2011—2012年冬季西南地区干旱的时空分布特征及其动力成因诊断

周 莉 ，蔡荣辉 ，兰明才 ，邓朝平 ，文 萍 ，张舰齐 ，刘立军

（1.湖南省气象台，长沙 410118；2.国防科技大学气象海洋学院，长沙 410118；3.空军参谋部气象局，北京 100032）

2011—2012年冬季中国西南地区 （尤其是云南）出现了罕见的干旱天气，具体表现为降水持续偏少，气温偏高，旱灾发生范围广、干旱严重、持续时间久，给西南地区造成了严重损失。干旱是西南地区主要气象灾害之一，几乎每年都有发生，但起止时段、区域范围、严重程度有很大差异。因土壤质地、植被条件、水利设施以及耕作制度等不同，干旱有成块分布和插花分布等形式，旱灾所造成的损失表现形式比洪涝灾害缓慢，但它造成灾害的时间长、范围广、后续潜在影响大［1］。

针对西南干旱的研究已有很多［2－5］。大部分研究都表明，特大干旱的成因与同期大气环流的异常特征有很大关系，尤其是中高纬度环流及西太平洋副热带高压、西风带环流等都持续异常。宋洁等［6］讨论了在北半球冬季北大西洋涛动和云南省降水（旱涝）之间的联系发现，大西洋涛动和云南省冬季降水之间存在一定的联系。

本研究利用气候诊断方法，着重从环流特征、西太平洋副热带高压及东亚冬季风特征、冷空气及湿度条件等方面，对2011—2012年冬季西南地区干旱的成因进行详细分析，以期提高对西南地区异常气候的预测能力。

1 资料来源

图1 2011-2012年年西南地区冬季降水距平百分率的空间分布

选取中国160站1951—2012年逐月降水量资料；NCEP 2.5°×2.5°再分析资料的海平面气压场、高度场、风场、湿度场和NOAA的OLR资料。气候平均场，除了降水量资料为1983—2012年平均场外，其余物理量均为1971—2000年平均场。

2 2011-2012年冬季西南地区降水特征

2.1 空间分布特征

从 2011—2012年西南地区 12、1、2月及冬季（12月至次年2月）平均降水距平百分率的空间分布（图1）可见，12、1、2月及整个冬季西南大部分地区降水都偏少。1月（图1a），除西南地区除四川中南部至广西西部地区的南北走向的狭长范围内降水偏多外，其余地区均偏少，呈现不同程度的干旱。在云南北部至四川西南部和广西东部出现两个负距平大值区，负距平大值区中心的降水偏少超过80%。1月（图1b），旱情有所缓解，但是云南北部至四川西南部，持续干旱，与历史同期相比降水偏少40%。到2月（图1c），旱情再度加重，除四川中西部外，整个西南地区出现大面积干旱，尤其是云南省，旱情严重，与历史同期相比降水偏少100%。冬季（图1d），整个西南地区东、西部降水都明显偏少，其中云南西北部、四川西部一带为低值中心，较常年降水偏少60%左右。

2.2 时间分布特征

为了反映2011—2012年西南地区冬季降水的总体特征，进一步分析其时间变化特征。由于2011—2012年冬季西南降水持续偏少的地区出现在西南西部地区（以云南为主），本研究将西南西部地区（以云南为主）作为主要的研究目标，图2选取了该地区1983—2012年各检测站降水资料，反映西南部分地区30年冬季降水距平百分率的时间分布。

从西南西部地区30年冬季3个月平均降水距平百分率（图2a）可以看出，西南西部地区较同期偏少50%以上，偏少程度仅次于1986、1989、2009和2010年。2月西南地区旱情加重，干旱面积大范围增加，从西南西部地区30年冬季2月平均降水距平百分率（图2b）可以看出，西南西部地区从2008年到2012年2月连续4年均出现严重干旱，偏少程度均达到80%左右。

图2 西南西部地区30年冬季降水距平百分率的时间分布

3 干旱成因诊断分析

3.1 中高纬度环流及西太平洋副热带高压特征

西太平洋副热带高压是造成低纬高原地区旱涝的主要天气系统之一［7］。2011年12月西太平洋副热带高压持续偏西偏强、面积偏大。利用国家气候中心的监测指数数据可以算出，2011年12月西太平洋副热带高压脊线位置偏北1.4个纬距，从面积指数距平看，面积较气候平均态偏大1.9，强度指数偏大1.8，西伸脊点较常年偏西11个经距。西太平洋副热带高压强弱、活动范围对旱涝变化有重要影响，对降水的多寡更具有直接作用，这种面积偏大，强度偏强，位置偏西的异常形态，阻碍了西南季风将孟加拉湾等地的暖湿气流输送到云贵高原［4］，使得该地降水偏少。

2011年12月北半球500 hPa位势高度（图3a）及其距平（图3b）显示，极涡中心偏向西半球，且强度偏弱，西伯利亚高压较常年同期明显偏强，亚洲地区中高纬环流较为平直，无明显的持续性阻塞形势；东亚大槽位置偏东，强度偏弱；低纬印缅槽偏弱，西太平洋副热带高压强度偏强。图4为2011—2012年北半球500 hPa冬季平均位势高度及其距平。

图3 2011年12月北半球500 hPa位势高度（a）及其距平（b）

图4 2011-2012年北半球500 hPa冬季平均位势高度（a）及其距平（b）

图5 2011-2012年冬季OLR距平场

OLR在低纬度地区主要表征对流活动的强弱。从2011至2012年冬季OLR距平场（图5）可以看出，青藏高原地区总体为OLR正值区，尤其在2月，距平值都≥15 W/m2，表明凝结潜热较常年明显减弱，正好对应了西太平洋副热带高压偏强且位置偏北偏西。此外，从2月距平图中可以看出，从孟加拉湾到西南整个地区都仍处于＜15 W/m2正距平区，可见西南及孟加拉的对流活动受到抑制，降水普遍较少，这和赵声蓉等［8］的研究结果一致。

3.2 东亚冬季风特征

图6为1948—2012年冬季平均雨量与同期850 hPa经向风的相关分析结果，可以看到冬季西南雨量与东亚中纬度地区的经向风有明显的正相关，大于0.2的相关系数通过95%的置信度检验，云南北部和四川西部相关系数大于0.3。相关场分布特征表明，强东亚冬季风年西南西部地区降水偏少，而弱东亚冬季风年西南西部地区降水偏多。

东亚冬季风变化主要取决于西伯利亚高压变化，一般用110°E和160°E海平面气压之差的代数和来定义冬季风强度指数［9］。在500 hPa北半球冬季3个月平均位势高度图（图4a）及其距平（图4b）上可以看出，西伯利亚高压较常年同期明显偏强，表明东亚冬季风偏强，对应冬季西南西部地区降水偏少。可见，东亚冬季风偏强也是冬季西南西部地区干旱的成因之一。

图6 1948-2012年冬季雨量与同期850 hPa经向风的相关分析结果

3.3 冷空气和西南暖湿气流

3.3.1 冷空气活动 图 7为 2012年 1—2月逐候500 hPa 高度距平的时间－经度剖面图 （30°－45°N），由图7可见，亚洲中纬度东西部地区的高度差异具有显著的季节性特征，1月第4候到2月第3候，40°－100°E之间位势高度最大，最大正距平中心位于2月第1候，100°E的位置，而东亚以东120°－160°E地区为明显的位势高度小值区，东西部地区的高度差异较为明显，表明该时段内亚洲中纬度地区环流的经向度加大，槽脊是加深加强的，对应东亚地区有较强冷空气活动。

图7 2012年1-2月逐候500 hPa高度距平沿的时间－经度剖面（30°－45°N）

图8 为2011—2012年冬季700 hPa平均风场及距平值。由图8可知，尽管影响欧亚中高纬度地区的冷空气偏强，但由于云南地区位于青藏高原向东延伸的低纬高原地区，受地形的作用，只有位置比较偏南的冷空气才会对云南造成一定的影响。分析表明，冷空气位置比较偏北偏东，东亚中低纬度地区主要还是被较为平直的西风气流控制。

图9为2011—2012年冬季3个月海平面平均气压场及距平值，可以看出，西南西北部地区受云贵高原地形阻挡，冷空气活动较弱，在距平图上可以看出西南西北部地区处于一个负距平的区域，云南北部四川西北部处于负距平较大的一个区域，说明能影响西南西北部的冷空气较常年偏弱。

图8 2011-2012年冬季3个月700 hPa平均风场（a）及距平值（b）

3.3.2 水汽条件 图10为2011—2012年冬季700 hPa平均相对湿度及距平值，可以看出，西南地区700 hPa平均相对湿度值尽管在50%～60%，不算特别低，但是从平均相对湿度距平来看，西南地区处于负距平区，较常年同期偏低了9%～12%，表明水汽条件较差。结合冬季850 hPa水汽输送通量场 （图11a），可以看到，西南地区东部的水汽主要有3条，剩余的则来自于孟加拉湾，还有一条是来自于南海以及西太平洋，3条水汽在西南地区汇合，形成西南－东北向的水汽通道，但强度明显偏弱。从距平（图11b）可以看到，西南大部分地区表现为弱的矢量距平，方向由北向南，表明与常年相比，该地自南向北的水汽输送有所减弱，无法提供降水充沛的水汽供应。整层水气输送通量矢量场（图11c）可以看到，与850 hPa水汽输送类似，来自于孟加拉湾和南海的水气输送汇合后向北输送至西南地区，而直接由西太平洋输送来的水汽较少，距平上（图11d）西南地区虽然没有出现由北向南的矢量距平，但都是正东和正西方向上的矢量距平，表明水气输送不足。

图9 2011-2012年冬季3个月海平面平均气压场（a）及距平值（b）

图10 2011-2012年冬季700 hPa平均相对湿度（a）及距平值（b）

图11 2011-2012年冬季850 hPa水汽输送通量场（a）及其距平场（b）以及整层水汽输送通量场（c）及其距平场（d）

4 结论与讨论

综合以上分析，得到以下主要结论：①2011—2012年冬季西南干旱主要与大气环流异常有关。西太洋副热带高压较常年异常偏强，脊线位置偏北，不利于将孟加拉湾等地的暖湿气流输送到云贵高原；西伯利亚高压较常年同期明显偏强，表明东亚冬季风偏强，对应冬季西南西部地区降水偏少。②尽管影响欧亚中高纬度地区的冷空气偏强，但由于云南地区位于青藏高原向东延伸的低纬高原地区，受到地形的作用，只有位置比较偏南的冷空气才会对云南造成一定的影响。分析表明，冷空气位置比较偏北偏东，东亚中低纬度地区主要还是被较为平直的西风气流控制，能影响西南西北部的冷空气较常年偏弱。同时，环流异常也不利于暖湿气流输送，造成西南地区处于干暖西风气流的控制之下，所以不利于冷暖空气交汇而产生降温降雨天气，此外，孟加拉的OLR值偏高，对流活动受到抑制，因此使得天气持续晴朗少雨。

本研究从几个方面对2011—2012年冬季西南干旱的成因进行初步分析，至于各个因子具体如何影响冬季西南干旱，有待进一步研究。