寧夏春季氣象干旱特征及大氣環(huán)流背景分析

[摘 要] 利用寧夏全區(qū)24個(gè)站1961-2013年歷年春季（3-5月）降水資料，統(tǒng)計(jì)分析歷年春季氣象干旱發(fā)生頻率和范圍。結(jié)果表明：1961年以來，全區(qū)各站春旱發(fā)生率為27.9%～60.4%，春季輕旱與重旱頻率分布均由南向北遞增；全區(qū)近53 a春旱范圍整體呈逐漸擴(kuò)大趨勢(shì)，其中引黃灌區(qū)呈逐漸縮小趨勢(shì)，中部干旱帶和南部山區(qū)有明顯擴(kuò)大趨勢(shì)；寧夏春季少雨年份，200 hPa急流強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，中高緯度500 hPa呈“西高東低”分布，700 hPa以干燥偏北氣流為主，不有利于水汽輸送，且印度副高面積及強(qiáng)度與寧夏春季降水量有持續(xù)正相關(guān)關(guān)系，在印度副高面積強(qiáng)度指數(shù)偏小年份，500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)為西高東低分布，不利于降水。

[關(guān)鍵詞] 春季；干旱；大氣環(huán)流

[中圖分類號(hào)] P426.616 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2017）01-88-3

干旱是氣候?yàn)?zāi)害中最重要災(zāi)害之一，出現(xiàn)次數(shù)最多、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響范圍最大，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最大，且對(duì)環(huán)境有潛在影響[1]。近年來，寧夏中南部地區(qū)干旱問題日益突出，季節(jié)性極端干旱和持續(xù)幾年的大旱頻繁發(fā)生。尤其是春季幾乎是“十年十旱”，且中南部山區(qū)常遭遇春季“卡脖子旱”影響夏糧生產(chǎn)，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活及生態(tài)環(huán)境造成極大危害[2]。目前，對(duì)重大干旱的演變規(guī)律及其形成原因的研究還有欠缺，尤其是21世紀(jì)以來頻繁的重大干旱及干旱加劇趨勢(shì)、成因研究尚未深入開展，對(duì)重大干旱事件預(yù)測(cè)缺乏預(yù)測(cè)工具。因此，通過研究寧夏地區(qū)春季干旱事件發(fā)展和演變過程中大氣環(huán)流異常演變特征，歸納和總結(jié)大氣環(huán)流異常對(duì)寧夏地區(qū)干旱的影響，為建立寧夏地區(qū)重大干旱概念預(yù)測(cè)模型提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

利用寧夏全區(qū)24個(gè)站1961-2013年歷年春季降水資料，根據(jù)1981-2010年資料計(jì)算降水距平百分率。將3-5月降水距平百分率在-50%～-25%定義為春季輕旱，<-50%定義為重旱。將某區(qū)域某時(shí)段>2/3的站點(diǎn)降水距平百分率≤-25%定義為區(qū)域性干旱，選取全區(qū)>85%的站點(diǎn)降水距平百分率≤-25%的定義為典型干旱年。因此，典型干旱年為1994-1995年、2000-2001年及2008年。本文選取降水距平百分率≥40%的年份作為典型澇年：1983-1985年、1990-1991年及1998、2002、2010年。

2 寧夏春季氣象干旱空間分布特征

分析寧夏全區(qū)1961-2013年降水距平百分率變化，20世紀(jì)80年代后全區(qū)降水量以偏少為主。1961年以來，各站春旱率27.9%～60.4%，11 a各站均未出現(xiàn)春旱。春季輕旱率由南向北遞增，引黃灌區(qū)各站春旱率最高，為42.4%～60.4%；中部干旱帶發(fā)生率34.0%～49.1%；南部山區(qū)頻率略低，為27.9%～35.9%。重旱率空間分布與輕旱一致。

3 春季氣象干旱年代際變化特征

全區(qū)區(qū)域性春旱自20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)前10 a呈逐漸增加趨勢(shì)，2010-2013年發(fā)生率為0。區(qū)域性春旱空間分布上，引黃灌區(qū)20世紀(jì)60年代概率較低，70年代概率達(dá)90%，隨后降低；中部干旱帶發(fā)生率1960-2000年趨于增加；南部山區(qū)低于引黃灌區(qū)和中部干旱帶。2010-2013年各區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性干旱頻率均較低。

近53 a全區(qū)春旱范圍趨于逐漸擴(kuò)大，其中16 a春旱站數(shù)占總站數(shù)的比例<10%，范圍較大的春旱（>60%）有21 a（見圖1）。各區(qū)域春旱范圍變化趨勢(shì)不同，引黃灌區(qū)呈逐漸縮小趨勢(shì)，中部干旱帶和南部山區(qū)有明顯擴(kuò)大趨勢(shì)。

從春旱范圍變化看，20世紀(jì)60年代全區(qū)春旱范圍呈擴(kuò)大趨勢(shì)，70年代呈縮小趨勢(shì)，隨后范圍逐漸擴(kuò)大，到2000年達(dá)75%，2000年以后逐漸縮小。引黃灌區(qū)、中部干旱帶及南部山區(qū)春旱范圍變化趨勢(shì)與全區(qū)一致。全區(qū)和各地春旱范圍年代際變化與頻率變化基本一致，在春旱范圍擴(kuò)大年代，干旱頻率增加。

4 寧夏春季氣象干旱的大氣環(huán)流背景分析

4.1 春季典型氣象干旱年200 hPa緯向風(fēng)特征

從常年200 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)來看，E 100°～200°、N 25°～40°存在明顯正值中心，急流軸顯著。200 hPa緯向風(fēng)與春季降水的相關(guān)系數(shù)分布上，急流出口處自北向南存在呈“+-+”分布的>95%置信度的顯著相關(guān)關(guān)系。典型春旱年在N 25°～40°也存在明顯正值中心，急流軸強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)常年值；典型澇年N 25°～40°為負(fù)距平。

4.2 典型春旱年500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)特征

春季500 hPa平均高度場(chǎng)上，中高緯度亞洲大陸-西太平洋呈一槽一脊型。中高緯度亞洲地區(qū)主要受廣闊高壓脊控制，亞洲大陸東部-日本-西太平洋主要受東亞大槽控制，低緯地區(qū)氣流相對(duì)平直，寧夏受槽后西北氣流影響（見圖2）。500 hPa平均高度場(chǎng)與春季降水相關(guān)系數(shù)分布圖上看，為西低東高分布型，通過95%顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域位于我國(guó)東北及日本上空（見圖3）。典型春旱年500 hPa距平合成場(chǎng)為西高東低距平分布，負(fù)距平中心位于我國(guó)東北-日本地區(qū)，正距平中心位于西西伯利亞地區(qū)，寧夏屬于正距平下游，不利于蒙古低壓生成和發(fā)展，寧夏地區(qū)降水較少（見圖4）。典型春澇年500 hPa距平合成場(chǎng)為西低東高距平分布，與典型春旱年形勢(shì)基本相反，在貝湖以西中西伯利亞地區(qū)為負(fù)的距平中心，日本上空為正的距平中心，有利于反氣旋加強(qiáng)，促使暖濕氣流向西北地區(qū)輸送（見圖5）。

4.3 典型春旱年700 hPa相對(duì)濕度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)特征

700 hPa相對(duì)濕度距平場(chǎng)顯示，春旱年寧夏上空為明顯負(fù)距平，說明寧夏區(qū)域性春旱期間濕度偏小。而700 hPa距平風(fēng)矢量場(chǎng)，春旱年從貝加爾湖到我國(guó)西北地區(qū)東部一帶為強(qiáng)盛偏北氣流，屬干氣流，說明寧夏上空原有濕度及補(bǔ)充氣流濕度條件都較差，不利于寧夏降水，易形成春旱。而典型春澇年，寧夏上空相對(duì)濕度明顯偏大，以來自孟加拉灣濕潤(rùn)的偏南氣流為主，整體條件利于降水。

4.4 典型旱年印度洋副高特征

通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，印度副高面積及強(qiáng)度與寧夏春季降水量有持續(xù)的正相關(guān)關(guān)系。從前一年10月開始至同年5月，印度洋副高面積強(qiáng)度指數(shù)與寧夏春季降水量相關(guān)系數(shù)除前一年12月外均通過95%置信度檢驗(yàn)。通過合成春季印度副高面積強(qiáng)度指數(shù)持續(xù)顯著偏小年份：1974、2012、2013年的500 hPa高度場(chǎng)為西高東低分布型，不利于寧夏降水；通過合成春季印度副高面積強(qiáng)度指數(shù)持續(xù)顯著偏大的1983、1998、2010年500 hPa高度場(chǎng)距平場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)，為西低東高分布型，從距平場(chǎng)分布形式上看利于寧夏春季降水偏多。同時(shí)，通過分析海溫可知，1983、1998、2010年恰好為強(qiáng)厄爾尼諾事件次年，有可能受赤道中東太平洋海溫異常偏高影響，印度洋海溫在次年春季持續(xù)偏高，使得印度副高面積及強(qiáng)度偏大，影響500 hPa環(huán)流分布型，有利于寧夏地區(qū)春季降水偏多。

5 結(jié)論

①自1961年以來，春季輕旱發(fā)生頻率由北向南遞減，發(fā)生率60.4%～27.9%，重旱發(fā)生率空間分布與輕旱一致。

②全區(qū)區(qū)域性春旱頻率1961-2010年呈增加趨勢(shì)，2010-2013年未出現(xiàn)區(qū)域性春旱；全區(qū)近53 a春旱范圍呈

逐漸擴(kuò)大趨勢(shì)，53 a中有16 a春旱站數(shù)與總站數(shù)比例<10%，范圍較大的春旱（>60%）有21 a。全區(qū)各區(qū)域變化趨勢(shì)也不同，其中引黃灌區(qū)春旱范圍呈逐漸縮小趨勢(shì)，中部干旱帶和南部山區(qū)明顯擴(kuò)大。

③寧夏春季少雨年份200 hPa急流強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，500 hPa呈“西高東低”分布，700 hPa以干燥偏北氣流為主，不利于水汽輸送，且印度副高面積及強(qiáng)度與寧夏春季降水量有持續(xù)正相關(guān)關(guān)系，在印度副高面積強(qiáng)度指數(shù)偏小年份，500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)為西高東低分布型，不利于寧夏降水，而偏大年份為西低東高分布型，利于寧夏降水。

參考文獻(xiàn)

[1]梁旭，馮建民，張智，等.寧夏干旱氣候變化及其成因研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007（8）：68-74.

[2]劉蕓蕓，張雪芹，孫楊.全球變暖背景下西北干旱區(qū)雨季的降水時(shí)空變化特征[J].氣候變化研究進(jìn)展，2011（2）：97-103.