王明珠1 姜春晓2 陆苗3
1.2.金湖县气象局 江苏省 淮安 223001；3.洪泽区气象局 江苏省 淮安 223001
摘要：采用1960-2011年西南地区（102°～107°E、25°～32°N）20个测站逐月降水资料、NCEP再分析资料，分析了我国西南地区1960-2011年这52年来旱涝时空变化特征以及典型干旱年份、多雨年份环流特征、水汽输送特征。结果表明：在这52年里，1961、1968、1976、1999年为多雨年，1977、1982、2003、2006、2009、2010、2011年干旱年，尤其2009-2011年的3年是西南地区1960年以来年降水量分布最少的年份。西南地区典型旱、涝年的环流特征和水汽输送有密切的关系，典型旱年西南地区处在高压系统控制下，盛行下沉气流，同时该地的水汽条件不够丰富，不利于降水的形成；典型涝年西南地区处在低压系统控制下，盛行上升气流，为水汽输送提供便利的条件，因而有利于降水的形成。文中从1960-2011年西南地区区域性旱、涝个例入手, 结合52年资料, 对我国西南地区降水量年变化、年际变化、年代际变化及其典型旱年、多雨年的大气环流变化、水汽输送变化进行客观的分析。
关键词：西南地区、降水量、环流、水汽输送
引言
所用资料的中，西南地区（102°～107°E、25°～32°N）是指西南三省一市交界的地方，包括云南、贵州、四川和重庆。该区域内河流纵横，峡谷众多，地貌以高原和山地为主 ，地势起伏大，气候属于亚热带季风气候，年温差小，年均温分布不均匀；少雨量和多雨量相差很大。该地地有着复杂多样的形地貌、气候水热条件及特殊的地质特性 。加上近年来西南地区河水断流、水井干涸、农田龟裂，持续高温少雨，其中云南、贵州的部分部分地区的旱情已达到特大干旱等级 ,给该地的经济和人民的生活造成了非常严重损失，因此我们对西南地区旱涝特征及其影响因子的研究显得非常重要。
为了更好的认识西南地区的旱涝特征及其影响因子，提高预测和预报水平，国内外已有一些气象学者对其开展了研究。王斌等[1]，指出西南地区冬季旱年500hPa等压面上，南支槽活动和整层水汽输送对干旱的开始、发展和减弱有密切的联系。李永华等[2]讨论了西南地区东部旱年，处在西太平洋副热带高压的控制下，盛行上升气流，抑制了水汽条输送，不利于降水的形成。蒋兴文等[3]分析了四川夏季水汽输送特征及其对旱涝的影响，四川盆地的水汽输送主要来自孟加拉湾和南海地区，当西太平洋副热带高压北抬西进时，四川盆地西涝东旱；反之，当西太平洋副热带高压南退东缩时，四川盆地西旱东涝。杨素雨等[4]指出亚洲极涡偏弱和较强的副热带高压的控制下，阻挡了云南的水汽输送，不利于降水的形成。蒋兴文等[5] 从冬季平均的角度，分析西南地区气温、降水的年际、年代际变化特征及其影响因子。指出西南地区中部降水偏多，而东、西部降水偏少，冬季降水异常主要表现为全区一致的变化特征。段安明等[6]研究了青藏高原热状况与盛夏东亚降水和大气环流的异常。刘德等[7]分析了重庆夏季旱涝的欧亚环流特征。陈艳等[3]指出云南降水量显著的年际变化受大尺度水汽输送异常影响，当热带印度洋、孟加拉湾地区的水汽输送较强时，而南海至东亚大陆地区的水汽输送弱时，降水量将会偏多，反之就会偏少。以上的专家、学者的研究对分析西南地区旱涝特征及其影响因子有很好的借鉴和参考作用。以前专家、学者们对西南地区旱涝特征的分析主要侧重于夏季降水量异常的研究，而对冬季降水量的异常研究[8]相对较少。然而，近年冬季气候异常及其影响表明，西南地区冬季降水量异常及其影响因子同样值得深入研究。 本文从1960-2011年西南地区（102°～107°E、25°～32°N）区域性干旱个例入手，结合长时间降水资料，对西南地区五二年的降水量年变化 、年际变化 、年代际变化、年降水量、（1、4、7、10）月降水量空间分布进行分析研究西南地区旱涝特征及其旱年、多余年的环流特征和水汽输送的变化 ，尤其对（1977、1982、2003、2006、2009、2010、2011年）典型特大干旱年和（1961、1968、1976、1999年）多雨的据降水量的综合比较分析。从500hpa、700hpa位势高度场分析旱、涝年的环流特征及其500pha等压面风场分析西南地区水汽输送。
2.资料和方法
2.1资料
（1）所用的资料是国家气象信息中心提供的西南地区（25°-32°N、102°-107°E）1960-2011年逐月降水量20个测站资料（表1），主要包括四川东部、重庆西北部、贵州的西部、云南东北部地区（图1）。研究范围内西南地势起伏大，气象站点在研究区域内表现为相对均匀的空间分布。
（2）西南地区500pha、700hpa位势高度场采用的NECP 1960-2011年期间旱、涝年的逐月位势高度，网格2.5°×2.5°，范围是0°～180°E 、0°～90°N。
（3）西南地区500hpa等压面水汽输送矢量采用NCEP的1960-2011年期间旱、涝年的逐月水平风场500hpa, 网格为2.5°×2.5°,范围是0°～180°E ，0～90 °N。
2.2方法
(1).为了反映1960-2011年西南地区四季降水量分布特征，尤其是冬、春季降水量的总体状况，根据从西南地区选出（102°～107°E、25°～32°N）地区的20个测站，文中将春季定义为(3、4、5)月；夏季定义为(6、7、8)月；秋季定义为(9、10、11)月；冬季定义为前年12月和当年1、2月。文中对西南地区降水量的时间变化特征描述采用的是1960-2011年西南地区降水量的年变化、年际变化、年代际变化、四季的年平均变化。
(2).对西南地区降水量的空间变化特征描述采用的是(1、4、7、10)月以及年降水量空间分布（用surfer8绘制西南地区102°～107°E、25°～32°N降水量等值线空间分布图）
(3).对西南地区多雨年份、干旱年份环流特征和水汽输送特征的描述采用的是用Fortran编程从NECP 1960-2011年的500hpa、700hpa位势高度和500hpa水平风场资料提取典型旱年（1977、1982、2003、2006、2009、2010、2011）、涝年(1961、1968、1976、1999）500hpa、700pha位势高度和500pha水平风场资料用Grads画图软件绘制出旱年冬季和涝年夏季平均风场和位势高度场 。比较典型干旱年份和多雨年份大气环流特征和水汽输送特征。
3.西南地区降水量分布基本特征
3.1西南地区的时间变化特征
为了反映1960-2011年西南地区四季降水分布的总体特征，进一步分析其时间变化特征。由1960-2011年的西南地区平均降水量年际变化分布图（图2），根据趋势分布线（降水量线性分布）y=-0.9617x+807.1，斜率为负数，这表明西南地区1960-2011年以来，降水量年变化呈现线性递减的趋势，并且每10年减少9.62毫米。由位于趋势线的上方是降水较多的年份，而位于趋势线下方是降水量较少的年份。可见，1961、1968、1976、1999是西南地区年平均降水明显偏多的年份，而1977、1982、2003、2006、2009、2010、2011年是西南地区年平均降水偏少的年份，其中2009-2011年是西南地区1960年以来降水最少的年份。
图1 西南地区（102°～107°E、25°～32°N）气象站分布
为了进一步分析西南地区的具体年份、季节变化特征，计算出四季年平均降水量年际变化（图3），从各季的趋势线分布可以看出，西南地区四季降水量都呈递减的趋势，夏季平均年降水量最大，比春、秋、冬季多，而冬季降水[9]最少。1968、1970、1987、1977、2005、2007年夏季平均降水量偏多年，降水量最高可达300毫米；1995、1971、1975、1999、2002、2006、2010、2011年是夏季平均降水量偏少的年份，降水量最少为120毫米。在这52里，西南地区夏季平均每10年减少2.2毫米。而1960-2011年秋季比春季平均降水量略偏多些，春季平均每10年降水减少0.8毫米，秋季平均每10年降水减少2.1毫米；1963、1965、1980、2006年秋季平均降水相对偏多，1981、1996、2003年是秋季降水较少的年份。冬季平均降水量在四季平均降水量中最少，水减少旱情尤为突出。近年来，特别在2009-2011年冬季我国西南地区的大部分地区降水持续偏少，连续高温，造成了西南地区大范围的伏旱。
从西南地区12个月年平均降水量研究分析，如图4.西南地区1960-2011年从前一年12月到次年的2降水是较少的月份，其中12月和1月降水是最少的月份，1月降水量达13.4毫米，12月降水量为12.8毫米。6月-8月是西南地区1960-2011年以来平均降水量相对较多的月份，其中7月是西南地区降水最多的月份，降水量可达195.5毫米。8-9月西南地区各站逐月降水量比3-5月逐月降水量多些，说明西南地区秋季降水比春季降水略多些。进一步分析西南地区降水量年代季变化特征（图5），1960-2011年西南地区各站点逐月降水在90年代为多雨年代，这10年降水量可达8093毫米；60年代降水量次多，可达到8039毫米；80年代是西南地区各站点降水最少的年代，降水量为7613毫米。70年的2000-2010年降水属于适中的年代。
3.2西南地区的空间变化特征
为了反映西南地区降水量空间分布特征[10]。从西南地区1960-2011年测站年降水量空间分布（图6）可见云南昭通、会泽、元谋、贵州毕节以西一带以及四川的北部（小金以北）、出现大范围干旱闭合中心，旱情尤为严重,其中昭通一带年降水量为688毫米，元谋一带年降水量为628.5毫米。而西南地区的四川盆地(成都以东以南地区) 、重庆、贵州兴义以东以南地区年降水相对西南其它地区较多些，重庆年降水量达到1422.7毫米，兴义年降水量为1330.9毫米。总体上呈现四川北部、云南的东北部（金沙江河谷区域）一带全年旱情突出，四川中部（主要在四川盆地）及东部地区降水相对偏多。
图6 西南地区测站年降水量空间分布图（单位：mm）
为了进一步分析西南地区的降水空间分布，本文选取了1、4、7、10月，这四个月分别代表冬季、春季、夏季、秋季西南地区测站平均降水空间变化。从西南地区冬季降水量空分布（图7.a），可以看出整个降水量总体偏少。四川越西以西以北、云南会理以西及其贵州以西以北降水量偏少，都江堰、绵阳一带为低值中心，其中都江堰1月降水为15mm，小金为3.0毫米；而重庆、桐梓一带有高值中心，重庆降水量为19毫米，桐梓为17毫米，从总体看西南地区东南部比西北部降水略多些。4月（图7.b），云南昆明、四川都江堰以西以南降水量均偏少，都江堰、越西、会理一带出现了低值中心，会理4月降水量为23毫米，而西南地区的东部地区降水偏多，重庆、贵阳一带为高值区，贵阳4月降水量为110毫米。由降水量等值线自西向东数值加大，分析出西南地区春季降水西部偏少，东部偏多，相对于冬季大面积干旱地区的旱情有所缓解。7月（图7.c），除了四川小金夏季降水空间分布偏多外，其余的西南地区均偏少，小金7月降水量为900毫米，特别在云南、四川越西以东以南、重庆、贵州交界的地区干旱程度严重，。由此分析出西南地区的西北一带夏季降水偏多，而东南、西南、东北一带大范围干旱，这与春、秋、冬季降水西部比东部少不一致。10月（图7.d）西南地区降水进入秋季有明显的递减现象，整体分布从东至西降水逐渐减少，越西、都江堰、绵阳一带出现了低值中心，其中越西一带数值最低，越西10月降水量为10毫米， 而西南地区的南部降水分布比北部略多些。
综合分析图7（a、b、c、d），可以看出，西南地区降水量夏季、春季、秋季、冬季降水量依次递减，除夏季降水西北比东南、西南、东北一带多外，其它三季降水空间分布西部比东部多。春、秋、冬季都都江堰一带降水量都相对偏少，而夏季都江堰及以西一带降水有所增加，旱情的到缓和；但夏季除都江堰及以西一带外，干旱程度严重。
3.3干旱指标[11]
一级红色预警：特大干旱，一月降水距平百分率<-85,二月降水降水距平百分率<-50,
三月降水距平百分率<-40.连续无降水天数春季在61天以上、夏季在46天、秋冬季在91天以上。
二级橙色预警：严重干旱，一月降水距平百分率-80～-85,二月降水降水距平百分率-45～-50,三月降水距平百分率-35～-40.连续无降水天数春季在46～60天以上、夏季在36～45天、秋冬季在71～90天以上。
三级黄色预警：中度干旱，一月降水距平百分率-75～-80,二月降水降水距平百分率-40～-45,三月降水距平百分率-30～-35.连续无降水天数春季在31～45天以上、夏季在26～35天、秋冬季在51～70天以上。
四级蓝色预警：轻度干旱，一月降水距平百分率-60～-75,二月降水降水距平百分率-30～-400,三月降水距平百分率-20～-30.连续无降水天数春季在16～30天以上、夏季在16～25天、秋冬季在31～50天以上。
4.西南地区旱涝影响因子
4.1典型旱涝年西南地区的环流特征
从西南地区典型旱年冬季500hpa位势高度场可以看出(图8)，冬季东亚大槽较深厚，中心值可达524hpa,高纬度西伯利亚西部有一个发展不明的脊，西南大部分地区处弱脊前、东亚大槽后西北气流里，有负的涡度平流，盛行下沉气流，造成西南地区干旱少雨。垂直运动是形成降水的重要条件之一，而水汽输送也是形成降水的另一个重要条件。西南地区降水的水汽主要来源于低纬度南支槽前的西南气流输送的孟加拉湾水汽[12]、中纬度青藏高原的西风气流的水汽输送，而旱年南支槽比较浅薄，西南风不强，等高线比较平直，以偏西气流为主。同时东亚夏季风的强弱对西南地区的水汽输送也有很大的影响[13]。为了进一步分析西南地区旱年冬季干旱特征，从700hpa位势高度场（图9）可看出，西南地区低空处在低压槽前，高压脊后的西南气流，有下沉运动，不利于西南地区的降水形成，同时下游中纬度东亚大槽进一步加强，中心值达到278hpa,比同期500hpa位势高度场上的更强，因而移动速度减慢，影响上有系统的发展，使得西南地区持续高温少雨。
分析涝年高空500hpa位势高度场（图10），西南地区处在贝加尔湖西侧的槽前，有正的涡度平流，盛行上升气流，有利于降水的形成，同时，西太平洋副热带高压稳定少动，有利于西南地区槽及其周边形势的维持加强。涝年印度洋南支槽偏强，西南地区位于贝加尔湖西侧的槽前暖湿西南气流里。同时，中纬度还有较弱的西风气流将青藏高原水汽输送到西南地区，有利于西南地区的降水偏多。从涝年低空700hpa位势高度场（图11），看出西南地区处在低压中心控制下，低压的底前部盛行西南风，有利于水汽输送，同时有西北北部蒙新高地的槽同位相叠加，将强了低压中心的强度，有利于降水的形成。
因此，从高低空（500hpa、700hpa）的配置（图8、9、10、11）得出，西南地区降水干旱年的环流特征基本与多雨年份完全相反，西南地区在多雨年处在低压槽前高压脊后，有正的涡度平流，盛行下沉气流，对地面有增温的作用，造成西南地区干旱少雨；干旱年处在高压脊的控制下，盛行下沉气流，对地面有降温的作用，造成西南地区干旱少雨，同时又由于西太平洋副热带高压[14]的长期控制使西南地区，盛行下沉气流，对地面有增温的作用，不利于降水的形成。
4.2典型旱涝年西南地区水汽输送的特征
水汽一方面成云致雨, 另一方面通过辐射以及凝结释放潜热来影响大气的能量平衡, 同时水汽也直接提供水资源[15]， 大气水汽输送在能量与水分循环中具有重要作用, 对水分循环进行系统的研究, 需要大量高质量的观测资料。大气水汽输送是水分循环的一个重要部分, 其异常变化对降水有重要的影响。
图12为我国大陆地区1960-2011年52年中典型旱年冬季月平均的500hpa水汽输送矢量。从图中可以看出，在中纬度西南地区上空为一致的西北偏西风水汽输送，水汽输送由北向南逐渐减小，由西至东增加，从北侧的20 m .s–1 g .kg–1减小到南侧的10m .s–1g .kg–1，水汽最大的输送带的在我国的东北地区，而青藏高原、西南地区是水汽输送较少的地区。其中西南地区的南侧和东侧以平直的西风输送为主，可达15 m .s–1g .kg–1；四川的东侧四川盆地为青藏高原西北偏西风水汽输送为主，可达到25 m .s–1 g .kg–1。而在典型旱年，西太平洋副热带高压异常偏强，西南地区在副高的长期控制下，盛行下沉气流，对地面有增温的作用，不利于降水的形成。因此，副高西南侧的水汽只能输送到100°E，20°N附近，西南地区的水汽来源总的表现为来自北侧西西伯利亚西北气流水汽输送、西侧青藏高原偏西风水汽输送和南侧印度孟加拉湾水汽输送进入，其中南侧来自西太平洋副高外侧由南海来的水汽与孟加拉湾[16]5m .s-1g .kg–1水汽被中纬度的平直的西风气流切断，最终能在西南地区汇合的水汽较少，又由于西南特殊地形，内河流纵横，峡谷众多，地貌以高原和山地为主 ，地势起伏大，造成了水汽输送被阻断，影响西南地区的降水。
图13为我国大陆地区1960-2011年52年中涝年夏季月平均的500hpa水汽输送矢量。从图中可以看出，500hpa中纬度上空为西北偏西风水汽输送，可达到5m .s–1g .kg –1 。西南地区水汽来自印度洋孟加拉湾南支槽前西南暖湿水汽，可达10m .s–1g .kg–1、为10m .s–1g .kg–1的南海东南水汽、为5m .s–1g .kg–1青藏高原偏西风水汽在四川盆地东南侧汇合，又由于涝年夏季副高比常年夏季偏弱，因此西南地区涝年夏季有明显的水汽输送，降水尤为突出
对比图12和图13可知：我国西南地区的水汽输送主要来自青藏高原西北偏西风输送、印度洋孟加拉湾南支槽前的西南暖湿气流的输送和南海东南气流的输送。干旱年份，青藏高原西北偏西气流比南海和孟加拉湾的水汽输送到西南地区多，而多雨年正好相反，来自孟加拉湾和南海的输送到西南地区的水汽比来自青藏高原输送的多。已有许多专家、学者研究[17-20]，该水汽输送不仅影响西南地区的水汽输送，而且也影响长江中下游的水汽输送。
6.结论
文中对1960-2011年西南地区旱涝特征进行分析，根据西南地区（102 ° ~ 107 ° E, 25 ° ~ 32 ° N）降水量年变化、年际变化、年代季变化趋势线呈递减分布，指出1961、1968、1976、1999年为多雨年，1977、1982、2003、2006、2009、2010、2011年为干旱年份。西南地区夏季年降水量最大，比春、秋、冬季多，而冬季降水最少。从前一年12月到次年的2月降水是较少的月份，其中12月和1月降水是最少的月份，而7月降水最多。90年代为多雨年代，60年代降水量次多，80年代是西南地区各站点降水最少的年代。
从西南地区年降水量和（1、4、7、10）月降水空间分布特征来看，总体上呈现四川北部、云南的东北部（金沙江河谷区域）一带全年旱情突出，四川中部（主要在四川盆地）及东部地区降水相对偏多。西南地区降水量夏季、春季、秋季、冬季降水量依次递减，除夏季降水西北比东南、西南、东北一带多外，其它三季降水空间分布西部比东部多。春、秋、冬季都都江堰一带降水量都相对偏少，而夏季都江堰及以西一带降水有所增加，旱情的到缓和；但夏季除都江堰及以西一带外，干旱程度严重。
对典型旱涝年500hpa、700hpa环流特征的分析表明：西南地区在多雨年处在低压槽前高压脊后，有正的涡度平流，盛行下沉气流，对地面有增温的作用，造成西南地区干旱少雨；干旱年处在高压脊的控制下，盛行下沉气流，对地面有降温的作用，造成西南地区干旱少雨，同时又由于西太平洋副热带高压的长期控制使西南地区，盛行下沉气流，对地面有增温的作用，不利于降水的形成。
文中通过对典型多雨年500hpa等压面水汽输送分析，可知：我国西南地区的水汽输送主要来自青藏高原西北偏西风输送、印度洋孟加拉湾南支槽前的西南暖湿气流的输送和南海东南气流的输送。干旱年份，青藏高原西北偏西气流比南海和孟加拉湾的水汽输送到西南地区多，而多雨年正好相反，来自孟加拉湾和南海的输送到西南地区的水汽比来自青藏高原输送的多。
文中分析的结果只是初步的，对西南地区（102°~ 107°E, 25°~32°N）区域进行分析，需特别指出西南地区降水量年变化在春、夏、秋季呈线性递减，但冬季却有小幅度增加。
同时对西南地区500hpa、700hpa环流特征和500hpa水汽输送分析看出大气环流和水汽输送十分复杂多变的，在典型干旱年冬季青藏高原西北偏西气流的水汽输送比南海和孟加拉湾的多；而典型涝年夏季孟加拉湾和南还的水汽输送比青藏高原西北偏西气流多。又由于西南地区复杂多样的地形，给西南地区气候预测和预警带来的困难，使得对西南地区旱涝特征及其成因的研究需进一步深入。
论文作者:王明珠1,姜春晓2,陆苗3
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/14
标签：西南地区论文; 降水量论文; 水汽论文; 旱年论文; 多雨论文; 干旱论文; 特征论文; 《防护工程》2018年第18期论文;