降水量介于129～216 mm，占季总降水量的32.0%，7月降水量介于165～262 mm，占季总降水量的36.0%，8月降水量介于103～226 mm，占季总降水量的32.0%。

表1 夏季分月降水量统计表 (单位:mm)

图1 1961—2010年西南地区历年夏季降水量变化

3.2 西南夏季降水空间分布特征

利用西南地区夏季的降水数据，对距平观测值进行EOF分析，根据显著性检验原则，第 1、2、3、4个模态的解释方差已达48.1%，并通过显著性检验，说明EOF分解的收敛速度快，可以作为西南地区夏季降水异常的主要模态。

图2 西南1961—2010年夏季降水量EOF第1模态的空间分布

如图2，第1模态的空间分布为西南地区夏季降水量异常偏多(偏少)，说明西南地区夏季降水量的异常变化在空间分布上具有相对一致的特征，高值中心主要集中在中东部，尤其是东南部局部，其荷载值达0.25以上。同时，从图中等值线疏密程度还可以看出西南地区夏季降水量在东部和中北部局部变化剧烈，而中西部地区降水量相对稳定少变。

第2模态(图略)表明西南夏季降水量的异常变化在空间分布上具有南多北少(或南少北多)的特征，高值中心主要集中在东北部，其荷载值达0.35以上。第3模态(图略)表明西南夏季降水量的异常变化在空间分布上具有东南部多西北部少(或东南部少西北部多)的特征，高值中心主要集中在北部，尤其是东北部，其荷载值达－0.35以上。第4模态(图略)的空间分布说明西南夏季降水量的具有“东南局部负，其余大部正”分布型特征，高值中心主要集中在东北部和西南部，其荷载值达0.25以上。

综合第1～4模态分布特点得出，西南地区夏季旱、涝典型分布大致有相对一致性、南北型、东北局部型以及东南局部型。

3.3 夏季降水时间变化

根据上述西南1961—2010年夏季降水量EOF第1～4模态的空间分布，普查对应时间序列，发现第1模态分布以及对应第1时间系数(图3)变化，已经反映出西南地区夏季降水大部分信息，于是对西南地区50 a的降水量进行标准化处理，与第1时间系数进行统计，计算二者相关性，值为－0.71，通过99.9%的信度检验。

图3 西南1961—2010年夏季降水量距平EOF第1模态的时间序列

据图4分析得出在1961－2010年50 a中，旱年为 1963、1967、1970、1972、1975、1976、1977、1978、1981、1982、1987、1988、1989、1990、1992、1994、1997、2003、2004、2005、2006、2008 和 2009 年，共计23 a;涝年为 1961、1962、1964、1965、1966、1968、1969、1971、1973、1974、1979、1980、1983、1984、1985、1986、1991、1993、1995、1996、1998、1999、2000、2001、2002、2007 和 2010 年，共计 27 a。其中将标准化结果绝对值大于1的年份作为旱涝典型年用于分析:异常旱年是 1972、1975、1978、1989、1992和2006 年，共计6 a;异常涝年是 1966、1968、1974、1979、1991、1995、1998 和 1999 年，共计 8 a。同时，从图4中还发现，近50 a西南夏季降水变化特点为:20世纪60年代降水略偏多，70年代降水变化大、大多偏少，80年代降水变化不大，90年代降水变化大、大多偏多，之后本世纪近10 a降水偏少。

图4 1961—2010年西南历年夏季降水量标准化演变

4 西南地区夏季旱、涝成因分析

基于1961—2010年期间，分析异常旱年统计对应年份夏季降水，介于416.1～502.5 mm，均值为467.7 mm;异常涝年介于603.6～650.4 mm，均值为617.8 mm。异常旱年与异常涝年雨量差达150 mm以上，说明时段内一定有异常系统影响，故探寻可能成因。

4.1 大气环流异常

对比异常旱年图5(a)和异常涝年图5(b)夏季(6—8月)的500 hPa高度场合成距平图发现，典型旱、涝年500 hPa环流距平分布位相相反。如旱年时，西太平洋副高偏强、西伸脊点偏西，大多伸入西南地区，高原高压偏强，北美大部环流偏弱，A0呈正位相，不利于冷空气南下。同时，中低纬环流平缓，不利于南面水汽向北输送，造成西南大部干旱少雨。

4.2 水汽及其输送异常

某地区的降水量状况与局地的水汽含量以及是否有源源不断的水汽输送到该地区，并在该地区辐合上升、成云致雨有着重要联系。当某地区有充裕的水汽并长时间有充足的水汽输送在该地强烈的辐合上升时，会造成该地区降水偏多，甚至发生洪涝灾害;反之，会造成该地区降水偏少，严重时会造成干旱。同时，由于空气中的水汽大部分是集中在大气中低层，并鉴于西南大部分地区海拔较高，因此我们主要对研究区域附近上空850 hPa的水汽及其输送作简要分析。

图5 北半球500 hPa位势高度异常合成距平图(a:旱年;b:涝年)

首先分析西南地区及邻近区域上空的经向水汽输送通量分布，图6a给出异常旱年经向水汽输送通量距平分布和异常涝年经向水汽输送通量距平分布(图6b)。从图中对比可以看到典型旱、涝年经向水汽输送通量距平分布呈反位相。如旱年西南地区南面西南水汽通道以及东南面水汽通道通量较常年水汽弱，是造成少雨干旱的又一成因。

为了进一步分析这些水汽是否能在西南地区辐合上升、成云致雨。给出异常旱年850 hPa水汽通量散度距平分布(图7a)以及异常涝年850 hPa水汽通量散度距平分布(图7b)。从图中可以看出，西南地区上空的水汽主要来自印度西南季风的输送，然而这些水汽很少在西南地区产生辐合，其主要辐合区在云南东南部和贵州西南局部，西川大部、重庆和贵州大部为强的水汽通量散度辐散区所控制，可见，在局地水汽匮乏的条件下，再配合低空的辐散风场，导致该地区的水汽通量散度为负，即不利于水汽在该区域辐合上升、形成降水，使得西南地区降水异常偏少，造成区域性的干旱。

图6 异常经向水汽输送通量距平(单位:10 kg·m－1·s－1)，(a:旱年;b:涝年)

图7 异常旱年850 hPa水汽通量散度距平(单位:10－4 kg·m－2·s－1)，(a:旱年;b:涝年)

5 小结

本文通过对西南地区1961—2010年50 a夏季降水量的EOF统计分析和西南及邻近区域上空物理要素场(北半球500 hPa位势高度、水汽通量散度等)的特征分析，初步得出以下结论:

①西南地区夏季降水量月际变化不大，6—8月各月占季内降水量为32.0%、36.0%和32.0%，月内平均雨量介于103～262 mm，近50 a季降水变化大，20世纪60年代降水略偏多，70年代降水变化大、大多偏少，80年代降水变化不大，90年代降水变化大、大多偏多，之后21世纪近10 a降水明显偏少。

②西南地区夏季降水量分布大致有4种分布型:相对一致性、南北反位相型、东北局部与其余大部反位相型、东南局部与其余大部反位相型。

③西南地区夏季降水异常偏少年是1972、1975、1978、1989、1992 和 2006 年，降水量介于416.1～502.5 mm，均值为467.7 mm;异常偏多是1966、1968、1974、1979、1991、1995、1998 和 1999 年，降水量介于603.6～650.4 mm，均值为617.8 mm。

④夏季西南地区上空的水汽条件、水汽通量散度控制区、北边冷空气强弱以及西太平洋副高强弱等因素，综合作用影响着西南旱涝分布。

总之，本文不仅对西南夏季降水时间演变趋势和空间分布变化进行了仔细分析，而且还对异常事件诸多因素展开了一定分析，获得了一些有意义的结果。但是，因其影响旱、涝因素太多，受其资料及分析手段限制，很多潜在影响因素有待不断探索。

［1］秦大河，丁一汇，张锦，等.气候系统的演变及其预测［M］.北京:气象出版社，2003.

［2］陈丽华，周率，等.2006年盛夏川渝地区高温干旱气候形成的物理机制研究［J］.气象，2010，36(5):85－91.

［3］刘晓冉，程炳岩，杨茜，等.川渝地区夏季高温干旱变化特征及其异常年环流形势分析［J］.高原气象，2009，28(2):306－313.

［4］刘瑜，赵尔旭，等.2005年春末初夏云南异常干旱与中高纬度环流［J］.干旱气象.2007，25(1):32－37.

［5］李永华，徐海明，刘德.2006年夏季西南地区东部特大干旱及其大气环流异常［J］.气象学报，2006，67(1)，122 －132.