柳州市夏季干旱的大气环流背景特征及成因分析

2018-08-19李家文张凌云

气象研究与应用 2018年4期

李家文，张凌云，刘蕾

（柳州市气象局，广西柳州 545001）

引言

柳州地处广西中部和北部，南北跨度大，地形地貌复杂，水系纵横交错，地势差异大。而位于桂中盆地的柳城-鹿寨一线以南则是主要旱区，年降雨量仅为1100～1200mm。旱灾是柳州出现频率较高、损失较严重的一种自然灾害。据统计，柳州的气象灾害中，干旱灾害占60%，洪涝灾害占13%，其他灾害占27%，干旱是制约柳州农业生产最主要的灾害之一。对于干旱的分析，前人曾做过些研究［1-9］，得出许多有意义的结论。李耀先［10］等曾对广西的干旱进行了系统分析，张凌云［11-12］等分析了柳州干旱的时空分布特征，并对广西春旱的时空分布特征和成因进行了分析。但目前针对夏旱的研究还较少，发生于7～9月夏收秋种期间的夏秋旱则对秋作及其生长发育影响严重，会大大降低秋作的产量及品质，因此研究夏旱意义重大。本文将通过分析柳州夏旱的大气环流背景特征及成因，以期为干旱的预测预报提供科学的理论支撑，从而为柳州的防灾减灾和经济发展提供科学的决策参考。

1 资料和方法

本文所用的资料为：（1）柳州市及所辖6个县（区）1961～2014年共54a的逐日降水资料。（2）1960～2014年共55aNCAR/NCEP再分析资料逐月资料子集中的高空17层纬向风uwnd、经向风vwnd、p坐标垂直速度omega、比湿shum，全球海平面气压slp，分辨率为2.5o×2.5o。（3）1960～2014 年共55a NOAA（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，V2）扩展重构全球海表温度资料，分辨率为2.0o×2.0o。（4）国家气候中心气候系统诊断预测室再处理的74项逐月环流特征量资料。

本文的大气水汽通量采用下式进行计算：

式中各物理量的含义如下：其中ps为地面气压，q为比湿，V→为水平风，u、v分别为纬向风和经向风分量。

另外，对上式计算出的逐日整层大气水汽通量分别进行月平均和季平均处理，得到逐月和季节的整层大气水汽通量。

2 柳州夏旱的大气环流背景特征

2.1 夏旱年水汽通量场特征

图1给出的是夏季平均水汽通量场及柳州夏旱年水汽通量距平合成场。从夏季平均水汽通量场（图1a，见彩页）可以看出，夏季主要是源自孟加拉湾的偏西气流水汽输送带在中南半岛-南海附近北折而上向广西输送水汽，柳州处于偏南气流水汽输送带辐合区中，有利于降水。而在夏旱年（图1b，见彩页），南海-巴士海峡及其以东洋面上空存在一个气旋式水汽通量距平场，柳州处于该气旋式水汽通量场的北侧东北距平气流水汽输送带中，水汽通量距平散度呈现出辐散，表明与平均年相比，输送到柳州上空的水汽通量减弱，水汽通量辐合减弱、辐散增强，因而降水偏少。

2.2 夏旱年850hPa风场特征

图2给出的是夏季850hPa平均风场及柳州夏旱年850hPa风场距平合成场，它们与前面讨论的水汽通量场的特征较为相似。从850hPa平均风场（图2a，见彩页）可以看出，在夏季，印度洋上空低压北侧强盛的偏西气流经孟加拉湾至中南半岛后，在海南岛-南海附近北上影响华南地区，因此，夏季柳州850hPa上空主要盛行偏南气流，有利于水汽输送。而在夏旱年（图2b，见彩页），中国东南部-中南半岛-中太平洋西部为一个反气旋式距平场控制，柳州处于该反气旋式距平场西北侧东北气流距平场中，西南季风明显减弱，低层辐散增强、辐合区减弱，加之柳州上空有一个明显的距平强辐散区，不利于低层辐合产生大的降水。

2.3 夏旱年500hPa位势高度场分析

图3给出的是夏季500hPa平均高度场及柳州夏旱年500hPa高度距平合成场。在夏季500hPa平均高度场上（图3a，见彩页），中高纬地区环流较为平直，东亚大槽较浅，低纬西太平洋地区为副热带高压控制，阿拉伯海湾-印度-孟加拉湾一带有一个很深的气旋性弯曲，印缅槽十分明显，柳州位于印缅槽前和西太平洋副高西侧之间的西南气流区中，有利于降水发生。而在柳州夏旱年500hPa高度距平合成场上（图3b，见彩页），我国东北-日本岛-白令海陕一带为负距平区，其余亚洲大陆大部至低纬地区为正距平区，孟加拉湾-我国南海-东海一带为显著的正距平区，说明在柳州夏旱年，中高纬一脊一槽型趋于明显，但槽区偏北，低纬印缅槽变浅，大陆高压和副热带高压均增强。

2.4 夏旱年500hPa垂直速度场特征

图4给出的是夏季500hPa平均垂直速度场（a）及柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成场（b）。在夏季500hPa平均垂直速度场上（图4a），中低纬亚洲大陆-西太平洋地区均为ω＜0，其中心低值区主要位于孟加拉湾一带，我国的华南-东南为次低值中心区，说明夏季上述地区500hPa上空以上升运动为主，而孟加拉湾至我国华南一带上升运动最剧烈，降水最丰富。而在柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成场上（图4b），以华南地区上空为显著的正距平，柳州位于正距平中心区，说明夏旱年柳州上空上升运动明显减弱；同时还可以看到，青藏高原南坡-孟加拉湾一带也为显著正距平区，说明该区域上升运动明显减弱，与夏旱年印缅槽偏弱有关。

图4 夏季500hPa平均垂直速度场（a）及柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成场（b）（图中阴影区为通过α=0.1显著水平检验的区域；单位：a:Pa·s-1，b:10-3Pa·s-1）

2.5 夏旱年海平面气压场特征

图5给出的是夏季平均海平面气压场及柳州夏旱年海平面气压距平合成场。在夏季平均海平面气压场上（图5a），阿留申低压消失，太平洋西部-亚洲大陆-印度洋北部则为低压环流控制，柳州处于低压环流东南侧和副高西侧之间的偏南气流区中。而从柳州夏旱年海平面气压距平合成场（5b）可以看出，我国东海至中太平洋西部地区为显著的负距平区，亚洲大陆大部地区为正距平区，说明与平均场相比，在柳州夏旱年，阿留申低压增强，亚洲热低压减弱。

图5 夏季平均海平面气压场（a）及广西夏旱年海平面气压距平合成场（b）（图中阴影区为通过α=0.1信度检验的区域；单位：hPa）

2.6 夏旱年海温场分析

图6给出的是柳州夏旱年海温距平合成场。可以看出，在柳州夏旱年，印度半岛附近以南至赤道地区为显著的负温度距平区，我国东海至中太平洋西部地区为显著的负温度距平区，与上述两个区域海平面压为正距平区一致。

图6 柳州夏旱年海温距平合成场（图中阴影区为通过α=0.1显著水平检验的区域；单位：℃）

3 柳州夏旱的前期大气环流信号

图7给出的是柳州夏旱年春季500hPa高度（a）、海平面压（b）及海温（c）距平合成场。根据高度距平的分布可知，在柳州夏旱年春季，500hPa中高纬地区槽脊明显增强，两槽一脊形势趋于明显，说明柳州夏旱年春季东亚大槽偏强，副高偏弱。由图7b可以看出，在柳州夏旱年春季，阿留申低压和副高均减弱。由图7c也可以看出，在柳州夏旱年春季，北太平洋西部至我国南海、北印度洋至孟加拉湾-阿拉伯海湾的广阔洋面上为显著的负温度距平区，与副高偏弱和印缅槽偏强有关。

综上所述，柳州夏旱的前期大气环流信号是：夏旱年春季，500hPa中高纬地区两槽一脊形势明显，东亚大槽偏强，副高偏弱，印缅槽偏强；地面阿留申低压偏弱。

图7 柳州夏旱年春季500hPa高度（a）、海平面气压（b）及海温（c）距平合成场（图中阴影区为通过α=0.1显著水平检验的区域；单位：a：gpm，b：hPa，c：℃）

4 柳州夏旱的成因分析

通过对柳州夏旱年各种大气环流背景场的分析，可以发现，夏旱的发生，与整层水汽输送条件、水汽通量的辐散辐合、500hPa高度场、850hPa风场、海平面气压场和海温场的分布特征有密切关系。环流背景场分析表明，在夏旱年，柳州处于整层积分水汽通量偏北气流距平辐散区，850hPa柳州处于东北气流距平辐散区，500hPa高度距平合成场上中高纬一脊一槽型明显，但槽区偏北，低纬印缅槽变浅，大陆高压和副热带高压均增强，柳州上空上升运动明显减弱，阿留申低压增强，亚洲热低压减弱，在海温场上，印度半岛附近以南至赤道地区为显著的负温度距平区，我国东海至中太平洋西部地区为显著的负温度距平区。

根据夏旱年大气环流的异常特点可知，从水汽条件来看，夏旱年整层积分水汽输送的西南水汽输送强度减弱，水汽通量辐合减弱，500hPa印缅槽变浅，西太平洋副热带高压偏强，不利于水汽向华南地区输送，850hPa西南季风明显减弱，低层辐散增强、辐合区减弱，加之柳州上空有一个明显的距平强辐散区，不利于低层辐合产生大的降水。从动力条件来看，中高纬槽底位置偏北，印缅槽偏弱，大陆高压增强，柳州上空上升运动减弱，不利于降水的动力触发。