貴州省2002年秋風特點及成因

李啟芬，汪衛(wèi)平，胡秋紅，蒙 軍，王興菊

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 550002)

0 引言

秋風冷害，是指夏末秋初時因北方冷空氣南下而出現(xiàn)對水稻抽穗揚花造成不利影響的低溫天氣。在貴州，通常把每年8月1日—9月10日期間，出現(xiàn)日平均氣溫≤20.0°(省西北部地區(qū)海拔1500 m的測站，日平均氣溫≤18.0 ℃)，并持續(xù)2 d或者以上的時段(從第3 d起，允許有間隔1 d的日平均氣溫≤20.5 ℃，海拔1500 m以上的測站，允許有間隔1d的日均溫≤18.5 ℃)，定為秋風天氣過程。秋風是貴州特有的定義，出現(xiàn)在8—9月初，在其他省份，可見類似的寒露風相關(guān)定義。寒露風是指“寒露”節(jié)氣(10月8日前后)因北方冷空氣入侵引起急劇降溫、大風的天氣現(xiàn)象，當降溫值達到一定標準時，即稱為寒露風，也會導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。

由于8—9月上旬正值貴州大部地區(qū)水稻抽穗揚花灌漿期，低溫冷害天氣對水稻生長發(fā)育危害嚴重，造成空殼率上升，糧食產(chǎn)量下降，抽穗前10 d至抽穗后5 d的平均氣溫對水稻的空殼率影響最大；不同時段、持續(xù)時間及水稻抽穗不同階段的氣溫對水稻空殼率的影響存在差異。因此，加強對秋風天氣發(fā)生發(fā)展規(guī)律的研究分析，對秋風及時準確的預(yù)報預(yù)測，對當?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)部門提前安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和部署農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

2002年貴州省發(fā)生了嚴重秋風災(zāi)害，尤其在8月9—23日，貴州省大部地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)低溫陰雨天氣，全省除黔東南州的錦屏、榕江、從江，黔南州羅甸、三都、荔波，銅仁碧江區(qū)、沿河，遵義赤水外，均發(fā)生了秋風天氣，尤其中部、西部地區(qū)為特重秋風。徐永靈等研究表明，貴州2002年秋風強度為歷史之最，強度超過普通強秋風年份的1倍。此次秋風期間還出現(xiàn)較強的降水。本文通過對此次秋風過程特征，環(huán)流、海溫的影響來分析其災(zāi)害，以期提高對此類過程的預(yù)測和應(yīng)對能力。

1 資料與方法

本文采用的資料包括：1980—2016年NCEP 2.5°×2.5°再分析月平均海表溫度、海平面氣壓、高度場及風場資料、1981—2010年8—9月貴州省84個國家觀測站逐日氣候態(tài)要素值以及貴州省2002年8—9月氣溫、降水日資料。采用診斷分析方法。

2 2002年強秋風過程

2.1 秋風過程標準

秋風由于常伴隨陰雨天氣，對水稻的直接危害常表現(xiàn)為水稻空秕率顯著增加，產(chǎn)量銳減。根據(jù)秋風過程分級標準，秋風過程持續(xù)2～3 d為輕級、持續(xù)4～5 d為中級、持續(xù)6～8 d為重級、持續(xù)≥9 d為特重級。氣候態(tài)(1981—2010年)秋風年均日數(shù)的空間分布表現(xiàn)為西部重、東部輕，自西向東逐漸減輕(短期氣候預(yù)測手冊，2020年)。

2.2 2002年強秋風過程

2002年全省大部分地區(qū)秋風總?cè)諗?shù)為6～36 d，僅赤水、省東部、省南部冊亨至榕江從江一線較少，為0～5 d(圖1a)；全省大部地區(qū)秋風日數(shù)較常年偏多3～13 d(圖1b)。2002年威寧秋風總?cè)諗?shù)多達36 d，較常年偏多9 d，而安順關(guān)嶺、貴陽花溪、黔東南雷山偏多10 d，其中8月9—23日出現(xiàn)了秋風持續(xù)時間最長的一次過程，為特重級。這次過程中貴州中部、西部地區(qū)秋風持續(xù)時間均在9 d以上，且大部在12 d以上，威寧站長達15 d(圖1c)。

圖1 貴州省2002年秋風日數(shù)空間分布(a：秋風總?cè)諗?shù)；b：秋風日數(shù)距平；c：最長持續(xù)日數(shù))Fig.1 Spatial distribution of autumn wind days in guizhou province in 2002 (a： total number of autumn wind days； b：anomaly of autumn wind days number ；c： maximum duration of autumn wind days)

圖2為2002年8月1日—9月10日全省平均氣溫時間序列，8月9—20日平均氣溫均在21 ℃以下，氣溫較常年平均值(24.1 ℃)明顯偏低，而畢節(jié)、六盤水、安順北部和貴陽的這一次秋風持續(xù)時間從8月9日持續(xù)至8月21日、23日，為全省最長。由圖3a可見，8月9—23日，省中部偏西地區(qū)氣溫較低，均低于20 ℃，尤其西部地區(qū)，其中威寧站平均氣溫為14 ℃；全省平均氣溫較常年偏低2.8～5.3 ℃，省的東部、北部氣溫偏低更為明顯，偏低4 ℃以上(圖3b)。

圖2 貴州省2002年8月1日—9月10日平均氣溫(實線)和平均降水(柱狀)時間序列Fig.2 Time series of mean temperature (solid line) and mean precipitation (bar) from August 1 to September 10, 2002 in Guizhou Province

從2002年8月1日—9月10日全省平均降水和氣溫時間序列(圖2)可見，8月9—20日均有較明顯的降水，持續(xù)12 d，與氣溫較低時段相對應(yīng)。取秋風時段的 8月9—23日，全省各站累計降水量在109.9～288.8 mm之間(圖3c)，除個別站為略多外全省大部均較常年特多(圖3d)。

圖3 貴州省2002年秋風最長持續(xù)時間段對應(yīng)的氣溫、降水空間分布(a：平均氣溫；b：平均氣溫距平；c：降水量；d：降水距平百分率)Fig.3 Spatial distribution of anomaly from August 9 to 23 in 2002 in Guizhou Province(a： average temperature；b： anomaly of average temperature ；c： precipitation； d： percentage of precipitation)

3 海溫的影響

3.1 海溫背景

從圖4可見，2002年8月，赤道中東太平洋地區(qū)海表溫度距平為正，即海溫偏高，處于暖水狀態(tài)；赤道西太平洋地區(qū)、南海地區(qū)海表溫度偏低，處于冷水狀態(tài)。Nino3.4區(qū)暖水從5月持續(xù)到8月。

圖4 2002年8月海表溫度距平的空間分布Fig.4 Spatial distribution of Sea surface temperature anomaly in August 2002

圖5為1980—2016年期間厄爾尼諾3.4區(qū)6月海表溫度與同年8月500 hPa相關(guān)場?？梢钥吹剑?月厄爾尼諾3.4區(qū)海表溫度與歐洲中部、我國東北三省東部及其以東區(qū)域的8月500 hPa高度場呈明顯負相關(guān)，與歐洲西部、歐亞大陸東北部—貝加爾湖—青藏高原一帶呈明顯正相關(guān)。即當6月厄爾尼諾3.4區(qū)海溫偏高時，8月歐亞大陸東北部偏高，烏拉爾山一帶的500 hPa高度場將偏低，我國東北三省東部及其以東地區(qū)氣壓偏低，利于冷空氣從北方南下影響；而當厄爾尼諾3.4區(qū)海溫偏低時則相反。事實上，5—8月厄爾尼諾3.4區(qū)海表溫度與8月500 hPa高度場均有這樣的相關(guān)關(guān)系，前期6月海溫與環(huán)流的相關(guān)更好。

圖5 1980—2016年Nino 3.4區(qū)6月海溫與8月500 hPa高度場相關(guān)系數(shù)分布Fig.5 Spatial distribution of the correlation coefficient between SSTA in June in El Nino 3.4 area and 500 hPa height anomaly in August from 1980 to 2016

由此可見，2002年Nino3.4的海表溫度偏暖對于8月9—23日期間歐亞中高緯的經(jīng)向型環(huán)流分布具有相關(guān)性，這樣的經(jīng)向型環(huán)流分布使得我國東北的低槽穩(wěn)定維持，并引導(dǎo)冷空氣向南輸送回流影響貴州。

3.2 臺風影響

許多研究表明，厄爾尼諾年(暖池海溫處于負距平)，西北太平洋的臺風活動較常年偏少。2002年赤道太平洋海表溫度的分布狀態(tài)，利于2002年8月西太平洋地區(qū)及南海一帶熱帶低壓(臺風)偏少，但登陸我國的臺風偏多。8月是一年中臺風最為活躍的月份，臺風的氣旋式環(huán)流能對西太平洋副熱帶高壓、中低緯環(huán)流產(chǎn)生明顯影響，從而影響氣溫和降水的時空分布。2002年8月，西北太平洋共出現(xiàn)4個臺風(圖6)，比多年同期平均(5.74個)偏少1.74個。其中2個分別于8月5日和19日在我國汕尾附近和粵西登陸，比多年同期平均(1.91個)偏多0.09個;另外2個在8月14—19日、8月23日—9月1日期間在我國東部海面活動。臺風從熱帶海洋帶來大量水汽，在與西風帶槽脊、西太平洋副熱帶高壓相互作用時，對環(huán)流、氣溫和降水均產(chǎn)生明顯影響。

圖6 2002年8月西北太平洋臺風路徑Fig.6 Typhoon track in the Northwest Pacific in August 2002

2002年8月西北太平洋共出現(xiàn)4個臺風，分別為：

2002年第12號臺風北冕，8月3日在南海北部發(fā)展為熱帶低壓區(qū)，8月5日增強為強熱帶風暴并在汕尾附近登陸，其后繼續(xù)向北移動，于當晚在江西省逐漸減弱為低壓區(qū)。

2002年第13號臺風巴蓬，8月11日在關(guān)島東南偏東海面形成，并于次日增強為熱帶風暴，8月13日進一步增強為強熱帶風暴，翌日更達至臺風強度。隨后4 d繼續(xù)在太平洋上向西北推進，在8月18日突然轉(zhuǎn)向東北，在8月20日減弱為強熱帶風暴，同日晚上轉(zhuǎn)變?yōu)闇貛庑?/p>

2002年第14號臺風黃蜂，8月15日在西沙島東南偏南約280 km處產(chǎn)生，向北偏西方向移動，8月18日發(fā)展為熱帶風暴，8月19日14時發(fā)展為強熱帶風暴，19日20時于粵西登陸，20日凌晨于湛江附近海面消散。

2002年第15號臺風鹿莎，8月22日在比基尼環(huán)礁以北、威克島西南方向的季風槽生成熱帶低氣壓并向西北偏西移動，8月23日清晨，氣旋在關(guān)島以東約1800 km海域增強成熱帶風暴，8月26日14時，日本氣象廳將正位于北馬里亞納群島東北方向洋面的系統(tǒng)升級成臺風。8月31日08時左右，在韓國高興郡登陸，9月1日，風暴在經(jīng)過韓國期間迅速減弱，清晨降級成熱帶低氣壓。

由以上分析可見，由于2002年8月赤道中東太平洋地區(qū)海表溫度異常偏暖，并在Nino3.4區(qū)最強，而赤道西太平洋地區(qū)、南海地區(qū)海表溫度偏冷，導(dǎo)致8月登陸臺風偏多。8月3—26日，先后有4個臺風在南?；蛭魈窖蠡顒?，其中北冕和黃蜂在廣東登陸，對貴州的環(huán)流和降水帶來直接影響，在此期間由850 hPa平均風場可見南海附近有明顯的氣旋式環(huán)流，及其東北側(cè)向貴州輸送的水汽；臺風巴蓬和鹿莎在東海和日本以南海域活動，有利于西太副高位置偏南，維持少動。

4 大氣環(huán)流特征

2002年8月9—23日的特重級秋風過程出現(xiàn)持續(xù)時間長、范圍廣，下面主要從大氣環(huán)流方面分析這次特重秋風過程的原因。

由圖7a可見，8月9—23日，500 hPa高度場上，歐亞大陸中高緯存在明顯經(jīng)向型分布，歐洲西部為高壓脊，中東部為明顯的低渦系統(tǒng)，經(jīng)貝加爾湖至我國北方地區(qū)為高壓脊，我國東北地區(qū)為明顯的槽，地中海至青藏高原西部均為低值系統(tǒng)，并不斷分裂到孟灣北部；而距平分布也可見，歐洲中東部為明顯的負距平，歐洲西部、貝加爾湖至我國北方高度場偏高，地中海至我國西南地區(qū)大部高度場偏低，有利于鋒面的維持和活躍。西太平洋副熱帶高壓位置較常年明顯偏東，這也說明北方冷空氣較為強盛、熱帶低值系統(tǒng)較為活躍，使得副高位置偏東、偏南、偏弱。

圖7 2002年8月9—23日環(huán)流情況(a：500 hPa高度和距平；b：850 hPa高度和距平〈黑色實線：高度場，紅色實線：高度場多年平均值，陰影部分：高度距平〉；c：850 hPa風場；d：SLP距平場)Fig.7 General circulation from 9 to 23 August in 2002(a： 500 hPa height and anomaly； b： 850 hPa height and anomaly 〈solid black line: height field, solid red line: multi-year average height field, shaded area: height anomaly〉；c： 850 hPa wind field；d： SLP anomaly field)

850 hPa高度場上，中高緯地區(qū)同500 hPa一致，在歐洲西部、歐亞大陸東部為高壓系統(tǒng)控制，且高度場較常年同期偏高，歐洲中東部、地中海至孟灣和我國西南部為低壓系統(tǒng)，高度場較常年同期偏低(圖7b)；從風場來看(圖7c)，索馬里急流在孟灣東部分為2支，一支匯入南海氣旋后，以東南風向貴州輸送水汽；一支經(jīng)云南向貴州輸送水汽，2支氣流有一定的幅合。

海平面氣壓場 2002年8月9—23日，歐洲西部為高壓，歐洲中東部到亞州西部為低壓區(qū)，鄂霍次克海至東北太平洋地區(qū)為一高值中心的高壓系統(tǒng)控制；從距平分布來看(圖7d)，歐洲西部、鄂霍次克海至東北太平洋海平面氣壓較常年明顯偏高，歐洲中東部到亞州西部明顯偏低，我國中東部地區(qū)較常年海平面氣壓偏高，而西南地區(qū)以偏低為主。地面氣壓場分布表明，2002年8月9—23日，歐亞大陸北部冷空氣較強，并南下回流進入我國，使得我國地面氣壓偏高，冷空氣影響我國。與此對應(yīng)，地面風場上(圖略)，歐洲中東部為強氣旋中心，孟灣和南海同樣存在氣旋環(huán)流，而在我國中東部地區(qū)為偏北氣流影響，氣旋環(huán)流東側(cè)偏南氣流與北方南下的偏北氣流在滇黔交匯，形成靜止鋒，并維持較長時間。因此，在8月9—23日，貴州省降水明顯較常年偏多，氣溫偏低，導(dǎo)致出現(xiàn)特重級秋風過程。

綜上所述，2002年8月9—23日，歐亞大陸中高緯環(huán)流存在明顯經(jīng)向型分布，利于高緯冷空氣南下，我國東北的低槽槽后冷空氣南下回流影響貴州；西太平洋副熱帶高壓位置較常年明顯偏東；孟灣一帶的低值系統(tǒng)、南海氣旋式環(huán)流偏強，利于低緯水汽輸送至貴州，為貴州帶來較為豐沛的水汽。低緯地區(qū)偏南氣流與北方南下冷空氣在滇黔交匯，形成靜止鋒，維持較長時間，低溫伴隨明顯降水，導(dǎo)致貴州省出現(xiàn)特重級秋風過程。

5 結(jié)論與討論

使用NCEP再分析資料、貴州省84個國家觀測站1980—2016年月平均以及2002年8—9月日資料對2002年貴州省出現(xiàn)的嚴重秋風災(zāi)害天氣進行分析后，得到如下結(jié)論：

① 2002年貴州省大部地區(qū)秋風日數(shù)較常年偏多，8月9—23日為秋風持續(xù)時間最長的一次過程。此次過程中，貴州中部、西部地區(qū)秋風持續(xù)時間均在9 d以上，大部在12 d以上，威寧站長達15 d，大部分地區(qū)達特重秋風過程。

②前期厄爾尼諾3.4區(qū)海表溫度異常偏暖，導(dǎo)致歐亞大陸中高緯地區(qū)經(jīng)向環(huán)流明顯，北方冷空氣較強并南下，同時孟加拉灣地區(qū)及南海地區(qū)的氣旋環(huán)流外側(cè)偏南風與之交匯于貴州省，形成持續(xù)時間較長的靜止鋒，從而導(dǎo)致貴州省2002年8月9—23日持續(xù)長時間的特重秋風過程。

③2002年8月3—26日，先后4個臺風在南?；蛭魈窖蠡顒樱趶V東登陸的北冕和黃蜂，對貴州的環(huán)流和降水帶來直接影響；臺風巴蓬和鹿莎在東海和日本以南海域活動，利于西太副高位置偏南少動，進而利于貴州境內(nèi)靜止鋒的維持。