江西省2019年夏季涝旱急转成因分析与对棉花生产的影响

邵明阳，周妍，吴昊，马锋敏，彭赛华，林月强

(1.九江市气象局，江西 九江 332000；2.江西省气象局，江西 南昌 330096；3.彭泽县农业农村局，江西 彭泽 332700)

2019年6月至7月前半月，江西省遭遇多轮暴雨过程，平均降水量较常年同期偏多7成，创历史同期新高。7月1～15日全省平均降水量达314.3 mm，单站最大降水量达617.7 mm；7月16日开始全省转为干旱少雨天气，至12月31日全省平均降水量较常年同期偏少6成以上，创1961年以来历史同期新低，为典型的涝旱急转天气。前期大范围严重雨涝，加上后期大面积、持续性干旱，对经济社会发展及城乡居民生活造成了较大损失，全省农业受灾面积达到1116.6 khm。

旱涝(或涝旱)急转是旱、涝异常在时间上的非均匀分布形式，指某一时期内旱涝交替发生的现象，受全球气候变暖及人类活动等因素影响，旱、涝发生频率、强度不断增加，在我国长江中下游、华南、华北、西南等地时有发生。对于旱、涝急转天气的成因，很多学者开展了相关的研究。陶诗言的研究表明我国夏季江淮流域持久性旱涝现象与中纬和副热带地区大气环流的异常有密切联系。娄小芬，等对2011年长江中下游的梅雨特征及成因分析得出梅雨期间，西太平洋副热带高压和高空西风急流稳定偏强，强盛的季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原对流扰动东传的有利配置导致了2011年梅雨总量异常偏多。郑志海，等对夏季北半球环流进行分析，得出西太平洋副热带高压的年代际增强和赤道中东太平洋由冷水向暖水发展是多雨带偏南的重要原因。吴拓，等研究发现江西共青城地区冬季气温及降水因子与汛期降水量存在着一定程度的相关性。袁媛，等通过对MJO分析得出副热带高压发生断裂，西北太平洋对流层低层转为异常气旋性环流控制，水汽输送异常辐散区会导致我国东部大部地区，长江流域持续高温少雨，同时异常的MJO活动也是8月热带和副热带大气发生转折的重要原因。高辉，等对夏季降水研究发现夏季尤其是夏季前期西太平洋副热带高压强度异常偏强，位置明显偏西，东亚副热带夏季风强度弱，这些都直接造成长江中下游地区降水明显偏多。

一般年份，江西涝旱急转天气出现的时间，与棉花花铃期较为接近，而棉花在这一时期处于营养生长与生殖生长并进的阶段，是需水需肥的关键期。

本研究一方面从涝旱急转天气发生前后的环流和水汽特征分析其成因，另一方面以彭泽县为例，比较分析2019年与前3年雨旱转换期不同天气条件对棉花产量形成的影响，以期为江西涝旱夏季短期气候预测提供科学依据，同时更好地保障棉花生产趋利避害。

1 材料和方法

1.1 资料来源

所用降水量资料来自CIMISS数据中心的江西省87个国家气象观测站的逐日降水资料，大气环流资料为美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)逐日再分析资料中的位势高度、纬向风、经向风、比湿和地面气压场，资料水平分辨率为2.5°×2.5°。

彭泽县棉花“三桃”调查数据来源于彭泽县农业农村局，棉花单产数据来源于九江市统计年鉴。

1.2 方法

计算取 1981～2010 年 共30 年平均为气候态，分析过程中对降水作日、候(1 年 72 候，每月 6 候)平均处理，也用到非限定时段的平均值。

2 结果分析

2.1 降水异常的时间演变特征

从图1可以看出，1到6月江西省平均降水量普遍偏多。第37、38、39候比常年同期异常偏多，其中38、39候比常年同期偏多3.5倍和3.3倍。从逐候降水距平百分率的变化特征来看，雨涝时段和干旱时段均比较明显。39候到69候，降水距平百分率均为负值，降水持续偏少，涝旱两者转变在短时间内实现，呈现涝旱急转的特征。2019 年涝旱急转的时间节点为第40候首日，即7 月 16日开始转为干旱。

图1 2019年江西省较常年同期降水距平百分率时间序列图(候平均)

2.2 环流分析

2.2.1南亚高压及西风急流特征与降水的关系

南亚高压是夏季对流层高层上最强大、最稳定的控制性环流系统，它对亚洲乃至整个半球的大气环流异常都有重要影响，影响着我国广大地区夏季的旱涝分布，因此为了研究 2019年夏季涝旱急转的成因，有必要对南亚高压特征进行分析。

7月6日～15日东亚地区200 hPa南亚高压呈带状分布(图2a)，脊线位于25°N附近，比常年(28°N)南亚高压的脊线位置略偏南，强度较常年(1256 dagpm)偏强，江西处于南亚高压东南侧。从风速平均场看(图3)，该两候副热带西风急流南缘位于 30°N 附近，江西位于高空辐散区，偏强的西风急流使得对流层高层的辐散增强，从而加强高低空急流耦合形成的抽吸作用，促进上升运动发展，降水得到加强。7月16日～25日，中国西部槽加深，高空东风急流所控制，中高纬地区基本维持“西低东高”的偏纬向型环流，冷空气活动不活跃。整个长江中下游处于强大的反气旋环流控制中，辐散和下沉运动加强，负涡度发展，有利于维持高温晴热天气。

图2 200 hPa平均位势高度(a为7月6～15日，b为7月16～25日；单位为dagpm)

图3 200 hPa平均风场(a为7月6～15日，b为7月16～25日；单位为m/s)

2.2.2 中低层环流特征

在中层 500 hPa位势高度场上，2019年第38候588 dagpm 等高线较气候平均持平 (图4a)，江西处于副热带高压西北侧，受西南气流控制。第39候(图4b)相比上一候副热带高压有西进。第40候(图4c)西太平洋副热带高压略有东退，第41候(图4d) 西太平洋副热带高压西进北跳，分为东西两段，我国东部及近海地区对应低层的异常气旋性环流。江西省被强盛的副热带高压系统控制，天气晴热高温，干旱开始。

图4 2019年第38～41候500 hPa平均位势高度场(单位为dagpm)

从38～39候500 hPa 风场(如图5a)可以看到，沿西太平洋副热带高压边缘的西南风与在东北冷涡主导下的西北风，在江淮上空形成交汇，切变线沿长江呈东西走向。长江中下游为西南气流控制。这与丁一汇，等指出的低空急流左侧正涡度有利于降水发生的结论相符合。刘芸芸，等研究表明，副热带高压异常偏南、偏西，在长江以南地区形成异常偏强的偏南风水汽输送，使得长江流域成为南、北距平风的异常汇合区，有利于长江流域出现降水。40～41候(如图5b)来自孟加拉湾向北的水汽输送路径偏西，西南气流减弱，导致长江中下游地区成为显著的水汽辐散区，降水停止。随着环流形势的改变，在强盛的副热带高压系统控制下高温天气持续，干旱持续发展。

图5 500 hPa平均风场图(a为38～39候，b为40～41候；单位为m/s)

在第38候(图6a)中，从低层850 hPa风场上可以看到，来自孟加拉湾的西南气流，在江西省有一个大的风速值区，同时在江西省北部形成强的风速切变 。第39候(图6b)相比于上一候，北部的风速切变更加明显，更加有利于强降水的发生。

图6 2019年第38～41候850 hPa平均风场(单位：m/s)

第40候(图6c)来自孟加拉湾的西南气流明显减弱，长江中下游风场方向转变，处在弱的风速辐合区，整个江西省被广大的气旋所控制。第41候(图6d)相比于上一候西南气流加强，风速切变在沿江地区。

以上分析表明，急转前水汽条件得到明显改善，西南急流加强，同时长江中下游地区为水汽辐合区，有利于连续性暴雨的产生，急转后长江中下游低层水汽输送减弱，辐散和下沉运动加强，负涡度发展，干旱由此开始。

2.2.3

600 hPa垂直速度的空间分布，38～39候(图7a)江西省处于负的垂直速度区，中心值最大达-0.0001 Pa/s，上升运动强劲，为此时的降水提供了动力条件。到了40～41候(图7b)，上升速度减弱，大气层结开始稳定，相应的降水强度也减弱了。

图7 600 hpa垂直速度平均场(单位：10-3 Pa/s)

充沛的水汽供应和强烈的上升运动是大型降水的两个必要条件。前面分析得知，前2候高空急流和低空急流在长江中下游地区很好的达到垂直耦合，有利于降水区域的上升运动 。

2.2.4水汽条件

持续和稳定的水汽输送是持续降水的必要条件，图8给出了整层水汽输送通量及其散度的空间分布。第38～39候长江中下游的水汽输送非常明显，Xu et al认为，中国区域南边界的水汽输送对长江流域较大降水的形成均具有重要的作用。来自孟加拉湾的水汽，越过中南半岛转为西南急流，穿过华南向长江中下游地区输送。主要的辐合区也位于长江中下游地区，强烈的辐合运动为水汽的动力抬升创造了有利条件，有利于这一地区降水的发生。

图8 水汽通量散度(单位：10-5 kg/m 2/s)

第40～41候长江中下游的水汽输送明显减弱，来自孟加拉湾的水汽分成两股，主要水汽向西，水汽输送大值区位于西北太平洋上空。整个中国东部地区的水汽输送非常弱，无明显的水汽输送。以上分析表明，急转前水汽条件充沛，西南急流强劲，同时长江中下游地区处于水汽辐合区，急转后长江中下游地区无明显水汽输送，且处在水汽辐散区。

2.3 对棉花的影响

表1列出了彭泽站及全省2016～2019年的雨季结束日期，图9列出了2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布。分析表1与图9可知，2016～2019年涝旱急转现象在江西均有出现，只是每年的时间、范围与强度不同。其中2016～2017年主要出现在九江及周边地区，2018年主要出现在赣中及赣东北的部分地区，2019年出现在赣北北部与赣南南部以外的全省大部分地区。

表1 2016～2020年雨季结束期对照表(月/日)

图9 2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布图(%)

资料分析表明，2016～2019年九江地区雨季结束后均出现了20 天以上的程度不等的干旱少雨天气。棉花伏前桃、伏桃以及单株成铃数，涝旱急转明显的年份(2016年和2017年)少于前期涝害不明显的年份(2018年和2019年)，单产前者也低于后者(如表2)。可见，雨季末期雨水过多，出现明显的涝旱急转，对棉花生产不利。

表2 2016～2019年彭泽县棉花“三桃”调查及全县平均皮棉产量

3 结论与讨论

研究表明，江西省夏季涝旱急转前(涝期)，东亚地区200 hPa南亚高压呈带状分布，其脊线偏南、偏强，江西位于南亚高压东南侧；500 hPa江西省位于副热带高压外围，副热带西风急流高空带来的辐散和来自孟加拉湾的西南气流带来的丰富的水汽，配合中层强烈的垂直上升运动，形成持续性降水，引发洪涝。急转后(旱期)，高低空环流形式发生改变，中高纬地区基本维持“西低东高”的偏纬向型环流，中国西部槽加深，江西省被副热带高压控制，西南气流快速减弱，强大而稳定的高压系统控制，干旱得以持续发展。对棉花“三桃”及单产比较分析结果表明，涝旱急转天气，涝害越严重，对棉花生产的影响越明显。

事实上，导致涝旱急转的更深层次的原因十分复杂，如垂直速度往往和降水是关联的，垂直运动会影响降水，降水也会影响垂直运动，这种反馈机制有待进一步研究。