2017年春季松嫩平原气候异常成因分析

班 晋，丁晓亮

（1.黑龙江省气候中心，黑龙江 哈尔滨 150030；2.太和县气象局，安徽 太和 236600）

1 引言

松嫩平原是东北平原最大的组成部分，土地肥沃，是黑龙江省乃至我国十分重要的粮食生产基地。同时松嫩平原地区也是典型的气候异常频发区，在全球变暖的背景下，干旱、高温等气象灾害频发。天气气候的异常对粮食产量有巨大影响，提高短期气候预测的水平，有利于增强防灾减灾。2017年春季，松嫩平原发生异常气候事件，表现特征为降水偏少、气温明显偏高。其中降水偏少、气温偏高分别为1961年以来的同期历史第10位和第5位。在影响气候异常的诸多因子中,大气环流异常是最直接和最主要的原因,而外强迫因子海冰、海温等则是间接因子[1-2]。本文主要针对2017年春季气候异常的可能成因进行分析，为气候预测工作提供参考和依据。

2 资料

⑴选取黑龙江省内的嫩江、讷河、依安、克山、北安、拜泉、海伦、庆安、绥化、望奎、青冈、明水、富裕、林甸、齐齐哈尔、甘南、龙江、泰来、杜尔伯特、肇源、肇州、安达、肇东、哈尔滨、双城、五常、阿城、宾县、巴彦、木兰，共计30个松嫩平原代表站，时间为1961-2017年。

⑵NCEP再分析资料，包括500 hPa位势高度场、850 hPa风场、多层水汽场，海温场以及海冰场等。

⑶国家气候中心的130项环流指数。

图1 1961-2017年松嫩平原(a)气温和(b)降水的背景分析

3 松嫩平原春季气温降水历史背景及2017年实况

将松嫩平原30站气温和降水分别求平均，得到其逐年变化的时间序列曲线，1961年至今气温呈现明显的增高趋势(图1a)。年代际背景，上世纪60-80年代，气温处于低温背景，从80年代末期开始，气温明显升高，一直到2016年气温处于高温背景下。1961年至今降水有增多的趋势(图1b)。上世纪60-80年代降水处于多雨少雨交替变化，80年代-90年代，降水处于少雨期，期间只有两年降水异常偏多，其余多数年份降水正常偏少，进入21世纪之后降水开始增多，同时多年出现降水极值，2014-2016年连续3 a出现降水偏多。

2017年春季松嫩平原大部地区降水偏少，气温全区偏高。其中降水除东南部双城、五常等地外，其它地区均降水偏少20-100%，降水特少（50-100%）的区域主要位于嫩江流域。气温全部偏高，除五常外，其它地区偏高1℃以上，嫩江流域区偏高2℃以上。2017年春季松嫩平原30站的平均气温比同期偏高1.79℃，为1961年以来的历史第5位，排名前4的年份除了1998年以外，其余的年份均为2000年以后，这也表明松嫩平原春季气温一直处于上升趋势；春季松嫩平原30站的平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以来的历史第10位。

4 成因分析

4.1 2017年春季大气环流分析

500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊的环流形势，总体以纬向环流为主。高度场距平自西向东呈现 “-，+，-”的分布，正距平的中心位于贝加尔湖。松嫩平原地区为槽后脊前的正高度距平所控制，东亚大槽强度偏弱位置偏东，贝加尔湖上空为暖高压脊所控制，西伯利亚高压偏弱。热带外北半球总体呈现北低南高的分布型，中纬度到中高纬为正高度距平，极地为负高度距平，AO（北极涛动）处于异常正位相，因此造成北方新地岛和巴伦支海附近的冷空气影响松嫩平原异常偏弱，从而导致松嫩平原地区气温异常偏高。从各月的高度场来看（图略），3月500 hPa高度场欧亚中高纬呈现 “两槽一脊”分布型，40°N-60°N以及60°N以北分别为正、负高度距平所控制，贝加尔湖至黑龙江省北部为正距平中心，其环流场不利于冷空气入侵，造成松嫩平原大部地区异常的气温偏高和降水偏少；4月500 hPa高度场较3月有所调整，欧亚中高纬依然维持“两槽一脊”型分布，但环流型由纬向环流转为偏弱的经向环流，负的高度距平区开始向黑龙江省东部地区转移，但是贝加尔湖到黑龙江省西部地区继续为正高度距平所控制，此时冷空气主要影响黑龙江省东部地区，而松嫩平原大部依然维持高温少雨的情况；5月500 hPa高度场继续维持“两槽一脊”的分布型，东北半球热带外总体仍然呈现“北低南高”分布，只是负高度距平开始向南伸展。与之前两个月相同的是贝加尔湖至黑龙江省的正高度距平依然在维持，同时松嫩平原地区继续高温少雨的形势。

850 hPa风场距平来看，松嫩平原大部地区受偏北风控制，低层水汽输送较差。300-1000 hPa整层水汽输送来看，松嫩平原处于水汽辐散区，由此可见春季松嫩平原水汽输送条件较差，并且此时冷空气活动异常偏弱，从而造成了春季松嫩平原大部地区降水异常偏少。从各月的整层水汽输送和850 hPa风向（图略）来看，3-5月松嫩平原全区处于水汽的辐散区，水汽条件较差。3-4月850 hPa风场全省处于偏北风的控制，5月全省处于西风控制下，同样不利于水汽的输送。综合上述分析表明2017年春季松嫩平原降水偏少的主要原因为水汽辐散以及偏北风和西风的共同影响。

图2 春季欧亚纬向环流指数（a）和东亚大槽（b）年际变化序列

4.2 环流因子与气温的关系

分析国家气候中心130项环流因子[3-4]与气温的关系，选取主要环流因子分析2017年春季松嫩平原气温偏高的原因。图2（a），从松嫩平原春季气温与同期欧亚纬向环流指数的逐年变化看出，两者的变化具有显著的正相关关系，相关系数0.44，可以通过0.01的信度检验。当欧亚纬向环流指数大于零时，表明此时欧亚中高纬以纬向环流为主，来自极地的冷空气很难向南移动，则气温易偏高。反之，则欧亚中高纬以经向环流为主，气温易偏低。2017年春季，欧亚纬向环流指数大于零，有利于松嫩平原气温偏高。

图2（b）从松嫩平原春季气温与同期东亚大槽强度指数的逐年变化看出，两者的变化具有显著的正相关关系，相关系数0.53，可以通过0.001的信度检验。当指数大于零时，表示东亚大槽区高度场偏高，此时东亚大槽的强度偏弱，此时大槽后部的西北气流偏弱，造成气温偏高。反之则当东亚大槽偏强时，气温偏低。2017年东亚大槽指数大于零，大槽强度偏弱，气温偏高。

4.3 外强迫影响降水

4.3.1 北极海冰

近年来，关于北极海冰外强迫的影响很多学者做了大量的研究工作，武炳义、左金清等[5-6]等做了大量关于了秋-冬季北极海冰密度的研究，并指出关键区在巴伦支海-喀拉海-拉普捷夫海以及这些海域的北部相邻海域。海冰密度与冬季西伯利亚高压、东亚冬季风以及北极涛动等中高纬因子变化关系，这些因子与我国冬季乃至下一年春夏季的气温降水都存在重要相关。进入21世纪北极海冰的年代际减少趋势明显，因此研究人员在分析北极海冰时首先要排除线性趋势的影响。本文主要分析北极海冰与春季松嫩降水的关系。

通过把NCEP的北极海冰密度资料进行去除线性趋势处理，分析其与松嫩平原降水相关发现，2016年的秋季在喀拉海北部的相邻海域（80°-100°E，85°-90°N）和 2016 年 11 月拉普捷夫海区（110°-130°E，75°-80°N）存在显著的正相关，相关系数通过0.01的显著性检验。分别对两个海区的海冰密度做平均，去除线性趋势归一化。分析秋季和11月海冰密度年际变化曲线（图略）发现2016年均海冰异常偏少，当海冰异常偏少时，春季松嫩平原易出现降水偏少。分析A海区历史上出现海冰异常偏少 （标准差小于-1）的年份有 1991、1996、1997、2000、2001、2002 年，B 海区历史上出现海冰异常偏少的年份有1985、1996年，其中对应的次年春季松嫩平原降水特征为1986、1992、2001、2003年全区降水一致偏少；1997年降水分布不均，大部地区偏少；1998和2002年全区大部降水偏多。这也反映出前秋北极海冰与次年春季松嫩平原降水关系密切。

4.3.2 海温

关于春季降水与海温的关系，很多研究表明海温有明显的滞后影响，本文主要分析前期海温场的异常与松嫩平原春季降水关系。

首先，分析松嫩平原春季降水与上一年海温场的相关性。其中，松嫩平原春季降水与上一年夏季nino4区的海温相关系数较高（图略）。而进入秋季，高相关系数区域主要在印度洋的北部，与热带印度洋偶极子对应的区域非常接近。此外，从夏季（图略）开始，一直到秋季，北大西洋自南向北始终存在着“+、-、+”的相关性分布，这说明北大西洋三极子的位相同样影响松嫩平原春季降水。

2016年，强EL Nino事件结束，夏季nino4区海温开始转向La Nina状态，并且一直持续到冬季。热带印度洋偶极子从年初开始转向负位相，到秋季指数已经小于-1，热带西印度洋异常偏冷，热带东南印度洋异常偏暖。此时北大西洋三极子持续呈现正位相，北大西洋从北向南为负、正、负的海温距平。以上三个地区的海温距平分布均有利于下一年松嫩平原春季降水偏少，分析80年代以来的秋季热带印度洋负偶极子年和北大西洋三极子正位相同时发生的年份为1992年。此外1998年秋季出现异常热带印度洋负偶极子，与2016年最为相似。这两年春松嫩平原降水都为异常偏少，总结海温外强迫为上一年夏季nino4区海温负距平，秋季印度洋偶极子负位相和北大西洋三极子正位相对春季松嫩平原降水产生影响。

5 总结

(1)2017年春季松嫩平原全区气温异常偏高、降水偏少。平均气温比同期偏高1.79℃，为1961年以来的历史第5位。平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以来的历史第10位。年代际背景分析，上世纪60-80年代，气温处于低温背景，从80年代末期开始一直到现在气温处于高温背景下。上世纪60-80年代降水处于多雨少雨交替变化，80年代-90年代，降水处于少雨期，多数年份降水偏少，进入21世纪之后降水开始增多。

(2)500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊的环流形势，松嫩平原地区为槽后脊前的正高度距平所控制，热带外北半球总体呈现北低南高的分布型，造成北方新地岛和巴伦支海附近的冷空气影响松嫩平原异常偏弱，从而导致松嫩平原地区气温异常偏高。850 hPa风场距平来看，松嫩平原大部地区受偏北风控制，低层水汽输送较差。300-1000 hPa整层水汽输送来看，松嫩平原处于水汽辐散区，水汽输送条件较差，从而造成了松嫩平原大部地区降水异常偏少。

(3)松嫩平原春季气温与同期欧亚纬向环流指数和东亚大槽强度指数呈现显著的正相关，相关系数分别为0.44和0.53，2017年春季，欧亚纬向环流指数和东亚大槽强度指数大于零，欧亚中高纬为纬向环流，大槽强度偏弱，有利于松嫩平原气温偏高。

(4)2016年秋季喀拉海北部的相邻海域和11月拉普捷夫海海冰异常偏少，夏季nino4区海温开始转向La Nina状态，热带印度洋偶极子转向负位相，热带西印度洋异常偏冷，热带东南印度洋异常偏暖，北大西洋三极子持续呈现正位相，北大西洋从北向南为负、正、负的海温距平，外强迫条件有利于松嫩平原降水偏少。

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[6]武炳义，杨琨.从 2011／2012 和 2015／2016 年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用[J].气象学报，2016，74（5）：683-696.