2009年秋至2010年春我國西南地區(qū)嚴重干旱的成因分析

黃榮輝 劉永 王林 王磊

中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100190

2009年秋至2010年春我國西南地區(qū)嚴重干旱的成因分析

黃榮輝 劉永 王林 王磊

中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100190

我國西南地區(qū)從2009年秋季到2010年春季發(fā)生了嚴重干旱，這次干旱無論持續(xù)時間和發(fā)生區(qū)域或降水減少程度都是近50年來所罕見的，因而本文利用ERA－40再分析資料和海溫資料從熱帶西太平洋和熱帶印度洋熱力異常對熱帶西太平洋和南亞上空大氣環(huán)流的影響來分析了這次西南地區(qū)干旱發(fā)生的成因。分析結(jié)果表明：從2009年秋到2010年春季，熱帶西太平洋和熱帶印度洋處于升溫狀態(tài)，它使得熱帶西太平洋上空產(chǎn)生反氣旋異常環(huán)流，造成了西南氣流異常在我國東南沿海加強，而華南和華中地區(qū)上空處于低槽控制，因而在高原東部為槽后西北氣流和下沉氣流所控制，造成了從孟加拉灣來的水汽很難到達云貴高原，從而引起了此區(qū)域降水長期偏少。并且，分析結(jié)果還表明了中高緯度地區(qū)的環(huán)流異常對此次嚴重干旱也有重要影響。由于從2009年冬季到2010年春季中高緯度準定常行星波傳播的極地波導偏強，而低緯波導偏弱，這導致波的E－P通量在60°N附近對流層和平流層為輻合，而在35°N附近對流層中、上層為輻散，從而引起緯向平均西風在60°N附近對流層和平流層減弱，而在35°N附近對流層中、上層加強，造成了北極濤動（AO）為很大的負值。由于AO為負值，東亞冬季冷空氣活動強且路徑偏東，使得到達西南地區(qū)冷空氣偏弱，從而引起西南地區(qū)持續(xù)性嚴重干旱的發(fā)生。

干旱 熱帶西太平洋 東亞冬季風 準定常行星波傳播

1 引言

干旱是我國最常見、影響最大的氣候災害，每年因干旱造成的糧食減產(chǎn)約占氣象災害糧食總損失的50%以上。根據(jù)黃榮輝和周連童 （2002）的研究結(jié)果，全國各地均可能發(fā)生干旱，全國每年平均受旱面積達0.2×108hm2（約3.0億畝），干旱災害發(fā)生頻率最大位于華北和西南地區(qū)。近幾年，隨著全球變暖，我國華北和東北南部以及西南地區(qū)干旱災害更加嚴重。

由于華北地區(qū)干旱是與東亞夏季風密切相關(guān)，故關(guān)于華北地區(qū)干旱的成因研究較多 （黃榮輝等，1999，2006；Huang et al.，2004）。然而，由于引起西南地區(qū)干旱災害的成因比較復雜，故關(guān)于我國西南地區(qū)干旱成因還不是太多。劉德等 （2005）從歐亞大氣環(huán)流異常分析了重慶地區(qū)夏季干旱和洪澇的成因。彭京備 （2007）從觀測資料分析了2006年夏季西南地區(qū)的嚴重干旱災害的特征及發(fā)生成因，并指出西太平洋副熱帶高壓和大陸副熱帶高壓異常對2006年夏季西南地區(qū)嚴重干旱的發(fā)生有嚴重影響；最近，李永華等 （2009）系統(tǒng)分析了2006年夏季西南地區(qū)東部嚴重干旱的特征和成因，他們的研究表明2006年夏季西太平洋副熱帶高壓偏北、偏西以及南亞高壓偏東、偏強，使得我國西南地區(qū)下沉氣流偏強，抑制了孟加拉灣向此地區(qū)的水汽輸送，以及北方南下冷空氣偏弱等導致了此地區(qū)發(fā)生了嚴重干旱。

上述研究主要集中于西南地區(qū)夏季干旱的發(fā)生成因，特別集中在2006年夏季西南東部嚴重干旱的發(fā)生成因。從2009年到2010年春季云南、貴州和廣西西北部發(fā)生了持續(xù)近8個月的嚴重干旱，受旱面積達0.8×107hm2（約1.2億畝）。這次嚴重干旱不僅使云南、貴州和廣西西北部大量農(nóng)作物歉收或絕收，而且致使2500萬人生活用水困難，造成了巨大經(jīng)濟損失。由于此次嚴重干旱發(fā)生在2009年秋、冬季到2010年春季，此次干旱的成因可能不同于2006年夏季西南地區(qū)東部嚴重干旱的成因，因此，有必要從大氣環(huán)流和熱帶太平洋和印度洋海溫異常以及中高緯度北極濤動 （AO）異常來分析此次嚴重干旱的成因，以便對于造成此次嚴重干旱的前期信號有所了解。

本文首先從我國756測站降水資料集挑出516測站資料來分析此次西南地區(qū)嚴重干旱的發(fā)生過程及特征，并且利用ERA－40再分析資料，從2009年秋、冬季到2010年春季熱帶太平洋和熱帶印度洋熱力異常所引起低緯度地區(qū)大氣環(huán)流異常以及北極濤動（AO）的異常及其所引起的北半球中高緯度大氣環(huán)流的異常來分析西南地區(qū)此次嚴重干旱的成因。

2 2009年秋至2010年春我國西南地區(qū)嚴重干旱特征

為了更深入分析西南地區(qū)2009年秋至2010年春長達8個月嚴重干旱的成因，本文首先討論一下這次干旱的特征。

2.1 2009年秋至2010年春嚴重干旱總體特征

此次西南地區(qū)嚴重干旱的發(fā)生特征：一是持續(xù)時期長，從2009年9月開始一直延續(xù)到2010年4月，持續(xù)了3個季度計8個月，這表明此地區(qū)發(fā)生了秋、冬、春三季度連續(xù)大旱；二是降水偏少嚴重，從2009年9月到2010年4月，在云南、貴州和廣西西北部以及西藏東南部降水偏少了－40%多，有些地區(qū)降水偏少了－60%多，達到持續(xù)嚴重干旱的程度。圖1是從我國756測站降水資料挑出516測站資料分析而得到我國2009年9月～2010年9月降水距平分布圖 ［1971～2000年氣候平均的各月降水為正常值，降水資料取自中國氣象局國家氣候中心756測站降水資料集 （下同）］。從圖1可以看到，在我國西南地區(qū)，特別是西藏東南部和云南、貴州和廣西西北部2009年9月～2010年4月降水距平為－40%～－60%。這表明此次西南地區(qū)所發(fā)生的嚴重干旱不僅持續(xù)時間長，而且干旱程度是相當嚴重，并且，從圖1還可以看到，此次干旱不僅發(fā)生在云南、貴州和廣西北部，而且發(fā)生在西藏的東南部，在2009年冬季四川和重慶地區(qū)也發(fā)生嚴重干旱，這表明了這次嚴重干旱發(fā)生的面積廣、范圍大。

圖1 2009年9月～2010年4月我國降水距平百分率分布圖。實、虛線：＋、－距平；陰影：負距平為－40%以上Fig.1 Distribution of rainfall anomaly percentages in China during the period of Sep 2009－Apr 2010.The solid and dashed lines indicate positive and negative anomalies，respectively，and the negative anomalies below－40%are shaded

2.2 2009年秋至2010年春嚴重干旱發(fā)生的氣候背景

西南地區(qū)這次嚴重干旱的發(fā)生是有一定的氣候背景。圖2a－d分別是西南地區(qū)76測站分析而得到的夏、秋、冬、春四季降水距平的年際變化。從圖2a可以看到：西南地區(qū)夏季從20世紀50年代后期到70年代中期降水偏多，而從70年代中期到90年代初夏季降水偏少，從90年代初到21世紀初（2002年）夏季降水偏多，但在2003～2009年夏季降水又偏少，西南地區(qū)夏季降水年代際變化與我國華北和東北南部夏季降水的年代際變化特征有相似之處。并且，從圖2a還可以看到：西南地區(qū)秋季從20世紀50年代后期到80年代初降水偏多，而從80年代初到21世紀初夏季降水偏少，在2002～2009年期間秋季降水嚴重偏少；此外，從圖2c可以看到：西南地區(qū)從20世紀50年代后期到60年代初冬季降水偏多，而從70年代初到80年代后期冬季降水偏少，從90年代初到90年末冬季降水又偏多，從90年代末到2009年冬季降水又偏少；從圖2d可以看到，西南地區(qū)春季降水雖然總體有增加的趨勢，但相對于20世紀，21世紀初春季降水有所下降。

圖2 我國西南地區(qū) （21°N～30°N，95°E～110°E）夏季 （a）、秋季 （b）、冬季 （c）和春季 （d）平均降水距平百分率的年際變化。1971～2000年氣候平均的夏季、秋季、冬季和春季降水為正常值Fig.2 Interannual variations of rainfall anomaly percentages over Southwest China averaged for（a）summer，（b）fall，（c）winter，and（d）spring，respectively.The climatological mean rainfalls in summer，fall，winter，and spring for 1971－2000are taken as the normals，respectively

以上西南降水觀測資料分析結(jié)果表明了西南地區(qū)最近幾年無論夏季和秋季或是冬季和春季降水都處于偏少時期，因此，2009年9月～2010年4月我國西南地區(qū)嚴重干旱是發(fā)生在此區(qū)域降水偏少 （即干旱）的時期。

2.3 2009年秋至2010年春干旱的演變過程

圖3a－c分別是2009年秋、冬季和2010年3～4月份全國降水距平分布圖。從圖3a可以看到，2009年秋季在西南地區(qū)的云南、貴州、廣西西北部和青藏高原的東部降水偏少了40%以上，發(fā)生了干旱。而到了2009年冬季，正如圖3b所示，西南地區(qū)干旱不論面積或程度進一步發(fā)展：一方面干旱不僅擴展到青藏高原東側(cè)，即云貴高原的云南、貴州和廣西西北部，而且干旱從青藏高原的東南部擴展到高原的中部和東北部；另一方面，從圖3b可以看到，冬季降水距平百分率－40%線包括了整個青藏高原和云貴高原以及四川、重慶地區(qū)，特別在云南、貴州和青藏高原東部和東北部降水偏少了60%以上，發(fā)生了嚴重干旱。到了2010年3～4月，干旱區(qū)域分成兩片，一片是青藏高原的南部和西部，另一片是云南、貴州和廣西北部，這些區(qū)域3～4月份降水仍偏少40%左右，而四川、重慶地區(qū)的干旱得到緩和。因此，這次西南地區(qū)干旱以云南、貴州和廣西西北部發(fā)生的干旱經(jīng)歷時間最長，跨越了3個季度，而其它地區(qū)只跨越了2個季度或只有1個季度，并且降水偏少程度最嚴重的地區(qū)也在云南、貴州和廣西西北部。

從上面分析可以看到，這次西南嚴重干旱經(jīng)歷了三階段：第一階段，此次干旱的起始階段，在2009年秋季，干旱主要發(fā)生在云貴高原，降水比常年偏少了40%；第二階段，此次干旱的發(fā)展階段，在2000年冬季不僅干旱范圍從云貴高原擴展到整個青藏高原，而且降水比常年偏少了40%～60%，干旱加重；第三階段，此次干旱的衰減階段，在2010年3～4月，干旱區(qū)域分成兩片，四川、重慶地區(qū)干旱緩和，而在云南、貴州和廣西西北部干旱持續(xù)，之后，西南地區(qū)的干旱結(jié)束。

3 導致2009年秋至2010年春西南地區(qū)嚴重干旱發(fā)生的大氣環(huán)流異常狀況

導致這次西南嚴重干旱是大氣環(huán)流的異常。為此，本研究利用EAR－40再分析資料分析了西南地區(qū)2009年秋、冬季和2010年3月和4月700hPa、500hPa和850hPa南亞和東亞上空大氣環(huán)流的異常情況。由于云貴高原平均海拔位于1500～3000m，因此，本研究首先分析700hPa環(huán)流場的異常。圖4a－c分別是2009年秋季 （9～11月）、冬季 （12～2月）和2010年春季 （3～4月）東亞和南亞地區(qū)上空700hPa風場距平和500hPa垂直運動距平分布圖。從圖4a可以看到，在2009年秋季，在熱帶西太平洋和我國南海上空700hPa有一氣旋性距平環(huán)流，而在熱帶印度洋和印度半島上空有一反氣旋性距平環(huán)流，在孟加拉灣、中印半島和青藏高原東南部和云貴高原有西北風的異常。這表明來自孟家拉灣暖濕氣流偏弱，這不僅造成冷暖空氣難以在云貴高原地區(qū)交匯，而且造成從孟加拉灣的水汽不能流向我國西南地區(qū)，而是向東流向菲律賓及以東地區(qū)。并且，從圖4a還可以看到，在我國西南地區(qū)上空500hPa有強的下沉運動異常。這些都不利于我國西南地區(qū)秋季的降水。到了2000年冬季，正如圖4b所示，在南亞和東亞地區(qū)上空700hPa環(huán)流場有一個很大調(diào)整，在熱帶西太平洋和我國南海上空有一強的反氣旋距平環(huán)流，在我國華南、東南沿海和長江中、下游地區(qū)有強的偏南風異常，這正是Zhang et al.（1996）、張人禾和黃榮輝 （1998）以及Wang et al.（2003）所指出的在熱帶太平洋El Ni~no事件成熟之后，在熱帶西太平洋上空會出現(xiàn)反氣旋環(huán)流異常。這個反氣旋環(huán)流異常會加強我國華南、東南沿海和長江中、下游的偏南氣流。并導致這些區(qū)域有強的上升運動異常 （見圖4b），從而造成上述地區(qū)降水偏多。并且，從圖4b還可以看到，在孟加拉灣上空也有一弱的反氣旋距平環(huán)流，在我國中部上空有一低槽異常，而在青藏高原東南部、中部上空有西北氣流異常，這使得孟加拉灣來的水汽不能流向我國西南地區(qū)。此外，從圖4b還可以看到，在青藏高原東南部、中部和北部上空500hPa有強的下沉運動的異常。這些造成了在上述區(qū)域降水嚴重偏少，發(fā)生了嚴重干旱。到了2010年3～4月，正如圖4c所示，熱帶西太平洋上空反氣旋距平環(huán)流向西移動，并與孟加拉灣上空反氣旋距平環(huán)流合并，成為一個跨越孟加拉灣、中印半島和我國南海強的反氣旋距平環(huán)流，這正是 Wang et al.（2003）所指出的伴隨著熱帶太平洋El Ni~no事件的衰減所產(chǎn)生的熱帶西太平洋反氣旋距平環(huán)流可以維持到第二年的春季。這個反氣旋距平環(huán)流導致了我國華南、東南沿海以及日本以南的西北太平洋上空有強的西南風異常和500hPa有強的上升運動異常，從而造成了上述區(qū)域春季降水偏多以及天氣非常潮濕。并且，從圖4c可以看到，2010年春季雖然在青藏高原中部和北部有西北氣流的異常，但在高原的東側(cè)出現(xiàn)了氣旋性距平環(huán)流，并伴隨有上升運動的異常，因此，在高原的東側(cè)的四川、重慶降水偏多，干旱得以緩和，但在云貴高原的東部仍為下沉運動異常，特別在高原的西部和西北部仍有強的下沉運動異常，加上由于環(huán)流異常的原因，孟加拉灣的水汽還是難于流向上述地區(qū)，從而引起這些地區(qū)降水繼續(xù)偏少。之后，由于高原東側(cè)所出現(xiàn)的氣旋性環(huán)流異常和上升運動的異常漸漸加強并擴展范圍，才使得這次持續(xù)8個月的西南地區(qū)嚴重干旱結(jié)束。

圖3 我國2009年秋季 （a）、冬季 （b）和2010年3～4月 （c）降水距平百分率分布圖。實、虛線表示正、負距平；陰影表示降水負距平－40%以下，1971～2000年氣候平均的各月降水為正常值Fig.3 Distributions of rainfall anomaly percentages over China in the（a）fall and（b）winter of 2009and（c）Mar－Apr of 2010.The solid and dashed lines indicate positive and negative anomalies，respectively，and the negative anomalies below－40%are shaded.The climatological mean monthly rainfalls for 1971－2000are taken as the normals

圖4 2009年秋季 （a）、冬季 （b）和2010年3～4月 （c）南亞和東亞地區(qū)上空700hPa距平風場和500hPa垂直運動距平分布圖。紅、藍色表示下沉和上升運動的距平；取1971～2000年氣候平均各月風場和垂直運動為正常值；風場和垂直運動取自NCEP／NCAR再分析資料 （Kalnay et al.，1996）（下同）Fig.4 Distributions of the wind anomaly field at 700hPa and vertical motion anomalies at 500hPa over South Asia and East Asia in the（a）fall and（b）winter of 2009and（c）Mar－Apr of 2010.The descending and ascending motion anomalies are denoted by red and blue colors，respectively.The climatological mean monthly wind fields and vertical motions for 1971－2000are taken as the normals.The data of wind field and vertical motion are from the NCEP／NCAR reanalysis data（e.g.，Kalnay et al.，1996）

由于青藏高原平均海拔在5000m以上，為了了解青藏高原上空環(huán)流異常對這次西南嚴重干旱的影響，本研究又分析了南亞和中亞上空500hPa的環(huán)流異常 （圖略）。結(jié)果表明：從2009年秋季，冬季到2010年3～4月，無論熱帶西太平洋經(jīng)我國南海到孟加拉灣上空的500hPa環(huán)流異常，或是青藏高原東南部和云貴高原上空的500hPa環(huán)流異常基本上與上述700hPa環(huán)流異常相類似，在這三個季度期間，云貴高原上空一直出現(xiàn)西北氣流的異常，這不利于孟加拉灣水汽流向我國西南地區(qū)，從而造成此地區(qū)降水持續(xù)嚴重偏少。

從以上分析可以看到，導致這次西南地區(qū)嚴重干旱是青藏高原東南部的云貴高原上空出現(xiàn)長時間的西北氣流和下沉運動的異常，這些異常是與熱帶西太平洋和南海上空反氣旋距平環(huán)流密切相關(guān)。正是這些環(huán)流異常，才導致了孟加拉灣來的水汽難于流向我國西南地區(qū)，而是流向我國華南、東南沿海和長江中、下游地區(qū)，從而引起西南地區(qū)持續(xù)嚴重干旱，而我國華南、東南沿海地區(qū)降水偏多。

4 熱帶海洋海表熱力狀態(tài)異常對西南地區(qū)嚴重干旱的影響

上一節(jié)分析結(jié)果表明了熱帶西太平洋上空對流層低層反氣旋環(huán)流異常對于我國西南地區(qū)2009年秋、冬季和2010年春持續(xù)性嚴重干旱有著重要影響。這個反氣旋環(huán)流異常從2009年冬季一直維持到2010年春季。關(guān)于熱帶西太平洋反氣旋環(huán)流異常的產(chǎn)生已有一些研究，Zhang et al.（1996）、張人禾和黃榮輝 （1998）研究了熱帶太平洋El Ni~no事件對我國降水滯后影響的機理，指出在熱帶太平洋El Ni~no事件成熟以后，在熱帶西太平洋上空對流層下層會出現(xiàn)反氣旋環(huán)流異常。并且，Huang et al.（2001）的研究表明了這個反氣旋環(huán)流異常是由于在El Ni~no事件達到成熟期強對流活動中心東移到熱帶中太平洋上空，相對而言，熱帶西太平洋上空對流活動減衰，這利于熱帶西太平洋上空對流層下層產(chǎn)生反氣旋環(huán)流異常。Wang et al.（2003）的研究表明了伴隨熱帶太平洋El Ni~no事件的冬季和春季，Walker環(huán)流減衰以及熱帶西太平洋負的海溫異常使得熱帶西太平洋上空的對流潛熱釋放衰減，從而激發(fā)冷的Rossby波，這使得熱帶西太平洋上空對流層下層形成了反氣旋環(huán)流異常。因此，有必要從熱帶海表熱力狀態(tài)異常來探討這次西南地區(qū)嚴重干旱的影響。

圖5 2009年秋季 （a）、冬季 （b）和2010年3～4月份 （c）熱帶太平洋和印度洋海表溫度 （SST）距平分布 （單位：℃）（取1971～2000年各月海表溫度氣候平均分布為正常值）。紅、藍色表示正負距平Fig.5 Distributions of the SST anomalies in the tropical Pacific and the tropical Indian Ocean in the（a）fall and（b）winter of 2009and（c）Mar－Apr 2010.The positive and negative anomalies are denoted by red and blue colors，respectively.The climatological mean monthly SSTs for 1971－2000are taken as the normals

4.1 2009年秋至2010年春熱帶太平洋海表熱力狀態(tài)異常對西南地區(qū)嚴重干旱的影響

圖5a－c分別是2009年秋、冬季和2010年3～4月份熱帶和副熱帶太平洋和印度洋海表溫度的距平分布。從圖5a可以看到，2009年秋季從熱帶中太平洋到熱帶中太平洋海表溫度升高，這正是這次El Ni~no事件處于發(fā)展階段。到了2009年冬季 （圖5b），熱帶中太平洋SST繼續(xù)升高，從熱帶中太平洋到熱帶東太平洋SST距平為正距平，這時El Ni~no發(fā)展到成熟期。到了2010年3～4月，正如圖5c所示，雖然熱帶中太平洋的SST開始下降，但從熱帶中太平洋到熱帶東太平洋SST距平仍為正，這正是這次El Ni~no事件開始衰減。

為了更清楚地給出2009～2010年春季熱帶太平洋SST距平的變化情況，本研究又分析了2008年1月～2010年5月熱帶東太平洋Ni~no3區(qū) （5°S～5°N，150°W～90°W ）以及熱帶中東太平洋Ni~no3.4（5°S～5°N，170°W～100°W）區(qū)域平均的SST距平隨時間的變化 （見圖6）。從圖6可以明顯看到，這次El Ni~no事件從2009年5月份開始發(fā)展，到了2009年12月熱帶東太平洋的SST達到最高點，Ni~no3區(qū)平均的SST距平達到1.5℃，而從2010年1月Ni~no區(qū)平均的SST距平開始下降，這表明了這次El Ni~no事件開始衰減，并一直持續(xù)到2010年春季。并且，從圖6也可以看到，Ni~no3.4區(qū)平均的SST距平隨時間的變化也基本上與Ni~no3區(qū)平均的SST距平的變化相同。

這些表明了這次El Ni~no事件在2009年冬季成熟，之后逐漸衰減，因此，2009年冬季和2010年春季正處于2009／2010年El Ni~no事件的衰減期。按照Zhang et al.（1996）、張人禾和黃榮輝（1998）以及 Wang et al.（2003）的研究結(jié)果，在2009年冬季和2010年春季熱帶西太平洋上空對流層下層將出現(xiàn)反氣旋環(huán)流異常。因此，如圖4b和圖4c所示，在2009年冬季和2010年春季，先在熱帶西太平洋上空，后從熱帶西太平洋經(jīng)南海到孟加拉灣上空對流層下層出現(xiàn)反氣旋環(huán)流異常。

圖6 2008年1月～2010年5月熱帶太平洋 Ni~no3區(qū) （5°S～5°N，150°W～90°W）（a）和Ni~no3.4區(qū) （5°S～5°N，170°W～100°W）（b）區(qū)域平均逐月SST距平值 （單位：℃）。取1971～2000年各月的SST氣候平均值為正常值Fig.6 Monthly mean SST anomalies（SSTAs）during Jan 2008－May 2010averaged for（a）the Ni~no3area（5°S－5°N，150°W－90°W）and（b）the Ni~no3.4area（5°S－5°N，150°W－100°W）of the tropical Pacific.The climatological mean monthly SSTs are taken as the normals

4.2 2009年秋至2010年春熱帶北印度洋海表熱力狀態(tài)異常對西南地區(qū)嚴重干旱的影響

圖7是2008年1月～2010年5月熱帶印度洋（30°N～30°S，80°E～100°E）區(qū)域平均的逐月SST距平值。從圖7可以看到，熱帶印度洋海表溫度從2008年4月份起就偏高，到了2010年春季此區(qū)域海表溫度距平為最高，達到0.6℃。熱帶印度洋從2009年秋季～2010年春季的增溫對于菲律賓周圍熱帶西太平洋反氣旋異常環(huán)流的形成有重要作用。

Ashok et al.（2005）、Yang et al.（2007）指出了熱帶印度洋存在滯后于熱帶中、東太平洋3～4個月的增溫現(xiàn)象，這種滯后于赤道中、東太平洋的增溫對于東亞夏季風系統(tǒng)的變異有重要影響。黃剛和胡開明 （2008）研究結(jié)果表明了夏季西北太平洋反氣旋異常與熱帶北印度洋海溫有顯著的正相關(guān)。圖8a和圖8b分別是1979～2008年冬、春季熱帶印度洋 （20°S～20°N，40°E～100°E）區(qū)域平均的標準化SST距平與全球綜合分析降水集 （CMAP）冬、春季降水距平的相關(guān)系數(shù)分布圖。從圖8a和圖8b可以看到，熱帶印度洋冬、春季SST與我國西南和中印半島上空的冬、春降水有一個很好的負相關(guān)，而在日本北海道和日本海有一片正相關(guān)。并且，圖8a和圖8b分別是1979～2008年冬、春所回歸的南亞和東亞以及熱帶西太平洋上空冬、春季700hPa距平風場的分布 （只給出超過90%的信度檢驗的距平風場）。從圖8所示的距平風場的分布可以看到，熱帶印度洋冬、春季海表溫度異常與我國南海、孟加拉灣和中印半島上空低層反氣旋異常環(huán)流之間存在很好的正相關(guān)。這表明：若熱帶印度洋冬、春季海表溫度偏高，則我國南海、孟加拉灣和中印半島上空低層反氣旋異常環(huán)流偏強；相反，若熱帶印度洋冬、春海表溫度偏低，則我國南海、孟加拉灣和中印半島上空低層氣旋異常環(huán)流偏強。2009年冬季和2000年春季熱帶印度洋海表溫度偏高，故在2009年冬季和2010年春季孟加拉灣和中印半島上空反氣旋距平風場增強。

圖7 同圖6，但為熱帶印度洋 （30°N～30°S，80°E～100°E）區(qū)域平均的SST距平Fig.7 As in Fig.6except for the tropical Indian Ocean（30°N－30°S，80°E－100°E）

5 平流層環(huán)流異常對西南地區(qū)嚴重干旱的影響

第3節(jié)的分析結(jié)果表明了西南地區(qū)冬、春季干旱與冬、春季熱帶西太平洋、孟加拉灣和中印半島上空的環(huán)流異常密切相關(guān)，然而，它與北半球中、高緯度環(huán)流異常也有一定關(guān)系，特別與東亞冬季風的變異有很密切關(guān)系。Chen and Graf（1998）以及Huang et al.（2007）的研究都表明了東亞冬季風的年際變化和異常與西伯利亞高壓、阿留申低壓的變化與異常密切相關(guān)；并且，陳文和黃榮輝 （2005）、Huang et al.（2007）進一步指出北半球準定常行星波在三維球面大氣傳播波導的年際振蕩嚴重影響著東亞冬季風的年際變化。這主要由于東亞冬季風與北極濤動 （AO）密切相關(guān) （Gong et al.，2001），而AO依賴于北半球環(huán)狀模 （NAM）的振蕩 （Thomperson and Wallace，1998，2000），根據(jù)波—流相互作用原理，北半球環(huán)狀模的振蕩直接與北半球準定常行星波傳播波導的年際振蕩密切相關(guān)。因此，北半球冬季球面大氣準定常行星波傳播波導的振蕩將會導致東亞冬季風的年際變化。

5.1 AO對我國西南地區(qū)冬、春降水異常的影響

圖9是2008年1月～2010年3月逐月AO值。從圖9可以看到，在2009年12月～2010年3月AO值為負值，特別是2010年2月AO值達到－4.0，這引起了中國東北、華北、西北和廣東及東南沿海地區(qū)冬季氣溫偏低 （見圖10a－d）。從圖10ad可以看到：2009年冬和2010年春我國西北北疆地區(qū)和我國東部氣溫偏低，這是與歐亞大陸中、高緯度地區(qū)在2009年冬和2010年春氣溫偏低相聯(lián)系，而在我國青藏高原、西南地區(qū)和西北的中、東部地區(qū)氣溫偏高，可以說是 “西高東低”氣溫異常分布型。這種氣溫分布型說明了到達我國西南地區(qū)的冷空氣較弱，即冬、春季繞高原路徑的寒潮很弱，從而導致了我國西南地區(qū)2009年秋～2010年春降水偏少，發(fā)生了持續(xù)嚴重干旱。

圖8 1979～2008年冬季 （a）和春季 （b）南亞和東亞降水與熱帶印度洋 （20°S～20°N，40°E～100°E）區(qū)域平均的標準化SST相關(guān)系數(shù)分布圖 ［降水資料取自CMAP降水資料集 （Xie and Arkin，1997）］。實、虛線：正、負值；陰影：超過95%信度Fig.8 Distributions of the correlation coefficients between the rainfall over South Asia and East Asia and the normalized SSTs averaged for the tropical Indian Ocean（20°S－20°N，40°E－100°E）in（a）winter and（b）spring.The solid and dashed lines indicate positive and negative correlations，respectively，and the confidence levels over 95%are shaded.The data of precipitation are from CMAP data set（e.g.，Xie and Arkin，1997）

圖9 2008年1月～2010年3月逐月AO值 ［資料取自NCEP／NCAR再分析資料 （Kalnay et al.，1996）］Fig.9 The monthly AO（Arctic Oscillation）index from Jan 2008to Mar 2010.The data are from the NCEP／NCAR reanalysis data（e.g.，Kalnay et al.，1996）

圖10 2009年12月（a）、2010年1月（b）、2月（c）和3月（d）我國地面氣溫距平分布（單位：℃）。取1971～2000年各月地面氣溫平均值為正常值Fig.10 Distributions of the monthly surface air temperature anomalies over China in（a）Dec 2009，（b）Jan 2010，（c）Feb 2010，and（d）Mar 2010.The climatological mean monthly surface air temperatures for 1971－2000are taken as the normals

圖11 北半球冬季 （a）和春季 （b）我國降水與AO的相關(guān)系數(shù)分布圖。實、虛線：正、負值；陰影：超過95%信度Fig.11 Distributions of the correlation coefficients between the rainfall over China and the AO index in the boreal（a）winter and （b）spring.The solid and dashed lines indicate positive and negative correlations，respectively，and the confidence levels over 95%are shaded

為了進一步研究AO對我國西南地區(qū)冬、春季降水的影響，本文還利用相關(guān)分析方法來分析北半球冬、春季AO與我國降水距平之間的相關(guān) （見圖11）。從圖11a和圖11b可以看到，無論冬季或春季AO與我國西南地區(qū)降水有正相關(guān)，而與我國東南沿海和華南地區(qū)的降水有負相關(guān)。這表明：在北半球冬、春季，當AO為負時，我國西南地區(qū)降水偏少，而東南沿海地區(qū)的降水偏多；相反，當北半球冬、春季AO為正時，我國西南地區(qū)降水偏多，而東南沿海地區(qū)的降水偏少。正如圖9所示，2009年冬季和2010年春季 （2009年12月～2010年3月）AO值為較大的負值，因此，我國西南地區(qū)2009年冬季和2010年春季降水偏少。

圖12 2009年12月 （a）、2010年1月 （b）、2月 （c）和3月 （d）北半球準定常行星波1～3波合成E－P通量 （×ρ－1）及其散度 （單位：m·s－1·d－1）的分布。資料取自 NCEP／NCAR再分析資料 （Kalnay et al.，1996）Fig.12 Composite distributions of the E－P fluxes（×ρ－1）and their divergence（units：m·s－1·d－1）for the quasi－stationary planetary waves 1－3over the Northern Hemisphere in（a）Dec 2009，（b）Jan 2010，（c）Feb 2010，and（d）Mar 2010.The data are from the NCEP／NCAR reanalysis data（e.g.，Kalnay et al.，1996）

5.2 2009年冬季和2010年春季平流層準定常波傳播波導振蕩對AO的影響

上述分析結(jié)果表明了2009年12月～2010年3月AO值為負值，特別是2009年12月～2010年2月AO值為－3.0～－4.0，AO的異常是與北半球準定常行星波傳播波導的振蕩有密切相關(guān)。為此，本小節(jié)進一步分析2009年12月～2010年3月北半球逐月的準定常行星波E－P通量的分布 （見圖12a－d）。從圖12a－d都可以看到從2009年12月～2010年3月北半球準定常行星波傳播的極地波導加強，而低緯波導減弱，這引起了在60°N附近上空的高緯地區(qū)上空的對流層和平流層準定常行星波E－P通量的輻合，而在30°N附近上空的對流層中、高層準定常行星波E－P通量的輻散。根據(jù)波—流相互作用原理，2009年12月～2010年3月北半球準定常行星波傳播波導的振蕩將影響緯向平均流。圖13a－d分別是2009年12月、2010年1月、2月和3月北半球緯向平均氣流隨高度和緯度的分布。從圖13a－d可以看到，從2009年12月到2010年3月，北半球緯向平均氣流在60°N附近上空的對流層和平流層西風減弱，而在30°N附近的對流層中、上層西風加強，從而導致了AO變成了較大的負值。

圖13 同圖12，但為緯向平均氣流 （單位：m／s）Fig.13 As in Fig.12except for the zonal mean flow （m／s）

6 結(jié)論和討論

本文從觀測資料分析表明了我國西南地區(qū)從2009年秋到2010年春季發(fā)生了的嚴重干旱，這次干旱無論持續(xù)時間或干旱嚴重程度都是歷史上所罕見的。為此，本文利用再分析資料和海表溫度資料分析了2009年秋季至2010年春季西南地區(qū)嚴重干旱的成因。分析結(jié)果表明了導致這次特大干旱發(fā)生是由于熱帶西太平洋、中印半島、孟加拉灣和青藏高原東部（特別是云貴高原）大氣環(huán)流的嚴重異常所造成。從2009年秋、冬季到2010年春季熱帶西太平洋和熱帶印度洋處于升溫期，它使得熱帶西太平洋上空產(chǎn)生反氣旋異常環(huán)流、造成了西南氣流在我國東南沿海加強，而華南和華中地區(qū)上空處于低槽控制，因而在高原東部為槽后西北氣流和下沉氣流所控制，造成了從孟加拉灣來的水汽很難到達云貴高原，從而引起了此地區(qū)降水長期偏少。并且，分析還表明從2009年冬季到2010年春季中高緯度準定常行星波極地波導很強，而低緯波導偏弱，從而導致在60°N附近高緯度地區(qū)對流層和平流層波的E－P通量為輻合，而在35°N附近地區(qū)對流層中、上層波的E－P通量為輻散。準定常行星波傳播波導的異常引起了60°N附近從對流層到平流層緯向平均西風減弱，而35°N附近對流層中、上層的緯向平均西風加強，造成了AO為很大負值。由于AO為很大負值，東亞冷空氣偏強，路徑偏東，而繞高原路徑的冷空氣活動偏弱，從而造成我國西南地區(qū)冷空氣活動偏弱，致使長時期降水偏小嚴重干旱發(fā)生。

從上面分析可以看到，造成從2009年秋到2010年春季我國西南地區(qū)的嚴重干旱主要原因之一是繞高原路徑的冷空氣偏弱。陶詩言 （1959）提出東亞寒潮活動主要路徑有三種：第一種是從貝加爾湖南下型寒潮，這種寒潮路徑是從貝加爾湖附近的西伯利亞地區(qū)經(jīng)蒙古高原東部南下直接侵襲我國東北和華北，經(jīng)渤海和黃海，并從東海和日本繞向我國東南沿海、南海到東南亞；第二種是繞高原型寒潮，這種寒潮活動路徑是從我國西北沿高原東側(cè)再繞向高原的東南側(cè)流向中印半島和孟加拉灣；第三種是超極地寒潮，這種寒潮直接從西伯利亞的泰末爾半島經(jīng)西伯利亞地區(qū)南下到東北和華北地區(qū)，它會帶來我國東北和華北地區(qū)的嚴重降溫，東亞的強寒潮經(jīng)常是超極地過程的寒潮。2009年秋至2010年春繞高原型寒潮偏少，而第一種從貝加爾湖南下型寒潮偏強。為什么東亞冬季寒潮路徑有很大的年際振蕩，這是一個值得進一步研究的問題。

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Analyses of the Causes of Severe Drought Occurring in Southwest China from the Fall of 2009to the Spring of 2010

HUANG Ronghui，LIU Yong，WANG Lin，and WANG Lei

CenterforMonsoonSystemResearch，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190

A severe drought occurred in Southwest China from the fall of 2009to the spring of 2010.Either its persistent time and area or decreased amount of rainfall were less observed during the last 50years.Thus，in this paper，the occurring causes of this drought are analyzed by using the ERA－40reanalysis data and SST data from the impacts of thermal anomalies in the tropical western Pacific（TWP）and the tropical Indian Ocean（TIO）on the atmospheric circulation over the TWP and South Asia.The results show that during the period from the fall of 2009to the spring of 2010，both the TWP and the TIO were in a warming state.Under the common thermal effect of both oceans，a strong anticyclonic anomalous circulation appeared in the lower troposphere over the TWP and the South China Sea，which caused not only the strengthening of the southwest flow anomaly，but also the appearance of a low trough anomaly over South China and Central China.In this case，the northwest flow anomaly and descending flow anomaly behind the trough controlled the eastern part of the Tibetan Plateau，and water vapor was difficultly transported from the Bay of Bengal into the Yunnan－Guizhou Plateau（Yun－Gui Plateau in short）.Thus，less rainfall for a long time was caused in this region.Moreover，the analysis results also show that the circulation anomaly over the mid－and high latitudes had an important impact on the severe drought.Since the polar wave guide of quasi－stationary planetary wave propagations over the high latitudes was stronger，but the low－latitude wave guide was weaker from the fall of 2009to the spring of 2010，which led to convergence and divergence of the wave E－P fluxes for quasi－stationary planetary waves in the upper troposphere and the stratosphere over the region about 60°N and in the middle and upper troposphere over the region about 35°N，respectively.Thus，the zonal mean wind was weakened in the upper troposphere and the stratosphere over the region about 60°N，but it was strengthened in the upper troposphere over the region about 35°N.This caused an obviously negative phase of the AO （Arctic Oscillation）and brought strong winter monsoon and eastward tracks of cold waves into East Asia，which led to a weakening of cold air arriving in Southwest China.Thereby，the persistent severe drought occurred in Southwest China.

drought，tropical western Pacific，East Asian winter monsoon，quasi－stationary planetary wave propagation

1006－9895（2012）03－0443－15

P462

A

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2011－05－27，2011－09－15收修定稿

國家公益性行業(yè) （氣象）科研專項GYHY201006021，國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目2010CB950403、2009CB421405

黃榮輝，男，1942年出生，中國科學院院士，主要從事季風和氣候動力學以及災害氣候的研究。E－mail：hrh＠m(xù)ail.iap.ac.cn