2020—2021年廣東秋冬春干旱的成因分析*

伍紅雨 吳 遙 郭 堯

1 廣東省氣候中心，廣州 510641 2 中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所/廣東省區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報(bào)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510641 3 重慶市氣候中心，重慶 401147 4 南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣州 510663

提 要： 2020年10月至2021年5月華南發(fā)生了秋冬春干旱，特別是廣東發(fā)生干旱的持續(xù)時(shí)間和降水減少程度為近58年所罕見(jiàn)。利用廣東86個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站逐日降水、氣溫資料，NCEP/NCAR和NOAA再分析資料，采用相關(guān)、合成分析的方法研究了2020—2021年廣東秋冬春季大氣環(huán)流和海溫的異常特征，并探討其與廣東秋冬春干旱的關(guān)系。結(jié)果表明，2020—2021年廣東秋冬春干旱發(fā)生在降水偏少的氣候背景下，與大氣環(huán)流和海溫的異常密切相關(guān)。在2020—2021年秋冬春季，北半球高層副熱帶西風(fēng)急流減弱，中層?xùn)|亞大槽南段明顯減弱，西太平洋副熱帶高壓脊線明顯偏北，低層南支槽偏弱，影響廣東的冷空氣偏弱，廣東處于水汽輻散區(qū)，北太平洋高壓明顯增強(qiáng)。2020年8月至2021年3月赤道中東太平洋發(fā)生中等強(qiáng)度的拉尼娜事件，大氣對(duì)拉尼娜事件有明顯響應(yīng)，Walker環(huán)流增強(qiáng)，菲律賓附近上升運(yùn)動(dòng)明顯，廣東有下沉運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致在對(duì)流層低層熱帶西太平洋、南海、菲律賓附近存在氣旋性異常環(huán)流，阻擋了孟加拉灣、南海的西南水汽向廣東輸送，同時(shí)氣溫顯著偏高，溫高雨少導(dǎo)致廣東干旱發(fā)生。

引 言

廣東地處低緯，屬于亞熱帶、熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是我國(guó)降水最多的地區(qū)之一，但降水時(shí)空分布不均，有八成降水集中在汛期(4—9月)，干濕季分明，導(dǎo)致廣東區(qū)域性、階段性干旱頻繁發(fā)生，其中主要發(fā)生秋冬旱、冬春旱，也會(huì)發(fā)生秋冬春連旱(簡(jiǎn)茂球等，2008；林愛(ài)蘭等，2010；廖要明和張存杰，2017)。廣西北部、廣東西部是中國(guó)南方干旱高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(劉曉云等，2015)。干旱是威脅廣東水稻生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，對(duì)早、晚稻產(chǎn)量影響大(王春林等，2014；陳慧華等，2016)。干旱在廣東是僅次于臺(tái)風(fēng)、暴雨、低溫的第四大氣象災(zāi)害，干旱造成廣東農(nóng)作物受災(zāi)面積占總氣象災(zāi)害造成受災(zāi)面積的26.3%，僅次于臺(tái)風(fēng)(45.0%)(史麗等，2021)。干旱導(dǎo)致人民生產(chǎn)生活用水緊張、農(nóng)作物受災(zāi)、江河湖庫(kù)水位下降，森林火險(xiǎn)等級(jí)高等，所以對(duì)廣東干旱的研究不可忽視。

氣象學(xué)者對(duì)干旱的研究主要是降水較少的北方(魏鳳英和曹鴻興，1998；馬柱國(guó)，2005；馬柱國(guó)等，2018；宋桂英等，2006；李新周等，2006；安莉娟等，2014；廖要明和張存杰，2017)和發(fā)生干旱頻次高的華北、西南地區(qū)(晏紅明等，2007；宋潔等，2011；黃榮輝等，2012；沈曉琳等，2012；王曉敏等，2012；胡學(xué)平等，2014；張顧煒等，2016；金燕等，2018)以及長(zhǎng)江中下游等(張強(qiáng)等，2021)。對(duì)華南、廣東干旱，氣象學(xué)者也進(jìn)行研究并得到一些有意義的結(jié)果，但相對(duì)北方和西南的干旱研究少很多。華南在一些年份干旱嚴(yán)重，如1963年華南大旱，1990—2004年間廣東嚴(yán)重春旱的發(fā)生呈增多趨勢(shì)(紀(jì)忠萍等，2007)，1998年秋季至1999年春季華南出現(xiàn)嚴(yán)重春旱(陸丹，2001)；2004—2005年華南發(fā)生嚴(yán)重干旱(鄧玉嬌等，2006；曾剛和高琳慧，2017)。華南、廣東干旱的發(fā)生與大氣環(huán)流和海溫異常密切相關(guān)(林愛(ài)蘭等，2009;2010；熊英和喬云亭，2012；范伶俐等，2013)。周明森等(2013)分析指出華南4—5月持續(xù)性干旱與東亞大槽南段減弱、華南附近異常氣旋環(huán)流有關(guān)，也與冬春熱帶中太平洋海溫正距平持續(xù)存在有關(guān)。華南冬春降水的年際變化與水汽輸送密切相關(guān)(Wu et al，2013)。干旱是一種累積效應(yīng)，持續(xù)性干旱的影響就會(huì)較重(晏紅明等，2007)。因此跨越三季的華南或廣東秋冬春干旱的影響嚴(yán)重，而對(duì)于這種跨三個(gè)季節(jié)的持續(xù)性干旱的成因的研究很少，有必要進(jìn)一步開(kāi)展研究。

2020年10月到2021年5月，廣東發(fā)生秋冬春干旱。粵東、粵北旱情嚴(yán)重，生產(chǎn)生活用水受到影響，各地采取拉管、打井、送水等供水措施，并適時(shí)實(shí)施人工降雨。廣東全省水庫(kù)蓄水普遍減少，到2021年4月12日，廣東大中型水庫(kù)的總蓄水量為115.8億m3，比常年減少44.8億m3。廣東投入抗旱69.67 萬(wàn)人次，抗旱資金3.3億元。這次干旱持續(xù)到5月底，隨著南海夏季風(fēng)爆發(fā)，降水使得華南大部地區(qū)干旱得到緩解。那么2020—2021年廣東秋冬春干旱有何特點(diǎn)？造成這次干旱的主要原因是什么？此干旱與氣象學(xué)者以往對(duì)廣東干旱成因的研究存在哪些異同？因此本文擬從大氣環(huán)流和海溫異常的變化來(lái)分析這次廣東秋冬春干旱的成因，以期為相關(guān)的業(yè)務(wù)和服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資 料

所用的資料如下：①1961—2021年廣東86個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站逐日氣溫、降水資料；美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心/美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)月尺度風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)、海平面氣壓場(chǎng)的大氣環(huán)流再分析資料(Kalnay et al，1996)，CMAP降水資料等，水平分辨率為2.5°×2.5°。美國(guó)海洋和大氣管理局(NOAA)擴(kuò)建重建的月尺度海表溫度資料(ERSST V5)，水平分辨率為2°×2°(Huang et al，2017)；大氣射出長(zhǎng)波輻射資料(OLR)，水平分辨率為2.5°×2.5°。②采用NCEP/NCAR月尺度再分析資料，對(duì)2020年10月至2021年5月這8個(gè)月廣東干旱期間的同期大氣環(huán)流場(chǎng)，包括高層200 hPa風(fēng)場(chǎng)、中層500 hPa高度場(chǎng)、低層850 hPa風(fēng)場(chǎng)、海平面氣壓場(chǎng)以及整層水汽輸送的平均場(chǎng)和距平場(chǎng)進(jìn)行合成分析。

1.2 方 法

①采用逐日氣象干旱指數(shù)(daily dry index，DI)來(lái)確定站點(diǎn)干旱的等級(jí)。單站逐日氣象干旱指數(shù)DI定義為：

(1)

式中:SAPI(i)是第i日前期降水指數(shù)API的標(biāo)準(zhǔn)化變量，SAPI標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法參見(jiàn)《氣象干旱等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20481—2006)(張強(qiáng)等，2006)。M(i)為本站第i日常年同期平均相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)，變化范圍為-1～1，M(i)計(jì)算方法詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)(王春林等，2014；陳慧華等，2016)。廣東省氣候中心根據(jù)逐日氣象干旱指數(shù)(DI)按照表1定義的閾值監(jiān)測(cè)干旱等級(jí)。

②根據(jù)2020—2021年廣東秋冬春干旱的特征，定義秋冬春連旱的標(biāo)準(zhǔn)。若上一年秋季(本文僅指10—11月，下同)、冬季(前一年12月至當(dāng)年2月)、春季(當(dāng)年3—5月)，這三季廣東全省平均降水量較常年同期均偏少，就定義為一次秋冬春連旱。如1966—1967年的秋冬春連旱就是1966年秋季、1966—1967年冬季和1967年春季的干旱。

表1 氣象干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Meteorological drought grade standard

2 2020—2021年廣東秋冬春干旱特征

2.1 總體特征

廣東在2020年10月至2021年5月發(fā)生的秋冬春干旱有以下3個(gè)特點(diǎn)：①持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，跨越秋冬春3個(gè)季節(jié)，歷時(shí)8個(gè)月。②降水顯著偏少。干旱期間廣東全省平均降水量為449.5 mm，較常年同期(799.9 mm)偏少44%，僅次于1962年10月至1963年5月(309.2 mm)，為歷史同期第二少。粵東在2020年10月1日至2021年5月30日降水量為137.9 mm，較常年同期偏少80%，為歷史同期最少。③平均氣溫為歷史同期最高。干旱期間廣東全省平均氣溫為20.3 ℃，較常年同期(18.9℃)偏高1.4℃，為有氣象記錄以來(lái)同期最高。氣象干旱階段性發(fā)展，其中2020年11月1日至12月31日全省平均降水量較常年同期偏少85%，根據(jù)12月31日廣東省氣象干旱監(jiān)測(cè)(采用DI指數(shù))，廣東47個(gè)站點(diǎn)重旱、12個(gè)站點(diǎn)特旱。2021年4—5月氣象干旱最重，據(jù)4月7日氣象干旱監(jiān)測(cè)顯示，廣東大部出現(xiàn)中旱—特旱，氣象干旱站點(diǎn)占48%，其中29個(gè)站點(diǎn)重旱、33個(gè)站點(diǎn)特旱；5月23日全省出現(xiàn)中—特重氣象干旱的站點(diǎn)占44%，其中10個(gè)站點(diǎn)重旱、12個(gè)站點(diǎn)特旱。

圖1為利用CMAP資料制作的2020年10月至2021年5月我國(guó)南方降水距平分布。可見(jiàn)，華南地區(qū)2020—2021年的秋冬春降水顯著偏少1.0 mm·d-1的區(qū)域主要位于廣東。從廣東國(guó)家氣象觀測(cè)站資料統(tǒng)計(jì)，2020年10月至2021年5月，廣東平均降水量連續(xù)8個(gè)月較常年同期偏少14%～93%，其中有5個(gè)月偏少50%以上。因此本文把這次廣東秋冬春干旱作為一個(gè)整體，分析其大氣環(huán)流和海溫異常的特征，探討降水異常的成因。

圖1 2020年10月至2021年5月南方降水距平分布(單位：mm·d-1) Fig.1 Distribution of precipitation anomaly in Guangdong from October 2020 to May 2021 (unit：mm·d-1)

2.2 廣東秋冬春連旱特征

根據(jù)1.2節(jié)秋冬春連旱的定義，統(tǒng)計(jì)1961—2021年達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的廣東秋冬春連旱降水情況(表2)。可見(jiàn)，近61年來(lái)廣東共發(fā)生秋冬春連旱共有10次，年均發(fā)生概率為16.4%。發(fā)生的次數(shù)具有顯著的年代際變化特征。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)3次，80年代出現(xiàn)1次，21世紀(jì)00年代出現(xiàn)3次，10年代以來(lái)出現(xiàn)3次，而20世紀(jì)70年代、90年代沒(méi)有發(fā)生。其中在1966—1970年這5年、2019—2021年這3年廣東出現(xiàn)連續(xù)的秋冬春連旱。可見(jiàn)，秋冬春連旱在20世紀(jì)60年代、21世紀(jì)00年代以來(lái)出現(xiàn)的次數(shù)多。從秋冬春連旱期間廣東降水距平百分率可見(jiàn)，2020—2021年最少為-44%；其次是2001—2002年，為-40%；第三少是2010—2011年，為-37%。可見(jiàn)，2020—2021年的秋冬春連旱為1961年以來(lái)秋冬春連旱期間降水最少，且在2019—2021年連續(xù)3年出現(xiàn)秋冬春連旱，導(dǎo)致廣東2020—2021年秋冬春的旱情嚴(yán)重。

表2 1961—2021年廣東秋冬春連旱降水統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of continuous drought precipitation in autumn， winter and spring in Guangdong from 1961 to 2021

這次廣東秋冬春干旱的發(fā)生與氣候背景關(guān)系密切。圖2為1961—2021年廣東秋冬春干旱期間(上一年10月至當(dāng)年5月)降水距平百分率的歷年變化。可見(jiàn)年代際變化明顯。1961—1970年偏少，1971—1990年偏多，1991—2010年偏少，21世紀(jì)10年代前中期偏多，其后降水以偏少為主。也進(jìn)一步說(shuō)明2020—2021廣東的秋冬春連旱發(fā)生在降水偏少的氣候背景下。

3 廣東秋冬春降水與大氣環(huán)流的關(guān)系

3.1 廣東秋冬春降水與大氣環(huán)流的相關(guān)分析

廣東秋冬春降水與同期對(duì)流層各層大氣環(huán)流場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)分布(圖3)可見(jiàn)，高層200 hPa相關(guān)風(fēng)場(chǎng)在東亞低緯度與廣東秋冬春降水有密切聯(lián)系，從圖3a可見(jiàn)青藏高原南側(cè)、中南半島、南海的南風(fēng)減弱(加強(qiáng))，廣東上空的西風(fēng)急流加強(qiáng)(減弱)，有利于廣東秋冬春降水偏多(少)。低層850 hPa相關(guān)風(fēng)場(chǎng)上(圖3b)，在菲律賓以東的西太平洋上空存在一個(gè)顯著相關(guān)反氣旋環(huán)流，而阿拉伯海、孟加拉灣到廣東有顯著相關(guān)的偏西氣流，南海為顯著相關(guān)偏南氣流，廣東處于顯著相關(guān)的偏南風(fēng)、偏北風(fēng)、偏西風(fēng)的交匯地，冷空氣強(qiáng)，暖濕氣流加強(qiáng)，副熱帶高壓偏強(qiáng)，在這種配置下有利于廣東秋冬春降水的偏多，反之降水偏少。同時(shí)在孟加拉灣北部(18°N、90°E)附近地區(qū)存在一顯著相關(guān)的南支槽，其槽前的西南氣流是南方水汽的主要來(lái)源之一(何溪澄等，2006)，說(shuō)明南支槽加強(qiáng)，有利于廣東秋冬春降水增加，反之降水減少。中層500 hPa位勢(shì)高度相關(guān)場(chǎng)上(圖3c)，降水與日本以東的北太平洋高度場(chǎng)存在大范圍顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，而熱帶印度洋到熱帶西太平洋均為顯著正相關(guān)，說(shuō)明在秋冬春季，冷空氣強(qiáng)，北太平洋高度場(chǎng)北低南高的異常分布有利于廣東秋冬春降水偏多，反之偏少。與海平面氣壓場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)分布(圖3d)可見(jiàn)，廣東秋冬春降水與40°N以北的海平面氣壓存在負(fù)相關(guān)，顯著負(fù)相關(guān)中心位于貝加爾湖附近，與北半球熱帶海平面氣壓存在顯著正相關(guān)，說(shuō)明北半球低緯與高緯度的海平面氣壓反位相變化，及北低南高的分布，有利于廣東秋冬春降水偏多(少)。

廣東秋冬春降水異常是高中低層大氣環(huán)流共同作用的結(jié)果，特別是在低層850 hPa距平場(chǎng)上廣東存在異常強(qiáng)的南風(fēng)、北風(fēng)交匯。如在干旱重的1962—1963年秋冬春850 hPa我國(guó)東部為異常南風(fēng)控制(圖略)，南海為弱的異常偏北氣流，廣東不存在異常南北風(fēng)的交匯，導(dǎo)致降水顯著偏少。

圖2 1961—2021年廣東秋冬春平均降水距平百分率的年際變化Fig.2 Interannual variation of the average precipitation anomaly percentage in Guangdong from 1961 to 2021 during the drought period of autumn, winter and spring

圖3 1961—2021年在上年10月至當(dāng)年5月廣東平均降水標(biāo)準(zhǔn)化序列與同期大氣環(huán)流的相關(guān)系數(shù)分布(a)200 hPa風(fēng)場(chǎng)，(b)850 hPa風(fēng)場(chǎng)，(c)500 hPa高度場(chǎng)，(d)海平面氣壓場(chǎng)(填色區(qū)表示通過(guò)了0.05顯著性水平檢驗(yàn))Fig.3 Correlation between the standardized series of average precipitation in Guangdong and atmospheric circulation in the same period from October of the previous year to May of the very year in 1961-2021 (a) 200 hPa wind field， (b) 850 hPa wind field， (c) 500 hPa height field， (d) sea level pressure field(Colored area indicates passing the significance level test above 0.05)

3.2 2020—2021年廣東秋冬春干旱的大氣環(huán)流異常特征

為了了解2020—2021年廣東秋冬春干旱的大氣環(huán)流的特征，分析廣東干旱期間的高中低層大氣環(huán)流及異常，以及對(duì)流層整層積分水汽通量和水汽通量散度距平分布。從200 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)及其距平(圖4a)可見(jiàn)，在北半球副熱帶地區(qū)存在西風(fēng)急流， 30°N以南風(fēng)速明顯減弱，而30°N以北明顯加強(qiáng)，說(shuō)明干旱期間副熱帶西風(fēng)急流強(qiáng)度明顯減弱且位置偏北。從500 hPa 高度及距平場(chǎng)(圖4b)可見(jiàn)，歐亞中高緯度為一槽一脊的形勢(shì)，東亞大槽位于鄂霍次克海到日本，高壓脊位于烏拉爾山附近。中緯度地區(qū)氣流較平直。菲律賓以東洋面存在5 880 gpm 等值線閉合中心。在北半球50°N以南的中低緯地區(qū)位勢(shì)高度正距平，距平中心位于日本及其以東的北太平洋區(qū)域，而在貝加爾湖到鄂霍次克海存在位勢(shì)高度負(fù)距平，中心位于貝加爾湖、鄂霍次克海附近。說(shuō)明在干旱期間，中層?xùn)|亞大槽北段加強(qiáng)，南段明顯減弱，西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)，脊線位置較常年明顯偏北，同時(shí)南支槽明顯減弱，亞洲中高緯位勢(shì)高度場(chǎng)上呈“北低南高”的異常分布，不利于極地冷空氣南下，導(dǎo)致影響廣東的冷空氣偏弱。同時(shí)2020秋至2021年春中低緯度東亞大陸和北太平洋高度場(chǎng)偏高，這與陸丹(2001)分析指出1998年秋至1999年春廣東干旱與500 hPa 上北太平洋亞洲大陸和北太平洋中低緯度大部高度偏高的結(jié)論一致。

從海平面氣壓及其距平場(chǎng)(圖4c)可見(jiàn)，巴爾喀什湖到貝加爾湖之間存在一高壓中心，北太平洋也存在一高壓中心，中心位于日本東南部；北半球海平面氣壓呈北高南低的分布。北半球海平面氣壓正距平中心有兩個(gè)，分別位于巴爾喀什湖附近和日本東南部太平洋上，而30°N以南的中低緯為負(fù)距平。說(shuō)明干旱期間大陸高壓和北太平洋高壓都明顯加強(qiáng)，海平面氣壓在東亞中高緯度呈北負(fù)南正的分布，中低緯呈西低東高的氣壓分布，都不利于北方系統(tǒng)和西風(fēng)系統(tǒng)的南壓和東移影響，不利于廣東秋冬春降水的發(fā)生。

從低層850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)上(圖4d)可見(jiàn)，菲律賓以東存在一異常氣旋環(huán)流中心，南海北部到廣東為異常氣旋環(huán)流后部的東北下沉氣流控制，阻擋孟加拉灣、南海的西南水汽向廣東輸送，同時(shí)南支槽偏弱，冷空氣活動(dòng)偏弱，均不利于冷暖空氣在廣東交匯，易出現(xiàn)干旱。

圖4 2020年10月至2021年5月(a)200 hPa緯向風(fēng)場(chǎng)(等值線，單位：m·s-1)及距平(填色)，(b)500 hPa的高度場(chǎng)(等值線，單位：dagpm)及距平(填色)，(c)海平面氣壓場(chǎng)(等值線，單位：hPa)及距平(填色)，(d) 850 hPa 距平風(fēng)場(chǎng)，以及(e)對(duì)流層整層積分水汽通量(矢量，單位：kg·m-1·s-1)和水汽通量散度距平(填色，單位：10-7 kg·m-2·s-1)Fig.4 (a) The 200 hPa zonal wind field (contour, unit: m·s-1) and anomaly (colored)， (b) 500 hPa height field (contour, unit: dagpm) and anomaly (colored)， (c) sea level pressure field (contour, unit: hPa) and anomaly (colored)， (d) 850 hPa anomaly wind field， as well as (e) tropospheric integrated water vapor flux (vector， unit： kg·m-1·s-1) and water vapor flux divergence anomaly (colored，unit: 10-7 kg·m-2·s-1) from October 2020 to May 2021

圖4e為廣東干旱期間對(duì)流層整層(1 000～300 hPa)積分水汽通量和水汽通量散度距平分布。可見(jiàn)廣東南部和南海北部處于水汽輻散區(qū)。廣東、南海北部和臺(tái)灣海峽為異常東北下沉氣流控制，水汽輻散明顯加強(qiáng)，特別是廣東處于異常水汽輻散的高值區(qū)，不利于降水的發(fā)生。牛寧和李建平(2007)指出2004年長(zhǎng)江以南地區(qū)嚴(yán)重秋旱的發(fā)生對(duì)應(yīng)東南亞上空整層水汽輸送出現(xiàn)顯著的負(fù)異常。2020—2021年的廣東秋冬春干旱期間，廣東、南海北部和臺(tái)灣海峽水汽輻散明顯偏強(qiáng)，導(dǎo)致降水顯著偏少，可見(jiàn)水汽輸送異常是直接引起廣東秋冬春降水異常的關(guān)鍵因素。2020年秋季、2020/2021年冬季、2021年春季我國(guó)氣候異常與大氣環(huán)流密切相關(guān)(楊明珠和陳麗娟，2021；韓榮青等，2021；代潭龍等，2021；劉蕓蕓和高輝，2021)。

4 廣東秋冬春降水與拉尼娜事件的關(guān)系

廣東地處低緯，南臨南海，海表溫度對(duì)其降水變化具有重要影響(林愛(ài)蘭等，2009；簡(jiǎn)茂球和喬云亭，2012)，因?yàn)榻邓畬?duì)海溫的響應(yīng)具有滯后性。從1961—2021年廣東秋冬春降水(上年10月至當(dāng)年5月)年際變化的標(biāo)準(zhǔn)化距平序列與提前1個(gè)月的上年9月至當(dāng)年4月SST的相關(guān)系數(shù)分布(圖5a)可見(jiàn)，廣東秋冬春降水與熱帶中東太平洋、海洋性大陸的SST顯著正相關(guān)，與北太平洋中低緯的SST顯著負(fù)相關(guān)，熱帶太平洋從西到東呈“+ - +”SST距平分布，類(lèi)似厄爾尼諾事件的海溫分布，說(shuō)明秋冬春赤道中東太平洋發(fā)生厄爾尼諾(拉尼娜)事件有利于廣東秋冬春降水偏多(少)。從2020年9月至2021年4月SST距平分布(圖5b)可見(jiàn)，熱帶太平洋SST從西向東呈“- + -”的距平分布，負(fù)距平中心位于赤道中東太平洋，海洋性大陸為SST負(fù)距平，而北太平洋中低緯地區(qū)(20°～50°N)均為SST正距平，呈現(xiàn)出拉尼娜事件的海溫分布，這與國(guó)家氣候中心監(jiān)測(cè)結(jié)果一致(劉蕓蕓和高輝，2021)，這暗示拉尼娜事件有利于廣東秋冬春降水偏少。

圖5 (a)1961—2021年在上年10月至當(dāng)年5月廣東平均降水標(biāo)準(zhǔn)化序列與上年9月至當(dāng)年4月SST的相關(guān)系數(shù)分布，(b)2020年9月至2021年4月SST距平分布Fig.5 (a) Correlation coefficient distribution between the standardized series of average precipitation in Guangdong from October of the previous year to May of the very year and SST from September of the previous year to April of the very year from 1961 to 2021， (b) SST anomaly distribution from September 2020 to April 2021

從2020年10月至2021年5月Walker環(huán)流(圖6a)看，在赤道西太平洋有較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，高度可達(dá)對(duì)流層高層200 hPa，赤道中東太平洋有下沉運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)大氣對(duì)拉尼娜事件有明顯響應(yīng)，Walker環(huán)流增強(qiáng)。在15°～25°N區(qū)域的經(jīng)度-高度剖面(圖6b)可見(jiàn)在菲律賓附近上升運(yùn)動(dòng)明顯，高度可達(dá)對(duì)流層的中層500 hPa，而廣東有下沉運(yùn)動(dòng)。這從同期OLR距平場(chǎng)(圖7)也可得到印證，阿拉伯海、孟加拉灣以及海洋性大陸地區(qū)的對(duì)流較常年偏強(qiáng)，其中菲律賓附近地區(qū)OLR距平異常偏低，對(duì)流活動(dòng)異常活躍。而中低緯度東亞沿岸對(duì)流較常年偏弱，廣東處于正異常中心，對(duì)流活動(dòng)不活躍，不利于降水的發(fā)生。由于菲律賓附近地區(qū)對(duì)流活動(dòng)的強(qiáng)度和范圍均較常年同期明顯加強(qiáng)，導(dǎo)致在對(duì)流層中低層熱帶西太平洋和南海、菲律賓附近存在氣旋性異常環(huán)流，南海為異常偏東或東北氣流影響，下沉氣流阻擋了孟加拉灣、南海的西南水汽向廣東輸送。同時(shí)2020—2021年的秋冬春冷空氣總體偏弱，廣東大部，處于水汽氣流距平輻散區(qū)，不利于降水的發(fā)生。顯然，大氣環(huán)流對(duì)拉尼娜事件的響應(yīng)是導(dǎo)致廣東2020—2021年秋冬春降水偏少的重要因子之一。

圖6 2020年10月至2021年5月(a)Walker環(huán)流和(b)在15°～25°N區(qū)域的經(jīng)度-高度剖面(矢量：ω與u風(fēng)場(chǎng)距平合成，陰影：ω距平)Fig.6 Cross-sections of (a) Walker circulation and (b) longitude-height profile of 15°-25°N from October 2020 to May 2021(vector：anomaly composition of ω and u winds; shaded：anomaly of ω)

圖7 2020年10月至2021年5月OLR距平場(chǎng)(單位：W·m-2)Fig.7 OLR anomaly field (unit: W·m-2) from October 2020 to May 2021

5 結(jié)論與討論

(1)利用觀測(cè)資料和CMAP降水資料，首先分析了2020—2021年華南發(fā)生秋冬春干旱的氣候特征。這次廣東秋冬春干旱歷時(shí)8個(gè)月，降水偏少的中心位于廣東，旱情最重出現(xiàn)在粵東、粵北。1961—2021年廣東共發(fā)生秋冬春連旱有10次，年均發(fā)生概率為16.4%。2020—2021年的秋冬春連旱為1961年以來(lái)秋冬春連旱同期降水最少，且廣東平均氣溫為歷史同期最高，雨少溫高是這次秋冬春干旱的直接原因。

(2) 2020—2021年廣東秋冬春大氣環(huán)流異常特征分析表明，在高層200 hPa距平風(fēng)場(chǎng)上，副熱帶西風(fēng)急流減弱；中層500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)上，東亞大槽南段明顯減弱；低層850 hPa距平風(fēng)場(chǎng)上，影響廣東的冷空氣偏弱，菲律賓以東異常氣旋環(huán)流的存在導(dǎo)致南海北部為異常東北氣流影響，均不利于冷暖空氣在廣東交匯；地面北太平洋高壓明顯加強(qiáng)，東亞中高緯度呈北負(fù)南正，中低緯西低東高的氣壓距平分布，不利于北方系統(tǒng)和西風(fēng)系統(tǒng)的南壓和東移影響，且南支槽偏弱，冷空氣活動(dòng)偏弱，這些環(huán)流和水汽異常的配置造成廣東降水顯著偏少，干旱發(fā)生。

(3)2020年8月到2021年3月，赤道中東太平洋發(fā)生一次中等強(qiáng)度的拉尼娜事件，大氣對(duì)拉尼娜事件有明顯響應(yīng)，Walker環(huán)流增強(qiáng)，菲律賓附近上升運(yùn)動(dòng)明顯，而廣東有下沉運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致在對(duì)流層低層熱帶西太平洋、南海、菲律賓附近存在氣旋性異常環(huán)流，阻擋了孟加拉灣、南海的西南水汽向廣東輸送，廣東處于水汽輻散區(qū)，同時(shí)氣溫顯著偏高，溫高雨少導(dǎo)致干旱發(fā)生。

按本文定義的秋冬春連旱的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)得到1961—2021年廣東共發(fā)生秋冬春連旱有10次，其中有6次發(fā)生在拉尼娜事件或弱冷水背景下，3次發(fā)生在厄爾尼諾或弱暖水背景下，1次秋冬季弱冷水，春季弱暖水。可見(jiàn)，在拉尼娜事件或弱冷水背景下、廣東秋冬春連旱發(fā)生的可能性大，但拉尼娜事件與廣東秋冬春連旱并非一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。干旱的發(fā)生主要受東亞氣候系統(tǒng)變化影響。對(duì)于大氣圈，包括東亞季風(fēng)、副熱帶高壓、中緯度擾動(dòng)；對(duì)于海洋圈，包括熱帶太平洋的ENSO循環(huán)、熱帶西太平洋暖池和印度洋等以及外強(qiáng)迫北冰洋海冰、歐亞積雪、北極海冰等(王林等，2011；左志燕和張人禾，2012；陳紅，2017；張強(qiáng)等，2020)，因此是多種因素協(xié)同影響的結(jié)果。所以廣東秋冬春連旱的發(fā)生，除了低緯度熱帶太平洋海溫異常的影響外，還與中高緯的大氣環(huán)流、歐亞大陸積雪、北極海冰等有關(guān)，也與臺(tái)風(fēng)登陸帶來(lái)降水有關(guān)。當(dāng)海洋上為弱冷水情況，海溫影響不明顯，但當(dāng)中高緯大氣環(huán)流不利于降水發(fā)生時(shí)，也會(huì)發(fā)生秋冬春連旱。