柳州市夏季干旱的大氣環(huán)流背景特征及成因分析

李家文，張凌云，劉 蕾

（柳州市氣象局，廣西 柳州 545001）

引言

柳州地處廣西中部和北部，南北跨度大，地形地貌復(fù)雜，水系縱橫交錯，地勢差異大。而位于桂中盆地的柳城-鹿寨一線以南則是主要旱區(qū)，年降雨量僅為1100～1200mm。旱災(zāi)是柳州出現(xiàn)頻率較高、損失較嚴重的一種自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，柳州的氣象災(zāi)害中，干旱災(zāi)害占60%，洪澇災(zāi)害占13%，其他災(zāi)害占27%，干旱是制約柳州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的災(zāi)害之一。對于干旱的分析，前人曾做過些研究［1-9］，得出許多有意義的結(jié)論。李耀先［10］等曾對廣西的干旱進行了系統(tǒng)分析，張凌云［11-12］等分析了柳州干旱的時空分布特征，并對廣西春旱的時空分布特征和成因進行了分析。但目前針對夏旱的研究還較少，發(fā)生于7～9月夏收秋種期間的夏秋旱則對秋作及其生長發(fā)育影響嚴重，會大大降低秋作的產(chǎn)量及品質(zhì)，因此研究夏旱意義重大。本文將通過分析柳州夏旱的大氣環(huán)流背景特征及成因，以期為干旱的預(yù)測預(yù)報提供科學的理論支撐，從而為柳州的防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟發(fā)展提供科學的決策參考。

1 資料和方法

本文所用的資料為：（1）柳州市及所轄6個縣（區(qū)）1961～2014年共54a的逐日降水資料。（2）1960～2014年共55aNCAR/NCEP再分析資料逐月資料子集中的高空17層緯向風uwnd、經(jīng)向風vwnd、p坐標垂直速度omega、比濕shum，全球海平面氣壓slp，分辨率為2.5o×2.5o。（3）1960～2014 年共55a NOAA（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，V2）擴展重構(gòu)全球海表溫度資料，分辨率為2.0o×2.0o。（4）國家氣候中心氣候系統(tǒng)診斷預(yù)測室再處理的74項逐月環(huán)流特征量資料。

本文的大氣水汽通量采用下式進行計算：

式中各物理量的含義如下：其中ps為地面氣壓，q為比濕，V→為水平風，u、v分別為緯向風和經(jīng)向風分量。

另外，對上式計算出的逐日整層大氣水汽通量分別進行月平均和季平均處理，得到逐月和季節(jié)的整層大氣水汽通量。

2 柳州夏旱的大氣環(huán)流背景特征

2.1 夏旱年水汽通量場特征

圖1給出的是夏季平均水汽通量場及柳州夏旱年水汽通量距平合成場。從夏季平均水汽通量場（圖1a，見彩頁）可以看出，夏季主要是源自孟加拉灣的偏西氣流水汽輸送帶在中南半島-南海附近北折而上向廣西輸送水汽，柳州處于偏南氣流水汽輸送帶輻合區(qū)中，有利于降水。而在夏旱年（圖1b，見彩頁），南海-巴士海峽及其以東洋面上空存在一個氣旋式水汽通量距平場，柳州處于該氣旋式水汽通量場的北側(cè)東北距平氣流水汽輸送帶中，水汽通量距平散度呈現(xiàn)出輻散，表明與平均年相比，輸送到柳州上空的水汽通量減弱，水汽通量輻合減弱、輻散增強，因而降水偏少。

2.2 夏旱年850hPa風場特征

圖2給出的是夏季850hPa平均風場及柳州夏旱年850hPa風場距平合成場，它們與前面討論的水汽通量場的特征較為相似。從850hPa平均風場（圖2a，見彩頁）可以看出，在夏季，印度洋上空低壓北側(cè)強盛的偏西氣流經(jīng)孟加拉灣至中南半島后，在海南島-南海附近北上影響華南地區(qū)，因此，夏季柳州850hPa上空主要盛行偏南氣流，有利于水汽輸送。而在夏旱年（圖2b，見彩頁），中國東南部-中南半島-中太平洋西部為一個反氣旋式距平場控制，柳州處于該反氣旋式距平場西北側(cè)東北氣流距平場中，西南季風明顯減弱，低層輻散增強、輻合區(qū)減弱，加之柳州上空有一個明顯的距平強輻散區(qū)，不利于低層輻合產(chǎn)生大的降水。

2.3 夏旱年500hPa位勢高度場分析

圖3給出的是夏季500hPa平均高度場及柳州夏旱年500hPa高度距平合成場。在夏季500hPa平均高度場上（圖3a，見彩頁），中高緯地區(qū)環(huán)流較為平直，東亞大槽較淺，低緯西太平洋地區(qū)為副熱帶高壓控制，阿拉伯海灣-印度-孟加拉灣一帶有一個很深的氣旋性彎曲，印緬槽十分明顯，柳州位于印緬槽前和西太平洋副高西側(cè)之間的西南氣流區(qū)中，有利于降水發(fā)生。而在柳州夏旱年500hPa高度距平合成場上（圖3b，見彩頁），我國東北-日本島-白令海陜一帶為負距平區(qū)，其余亞洲大陸大部至低緯地區(qū)為正距平區(qū)，孟加拉灣-我國南海-東海一帶為顯著的正距平區(qū)，說明在柳州夏旱年，中高緯一脊一槽型趨于明顯，但槽區(qū)偏北，低緯印緬槽變淺，大陸高壓和副熱帶高壓均增強。

2.4 夏旱年500hPa垂直速度場特征

圖4給出的是夏季500hPa平均垂直速度場（a）及柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成場（b）。在夏季500hPa平均垂直速度場上（圖4a），中低緯亞洲大陸-西太平洋地區(qū)均為ω＜0，其中心低值區(qū)主要位于孟加拉灣一帶，我國的華南-東南為次低值中心區(qū)，說明夏季上述地區(qū)500hPa上空以上升運動為主，而孟加拉灣至我國華南一帶上升運動最劇烈，降水最豐富。而在柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成場上（圖4b），以華南地區(qū)上空為顯著的正距平，柳州位于正距平中心區(qū)，說明夏旱年柳州上空上升運動明顯減弱；同時還可以看到，青藏高原南坡-孟加拉灣一帶也為顯著正距平區(qū)，說明該區(qū)域上升運動明顯減弱，與夏旱年印緬槽偏弱有關(guān)。

圖4 夏季500hPa平均垂直速度場（a）及柳州夏旱年500hPa垂直速度距平合成場（b）（圖中陰影區(qū)為通過α=0.1顯著水平檢驗的區(qū)域；單位：a:Pa·s-1，b:10-3Pa·s-1）

2.5 夏旱年海平面氣壓場特征

圖5給出的是夏季平均海平面氣壓場及柳州夏旱年海平面氣壓距平合成場。在夏季平均海平面氣壓場上（圖5a），阿留申低壓消失，太平洋西部-亞洲大陸-印度洋北部則為低壓環(huán)流控制，柳州處于低壓環(huán)流東南側(cè)和副高西側(cè)之間的偏南氣流區(qū)中。而從柳州夏旱年海平面氣壓距平合成場（5b）可以看出，我國東海至中太平洋西部地區(qū)為顯著的負距平區(qū)，亞洲大陸大部地區(qū)為正距平區(qū)，說明與平均場相比，在柳州夏旱年，阿留申低壓增強，亞洲熱低壓減弱。

圖5 夏季平均海平面氣壓場（a）及廣西夏旱年海平面氣壓距平合成場（b）（圖中陰影區(qū)為通過α=0.1信度檢驗的區(qū)域；單位：hPa）

2.6 夏旱年海溫場分析

圖6給出的是柳州夏旱年海溫距平合成場。可以看出，在柳州夏旱年，印度半島附近以南至赤道地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)，我國東海至中太平洋西部地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)，與上述兩個區(qū)域海平面壓為正距平區(qū)一致。

圖6 柳州夏旱年海溫距平合成場（圖中陰影區(qū)為通過α=0.1顯著水平檢驗的區(qū)域；單位：℃）

3 柳州夏旱的前期大氣環(huán)流信號

圖7給出的是柳州夏旱年春季500hPa高度（a）、海平面壓（b）及海溫（c）距平合成場。根據(jù)高度距平的分布可知，在柳州夏旱年春季，500hPa中高緯地區(qū)槽脊明顯增強，兩槽一脊形勢趨于明顯，說明柳州夏旱年春季東亞大槽偏強，副高偏弱。由圖7b可以看出，在柳州夏旱年春季，阿留申低壓和副高均減弱。由圖7c也可以看出，在柳州夏旱年春季，北太平洋西部至我國南海、北印度洋至孟加拉灣-阿拉伯海灣的廣闊洋面上為顯著的負溫度距平區(qū)，與副高偏弱和印緬槽偏強有關(guān)。

綜上所述，柳州夏旱的前期大氣環(huán)流信號是：夏旱年春季，500hPa中高緯地區(qū)兩槽一脊形勢明顯，東亞大槽偏強，副高偏弱，印緬槽偏強；地面阿留申低壓偏弱。

圖7 柳州夏旱年春季500hPa高度（a）、海平面氣壓（b）及海溫（c）距平合成場（圖中陰影區(qū)為通過α=0.1顯著水平檢驗的區(qū)域；單位：a：gpm，b：hPa，c：℃）

4 柳州夏旱的成因分析

通過對柳州夏旱年各種大氣環(huán)流背景場的分析，可以發(fā)現(xiàn)，夏旱的發(fā)生，與整層水汽輸送條件、水汽通量的輻散輻合、500hPa高度場、850hPa風場、海平面氣壓場和海溫場的分布特征有密切關(guān)系。環(huán)流背景場分析表明，在夏旱年，柳州處于整層積分水汽通量偏北氣流距平輻散區(qū)，850hPa柳州處于東北氣流距平輻散區(qū)，500hPa高度距平合成場上中高緯一脊一槽型明顯，但槽區(qū)偏北，低緯印緬槽變淺，大陸高壓和副熱帶高壓均增強，柳州上空上升運動明顯減弱，阿留申低壓增強，亞洲熱低壓減弱，在海溫場上，印度半島附近以南至赤道地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)，我國東海至中太平洋西部地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)。

根據(jù)夏旱年大氣環(huán)流的異常特點可知，從水汽條件來看，夏旱年整層積分水汽輸送的西南水汽輸送強度減弱，水汽通量輻合減弱，500hPa印緬槽變淺，西太平洋副熱帶高壓偏強，不利于水汽向華南地區(qū)輸送，850hPa西南季風明顯減弱，低層輻散增強、輻合區(qū)減弱，加之柳州上空有一個明顯的距平強輻散區(qū)，不利于低層輻合產(chǎn)生大的降水。從動力條件來看，中高緯槽底位置偏北，印緬槽偏弱，大陸高壓增強，柳州上空上升運動減弱，不利于降水的動力觸發(fā)。

5 結(jié)論

通過分析柳州夏旱年的大氣環(huán)流背景、成因及其前期大氣環(huán)流信號，得到以下結(jié)論：

（1）夏旱年，南海-巴士海峽及其以東洋面上空存在一個氣旋式水汽通量距平場，輸送到柳州上空的水汽通量減弱，水汽通量輻合減弱、輻散增強，因而降水偏少。

（2）500hPa高度距平合成場上中高緯一脊一槽型明顯，但槽區(qū)偏北，低緯印緬槽變淺，大陸高壓和副熱帶高壓均增強，柳州上空上升運動明顯減弱，阿留申低壓增強，亞洲熱低壓減弱；850hPa柳州處于該反氣旋式距平場西北側(cè)東北氣流距平強輻散場中，西南季風明顯減弱，低層輻散增強、輻合區(qū)減弱。

（3）海溫場上，印度半島附近以南至赤道地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)，我國東海至中太平洋西部地區(qū)為顯著的負溫度距平區(qū)。

（4）對柳州夏旱的前期大氣環(huán)流信號分析表明：夏旱年春季，500hPa中高緯地區(qū)兩槽一脊形勢明顯，東亞大槽偏強，副高偏弱，印緬槽偏強；地面阿留申低壓偏弱。