2017年春季松嫩平原氣候異常成因分析

班 晉，丁曉亮

（1.黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱 150030；2.太和縣氣象局，安徽 太和 236600）

1 引言

松嫩平原是東北平原最大的組成部分，土地肥沃，是黑龍江省乃至我國十分重要的糧食生產基地。同時松嫩平原地區也是典型的氣候異常頻發區，在全球變暖的背景下，干旱、高溫等氣象災害頻發。天氣氣候的異常對糧食產量有巨大影響，提高短期氣候預測的水平，有利于增強防災減災。2017年春季，松嫩平原發生異常氣候事件，表現特征為降水偏少、氣溫明顯偏高。其中降水偏少、氣溫偏高分別為1961年以來的同期歷史第10位和第5位。在影響氣候異常的諸多因子中,大氣環流異常是最直接和最主要的原因,而外強迫因子海冰、海溫等則是間接因子[1-2]。本文主要針對2017年春季氣候異常的可能成因進行分析，為氣候預測工作提供參考和依據。

2 資料

⑴選取黑龍江省內的嫩江、訥河、依安、克山、北安、拜泉、海倫、慶安、綏化、望奎、青岡、明水、富裕、林甸、齊齊哈爾、甘南、龍江、泰來、杜爾伯特、肇源、肇州、安達、肇東、哈爾濱、雙城、五常、阿城、賓縣、巴彥、木蘭，共計30個松嫩平原代表站，時間為1961-2017年。

⑵NCEP再分析資料，包括500 hPa位勢高度場、850 hPa風場、多層水汽場，海溫場以及海冰場等。

⑶國家氣候中心的130項環流指數。

圖1 1961-2017年松嫩平原(a)氣溫和(b)降水的背景分析

3 松嫩平原春季氣溫降水歷史背景及2017年實況

將松嫩平原30站氣溫和降水分別求平均，得到其逐年變化的時間序列曲線，1961年至今氣溫呈現明顯的增高趨勢(圖1a)。年代際背景，上世紀60-80年代，氣溫處于低溫背景，從80年代末期開始，氣溫明顯升高，一直到2016年氣溫處于高溫背景下。1961年至今降水有增多的趨勢(圖1b)。上世紀60-80年代降水處于多雨少雨交替變化，80年代-90年代，降水處于少雨期，期間只有兩年降水異常偏多，其余多數年份降水正常偏少，進入21世紀之后降水開始增多，同時多年出現降水極值，2014-2016年連續3 a出現降水偏多。

2017年春季松嫩平原大部地區降水偏少，氣溫全區偏高。其中降水除東南部雙城、五常等地外，其它地區均降水偏少20-100%，降水特少（50-100%）的區域主要位于嫩江流域。氣溫全部偏高，除五常外，其它地區偏高1℃以上，嫩江流域區偏高2℃以上。2017年春季松嫩平原30站的平均氣溫比同期偏高1.79℃，為1961年以來的歷史第5位，排名前4的年份除了1998年以外，其余的年份均為2000年以后，這也表明松嫩平原春季氣溫一直處于上升趨勢；春季松嫩平原30站的平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以來的歷史第10位。

4 成因分析

4.1 2017年春季大氣環流分析

500 hPa歐亞中高緯為兩槽一脊的環流形勢，總體以緯向環流為主。高度場距平自西向東呈現 “-，+，-”的分布，正距平的中心位于貝加爾湖。松嫩平原地區為槽后脊前的正高度距平所控制，東亞大槽強度偏弱位置偏東，貝加爾湖上空為暖高壓脊所控制，西伯利亞高壓偏弱。熱帶外北半球總體呈現北低南高的分布型，中緯度到中高緯為正高度距平，極地為負高度距平，AO（北極濤動）處于異常正位相，因此造成北方新地島和巴倫支海附近的冷空氣影響松嫩平原異常偏弱，從而導致松嫩平原地區氣溫異常偏高。從各月的高度場來看（圖略），3月500 hPa高度場歐亞中高緯呈現 “兩槽一脊”分布型，40°N-60°N以及60°N以北分別為正、負高度距平所控制，貝加爾湖至黑龍江省北部為正距平中心，其環流場不利于冷空氣入侵，造成松嫩平原大部地區異常的氣溫偏高和降水偏少；4月500 hPa高度場較3月有所調整，歐亞中高緯依然維持“兩槽一脊”型分布，但環流型由緯向環流轉為偏弱的經向環流，負的高度距平區開始向黑龍江省東部地區轉移，但是貝加爾湖到黑龍江省西部地區繼續為正高度距平所控制，此時冷空氣主要影響黑龍江省東部地區，而松嫩平原大部依然維持高溫少雨的情況；5月500 hPa高度場繼續維持“兩槽一脊”的分布型，東北半球熱帶外總體仍然呈現“北低南高”分布，只是負高度距平開始向南伸展。與之前兩個月相同的是貝加爾湖至黑龍江省的正高度距平依然在維持，同時松嫩平原地區繼續高溫少雨的形勢。

850 hPa風場距平來看，松嫩平原大部地區受偏北風控制，低層水汽輸送較差。300-1000 hPa整層水汽輸送來看，松嫩平原處于水汽輻散區，由此可見春季松嫩平原水汽輸送條件較差，并且此時冷空氣活動異常偏弱，從而造成了春季松嫩平原大部地區降水異常偏少。從各月的整層水汽輸送和850 hPa風向（圖略）來看，3-5月松嫩平原全區處于水汽的輻散區，水汽條件較差。3-4月850 hPa風場全省處于偏北風的控制，5月全省處于西風控制下，同樣不利于水汽的輸送。綜合上述分析表明2017年春季松嫩平原降水偏少的主要原因為水汽輻散以及偏北風和西風的共同影響。

圖2 春季歐亞緯向環流指數（a）和東亞大槽（b）年際變化序列

4.2 環流因子與氣溫的關系

分析國家氣候中心130項環流因子[3-4]與氣溫的關系，選取主要環流因子分析2017年春季松嫩平原氣溫偏高的原因。圖2（a），從松嫩平原春季氣溫與同期歐亞緯向環流指數的逐年變化看出，兩者的變化具有顯著的正相關關系，相關系數0.44，可以通過0.01的信度檢驗。當歐亞緯向環流指數大于零時，表明此時歐亞中高緯以緯向環流為主，來自極地的冷空氣很難向南移動，則氣溫易偏高。反之，則歐亞中高緯以經向環流為主，氣溫易偏低。2017年春季，歐亞緯向環流指數大于零，有利于松嫩平原氣溫偏高。

圖2（b）從松嫩平原春季氣溫與同期東亞大槽強度指數的逐年變化看出，兩者的變化具有顯著的正相關關系，相關系數0.53，可以通過0.001的信度檢驗。當指數大于零時，表示東亞大槽區高度場偏高，此時東亞大槽的強度偏弱，此時大槽后部的西北氣流偏弱，造成氣溫偏高。反之則當東亞大槽偏強時，氣溫偏低。2017年東亞大槽指數大于零，大槽強度偏弱，氣溫偏高。

4.3 外強迫影響降水

4.3.1 北極海冰

近年來，關于北極海冰外強迫的影響很多學者做了大量的研究工作，武炳義、左金清等[5-6]等做了大量關于了秋-冬季北極海冰密度的研究，并指出關鍵區在巴倫支海-喀拉海-拉普捷夫海以及這些海域的北部相鄰海域。海冰密度與冬季西伯利亞高壓、東亞冬季風以及北極濤動等中高緯因子變化關系，這些因子與我國冬季乃至下一年春夏季的氣溫降水都存在重要相關。進入21世紀北極海冰的年代際減少趨勢明顯，因此研究人員在分析北極海冰時首先要排除線性趨勢的影響。本文主要分析北極海冰與春季松嫩降水的關系。

通過把NCEP的北極海冰密度資料進行去除線性趨勢處理，分析其與松嫩平原降水相關發現，2016年的秋季在喀拉海北部的相鄰海域（80°-100°E，85°-90°N）和 2016 年 11 月拉普捷夫海區（110°-130°E，75°-80°N）存在顯著的正相關，相關系數通過0.01的顯著性檢驗。分別對兩個海區的海冰密度做平均，去除線性趨勢歸一化。分析秋季和11月海冰密度年際變化曲線（圖略）發現2016年均海冰異常偏少，當海冰異常偏少時，春季松嫩平原易出現降水偏少。分析A海區歷史上出現海冰異常偏少 （標準差小于-1）的年份有 1991、1996、1997、2000、2001、2002 年，B 海區歷史上出現海冰異常偏少的年份有1985、1996年，其中對應的次年春季松嫩平原降水特征為1986、1992、2001、2003年全區降水一致偏少；1997年降水分布不均，大部地區偏少；1998和2002年全區大部降水偏多。這也反映出前秋北極海冰與次年春季松嫩平原降水關系密切。

4.3.2 海溫

關于春季降水與海溫的關系，很多研究表明海溫有明顯的滯后影響，本文主要分析前期海溫場的異常與松嫩平原春季降水關系。

首先，分析松嫩平原春季降水與上一年海溫場的相關性。其中，松嫩平原春季降水與上一年夏季nino4區的海溫相關系數較高（圖略）。而進入秋季，高相關系數區域主要在印度洋的北部，與熱帶印度洋偶極子對應的區域非常接近。此外，從夏季（圖略）開始，一直到秋季，北大西洋自南向北始終存在著“+、-、+”的相關性分布，這說明北大西洋三極子的位相同樣影響松嫩平原春季降水。

2016年，強EL Nino事件結束，夏季nino4區海溫開始轉向La Nina狀態，并且一直持續到冬季。熱帶印度洋偶極子從年初開始轉向負位相，到秋季指數已經小于-1，熱帶西印度洋異常偏冷，熱帶東南印度洋異常偏暖。此時北大西洋三極子持續呈現正位相，北大西洋從北向南為負、正、負的海溫距平。以上三個地區的海溫距平分布均有利于下一年松嫩平原春季降水偏少，分析80年代以來的秋季熱帶印度洋負偶極子年和北大西洋三極子正位相同時發生的年份為1992年。此外1998年秋季出現異常熱帶印度洋負偶極子，與2016年最為相似。這兩年春松嫩平原降水都為異常偏少，總結海溫外強迫為上一年夏季nino4區海溫負距平，秋季印度洋偶極子負位相和北大西洋三極子正位相對春季松嫩平原降水產生影響。

5 總結

(1)2017年春季松嫩平原全區氣溫異常偏高、降水偏少。平均氣溫比同期偏高1.79℃，為1961年以來的歷史第5位。平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以來的歷史第10位。年代際背景分析，上世紀60-80年代，氣溫處于低溫背景，從80年代末期開始一直到現在氣溫處于高溫背景下。上世紀60-80年代降水處于多雨少雨交替變化，80年代-90年代，降水處于少雨期，多數年份降水偏少，進入21世紀之后降水開始增多。

(2)500 hPa歐亞中高緯為兩槽一脊的環流形勢，松嫩平原地區為槽后脊前的正高度距平所控制，熱帶外北半球總體呈現北低南高的分布型，造成北方新地島和巴倫支海附近的冷空氣影響松嫩平原異常偏弱，從而導致松嫩平原地區氣溫異常偏高。850 hPa風場距平來看，松嫩平原大部地區受偏北風控制，低層水汽輸送較差。300-1000 hPa整層水汽輸送來看，松嫩平原處于水汽輻散區，水汽輸送條件較差，從而造成了松嫩平原大部地區降水異常偏少。

(3)松嫩平原春季氣溫與同期歐亞緯向環流指數和東亞大槽強度指數呈現顯著的正相關，相關系數分別為0.44和0.53，2017年春季，歐亞緯向環流指數和東亞大槽強度指數大于零，歐亞中高緯為緯向環流，大槽強度偏弱，有利于松嫩平原氣溫偏高。

(4)2016年秋季喀拉海北部的相鄰海域和11月拉普捷夫海海冰異常偏少，夏季nino4區海溫開始轉向La Nina狀態，熱帶印度洋偶極子轉向負位相，熱帶西印度洋異常偏冷，熱帶東南印度洋異常偏暖，北大西洋三極子持續呈現正位相，北大西洋從北向南為負、正、負的海溫距平，外強迫條件有利于松嫩平原降水偏少。

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