王健疆，馬 浩，余麗萍，龔理卿，汪 晨

(1.浙江省衢州市氣象局，浙江 衢州 324000；2.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310000)

引 言

干旱是我國(guó)最常見(jiàn)的自然災(zāi)害之一，具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣等特征[1]。在全球氣候變暖背景下，干旱愈加頻發(fā)且影響嚴(yán)重[2-4]，多模式模擬結(jié)果表明，未來(lái)干旱區(qū)將繼續(xù)擴(kuò)張[5]。干旱不僅會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，還會(huì)直接作用于生態(tài)系統(tǒng)，造成土地荒漠化、加劇林火災(zāi)害[6]。開(kāi)展對(duì)干旱事件的研究，分析其特征及成因，可為預(yù)測(cè)及有效干預(yù)干旱、減輕旱災(zāi)損失和影響提供科學(xué)依據(jù)。

自然降水不足是干旱事件發(fā)生的直接原因[7]，海溫異常又是降水異常的重要外強(qiáng)迫因子[8-10]，關(guān)鍵區(qū)海溫變化對(duì)我國(guó)各地的降水預(yù)測(cè)具有一定的指示意義[11-12]。如華中地區(qū)盛夏降水異常與熱帶大西洋北部春季海溫異常顯著正相關(guān)[11]，而貴州秋季降水與東印度洋—西太平洋區(qū)域夏季海溫顯著負(fù)相關(guān)[12]。西太副高是影響我國(guó)降水的重要天氣系統(tǒng)之一，其強(qiáng)度、位置和形狀異常是造成我國(guó)不同區(qū)域降水異常的重要原因[13-14]。夏季當(dāng)西太副高位置偏南時(shí)，我國(guó)北部地區(qū)易出現(xiàn)干旱[13,15]，而當(dāng)西太副高強(qiáng)度偏強(qiáng)、西伸脊點(diǎn)異常偏西時(shí)，長(zhǎng)江流域易發(fā)生高溫干旱[16]；西太副高的強(qiáng)度、面積等異常程度的不同，可引起不同等級(jí)的干旱事件[17]。在不同時(shí)期、不同區(qū)域發(fā)生的干旱事件中，西太副高的強(qiáng)度、位置等要素變化并不完全相同[12,18-19]，因此，仍需對(duì)各次干旱事件發(fā)生時(shí)西太副高的特殊性進(jìn)行探究。

浙江省是干旱災(zāi)害頻發(fā)區(qū)，四季均有干旱發(fā)生，危害最大的是夏秋干旱[20-21]，如2013年夏旱，浙江省218.1萬(wàn)人受災(zāi)，農(nóng)作物絕收3.3×104hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失30.3億元[22]。2019年秋旱，浙江部分地區(qū)玉米等作物出現(xiàn)絕收，柑桔等水果品質(zhì)明顯下降，中草藥等減產(chǎn)嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失明顯。為進(jìn)一步了解秋旱特征及成因，本文針對(duì)2019年浙江省秋旱特征和環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行初步分析，以期為后續(xù)干旱預(yù)測(cè)研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

所用資料：(1)浙江省67個(gè)常規(guī)氣象站1981—2019年逐月降水、氣溫資料；(2)1981—2019年2.5°×2.5° NCEP逐月再分析資料；(3)2019年秋季浙江省逐日綜合氣象干旱指數(shù)資料。氣候基準(zhǔn)態(tài)取1990—2019年均值，秋季為9—11月。

1.2 綜合氣象干旱指數(shù)(CI)

氣象干旱是引發(fā)農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱的重要因素，農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱與氣象干旱時(shí)滯分別為1個(gè)月和4個(gè)月，因此氣象干旱監(jiān)測(cè)分析對(duì)預(yù)測(cè)其他干旱具有指示作用[23]。目前，用于氣象干旱監(jiān)測(cè)的干旱指數(shù)有幾十種[24]，其中綜合氣象干旱指數(shù)(CI)是我國(guó)國(guó)標(biāo)中的一個(gè)綜合指數(shù)[25]，該指數(shù)即可反映短時(shí)間(月)和長(zhǎng)時(shí)間(季)尺度降水量氣候異常情況，同時(shí)又反映短時(shí)間尺度水分虧欠情況，適用于實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)[1]。CI等級(jí)劃分如表1所示，本文采用該指數(shù)對(duì)2019年浙江秋旱進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

表1 CI等級(jí)劃分Tab.1 Grade classification of the compound meteorological drought index (CI)

2 2019年浙江秋旱、氣溫和降水

2.1 秋旱概況

為了解此次干旱事件的演變特征，采用2019年秋季全省67站的逐日降水、氣溫等數(shù)據(jù)資料，計(jì)算每日各站的CI。9月10日浙西少數(shù)縣(市、區(qū))出現(xiàn)輕旱并維持，9月30日干旱面積迅速擴(kuò)大、旱情加重，10月10日浙江中、西部均出現(xiàn)旱情，其中浙中西部出現(xiàn)大范圍重旱，個(gè)別縣(市、區(qū))出現(xiàn)特旱，旱情一直維持至10月25日。10月26日開(kāi)始，受降水影響，全省旱情有所緩解，至10月底以輕旱為主。11月上旬開(kāi)始降水持續(xù)偏少，旱情又逐漸加重，至11月15日全省95%以上縣(市、區(qū))出現(xiàn)旱情，超60%縣(市、區(qū))達(dá)中度及以上旱情，11月23日之后，東北部受降水影響，旱情有所緩解，其他地區(qū)維持中度及以上旱情，11月30日浙江衢州市5/6縣(市、區(qū))出現(xiàn)重旱(圖1)。

圖1 2019年秋季浙江省CI演變Fig.1 Evolution of the compound meteorological drought index in autumn 2019 in Zhejiang Province

2.2 秋季氣溫和降水變化

圖2為浙江省2019年秋季降水距平百分率和氣溫距平空間分布。2019年秋季，除浙江東北部以外，其他地區(qū)降水量均較常年偏少，其中衢州大部、金華西部、杭州南部及麗水西北部等12個(gè)站點(diǎn)降水量破歷史最低值。9月，除東北部以外，全省大部分地區(qū)降水距平百分率為負(fù)距平，浙中西部、浙西南降水距平百分率絕對(duì)值超75%，4個(gè)縣(市、區(qū))超90%；10月，除東部以外，全省其他大部分地區(qū)降水距平百分率為負(fù)距平，浙中西部及浙北降水距平百分率絕對(duì)值超50%，浙北北部超90%；11月，全省降水距平百分率均為負(fù)距平，浙中南大部分地區(qū)降水距平百分率絕對(duì)值超75%，部分超過(guò)90%。

圖2 2019年9(a、d)、10(b、e)和11(c、f)月浙江省降水距平百分率(單位：%)(a、b、c)和氣溫距平(單位：℃)(d、e、f)空間分布Fig.2 The spatial distribution of precipitation anomaly percentage (Unit: %) (a, b, c) and temperature anomaly (Unit: ℃) (d, e, f) in Zhejiang in September (a, d), October (b, e) and November (c, f) 2019

2019年秋季全省平均氣溫偏高，大部分地區(qū)氣溫較常年偏高0.5 ℃以上，其中衢州江山偏高1.8 ℃。與降水相對(duì)應(yīng)，9月，除東北部和南部少數(shù)縣(市、區(qū))，全省其他區(qū)域氣溫距平超0.5 ℃；10月，除溫州平陽(yáng)以外，其他區(qū)域氣溫均超常年，浙中南大部分地區(qū)氣溫距平超1.0 ℃，浙中及浙西南地區(qū)超1.5 ℃；11月全省除4個(gè)縣(市、區(qū))外，其他地區(qū)氣溫均為正距平，浙中西部、浙北半數(shù)以上區(qū)域氣溫距平超1.0 ℃，浙北少數(shù)縣(市、區(qū))超1.5 ℃。

2019年秋季降水持續(xù)偏少且氣溫持續(xù)偏高，導(dǎo)致蒸發(fā)量與降水產(chǎn)生收支不平衡，是浙江省秋旱產(chǎn)生的直接誘因。

3 大氣環(huán)流特征及成因

3.1 環(huán)流系統(tǒng)特征

極渦與我國(guó)降水關(guān)系密切，對(duì)我國(guó)同期及后期降水有重要影響[26-28]。圖3為2019年夏季、秋季北半球500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)及其距平?？梢钥闯?，2019年夏季北半球500 hPa極渦中心主要位于北美區(qū)，冷空氣多堆積在西半球，與氣候平均態(tài)相比，極渦區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)呈明顯正距平，亞洲區(qū)位勢(shì)高度距平最大值超過(guò)80 gpm，表明亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度明顯偏弱。2019年秋季北半球500 hPa極渦中心位于西半球，中心強(qiáng)度偏弱，亞洲區(qū)內(nèi)位勢(shì)高度場(chǎng)以正距平為主，表明自夏季以來(lái)，極渦位置偏西半球，強(qiáng)度持續(xù)偏弱，影響亞洲區(qū)的冷空氣偏弱。中高緯地區(qū)65°E附近有一低壓槽，位置較氣候平均態(tài)明顯偏西，90°E—120°E區(qū)域以緯向環(huán)流為主，槽后冷空氣南下后，經(jīng)偏西氣流引導(dǎo)向東到達(dá)長(zhǎng)江下游地區(qū)，通過(guò)遠(yuǎn)距離輸送后冷空氣勢(shì)力減弱。另外，我國(guó)華北至東北一線位勢(shì)高度場(chǎng)正距平使東亞大槽位置偏東、槽底偏北，北方冷空氣隨東亞大槽南下位置偏東、偏北，不利于長(zhǎng)江下游及以南地區(qū)冷暖氣流交匯而形成降水。

圖3 2019年夏季(a)、秋季(b)北半球500 hPa平均位勢(shì)高度(等值線)及其距平(陰影)空間分布(單位： gpm)Fig.3 The spatial distribution of 500 hPa mean geopotential height (isolines) and its anomaly (the shaded) in northern hemisphere in summer (a) and autumn (b) 2019 (Unit: gpm)

西太副高對(duì)水汽輸送、西風(fēng)槽活動(dòng)及臺(tái)風(fēng)活動(dòng)有明顯影響[29]，其季節(jié)性移動(dòng)與我國(guó)雨帶位置密切相關(guān)。西太副高的異常變動(dòng)會(huì)造成降水出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性變化[30-31]。2019年夏季，除亞洲大陸中東部區(qū)域外，北半球副熱帶地區(qū)各高壓?jiǎn)误w連成副熱帶高壓帶，與氣候基準(zhǔn)態(tài)相比，其面積明顯偏大，強(qiáng)度偏強(qiáng)。2019年秋季，副熱帶高壓帶斷裂，在東南亞北部至我國(guó)南部出現(xiàn)一明顯高壓?jiǎn)误w。

表2列出2019年6—11月西太副高指數(shù)距平。可以看出，西太副高面積持續(xù)偏大，強(qiáng)度持續(xù)偏強(qiáng)。8月前脊線和北界位置均偏南，這與2019年浙江省梅雨季開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間偏晚相吻合，8月開(kāi)始兩者位置持續(xù)偏北，西伸脊點(diǎn)位置異常偏西，較常年偏西25個(gè)經(jīng)度以上。西伸脊點(diǎn)位置的異常偏西，表明高壓西北側(cè)與西風(fēng)帶氣流輻合區(qū)域與常年相比也異常偏西，而浙江省位于大陸高壓環(huán)流的東北側(cè)輻散區(qū)內(nèi)，不利于降水的產(chǎn)生。

表2 2019年6—11月西太副高指數(shù)距平Tab.2 Index anomaly of western Pacific subtropical high from June to November in 2019

3.2 垂直運(yùn)動(dòng)

垂直上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生降水的必要條件之一，降水的多寡與垂直運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱直接相關(guān)[32]。圖4為秋季118°E—123°E范圍平均經(jīng)向環(huán)流?？梢钥闯?，氣候基準(zhǔn)態(tài)表現(xiàn)為Hadley環(huán)流上升支位于10°N附近，最強(qiáng)下沉支位于30°N—40°N之間，浙江省受Hadley環(huán)流下沉支控制。2019年秋季Hadley環(huán)流上升支范圍明顯縮小，上升區(qū)南緣由5°S北縮至5°N 附近， 20°N—30°N范圍上升氣流轉(zhuǎn)為下沉氣流，浙江省上空低層反氣旋式環(huán)流中心轉(zhuǎn)移至20°N附近的300 hPa高空區(qū)，低層下沉支匯合區(qū)南移，輻合程度較常年偏弱。Hadley環(huán)流和Ferrel環(huán)流的下沉支匯合區(qū)南北向跨度增大，擴(kuò)展至28°N—45°N。Hadley環(huán)流上升支范圍縮小，不利于熱帶地區(qū)大量的水汽隨Hadley環(huán)流向北輸送。2019年秋季平均經(jīng)向環(huán)流距平場(chǎng)(圖略)表明浙江省上空下沉氣流明顯增強(qiáng)，同時(shí)在20°N—30°N范圍500 hPa以下存在明顯的北風(fēng)正距平。綜合表明2019年秋季浙江省上空下沉氣流明顯增強(qiáng)，動(dòng)力條件不足，不利于降水產(chǎn)生。

圖4 氣候基準(zhǔn)態(tài)(a)及2019年(b)秋季118°E—123°E范圍平均經(jīng)向環(huán)流Fig.4 The average meridional circulation in the range of 118°E to 123°E in autumn for climate state (a) and 2019 (b)

3.3 水汽條件

自2019年8月開(kāi)始，西太副高脊線位置偏北，西伸脊點(diǎn)位置異常偏西，南側(cè)的偏東氣流引導(dǎo)西太平洋的水汽自東向西輸送，水汽通道維持在低緯地區(qū)。亞洲南部高壓環(huán)流取代了常年從孟加拉灣至我國(guó)東南沿海一帶的西南氣流，使西邊界水汽通道受阻，高壓東部的偏北氣流和南部的偏東氣流，阻擋了南邊界、東邊界水汽向我國(guó)東部地區(qū)的輸送。

圖5為2019年秋季925、850、700和500 hPa水汽通量散度及其距平空間分布?？梢钥闯?，925和850 hPa 110°E以東大部地區(qū)存在明顯的水汽輻散，浙江全省范圍內(nèi)925、850 hPa水汽通量散度分別大于等于2.0×10-6、1.5×10-6g·hPa-1· cm-2·s-1，浙江中東部地區(qū)超過(guò)2.0×10-6g·hPa-1· cm-2·s-1；700 hPa，我國(guó)110°E以東地區(qū)水汽通量散度為-5×10-7～5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，浙江省仍處于水汽輻散區(qū)；500 hPa，浙江省水汽通量散度為-5×10-7～0 g·hPa-1· cm-2·s-1，處于弱輻合區(qū)內(nèi)；300 hPa浙江省水汽通量散度(圖略)為0～5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，表明該區(qū)域高層水汽輻散。925 hPa和850 hPa 110°E以東我國(guó)大陸地區(qū)水汽通量散度呈正距平，浙中西部地區(qū)距平值均大于等于5×10-7g·hPa-1· cm-2·s-1，低層水汽輻散較常年明顯增強(qiáng)； 700 hPa和500 hPa，浙江水汽通量散度以負(fù)距平為主，距平絕對(duì)值小于2×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1。2019年秋季浙江省上空總體為水汽輻散且輻散程度較常年更明顯，產(chǎn)生降水的水汽條件不足。

圖5 2019年秋季925 hPa(a)、850 hPa(b)、700 hPa(c)和500 hPa(d)水汽通量散度(陰影)及其距平(等值線)空間分布(單位：10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1)Fig.5 The spatial distribution of water vapor flux divergence (the shaded) and its anomaly (contours) on 925 hPa (a), 850 hPa (b), 700 hPa (c) and 500 hPa (d) in autumn 2019 (Unit: 10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1)

4 結(jié)論與討論

(1)2019年秋季浙江省出現(xiàn)全省性氣象干旱，浙中西部旱情重、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。此次旱情大致可分為兩個(gè)階段：9月底至10月25日，旱區(qū)集中在浙江省中、西部，浙中西部出現(xiàn)重旱、特旱，10月26日開(kāi)始，受降水影響，全省旱情緩解，轉(zhuǎn)為輕旱；11月，全省出現(xiàn)旱情，60%以上區(qū)域達(dá)中度及以上旱情，浙中西部仍為重旱區(qū)。降水持續(xù)偏少，氣溫持續(xù)偏高，降水收支不平衡是導(dǎo)致此次干旱事件的直接原因。

(2)2019年秋季500 hPa極渦偏西，亞洲區(qū)冷空氣強(qiáng)度偏弱，東亞大槽位置偏東、槽底偏北，影響浙江地區(qū)冷空氣勢(shì)力偏弱；浙江省位于亞洲南部高壓環(huán)流的東北側(cè)輻散區(qū)域內(nèi)，其上空下沉運(yùn)動(dòng)較常年偏強(qiáng)，大氣環(huán)流系統(tǒng)的異常不利于浙江秋季降水的產(chǎn)生。

(3)2019年秋季，Hadley環(huán)流上升支范圍明顯縮小，上升運(yùn)動(dòng)較常年偏弱及30°N以南區(qū)域的北向風(fēng)增強(qiáng)，削弱了水汽由南向北的輸送；而西太副高脊線位置偏北、西伸脊點(diǎn)位置異常偏西，阻礙西太平洋及南海水汽向長(zhǎng)江以南地區(qū)直接輸送；同時(shí)浙江省上空，除500 hPa存在弱水汽輻合外，其他各層水汽均為輻散，且低層水汽輻散程度較常年明顯，水汽供應(yīng)不足致使浙江秋季降水偏少。