范伶俐，張福穎，胡禎祥，魏蕾

(1.廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江524088;2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210044)

0 引言

20世紀(jì)世界10大自然災(zāi)害中，旱災(zāi)居首位(謝定升，1992)。中國(guó)季風(fēng)氣候明顯，逐年間季風(fēng)的不穩(wěn)定性和境內(nèi)由于地形、山脈等因素造成的水熱分布不均導(dǎo)致了我國(guó)干旱的頻繁發(fā)生，其特點(diǎn)是發(fā)生頻率高、影響范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(葉篤正和黃榮輝，1996)，甚至在雨水較多的華南沿海地帶，也時(shí)有干旱少雨的災(zāi)害發(fā)生(鄭彬和林愛(ài)蘭，2011)。華南地區(qū)地處氣候年際變化非常顯著的東亞季風(fēng)區(qū)，是我國(guó)人口密集和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，干旱不僅直接影響該地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活，造成農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收，還會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)等衍生災(zāi)害的發(fā)生，從而影響社會(huì)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，進(jìn)一步加重干旱的危害性。

降水量偏少是干旱發(fā)生最直接的原因。中國(guó)對(duì)干旱的研究主要集中在降水較少的北方地區(qū)，祁海霞等(2011)認(rèn)為20世紀(jì)50—70年代中國(guó)干旱主要發(fā)生在西北、東北、江淮流域以及長(zhǎng)江中下游至華南地區(qū)，而80年代至今干旱高發(fā)區(qū)轉(zhuǎn)移到以前的干旱低發(fā)區(qū)。張方敏和申雙和(2007，2008)認(rèn)為，濕潤(rùn)狀況顯著增加的地區(qū)主要為新疆西北部和中國(guó)的西南部，干旱化顯著的地區(qū)主要在青海的東部、甘肅的南部和四川北部，干濕狀況變化從中國(guó)的東部向西部逐漸增大。梁姍姍和錢(qián)永甫(2006)認(rèn)為全球關(guān)鍵區(qū)的感熱異常與中國(guó)華北、江淮和華南地區(qū)汛期降水異常有很好的相關(guān)關(guān)系。黃榮輝等(1999)認(rèn)為華北地區(qū)1965年以后夏季降水明顯減少，干旱化趨勢(shì)明顯。對(duì)華南干旱的研究?jī)H有一些初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)該地區(qū)干旱的氣候特征所做的系統(tǒng)研究較少。張勇等(2000)認(rèn)為廣東產(chǎn)生春旱的主要原因是冷暖氣團(tuán)未能在廣東省內(nèi)交鋒，氣溫高、蒸發(fā)量大也有影響。溫之平等(2007)認(rèn)為從北方來(lái)的冷空氣和南來(lái)的暖空氣是否在華南輻合抬升是華南春季降水多寡的關(guān)鍵。智協(xié)飛和郭銳(2006)認(rèn)為秋季南亞高壓位置異常偏東將直接導(dǎo)致南方降水偏少，夏季蒙古上空高壓偏強(qiáng)也可導(dǎo)致南方降水偏少，秋季副高南撤減弱加快也將導(dǎo)致南方降水減少，副熱帶急流中心位置偏北可能造成南方降水異常偏少;赤道東太平洋海溫異常偏低，赤道印度洋海溫偶極子呈負(fù)位相時(shí)，南方秋季易出現(xiàn)大范圍干旱。盡管華南的降水量豐沛，但由于地區(qū)分配不均勻、年內(nèi)分配不均勻，導(dǎo)致局部干旱、季節(jié)性干旱經(jīng)常發(fā)生，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)華南干旱時(shí)空特征做系統(tǒng)性分析十分必要。本文將重點(diǎn)分析華南地區(qū)干旱在一年四季中的分布狀況，并探討不同季節(jié)華南地區(qū)干旱的趨勢(shì)變化及干濕狀態(tài)的環(huán)流背景特征，為華南地區(qū)干旱預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

1961—2007年的中國(guó)753站逐日日平均降水和溫度(中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供)，美國(guó)氣候預(yù)測(cè)中心的擴(kuò)展重建海表溫度資料(ERSST v2)(Smith and Reynolds，2004)和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心/國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)再分析的風(fēng)場(chǎng)資料(Kalnay et al.，1996)。海表溫度的空間分辨率為2°×2°，NCEP/NCAR再分析資料為2.5°×2.5°。時(shí)間長(zhǎng)度是1961—2007年。

本文從全國(guó)753站臺(tái)站資料中提取出華南地區(qū)(105 ～120°E，15～25°N)的63 個(gè)站點(diǎn)，基于站點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列的長(zhǎng)度、連續(xù)性以及遷站距離(≤20 km)3個(gè)主要條件，取時(shí)間長(zhǎng)度為1961—2007年共47 a連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

式中:rm為月降水量(mm);θm為月平均溫度(℃);K為與蒸發(fā)有關(guān)的公式參數(shù)，K=30。上式的物理意義為月總降水量與總蒸發(fā)量之比，它反映了一地區(qū)干濕氣候狀態(tài)。Am為無(wú)量綱量，當(dāng)Am＞1時(shí)為濕，反之為干。

通過(guò)趨勢(shì)分析、EOF(the empirical orthogonal function，自然正交函數(shù))分析等方法對(duì)華南干旱特征進(jìn)行系統(tǒng)的分析。趨勢(shì)分析采用要素線(xiàn)性回歸擬合方程的斜率，即趨勢(shì)系數(shù)(無(wú)量綱量)，來(lái)表示該要素的變化趨勢(shì)，正趨勢(shì)系數(shù)表示有增大趨勢(shì)，負(fù)趨勢(shì)系數(shù)則表示有減小趨勢(shì)。

2 結(jié)果分析

2.1 華南地區(qū)干濕季節(jié)變化

由圖1可見(jiàn)，氣候態(tài)狀況下，華南地區(qū)1—3月、11—12月為干季，4—10月為濕季。由此，上述引用的干濕氣候指數(shù)可明顯區(qū)分華南地區(qū)干濕季，體現(xiàn)了指數(shù)引用的合理性。

圖1 華南地區(qū)區(qū)域平均的干濕氣候指數(shù)的逐月變化Fig.1 Monthly variation of regional average dry and wet index in South China

圖2 1月(a)、4月(b)、7月(c)、10月(d)華南地區(qū)干濕氣候指數(shù)的分布Fig.2 Regional distribution of the dry and wet index in South China in(a)January，(b)April，(c)July and(d)October

圖1僅能表現(xiàn)華南地區(qū)干濕的總體變化，區(qū)域分布并未能體現(xiàn)。圖2給出1、4、7、10月華南地區(qū)干濕情況的區(qū)域分布。由圖2可見(jiàn)，1月，華南總體偏干，但在華南東北部地區(qū)基本正?；蚵云珴?2月，華南東北部偏濕，其余地區(qū)大都偏干;3月，整個(gè)華南北部都偏濕，而廣西西部、廣東西南部和海南省偏干;到4月，整個(gè)華南地區(qū)除廣西西北和海南省外都偏濕，且北部比南部更濕，這是由于4月鋒面降水帶依然偏北。從1—4月華南地區(qū)干濕分布可以看到，偏濕的地區(qū)從北部逐漸向南擴(kuò)展，體現(xiàn)了華南地區(qū)從旱季向汛期的變化，也體現(xiàn)了雨帶由北向南逐漸推進(jìn)的過(guò)程(陳隆勛等，2000;鄭彬等，2006)。5月，由于鋒面降水的繼續(xù)南移、5月底南海夏季風(fēng)的爆發(fā)，除海南省的個(gè)別站點(diǎn)外，整個(gè)華南地區(qū)全面進(jìn)入濕季。6月，華南夏季風(fēng)降水的全面鋪開(kāi)，使得華南地區(qū)繼續(xù)保持濕潤(rùn)。后汛期的7、8、9和10月，華南地區(qū)依然保持濕潤(rùn)，但是濕潤(rùn)區(qū)主要集中在沿海地區(qū)，這顯然與登陸臺(tái)風(fēng)的影響有關(guān)。其中9月濕潤(rùn)程度小于7、8月，廣西北部已由濕轉(zhuǎn)干;10月濕狀態(tài)進(jìn)一步減弱，濕潤(rùn)地區(qū)聚集在廣東西部沿海、廣西沿海和海南省，這與南海夏季風(fēng)在9月開(kāi)始撤退、10月南海夏季風(fēng)基本撤退完畢(馮瑞權(quán)等，2007)有關(guān)。11、12月，華南地區(qū)干狀態(tài)進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 華南地區(qū)干濕趨勢(shì)變化

圖3是各月華南地區(qū)區(qū)域平均的干濕氣候指數(shù)的趨勢(shì)系數(shù)。圖3中的正趨勢(shì)系數(shù)表示干濕氣候指數(shù)有增大趨勢(shì)，意味著濕狀態(tài)的增強(qiáng)或干狀態(tài)的減輕;而負(fù)趨勢(shì)系數(shù)則表示指數(shù)有減小趨勢(shì)，意味著干狀態(tài)的增強(qiáng)或濕狀態(tài)的減輕。由圖3可見(jiàn)，2、3月和5、7、8月的正趨勢(shì)變化明顯，表明近50 a華南地區(qū)在這些月份總體上存在變濕或干狀態(tài)變?nèi)醯内厔?shì);而4、9、10、11和12月有明顯的負(fù)趨勢(shì)，表明近50 a這5個(gè)月華南地區(qū)存在變干或濕狀態(tài)變?nèi)醯内厔?shì);1月和6月變化趨勢(shì)不明顯。

由逐月干濕趨勢(shì)變化(圖4給出1、4、7、10月的分布，其他月份略)可見(jiàn)，近50 a來(lái)1、6月華南地區(qū)總體干濕趨勢(shì)變化不明顯，是因?yàn)槿A南地區(qū)各區(qū)域干濕趨勢(shì)變化存在差異。如1月廣西全省、廣東西北部有正的趨勢(shì)變化，而其他地區(qū)多為負(fù)趨勢(shì)變化;6月，廣西東南部、廣東西南部和東北部、海南省變干，而其余地區(qū)變濕。

圖3 華南地區(qū)區(qū)域平均的干濕氣候指數(shù)趨勢(shì)變化率的逐月變化(單位:a－1)Fig.3 Trend of regional average dry and wet rate change in South China(units:a－1)

近50 a來(lái)2、3月和7月，華南地區(qū)幾乎都是正趨勢(shì)變化;5和8月盡管也出現(xiàn)部分地區(qū)的負(fù)趨勢(shì)，但其范圍較小，且變化幅度不及正趨勢(shì)，因此5、8月的華南地區(qū)區(qū)域平均仍然是正的趨勢(shì)變化。9、10、11月華南地區(qū)幾乎都是負(fù)的趨勢(shì)變化;4、12月雖部分地區(qū)也出現(xiàn)正趨勢(shì)，但正趨勢(shì)的范圍和變化幅度均不及負(fù)趨勢(shì)，區(qū)域平均仍呈負(fù)的趨勢(shì)變化。

2.3 華南地區(qū)干濕氣候指數(shù)的EOF分析

圖4盡管能反映華南地區(qū)干濕氣候指數(shù)變化趨勢(shì)的空間分布，但各局部區(qū)域干濕氣候指數(shù)的時(shí)間演變尚不清楚。故分干季(11月—次年3月)、濕季(4—10月)對(duì)華南地區(qū)的63個(gè)臺(tái)站干濕氣候指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化序列進(jìn)行EOF分析，可以看出:

1)干季，第一、第二模態(tài)分別占總方差的51.9%、18.4%。第一模態(tài)特征向量場(chǎng)(圖5a)主要正中心區(qū)位于廣東西部和廣西東部等地，整個(gè)華南地區(qū)為一致的正值區(qū)，其中心對(duì)應(yīng)的點(diǎn)方差貢獻(xiàn)百分比可高達(dá)90% ～100%(圖略)，說(shuō)明該模態(tài)是華南地區(qū)干季干濕氣候指數(shù)非常重要的一種異常型，對(duì)應(yīng)第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)并未體現(xiàn)出明顯的年代際變化特征(圖6a)。干季第二模態(tài)特征向量如圖7a所示，廣東大部和廣西東部地區(qū)為正值區(qū)，廣西大部和廣東西南部為負(fù)值區(qū)，其極值中心位于粵東北和雷州半島，正、負(fù)值中心區(qū)的模態(tài)點(diǎn)方差貢獻(xiàn)均為40%(圖略)，對(duì)應(yīng)第二模態(tài)的時(shí)間系數(shù)也未體現(xiàn)出明顯的年代際變化特征(圖8a)，但可見(jiàn)第二模態(tài)中干季華南東、西部干濕狀態(tài)的時(shí)間演變位相相反。

2)濕季第一、第二模態(tài)分別占總方差的39.0%、14.1%。第一模態(tài)特征向量場(chǎng)主要負(fù)中心區(qū)位于廣東沿海地區(qū)，整個(gè)華南地區(qū)為一致的負(fù)值區(qū)(圖5b)，其中心對(duì)應(yīng)的點(diǎn)方差貢獻(xiàn)百分比可高達(dá)80% ～90%(圖略)，對(duì)應(yīng)第一模態(tài)的時(shí)間系數(shù)并未體現(xiàn)出明顯的年代際變化特征(圖6b)。濕季第二模態(tài)特征向量如圖7b所示，廣東東部地區(qū)為正值區(qū)，廣西全省和廣東西南部為負(fù)值區(qū)，其極值中心分別位于粵東北和廣西中部，正、負(fù)值中心區(qū)的模態(tài)點(diǎn)方差貢獻(xiàn)分別為80%、20%(圖略)，對(duì)應(yīng)第二模態(tài)的時(shí)間系數(shù)也未體現(xiàn)出明顯的年代際變化特征(圖8b)，但可見(jiàn)第二模態(tài)中濕季華南東、西部干濕狀態(tài)的時(shí)間演變位相相反。

2.4 華南地區(qū)干濕狀態(tài)的環(huán)流背景特征

華南地區(qū)干濕變化的影響因子很多(張勇等，2000;Wang et al.，2000;任敏等，2006;智協(xié)飛和郭銳，2006;溫之平等，2007)，包括副高、極渦、南支槽、夏季風(fēng)、熱帶氣旋和東亞大槽等。對(duì)1961—2007年干季(11月—次年3月)里干的年份和濕的年份、濕季(4—10月)里濕的年份和干的年份850 hPa風(fēng)場(chǎng)、海表溫度異常(sea surface temperature anomaly，SSTA)求差值，來(lái)分析華南地區(qū)干季里的干年份和濕年份、濕季里的濕年份和干年份的環(huán)流背景特征差異。

圖4 1月(a)、4月(b)、7月(c)、10月(d)華南地區(qū)干濕氣候指數(shù)趨勢(shì)變化率的分布(單位:a－1)Fig.4 Distribution of regional dry and wet rate change in South China in(a)January，(b)April，(c)July and(d)October(units:a－1)

從干季里的干年份和濕年份、濕季里的濕年份和干年份850 hPa風(fēng)場(chǎng)差值場(chǎng)的矢量分布(圖9)可以看到:濕季里的濕年份西北太平洋的異常反氣旋偏東，可以從南海/西北太平洋為華南輸送更多的水汽;干季里的干年份西北太平洋的異常反氣旋偏西，華南被異常的高壓覆蓋，降水則偏少。由此可知，西北太平洋的異常反氣旋是影響華南地區(qū)干濕變化的重要因子。此外，在濕季里的濕年份北太平洋靠近東亞大陸的區(qū)域有顯著的氣旋性異常，它反映了東亞大槽的強(qiáng)弱，東亞大槽對(duì)東亞大陸影響范圍的大小，與之伴隨的冷空氣的強(qiáng)弱，對(duì)華南鋒面降水有著重要影響。故北太平洋靠近東亞大陸區(qū)域的氣旋性異常是影響華南地區(qū)干濕變化的另一個(gè)重要因子。濕季里的濕年份印度、孟加拉灣上空的氣旋性異常也很顯著，該氣旋性異常通過(guò)影響孟加拉灣的水汽向華南地區(qū)的輸送量，從而影響華南地區(qū)的干濕變化。所以印度、孟加拉灣上空的氣旋性異常是影響華南地區(qū)干濕變化的又一個(gè)重要因子。

圖5 華南地區(qū)干季(a)、濕季(b)的干濕氣候指數(shù)EOF分析的第一特征向量Fig.5 The first eigenvector of EOF analysis of dry and wet index in(a)dry and(b)wet seasons in South China

圖6 華南地區(qū)干季(a)、濕季(b)的干濕氣候指數(shù)EOF分析的第一主分量(虛線(xiàn)為9點(diǎn)滑動(dòng)平均曲線(xiàn))Fig.6 The first principal component distribution of EOF analysis of dry and wet index in(a)dry and(b)wet seasons in South China(Dotted line indicates the 9 point moving average curve)

干季里的干年份和濕年份、濕季里的濕年份和干年份海表溫度異常的差值場(chǎng) (圖10)顯示出與850 hPa風(fēng)差值場(chǎng)相吻合的結(jié)論。干季里的干年份在印度半島附近、北太平洋靠近東亞大陸的區(qū)域，由于氣旋性的異常，導(dǎo)致海水上翻，故出現(xiàn)負(fù)的SSTA;而在西北太平洋則主要是蒸發(fā)—風(fēng)反饋機(jī)制(Wang et al.，2000)作用的結(jié)果。濕季則相反。

3 結(jié)論

利用華南地區(qū)63個(gè)地面氣象站的降水和氣溫資料，選用黃露菁等(1997)干濕氣候指數(shù)，分析了華南地區(qū)的干濕季節(jié)變化和趨勢(shì)變化，結(jié)論如下:

1)選用的干濕氣候指數(shù)可以明顯地區(qū)分華南地區(qū)干、濕季。

2)華南地區(qū)干濕狀態(tài)空間分布不均?？傮w而言，南部的干狀態(tài)和濕狀態(tài)都比北部嚴(yán)重。在華南地區(qū)平均偏旱的1—3月，華南北部也出現(xiàn)了部分地區(qū)偏濕的情況;即便是整個(gè)華南偏干的11—12月，華南南部也比北部更干。在華南平均偏濕的月份，除4月外，都是南部沿海較北部更濕。

3)華南地區(qū) 2—3、5、7—8 月明顯變濕，而 4、9—12月顯著變干，1、6月趨勢(shì)不明顯。這表明近50 a華南地區(qū)秋季旱情有加重的趨勢(shì)，而春季旱情有所緩解，夏季洪澇則加重了。

4)EOF分析表明，華南地區(qū)東、西部干濕狀態(tài)的時(shí)間演變位相相反。

圖7 華南地區(qū)干季(a)、濕季(b)的干濕氣候指數(shù)EOF分析的第二特征向量Fig.7 The second eigenvector of EOF analysis of dry and wet index in(a)dry and(b)wet seasons in South China

圖8 華南地區(qū)干季(a)、濕季(b)的干濕氣候指數(shù)EOF分析的第二主分量(虛線(xiàn)為9點(diǎn)滑動(dòng)平均曲線(xiàn))Fig.8 The second principal component distribution of EOF analysis of dry and wet index in(a)dry and(b)wet seasons in South China(Dotted line indicates the 9 point moving average curve)

5)華南地區(qū)干濕狀態(tài)的背景特征分析表明:東亞大槽、西北太平洋異常反氣旋、北太平洋異常氣旋、南亞異常氣旋、海表溫度均為干濕狀態(tài)的影響因子。

圖9 850hPa風(fēng)場(chǎng)差值分布(單位:m/s) a.干季(干年減濕年);b.濕季(濕年減干年)Fig.9 850 hPa wind difference(units:m/s) a.dry season(the dry years minus the wet years);b.wet season(the wet years minus the dry years)

圖10 海表溫度異常差值場(chǎng)(單位:℃) a.干季(干年減濕年);b.濕季(濕年減干年)Fig.10 SSTA difference(units:℃) a.dry season(the dry years minus the wet years);b.wet season(the wet years minus the dry years)

陳隆勛，李薇，趙平，等.2000.東亞地區(qū)夏季風(fēng)爆發(fā)過(guò)程［J］.氣候與環(huán)境研究，5(4):345-355.

馮瑞權(quán)，王安宇，梁建茵，等.2007.南海夏季風(fēng)撤退期的氣候特征I.40 年平均［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，23(1):7-13.

黃露菁，鄭德娟，陳創(chuàng)買(mǎi).1997.一種干濕氣候指數(shù)的計(jì)算方法［J］.氣象，23(3):15-19.

黃榮輝，徐予紅，周連童.1999.我國(guó)夏季降水的年代際變化及華北干旱化趨勢(shì)［J］.高原氣象，18(4):465-475.

梁姍姍，錢(qián)永甫.2006.亞非感熱異常時(shí)空特征及其與我國(guó)降水異常的關(guān)系［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，29(5):620-626.

祁海霞，智協(xié)飛，白永清.2011.中國(guó)干旱發(fā)生頻率的年代際變化特征及趨勢(shì)分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，34(4):447-455.

任敏，胡慶梅，馬寧華，等.2006.南支槽的統(tǒng)計(jì)分析［J］.氣象與減災(zāi)，13(2):39-41.

溫之平，吳乃庚，馮業(yè)榮，等.2007.定量診斷華南春旱的形成機(jī)理［J］.大氣科學(xué)，31(6):1223-1236.

謝定升.1992.廣東的干旱及其未來(lái)的變化［J］.廣東氣象，19(2):42-44.

葉篤正，黃榮輝.1996.長(zhǎng)江黃河流域旱澇規(guī)律和成因研究［M］.濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社.

張方敏，申雙和.2007.我國(guó)參考作物蒸散的空間分布和時(shí)間趨勢(shì)［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，30(5):705-709.

張方敏，申雙和.2008.中國(guó)干濕狀況和干濕氣候界限變化研究［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，31(4):574-579.

張勇，王春林，羅曉玲，等.2000.廣東干旱災(zāi)害的氣候成因及其防御對(duì)策［J］.熱帶地理，20(1):16-21.

鄭彬，林愛(ài)蘭.2011.廣東省干旱趨勢(shì)變化和空間分布特征［J］.地理科學(xué)，31(6):715-720.

鄭彬，梁建茵，林愛(ài)蘭，等.2006.華南前汛期的鋒面降水和夏季風(fēng)降水 I.劃分日期的確定［J］.大氣科學(xué)，30(6):1207-1216.

智協(xié)飛，郭銳.2006.中國(guó)南方秋季干旱的時(shí)空分布特征及其可能成因［C］//中國(guó)氣象學(xué)會(huì).2006年年會(huì)“氣候變化及其機(jī)理和模擬”分會(huì)場(chǎng)論文集.北京:氣象出版社.

Kalnay E，Kanamitsu M，Kistler R，et al.1996.The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project［J］.Bull Amer Meteor Soc，77(3):437-472.

Smith T M，Reynolds R W.2004.Improved extended reconstruction of SST(1854—1997)［J］.J Climate，17(12):2466-2477.

Wang B，Wu R，F(xiàn)u X.2000.Pacific-East Asia teleconnection:How does ENSO affect East Asian climate［J］.J Climate，13(9):1517-1536.