内蒙古东部农区春播期干旱气候特征及影响因素分析*

2010-12-03王星晨马清霞王冰晨高志国

草原与草业 2010年4期

王星晨,马清霞,王冰晨,高志国

(1.内蒙古大气探测技术保障中心,内蒙古呼和浩特 010051；2.内蒙古气候中心,内蒙古呼和浩特 010051；3.内蒙古气象信息中心,内蒙古呼和浩特 010051)

1 引言

干旱是我国最为严重的自然灾害之一,也是内蒙古自治区发生频率最高、危害最大的自然灾害〔1〕。内蒙古春季日照充足,空气干燥,温度回升迅速,蒸发强烈。同时春季又是内蒙古大部地区农作物种植期,特别是春季后期的5月是东部农区农作物春播的关键期,随着气温的回升,风力增大,土壤失墒很快。5月干旱少雨将不利于春播作物出苗和幼苗生长。所以5月雨量的多少对春播农作物出苗和幼苗生长起着至关重要的作用,而5月又是北半球大气环流和天气气候开始重大调整的过渡时期。2009年内蒙古东部春季由于气温高,无降水日数持续时间长,出现了严重干旱。东部农区为重旱到特旱,干旱波及范围广,对春播作物的正常出苗和苗期生长发育影响很大。为此,本文分析了内蒙古东部农区春季干旱和5月降水量变化特征以及大气环流变化、赤道太平洋海温异常对内蒙古东部农区春播期间干旱少雨的影响,以期更深入了解内蒙古东部农区春播期干旱的时空变化特点及成因,对指导内蒙古东部农区春播期农业生产具有重要意义。

2 内蒙古东部农区春季及5月干旱气候特征及其影响因素分析

2.1 春季及5月干旱气候特征

统计分析了1961～2009年内蒙古东部农区的呼伦贝尔市农区、兴安盟、通辽市、赤峰市21个测站春季及5月降水的气候特征及其与北半球500hPa高度环流场和大气环流特征量的关系。综合内蒙古东部农区春季和5月降水量,定义〔2〕了5级干旱等级:1级为不旱,2级为基本不旱,3级为一般轻旱,4级为偏旱,5级为重旱。统计分析表明1961～2009年,内蒙古东部农区春季发生偏旱～重旱的几率是59.2%,一般轻旱的几率是16.3%。2009年春旱达到4级,5月为5级；春旱与5月干旱级别正相关系数达0.921,均通过了0.001的信度检验。春旱为4～5级且5月也为4～5级的几率为24/29,说明东部农区春季降水量的多少和干旱的发生,5月具有举足轻重的作用；5月份无降水日数偏多,从而使5月降水量偏少到特少,易出现不同程度的春旱,如1999年和2002年。应该指出的是:5月是东部农区农作物春播种植和幼苗生长非常关键的时期。从春季及各月降水量多年平均值来看,内蒙古东部农区5月降水量在春季降水量中占到了62%(表1)。

表1 1961～2009年内蒙古东部农区春季干旱几率和3、4、5月30年(1971～2000年)平均降水量占春季平均降水量的比例

图1 1961～2009年内蒙古春季和5月降水年代际变化及春季干旱等级时间序列曲线

图1是1961～2009年内蒙古春季干旱等级时间序列及其降水和5月降水年代际变化曲线,分析可见:春季和5月降水年际变化受到年代际气候变化的影响。1975年以前雨水少,重旱(5级)发生的频率较高,大约有33.3%；1976～1998年出现了较为稳定的旱涝交替,重旱(5级)发生频率为8.7%；1999年以后又进入了干旱少雨的阶段,重旱(5级)发生频率为45.5%。可见2009年春季正处在一个少雨干旱的时期。

2.2 2009年春季干旱气候特征

2009年内蒙古东部农区春季干旱较重,主要表现在5月出现了明显旱情,3月东部农区南部降水偏少50%～100%,4月降水偏多。2009年5月内蒙古东部农区降水偏少51%,区域平均降水量只有16.4mm,在近30年排第2位,仅次于2002年(8.0mm)。主要是呼伦贝尔市农区、兴安盟大部、通辽市、赤峰市大部降水量明显偏少,特别是呼伦贝尔市农区、通辽市中北部、赤峰市北部降水距平百分率在-50%～-95%。虽然前期4月中旬中东部地区出现两次明显的降水过程,但由于5月东部农区有90.5%的测站日最大无降水(日最大降水量≤0.1mm)日数在10d以上,有57.1%的测站在15～28d。同时,5月份东部农区气温普遍偏高3～4℃。由于气温高,无降水日数持续时间长,总降水量偏少到特少,土壤墒情较差,内蒙古东部大部地区干旱严重。春季呼伦贝尔市土壤解冻后长达61d无有效降水,各地干土层厚度普遍在4～15cm,干旱波及范围广,尤其农区为重旱到特旱,对春播作物的正常出苗和苗期生长发育影响很大。赤峰市旱情严重,其中最为严重的是宁城县和敖汉旗东南部地区,其次是阿鲁科尔沁旗中南部、巴林右旗大部、翁牛特旗中南部。由于降水持续偏少,导致该地区干旱加重,天义和八里罕连续干旱265d,宝国吐连续干旱242d,其余地区持续连旱222～233d。截止5月末,赤峰市阿鲁科尔沁旗和巴林左旗的中北部地区旱情仍在持续,受旱农田约13.3万hm2。

2.3 春播期干旱影响因素分析

影响内蒙古东部农区春季气候变化的物理因子很多,2009年春季西太平洋副热带高压面积偏小、强度偏弱；北半球欧亚纬向环流占优势；东亚大槽位置偏西、强度偏强；北半球极涡面积小、强度弱。乌拉尔山高压偏强、鄂霍次克海高压偏弱；拉尼娜事件于2009年4月结束等。这些下垫面热力和大气环流异常可能是影响2009年内蒙古东部农区偏旱的重要因子。

2.3.1 2009年春季北半球500hPa月平均高度场特征

2009年春季北半球500hPa高度场上,中纬度环流呈4波型,东亚维持两槽一脊,贝加尔湖以西附近有一弱脊,东亚大槽偏西偏强,内蒙古东部农区控制在脊前西北气流中。距平场上,极地到东亚北部受大范围负距平区控制,东亚南部地区受正距平区控制,从白令海峡到东亚南部形成了“+—+”距平分布,这一特征在5月份也表现明显。与内蒙古东部农区5月降水典型年北半球500hPa月平均高度距平合成图(图2)比较,2009年5月出现了典型少雨年的特征。

图2 内蒙古东部农区5月降水典型年北半球500hPa月平均高度距平合成图(a偏多年,b偏少年)

2.3.2 各物理量因子对降水年代际变化的影响

选用1961～2009年乌拉尔山高压指数(简称乌山高脊)、鄂霍次克海高压〔3〕(简称鄂海高压)、西风环流指数〔4〕,利用累积距平法,分析各物理量因子年代际变化对内蒙古东部农区春季和5月降水年代际变化的影响。表明:乌山高脊、鄂海高压和西风环流指数与内蒙古东部农区春季和5月降水年代际变化存在较显著的关系。

图3 乌山高脊、鄂海高压(a、b)、欧亚地区西风环流(c、d)与内蒙古东部农区春季和5月降水年代际变化曲线图

图3是各物理量与内蒙古东部农区春季和5月降水年代际变化曲线图。由图可见:春季乌山高脊、2月鄂海高压(图3a、b)与东部农区春季和5月降水年代际变化一致,即20世纪80年代初以前乌山高脊、鄂海高压减弱,东部农区春季和5月降水呈减少趋势；80年代初到90年代中期乌山高脊、鄂海高压加强,东部农区春季和5月降水呈增加趋势,处于多雨湿润时期；90年代中期以后乌山高脊、鄂海高压进入了快速减弱的时期,东部农区春季和5月降水迅速减少,进入了一个长达14年的干旱少雨阶段。

从欧亚西风带环流来看(图3c、d),春季欧亚地区西风环流与东部农区春季降水呈现相反的年代际变化,亦即欧亚地区纬向环流占优势,东部农区春季降水减少,经向环流占优势,东部农区春季降水增加；但东部农区5月降水与前期12月西风环流指数年代际变化相一致,表明欧亚地区西风环流在经向度加大,纬向环流偏弱时期,东部农区5月处在干旱少雨时期；相反,经向度减小,纬向环流占优势时,东部农区处在5月湿润多雨时期。

以上分析表明,在同期春季乌拉尔山高压偏弱和欧亚西风环流纬向环流占优势、前期2月鄂海高压偏弱和12月经向环流占优势的影响下,内蒙古东部农区春季和5月降水均迅速减少,20世纪90年代末进入了干旱少雨的时期。

2.3.3 青藏高压的影响

众多研究证明,青藏高原的热力和动力作用对中国大陆及东亚的气候异常有着重要影响。2009年春季青藏高压出现了自2003年以后第6个偏高年。通过对国家气候中心《气候监测公报》发布的青藏高原B指数与内蒙古农区春季和5月的降水资料相关普查得知,5月降水与上年10～11月青藏高原B指数存在负相关关系,而春季降水与上年5月青藏高原B指数存在正相关关系,相关系数均通过0.01的信度检验。上年10～11月青藏高压偏强,不利于5月降水偏多。上年5月青藏高压偏弱,不利于内蒙古农区春季降水偏多(图略)。

2.3.4 海温的影响

选用国家气候中心提供的1961～2008年历年赤道太平洋各区海温指数,计算并分析赤道太平洋各区海温指数与内蒙古农区春季和5月的降水相关关系。结果表明:内蒙古农区春季和5月的降水与Nino2区、Nino1+2区、Nino3区均存在良好的正相关关系,47年相关系数通过了0.10的信度检验。说明赤道东太平洋海温为暖位相,内蒙古东部农区春季和5月的降水偏多,赤道东太平洋海温为冷位相,内蒙古东部农区春季和5月的降水偏少。

太平洋海气系统具有年际强信号,赤道太平洋海温与内蒙古地区气候变化也有密切的关系。2008年12月开始的LaNina事件于2009年4月结束。1951年以来秋冬季形成的冷水事件有1962 、1974、1984、1995、1998 、2008 年 6 年,内蒙古东部农区次年春季干旱等级有5/6出现了4～5级；5月有 4/6出现了4～5级,1年3级,只有1996年春季和5月均出现了2级。由此可见,内蒙古东部农区春季干旱对秋冬季形成的LaNina事件有滞后响应。