陳文龍,瞿家燕,程曉龍

(1.涼山州氣象局,四川 西昌 615000;2.西昌市第一中學,四川 西昌 615000;3.中國氣象局成都高原氣象研究所,成都 610072)

地中海式氣候是少有的具有夏干冬濕特征的氣候類型[1-3],因此又名副熱帶夏干氣候。該氣候類型主要分布在南北緯30°～40°之間的大陸西岸,包括地中海沿岸、黑海沿岸、美國加利福尼亞州沿海、澳大利亞西南部的珀斯和南部的阿德萊德一帶、南非西南角以及智利中部等地區(qū),其中歐洲地中海沿岸地區(qū)的分布面積最廣且氣候特征最為顯著。中亞、阿富汗以及我國新疆地處亞歐大陸的中心,氣候較為干燥,但來自北大西洋、地中海和北印度洋,甚至北冰洋的水汽仍可通過西風帶的大氣環(huán)流給該地區(qū)帶來降水[4-7]。在中亞東南部到阿富汗東北部一帶緯度較低的山區(qū)附近存在一些相對溫和且冬春多雨的地方[8],在這些特定的地形區(qū)形成了小范圍的地中海式氣候[9-10],例如哈薩克斯坦的希姆肯特到塔吉克斯坦的彭吉肯特一帶、塔吉克斯坦的杜尚別到阿富汗的昆都士一帶。這些地區(qū)的地中海式氣候并未分布在大陸西岸,并且遠離一般認知的地中海式氣候區(qū)。目前極少文獻[9-10]對上述地區(qū)地中海式氣候的分布、特征和成因進行過描述,但其中還存在一些不完善和不準確地方。

地中海式氣候的形成與行星風系和氣壓帶的季節(jié)性南北位移密切相關,這一現象與我國廣大季風區(qū)雨熱同期的氣候特征截然不同。長期以來,地中海式氣候的特征、分布和成因一直是中學地理教學的難點和重點,也是廣大地理教師和氣象愛好者探討的熱點[11-21]。本文針對中亞東南部到阿富汗東北部的地中海式氣候,以及我國新疆西部額敏縣的夏季少雨氣候,從地理分布、氣溫和降水等方面的特征進行深入分析,并從大氣環(huán)流和影響天氣系統等方面討論其成因,以期拓展廣大地理教師和氣象愛好者的思路,為大家更好地從事理教學和氣象科普工作提供一些參考。

1 研究區(qū)概況

中亞地處亞歐大陸中心位置,一般包括哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、塔吉克斯坦、吉爾吉斯斯坦和土庫曼斯坦五國。阿富汗緊臨中亞,并且與我國新疆接壤,氣候特征與中亞非常接近。在柯本氣候分類[1]中,中亞和阿富汗的主要氣候類型有冷型沙漠氣候、冷型草原氣候和高原山地氣候;周淑貞等[1]的氣候分類中,中亞和阿富汗主要有溫帶干旱氣候、溫帶半干旱氣候和高原山地氣候;在人教版高中地理教科書氣候分類中[3],中亞和阿富汗的大部分地區(qū)被籠統地劃為了溫帶大陸性氣候,僅有靠近我國新疆的高山和高原為高原山地氣候。雖然在不同的氣候分類法中,中亞和阿富汗的氣候類型名稱各有不同,但都能反映出中亞和阿富汗大部地區(qū)較為干燥,氣溫年較差大的氣候特征。從地形來看(圖1),中亞到阿富汗一帶呈東南高、西北低的特點,東南部的天山、阿賴山、吉薩爾山、帕米爾高原和興都庫什山組成的高大地形在一定程度上阻擋了西來的水汽,地形抬升對降水的增幅作用顯著[2]。由于山區(qū)降水豐富,很多河流在此發(fā)源,這些山脈和帕米爾高原素有“中亞水塔”之稱。這一帶的山區(qū)周邊人口稠密,城市分布也較為密集,其中包括吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦、塔吉克斯坦和阿富汗等國的首都以及哈薩克斯坦的前首都(阿拉木圖)。

基于中亞及鄰近國家大量地面氣象站的多年觀測資料,本文在中亞東南部到阿富汗東北部共篩選出了8個具有地中海式氣候的測站(圖1),它們中有7個集中在66°～70°E,34°～44°N的山脈西側或南側。其中希姆肯特和塔什干位于天山西側;撒馬爾罕和彭吉肯特位于吉薩爾山西側;杜尚別和昆都士位于在阿賴山南側和帕米爾高原西側;喀布爾位于在興都庫什山南側;比什凱克位于天山西段北側,是距我國最近的地中海式氣候城市(直線距離約264 km)。我國新疆西部的額敏縣在一定的地形條件下,也表現出少量地中海式氣候特征。

2 資料、標準與方法

2.1 資 料

本文在對不同站點的地中海式氣候進行分析時,中亞各國的地面氣象站資料來自俄羅斯氣象部門的天氣與氣候網(https://www.pogodaiklimat.ru),阿富汗的地面氣象站資料來自美國國家大氣與海洋管理局網站(https://www.noaa.gov),我國新疆的地面氣象站資料來自中國氣象數據網(https://data.cma.cn)。參考的氣象要素為多年逐月平均降水量和平均氣溫,測站基本信息見表1。

表1 主要氣象站基本情況

大氣環(huán)流數據來自美國國家環(huán)境預報中心(NCEP)1981—2010年逐月平均的再分析資料,其空間分辨率為2.5°×2.5°,要素包括位勢高度、經向風、緯向風和比濕。位勢高度可以間接表示等壓面上氣壓的高低,是高空天氣圖中的常用要素,單位為位勢什米。通過對經向風和緯向風進行矢量合成,可以得到某一高度上的水平風矢量,單位為m·s-1。比濕是指在一團濕空氣中,水汽的質量與該團空氣總質量(水汽質量加上干空氣質量)的比值,單位為g·kg-1,它表示了空氣的絕對濕度。

2.2 標 準

柯本氣候分類法與周淑貞等[1]的氣候分類法對地中海式氣候及其亞型標準的規(guī)定基本一致,本文對這些標準進行了歸納(表2)。大陸性氣候與海洋性氣候的區(qū)別主要表現在氣溫和降水兩方面[1],劃分標準見表3所示。

表2 地中海式氣候的標準

表3 大陸性氣候與海洋性氣候的氣溫和降水標準

天氣圖上最常用500 hPa層來分析副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)的天氣特征[22]。500 hPa天氣圖上副高的范圍為588位勢什米線包圍的、具有反氣旋性環(huán)流的區(qū)域。在副高控制區(qū)多以晴好天氣為主,副高西側區(qū)域或副高有明顯移動的區(qū)域,常有大范圍明顯降水天氣發(fā)生。

2.3 方 法

本文先結合地中海式氣候的標準,對中亞東南部和阿富汗東北部分布較為集中的地中海式氣候測站的氣候特征進行分析。由于測站數量較多,本文按地理分布特點選出了4個測站進行重點分析,其中天山西側以希姆肯特為代表站;吉薩爾山西側以撒馬爾罕為代表站;阿賴山南側和帕米爾高原西側以杜尚別為代表站;興都庫什山南側以喀布爾為代表站。然后將比什凱克(距離我國最近的地中海式氣候城市)與我國新疆的額敏縣的氣候特征進行對比分析,以此討論額敏縣的氣候與地中海式氣候的相似程度。

對于研究區(qū)地中海式氣候的成因,本文分別選取了1月、4月、7月和10月中亞及周邊一定范圍內的500 hPa層的平均位勢高度場和風場,700 hPa層的平均風場和比濕場來描述不同季節(jié)的大氣環(huán)流特征,按照天氣學原理和方法進行分析。

3 中亞及鄰近地區(qū)地中海式氣候特征

3.1 中亞和阿富汗分布相對集中的地中海式氣候

從圖2中可以看出,希姆肯特、撒馬爾罕、杜尚別和喀布爾的氣溫年較差分別為27.0、24.9、24.5和27.3 ℃,其中最熱月(7月)的平均氣溫分別為26.3、26.8、27.5和25.0 ℃,最冷月(1月)的平均氣溫分別為-0.7、1.9、3.0和-2.3 ℃;希姆肯特、撒馬爾罕和杜尚別的春溫均略高于秋溫,差值為0.1～0.6 ℃,而喀布爾的春溫比秋溫低0.8 ℃。以上4個測站的年降水量分別為576.0、365.2、592.0和312.0 mm。希姆肯特、撒馬爾罕和杜尚別冬半年降水量最多月均為3月,降水量分別為83.0、68.8和111.0 mm;而喀布爾降水量最多月在4月,降水量為71.9 mm。希姆肯特、撒馬爾罕和杜尚別夏半年降水量最少月均為8月,降水量分別為6.2、1.2和0.9 mm;而喀布爾夏半年的降水非常稀少,降水量最少月在6月,降水量為1.0 mm,并且8月和9月的降水量都沒有超過2.0 mm。從4個測站降水的季節(jié)分布來看,撒馬爾罕、杜尚別和喀布爾均是春季降水量最多,冬季次之,秋季再次之;而希姆肯特的冬季降水量略多于春季,而春季又明顯多于秋季?？偟膩砜?中亞東南部和阿富汗東北部的地中海式氣候為熱夏型,同時還具有較強的大陸性氣候特征。

3.2 比什凱克與我國額敏的氣候對比

比什凱克遠離研究區(qū)的其他地中海式氣候測站,也是距離我國最近的地中海式氣候城市。從圖3中可以看出,比什凱克的氣溫年較差為27.5 ℃,最熱月(7月)的平均氣溫為24.9 ℃,最冷月(1月)的平均氣溫為-2.6 ℃,春溫比秋溫高0.3 ℃;年降水量為453.0 mm,其中降水最多月(4月)的降水量為67.0 mm,降水量最少月(8月)的降水量為13.0 mm;從降水的季節(jié)分布來看,春季最多,冬季次之,秋季再次之。與中亞其他地中海式氣候的測站相比,比什凱克的冬季更冷,1月的平均氣溫已接近地中海式氣候最冷月平均氣溫標準的下限(即-3℃);各月降水量的變化相對較小,夏季降水較多。

我國新疆的額敏縣是我國少有的春季降水量多于夏季的地方。綜合氣溫和降水特征來看(圖3),額敏的氣溫年較差達35.0 ℃,最熱月(7月)的平均氣溫為23.2 ℃,最冷月(1月)的平均氣溫為-11.8 ℃,春溫比秋溫高0.8 ℃;年降水量僅有289.7 mm,春季降水量最多(91.0 mm),秋季次之(72.5 mm),夏季再次之(69.3 mm),冬季最少,各月的降水量變化不大。該站的降水量最多月出現在5月(40.5 mm),且月降水量沒有達到夏半年降水量最少月(9月,15.5 mm)的3倍。不難看出額敏的氣溫年較差明顯高于比什凱克,冬季更加寒冷,年降水量偏少,各月的降水量變率較小。額敏地區(qū)本質上屬于半干旱的溫帶大陸性氣候,只有春季降水量最多、夏季降水量較少這一點與中亞的地中海式氣候類似,而其他氣候特征均未達到地中海式氣候的標準,所以距離中亞地中海式氣候區(qū)較近的我國額敏地區(qū)不屬于地中海式氣候類型。

4 氣候成因探討

500 hPa是對流層的中層,該層的低槽、高脊和副高等是影響降水的主要天氣系統;700 hPa是對流層的中低層,該層的水汽輸送對降水的影響至關重要。綜合分析這兩層的天氣系統和水汽條件可以對降水的形成有較為清楚的認識。

4.1 500 hPa層

在500 hPa天氣圖上(圖4),1月(圖4a)東歐到中亞都是以西風氣流為主,里海東側存在一個淺槽,而青藏高原北部到新疆為脊區(qū)。中亞東南部和阿富汗北部位于淺槽前,受較強西偏南風控制,有利于空氣的上升運動和鋒面氣旋的發(fā)展,導致了降水的產生和維持。4月(圖4b),青藏高原北部到新疆的脊基本不變,但中亞的淺槽西移到地中海東部并有所加深,西亞到中亞的廣大區(qū)域位于低槽前,受一致的西西南風控制。這樣的天氣系統配置也使該區(qū)域的上升運動和鋒面氣旋活動得以維持,同時天山、帕米爾高原和興都庫什山等高大地形對西風氣流的抬升作用也使迎風坡的降水增強。由于杜尚別非?？拷浔眰鹊陌①嚿?且其東側帕米爾高原的邊緣非常陡峭,杜尚別冬春季的降水明顯多于其他測站。7月(圖4c),大氣環(huán)流出現重大變化,副高北抬,控制了北非到伊朗一帶,在阿拉伯半島西部有一高壓中心,里海附近為一脊,中亞正處于脊前的西北氣流控制下,盛行下沉氣流,不利于鋒面氣旋的形成和降水的產生,而在中亞的北部仍有短波槽活動。研究區(qū)內越偏北的測站夏季降水越多,而越偏南的測站降水越少,比什凱克的夏季降水就明顯多于喀布爾。10月(圖4d),副高南退且強度減弱,在阿拉伯半島南部還殘留有一高壓中心,波斯灣到里海南部為一脊,中亞大部地區(qū)受較弱的西風氣流影響,有短波槽活動,存在弱的上升運動,降水條件稍好于7月。

4.2 700 hPa層

在700 hPa天氣圖上(圖5),1月(圖5a)西風氣流受青藏高原阻擋,在高原西側形成繞流,其中偏北的一支氣流在里海以東出現了一個淺槽,槽前為較強的西南風,比濕在2 g·kg-1左右。來自北大西洋的氣流在途經歐洲后在中亞東南部上升,同時高大地形對低層氣流也有明顯的抬作用,有利于迎風坡降水的增強。4月(圖5b),中亞的低槽向西移動到地中海東部,西亞到中亞為槽前的西西南風控制,中亞東南部的比濕曾大到3～4 g·kg-1,水汽條件得到改善,上升運動也繼續(xù)維持。7月(圖5c),中亞西部到伊朗北部存在一個反氣旋環(huán)流,中亞東南部處于反氣旋的東部,受偏北風控制,以下沉運動為主。雖然此時的比濕增大到4～5 g·kg-1,但在這樣的大氣環(huán)流下,中亞東南部和阿富汗東北部的地中海式氣候區(qū)處于天山、帕米爾高原和興都庫什山的背風坡,難以形成明顯降水。10月(圖5d),中亞的反氣旋南移至阿拉伯半島南部,雖然中亞南部邊緣仍受反旋環(huán)流影響,但中亞大部地區(qū)轉為弱的西風,比濕為2～3 g·kg-1,有利于降水增加。

值得注意的是,比什凱克是研究區(qū)所有地中海式氣候測站中最偏北和偏東的,地理位置相對孤立,地形對其地中海式氣候島的形成至關重要。比什凱克位于天山西段北側的一個北、東、南三面環(huán)山的“喇叭口”地形中(圖1),這樣的地形一方面易使西風氣流形成輻合和抬升,有利于降水的發(fā)生和增強[2];另一方面在一定程度上阻擋了北方南下的冷空氣,使冬半年的氣溫不至于太低。我國新疆的額敏由于處于更偏北和偏東的位置,影響降水的天氣系統也有所不同。在冬春季,從緯向上看,額敏距離低槽較遠,上升運動較弱,其東側的地形也不如中亞東南部的地區(qū)高大,地形對降水的增幅作用也有限;從經向上看,額敏位置偏北,高空冷渦和地面氣旋對其降水的影響更大。同時由于春季的濕度好于冬季,春季降水量更多。夏季,額敏遠離中亞的反氣旋環(huán)流,以西風氣流為主,降水量反而比中亞東南部明顯增加。秋季的西風比夏季有所增強,降水也略有增加。

5 結 論

本文利用中亞及周邊國家地面氣象站的多年逐月平均降水量和平均氣溫資料,根據地中海式氣候的分類標準和天氣學方法,分析了中亞東南部到阿富汗東北部以及新疆西部地中海式氣候的地理分布和氣候特征,并對其成因進行了探討。研究結果表明:

1)中亞東南部到阿富汗東北部的地中海式氣候測站主要分布在天山西側、吉薩爾山西側、阿賴山南側、帕米爾高原西側以及興都庫什山南側。另外,天山西段北側的比什凱克為研究區(qū)的一個地中海式氣候島,是距離我國最近的具有地中海式氣候的城市。

2)中亞東南部和阿富汗東北部的地中海式氣候為熱夏型,同時還具有較強的大陸性氣候特征,具體表現為氣溫年較差大,最熱月(7月)氣溫高,最冷月(1月)氣溫低,春溫略高于秋溫;年降水量普遍偏少(僅300～600 mm),多數測站春季降水量最多,秋季降水量較少,降水量最多月為3月到4月,而降水量最少月通常為8月。

3)我國新疆的額敏地區(qū)主要為半干旱的溫帶大陸性氣候,只有春季降水量最多、夏季降水量少這一特征與地中海式氣候類似,而其余氣候特征均未達到地中海式氣候的標準,不屬于地中海式氣候類型。

4)中亞東南部和阿富汗東北部地中海式氣候的形成是高空西風帶與副高季節(jié)性的南北位移與高大地形迎風坡的地形降水作用共同導致的。冬春季,穩(wěn)定存在的西風帶低槽是產生降水的主要天氣系統,而春季低層濕度增大有利于降水的增強;夏季,副高外圍的反氣旋環(huán)流抑制了降水的形成;秋季,副高減弱南退,西風環(huán)流中的短波槽有利于降水增加。

受限于資料與方法,本文對中亞及鄰近地區(qū)地中海式氣候的分析還有一些不足之處。例如:研究區(qū)的范圍有限;沒有對研究區(qū)內不同地中海式氣候測站的氣候差異進行更深層次對比;對研究區(qū)地中海式氣候的成因分析主要依靠氣候平均態(tài)的高空天氣系統,對地面天氣系統(冷高壓、鋒面氣旋等)作用的分析較少。在后續(xù)的研究中,將擴展資料來源,優(yōu)化分析方法,以揭示更多的氣候特征和更深刻的氣候成因。