2017年春季松嫩平原氣候異常成因分析

班 晉，丁曉亮

（1.黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱 150030；2.太和縣氣象局，安徽 太和 236600）

1 引言

松嫩平原是東北平原最大的組成部分，土地肥沃，是黑龍江省乃至我國(guó)十分重要的糧食生產(chǎn)基地。同時(shí)松嫩平原地區(qū)也是典型的氣候異常頻發(fā)區(qū)，在全球變暖的背景下，干旱、高溫等氣象災(zāi)害頻發(fā)。天氣氣候的異常對(duì)糧食產(chǎn)量有巨大影響，提高短期氣候預(yù)測(cè)的水平，有利于增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)。2017年春季，松嫩平原發(fā)生異常氣候事件，表現(xiàn)特征為降水偏少、氣溫明顯偏高。其中降水偏少、氣溫偏高分別為1961年以來(lái)的同期歷史第10位和第5位。在影響氣候異常的諸多因子中,大氣環(huán)流異常是最直接和最主要的原因,而外強(qiáng)迫因子海冰、海溫等則是間接因子[1-2]。本文主要針對(duì)2017年春季氣候異常的可能成因進(jìn)行分析，為氣候預(yù)測(cè)工作提供參考和依據(jù)。

2 資料

⑴選取黑龍江省內(nèi)的嫩江、訥河、依安、克山、北安、拜泉、海倫、慶安、綏化、望奎、青岡、明水、富裕、林甸、齊齊哈爾、甘南、龍江、泰來(lái)、杜爾伯特、肇源、肇州、安達(dá)、肇東、哈爾濱、雙城、五常、阿城、賓縣、巴彥、木蘭，共計(jì)30個(gè)松嫩平原代表站，時(shí)間為1961-2017年。

⑵NCEP再分析資料，包括500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、850 hPa風(fēng)場(chǎng)、多層水汽場(chǎng)，海溫場(chǎng)以及海冰場(chǎng)等。

⑶國(guó)家氣候中心的130項(xiàng)環(huán)流指數(shù)。

圖1 1961-2017年松嫩平原(a)氣溫和(b)降水的背景分析

3 松嫩平原春季氣溫降水歷史背景及2017年實(shí)況

將松嫩平原30站氣溫和降水分別求平均，得到其逐年變化的時(shí)間序列曲線，1961年至今氣溫呈現(xiàn)明顯的增高趨勢(shì)(圖1a)。年代際背景，上世紀(jì)60-80年代，氣溫處于低溫背景，從80年代末期開(kāi)始，氣溫明顯升高，一直到2016年氣溫處于高溫背景下。1961年至今降水有增多的趨勢(shì)(圖1b)。上世紀(jì)60-80年代降水處于多雨少雨交替變化，80年代-90年代，降水處于少雨期，期間只有兩年降水異常偏多，其余多數(shù)年份降水正常偏少，進(jìn)入21世紀(jì)之后降水開(kāi)始增多，同時(shí)多年出現(xiàn)降水極值，2014-2016年連續(xù)3 a出現(xiàn)降水偏多。

2017年春季松嫩平原大部地區(qū)降水偏少，氣溫全區(qū)偏高。其中降水除東南部雙城、五常等地外，其它地區(qū)均降水偏少20-100%，降水特少（50-100%）的區(qū)域主要位于嫩江流域。氣溫全部偏高，除五常外，其它地區(qū)偏高1℃以上，嫩江流域區(qū)偏高2℃以上。2017年春季松嫩平原30站的平均氣溫比同期偏高1.79℃，為1961年以來(lái)的歷史第5位，排名前4的年份除了1998年以外，其余的年份均為2000年以后，這也表明松嫩平原春季氣溫一直處于上升趨勢(shì)；春季松嫩平原30站的平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以來(lái)的歷史第10位。

4 成因分析

4.1 2017年春季大氣環(huán)流分析

500 hPa歐亞中高緯為兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，總體以緯向環(huán)流為主。高度場(chǎng)距平自西向東呈現(xiàn) “-，+，-”的分布，正距平的中心位于貝加爾湖。松嫩平原地區(qū)為槽后脊前的正高度距平所控制，東亞大槽強(qiáng)度偏弱位置偏東，貝加爾湖上空為暖高壓脊所控制，西伯利亞高壓偏弱。熱帶外北半球總體呈現(xiàn)北低南高的分布型，中緯度到中高緯為正高度距平，極地為負(fù)高度距平，AO（北極濤動(dòng)）處于異常正位相，因此造成北方新地島和巴倫支海附近的冷空氣影響松嫩平原異常偏弱，從而導(dǎo)致松嫩平原地區(qū)氣溫異常偏高。從各月的高度場(chǎng)來(lái)看（圖略），3月500 hPa高度場(chǎng)歐亞中高緯呈現(xiàn) “兩槽一脊”分布型，40°N-60°N以及60°N以北分別為正、負(fù)高度距平所控制，貝加爾湖至黑龍江省北部為正距平中心，其環(huán)流場(chǎng)不利于冷空氣入侵，造成松嫩平原大部地區(qū)異常的氣溫偏高和降水偏少；4月500 hPa高度場(chǎng)較3月有所調(diào)整，歐亞中高緯依然維持“兩槽一脊”型分布，但環(huán)流型由緯向環(huán)流轉(zhuǎn)為偏弱的經(jīng)向環(huán)流，負(fù)的高度距平區(qū)開(kāi)始向黑龍江省東部地區(qū)轉(zhuǎn)移，但是貝加爾湖到黑龍江省西部地區(qū)繼續(xù)為正高度距平所控制，此時(shí)冷空氣主要影響黑龍江省東部地區(qū)，而松嫩平原大部依然維持高溫少雨的情況；5月500 hPa高度場(chǎng)繼續(xù)維持“兩槽一脊”的分布型，東北半球熱帶外總體仍然呈現(xiàn)“北低南高”分布，只是負(fù)高度距平開(kāi)始向南伸展。與之前兩個(gè)月相同的是貝加爾湖至黑龍江省的正高度距平依然在維持，同時(shí)松嫩平原地區(qū)繼續(xù)高溫少雨的形勢(shì)。

850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平來(lái)看，松嫩平原大部地區(qū)受偏北風(fēng)控制，低層水汽輸送較差。300-1000 hPa整層水汽輸送來(lái)看，松嫩平原處于水汽輻散區(qū)，由此可見(jiàn)春季松嫩平原水汽輸送條件較差，并且此時(shí)冷空氣活動(dòng)異常偏弱，從而造成了春季松嫩平原大部地區(qū)降水異常偏少。從各月的整層水汽輸送和850 hPa風(fēng)向（圖略）來(lái)看，3-5月松嫩平原全區(qū)處于水汽的輻散區(qū)，水汽條件較差。3-4月850 hPa風(fēng)場(chǎng)全省處于偏北風(fēng)的控制，5月全省處于西風(fēng)控制下，同樣不利于水汽的輸送。綜合上述分析表明2017年春季松嫩平原降水偏少的主要原因?yàn)樗椛⒁约捌憋L(fēng)和西風(fēng)的共同影響。

圖2 春季歐亞緯向環(huán)流指數(shù)（a）和東亞大槽（b）年際變化序列

4.2 環(huán)流因子與氣溫的關(guān)系

分析國(guó)家氣候中心130項(xiàng)環(huán)流因子[3-4]與氣溫的關(guān)系，選取主要環(huán)流因子分析2017年春季松嫩平原氣溫偏高的原因。圖2（a），從松嫩平原春季氣溫與同期歐亞緯向環(huán)流指數(shù)的逐年變化看出，兩者的變化具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.44，可以通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)。當(dāng)歐亞緯向環(huán)流指數(shù)大于零時(shí)，表明此時(shí)歐亞中高緯以緯向環(huán)流為主，來(lái)自極地的冷空氣很難向南移動(dòng)，則氣溫易偏高。反之，則歐亞中高緯以經(jīng)向環(huán)流為主，氣溫易偏低。2017年春季，歐亞緯向環(huán)流指數(shù)大于零，有利于松嫩平原氣溫偏高。

圖2（b）從松嫩平原春季氣溫與同期東亞大槽強(qiáng)度指數(shù)的逐年變化看出，兩者的變化具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)0.53，可以通過(guò)0.001的信度檢驗(yàn)。當(dāng)指數(shù)大于零時(shí)，表示東亞大槽區(qū)高度場(chǎng)偏高，此時(shí)東亞大槽的強(qiáng)度偏弱，此時(shí)大槽后部的西北氣流偏弱，造成氣溫偏高。反之則當(dāng)東亞大槽偏強(qiáng)時(shí)，氣溫偏低。2017年?yáng)|亞大槽指數(shù)大于零，大槽強(qiáng)度偏弱，氣溫偏高。

4.3 外強(qiáng)迫影響降水

4.3.1 北極海冰

近年來(lái)，關(guān)于北極海冰外強(qiáng)迫的影響很多學(xué)者做了大量的研究工作，武炳義、左金清等[5-6]等做了大量關(guān)于了秋-冬季北極海冰密度的研究，并指出關(guān)鍵區(qū)在巴倫支海-喀拉海-拉普捷夫海以及這些海域的北部相鄰海域。海冰密度與冬季西伯利亞高壓、東亞冬季風(fēng)以及北極濤動(dòng)等中高緯因子變化關(guān)系，這些因子與我國(guó)冬季乃至下一年春夏季的氣溫降水都存在重要相關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì)北極海冰的年代際減少趨勢(shì)明顯，因此研究人員在分析北極海冰時(shí)首先要排除線性趨勢(shì)的影響。本文主要分析北極海冰與春季松嫩降水的關(guān)系。

通過(guò)把NCEP的北極海冰密度資料進(jìn)行去除線性趨勢(shì)處理，分析其與松嫩平原降水相關(guān)發(fā)現(xiàn)，2016年的秋季在喀拉海北部的相鄰海域（80°-100°E，85°-90°N）和 2016 年 11 月拉普捷夫海區(qū)（110°-130°E，75°-80°N）存在顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)。分別對(duì)兩個(gè)海區(qū)的海冰密度做平均，去除線性趨勢(shì)歸一化。分析秋季和11月海冰密度年際變化曲線（圖略）發(fā)現(xiàn)2016年均海冰異常偏少，當(dāng)海冰異常偏少時(shí)，春季松嫩平原易出現(xiàn)降水偏少。分析A海區(qū)歷史上出現(xiàn)海冰異常偏少 （標(biāo)準(zhǔn)差小于-1）的年份有 1991、1996、1997、2000、2001、2002 年，B 海區(qū)歷史上出現(xiàn)海冰異常偏少的年份有1985、1996年，其中對(duì)應(yīng)的次年春季松嫩平原降水特征為1986、1992、2001、2003年全區(qū)降水一致偏少；1997年降水分布不均，大部地區(qū)偏少；1998和2002年全區(qū)大部降水偏多。這也反映出前秋北極海冰與次年春季松嫩平原降水關(guān)系密切。

4.3.2 海溫

關(guān)于春季降水與海溫的關(guān)系，很多研究表明海溫有明顯的滯后影響，本文主要分析前期海溫場(chǎng)的異常與松嫩平原春季降水關(guān)系。

首先，分析松嫩平原春季降水與上一年海溫場(chǎng)的相關(guān)性。其中，松嫩平原春季降水與上一年夏季nino4區(qū)的海溫相關(guān)系數(shù)較高（圖略）。而進(jìn)入秋季，高相關(guān)系數(shù)區(qū)域主要在印度洋的北部，與熱帶印度洋偶極子對(duì)應(yīng)的區(qū)域非常接近。此外，從夏季（圖略）開(kāi)始，一直到秋季，北大西洋自南向北始終存在著“+、-、+”的相關(guān)性分布，這說(shuō)明北大西洋三極子的位相同樣影響松嫩平原春季降水。

2016年，強(qiáng)EL Nino事件結(jié)束，夏季nino4區(qū)海溫開(kāi)始轉(zhuǎn)向La Nina狀態(tài)，并且一直持續(xù)到冬季。熱帶印度洋偶極子從年初開(kāi)始轉(zhuǎn)向負(fù)位相，到秋季指數(shù)已經(jīng)小于-1，熱帶西印度洋異常偏冷，熱帶東南印度洋異常偏暖。此時(shí)北大西洋三極子持續(xù)呈現(xiàn)正位相，北大西洋從北向南為負(fù)、正、負(fù)的海溫距平。以上三個(gè)地區(qū)的海溫距平分布均有利于下一年松嫩平原春季降水偏少，分析80年代以來(lái)的秋季熱帶印度洋負(fù)偶極子年和北大西洋三極子正位相同時(shí)發(fā)生的年份為1992年。此外1998年秋季出現(xiàn)異常熱帶印度洋負(fù)偶極子，與2016年最為相似。這兩年春松嫩平原降水都為異常偏少，總結(jié)海溫外強(qiáng)迫為上一年夏季nino4區(qū)海溫負(fù)距平，秋季印度洋偶極子負(fù)位相和北大西洋三極子正位相對(duì)春季松嫩平原降水產(chǎn)生影響。

5 總結(jié)

(1)2017年春季松嫩平原全區(qū)氣溫異常偏高、降水偏少。平均氣溫比同期偏高1.79℃，為1961年以來(lái)的歷史第5位。平均降水量比同期偏少23.1 mm，降水距平百分率偏少34%，是1961年以來(lái)的歷史第10位。年代際背景分析，上世紀(jì)60-80年代，氣溫處于低溫背景，從80年代末期開(kāi)始一直到現(xiàn)在氣溫處于高溫背景下。上世紀(jì)60-80年代降水處于多雨少雨交替變化，80年代-90年代，降水處于少雨期，多數(shù)年份降水偏少，進(jìn)入21世紀(jì)之后降水開(kāi)始增多。

(2)500 hPa歐亞中高緯為兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，松嫩平原地區(qū)為槽后脊前的正高度距平所控制，熱帶外北半球總體呈現(xiàn)北低南高的分布型，造成北方新地島和巴倫支海附近的冷空氣影響松嫩平原異常偏弱，從而導(dǎo)致松嫩平原地區(qū)氣溫異常偏高。850 hPa風(fēng)場(chǎng)距平來(lái)看，松嫩平原大部地區(qū)受偏北風(fēng)控制，低層水汽輸送較差。300-1000 hPa整層水汽輸送來(lái)看，松嫩平原處于水汽輻散區(qū)，水汽輸送條件較差，從而造成了松嫩平原大部地區(qū)降水異常偏少。

(3)松嫩平原春季氣溫與同期歐亞緯向環(huán)流指數(shù)和東亞大槽強(qiáng)度指數(shù)呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.44和0.53，2017年春季，歐亞緯向環(huán)流指數(shù)和東亞大槽強(qiáng)度指數(shù)大于零，歐亞中高緯為緯向環(huán)流，大槽強(qiáng)度偏弱，有利于松嫩平原氣溫偏高。

(4)2016年秋季喀拉海北部的相鄰海域和11月拉普捷夫海海冰異常偏少，夏季nino4區(qū)海溫開(kāi)始轉(zhuǎn)向La Nina狀態(tài)，熱帶印度洋偶極子轉(zhuǎn)向負(fù)位相，熱帶西印度洋異常偏冷，熱帶東南印度洋異常偏暖，北大西洋三極子持續(xù)呈現(xiàn)正位相，北大西洋從北向南為負(fù)、正、負(fù)的海溫距平，外強(qiáng)迫條件有利于松嫩平原降水偏少。

[1]柳艷菊，王艷蛟，司東,等.2012年秋季我國(guó)氣候異常及成因分析[J].氣象，2013，39（4）：526-530.

[2]王朋嶺，李多，柳艷菊,等.2013年秋季東北地區(qū)氣候異常及成因分析氣象[J].氣象，2014，40（4）：510-514.

[3]張健，李永生，張夕迪.2010年初夏黑龍江省異常氣候成因分析[J].黑龍江氣象，2011，28（1）：9-11.

[4]李永生，張健，于梅,等.2013年黑龍江省夏季洪澇災(zāi)害成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，30（3）：31-37.

[5]Zuo Jinqing,Hong-Li Ren,Bingyi Wu,and Weijing Li.Predictability of Winter Temperature in China from Previous Autumn Arctic Sea Ice[J].Clim.Dyn.2015.

[6]武炳義，楊琨.從 2011／2012 和 2015／2016 年冬季大氣環(huán)流異?？幢睒O海冰以及前期夏季北極大氣環(huán)流異常的作用[J].氣象學(xué)報(bào)，2016，74（5）：683-696.