2019年浙江省秋旱大气环流特征分析

王健疆，马 浩，余丽萍，龚理卿，汪 晨

(1.浙江省衢州市气象局，浙江 衢州 324000；2.浙江省气候中心，浙江 杭州 310000)

引 言

干旱是我国最常见的自然灾害之一，具有发生频率高、持续时间长、影响范围广等特征[1]。在全球气候变暖背景下，干旱愈加频发且影响严重[2-4]，多模式模拟结果表明，未来干旱区将继续扩张[5]。干旱不仅会给农业生产带来巨大损失，还会直接作用于生态系统，造成土地荒漠化、加剧林火灾害[6]。开展对干旱事件的研究，分析其特征及成因，可为预测及有效干预干旱、减轻旱灾损失和影响提供科学依据。

自然降水不足是干旱事件发生的直接原因[7]，海温异常又是降水异常的重要外强迫因子[8-10]，关键区海温变化对我国各地的降水预测具有一定的指示意义[11-12]。如华中地区盛夏降水异常与热带大西洋北部春季海温异常显著正相关[11]，而贵州秋季降水与东印度洋—西太平洋区域夏季海温显著负相关[12]。西太副高是影响我国降水的重要天气系统之一，其强度、位置和形状异常是造成我国不同区域降水异常的重要原因[13-14]。夏季当西太副高位置偏南时，我国北部地区易出现干旱[13,15]，而当西太副高强度偏强、西伸脊点异常偏西时，长江流域易发生高温干旱[16]；西太副高的强度、面积等异常程度的不同，可引起不同等级的干旱事件[17]。在不同时期、不同区域发生的干旱事件中，西太副高的强度、位置等要素变化并不完全相同[12,18-19]，因此，仍需对各次干旱事件发生时西太副高的特殊性进行探究。

浙江省是干旱灾害频发区，四季均有干旱发生，危害最大的是夏秋干旱[20-21]，如2013年夏旱，浙江省218.1万人受灾，农作物绝收3.3×104hm2，直接经济损失30.3亿元[22]。2019年秋旱，浙江部分地区玉米等作物出现绝收，柑桔等水果品质明显下降，中草药等减产严重，农业经济损失明显。为进一步了解秋旱特征及成因，本文针对2019年浙江省秋旱特征和环流形势进行初步分析，以期为后续干旱预测研究提供参考。

1 资料与方法

1.1 资 料

所用资料：(1)浙江省67个常规气象站1981—2019年逐月降水、气温资料；(2)1981—2019年2.5°×2.5° NCEP逐月再分析资料；(3)2019年秋季浙江省逐日综合气象干旱指数资料。气候基准态取1990—2019年均值，秋季为9—11月。

1.2 综合气象干旱指数(CI)

气象干旱是引发农业干旱、水文干旱的重要因素，农业干旱、水文干旱与气象干旱时滞分别为1个月和4个月，因此气象干旱监测分析对预测其他干旱具有指示作用[23]。目前，用于气象干旱监测的干旱指数有几十种[24]，其中综合气象干旱指数(CI)是我国国标中的一个综合指数[25]，该指数即可反映短时间(月)和长时间(季)尺度降水量气候异常情况，同时又反映短时间尺度水分亏欠情况，适用于实时气象干旱监测[1]。CI等级划分如表1所示，本文采用该指数对2019年浙江秋旱进行监测分析。

表1 CI等级划分Tab.1 Grade classification of the compound meteorological drought index (CI)

2 2019年浙江秋旱、气温和降水

2.1 秋旱概况

为了解此次干旱事件的演变特征，采用2019年秋季全省67站的逐日降水、气温等数据资料，计算每日各站的CI。9月10日浙西少数县(市、区)出现轻旱并维持，9月30日干旱面积迅速扩大、旱情加重，10月10日浙江中、西部均出现旱情，其中浙中西部出现大范围重旱，个别县(市、区)出现特旱，旱情一直维持至10月25日。10月26日开始，受降水影响，全省旱情有所缓解，至10月底以轻旱为主。11月上旬开始降水持续偏少，旱情又逐渐加重，至11月15日全省95%以上县(市、区)出现旱情，超60%县(市、区)达中度及以上旱情，11月23日之后，东北部受降水影响，旱情有所缓解，其他地区维持中度及以上旱情，11月30日浙江衢州市5/6县(市、区)出现重旱(图1)。

图1 2019年秋季浙江省CI演变Fig.1 Evolution of the compound meteorological drought index in autumn 2019 in Zhejiang Province

2.2 秋季气温和降水变化

图2为浙江省2019年秋季降水距平百分率和气温距平空间分布。2019年秋季，除浙江东北部以外，其他地区降水量均较常年偏少，其中衢州大部、金华西部、杭州南部及丽水西北部等12个站点降水量破历史最低值。9月，除东北部以外，全省大部分地区降水距平百分率为负距平，浙中西部、浙西南降水距平百分率绝对值超75%，4个县(市、区)超90%；10月，除东部以外，全省其他大部分地区降水距平百分率为负距平，浙中西部及浙北降水距平百分率绝对值超50%，浙北北部超90%；11月，全省降水距平百分率均为负距平，浙中南大部分地区降水距平百分率绝对值超75%，部分超过90%。

图2 2019年9(a、d)、10(b、e)和11(c、f)月浙江省降水距平百分率(单位：%)(a、b、c)和气温距平(单位：℃)(d、e、f)空间分布Fig.2 The spatial distribution of precipitation anomaly percentage (Unit: %) (a, b, c) and temperature anomaly (Unit: ℃) (d, e, f) in Zhejiang in September (a, d), October (b, e) and November (c, f) 2019

2019年秋季全省平均气温偏高，大部分地区气温较常年偏高0.5 ℃以上，其中衢州江山偏高1.8 ℃。与降水相对应，9月，除东北部和南部少数县(市、区)，全省其他区域气温距平超0.5 ℃；10月，除温州平阳以外，其他区域气温均超常年，浙中南大部分地区气温距平超1.0 ℃，浙中及浙西南地区超1.5 ℃；11月全省除4个县(市、区)外，其他地区气温均为正距平，浙中西部、浙北半数以上区域气温距平超1.0 ℃，浙北少数县(市、区)超1.5 ℃。

2019年秋季降水持续偏少且气温持续偏高，导致蒸发量与降水产生收支不平衡，是浙江省秋旱产生的直接诱因。

3 大气环流特征及成因

3.1 环流系统特征

极涡与我国降水关系密切，对我国同期及后期降水有重要影响[26-28]。图3为2019年夏季、秋季北半球500 hPa平均位势高度场及其距平。可以看出，2019年夏季北半球500 hPa极涡中心主要位于北美区，冷空气多堆积在西半球，与气候平均态相比，极涡区位势高度场呈明显正距平，亚洲区位势高度距平最大值超过80 gpm，表明亚洲区极涡强度明显偏弱。2019年秋季北半球500 hPa极涡中心位于西半球，中心强度偏弱，亚洲区内位势高度场以正距平为主，表明自夏季以来，极涡位置偏西半球，强度持续偏弱，影响亚洲区的冷空气偏弱。中高纬地区65°E附近有一低压槽，位置较气候平均态明显偏西，90°E—120°E区域以纬向环流为主，槽后冷空气南下后，经偏西气流引导向东到达长江下游地区，通过远距离输送后冷空气势力减弱。另外，我国华北至东北一线位势高度场正距平使东亚大槽位置偏东、槽底偏北，北方冷空气随东亚大槽南下位置偏东、偏北，不利于长江下游及以南地区冷暖气流交汇而形成降水。

图3 2019年夏季(a)、秋季(b)北半球500 hPa平均位势高度(等值线)及其距平(阴影)空间分布(单位： gpm)Fig.3 The spatial distribution of 500 hPa mean geopotential height (isolines) and its anomaly (the shaded) in northern hemisphere in summer (a) and autumn (b) 2019 (Unit: gpm)

西太副高对水汽输送、西风槽活动及台风活动有明显影响[29]，其季节性移动与我国雨带位置密切相关。西太副高的异常变动会造成降水出现转折性变化[30-31]。2019年夏季，除亚洲大陆中东部区域外，北半球副热带地区各高压单体连成副热带高压带，与气候基准态相比，其面积明显偏大，强度偏强。2019年秋季，副热带高压带断裂，在东南亚北部至我国南部出现一明显高压单体。

表2列出2019年6—11月西太副高指数距平。可以看出，西太副高面积持续偏大，强度持续偏强。8月前脊线和北界位置均偏南，这与2019年浙江省梅雨季开始及结束时间偏晚相吻合，8月开始两者位置持续偏北，西伸脊点位置异常偏西，较常年偏西25个经度以上。西伸脊点位置的异常偏西，表明高压西北侧与西风带气流辐合区域与常年相比也异常偏西，而浙江省位于大陆高压环流的东北侧辐散区内，不利于降水的产生。

表2 2019年6—11月西太副高指数距平Tab.2 Index anomaly of western Pacific subtropical high from June to November in 2019

3.2 垂直运动

垂直上升运动是产生降水的必要条件之一，降水的多寡与垂直运动的强弱直接相关[32]。图4为秋季118°E—123°E范围平均经向环流。可以看出，气候基准态表现为Hadley环流上升支位于10°N附近，最强下沉支位于30°N—40°N之间，浙江省受Hadley环流下沉支控制。2019年秋季Hadley环流上升支范围明显缩小，上升区南缘由5°S北缩至5°N 附近， 20°N—30°N范围上升气流转为下沉气流，浙江省上空低层反气旋式环流中心转移至20°N附近的300 hPa高空区，低层下沉支汇合区南移，辐合程度较常年偏弱。Hadley环流和Ferrel环流的下沉支汇合区南北向跨度增大，扩展至28°N—45°N。Hadley环流上升支范围缩小，不利于热带地区大量的水汽随Hadley环流向北输送。2019年秋季平均经向环流距平场(图略)表明浙江省上空下沉气流明显增强，同时在20°N—30°N范围500 hPa以下存在明显的北风正距平。综合表明2019年秋季浙江省上空下沉气流明显增强，动力条件不足，不利于降水产生。

图4 气候基准态(a)及2019年(b)秋季118°E—123°E范围平均经向环流Fig.4 The average meridional circulation in the range of 118°E to 123°E in autumn for climate state (a) and 2019 (b)

3.3 水汽条件

自2019年8月开始，西太副高脊线位置偏北，西伸脊点位置异常偏西，南侧的偏东气流引导西太平洋的水汽自东向西输送，水汽通道维持在低纬地区。亚洲南部高压环流取代了常年从孟加拉湾至我国东南沿海一带的西南气流，使西边界水汽通道受阻，高压东部的偏北气流和南部的偏东气流，阻挡了南边界、东边界水汽向我国东部地区的输送。

图5为2019年秋季925、850、700和500 hPa水汽通量散度及其距平空间分布。可以看出，925和850 hPa 110°E以东大部地区存在明显的水汽辐散，浙江全省范围内925、850 hPa水汽通量散度分别大于等于2.0×10-6、1.5×10-6g·hPa-1· cm-2·s-1，浙江中东部地区超过2.0×10-6g·hPa-1· cm-2·s-1；700 hPa，我国110°E以东地区水汽通量散度为-5×10-7～5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，浙江省仍处于水汽辐散区；500 hPa，浙江省水汽通量散度为-5×10-7～0 g·hPa-1· cm-2·s-1，处于弱辐合区内；300 hPa浙江省水汽通量散度(图略)为0～5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，表明该区域高层水汽辐散。925 hPa和850 hPa 110°E以东我国大陆地区水汽通量散度呈正距平，浙中西部地区距平值均大于等于5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，低层水汽辐散较常年明显增强； 700 hPa和500 hPa，浙江水汽通量散度以负距平为主，距平绝对值小于2×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1。2019年秋季浙江省上空总体为水汽辐散且辐散程度较常年更明显，产生降水的水汽条件不足。

图5 2019年秋季925 hPa(a)、850 hPa(b)、700 hPa(c)和500 hPa(d)水汽通量散度(阴影)及其距平(等值线)空间分布(单位：10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1)Fig.5 The spatial distribution of water vapor flux divergence (the shaded) and its anomaly (contours) on 925 hPa (a), 850 hPa (b), 700 hPa (c) and 500 hPa (d) in autumn 2019 (Unit: 10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1)

4 结论与讨论

(1)2019年秋季浙江省出现全省性气象干旱，浙中西部旱情重、持续时间长。此次旱情大致可分为两个阶段：9月底至10月25日，旱区集中在浙江省中、西部，浙中西部出现重旱、特旱，10月26日开始，受降水影响，全省旱情缓解，转为轻旱；11月，全省出现旱情，60%以上区域达中度及以上旱情，浙中西部仍为重旱区。降水持续偏少，气温持续偏高，降水收支不平衡是导致此次干旱事件的直接原因。

(2)2019年秋季500 hPa极涡偏西，亚洲区冷空气强度偏弱，东亚大槽位置偏东、槽底偏北，影响浙江地区冷空气势力偏弱；浙江省位于亚洲南部高压环流的东北侧辐散区域内，其上空下沉运动较常年偏强，大气环流系统的异常不利于浙江秋季降水的产生。

(3)2019年秋季，Hadley环流上升支范围明显缩小，上升运动较常年偏弱及30°N以南区域的北向风增强，削弱了水汽由南向北的输送；而西太副高脊线位置偏北、西伸脊点位置异常偏西，阻碍西太平洋及南海水汽向长江以南地区直接输送；同时浙江省上空，除500 hPa存在弱水汽辐合外，其他各层水汽均为辐散，且低层水汽辐散程度较常年明显，水汽供应不足致使浙江秋季降水偏少。