王星晨,馬清霞,王冰晨,高志國

(1.內(nèi)蒙古大氣探測技術(shù)保障中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古氣候中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.內(nèi)蒙古氣象信息中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

1 引言

干旱是我國最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,也是內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)生頻率最高、危害最大的自然災(zāi)害〔1〕。內(nèi)蒙古春季日照充足,空氣干燥,溫度回升迅速,蒸發(fā)強烈。同時春季又是內(nèi)蒙古大部地區(qū)農(nóng)作物種植期,特別是春季后期的5月是東部農(nóng)區(qū)農(nóng)作物春播的關(guān)鍵期,隨著氣溫的回升,風(fēng)力增大,土壤失墑很快。5月干旱少雨將不利于春播作物出苗和幼苗生長。所以5月雨量的多少對春播農(nóng)作物出苗和幼苗生長起著至關(guān)重要的作用,而5月又是北半球大氣環(huán)流和天氣氣候開始重大調(diào)整的過渡時期。2009年內(nèi)蒙古東部春季由于氣溫高,無降水日數(shù)持續(xù)時間長,出現(xiàn)了嚴(yán)重干旱。東部農(nóng)區(qū)為重旱到特旱,干旱波及范圍廣,對春播作物的正常出苗和苗期生長發(fā)育影響很大。為此,本文分析了內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱和5月降水量變化特征以及大氣環(huán)流變化、赤道太平洋海溫異常對內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春播期間干旱少雨的影響,以期更深入了解內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春播期干旱的時空變化特點及成因,對指導(dǎo)內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春播期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

2 內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季及5月干旱氣候特征及其影響因素分析

2.1 春季及5月干旱氣候特征

統(tǒng)計分析了1961～2009年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)的呼倫貝爾市農(nóng)區(qū)、興安盟、通遼市、赤峰市21個測站春季及5月降水的氣候特征及其與北半球500hPa高度環(huán)流場和大氣環(huán)流特征量的關(guān)系。綜合內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水量,定義〔2〕了5級干旱等級:1級為不旱,2級為基本不旱,3級為一般輕旱,4級為偏旱,5級為重旱。統(tǒng)計分析表明1961～2009年,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季發(fā)生偏旱～重旱的幾率是59.2%,一般輕旱的幾率是16.3%。2009年春旱達(dá)到4級,5月為5級；春旱與5月干旱級別正相關(guān)系數(shù)達(dá)0.921,均通過了0.001的信度檢驗。春旱為4～5級且5月也為4～5級的幾率為24/29,說明東部農(nóng)區(qū)春季降水量的多少和干旱的發(fā)生,5月具有舉足輕重的作用；5月份無降水日數(shù)偏多,從而使5月降水量偏少到特少,易出現(xiàn)不同程度的春旱,如1999年和2002年。應(yīng)該指出的是:5月是東部農(nóng)區(qū)農(nóng)作物春播種植和幼苗生長非常關(guān)鍵的時期。從春季及各月降水量多年平均值來看,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)5月降水量在春季降水量中占到了62%(表1)。

表1 1961～2009年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱幾率和3、4、5月30年(1971～2000年)平均降水量占春季平均降水量的比例

圖1 1961～2009年內(nèi)蒙古春季和5月降水年代際變化及春季干旱等級時間序列曲線

圖1是1961～2009年內(nèi)蒙古春季干旱等級時間序列及其降水和5月降水年代際變化曲線,分析可見:春季和5月降水年際變化受到年代際氣候變化的影響。1975年以前雨水少,重旱(5級)發(fā)生的頻率較高,大約有33.3%；1976～1998年出現(xiàn)了較為穩(wěn)定的旱澇交替,重旱(5級)發(fā)生頻率為8.7%；1999年以后又進(jìn)入了干旱少雨的階段,重旱(5級)發(fā)生頻率為45.5%?？梢?009年春季正處在一個少雨干旱的時期。

2.2 2009年春季干旱氣候特征

2009年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱較重,主要表現(xiàn)在5月出現(xiàn)了明顯旱情,3月東部農(nóng)區(qū)南部降水偏少50%～100%,4月降水偏多。2009年5月內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)降水偏少51%,區(qū)域平均降水量只有16.4mm,在近30年排第2位,僅次于2002年(8.0mm)。主要是呼倫貝爾市農(nóng)區(qū)、興安盟大部、通遼市、赤峰市大部降水量明顯偏少,特別是呼倫貝爾市農(nóng)區(qū)、通遼市中北部、赤峰市北部降水距平百分率在-50%～-95%。雖然前期4月中旬中東部地區(qū)出現(xiàn)兩次明顯的降水過程,但由于5月東部農(nóng)區(qū)有90.5%的測站日最大無降水(日最大降水量≤0.1mm)日數(shù)在10d以上,有57.1%的測站在15～28d。同時,5月份東部農(nóng)區(qū)氣溫普遍偏高3～4℃。由于氣溫高,無降水日數(shù)持續(xù)時間長,總降水量偏少到特少,土壤墑情較差,內(nèi)蒙古東部大部地區(qū)干旱嚴(yán)重。春季呼倫貝爾市土壤解凍后長達(dá)61d無有效降水,各地干土層厚度普遍在4～15cm,干旱波及范圍廣,尤其農(nóng)區(qū)為重旱到特旱,對春播作物的正常出苗和苗期生長發(fā)育影響很大。赤峰市旱情嚴(yán)重,其中最為嚴(yán)重的是寧城縣和敖漢旗東南部地區(qū),其次是阿魯科爾沁旗中南部、巴林右旗大部、翁牛特旗中南部。由于降水持續(xù)偏少,導(dǎo)致該地區(qū)干旱加重,天義和八里罕連續(xù)干旱265d,寶國吐連續(xù)干旱242d,其余地區(qū)持續(xù)連旱222～233d。截止5月末,赤峰市阿魯科爾沁旗和巴林左旗的中北部地區(qū)旱情仍在持續(xù),受旱農(nóng)田約13.3萬hm2。

2.3 春播期干旱影響因素分析

影響內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季氣候變化的物理因子很多,2009年春季西太平洋副熱帶高壓面積偏小、強度偏弱；北半球歐亞緯向環(huán)流占優(yōu)勢；東亞大槽位置偏西、強度偏強；北半球極渦面積小、強度弱。烏拉爾山高壓偏強、鄂霍次克海高壓偏弱；拉尼娜事件于2009年4月結(jié)束等。這些下墊面熱力和大氣環(huán)流異?？赡苁怯绊?009年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)偏旱的重要因子。

2.3.1 2009年春季北半球500hPa月平均高度場特征

2009年春季北半球500hPa高度場上,中緯度環(huán)流呈4波型,東亞維持兩槽一脊,貝加爾湖以西附近有一弱脊,東亞大槽偏西偏強,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)控制在脊前西北氣流中。距平場上,極地到東亞北部受大范圍負(fù)距平區(qū)控制,東亞南部地區(qū)受正距平區(qū)控制,從白令海峽到東亞南部形成了“+—+”距平分布,這一特征在5月份也表現(xiàn)明顯。與內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)5月降水典型年北半球500hPa月平均高度距平合成圖(圖2)比較,2009年5月出現(xiàn)了典型少雨年的特征。

圖2 內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)5月降水典型年北半球500hPa月平均高度距平合成圖(a偏多年,b偏少年)

2.3.2 各物理量因子對降水年代際變化的影響

選用1961～2009年烏拉爾山高壓指數(shù)(簡稱烏山高脊)、鄂霍次克海高壓〔3〕(簡稱鄂海高壓)、西風(fēng)環(huán)流指數(shù)〔4〕,利用累積距平法,分析各物理量因子年代際變化對內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水年代際變化的影響。表明:烏山高脊、鄂海高壓和西風(fēng)環(huán)流指數(shù)與內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水年代際變化存在較顯著的關(guān)系。

圖3 烏山高脊、鄂海高壓(a、b)、歐亞地區(qū)西風(fēng)環(huán)流(c、d)與內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水年代際變化曲線圖

圖3是各物理量與內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水年代際變化曲線圖。由圖可見:春季烏山高脊、2月鄂海高壓(圖3a、b)與東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水年代際變化一致,即20世紀(jì)80年代初以前烏山高脊、鄂海高壓減弱,東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水呈減少趨勢；80年代初到90年代中期烏山高脊、鄂海高壓加強,東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水呈增加趨勢,處于多雨濕潤時期；90年代中期以后烏山高脊、鄂海高壓進(jìn)入了快速減弱的時期,東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水迅速減少,進(jìn)入了一個長達(dá)14年的干旱少雨階段。

從歐亞西風(fēng)帶環(huán)流來看(圖3c、d),春季歐亞地區(qū)西風(fēng)環(huán)流與東部農(nóng)區(qū)春季降水呈現(xiàn)相反的年代際變化,亦即歐亞地區(qū)緯向環(huán)流占優(yōu)勢,東部農(nóng)區(qū)春季降水減少,經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢,東部農(nóng)區(qū)春季降水增加；但東部農(nóng)區(qū)5月降水與前期12月西風(fēng)環(huán)流指數(shù)年代際變化相一致,表明歐亞地區(qū)西風(fēng)環(huán)流在經(jīng)向度加大,緯向環(huán)流偏弱時期,東部農(nóng)區(qū)5月處在干旱少雨時期；相反,經(jīng)向度減小,緯向環(huán)流占優(yōu)勢時,東部農(nóng)區(qū)處在5月濕潤多雨時期。

以上分析表明,在同期春季烏拉爾山高壓偏弱和歐亞西風(fēng)環(huán)流緯向環(huán)流占優(yōu)勢、前期2月鄂海高壓偏弱和12月經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的影響下,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水均迅速減少,20世紀(jì)90年代末進(jìn)入了干旱少雨的時期。

2.3.3 青藏高壓的影響

眾多研究證明,青藏高原的熱力和動力作用對中國大陸及東亞的氣候異常有著重要影響。2009年春季青藏高壓出現(xiàn)了自2003年以后第6個偏高年。通過對國家氣候中心《氣候監(jiān)測公報》發(fā)布的青藏高原B指數(shù)與內(nèi)蒙古農(nóng)區(qū)春季和5月的降水資料相關(guān)普查得知,5月降水與上年10～11月青藏高原B指數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,而春季降水與上年5月青藏高原B指數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均通過0.01的信度檢驗。上年10～11月青藏高壓偏強,不利于5月降水偏多。上年5月青藏高壓偏弱,不利于內(nèi)蒙古農(nóng)區(qū)春季降水偏多(圖略)。

2.3.4 海溫的影響

選用國家氣候中心提供的1961～2008年歷年赤道太平洋各區(qū)海溫指數(shù),計算并分析赤道太平洋各區(qū)海溫指數(shù)與內(nèi)蒙古農(nóng)區(qū)春季和5月的降水相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明:內(nèi)蒙古農(nóng)區(qū)春季和5月的降水與Nino2區(qū)、Nino1+2區(qū)、Nino3區(qū)均存在良好的正相關(guān)關(guān)系,47年相關(guān)系數(shù)通過了0.10的信度檢驗。說明赤道東太平洋海溫為暖位相,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月的降水偏多,赤道東太平洋海溫為冷位相,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月的降水偏少。

太平洋海氣系統(tǒng)具有年際強信號,赤道太平洋海溫與內(nèi)蒙古地區(qū)氣候變化也有密切的關(guān)系。2008年12月開始的LaNina事件于2009年4月結(jié)束。1951年以來秋冬季形成的冷水事件有1962 、1974、1984、1995、1998 、2008 年 6 年,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)次年春季干旱等級有5/6出現(xiàn)了4～5級；5月有 4/6出現(xiàn)了4～5級,1年3級,只有1996年春季和5月均出現(xiàn)了2級。由此可見,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱對秋冬季形成的LaNina事件有滯后響應(yīng)。

3 結(jié)論

3.1 2009年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱特點,主要表現(xiàn)在5月出現(xiàn)了明顯旱情。春季和5月降水年際變化受到年代際氣候變化的影響。

3.2 內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季降水量的多少和干旱的發(fā)生,5月具有舉足輕重的作用。

3.3 2009年5月北半球500hPa月平均高度距平圖上,出現(xiàn)了典型少雨年的環(huán)流特征。在同期春季烏山高壓偏弱和歐亞西風(fēng)環(huán)流緯向環(huán)流占優(yōu)勢、前期2月鄂海高壓偏弱和12月經(jīng)向環(huán)流占優(yōu)勢的影響下,自20世紀(jì)90年代末,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水開始迅速減少,進(jìn)入了干旱少雨的時期。

3.4 內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季降水與前期青藏高原B指數(shù)存在顯著的相關(guān)關(guān)系。內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱對秋冬季形成的LaNina事件存在滯后響應(yīng)。

〔1〕王長根.內(nèi)蒙古氣候熱點及對策研究〔M〕.北京:氣象出版社,1997.13-26.

〔2〕宋連春,鄧振鏞,董安祥.干旱〔M〕.北京:氣象出版社,2003.36-40.

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〔4〕趙振國.中國夏季旱澇及環(huán)境場〔M〕.北京:氣象出版社,1999.79-85.