中國西南地區(qū)東部秋季干旱的環(huán)流特征及其成因分析

沙天陽，徐海明，鄒松佐

(1.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210044;2.廣州中心氣象臺，廣東 廣州510080;3.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué))，江蘇南京210044)

0 引言

大范圍干旱和洪澇，一直以來都是我國最主要的氣象災(zāi)害。國內(nèi)外大量學(xué)者對旱澇規(guī)律及成因進(jìn)行了研究(郭銳和智協(xié)飛，2009;Wu and Kinter，2009;Findell and Delworth，2010)，主要涉及到旱澇與海溫的關(guān)系(王蕾和張人禾，2006;張俊等，2006;王蘇瑤等，2012)，旱澇與季風(fēng)的關(guān)系(王寶鑒等，2004;劉蕓蕓和丁一匯，2009;任珂等，2010)等。Mendoza et al.(2006)將ENSO劃分為不同的強(qiáng)度，并指出不同強(qiáng)度的El Nino與墨西哥東南部干旱的相關(guān)性有所不同。陳際龍和黃榮輝(2008)指出當(dāng)南亞夏季風(fēng)緯向水汽輸送偏強(qiáng)時，東亞—西北太平洋地區(qū)水汽輸送的偶極型異常有利于長江中下游地區(qū)和江淮流域的水汽輻合負(fù)異常與華南和華北地區(qū)的水汽輻合正異常，從而導(dǎo)致長江中下游地區(qū)和江淮流域的偏旱與華南和華北地區(qū)的偏澇。另外，從單個物理量或特定天氣系統(tǒng)出發(fā)，分析其與旱澇關(guān)系的研究也不在少數(shù)(劉舸等，2008;杜銀等，2009;劉穎等，2009)。

就我國而言，對旱澇的研究主要集中在江淮和華南地區(qū)(苗春生等，2006;鞏遠(yuǎn)發(fā)等，2007;梁平德等，2008)。近年來，我國西南地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)及人民生活造成了嚴(yán)重影響，對該區(qū)域的旱澇研究也引起了人們的關(guān)注。李永華等(2009)選取西南地區(qū)東部某特定范圍為研究對象，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域典型旱澇年夏季OLR分布有明顯的差異，洪澇(干旱)年，從青藏高原東部一直到江淮地區(qū)OLR值偏低(高)，同時孟加拉灣南部及赤道東印度洋地區(qū)OLR值也偏低(高)，而菲律賓及其附近地區(qū)OLR值偏高(低)。李耀先等(2009)通過研究廣西區(qū)域的干旱時空分布特征和成因總結(jié)出了該省各季節(jié)干旱最嚴(yán)重的區(qū)域。另外，針對特定旱澇個例，王斌和李躍清(2010)指出，2009/2010年冬季西南地區(qū)嚴(yán)重干旱的開始、發(fā)展和減弱與同期500 hPa南支槽活動及整層水汽輸送有著密切的關(guān)系。劉銀峰等(2009)發(fā)現(xiàn)由南向北的水汽輸送較常年偏弱，西太洋副熱帶高壓較常年異常偏強(qiáng)，脊線位置明顯偏北，川渝地區(qū)受高壓系統(tǒng)影響盛行下沉氣流等原因造成了2006年川渝地區(qū)的夏季干旱。就研究區(qū)域而言，大量對西南地區(qū)旱澇的研究以行政邊界為準(zhǔn)，研究某特定省市的旱澇規(guī)律，本文將從降水一致性角度出發(fā)，選取特定區(qū)域進(jìn)行旱澇研究。

就季節(jié)而言，秋季連接夏季和冬季，是降水由多轉(zhuǎn)少的過渡季節(jié)，雖然降水量次于夏季和春季，但若出現(xiàn)干旱，連接本來就降水稀少的冬季，很容易產(chǎn)生秋冬季連旱，如2009/2010年西南大旱就是從2009年秋季開始的(蘭州干旱氣象研究所干旱監(jiān)測預(yù)測研究室，2009;晏紅明等，2012)。故秋季降水對西南地區(qū)冬半年的旱澇狀況有著很重要的作用。本文將通過分析秋季西南地區(qū)東部的旱澇年環(huán)流特征，進(jìn)而嘗試找出該區(qū)域的旱澇成因，為此區(qū)域的旱澇預(yù)報提供參考。

1 資料、方法及模式介紹

1.1 資料

1)中國氣象局國家氣象信息中心提供的1961—2010年全國753站月平均降水資料。

2)1961—2010年NCEP/NCAR月平均再分析資料(Kalnay et al.，1996)，水平分辨率為 2.5°×2.5°。

3)1961—2010年 NOAA擴(kuò)展重建海溫資料(Smith et al.，2008)，水平分辨率為2°×2°。

1.2 方法

選用合成分析、低通濾波、相關(guān)分析、線性回歸等方法。另外，整層大氣總熱源(匯)的計算采用“倒算法”(Yanai et al.，1992;鞏遠(yuǎn)發(fā)等，2007)。

大氣熱源的計算公式為:

其中:T為溫度;ω為p坐標(biāo)的垂直速度;k=R/cp，R和cp分別是干空氣氣體常數(shù)和比定壓熱容;V為水平風(fēng)矢量;ps為地面氣壓;pt指的是大氣頂氣壓(設(shè)pt=100 hPa);Q1是各等壓面層的熱源;＜Q1＞是整層總熱源。

1.3 模式介紹

本文數(shù)值試驗(yàn)中采用的NCAR CAM3.0(Community Atmosphere Model 3.0)是美國國家大氣研究中心研制的公共氣候系統(tǒng)模式。該模式是一個全球譜模式，采用三角形譜截斷，水平分辨率為T42。垂直方向采用η坐標(biāo)，共26層，坐標(biāo)層頂在2.917 hPa。模式包括了輻射(長、短波輻射傳輸)、云、對流、陸面(植被、冰雪、土壤水分)及邊界層(垂直擴(kuò)散、重力波拖曳)等物理過程，考慮了大氣水汽、二氧化碳含量對輻射的影響。它包含了大氣模式和一個完整的陸面模式以及可供選擇的海洋模式。時間積分采用半隱式方案，步長為20 min。模式的詳細(xì)情況可參考文獻(xiàn)(Collins et al.，2004)。

2 區(qū)域的選取

由于我國西南地區(qū)地形復(fù)雜，降水一致性差，故選取西南地區(qū)東部(103 ～111°E，24 ～28°N)為研究對象，所涉及到的省市有廣西、云南、貴州、四川、湖南和重慶。為驗(yàn)證所選區(qū)域的合理性，對此區(qū)域的秋季(9—11月平均)降水量進(jìn)行了EOF分析(圖1)。結(jié)果顯示，第一特征向量方差貢獻(xiàn)率高達(dá)50.02%，表現(xiàn)為全區(qū)一致的正位相分布，表明所選區(qū)域的降水具有很好的空間一致性(圖1a)。此外，該特征向量的時間系數(shù)序列(圖1b)與標(biāo)準(zhǔn)化的區(qū)域平均降水量序列(圖2a)趨勢非常一致，進(jìn)一步說明該區(qū)域的降水主要表現(xiàn)為全區(qū)一致的分布型，故所選區(qū)域合理。

3 降水的年際及年代際變化

圖1 西南地區(qū)東部秋季降水的EOF分析第一模態(tài)的空間分布(a)及其時間系數(shù)(b)Fig.1 (a)Eigenvectors and(b)time coefficient of the first EOF mode of autumn precipitation in the eastern region of Southwest China

圖2 1961—2010年西南地區(qū)東部秋季區(qū)域平均的標(biāo)準(zhǔn)化降水量序列(a;柱狀表示區(qū)域平均的標(biāo)準(zhǔn)化降水量序列;實(shí)線為高斯低通濾波周期11 a以上的成分;虛線為其線性趨勢)及其M-K檢驗(yàn)(b;虛直線表示0.05信度的顯著性水平線及零線)Fig.2 (a)The normalized autumn precipitation(normalized autumn precipitation averaged in the eastern region of Southwest China from 1961—2010(bar)，its filtered results over the time scale of 11 years(solid curve)and linear trend(dotted line));(b)The forward(solid curve)and backward statistic rank series(dashed curve)in the Mann-Kendall test of the normalized precipitation(The dashed beeline indicates the significance at 95%confidence level in the Mann-Kendall test and line zero)

由圖2a可見，西南地區(qū)東部秋季降水存在減少趨勢，線性趨勢系數(shù)達(dá)到－5.2 mm/(10 a)，變旱趨勢顯著;另外，該地區(qū)的秋季降水同時存在明顯的年際和年代際變化。年代際變化主要表現(xiàn)為，在20世紀(jì)80年代中后期，降水由偏多轉(zhuǎn)為偏少。由M-K檢驗(yàn)(圖2b)的UF曲線可見，自20世紀(jì)80年代以來，西南地區(qū)東部秋季降水有一明顯的減少趨勢，21世紀(jì)初開始，這種減少趨勢通過了0.05信度的顯著性檢驗(yàn)，說明該地區(qū)存在顯著變旱的趨勢。此外，根據(jù)UF和UB曲線的交點(diǎn)位置，確定降水由多轉(zhuǎn)少的突變發(fā)生在1987年左右，這與降水年代際變化曲線(圖2a，實(shí)線)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)時間基本一致。本文主要分析該區(qū)域降水的年際變化特征及成因，故在其后做年際變化分析時，已將涉及到的所有物理量去除了年代際變化。

圖3a給出了去除年代際變化后的標(biāo)準(zhǔn)化降水序列。將標(biāo)準(zhǔn)化降水量值大于1的定義為澇年，小于1的定義為旱年，由此選取旱年7個(1962、1974、1979、1992、1996、1998、2009 年)，澇年 6 個(1965、1972、1982、1994、1997、2008 年)。利用 GPCC 降水資料(圖3b)對旱澇年降水量進(jìn)行合成分析發(fā)現(xiàn)，顯著差值區(qū)恰好位于西南地區(qū)東部，進(jìn)一步說明了所選年份的合理性。

4 大氣環(huán)流特征

大氣環(huán)流的異常是造成天氣氣候異常的直接原因，而區(qū)域性的氣候異常往往是在大尺度環(huán)流異常背景下發(fā)生的。為分析西南地區(qū)東部秋季旱澇年的環(huán)流特征，對所選出的旱澇年進(jìn)行了環(huán)流場的合成分析。

4.1 850 hPa風(fēng)場

圖3 去除年代際變化后的標(biāo)準(zhǔn)化降水量序列(a)和GPCC資料合成的旱澇年降水量差值場(b;差值場為旱年減去澇年;單位:mm;陰影區(qū)表示通過0.01信度的顯著性差值t檢驗(yàn))Fig.3 (a)The normalized precipitation with the effect of the interdecadal change eliminated;(b)The difference of precipitation between drought and flood years using GPCC precipitation data(drought－flood;units:mm;shaded area represents the region where the significance is over 99%confidence level)

圖4 西南地區(qū)東部秋季旱澇年850 hPa風(fēng)場差值(差值場為旱年減去澇年;單位m·s －1;陰影區(qū)表示通過0.01信度的顯著性差值t檢驗(yàn))Fig.4 The difference of wind at 850 hPa between drought and flood years in autumn in the eastern region of Southwest China(drought－flood;units:m·s－1;shaded area indicates the region beyond 99%confidence level in t test)

從旱澇年的850 hPa合成的差值風(fēng)場(圖4)來看，差值西風(fēng)與差值東風(fēng)在蘇門答臘—西太平洋附近輻合，孟加拉灣及其南側(cè)有關(guān)于赤道對稱的氣旋性差值環(huán)流對，南海存在氣旋性差值環(huán)流。在這種情況下，一方面西南地區(qū)東部位于南海氣旋性差值環(huán)流的西北部，受其外圍偏北氣流的控制，另一方面孟加拉灣的偏東差值氣流使其水汽輸送偏弱，從而形成利于所研究區(qū)域易產(chǎn)生干旱的環(huán)流形勢。由顯著差值區(qū)的分布可以發(fā)現(xiàn)，熱帶印度洋及西太平洋存在大片顯著差值區(qū)，西南地區(qū)東部亦位于顯著差值區(qū)(通過0.1信度的顯著性差值t檢驗(yàn))，說明該地區(qū)旱澇年風(fēng)場存在明顯差異。

4.2 500 hPa垂直運(yùn)動及水汽輸送

區(qū)域性的氣候異常與當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顩r有密切關(guān)系，其中垂直上升運(yùn)動是產(chǎn)生降水的基本條件之一。圖5a給出了旱澇年500 hPa垂直運(yùn)動的差值場，西南地區(qū)東部處于顯著的差值下沉區(qū)，蘇門答臘島—西太平洋附近處于顯著的差值上升區(qū)，而經(jīng)圈環(huán)流的差值場(圖5b)與以上結(jié)果對應(yīng)，說明較澇年而言，旱年存在偏強(qiáng)的哈德萊環(huán)流，偏強(qiáng)的下沉氣流控制我國西南地區(qū)東部，利于該地區(qū)形成干旱。除垂直運(yùn)動以外，局地的水汽條件也是形成降水的重要條件之一。從整層積分的水汽通量散度差值場(圖5c)來看，西南地區(qū)東部位于顯著的差值輻散區(qū)，不利于產(chǎn)生降水。

5 大氣熱源及海溫分布特征

干旱和洪澇實(shí)際上是大氣環(huán)流異常變化的反映，而大氣環(huán)流的異常變化又常常是大氣熱源異常強(qiáng)迫的結(jié)果;大量研究表明，海溫是影響大范圍的環(huán)流異常的一個重要因素(楊修群和黃士松，1993;武炳義和張人和，2011)。本文將從熱源和海溫的角度，嘗試找出西南地區(qū)東部秋季旱澇的成因。

5.1 熱源場

圖5 西南地區(qū)東部秋季旱澇年500 hPa垂直運(yùn)動(a;單位10－2Pa·s－1)、經(jīng)向環(huán)流(b;103～111°E平均)和整層積分的水汽通量散度(c;單位g·cm－2·s－1)的差值場(差值場為旱年減去澇年;陰影區(qū)表示通過0.05信度的顯著性差值t檢驗(yàn))Fig.5 The difference of(a)vertical velocity between drought and flood years at 500 hPa(units:10 －2Pa·s－1)，(b)latitude-pressure circulation between drought and flood years(averaged from 103—111°E)，and(c)the divergence of vertically-integrated water-vapor transportation(units:g·cm －2·s－1)in autumn in the eastern region of Southwest China(drought－flood;shaded area indicates the region beyond 95%confidence level in t test)

大氣熱源是驅(qū)動大氣環(huán)流的重要因子，其異常會顯著影響大氣環(huán)流，進(jìn)而影響降水的異常(高斯等，2010)。為尋找旱澇年熱源的分布特征，對旱澇年總熱源場進(jìn)行了合成分析(圖6a)。可見，西南地區(qū)東部位于負(fù)值區(qū)，即旱年熱源偏弱，這很可能是由于旱年水汽凝結(jié)潛熱的釋放偏少造成的。蘇門答臘—西太平洋一帶存在顯著的正值區(qū)，說明西南地區(qū)東部旱年，該海區(qū)熱源偏強(qiáng);而西印度洋及赤道中東太平洋存在顯著的負(fù)值區(qū)，表明西南地區(qū)東部旱年，這兩個海區(qū)的熱源偏弱。

為進(jìn)一步說明所研究區(qū)域的干旱與熱源的關(guān)系，對西南地區(qū)東部秋季降水與同期熱源場求相關(guān)(圖6b)發(fā)現(xiàn)，從西印度洋到東太平洋的熱帶海區(qū)，相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)“+－+”的分布。從850 hPa差值風(fēng)場(圖4)與差值熱源的配置來看，蘇門答臘附近的差值熱源西側(cè)，存在關(guān)于赤道對稱的氣旋性差值環(huán)流對，而南海氣旋性差值環(huán)流恰好位于西太平洋差值熱源的西北側(cè)，這樣的熱帶水平風(fēng)場結(jié)構(gòu)類似于熱帶異常熱源激發(fā)的熱帶波動(Gill，1980)。

5.2 海溫場

熱源場是綜合了眾多因素的強(qiáng)迫場，而已有研究證明，海溫作為一種外強(qiáng)迫場，其異常對引起大范圍環(huán)流異常有著最為重要的影響(楊修群和黃士松，1993)。故進(jìn)一步從旱澇年海溫場的分布特征分析西南地區(qū)東部秋季降水與同期海溫的關(guān)系，進(jìn)而尋找形成干旱的原因。

由旱澇年同期海溫的差值場(圖7a)發(fā)現(xiàn)，從西印度洋到東太平洋的熱帶海區(qū)，呈現(xiàn)“－+－”的差值分布，從秋季降水與同期海溫的相關(guān)場(圖7b)可以看出，相關(guān)系數(shù)的分布與5.1節(jié)中的熱源與降水的相關(guān)分布基本一致，顯著相關(guān)區(qū)集中在熱帶海洋，從西印度洋到東太平洋的熱帶海區(qū)，呈現(xiàn)“+－+”的相關(guān)系數(shù)分布，說明蘇門答臘—西太平洋的熱源異常可能與海溫異常有關(guān)。

為方便進(jìn)一步研究，將這些顯著相關(guān)區(qū)域按照相關(guān)系數(shù)的分布劃分為3個海區(qū)，分別為:Ⅰ區(qū)(蘇門答臘—西太平洋)，Ⅱ區(qū)(西印度洋)，Ⅲ區(qū)(東太平洋)。為進(jìn)一步弄清旱澇年與海溫分布的關(guān)系，將所有旱澇年的海溫異常分布進(jìn)行統(tǒng)計(表1)可見，旱年中，除1962、1979以及2009年以外，大部分年份海溫分布均與相關(guān)系數(shù)分布相對應(yīng)，表現(xiàn)為為“－+－”的分布型;澇年中，除了1965年以外，其他年份海溫分布均與相關(guān)系數(shù)的分布相對應(yīng)，表現(xiàn)為“+－+”的分布型。值得注意的是，2009年海溫異常的分布與多數(shù)干旱年份的異常分布完全相反。

圖6 西南地區(qū)東部秋季旱澇年的熱源差值場(a;差值場為旱年減去澇年;單位:W·m－2;陰影區(qū)表示通過0.05信度的差值t檢驗(yàn))和秋季降水與同期熱源的相關(guān)場(b;陰影區(qū)表示通過0.01信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.6 (a)The difference of heat between drought and flood years in autumn(drought－ flood;units:W·m－2;shaded area indicates the region of over 95%confidence level in t test);(b)The correlation between autumn precipitation in the eastern region of Southwest China and heat during the same period with the shaded area of over 99%confidence level

圖7 西南地區(qū)東部秋季旱澇年的海溫差值場(a;差值場為旱年減去澇年;單位:℃;陰影區(qū)通過0.05信度的顯著性差值t檢驗(yàn))和秋季降水與同期海溫的相關(guān)場(b;陰影區(qū)表示通過0.01信度的顯著性檢驗(yàn))Fig.7 (a)The difference of SST between drought and flood years in autumn(drought － flood，units:℃;shaded area indicates the region of over 95%confidence level in t test)，and(b)the correlation between autumn precipitation in the eastern region of Southwest China and SST during the same period(with the shaded area of over 99%confidence level)

表1 西南地區(qū)東部秋季旱澇年海溫異常的分布Table 1 The distribution of SSTA in drought and flood years in autumn in the eastern region of Southwest China

6 數(shù)值模擬

以上觀測分析表明，西印度洋至東太平洋的熱帶海區(qū)，存在3個與西南地區(qū)東部秋季降水顯著相關(guān)的區(qū)域。那么，是否3個海區(qū)的海溫對所研究區(qū)域的秋季降水都有影響?哪個海區(qū)的海溫對所研究區(qū)域的降水多寡起著更重要的作用?為了找出關(guān)鍵海區(qū)，接下來，本文利用大氣環(huán)流模式NCAR CAM 3.0進(jìn)行模擬研究。

6.1 試驗(yàn)方案

為了研究3個不同海區(qū)的海溫對西南地區(qū)東部秋季降水的影響，本文設(shè)計了如下數(shù)值試驗(yàn):

1)控制試驗(yàn)

以氣候月平均海溫作為下邊界條件，模式自第0年9月起，積分至第10年12月，取后5 a的平均值作為控制試驗(yàn)的結(jié)果。由于以往的文獻(xiàn)對該模式的介紹較多(Plumb，1985;Kiehl et al.，1998)，這里不再給出控制試驗(yàn)的結(jié)果。

2)西太平洋(Ⅰ區(qū))海溫異常試驗(yàn)

正異常試驗(yàn):取控制試驗(yàn)的第5年12月的結(jié)果作為初始條件，選取Ⅰ區(qū)即蘇門答臘—西太平洋附近為異常區(qū)域，在該區(qū)域秋季(9—11月)的氣候海溫場中加入海溫正異常作為模式的下邊界，再積分5 a，將這5 a秋季的平均值作為正異常試驗(yàn)的結(jié)果。試驗(yàn)中加入的正海溫異常分布如圖8所示。

負(fù)異常試驗(yàn):方法與正異常試驗(yàn)一致，僅加入的海溫異常取相反數(shù)。

3)西印度洋(Ⅱ區(qū))海溫異常試驗(yàn)

此試驗(yàn)中同樣包含一個正異常試驗(yàn)及一個負(fù)異常試驗(yàn)，方法同前一組試驗(yàn)，僅海溫異常區(qū)域不同，為Ⅱ區(qū)即西印度洋地區(qū)，試驗(yàn)中加入的海溫異常分布如圖8所示。

4)東太平洋(Ⅲ區(qū))海溫異常試驗(yàn)

此試驗(yàn)中同樣包含一個正異常試驗(yàn)及一個負(fù)異常試驗(yàn)，方法同前一組試驗(yàn)，但海溫異常區(qū)域及異常值不同，區(qū)域?yàn)棰髤^(qū)即東太平洋地區(qū)，試驗(yàn)中加入的海溫異常分布如圖8所示。

5)綜合海溫試驗(yàn)

此試驗(yàn)中同樣包含一個正異常試驗(yàn)及一個負(fù)異常試驗(yàn)，方法同前一組試驗(yàn)，但在所有3個海區(qū)同時加上海溫異常，正異常試驗(yàn)在Ⅰ區(qū)加入海溫正異常并在Ⅱ、Ⅲ區(qū)加入負(fù)異常，負(fù)異常試驗(yàn)在相應(yīng)區(qū)域加上相反的海溫異常。加入的異常值同前幾組海溫異常試驗(yàn)。

6.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

由Ⅰ區(qū)海溫正負(fù)異常試驗(yàn)的降水差值(圖9)可知，蘇門答臘—西太平洋一帶海溫偏高時，該海區(qū)降水偏多，同時，西南地區(qū)東部降水偏少(圖9a)。環(huán)流場上表現(xiàn)為哈德萊環(huán)流偏強(qiáng)(圖9c)，進(jìn)而導(dǎo)致該地區(qū)處于偏強(qiáng)的下沉運(yùn)動控制(圖9b)。另外，熱帶印度洋的差值西風(fēng)與中東太平洋的差值東風(fēng)在西太平洋附近輻合，熱帶西太平洋至孟加拉灣一帶存在一氣旋性差值環(huán)流(圖9a)，其外圍偏北差值氣流控制西南地區(qū)東部，同時，其南側(cè)存在一個與其關(guān)于赤道對稱的氣旋性差值環(huán)流。孟加拉灣受偏東氣流控制，導(dǎo)致向西南地區(qū)東部輸送的水汽偏少，進(jìn)而使所研究區(qū)域發(fā)生干旱。模擬結(jié)果與觀測結(jié)果較一致，這也與熱帶異常熱源激發(fā)的熱帶水平環(huán)流結(jié)構(gòu)相吻合(Gill，1980)。表明蘇門答臘—西太平洋的海溫異常對西南地區(qū)東部秋季旱澇存在顯著影響。

從Ⅱ區(qū)敏感性試驗(yàn)(圖10)的結(jié)果來看，該海區(qū)的海溫偏冷時，并沒有使西南地區(qū)東部降水減少，也沒有形成利于西南地區(qū)東部產(chǎn)生干旱的環(huán)流形勢。因此，該海區(qū)并不是影響西南地區(qū)東部秋季旱澇的關(guān)鍵區(qū)域。

Ⅲ區(qū)的敏感性試驗(yàn)結(jié)果(圖11)與Ⅰ區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果(圖10)較為相似，中東太平洋海溫偏低時，該海區(qū)降水偏少，同時，西南地區(qū)東部降水偏少。從環(huán)流場上看，熱帶差值西風(fēng)及差值東風(fēng)在西太平洋附近輻合，西太平洋上存在一氣旋性差值環(huán)流，其外圍偏東北氣流控制西南地區(qū)東部。孟加拉灣同樣受偏東氣流控制，不利于水汽輸送，從而形成有利于西南地區(qū)東部發(fā)生干旱的環(huán)流形勢。模擬結(jié)果說明東太平洋海溫對西南地區(qū)東部秋季降水亦存在重要影響。

由綜合海溫異常試驗(yàn)的結(jié)果(圖12)可以發(fā)現(xiàn)，“－+－”的海溫異常分布確實(shí)會使西南地區(qū)東部處于偏北氣流控制，同時孟加拉灣處于偏東氣流控制不利水汽輸送，并且此海溫分布利于加強(qiáng)哈德萊環(huán)流，進(jìn)而使所研究區(qū)域產(chǎn)生干旱。這與診斷分析的結(jié)果基本一致。另外，這與劉宣飛和袁慧珍(2006)提出的當(dāng)印度洋偶極子正位相與El Nino伴隨出現(xiàn)時，中國西南地區(qū)秋季降水大范圍正異常的結(jié)論也是一致的。

圖8 敏感性試驗(yàn)中加入的海溫異常示意(單位:℃)Fig.8 The regions where abnormalities are introduced(units:℃)

圖9 Ⅰ區(qū)正負(fù)異常試驗(yàn)的差值場(差值場為正異常試驗(yàn)減去負(fù)異常試驗(yàn)) a.降水及850 hPa風(fēng)場差值場(陰影區(qū)表示降水負(fù)差值區(qū)，單位:mm·d－1;流線為風(fēng)場差值);b.500 hPa垂直運(yùn)動差值場(陰影區(qū)表示差值下沉區(qū)，單位:10－2Pa·s－1);c.經(jīng)向環(huán)流差值場(103 ～111°E 平均)Fig.9 The difference between the two tests in region Ⅰ(positive test－ negative test) a.the difference of precipitation and wind at 850 hPa(shaded area is the region where difference of precipitation is negative，units:mm·d－1;the streamlines indicate difference of wind field);b.the difference of vertical velocity at 500 hPa(with the positive value shaded，units:10 －2Pa·s－1);c.the difference of latitude-pressure circulation averaged from 103°E to 111°E

圖10 Ⅱ區(qū)正負(fù)異常試驗(yàn)的差值場(差值場為負(fù)異常試驗(yàn)減去正異常試驗(yàn)) a.降水及850 hPa風(fēng)場差值場(陰影區(qū)表示降水負(fù)差值區(qū)，單位:mm·d－1;流線為風(fēng)場差值);b.500 hPa垂直運(yùn)動差值場(陰影區(qū)表示差值下沉區(qū)，單位:10 －2Pa·s－1)Fig.10 The difference between the two tests in region Ⅱ(negative test－ positive test) a.the difference of precipitation and wind at 850 hPa(shaded area is the region where difference of precipitation is negative，units:mm·d－1;the streamlines indicate difference of wind field);b.the difference of vertical velocity at 500 hPa(with the positive value shaded，units:10 －2Pa·s－1)

圖11 Ⅲ區(qū)正負(fù)異常試驗(yàn)降水和850 hPa風(fēng)場的差值場(差值場為負(fù)異常試驗(yàn)減去正異常試驗(yàn);陰影區(qū)表示降水負(fù)差值區(qū)，單位:mm·d－1;流線為風(fēng)場差值)Fig.11 The difference of precipitation and wind at 850 hPa between the two tests in region Ⅲ(negative test－ positive test;shaded area is the region where difference of precipitation is negative，units:mm·d－1;the streamlines indicate difference of wind field)

圖12 3個海區(qū)同時疊加異常海溫的正負(fù)異常試驗(yàn)差值場(差值場為正異常試驗(yàn)減去負(fù)異常試驗(yàn)) a.降水及850 hPa風(fēng)場差值場(陰影區(qū)表示降水負(fù)差值，單位:mm·d－1;流線為風(fēng)場差值);b.500 hPa垂直運(yùn)動差值場(陰影區(qū)表示差值下沉，單位:10－2Pa·s－1);c.經(jīng)向環(huán)流差值場(103 ～111°E 平均)Fig.12 The difference between the two tests in all three regions(positive test－ negative test) a.the difference of precipitation and wind at 850 hPa(shaded area is the region where difference of precipitation is negative，units:mm·d－1;the streamlines indicate difference of wind field);b.the difference of vertical velocity at 500 hPa(with the positive value shaded，units:10－2Pa·s－1);c.the difference of latitude-pressure circulation averaged from 103°E to 111°E

結(jié)合以上數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，西印度洋、蘇門答臘—西太平洋及東太平洋這3個海區(qū)“－+－”的海溫異常分布確實(shí)會影響到西南地區(qū)東部秋季干旱的形成。其中，Ⅰ區(qū)及Ⅲ區(qū)海溫均對所研究區(qū)域的降水有顯著影響，而Ⅱ區(qū)的海溫對所研究區(qū)域的降水并不存在影響。Ⅰ區(qū)及Ⅲ區(qū)“+－”的海溫異常分布一方面通過在南海及孟加拉灣附近激發(fā)異常氣旋性環(huán)流，使西南地區(qū)東部位于其西北側(cè)偏北氣流控制，另一方面加強(qiáng)哈德萊環(huán)流，使西南地區(qū)東部位于加強(qiáng)的下沉氣流控制，從而形成干旱。

7 結(jié)論

1)西南地區(qū)東部秋季降水存在顯著減少趨勢，并存在明顯的年代際變化，在20世紀(jì)80年代中后期，降水存在由偏多轉(zhuǎn)偏少的突變。

2)蘇門答臘—西太平洋及熱帶東太平洋的“+－”海溫異常分布，通過影響蘇門答臘—西太平洋的大氣熱源分布，從而對我國西南地區(qū)干旱產(chǎn)生影響。大氣熱源異常一方面在南海及孟加拉灣附近激發(fā)異常氣旋性環(huán)流，使偏北氣流控制西南地區(qū)東部，削弱了孟加拉灣向我國西南地區(qū)的水汽輸送，另一方面通過加強(qiáng)哈德萊環(huán)流，使西南地區(qū)東部處于異常下沉區(qū)，從而有利于該地區(qū)干旱的形成。

3)數(shù)值試驗(yàn)表明，蘇門答臘—西太平洋海溫異常偏暖(冷)，熱帶東太平洋海溫異常偏冷(暖)，可導(dǎo)致西南地區(qū)東部秋季降水的減少(增多)，這進(jìn)一步驗(yàn)證了觀測分析的結(jié)果。而數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果也表明，西印度洋的海溫異常對西南地區(qū)東部的秋季降水不起作用。

統(tǒng)計旱澇年的海溫異常分布可以發(fā)現(xiàn)，雖然大部分年份的海溫分布與降水和海溫的相關(guān)系數(shù)分布形勢相匹配，但也有例外的年份，2009年甚至出現(xiàn)與其他年份完全相反的海溫異常分布型。該年份導(dǎo)致干旱的原因是值得進(jìn)一步探討的。另外，本文主要討論了年際旱澇的環(huán)流特征及成因，而年代際尺度上，所研究區(qū)域的顯著變旱是由什么因素造成的，也有待進(jìn)一步研究。

陳際龍，黃榮輝.2008.亞洲夏季風(fēng)水汽輸送的年際年代際變化與中國旱澇的關(guān)系［J］.地球物理學(xué)報，51(2):352-359.

杜銀，張耀存，謝志清.2009.東亞副熱帶西風(fēng)急流位置變化及其對中國東部夏季降水異常分布的影響［J］.大氣科學(xué)，33(3):581-592.

高斯，簡茂球，喬云亭.2010.大氣熱源30～60天振蕩與華南6月旱澇的關(guān)系［J］.熱帶氣象學(xué)報，26(5):555-562.

鞏遠(yuǎn)發(fā)，段廷揚(yáng)，張菡.2007.夏季亞洲大氣熱源匯的變化特征及其與江淮流域旱澇的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，31(1):89-98.

郭銳，智協(xié)飛.2009.中國南方旱澇時空分布特征分析［J］.氣象科學(xué)，29(5):598-605.

蘭州干旱氣象研究所干旱監(jiān)測預(yù)測研究室.2009.2009年秋季全國干旱狀況及其影響［J］.氣象干旱，27(4):419-423.

李耀先，陳翠敏，林墨.2009.廣西區(qū)域干旱的分析研究［J］.熱帶氣象學(xué)報，25(增刊):125-131.

李永華，徐海明，高陽華，等.2009.西南地區(qū)東部夏季典型旱澇年的OLR 特征［J］.高原氣象，28(4):861-869.

梁平德，劉愛霞，段麗瑤，等.2008.亞洲中部春夏季大氣環(huán)流持續(xù)性異常與我國東部夏季旱澇的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，32(5):1184-1186.

劉舸，張慶云，孫淑清.2008.澳大利亞東側(cè)環(huán)流及海溫異常與長江中下游夏季旱澇的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，32(2):231-241.

劉宣飛，袁慧珍.2006.ENSO對印度洋偶極子與中國秋季降水關(guān)系的影響［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報，29(6):762-768.

劉銀峰，徐海明，雷正翠.2009.2006年川渝地區(qū)夏季干旱的成因分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報，32(5):686-694.

劉穎，徐祥德，施曉暉.2009.春季地氣溫差與長江中下游夏季旱澇異常的相關(guān)［J］.氣象科技，37(3):301-305.

劉蕓蕓，丁一匯.2009.西北太平洋夏季風(fēng)對中國長江流域夏季降水的影響［J］.大氣科學(xué)，33(6):1225-1237.

苗春生，吳志偉，何金海.2006.近50年東北冷渦異常特征及其與前汛期華南降水的關(guān)系分析［J］.大氣科學(xué)，30(6):1249-1256.

任珂，何金海，祁莉.2010.東亞副熱帶季風(fēng)雨帶建立特征及其降水性質(zhì)分析［J］.氣象學(xué)報，68(4):550-558.

王寶鑒，黃玉霞，何金海，等.2004.東亞夏季風(fēng)期間水汽輸送與西北干旱的關(guān)系［J］.高原氣象，23(6):912-918.

王斌，李躍清.2010.2010年秋冬季西南地區(qū)嚴(yán)重干旱與南支槽關(guān)系分析［J］.高原山地氣象研究，30(4):26-35.

王蕾，張人禾.2006.不同區(qū)域海溫異常對中國夏季旱澇影響的診斷研究和預(yù)測試驗(yàn)［J］.大氣科學(xué)，30(6):1147-1159.

王蘇瑤，李忠賢，王大鈞，等.2012.秋季熱帶中太平洋SST異常型與冬季中國降水和氣溫的關(guān)系［J］.氣象科學(xué)，32(6):653-658.

武炳義，張人禾.2011.東亞夏季風(fēng)年際變率及其與中、高緯度大氣環(huán)流以及外強(qiáng)迫異常的聯(lián)系［J］.氣象學(xué)報，69(2):219-232.

晏紅明，程建剛，鄭建萌，等.2012.2009年云南秋季特大干旱的氣候成因分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報，35(2):229-239.

楊修群，黃士松.1993.外強(qiáng)迫引起的夏季大氣環(huán)流異常及其機(jī)制探討［J］.大氣科學(xué)，17(6):697-702.

張俊，施能，封國林，等.2006.1948—2001年全球旱、澇變化和ENSO關(guān)系［J］.氣象科學(xué)，26(5):478-483.

Collins W D，Rasch P J，Boville B A.2004.Description of the NCAR Community Atmosphere Model(CAM3.0)［R］//Technical report NCAR/TN －464+STR，National Center for Atmospheric Research.Boulder.

Findell K L，Delworth T L.2010.Impact of common sea surface temperature anomalies on global drought and pluvial frequency［J］.J Climate，23:485-503.

Gill A E.1980.Some simple solutions for heat-induced tropical circulation［J］.Quart J Roy Meteor Soc，106:447-462.

Kalnay E，Kanamitsu M，Kistler R，et al.1996.The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project［J］.Bull Amer Meteor Soc，77:437-470.

Kiehl J T，Hack J J，Bonan G B，et al.1998.The National Center for atmospheric research community climate model:CCM3［J］.J Climate，11(6):1131-1149.

Mendoza B，Velasco V，Jauregui E.2006.A study of historical droughts in southeastern Mexico［J］.J Climate，19:2916-2934.

Plumb R A.1985.On the three dimensional propagation of stationary waves［J］.J Atmos Sci，42(3):217-229.

Smith T M，Reynolds R W，Peterson T C，et al.2008.Improvements to NOAA's historical merged land-ocean surface temperature analysis(1880—2006)［J］.J Climate，21:2283-2296.

Wu R G，Kinter III J L.2009.Analysis of the relationship of U.S.droughts with SST and soil moisture:Distinguishing the time scale of droughts［J］.J Climate，22:4520-4538.

Yanai M，Li C，Song Z S.1992.Seasonal heating of the Tibetan Plateau and its effects on the evolution of the Asian summer monsoon［J］.J Meteor Soc Japan，70(1):319-350.