內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春播期干旱氣候特征及影響因素分析*

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(qiáng)烈。同時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)空變化特點(diǎn)及成因,對(duì)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(jì)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(gè)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(jí)干旱等級(jí):1級(jí)為不旱,2級(jí)為基本不旱,3級(jí)為一般輕旱,4級(jí)為偏旱,5級(jí)為重旱。統(tǒng)計(jì)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(jí),5月為5級(jí)；春旱與5月干旱級(jí)別正相關(guān)系數(shù)達(dá)0.921,均通過了0.001的信度檢驗(yàn)。春旱為4～5級(jí)且5月也為4～5級(jí)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(shí)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(jí)時(shí)間序列曲線

圖1是1961～2009年內(nèi)蒙古春季干旱等級(jí)時(shí)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(jí))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(jí))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(jí))發(fā)生頻率為45.5%?？梢?009年春季正處在一個(gè)少雨干旱的時(shí)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(shí),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(shí)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)度偏強(qiáng)；北半球極渦面積小、強(qiáng)度弱。烏拉爾山高壓偏強(qiáng)、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(qiáng),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(duì)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(duì)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(qiáng),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(shí)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(shí)期,東部農(nóng)區(qū)春季和5月降水迅速減少,進(jìn)入了一個(gè)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(shí)期,東部農(nóng)區(qū)5月處在干旱少雨時(shí)期；相反,經(jīng)向度減小,緯向環(huán)流占優(yōu)勢時(shí),東部農(nóng)區(qū)處在5月濕潤多雨時(shí)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(shí)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(dòng)力作用對(duì)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(gè)偏高年。通過對(duì)國家氣候中心《氣候監(jiān)測公報(bào)》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(yàn)。上年10～11月青藏高壓偏強(qiáng),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(jì)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(yàn)。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(qiáng)信號(hào),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(jí)有5/6出現(xiàn)了4～5級(jí)；5月有 4/6出現(xiàn)了4～5級(jí),1年3級(jí),只有1996年春季和5月均出現(xiàn)了2級(jí)。由此可見,內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)春季干旱對(duì)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(diǎn),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(shí)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(duì)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(diǎn)及對(duì)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.

〔3〕馬清霞,格日勒,王星晨.2004年內(nèi)蒙古東部農(nóng)區(qū)異常干旱影響因子分析〔J〕.氣象,2005,131:65-68.

〔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.