邵明陽，周妍，吳昊，馬鋒敏，彭賽華，林月強

(1.九江市氣象局，江西 九江 332000；2.江西省氣象局，江西 南昌 330096；3.彭澤縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 彭澤 332700)

2019年6月至7月前半月，江西省遭遇多輪暴雨過程，平均降水量較常年同期偏多7成，創(chuàng)歷史同期新高。7月1～15日全省平均降水量達314.3 mm，單站最大降水量達617.7 mm；7月16日開始全省轉(zhuǎn)為干旱少雨天氣，至12月31日全省平均降水量較常年同期偏少6成以上，創(chuàng)1961年以來歷史同期新低，為典型的澇旱急轉(zhuǎn)天氣。前期大范圍嚴(yán)重雨澇，加上后期大面積、持續(xù)性干旱，對經(jīng)濟社會發(fā)展及城鄉(xiāng)居民生活造成了較大損失，全省農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積達到1116.6 khm。

旱澇(或澇旱)急轉(zhuǎn)是旱、澇異常在時間上的非均勻分布形式，指某一時期內(nèi)旱澇交替發(fā)生的現(xiàn)象，受全球氣候變暖及人類活動等因素影響，旱、澇發(fā)生頻率、強度不斷增加，在我國長江中下游、華南、華北、西南等地時有發(fā)生。對于旱、澇急轉(zhuǎn)天氣的成因，很多學(xué)者開展了相關(guān)的研究。陶詩言的研究表明我國夏季江淮流域持久性旱澇現(xiàn)象與中緯和副熱帶地區(qū)大氣環(huán)流的異常有密切聯(lián)系。婁小芬，等對2011年長江中下游的梅雨特征及成因分析得出梅雨期間，西太平洋副熱帶高壓和高空西風(fēng)急流穩(wěn)定偏強，強盛的季風(fēng)涌、中高緯度冷空氣和青藏高原對流擾動?xùn)|傳的有利配置導(dǎo)致了2011年梅雨總量異常偏多。鄭志海，等對夏季北半球環(huán)流進行分析，得出西太平洋副熱帶高壓的年代際增強和赤道中東太平洋由冷水向暖水發(fā)展是多雨帶偏南的重要原因。吳拓，等研究發(fā)現(xiàn)江西共青城地區(qū)冬季氣溫及降水因子與汛期降水量存在著一定程度的相關(guān)性。袁媛，等通過對MJO分析得出副熱帶高壓發(fā)生斷裂，西北太平洋對流層低層轉(zhuǎn)為異常氣旋性環(huán)流控制，水汽輸送異常輻散區(qū)會導(dǎo)致我國東部大部地區(qū)，長江流域持續(xù)高溫少雨，同時異常的MJO活動也是8月熱帶和副熱帶大氣發(fā)生轉(zhuǎn)折的重要原因。高輝，等對夏季降水研究發(fā)現(xiàn)夏季尤其是夏季前期西太平洋副熱帶高壓強度異常偏強，位置明顯偏西，東亞副熱帶夏季風(fēng)強度弱，這些都直接造成長江中下游地區(qū)降水明顯偏多。

一般年份，江西澇旱急轉(zhuǎn)天氣出現(xiàn)的時間，與棉花花鈴期較為接近，而棉花在這一時期處于營養(yǎng)生長與生殖生長并進的階段，是需水需肥的關(guān)鍵期。

本研究一方面從澇旱急轉(zhuǎn)天氣發(fā)生前后的環(huán)流和水汽特征分析其成因，另一方面以彭澤縣為例，比較分析2019年與前3年雨旱轉(zhuǎn)換期不同天氣條件對棉花產(chǎn)量形成的影響，以期為江西澇旱夏季短期氣候預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)，同時更好地保障棉花生產(chǎn)趨利避害。

1 材料和方法

1.1 資料來源

所用降水量資料來自CIMISS數(shù)據(jù)中心的江西省87個國家氣象觀測站的逐日降水資料，大氣環(huán)流資料為美國國家環(huán)境預(yù)報中心和國家大氣研究中心(NCEP/NCAR)逐日再分析資料中的位勢高度、緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、比濕和地面氣壓場，資料水平分辨率為2.5°×2.5°。

彭澤縣棉花“三桃”調(diào)查數(shù)據(jù)來源于彭澤縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，棉花單產(chǎn)數(shù)據(jù)來源于九江市統(tǒng)計年鑒。

1.2 方法

計算取 1981～2010 年 共30 年平均為氣候態(tài)，分析過程中對降水作日、候(1 年 72 候，每月 6 候)平均處理，也用到非限定時段的平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 降水異常的時間演變特征

從圖1可以看出，1到6月江西省平均降水量普遍偏多。第37、38、39候比常年同期異常偏多，其中38、39候比常年同期偏多3.5倍和3.3倍。從逐候降水距平百分率的變化特征來看，雨澇時段和干旱時段均比較明顯。39候到69候，降水距平百分率均為負值，降水持續(xù)偏少，澇旱兩者轉(zhuǎn)變在短時間內(nèi)實現(xiàn)，呈現(xiàn)澇旱急轉(zhuǎn)的特征。2019 年澇旱急轉(zhuǎn)的時間節(jié)點為第40候首日，即7 月 16日開始轉(zhuǎn)為干旱。

圖1 2019年江西省較常年同期降水距平百分率時間序列圖(候平均)

2.2 環(huán)流分析

2.2.1南亞高壓及西風(fēng)急流特征與降水的關(guān)系

南亞高壓是夏季對流層高層上最強大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，它對亞洲乃至整個半球的大氣環(huán)流異常都有重要影響，影響著我國廣大地區(qū)夏季的旱澇分布，因此為了研究 2019年夏季澇旱急轉(zhuǎn)的成因，有必要對南亞高壓特征進行分析。

7月6日～15日東亞地區(qū)200 hPa南亞高壓呈帶狀分布(圖2a)，脊線位于25°N附近，比常年(28°N)南亞高壓的脊線位置略偏南，強度較常年(1256 dagpm)偏強，江西處于南亞高壓東南側(cè)。從風(fēng)速平均場看(圖3)，該兩候副熱帶西風(fēng)急流南緣位于 30°N 附近，江西位于高空輻散區(qū)，偏強的西風(fēng)急流使得對流層高層的輻散增強，從而加強高低空急流耦合形成的抽吸作用，促進上升運動發(fā)展，降水得到加強。7月16日～25日，中國西部槽加深，高空東風(fēng)急流所控制，中高緯地區(qū)基本維持“西低東高”的偏緯向型環(huán)流，冷空氣活動不活躍。整個長江中下游處于強大的反氣旋環(huán)流控制中，輻散和下沉運動加強，負渦度發(fā)展，有利于維持高溫晴熱天氣。

圖2 200 hPa平均位勢高度(a為7月6～15日，b為7月16～25日；單位為dagpm)

圖3 200 hPa平均風(fēng)場(a為7月6～15日，b為7月16～25日；單位為m/s)

2.2.2 中低層環(huán)流特征

在中層 500 hPa位勢高度場上，2019年第38候588 dagpm 等高線較氣候平均持平 (圖4a)，江西處于副熱帶高壓西北側(cè)，受西南氣流控制。第39候(圖4b)相比上一候副熱帶高壓有西進。第40候(圖4c)西太平洋副熱帶高壓略有東退，第41候(圖4d) 西太平洋副熱帶高壓西進北跳，分為東西兩段，我國東部及近海地區(qū)對應(yīng)低層的異常氣旋性環(huán)流。江西省被強盛的副熱帶高壓系統(tǒng)控制，天氣晴熱高溫，干旱開始。

圖4 2019年第38～41候500 hPa平均位勢高度場(單位為dagpm)

從38～39候500 hPa 風(fēng)場(如圖5a)可以看到，沿西太平洋副熱帶高壓邊緣的西南風(fēng)與在東北冷渦主導(dǎo)下的西北風(fēng)，在江淮上空形成交匯，切變線沿長江呈東西走向。長江中下游為西南氣流控制。這與丁一匯，等指出的低空急流左側(cè)正渦度有利于降水發(fā)生的結(jié)論相符合。劉蕓蕓，等研究表明，副熱帶高壓異常偏南、偏西，在長江以南地區(qū)形成異常偏強的偏南風(fēng)水汽輸送，使得長江流域成為南、北距平風(fēng)的異常匯合區(qū)，有利于長江流域出現(xiàn)降水。40～41候(如圖5b)來自孟加拉灣向北的水汽輸送路徑偏西，西南氣流減弱，導(dǎo)致長江中下游地區(qū)成為顯著的水汽輻散區(qū)，降水停止。隨著環(huán)流形勢的改變，在強盛的副熱帶高壓系統(tǒng)控制下高溫天氣持續(xù)，干旱持續(xù)發(fā)展。

圖5 500 hPa平均風(fēng)場圖(a為38～39候，b為40～41候；單位為m/s)

在第38候(圖6a)中，從低層850 hPa風(fēng)場上可以看到，來自孟加拉灣的西南氣流，在江西省有一個大的風(fēng)速值區(qū)，同時在江西省北部形成強的風(fēng)速切變 。第39候(圖6b)相比于上一候，北部的風(fēng)速切變更加明顯，更加有利于強降水的發(fā)生。

圖6 2019年第38～41候850 hPa平均風(fēng)場(單位：m/s)

第40候(圖6c)來自孟加拉灣的西南氣流明顯減弱，長江中下游風(fēng)場方向轉(zhuǎn)變，處在弱的風(fēng)速輻合區(qū)，整個江西省被廣大的氣旋所控制。第41候(圖6d)相比于上一候西南氣流加強，風(fēng)速切變在沿江地區(qū)。

以上分析表明，急轉(zhuǎn)前水汽條件得到明顯改善，西南急流加強，同時長江中下游地區(qū)為水汽輻合區(qū)，有利于連續(xù)性暴雨的產(chǎn)生，急轉(zhuǎn)后長江中下游低層水汽輸送減弱，輻散和下沉運動加強，負渦度發(fā)展，干旱由此開始。

2.2.3

600 hPa垂直速度的空間分布，38～39候(圖7a)江西省處于負的垂直速度區(qū)，中心值最大達-0.0001 Pa/s，上升運動強勁，為此時的降水提供了動力條件。到了40～41候(圖7b)，上升速度減弱，大氣層結(jié)開始穩(wěn)定，相應(yīng)的降水強度也減弱了。

圖7 600 hpa垂直速度平均場(單位：10-3 Pa/s)

充沛的水汽供應(yīng)和強烈的上升運動是大型降水的兩個必要條件。前面分析得知，前2候高空急流和低空急流在長江中下游地區(qū)很好的達到垂直耦合，有利于降水區(qū)域的上升運動 。

2.2.4水汽條件

持續(xù)和穩(wěn)定的水汽輸送是持續(xù)降水的必要條件，圖8給出了整層水汽輸送通量及其散度的空間分布。第38～39候長江中下游的水汽輸送非常明顯，Xu et al認(rèn)為，中國區(qū)域南邊界的水汽輸送對長江流域較大降水的形成均具有重要的作用。來自孟加拉灣的水汽，越過中南半島轉(zhuǎn)為西南急流，穿過華南向長江中下游地區(qū)輸送。主要的輻合區(qū)也位于長江中下游地區(qū)，強烈的輻合運動為水汽的動力抬升創(chuàng)造了有利條件，有利于這一地區(qū)降水的發(fā)生。

圖8 水汽通量散度(單位：10-5 kg/m 2/s)

第40～41候長江中下游的水汽輸送明顯減弱，來自孟加拉灣的水汽分成兩股，主要水汽向西，水汽輸送大值區(qū)位于西北太平洋上空。整個中國東部地區(qū)的水汽輸送非常弱，無明顯的水汽輸送。以上分析表明，急轉(zhuǎn)前水汽條件充沛，西南急流強勁，同時長江中下游地區(qū)處于水汽輻合區(qū)，急轉(zhuǎn)后長江中下游地區(qū)無明顯水汽輸送，且處在水汽輻散區(qū)。

2.3 對棉花的影響

表1列出了彭澤站及全省2016～2019年的雨季結(jié)束日期，圖9列出了2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布。分析表1與圖9可知，2016～2019年澇旱急轉(zhuǎn)現(xiàn)象在江西均有出現(xiàn)，只是每年的時間、范圍與強度不同。其中2016～2017年主要出現(xiàn)在九江及周邊地區(qū)，2018年主要出現(xiàn)在贛中及贛東北的部分地區(qū)，2019年出現(xiàn)在贛北北部與贛南南部以外的全省大部分地區(qū)。

表1 2016～2020年雨季結(jié)束期對照表(月/日)

圖9 2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布圖(%)

資料分析表明，2016～2019年九江地區(qū)雨季結(jié)束后均出現(xiàn)了20 天以上的程度不等的干旱少雨天氣。棉花伏前桃、伏桃以及單株成鈴數(shù)，澇旱急轉(zhuǎn)明顯的年份(2016年和2017年)少于前期澇害不明顯的年份(2018年和2019年)，單產(chǎn)前者也低于后者(如表2)。可見，雨季末期雨水過多，出現(xiàn)明顯的澇旱急轉(zhuǎn)，對棉花生產(chǎn)不利。

表2 2016～2019年彭澤縣棉花“三桃”調(diào)查及全縣平均皮棉產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

研究表明，江西省夏季澇旱急轉(zhuǎn)前(澇期)，東亞地區(qū)200 hPa南亞高壓呈帶狀分布，其脊線偏南、偏強，江西位于南亞高壓東南側(cè)；500 hPa江西省位于副熱帶高壓外圍，副熱帶西風(fēng)急流高空帶來的輻散和來自孟加拉灣的西南氣流帶來的豐富的水汽，配合中層強烈的垂直上升運動，形成持續(xù)性降水，引發(fā)洪澇。急轉(zhuǎn)后(旱期)，高低空環(huán)流形式發(fā)生改變，中高緯地區(qū)基本維持“西低東高”的偏緯向型環(huán)流，中國西部槽加深，江西省被副熱帶高壓控制，西南氣流快速減弱，強大而穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)控制，干旱得以持續(xù)發(fā)展。對棉花“三桃”及單產(chǎn)比較分析結(jié)果表明，澇旱急轉(zhuǎn)天氣，澇害越嚴(yán)重，對棉花生產(chǎn)的影響越明顯。

事實上，導(dǎo)致澇旱急轉(zhuǎn)的更深層次的原因十分復(fù)雜，如垂直速度往往和降水是關(guān)聯(lián)的，垂直運動會影響降水，降水也會影響垂直運動，這種反饋機制有待進一步研究。