1961—2017年四川省夏季长周期旱涝急转演变特征及环流影响分析

甄英 董雪峰 何静

摘要 基于NECP/NCAR再分析资料和四川省38个站点降水资料，结合长周期旱涝急转指数，分析了四川省夏季旱涝急转的时间演变特征及其与典型年份大气环流的联系。结果表明：1）四川省夏季旱涝急转指数年际变化差异较大，旱转涝事件多于涝转旱事件，但发生旱转涝事件的可能性和强度降低，而涝转旱年强度更强;2）旱转涝年的旱期与涝转旱的涝期相比，前者西太平洋副高位置偏西、偏强，不易将南海及西太平洋的水汽输送到四川，降水偏少偏旱，而后者中高纬槽脊波动剧烈，在高原东南侧低值系统与副高的配合下，有利于暖湿气流向北输送，在四川地区形成降水;而旱转涝年涝期与涝转旱年旱期相比，环流经向运动偏强，中高纬槽脊波动明显，有利于中高纬冷空气南下与低纬北上的暖湿气流相遇形成降水，降水偏多偏涝。

关键词四川省;旱涝急转指数;大气环流;标准化降水量

气候变化已成为当今世界最普遍关注的问题之一。随着全球气候变暖趋势的加剧，近年来极端气候导致的灾害事件频发（刘宇峰等，2017），尤其是一年内出现干旱与洪涝的频率增加，季节内的“旱涝并存、旱涝急转”现象在我国淮河流域（齐冬梅等，2011）、长江流域（齐冬梅等，2011，2017;廖光明等，2012;王黎娟和高龙龙，2017）及华南地区（韩林君和白爱娟，2019）都表现得很明显。对于旱涝灾害较严重的西南地区，也有学者开始关注其季节内的旱涝急转现象（吴志伟等，2006，2007）。

四川地处西南内陆，区域内地势起伏落差较大，年降雨量时空分布不均（程智等，2012），是我国旱涝频发且较为严重的地区之一。国内已有学者针对该区域的干旱时空分布特征（王传辉等，2014;陈建杰和余锦华，2016）、降水量变化特征（张天宇等，2014;何慧等，2016）、旱涝特征变化及其与大气环流之间的关系（温克刚和丁一汇，2008;孙小婷等，2017）做了详细研究，但还没有对季节内旱涝急转特征及其环流形式进行过分析。分析四川区域内的旱涝转换及影响机制对保障人民生产、生活，防灾减灾有重要意义。本文初步分析了四川省夏季长周期旱涝急转的演变及大气环流特征，以期为夏季抗旱防洪工作提供一定科学依据。

1 资料与方法

1.1 数据资料

选取1961—2017年夏季（5—8月）四川省38个气象台站（图1）日降水数据，基于NCEP/NCAR再分析资料选取同期的月平均数据，包括位势高度场、水平纬向风U、经向风V，分辨率为2.5°×2.5°。

1.2 研究方法

因受不同的地貌和季风环流的交替影响，四川具有独特的气候类型，雨季主要集中在5—9月（周长艳等，2011）。结合《中国气象灾害大典》（四川卷）中记录，四川洪涝主要发生在5—10月，以7—8月为盛，7月尤盛;而干旱分春旱（3月1日—5月5日）、夏旱（4月26—7月5日）和伏旱（6月26—9月5日）。综合上述资料，夏季发生洪涝、干旱主要集中在5—8月。同时统计四川近57 a日降水量，其中5—8月的降水量占全年降水的80.99%，故选取5—8月降水量代表夏季降水。

本文采用吴志伟等（2006）定义的长周期降雨旱涝急转指数LDFAI进行分析，其中旱涝变化的时间尺度为2个月（杨金虎等，2015;刘宇峰等，2017）：

LDFAI=（P后-P前）（|P前|+|P后|）×1.8-|P前+P后|。 （1）

式中：P前为前汛期（5—6月）标准化降水量;P后为后汛期（7—8月）标准化降水量;|P前|+|P后|为旱涝强度项;1.8-|P前+P后|为权重系数，作用是增加长周期旱涝急转事件所占权重，降低全旱或全涝事件权重（齐冬梅等，2012;张瑞等，2018）。LDFAI指数大于1为旱转涝事件，小于-1为涝转旱事件，介于-1～1的属于正常状态，LDFAI指数绝对值越大说明旱涝急转事件越严重（邢彩盈等，2018）。

2 旱涝急转指数适用性分析及典型年份选取

选取1961—2017年夏季LDFAI指数最高（低）前5 a值和标准化降水量（表1）对四川夏季旱涝转换情况进行分析。高LDFAI指数年的5—6月标准化降水量值均小于7—8月，即降水量从5—6月到7—8月有增加趋势。高LDFAI指数的5—6月标准化降水量均远小于-0.5，表明降水量较多年同期偏少，显著偏旱;高LDFAI指数的7—8月标准化降水量均大于0.5，且有3 a大于1，表明降水量较多年同期偏多，显著偏涝。同理可得低LDFAI指数的旱涝情况。由此可见，高LDFAI指数对应“旱转涝”，低LDFAI指数对应“涝转旱”，其中绝对值大于1的最高（低）前5个年份作为典型旱涝急转年。

图2分别给出了典型年的旱转涝年和涝转旱年5—6月与7—8月的降水距平百分率合成。从图2a中可以看出高LDFAI指数年5—6月降水距平百分率从西北向东南减少，川东北和盆地西南部分地区降水减少2成以上。7—8月（图2b）全省降水整体偏多，其中川西北、川东和盆地中部部分地区降水较常年同期偏多3成。低LDFAI指数年反映出与高指数年不同的降水分布趋势，5—6月（图2c）降水距平百分率从西北向东南增多，川东降水较常年同期多3成以上;7—8月（图2d）降水整体偏少，川东和川西北部分地区降水较常年同期减少3成以上。综上所述，LDFAI指数基本能够反映四川夏季旱涝转换的变化特征。

3 夏季长周期旱澇转换演变特征

夏季LDFAI指数可以反映研究区旱涝转换的过程，但却不能反映旱涝转换的强度，因此对LDFAI指数取绝对值，分别绘出LDFAI指数和强度时间序列（图3）。由图3a可见，57 a来LDFAI指数年际变化存在较大差异，其中1967年指数值最低（-8.11），1988年指数值最高（5.82），整体旱涝急转转换强度下降，即发生旱转涝事件的可能性略减小。LDFAI指数具有阶段性特点，1961—1970年间指数高值较多（旱转涝3次，涝转旱1次），旱转涝年偏多;1971—1980年间指数低值较多（旱转涝2次，涝转旱3次），涝转旱年偏多;1981—2000年间指数高值较多（旱转涝5次，涝转旱2次），旱转涝年偏多;2000年以来，指数振幅相对其他时期较小，说明未出现极端夏季旱涝转换事件，并且指数低值较多（旱转涝2次，涝转旱4次），涝转旱年偏多。整体来看，在57 a中四川夏季旱涝转换事件中发生旱转涝情况略多，这与孙小婷等（2017）研究西南地区夏季长周期旱涝急转结论基本一致。

從LDFAI强度（图3b）来看，四川夏季旱涝转换强度整体略降低。近57 a，LDFAI强度也存在显著阶段性，1961—1964年与1980—1987年为相对偏弱期;1965—1979年和1988—2017年为相对偏强期，1967、1988、2002年旱涝转换较强。结合表1分析结果，表明四川涝转旱年强度比旱转涝年强度更强。

4 旱涝转换典型事件环流形势分析

异常环流形势是旱涝转换事件的主要成因之一，了解大气环流背景的变化是认识区域降水变化的关键（陈权亮等，2010）。为分析影响四川省夏季LDFAI旱涝转换的环流因素，根据前文中选出的旱转涝典型年（1966、1979、1988、1993、2005年）和涝转旱典型年（1967、1971、1992、2002、2016年），从500 hPa高度场、200 hPa风场、700 hPa垂直速度场和水汽输送场这四个方面讨论旱涝转换期间的大气环流特征。

4.1 500 hPa高度场

夏季西太平洋副高是影响四川地区降水最主要的天气尺度系统（邓国卫等，2017）。

从四川夏季LDFAI指数典型年的500 hPa合成高度场可见，旱转涝年的旱期（5—6月;图4a）与涝转旱的涝期（5—6月;图4c）相比，前者西太平洋副高位置偏西、偏强（图4中加粗的5 860和5 880 gpm等值线，下同），南海及西太平洋的水汽输送不易到达四川，不利于产生降水。与此同时，四川地区处于正值区，说明受高压脊控制较多，无法与中国南部的暖湿空气相遇形成降水。后者在乌拉尔山附近有大面积负距平区，欧洲和东西伯利亚地区为正距平区，槽脊波动明显，有利于中高纬冷空气沿西路路径经我国新疆、青海和青藏高原东南侧输送至四川地区，而此时副高的范围较前者略偏东，四川位于副高的西北侧，副高西侧的偏南气流引导南海及西太平洋的暖湿空气输送到四川，给四川地区带来充沛的水汽，四川西部存在一低值系统，低值系统前部偏南风引导孟加拉湾水汽向北输送，有利于降水的产生。

在旱转涝年涝期（7—8月;图4b）与涝转旱年旱期（7—8月;图4d）相比较可见，前者环流经向运动较强，乌拉尔山为正值区，贝加尔湖以西为负值区，阻塞形势明显，有利于乌拉尔山冷空气南下。西太平洋副高整体偏北，强度增强，此时四川地区位于副高西北侧，副高西侧的偏南气流引导南海和西太平洋的暖湿空气向北输送至四川地区，与冷空气相遇形成降水。后者中高纬度环流纬向运动明显，大范围的正距平区不利于冷空气南下，此时副高位置偏东、偏弱，不利于水汽输送至四川，因缺乏水汽的补充与冷暖空气的对流，四川地区难以产生降水。

4.2 200 hPa纬向风场

降水的形成与高空风场有很大的关系，图5为四川夏季旱涝急转典型年200 hPa合成纬向风场差值图。5—6月（图5a）西风带影响范围更广，蒙古国和贝加尔湖地区呈正差值区，表明此处在旱转涝年前期纬向环流较强，这样的环流形势不利于高纬地区冷空气南下至四川地区产生降水。7—8月（图5b）中高纬度地区西风带为负差值区，表明旱转涝年后期较涝转旱年后期西风带强度偏弱，对应经向环流加强，更有利于高纬度地区冷空气的南下，从而形成降水。

4.3 700 hPa垂直速度场

从四川夏季旱涝急转典型年700 hPa垂直速度差值场来看，5—6月（图6a）除四川北部、西部地区为弱负差值区外其余地区处于正差值控制区，上升气流较弱，对应下沉气流较强，不利于降水的产生，说明旱转涝年旱期相较于涝转旱年涝期，降水偏少。7—8月（图6b）四川处于强负差值区，强烈的垂直上升运动有利于降水的生成，说明旱转涝年涝期对较于涝转旱年旱期，降水偏多。

4.4 水汽输送场

图7为四川夏季旱涝急转典型年东亚地区整层水汽通量矢量合成差值场（旱转涝年减去涝转旱年）。5—6月（图7a），四川地区水汽通量差值较小，孟加拉湾和中南半岛南部水汽向西输送，由西南方向进入四川水汽减少，且四川处于水汽辐散区（四川地区虽有水汽辐合现象，但辐合运动较小），不利于产生降水。7—8月（图7b），四川被负值区所控制，南海及附近西太平洋为差值偏东南的水汽输送，加之经中南半岛北部到达四川的水汽明显增多，与高原南侧向东北方向的水汽输送相配合，此时四川处于水汽辐合区，有利于产生降水，故而降水充沛。

5 结论与讨论

通过计算1961—2017年四川省夏季旱涝急转指数，分析了其旱涝转换演变特征及其与大气环流的联系，得到如下几点结论：

1）四川省夏季LDFAI指数存在较大的年际差异，且具有阶段性特点。1961—1970年和1981—2000年夏季旱转涝多于涝转旱;1971—1980年和2001—2017年涝转旱多于旱转涝。LDFAI强度逐渐降低，其阶段性特点为：1961—1964年与1980—1987年为强度相对偏弱期;1965—1979年和1988—2017年为强度相对偏强期。

2）四川省夏季长周期旱涝急转典型年份的旱转涝年的旱期与涝转旱年的涝期对比结果显示，前者西太平洋副高偏西，影响范围更大，输送至四川的水汽较少，不利于将低纬度的暖湿气流向北输送，中高纬度地区纬向环流较强，难以使中高纬度冷空气南下，上升气流较弱，降水偏少，而后者中高纬槽脊波动剧烈，引导冷空气南下，在高原东南侧低值系统与副高的配合下，有利于暖湿气流向北输送，在四川地区形成降水;而旱转涝年的涝期与涝转旱年的旱期相比显示，前者西太平洋副高偏东，强度增加，加之东南季风的影响，有利于暖湿气流向四川地区输送，西风带影响减弱，经向环流加强，中高位冷空气南下，在四川与暖湿气流汇合，上升气流较强，水汽输送较多，降水偏多。

本文从降水和大气环流角度分析了四川夏季旱涝转换的特征，未考虑气温、海温等因素对事件的影响机制，未考虑更长或更短时间尺度下旱涝急转指数的特征，这些问题有待做进一步深入研究。

参考文献（References）

陈建杰，余锦华，2016.基于信息扩散理论的四川盆地农业旱灾风险评估[J].大气科学学报，39（5）：712-720. Chen J J，Yu J H，2016.Risk assessment of drought on agricultural land in the Sichuan Basin based on information diffusion theory[J].Trans Atmos Sci，39（5）：712-720. doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130331001.（in Chinese）.

陈权亮，刘晓冉，范广洲，等，2010.川西高原夏季降水变化特征及其异常年环流形势[J].中国沙漠，30（3）：706-711. Chen Q L，Liu X R，Fan G Z，et al.，2010.Features of summer precipitation change over the west Sichuan plateau and its relationship with large-scale circulations[J].J Desert Res，30（3）：706-711.（in Chinese）.

程智，徐敏，罗连升，等，2012.淮河流域旱涝急转气候特征研究[J].水文，32（1）：73-79. Cheng Z，Xu M，Luo L S，et al.，2012.Climate characteristics of drought-flood abrupt change events in Huaihe River Basin[J].Hydrology，32（1）：73-79.doi：10.3969/j.issn.1000-0852.2012.01.015.（in Chinese）.

邓国卫，孙俊，阮贵宾，等，2017.四川省暴雨洪涝灾情特征及主汛期环流背景分析[J].高原气象，36（6）：1521-1532. Deng G W，Sun J，Ruan G B，et al.，2017.Rainstorm and flood disaster characteristics and analysis of circulation background in main flood season in Sichuan[J].Plateau Meteor，36（6）：1521-1532.doi：10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00099.（in Chinese）.

何慧，廖雪萍，陆虹，等，2016.华南地区1961—2014年夏季长周期旱涝急转特征[J].地理学报，71（1）：130-141. He H，Liao X P，Lu H，et al.，2016.Features of long-cycle drought-flood abrupt alternation in South China during summer in 1961—2014[J].Acta Geogr Sin，71（1）：130-141.doi：10.11821/dlxb201601010.（in Chinese）.

韩林君，白爱娟，2019.2004—2017年夏半年西南涡在四川盆地形成降水的特征分析[J].高原气象，38（3）：552-562. Han L J，Bai A J，2019.Precipitation characteristics of Southwest Vortex in Sichuan basin from may to October in 2004—2017[J].Plateau Meteor，38（3）：552-562.（in Chinese）.

廖光明，延軍平，胡娜娜，等，2012.四川盆地东部近50年降水与旱涝时间序列分析[J].长江流域资源与环境，21（9）：1160-1166. Liao G M，Yan J P，Hu N N，et al.，2012.Analysis on temporal series of precipitation and drought-flood about the recent 50 years in the east of Sichuan basin[J].Resour Environ Yangtze Basin，21（9）：1160-1166.（in Chinese）.

刘宇峰，原志华，郭玲霞，等，2017.1961—2013年山西省夏季旱涝急转时空演变特征[J].生态与农村环境学报，33（4）：332-340. Liu Y F，Yuan Z H，Guo L X，et al.，2017.Characteristics of spatio-temporal variation of abrupt alternation of drought and flood in Shanxi Province during summers in 1961—2013[J].J Ecol Rural Environ，33（4）：332-340.doi：10.11934/j.issn.1673-4831.2017.04.006.（in Chinese）.

齐冬梅，李跃清，陈永仁，等，2011.近50年四川地区旱涝时空变化特征研究[J].高原气象，30（5）：1170-1179. Qi D M，Li Y Q，Chen Y R，et al.，2011.Spatial-temporal variations of drought and flood intensities in Sichuan region in the last 50 years[J].Plateau Meteor，30（5）：1170-1179.（in Chinese）.

齐冬梅，李跃清，刘昆鹏，2012.四川地区夏季旱涝与西太平洋副热带高压的关系[J].高原山地气象研究，32（2）：41-46. Qi D M，Li Y Q，Liu K P，2012.Relationship between the drought and flood intensity in Sichuan area in summer and west Pacific subtropical high[J].Plateau Mt Meteorol Res，32（2）：41-46.（in Chinese）.

齐冬梅，李跃清，王莺，等，2017.基于Z指数的四川干旱时空分布特征[J].干旱气象，35（5）：734-744. Qi D M，Li Y Q，Wang Y，et al.，2017.Temporal-spatial abnormity characteristics of drought in Sichuan Province based on Z index[J].J Arid Meteor，35（5）：734-744.（in Chinese）.

孙小婷，李清泉，王黎娟，2017.我国西南地区夏季长周期旱涝急转及其大气环流异常[J].大气科学，41（6）：1332-1342. Sun X T，Li Q Q，Wang L J，2017.Summer long-cycle drought and flood rapid turn and atmospheric circulation anomaly in southwest China [J].Chin J Atmos Sci，41（6）：1332-1342.（in Chinese）.

王传辉，杨玮，周顺武，等，2014.2011年初夏长江中下游地区旱涝急转前后环流和水汽条件分析[J].高原气象，33（1）：210-220. Wang C H，Yang W，Zhou S W，et al.，2014.Analysis on characteristics of atmospheric circulation and moisture around abrupt alternation of drought and flood in middle and lower reaches of the Yangtze River during May-June of 2011[J].Plateau Meteor，33（1）：210-220.（in Chinese）.

王黎娟，高龙龙，2017.江南春雨的时空分布特征及其旱涝年环流差异[J].大气科学学报，40（3）：310-320. Wang L J，Gao L L，2017.The spatial and temporal distribution of the spring persistent rains and circulation differences between its drought and flood years[J].Trans Atmos Sci，40（3）：310-320. doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150812001.（in Chinese）.

溫克刚，丁一汇，2008.中国气象灾害大典综合卷[M].北京：气象出版社：44-228. Wen K G，Ding Y H，2008.The comprehensive volume of China meteorological disaster grand ceremony[M].Beijing：China Meteorological Press：44-228.（in Chinese）.

吴志伟，李建平，何金海，等，2006.大尺度大气环流异常与长江中下游夏季长周期旱涝急转[J].科学通报，51（14）：1717-1724. Wu Z W，Li J P，He J H，et al.，2006.Large scale atmospheric circulation anomalies and long cycle droughts and floods in Yangtze Plain[J].Chin Sci Bull，51（14）：1717-1724.（in Chinese）.

吴志伟，李建平，何金海，等，2007.正常季风年华南夏季“旱涝并存、旱涝急转”之气候统计特征[J].自然科学进展，17 （12）：1665-1671. Wu Z W，Li J P，he J H，et al.，2007.Climatic statistical characteristics of drought and flood in summer of South China in normal monsoon year[J].Advances in Natural Science，17 （12）：1665-1671.（in Chinese）.

邢彩盈，胡德强，吴胜安，等，2018.海南岛后汛期旱涝急转及其海气异常特征分析[J].干旱气象，36（04）：568-577. Xing C Y，Hu D Q，Wu S A，et al.，2018，Analysis on the characteristics of the air-sea Anomaly and the rapid turn of drought and flood in the late flood season in Hainan Island[J].Journal of Arid Meteorology，36（04）：568-577.（in Chinese）.

杨金虎，孙兰东，林婧婧，等，2015.西北东南部夏季旱涝急转异常分析及预测研究[J].自然资源学报，30（2）：282-292. Yang J H，Sun L D，Lin J J，et al.，2015.Analysis and predication of the drought-flood sharp turn in summer over the southeast part of northwestern China[J].J Nat Resour，30（2）：282-292.（in Chinese）.

张天宇，唐红玉，雷婷，等，2014.重庆夏季旱涝急转与大气环流异常的联系[J].云南大学学报（自然科学版），36（1）：79-87. Zhang T Y，Tang H Y，Lei T，et al.，2014.The relationship between summer drought-flood abrupt alternation in Chongqing and the anomalous of atmospheric circulation[J].J Yunnan Univ Nat Sci Ed，36（1）：79-87.（in Chinese）.

张瑞，吕殿青，李景保，2018.1951—2016年长江荆南三口地区旱涝演变与急转特征分析[J].水土保持学报，32（03）：132-139，145. Zhang R，Lü D Q，Li J B，2018.Analysis of the characteristics of drought and flood evolution and rapid change in Jingnan Sankou area of the Yangtze River from 1951 to 2016[J].J Soil Water Conserv，32（3）：132-139，145.doi：10.13870/j.cnki.stbcxb.2018.03.021.（in Chinese）.

周长艳，岑思弦，李跃清，等，2011.四川省近50年降水的变化特征及影响[J].地理学报，66（5）：619-630. Zhou C Y，Cen S X，Li Y Q，et al.，2011.Characteristics of precipitation change in Sichuan Province in recent 50 years and its influence on[J].Acta Geographica Sinica，66（5）：619-630.（in Chinese）.

Evolution characteristics of long-term drought and flood alternation in summer and analysis of the circulation influence in Sichuan Province from 1961 to 2017

ZHEN Ying1，Dong Xuefeng2，HE Jing2

1School of Geography & Resource Science，Neijiang Normal University，NeiJiang 641199，China;

2School of Atmospheric Sciences，Chengdu University of Information Technology，ChenDu 610225，China

In this study，based on the NECP/NCAR reanalysis data and statistical data from 38 stations located in Sichuan Province，and combined with the Long-term Drought and Flood alternative index （LDFAI），the relationship between the time evolution characteristics of long-term drought and flood alternative in summer and atmospheric circulation of typical years in Sichuan Province was analyzed.The results show the following：1） The interannual variation of summer drought and flood alternative index in Sichuan Province differs greatly，the occurrence of the drought to flood being greater than that of flood to drought;however，the drought to flood alternative is declining，while the intensity for flood to drought is quite high.2） Comparing the drought season of drought to flood with flood season of flood to drought，the western Pacific subtropical high is located westward，and is quite strong.The water vapor transport in the South China Sea and western Pacific cannot easily reach Sichuan，and the precipitation level is lower，with more frequent drought.Comparing the flood season of drought to flood with drought season of flood to drought，the circulation warp direction movement is stronger，while the mid-high latitudes ridges are clearly fluctuating，which is conducive to the formation of precipitation when the cold air in the middle and high latitudes traveling south meets the warm and humid air in the low latitude going north，thereby resulting in greater precipitation and increased floods.

Sichuan Province;summer LDFAI;atmospheric circulation;standardized precipitation

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20191218002

（責任编辑：袁东敏）