水城县降水气候特征及极端干旱年形势场分析

张锦++毛春旭++赵虎++马雷++陈蕴

摘要 利用水城县气象观测站1961—2013年逐月降水量资料以及NCEP 1°×1°再分析资料，利用数理统计、标准化降水指数（Z）等分析方法，分析水城县50年来降水变化特征。结果表明，水城县降水集中在夏季，占全年的53.8%；从11月至次年3月，出现暴雨的机会不大；11月、12月、2月降水年际变化较大；夏季降水多变，不稳定；全年的月际降水正态性分布较好，其中12月的降水正态性分布最差，为正偏异常高峰态。利用标准化降水分析得出近50年逐季节旱涝情况，揭示出近5年来极端干旱事件频发；利用NCEP 1°×1°，根据500 hPa极端干旱年与多年距平环流形势分析，得到极端干旱年环流形势特征，进一步分析极端干旱年的水汽条件，揭示出各季节极端干旱出现的水汽输送特征。

关键词 降水；气候特征；极端干旱；形势场；标准化降水指数；贵州水城

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0230-03

干旱是世界上主要的自然灾害之一。随着人类经济的发展和人口膨胀，水资源短缺现象日趋严重，这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重，干旱化趋势已成为全球关注的问题。

水城县位于贵州西部，地处乌江和北盘江的分水岭、滇东高原向黔中山原过渡的梯级大斜坡地段，全县东西宽69 km、南北长97 km，总面积3 589.1 km2；属于北亚热带季风湿润气候区，雨量充沛，气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季，春秋相连。

近年来，水城县干旱事件频发，并存在年际、年内和区域降水分布不均等问题，加大了干旱的经济损失。为分析水城县降水及干旱气候特征，本文利用水城气象观测站1961—2013年逐月降水量资料以及NCEP 1°×1°再分析资料，对水城县的降水量统计特征及水城县干旱气候特征进行了初步分析，找出水城县逐月降水变化特征、形成干旱的大环流背景等，对于总结干旱气候和指导水城县防灾减灾有重要意义。

1 资料与方法

降水资料选自水城县气象观测站1961—2013年逐月降水资料，季节划分采用气象学上的标准：春季为3—5月、夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12月至次年2月；采用统计学方法对水城县近50年降水特征进行分析。以季节为单位，用标准化降水指数（Z）对水城县1961—2013年的干旱事件进行干旱等级划分。利用NCEP 1°×1°再分析资料，对极端干旱季节进行环流背景及水汽条件分析。

2 降水特征分析

2.1 降水量的统计特征

由表1可看出，水城县年平均降水量为1 178.6 mm，降水主要集中在夏季，占全年总降水量的53.8%。由图1可以看出，水城县月降水量在年内变化呈明显的单峰型分布，从春季到夏季逐月增加，6月最大，达到237.7 mm；7月次之，之后逐月减少。从11月至次年3月，降水标准差很小，只有13 mm左右，其中每月降水量很少，出现暴雨的机会不大。11月、12月、2月变差系数最大，为60%左右，表明这几个月降水年际变化较大，1月的变差系数为47.3%，变差系数分布呈波状型分布。各月降水量标准差和极差的年变化呈单峰型分布，标准差的最大值（69.0 mm）出现在7月，极差的最大值（311.9 mm）出现在6月，表明水城县夏季降水多变、不稳定。

由表1还可以看出，年最多降水量为1 552.0 mm，最少为778.0 mm，其相差774.0 mm；极多降水月际变化呈单峰型，峰值出现在6月；极少降水月际变化呈双峰型，峰值分别出现在7月和10月。从表1还可以看出，降水的正態性表现较好，正态分布检验否定判据为偏度 |g1|≤0.6、峰度 |g2|≤1.2。4—7月、9月均符合正态分布，即1年中有5个月符合正态分布。2月、3月、12月峰度均>1；1月、4—5月、9—11月峰度接近于0；12月的降水正态性分布最差，峰度达2.2、偏度为1.4，为正偏异常高峰态；其余均为正态低峰态分布。总体来说，全年月际降水正态性分布较好。

2.2 各季标准化降水指数（Z）分析

为进一步研究水城县干旱情况，本文引入标准化降水指数（Z）[1-2]，公式如下：

通过标准化降水指数（Z）确定该时间段内的旱涝等级（表2）。

通过标准化降水指数计算出各季的旱涝情况，是根据降水量出现的情况，以概率分布为出发点计算出的极端旱涝事件均只有1年；由于涉及年份较多，本文仅对极端干旱年份气候特征进行分析。从表3可以看出，春季极端干旱主要出现在2011年，夏季极端干旱主要出现在2013年，秋季极端干旱主要出现在2009年，冬季极端干旱主要出现在1968年。还可以看出，四季中有3季极端干旱出现在近5年，表明近年来水城极端干旱频发，且2011年为春夏连旱、2013年为夏秋连旱、1968年为冬春连旱（1968年冬季至1969年春季）。

3 极端干旱年的环流特征

为进一步了解极端干旱年的气候特征，利用NCEP 1°×1°的500 hPa月平均高度场距平值资料，分析极端干旱年的大气环流特征（图3）。由图3（a）可以看出，2011年春季中亚高压脊偏强和东亚大槽明显偏深，冷暖空气交汇偏北、偏东，造成冷空气对我国西部、尤其是贵州西部影响偏弱，导致水城县降水偏少。由图3（b）可以看出，2013年夏季副热带高压偏强，我国大部地区处于正距平，受副高影响较大，中高纬环流形势偏弱，冷空气影响偏弱，造成水城县降水明显偏少。由图3（c）可以看出，2009年秋季中高纬环流形势偏弱，副热带高压与常年同期基本持平，我国大部基本受副高控制；同时文献[3]中指出西太平洋副高基本呈东西带状分布，冷空气强度偏弱，活动路径偏北、偏东对贵州影响较弱，特别是西部，造成贵州西部气温偏高、降水偏少。由图3（d）可以看出，1968年冬季30°N以北地区呈现巨大的负距平，冬季冷空气影响明显偏弱，我国东部沿海、西太平洋地区与常年基本持平；当欧亚大陆呈“北高南低”的距平分布时，贵州为一致的重凝冻分布，与1968年的距平图正好相反，表明1968年水城县冬季高温少雨[4]。

4 极端干旱年的水汽条件

由图4（a）（b）可以看出，2011年春季，从850 hPa看水汽辐合带位于四川、青海交界处；700～850 hPa辐合程度很弱，我国中东部为水汽负距平高值区；850、700 hPa水城县均处于负距平，缅甸到我国西南部的传统水汽高值区处于负距平，北方冷空气输送偏北、偏东。由于水汽和冷空气条件的双重影响造成了2011年水城县春季的极端干旱。由图4（c）（d）可以看出，2013年夏季，水汽的负距平高值区位于青藏高原西部；水汽辐合区位于青藏高原东部、青海、四川三省交界处；从缅甸到我国西南部的水汽输送明显偏西，我国西南部的水汽输送通道从贵州以西北上，到达内蒙古输入我国东北地区。根据上述分析得到的2013年副热带高压异常稳定，北方冷空气活动减少，造成水城县的夏季极端干旱。由图4（e）（f）可以看出，2009年秋季，我国西南部处于水汽的负距平，850 hPa较700 hPa距平更严重，水汽辐合带明显偏北，水汽及季风条件不利于水城县的降水，造成2009年水城县的极端干旱。研究指出，冬季高原东部及邻近地区的水汽主要来源于中纬度偏西风水汽输送[5]。由图4（g）（h）可以看出，1968年冬季，水汽辐合带偏北，我国西南到缅甸的传统水汽高值区处于较高的负距平区，根据上述分析得到的1968年冬季冷空气影响明显偏弱。由此可知，水汽条件、冷空气影响均不利于水城县的冬季降水，这是造成1968年冬季极端干旱的主要原因。

5 结论

（1）水城县年平均降水量1 178.6 mm，降水主要集中在夏季，约占全年的53.8%。水城县月降水年内变化呈明显的单峰型分布。从11月至次年3月，水城县降水标准差很小，只有13 mm左右，且每月降水量很少，出现暴雨的机会不大。变差系数分布呈波状型分布，11月、12月、2月变差系数最大（约60%）且降水年际变化较大。各月降水量标准差和极差的年变化呈单峰型分布，标准差最大值出现在7月（69.0 mm），极差最大值出現在6月（311.9 mm），表明水城县降水夏季多变，不稳定；全年月际降水正态性分布较好。

（2）春季极端干旱主要出现在2011年，夏季极端干旱主要出现在2013年，秋季极端干旱主要出现在2009年，冬季极端干旱主要出现在1968年；四季中，有3季极端干旱出现在近5年，表明近年来水城县极端干旱频发，且2011年为春夏连旱、2013年为夏秋连旱、2009年为秋冬春连旱、1968年为冬春连旱。

（3）2011年春季冷暖空气交汇偏北、偏东，造成冷空气对我国西部、尤其是贵州西部影响偏弱。2013年夏季副热带高压偏强，我国大部地区处于正距平，受副高影响较大，中高纬环流形势偏弱，冷空气影响偏弱。2009年秋季西太平洋副高基本呈东西带状分布，冷空气强度偏弱，活动路径偏北、偏东对贵州影响较弱，特别是西部，造成水城县气温偏高、降水偏少。1968年冬季30°N以北地区呈现巨大的负距平区，冬季冷空气影响偏弱明显，不利于水城县形成降水。

（4）2011年春季缅甸到我国西南部的传统水汽高值区处于负距平，北方冷空气输送偏北、偏东，导致输送到水城县上空的水汽弱。2013年夏季从缅甸到我国西南部的水汽输送较常年明显偏西，造成西南部的水汽输送通道从贵州以西北上到达内蒙古输入我国东北地区。2009年秋季我国西南部处于水汽的负距平区，850 hPa较700 hPa距平更严重，水汽辐合带偏北，水汽及季风条件不利于水城县发生降水。1968年冬季，水汽辐合带偏北，我国西南到缅甸的传统水汽高值区处于较高的负距平区，加之冷空气影响较常年明显偏弱，导致1968年冬季水城县出现了高温少雨的天气。

6 参考文献

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.气象干旱等级：GB/T 20481-2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 贵州省质量技术监督局.贵州省干旱标准：DB52/T 1030-2015[S].贵阳：贵州省质量技术监督局，2015.

[3] 池再香，杜正静，陈忠明，等.2009—2010年贵州秋、冬、春季干旱气象要素与环流特征分析[J].高原气象，2013，31（1）：176-184.

[4] 杜正静，丁治英，张书余.2001年1月滇黔准静止锋在演变过程中的结构及大气环流特征分析[J].热带气象学报，2007，23（3）：284-294.

[5] 周长艳，蒋兴文，李跃清，等.高原东部及邻近地区空中水汽资源的气候变化特征[C]//中国气象学会200年年会气候变化分会场论文集，2008.