• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
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干旱气象, 2023, 41(1): 1-13 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-01-0001

综述

我国不同区域气象干旱成因研究进展与展望

薛亮,1, 袁淑杰1, 王劲松,2

1.成都信息工程大学大气科学学院,四川 成都 610225

2.中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室,甘肃 兰州 730020

Progress and prospects of research on causes of meteorological drought in different regions in China

XUE Liang,1, YUAN Shujie1, WANG Jinsong,2

1. College of Atmosphere Sciences, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China

2. Institute of Arid Meteorology, China Meteorological Administration, Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province, Key Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction of CMA, Lanzhou 730020, China

通讯作者: 王劲松(1968—),女,贵州凯里人,研究员,主要从事干旱区气候变化和干旱监测预警研究。E-mail:wjsgsmb_cn@sina.com

责任编辑: 王涓力;校对:蔡迪花

收稿日期: 2022-06-28   修回日期: 2022-10-28  

基金资助: 四川省科技计划项目(2021YJ0280)
甘肃省自然科学基金重点项目(21JR7RA694)
干旱气象基金(IAM202004)

Received: 2022-06-28   Revised: 2022-10-28  

作者简介 About authors

薛亮(1999—),男,四川泸州人,硕士生,研究方向为干旱及其灾害影响评估。E-mail:xl13982476237@163.com

摘要

在全球增暖背景下,我国干旱灾害的严重程度、持续时间和影响范围均呈增加趋势。气象干旱是干旱灾害发生的前提,厘清气象干旱形成原因,对提高干旱预警能力、制定干旱灾害应对策略和防御措施有重要科学意义。本文较为全面地梳理了我国气象干旱成因的研究进展。首先,考虑干旱的成因具有区域差异性,分别总结了我国西北、华北、东北、华东、华南及西南6个区域的干旱成因;考虑干旱的时间持续性,基于季节干旱、两季连旱和三季连旱,分别从冷暖空气、位势高度场、海温场异常等方面归纳各区域不同持续时间气象干旱形成的主要影响因子。其次,提出了目前我国气象干旱成因研究面临的科学问题和未来研究方向。鉴于已有的干旱成因研究多以对单一影响因子研究为主,即便考虑了干旱形成的多个影响因子,但仍然相对缺乏对多因子间协同作用的定量分析,因此未来需要关注不同影响因子对气象干旱形成的贡献率及彼此间协同作用的定量关系。

关键词: 气象干旱; 区域性; 持续性; 成因

Abstract

Under the background of global warming, the severity, duration, and influencing scope of drought disasters in China are all increasing in recent years. Meteorological drought is a prerequisite for the occurrence of drought disasters. On the basis of clarifying the causes of meteorological droughts, it is of great scientific significance to improve the drought early warning ability, to propose drought disaster coping strategies and defense measures. This study comprehensively sorts out the research progress of the causes of meteorological drought in China. Firstly, in view of the regional differences in the drought formation causes in the various regions, the causes of drought are summarized respectively in Northwest China, North China, Northeast China, East China, South China, and Southwest China. Considering the time persistence of drought, based on the seasonal drought, two-season drought, and three-season drought, the main influencing factors on the formation of meteorological droughts with different durations in various regions are summarized respectively, from the aspects of cooling and warming flow transport, geopotential height field, and sea surface temperature field anomaly. Secondly, the scientific problems and future research directions on causes of meteorological drought are put forward. In previous studies, the analysis of drought causes mostly considered a single influencing factor, or considering the multiple influencing factors, but there is a lack of in-depth elaboration and research on the synergy between multiple factors. The contribution rate to drought formation and the quantitative relationship between these multiple influencing factors are urgent to study.

Keywords: meteorological drought; regional characteristic; persistent characteristic; causes of drought formation

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薛亮, 袁淑杰, 王劲松. 我国不同区域气象干旱成因研究进展与展望[J]. 干旱气象, 2023, 41(1): 1-13 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-01-0001

XUE Liang, YUAN Shujie, WANG Jinsong. Progress and prospects of research on causes of meteorological drought in different regions in China[J]. Arid Meteorology, 2023, 41(1): 1-13 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-01-0001

引言

干旱是指一定时段内因降水较少造成大气、土壤干燥的气候现象,当干旱发展到一定程度,无法满足工农业生产和人民生活正常需要时,就形成干旱灾害(Wilhite, 2000)。干旱不仅影响农业生产、城镇供水、社会经济稳定与可持续发展,还会造成水资源短缺、荒漠化加重、生态与环境恶化等不利影响(Tsegai et al., 2022)。联合国防治荒漠化公约发布的1900—2022年全球干旱灾害事实表明,过去的一个世纪,重大干旱事件造成世界1 000多万人死亡和数千亿美元的经济损失,其中亚洲受干旱影响人口总数最多;预估到2030年,将有7亿人面临因干旱而流离失所的风险(Tsegai et al., 2022)。近年来随着气候增暖不断加剧,全球和区域尺度的干旱呈现出增加趋势(Dai and Zhao, 2017)。为减轻干旱造成的危害,需要进行针对性的干旱监测评估及预警,以采取有效的防御措施。

美国气象学会根据干旱影响形式和对象的不同,将干旱分为4种类型:气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱(American Meteorological Society, 1997)。气象干旱主要以降水指标来划分,农业干旱主要以土壤水分和作物指标划分,水文干旱主要以地表径流和地下水指标划分,社会经济干旱主要以供水和人类需水指标划分(叶天, 2021)。其中,气象干旱和水文干旱主要关注自然属性,农业干旱和社会经济干旱则侧重社会属性(裴源生等, 2013)。在4种类型干旱中,气象干旱最先发生,随着气象干旱的发生和发展,可能会引发其他3种类型干旱。当土壤含水量逐渐减少,并下降到一定程度时会导致农业干旱;当地表水和地下水收支不平衡,引起江河、湖泊径流和水利工程蓄水量异常偏少时,便发生水文干旱;农业干旱和水文干旱并行发展到一定程度,会导致社会经济干旱发生(叶天, 2021;叶天等, 2021;石媛媛等, 2021)。可见,气象干旱的监测及预警可以降低干旱灾害风险,减少干旱灾害损失(张强等,2014;王劲松等,2012;王劲松等,2022)。因此,分析气象干旱成因,对掌握干旱灾害形成机理,进行干旱灾害早期预警及判识干旱灾害发展趋势尤为重要。

气候变暖背景下,尽管不同区域气象干旱均存在频次增加、强度加剧及范围增大的特点(Dai and Zhao, 2017),但引起不同地区气象干旱发生的因子,或引起同一地区不同时段气象干旱发生的因子却不尽相同(黄会平, 2010;刘小龙和虞美秀, 2015;廖要明和张存杰, 2017;倪深海等, 2019)。近几十年来,我国气温整体呈显著增加趋势,但降水变化的空间特征明显,不同区域的增减趋势不同(任国玉等, 2005),气温和降水变化对气象干旱的影响存在明显的区域性差异。干旱的发生表现出区域性和多发性特点,干旱区有变湿趋势,半干旱区有干旱化趋势(李周新等, 2006)。研究认为干旱发生受气候异常、外强迫和水资源供需变化等因素及其协同作用的影响(张强等, 2020);干旱在不同地区变化趋势的信度和归因结果差别很大,降水虽然在少数地区主导了干旱趋势,但不一定是影响过去几十年全球尺度干旱趋势的主要驱动因素(姜大膀和王晓欣, 2021)。已有的干旱成因研究主要在以下几方面开展了工作:(1)全球变暖导致地面气温升高,造成干旱化趋势加剧(李维京等, 2003;邹旭凯和张强, 2008;马鹏里等, 2019; Dai and Zhao, 2017; Douville et al., 2021);(2)海温异常增暖及海洋运动引起大气环流异常导致降水量减少,形成区域干旱事件(黄荣辉,2006;琚建华等,2006;琚建华等,2011;赵尔旭等,2011;赵昶昱等,2019);(3)青藏高原热力作用异常,导致区域尺度环流异常及干旱事件发生(Liu et al., 2007; Wang et al., 2008);(4)青藏高原通过侧边界摩擦、下垫面摩擦和下沉运动等动力作用影响西北地区气候(徐国昌和张志银,1983;罗哲贤,2003),通过对气候系统的阻挡和对季风的牵引作用,形成我国西北干旱的气候背景(乔钰等,2014);(5)由于土地过垦、过牧及过采地下水等过度开发使得土地退化和生态环境恶化,对区域性干旱形成有明显影响(马柱国,2007;张强等,2017;张强等,2020)。由于植被退化、积雪增多等地表状况的变化改变了地气相互作用,造成区域干旱(黄荣辉等,2012;张人禾等,2016;Wang et al.,2017;闫昕旸等,2019);(6)干旱区大气沙尘气溶胶辐射强迫作用,增强了大气稳定度,抑制降水条件发展,从而加剧了干旱(Charney,2010;张强等,2010)。

本文将基于已有研究成果,针对我国不同区域气象干旱成因,分别归纳凝练其研究进展。梳理气象干旱形成的主要影响因子,进一步认识这些因子对干旱形成的协同作用,一方面有利于提高干旱监测预警能力,另一方面对制定针对性的干旱灾害风险应对策略与防控措施、应对气候变化和提高干旱灾害防灾减灾能力有重要科学意义。本文对这一领域的研究成果进行总结,以期在未来气象干旱成因的深入研究中起到一定的参考作用。

1 区域气象干旱成因研究进展

1.1 气象干旱成因的区域特征

参照中国气象产品地理分区标准(GB/T 36109—2018),我国被划分为西北、华北、东北、黄淮、江淮、江南、江汉、华南和西南9个区域。考虑到黄淮、江淮、江南和江汉地区主要处于我国东部沿海,且均属于平原地区,为便于对区域描述,本文将这4个分区合并为一个区域,并称之为华东地区,将我国划分为西北、华北、东北、华东、华南和西南6个区域[图1,基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)1822号的标准地图制作,底图无修改]。考虑干旱的时间持续性,将气象干旱分为季节干旱、两季连旱和三季连旱,分别归纳各区域不同时段气象干旱成因研究的主要成果。

图1

图1   中国地理分区

Fig.1   Geographic division of China


1.1.1 西北地区

西北地区深居内陆,远离海洋,其80%以上区域属于干旱和半干旱气候区,甚至一些地区属于极端干旱气候区,干旱是该区域最常见和最严重的自然灾害。西北地区春季干旱事件常有发生,冬季东亚副热带西风急流的位置与次年西北地区的春季干旱关系密切,当冬季急流位置偏北时,次年春季西北地区受较强高压控制,高压脊前干冷的西北气流易引发干旱(董婷和李艳等, 2014);秋季赤道中东太平洋海表温度(Sea Surface Temperature, SST)与次年西北地区春季降水有明显正相关关系,当海温异常偏低,存在La Niña现象时,次年春季西北大部分地区降水偏少(李耀辉等, 2000);青藏高原冬春积雪异常对西北地区春季降水的影响以正反馈为主,高原积雪整体偏少时,西北地区春季降水偏少(王芝兰等, 2015)。与前期秋季SST异常影响西北地区次年春季干旱类似,同期SST异常在西北地区夏季干旱形成中也扮演着重要角色,是影响西北地区夏季干旱的重要因素,夏季北太平洋和西太平洋SST呈负距平、赤道中东太平洋SST为正距平的海温分布,不利于西太平洋副热带高压(简称“西太副高”)发展,使得西太副高外围的偏南暖湿气流很难输送到西北地区,从而导致该区域夏季易出现干旱(吴爱敏, 2008)。当夏季我国北方和青藏高原地气长波辐射(Outgoing Longwave Radiation, OLR)为正距平时,我国北方地表辐射强不利于此区域高空低值系统发展,500 hPa为西高东低的环流形势,西北地区处于脊前西北气流控制中,这是有利于西北地区干旱形成的环流条件;夏季青藏高原地表辐射强不利于高原低值系统发展,发展的青藏高压阻挡了低纬孟加拉湾水汽向北输送,易引发西北地区夏季干旱(吴爱敏, 2008)。当夏季北半球500 hPa正高度距平区主要分布在欧亚大陆中高纬地区,尤其集中在以蒙古国和贝加尔湖为中心的区域时,西北地区处于高压控制下,也易发生夏季干旱和极端高温事件(Li et al., 2019)。而由SST异常引起的ENSO(El Niño-Southern Oscillation)事件则是导致西北地区年尺度干旱的主要因子(齐乐秦等, 2020)。从数值模拟结果来看,青藏高原隆升和环流变化是形成西北夏季干旱的重要因子(钱正安等, 1998)。高原地形敏感性试验结果显示,青藏高原的隆升对南亚高压及高原上“西脊东槽”形势起加强作用,由于南亚高压和西太副高常常相向而行,南亚高压位置偏西意味着西太副高位置偏东,这些是造成西北干旱区夏季干旱及变化的重要环流成员;在干旱年敏感性试验中,利用前期(6月)初始环流场模拟的后期盛夏(7—8月)环流场显示,高原北侧有一宽广的高压脊,伊朗高压更强盛,加之南亚高压偏西,在高原中西部盛行“上高下高”的气压场,且处在高原北侧的西北地区为较强的下沉运动,造成西北地区夏季降水减少,形成干旱。

因地形、气候差异,西北地区的干旱具有明显的区域特征,其中干旱对西北地区东部造成的影响更大。该区域属于典型干旱半干旱区,地形复杂,降水空间分布差异明显,生态环境脆弱,季节性干旱发生频繁(赵庆云等, 2005)。

20世纪90年代中后期西北地区东部开始进入相对暖干时期,夏季干旱频发。当夏季西太副高较常年偏弱偏南时,该区域高层盛行异常偏东气流,西风急流强度减弱,高层大范围异常辐合,环流形势不利于降水形成,从而导致夏季干旱(朱伟军等, 2016);当东亚夏季风偏弱时,西北地区东部主要受异常西北气流控制,阻止了充沛的东南暖湿水汽向北输送,同时受贝加尔湖地区异常反气旋影响,该区域为辐散下沉运动区,降水减少,夏季易出现干旱(朱伟军等, 2016;王闪闪等, 2017)。另外,西北地区东部降水量的多寡还与台风活动频次密切相关,在台风活动较少年份,西北地区东部为正高度距平区,而东亚沿海地区为负高度距平区,西北地区东部受高空西北气流控制,以晴天少雨为主,易发生干旱(谢金南和卓嘎,2000;张强等,2015)。当秋季西太副高位置偏南时,水汽向我国北方输送减少,南支水汽条件较弱,易在西北地区东部发生秋季干旱(张宇等, 2015)。厄尔尼诺(El Niño)现象对于西北地区东部秋季干旱的发生有很大影响。大量研究表明,秋季El Niño较强时,西北地区东部气温相对偏暖、降水相对较少,易发生干旱(张存杰等, 2003;张宇等, 2015)。对于西北地区西部而言,ENSO暖事件对该区域年际尺度的干旱形成影响较大,ENSO暖事件发生年份,气温有明显上升趋势,发生干旱的可能性大于ENSO冷事件年份(裴文涛等, 2019)。ENSO暖事件同样也是造成西北地区西部季节性连旱的主要影响因子,在ENSO暖事件发生年份,西北地区西部易发生春夏秋连旱;在ENSO冷事件发生年份,该区域的季节性连旱不明显(杨龙和赵景波, 2012;裴文涛等, 2019)。

1.1.2 华北地区

大气环流及海洋强迫和陆面过程等各种强信号通过对水汽及动力条件的综合作用影响干旱。当春季北大西洋SST偏暖时,大陆高压增强、西风急流减弱、水汽输送减少、下沉运动加强,华北地区易发生春旱(臧迪等, 2021)。造成华北地区夏季干旱频发的因子较多,其中西太副高强度偏强、位置偏西偏南和南亚高压面积偏大、强度偏强、位置偏东均不利于水汽向我国北方地区输送,导致华北地区夏季降水减少,易发生干旱(陈廷芝等, 2012;王大勇等, 2021);在全球变暖背景下,东亚夏季风强度减弱,制约了南支水汽向华北地区输送,也会引起该地区夏季干旱(陈廷芝等, 2012;周丹等, 2019);大气遥相关的异常与维持亦是华北夏季干旱发生的重要因素,欧亚大陆高压系统持续发展和欧亚遥相关型(EU Teleconnection Pattern, EU)长期维持致使华北地区发生夏季干旱;东亚大陆中纬度地区深厚暖性高压的稳定和维持,高空气流强烈下沉引起空气绝热增温,近地面感热增加,气温持续升高,局地下垫面非绝热强迫作用与大陆暖高压加强形成正反馈过程,也会加强华北地区夏季干旱(卫捷等, 2003;张庆云等, 2003);东亚-太平洋(East Asia-Pacific Teleconnection Pattern, EAP)/太平洋-日本(Pacific-Japan Teleconnection Pattern, PJ)遥相关型异常,致使华北地区主要受异常高压控制,异常EU和PJ型大气环流导致向华北地区输送的水汽减少,易引起华北夏季干旱(Qian and Zhou, 2014;Wang and He, 2015);SST异常也是华北地区夏季发生干旱的重要外强迫因素,当夏季赤道中东太平洋和印度洋SST均异常偏暖时,华北上空出现北风异常,水汽来源不足和动力辐合条件减弱,造成华北地区夏季降水减少,易形成夏季干旱(陈廷芝等, 2012;周扬等, 2013;王大勇等, 2021)。在年代际尺度上,当太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)处于暖位相时,华北地区降水较少、温度较高,易发生年际尺度干旱(马柱国, 2007);在季节尺度上,干旱与PDO存在同位相对应关系,即PDO冷位相阶段对应华北季节性干旱时段(张煦庭等, 2017)。华北秋季干旱也发生在PDO冷位相阶段,东亚和日本西部出现异常低压系统,东亚槽增强,异常北风将高纬度内陆干冷气流带到华北地区,东亚槽上游和华北地区出现明显下沉运动,导致秋季降水减少,引发秋季干旱(Wang et al., 2017)。

研究表明,导致华北地区出现春夏季持续性干旱的原因是春夏季西北太平洋气旋环流持续异常,西北太平洋副热带高压减弱,偏北风异常使得华北上空水汽持续异常辐散,海洋向华北输送的暖湿水汽持续减少;华北地区的春夏季持续性干旱一般从拉尼娜(La Niña)之后的春季开始,一直维持到夏季,直至El Niño现象的出现(Zhang et al., 2018)。华北秋冬季连旱事件的形成,一方面是北极涛动(Arctic Oscillation, AO)处于负位相,导致华北地区空气干冷;另一方面是La Niña年赤道中东太平洋SST异常变冷使西太副高位置偏南、强度偏弱,水汽向华北地区输送减少。因此,华北地区上空的干冷空气和偏南水汽输送的减少,两者共同作用是造成华北出现秋冬季持续性干旱的原因(沈晓琳等, 2012)。华北地区发生春夏秋三季持续性干旱事件,则可能主要由两个原因驱动,即欧亚大陆中纬度遥相关模式和La Niña到El Niño的过渡(Zhang et al., 2018)。

1.1.3 东北地区

东北地区属于温带大陆性季风气候,自东南向西北从湿润区半湿润区过渡到半干旱区,季风气候不稳定性是导致春旱频发的重要原因(王晓丹等, 2022)。AO正位相与大西洋遥相关的维持,增强了贝加尔湖高压脊及其相关的下沉运动,东北地区持续处于高压脊前部和东亚大槽后部,高压东侧的北风减弱了南侧的水汽输送,最终导致东北地区出现春季干旱(Zeng et al., 2019; Zeng and Yuan, 2021)。当夏季西太副高位置偏南、强度偏弱时,蒙古高压增强,不利于高纬冷空气向东北地区输送,导致东北地区夏季降水偏少易形成干旱(魏凤英和张婷, 2009);当东亚夏季风减弱时,贝加尔湖阻塞高压持续存在,导致西风带和孟加拉湾水汽输送异常减弱,不利于降水,东北夏季易发生干旱(魏凤英和张婷, 2009; Qian and Zhou, 2014);当鄂霍次克海高压(Okhotsk high, OH)较弱时,鄂霍次克海南部的日本海地区以异常低压为主,我国东北地区主要受偏北气流控制,导致该区域夏季降水明显减少、干旱加剧(Chen et al., 2020)。2018年东北地区夏季干旱的发生与Rossby波能量的准经向频散密切相关,它有利于EAP/PJ遥相关型的维持与发展,使得东北及其附近地区上空受正高度距平控制,加之西太副高和南亚高压相向运动并在东北地区上空重叠,在异常反气旋性环流的南侧存在一个异常气旋性环流,阻挡了孟加拉湾和南海的西南暖湿气流向东北地区输送,不利于该区域降水产生,易导致干旱事件发生(焦敏等, 2019)。另有研究显示,当夏季热带太平洋中东部的SST异常升高、西部的SST异常降低时,西太副高东退,异常的低层西南气流使我国北部副热带高压南边的东南季风减弱,同时减弱了来自西太平洋的东南暖湿气流向东北地区输送水汽,不利于东北地区夏季降水产生,从而易引发夏季干旱(Yang and Lau, 2004)。当西太副高位置偏南、强度偏强时,西北太平洋的水汽通道偏东,水汽向北输送减弱,同时东北地区持续受下沉气流控制,导致春夏连旱发生(王闪闪等, 2016)。当东北冷涡位置偏东、偏北,贝加尔湖阻塞高压持续存在时,东北地区一直受下沉气流控制,缺少降水形成的有利动力条件,导致春夏季持续性干旱发生(张宇等, 2018)。当春季AO正位相持续到夏季时,大西洋遥相关维持降水负异常,也容易造成东北地区发生春夏连旱(Zeng et al., 2019; Zeng and Yuan, 2021)。

1.1.4 华东地区

华东地区处于亚热带季风气候区,雨热同季,水汽充沛,但随着全球变暖,华东地区夏季干旱发生频率越来越高。在极涡面积偏小、强度偏弱及南亚高压偏强东移的状态下,西太副高发展强盛,当西太副高面积总体偏大、强度偏强、脊线西伸到长江流域,且长时间控制长江流域时,华东地区主要为强烈的下沉运动,大气非绝热加热引发高温干旱(郝立生等, 2022;李忆平等, 2022;张强, 2022)。当热带对流区(视热源)位置异常偏南到赤道以南时,Hadley经圈环流上升支异常偏南、亚洲热带夏季风偏弱、东亚副热带夏季风偏强,低频信号向长江中下游传播明显偏弱,这些因素共同作用导致长江流域的水汽输送偏弱及下沉气流盛行,华东地区夏季易发生干旱(郝立生等, 2022)。季风气候不稳定性是导致华东地区夏旱频发的重要原因,印度季风区和东亚季风区水汽输送强度存在负相关关系,当印度季风区水汽输送偏强时,东亚地区的水汽输送偏弱,华东地区降水偏少(Zhang, 2001)。青藏高原夏季地面加热场强度偏强、南亚高压异常偏强及乌拉尔山阻塞高压异常偏弱时,冷空气难以影响到华东的黄淮地区,不利于该区域降水的发生(安迪等, 2018)。Rossby波能量的准经向频散,有利于负EAP/PJ遥相关型结构的稳定,促使副高控制我国长江中下游地区,进而引发该区域夏季极端高温干旱(王文等, 2017)。SST异常是华东地区夏季降水异常的重要外强迫因素,当印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole, IOD)为负位相模态时,南海至印度洋区域表现为明显的东风异常,南海水汽输送减弱,使得华东地区夏季降水减少,引发干旱(李忆平等, 2022)。ENSO暖位相是引起华东淮河流域夏季降水减少,从而导致干旱发生的因子(陶亦为等, 2011;罗连升等, 2019;姚蕊等, 2021)。另外,春季青藏高原西北部积雪可作为长江流域夏季降水的先兆因子之一,前期高原积雪负异常也是造成该区域干旱的重要外强迫因子(郝立生等, 2022;李忆平等, 2022;张强, 2022)。

从影响华东地区秋冬春连旱的大气环流异常和外强迫因子来看,当秋季贝加尔湖阻塞高压偏强、欧亚中高纬地区呈“东低西高”的环流分布时,有利于东亚大槽加深维持,同时配合贝加尔湖以西的阻塞形势,华东地区受西北气流影响,引起大气干燥及异常下沉气流,易发生秋冬春连旱(张蓬勃等, 2015)。受La Niña事件影响,冬春季赤道西太平洋海温异常偏暖和印度洋海温异常偏冷,导致水汽向华东地区输送减少,干旱易迅速发展(吕星玥等, 2019)(图2)。当PDO为暖位相时,西太副高西北侧长江中下游地区的西南风水汽输送减弱,出现异常水汽辐散,孟加拉湾和南海向长江中下游地区的水汽输送受到抑制,导致长江中下游降水偏少,引发秋冬春持续性干旱(Yang et al., 2017)。

图2

图2   2010年秋季至2011年春季太平洋、印度洋SST(等值线)及其距平(彩色填色区)分布(单位:℃)(吕星玥等,2019)(a)2010年秋季,(b)2010年冬季,(c)2011年春季

Fig.2   Distributions of SST (isolines) and its anomaly (the color shaded) in Pacific and Indian Oceans from autumn 2010 to spring 2011 (Unit: ℃)(LYU et al., 2019)(a) autumn of 2010,(b) winter of 2010,(c) spring of 2011


1.1.5 华南地区

华南地区降水丰沛,但由于降水的区域和年内分配不均匀,导致局部干旱、季节性干旱时有发生(范伶俐等, 2013)。高空槽脊和西太副高位置的配置是引发华南地区春季干旱的重要因子,2018年春初,500 hPa华南地区无明显的高空槽,受平直的西风气流控制,加之西太副高位置较常年偏南,东南面海洋的水汽难以输送到华南地区,不利于该地区产生降水;春末,华南地区受西北气流控制,整层水汽表现为辐散,较强的下沉辐散运动使得干旱发展(张良等, 2018)。大气环流异常造成华南地区秋季干旱,如2014年10月华南地区受副热带高压控制,气温偏高,下沉运动偏强,同时华南上空大部地区气流较为平直,600 hPa无明显的风场辐合,加之以偏东风距平场为主,降水偏少,造成旱情发展(段海霞等,2015)。南亚上空和西太平洋的气旋性异常通常会减少对华南地区的水汽输送,也会造成华南地区秋季干旱(范伶俐等, 2013;外力•吾甫尔等, 2020)。同时,东亚夏季风减弱也是造成华南地区秋季干旱的原因之一(廖铭燕等, 2017)。2016年秋季华南地区受异常反气旋影响,东亚副热带急流强度明显偏弱且位置偏北,华南发生秋季干旱(王闪闪等, 2017)。秋季西北太平洋SST正异常也是造成华南秋季干旱的重要因素,SST异常增暖会激发异常的气旋性环流,影响水汽输送和垂直运动,造成同期降水偏少(范伶俐等, 2013;外力•吾甫尔等, 2020)。在年代际尺度上,当PDO为冷位相时,东亚地区上空存在异常反气旋,北太平洋上空存在高压异常,促进水汽向北输送,华南大部分地区为异常水汽辐散,导致秋季降水减少(Yang et al., 2017)。综合分析和模式试验表明,1974—1994年南印度洋西部SST正异常和东部SST负异常引起的异常加热导致华南秋冬季降水异常减少(Chen et al., 2014)。

1.1.6 西南地区

近年来,西南地区干旱灾害发生频率呈现增加趋势(胡学平等, 2015)。夏季西太副高强度偏弱时,副热带和中纬度环流型的大尺度配置不利于西南地区南侧的暖湿气流和北侧的干冷气流在该区域辐合,导致该区域夏季严重干旱(蓝天等, 2021)。从水汽输送来看,西南地区夏季降水与东北太平洋SST异常偶极型(Northeast Pacific SSTA Dipole, NEPD)呈显著正相关,当NEPD负位相时,热带中东太平洋对流层低层东风异常,致使西南暖湿气流向中国西南地区输送减少,西南地区为水汽异常辐散区,不利于降水产生,易引发干旱(Lin et al., 2015;蓝天等, 2021)。西南地区秋季干旱受大气环流异常影响明显,当秋季西太副高位置偏西、强度偏强、面积偏大时,西南暖湿气流和北方冷空气偏弱,不利于降水发生(晏红明等, 2012);西南地区降水量年际变化与苏门答腊—西太平洋和热带东太平洋的海温分布存在很好的对应关系,秋季苏门答腊—西太平洋地区的大气热源正异常会激发异常气旋性环流,使孟加拉湾水汽输送减少,Hadley环流加强,下沉运动加强,引发西南地区东部秋季干旱(沙天阳等, 2013);另外,西南地区秋季干旱受热力异常影响明显,当暖池型El Niño(WP El Niño)增强,在赤道西太平洋产生强对流,通过Rossby波响应在西北太平洋产生更强的异常气旋,而西太平洋SST异常增暖又会在其上空产生强烈的气旋异常,带来异常干冷空气,导致向我国南方的水汽输送不足,易形成严重的秋季干旱(Zhang et al., 2013; Zhang et al., 2014; Wang et al., 2015)。西南地区冬季干旱主要由大气环流异常引起,如2010年冬季,在北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)和AO持续负位相与平流层极涡偏弱的共同影响下,冷空气南下,造成孟加拉湾向西南地区的水汽输送减少,导致西南地区冬季干旱(Barriopedro et al., 2012;胡学平, 2015;杨辉等, 2012)。北半球环状模(Northern Hemisphere Annular Mode, NAM)偏弱,也是2010年冬季西南地区降水偏少的原因(杨辉等, 2012)。而有研究表明El Niño事件对西南地区冬季降水的影响则相对较小(蒋兴文和李跃清, 2010;庞晶和覃军, 2013)。

NAO或AO负位相是西南地区冬春季干旱持续的原因,NAO的负位相可能触发大尺度波列模式,对流层中部的异常冷平流维持局地异常下沉运动,在亚热带亚洲上空诱发异常反气旋,造成西南地区冬春连旱的发生(Feng et al., 2014)。大气环流异常是西南地区秋冬春季持续干旱的重要原因。2009—2010年西南地区秋冬春连旱是由热带西太平洋、孟加拉湾和中南半岛地区500 hPa位势高度偏高引起的暖湿气流缺乏,水汽条件不足造成的(Barriopedro et al., 2012;胡学平, 2015)。冬季平流层极涡偏弱造成AO负位相,使得东亚冬、春季冷空气活动路径偏东,从而到达西南地区的冷空气偏弱,冷暖空气难以在该区域交汇,不利于同期冬季降水的产生(胡学平等, 2015)。作为重要外强迫因子的海温,对西南地区持续性干旱的异常作用表现为秋冬春季赤道中东太平洋SST的负异常和热带印度洋SST的正异常,在孟加拉湾—南海—菲律宾以东洋面激发出一个异常的反气旋性环流,有利于西太副高加强和西伸,促使该反气旋西侧的西南暖湿水汽向我国东南部地区输送,而减少了向西南地区的水汽输送,从而引发西南地区秋冬春持续性干旱(胡学平, 2015);另一方面,在热带西太平洋处于升温期时,其上空产生反气旋异常环流,使孟加拉湾的水汽很难到达云贵高原,从而引起西南地区降水长期偏少(王素平等, 2010;王晓敏等, 2012)。此外,赤道辐合带热力作用异常也是造成西南地区秋冬春连旱的重要原因,赤道辐合带南海以东地区对流活跃,而在孟加拉湾、中南半岛对流偏弱,西太副高偏强偏西,西南地区受副高控制处于异常下沉区,同时副高阻挡了夏季风向东推进,赤道辐合带偏弱偏南、西南季风爆发偏晚,造成西南地区降水持续偏少,引发该区域干旱(郑建萌等, 2015)。

1.2 气象干旱影响因子作用机制

基于不同区域和时段的气象干旱成因研究成果,绘制了我国气象干旱形成的影响因子作用机制示意图(图3),可直观获得影响我国气象干旱区域性和持续性因子的总体认识。

图3

图3   不同区域和时段气象干旱影响因子作用示意

(不同区域共同的一类因子用同一颜色表示)

Fig.3   The schematic diagram of influencing factors action on meteorological drought for different periods in different regions

(The common factors in different regions are represented by the same color)


气象干旱形成的影响因素众多,且多个因子相互叠加、相互加强、共同影响。较轻的干旱也许是某一气象因子影响的结果,但重大干旱事件通常由多个气象因子叠加或转换影响而形成(张强等, 2017)。我国干旱的形成和发展有其特殊性和复杂性,不仅受季风环流和西风带环流共同影响,季风系统本身也存在东亚季风和印度季风等分支各自不同影响及其相互协同作用(张强等, 2020)。

西北地区干旱与ENSO、PDO等的变化以及台风活动频次有关,同时也受到大气环流异常及青藏高原地气长波辐射影响。西北地区常发生春季干旱,前期冬季La Niña事件增加对次年西北地区春季干旱起重要作用。东亚夏季风减弱,西太副高范围偏小、强度偏弱和位置偏南以及中高纬度冷空气活动增强都是西北夏季干旱的主导因子。

华北地区春、夏、秋季均有干旱发生。春季干旱主要与北大西洋SST异常增暖有关。赤道中东太平洋和印度洋SST异常偏暖,欧亚大陆高压系统持续发展和EU遥相关型的长期维持造成夏季干旱,同时夏季干旱还与北太平洋SST年际变化减弱所导致的东亚夏季风减弱以及西太副高和南亚高压面积异常偏大、强度偏强导致的水汽输送减弱有关。秋季干旱的发生多与PDO冷位相对应。持续性干旱在华北地区也经常发生,西北太平洋副热带高压减弱是春夏季持续干旱发生的原因。AO负位相和La Niña年赤道中东部SST异常偏冷共同作用导致了秋冬连旱发生。欧亚大陆中纬度遥相关模式的维持和La Niña到El Niño的过渡,多作用于春夏秋季持续干旱事件。

东北地区春季干旱与大西洋遥相关的维持有关,对应AO正位相。东亚夏季风减弱、蒙古高压增强、西太副高偏弱偏南,减少了南亚地区的水汽输送,造成东北夏季干旱。OH较弱时,贝加尔湖阻塞高压持续存在,西太副高和东北冷涡异常偏弱不利于降水产生,造成春夏秋季持续干旱。

华东地区夏季干旱与青藏高原地面加热场偏强、南亚高压偏强、乌拉尔山阻塞高压异常偏弱、西太副高异常偏北偏西有关;La Niña事件和ENSO事件及EAP/PJ遥相关结构的稳定维持,促使副热带高压异常强大且稳定控制我国长江中下游地区,造成夏季极端干旱事件。秋冬春连旱与PDO暖位相对应,当贝加尔湖阻塞高压增强时,冬季风增强,与La Niña事件共同作用,促使干旱发生。

华南地区春季干旱明显与西北气流的控制有关。秋季干旱与PDO冷位相对应;西北太平洋SST异常增暖会激发异常的气旋性环流,通常会减少对华南地区的水汽输送,造成华南地区秋季干旱。南印度洋西部SST正异常和东部SST负异常引起的异常加热导致华南秋冬季降水异常减少。

西南地区夏季干旱与NEPD负位相和El Niño事件增多对应,也受到热带东北太平洋SST负异常与中纬度北太平洋SST正异常的共同作用(Sun and Yang, 2012)。WP El Niño增强、热带西北太平洋SST增强、Hadley环流加强使偏强的下沉气流控制西南地区,同时西太副高偏强,苏门答腊—西太平洋地区大气热源正异常激发异常气旋性环流,造成秋季干旱。冬季干旱与AO或NAO负位相对应,并且持续到春季造成冬春连旱;NAM异常偏弱对冬季干旱的影响比El Niño更大。赤道中东太平洋和热带印度洋SST异常增暖导致水汽输送减弱,造成秋冬连旱。持续性的秋冬春连旱是由El Niño事件引起的Walker环流强度减弱及热带西太平洋和北印度洋SST异常升高共同作用引起。

我国气象干旱事件的发生具有十分明显的区域性和复杂性,同一种因子对不同区域季节性气象干旱事件的影响有很大差异(马柱国和任小波, 2007;张强等, 2020)。东亚夏季风减弱会造成西北、华北、东北地区夏季干旱和华南地区秋季干旱的发生。亚洲热带夏季风偏弱和东亚副热带夏季风偏强时,造成华东地区夏季干旱发生。西太副高的面积、强度和位置不同对我国各区域干旱事件发生的影响不尽相同,当夏季西太副高强度偏弱时,易造成西北、东北、西南地区夏季干旱的发生;当其强度偏强时,易发生华北地区夏季干旱和西南地区秋季干旱。当西太副高位置偏南时,会造成华南地区春季、西北地区夏秋季、东北地区夏季干旱;位置偏西时,会造成西南地区秋季干旱;位置偏北、偏西时,华东地区夏季易发生干旱;位置偏南、偏西时,易造成华北地区夏季干旱。PDO冷位相时,对应华北地区秋季干旱、华北地区秋冬季连旱以及华南地区秋季干旱的发生,而PDO暖位相则对应华东地区秋冬春连旱的发生。AO正位相对应东北地区春季干旱和东北地区春夏季连旱发生,AO或NAO负位相对应西南地区冬季干旱、冬春季连旱和秋冬春季连旱的发生。海温异常对我国各区域干旱事件的影响也有很大区别,其中赤道中东太平洋海温增暖时,我国西北、华北、东北地区夏季易发生干旱;赤道西太平洋海温增暖时,西南地区易发生秋冬春连旱;西北太平洋海温增暖时,会造成华南地区秋季干旱。印度洋不同区域的海温异常对我国不同区域干旱事件的影响不同,当印度洋海温增暖时,华北夏季易发生干旱;热带印度洋海温增暖会造成西南地区秋冬春连旱,南印度洋西部海温增暖对华南地区秋冬连旱发生有影响。El Niño事件对西北和西南地区秋季干旱影响较大,而La Niña事件则对华北地区秋冬连旱和华东地区秋冬春连旱影响较大。

2 面临的科学问题及展望

从上文总结的我国不同区域和不同时段气象干旱成因的已有研究成果看到,相较于单因子对气象干旱的影响,多因子协同、叠加作用对气象干旱形成的影响研究还有待进一步加强,在未来我国气象干旱成因研究中需要关注以下科学问题。

(1)在空间范围上,气象干旱的发生发展表现出区域性特点,分析气象干旱成因时,要针对不同地区的气候特点,抓住影响该地区气象干旱的主要气候内部因子和外强迫因子,寻找与气象干旱发生相匹配的影响因子。

(2)在时间尺度上,气象干旱具有多时间尺度特征,有些较轻的干旱只是单一时间尺度的干旱事件,而重大干旱事件大多具有持续性,需对气象干旱进行多时间尺度叠加背景下的细化研究,从而把握多尺度叠加的干旱事件影响因子。

(3)气象干旱往往不是单一因子影响形成,通常是多因子相互作用、相互影响的结果,因此认清气象干旱形成的多因子协同作用,并量化不同因子对气象干旱形成的贡献率,是当前面临的关键科学问题。

(4)气象干旱不同于农业干旱和社会经济干旱具有社会属性,虽然人类活动对气象干旱也有影响,但气候变化的影响更直接。研究气象干旱成因的目的是为了干旱预警并应用和服务于防旱抗旱,因此需要开展气象干旱引起的其他类型干旱及其灾害的致灾机理及其成因研究。

我国是干旱灾害发生频率高且影响程度重的国家之一,认识干旱的形成原因并探索其机理,对干旱监测预警能力及干旱灾害风险评估技术的提高有重要参考价值。以往研究在西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术方面,考虑多时间尺度干旱的叠加效应和耦合作用,建立了多因子协同、多时间尺度集成的干旱预测系统,提高了重大干旱事件的可预测性(张强等, 2015)。在干旱频发的南方地区也开展了诸多的干旱成因分析,强调气温升高、区域降水减少、土壤湿度和植被覆盖度降低等因素加剧了干旱程度(钱维宏和张宗婕, 2012;韩兰英等, 2014;韩兰英等, 2019)。从科学发展趋势和更好满足社会服务需求的角度,张强等(2020)提出了干旱技术发展面临的主要科学挑战及未来科学发展途径;从创新水资源开发利用途径与管理等角度,程国栋等(2006)提出了提高气候变化的地区适应性和区域水-经济系统旱灾抵御能力的对策与建议。而对干旱灾害风险形成机理概念模型的完善,则为南方干旱灾害的风险管理和防御提供了科学依据(张强等,2017)。干旱长期以来一直是我国的重要研究课题,但由于我国气候类型多样,不同区域气候差异大,特别是降水分布极不均匀,地形、地貌、植被和土壤结构差异也十分明显,未来还需开展较为精确的分区域干旱成因的研究,以满足不同区域在实际干旱防御中的不同要求,这与国家防灾减灾能力的提升和国家治理能力现代化的需求相适应。

3 结束语

我国的干旱研究在干旱的成因、时空分布规律、灾害形成机理和干旱影响特征等方面取得了许多重要成果,但对影响干旱形成的因子探究还不够透彻,大多只是从单个因子或某几个因子各自的作用去认识,而对多因子之间协同作用的研究却远远不足。虽然针对不同区域、不同时间尺度的气象干旱形成原因已有较多研究,但大多数只是定性分析,缺乏多因子之间相互作用的定量分析与评估。因此,未来有望在定量分析同一区域(或同一时段)干旱影响因子之间的关系及多种因子之间的协同作用上取得创新性成果;对不同区域(或不同时段)影响干旱形成的同一种因子在其影响区域(或影响时段)的作用进行量化处理,以获得同一种干旱影响因子的区域(或时段)性定量差异,即给出不同区域不同阶段的影响因子对干旱形成的贡献率。另外,以往研究对某些季节性干旱的形成原因,也没有取得系统性的分析结论,仍需开展进一步研究。

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华北地区夏季降水在20世纪70年代中期以后进入年代际偏少阶段,表现出明显的干旱化趋势。华北干旱加剧具有特殊的大气环流背景,主要表现为在20世纪70年代中期以后亚洲大陆东部的热低压减弱,同时对流层低层到高层东亚夏季风环流减弱。这种异常的大气环流背景主要是由海陆热力差异和北极涛动的年代际变化造成的。近二十几年来,北极涛动维持在高指数位相是导致东亚地区大气环流异常的重要原因,并由此造成了华北干旱的加剧。

琚建华, 吕俊梅, 谢国清, , 2011.

MJO和AO持续异常对云南干旱的影响研究

[J]. 干旱气象, 29(4): 401-406.

[本文引用: 1]

热带季节内振荡和北极涛动的持续异常会对全球大气环流产生影响,同样会对东亚地区的旱涝造成影响。本文针对云南及周边地区近年来频繁出现的极端干旱事件进行了分析。发现当热带大气季节内振荡(MJO) 和北极涛动(AO) 两者持续异常时,会对云南的降水产生影响。2009 /2010 秋、冬、春3 季连旱就是由MJO 和AO 出现极端异常(MJO 异常不活跃; AO 异常偏弱) 造成的。2011 年云南主汛期极端伏旱的产生则是由于MJO 持续不活跃和西太平洋高压脊异常偏北造成的。

蓝天, 霍利微, 王冀, , 2021.

2011年夏季西南极端干旱事件及其成因

[J]. 大气科学学报, 44(6): 927-937.

[本文引用: 2]

李维京, 赵振国, 李想, , 2003.

中国北方干旱的气候特征及其成因的初步研究

[J]. 干旱气象, 21(4): 1-5.

[本文引用: 1]

文中重点分析了我国北方干旱气候的基本特征.并从影响中国气候异常的主要因子初步探讨了干旱的成因。指出在全球与东亚区域气候变暖的背景下.主要影响因子的年际异常变化和年代际振荡是我国干旱气候形成的主要原因。

李耀辉, 李栋梁, 赵庆云, 2000.

中国西北春季降水与太平洋秋季海温的异常特征及其相关分析

[J]. 高原气象, 19(1): 100-110.

[本文引用: 1]

利用中国西北五省(区)89个测站的1960~1994年历年春季(3~5月)的月、季总降水量和北太平洋10°S~50°N,120°E~80°W范围内的秋季(9~11月)平均海表温度,通过EOF,REOF,SVD等方法,对我国西北地区春季降水和前期秋季太平洋海温的异常特性以及两者之间的空间遥相关特征进行了统计分析。结果表明,秋季北太平洋SSTA的主要型态是El Niño/La Niña分布型,其次是副热带太平洋海温东西反相变化的异常型态,而最强的异常信号区位于赤道中东太平洋。大范围区域性异常是中国西北地区春季降水的主要空间分布特征。另外还有南北反相和东西反相分布型。西北地区春季降水有5个主要异常区域:高原东部边缘区、西北东部区、北疆区、青海高原区、南疆东部及河西区。秋季赤道中东太平洋SSTA与次年春季西北地区区域性降水异常之间有较为明显的正相关关系,这种关系在两者的其它空间关系中是第一位的。副热带太平洋海温东正(负)西负(正)异常空间型态与西北东部的降水负(正)异常相对应。另外,秋季El Niño/La Niña之后的次年3月和5月,中国西北地区降水普遍以偏多/偏少为主,而4月份则相反,表现为高原东部边缘区的降水异常偏少/偏多。

李忆平, 张金玉, 岳平, , 2022.

2022年夏季长江流域重大干旱特征及其成因研究

[J]. 干旱气象, 40(5): 733-747.

DOI      [本文引用: 3]

干旱是影响范围最广的自然灾害之一。2022年夏季发生在长江流域的异常高温干旱事件不仅强度大,而且持续时间长,是一次罕见的重大干旱事件,对我国的社会经济造成了十分严重的影响。鉴于这次事件的极端性,本文在客观分析此次事件演变特征的基础上,揭示大气环流和外强迫异常对此次高温干旱的可能影响。研究发现,气象干旱指数及土壤湿度监测结果一致表明本次旱情从6月开始出现,7月迅速发展,进入8月后范围进一步扩展、强度进一步加剧。与此同时,流域内整体气温偏高,部分地区高温日数超过40 d。此外,夏季整个流域的蒸散量距平是1960年以来的历史第二高值(仅次于2013年高温伏旱),进一步加剧了长江流域的水分亏缺程度。从环流特征来看,夏季西太平洋副热带高压异常偏强西伸、极涡面积偏小及强度偏弱、南亚高压偏强东移,共同导致长江流域的水汽输送条件偏弱、下沉气流盛行,使得整体条件不利于降水发生。而前期拉尼娜事件的持续、印度洋偶极子负位相的出现以及春季青藏高原西北部积雪负异常的持续,可能是导致今年夏季环流异常的主要外强迫因子。

李新周, 马柱国, 刘晓东, 2006.

中国北方干旱化年代际特征与大气环流的关系

[J]. 大气科学, 30(2): 277-284.

[本文引用: 1]

廖铭燕, 韦小雪, 潘春江, 2017.

东亚夏季风与华南秋旱的关系分析

[J]. 中国人口·资源与环境, 27(增刊2): 66-69.

[本文引用: 1]

廖要明, 张存杰, 2017.

基于MCI的中国干旱时空分布及灾情变化特征

[J]. 气象, 43(11): 1 402-1 409.

[本文引用: 1]

刘小龙, 虞美秀, 2015.

中国近60年干旱演变特征分析

[J]. 干旱区资源与环境, 29(12): 177-183.

[本文引用: 1]

罗连升, 徐敏, 何冬燕, 2019.

2000年以来淮河流域夏季降水年代际特征及大气环流异常

[J]. 干旱气象, 37(4): 540-549.

[本文引用: 1]

罗哲贤, 2003.

西北干旱研究的若干问题

[J]. 干旱气象, 21(4): 55-58.

[本文引用: 1]

文中简要叙述了西北干旱研究背景的变化.西北干旱几类强讯号的研究框架.以及十i五期间干旱研究的部分新进展。

吕星玥, 荣艳淑, 石丹丹, 2019.

长江中下游地区2010/2011年秋冬春连旱成因再分析

[J]. 干旱气象, 37(2): 198-208.

[本文引用: 3]

马鹏里, 韩兰英, 张旭东, , 2019.

气候变暖背景下中国干旱变化的区域特征

[J]. 中国沙漠, 39(6): 209-215.

[本文引用: 1]

马柱国, 2007.

华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系

[J]. 科学通报, 52(10): 1 199-1 206.

[本文引用: 2]

马柱国, 任小波, 2007.

1951—2006年中国区域干旱化特征

[J]. 气候变化研究进展, 3(4): 195-201.

[本文引用: 1]

倪深海, 顾颖, 彭岳津, , 2019.

近七十年中国干旱灾害时空格局及演变

[J]. 自然灾害学报, 28(6): 176-181.

[本文引用: 1]

庞晶, 覃军, 2013.

西南干旱特征及其成因研究进展

[J]. 南京信息工程大学学报(自然科学版), 5(2): 127-134.

[本文引用: 1]

裴文涛, 陈栋栋, 薛文辉, , 2019.

近55年来河西地区干旱时空演变特征及其与ENSO事件的关系

[J]. 干旱地区农业研究, 37(1): 250-258.

[本文引用: 2]

裴源生, 蒋桂芹, 翟家齐, 2013.

干旱演变驱动机制理论框架及其关键问题

[J]. 水科学进展, 24(3): 449-456.

[本文引用: 1]

齐乐秦, 粟晓玲, 冯凯, 2020.

西北地区多尺度气象干旱对环流因子的响应研究

[J]. 干旱区资源与环境, 34(1): 106-114.

[本文引用: 1]

钱维宏, 张宗婕, 2012.

西南区域持续性干旱事件的行星尺度和天气尺度扰动信号

[J]. 地球物理学报, 55(5): 1 462-1 471.

[本文引用: 1]

钱正安, 吴统文, 吕世华, , 1998.

夏季西北干旱气候形成的数值模拟——高原地形和环流场等的影响

[J]. 大气科学, 22(5): 753-762.

[本文引用: 1]

乔钰, 周顺武, 马悦, , 2014.

青藏高原的动力作用及其对中国天气气候的影响

[J]. 气象科技, 42(6): 1 039-1 046.

[本文引用: 1]

全国气象防灾减灾标准化技术委员会, 2018. 中国气象产品地理分区:GB/T 36109—2018[S]. 北京: 中国标准出版社.

[本文引用: 1]

任国玉, 郭军, 徐铭志, , 2005.

近50年中国地面气候变化基本特征

[J]. 气象学报, 63(6): 942-956.

[本文引用: 1]

沙天阳, 徐海明, 邹松佐, 2013.

中国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因分析

[J]. 大气科学学报, 36(5): 593-603.

[本文引用: 1]

沈晓琳, 祝从文, 李明, 2012.

2010年秋、冬季节华北持续性干旱的气候成因分析

[J]. 大气科学, 36(6): 1 123-1 134.

[本文引用: 1]

石媛媛, 纪永福, 张恒嘉, , 2021.

民勤荒漠绿洲干旱影响因子及驱动机制研究

[J]. 水生态学杂志, 42(4): 18-25.

[本文引用: 1]

陶亦为, 孙照渤, 李维京, , 2011.

ENSO与青藏高原积雪的关系及其对我国夏季降水异常的影响

[J]. 气象, 37(8): 919-928.

[本文引用: 1]

外力·吾甫尔, 严佩文, 黄丹青, 2020.

华南地区秋季无降水日的变化特征及其与海温的联系

[J]. 热带气象学报, 36(1): 108-114.

[本文引用: 2]

王大勇, 陈颖, 张冬峰, , 2021.

2019年5—8月山西省中南部严重干旱气候特征及其成因分析

[J]. 高原气象, 40(5): 1 127-1 135.

[本文引用: 2]

王劲松, 李耀辉, 王润元, , 2012.

我国气象干旱研究进展评述

[J]. 干旱气象, 30(4): 497-508.

[本文引用: 1]

近几十年来,在全球变化和社会经济高速发展的影响下,全球环境问题尤为突出。其中最为严峻的问题之一是干旱的频繁发生。干旱已经成为全球性的问题,由干旱,尤其是重大干旱灾害所引起的水资源匮乏、粮食危机、生态恶化(如荒漠化等) ,直接威胁到国家的长期粮食安全和社会稳定。针对这些问题,本文介绍了国家对干旱研究的需求和近年来在干旱研究领域的主要科技进展,提出了目前干旱研究领域存在争议的问题、以及面对国家需求应解决的关键科学问题。并对未来5 ~ 10 a该领域的发展趋势进行了简要分析。

王劲松, 姚玉璧, 王莺, , 2022.

青藏高原地区气象干旱研究进展与展望

[J]. 地球科学进展, 37(5): 441-461.

DOI      [本文引用: 1]

青藏高原是承受自然灾害脆弱性较高的地区。该区域经常遭受雪灾、干旱、大风、雷电、冰雹和洪涝等气象灾害的危害,其中,干旱是该区域除雪灾外影响最为严重的气象灾害。随着气候变化和人类活动的加剧,青藏高原由气象灾害造成的损失不断加剧。为此,着眼于青藏高原的区域特点,对其气象干旱研究现状进行了梳理与分析,系统总结了青藏高原气象干旱的主要研究成果,揭示了青藏高原气象干旱时空分布的基本特征:干旱的高发区在高原的北部、东北部、西南部和东南部,高发时段为1980年代和2000年代;归纳了青藏高原气象干旱监测和预测的主要技术方法:基于干旱指数开展的干旱监测评估和基于干旱影响因子利用气候模式进行的干旱预测;给出了青藏高原干旱灾害风险的发生规律:青藏高原东北部偏南地区是农牧业干旱灾害的高风险区,东北部、西南部和东南部是较高风险区;高寒草原比高寒草甸面临的干旱灾害风险高。基于数值模式和未来情景,预估21世纪青藏高原气温升高、降水增加;但由于降水增加表现出明显的时空分布不均匀性,未来发生季节性和区域性气象干旱的可能性仍然很大;同时,提出了青藏高原气象干旱研究在资料、技术方法和模式应用等方面存在的问题,并结合国际前沿,展望了青藏高原气象干旱未来研究需关注的关键科学问题和技术领域。

王闪闪, 王素萍, 冯建英, 2016.

2015年全国干旱状况及其影响与成因

[J]. 干旱气象, 34(2): 382-389.

DOI      [本文引用: 1]

2015年(2015年3月至2016年2月),我国华北、黄淮、西北地区东部、内蒙古、东北以及西南等地存在不同程度的旱情。主要存在2个明显的干旱中心区,分别是华北、黄淮、西北地区东部、内蒙古、东北大部组成的北方旱区和西南旱区。其中,北方旱区伏秋旱较严重,西南旱区主要是夏旱。各旱区农业、人畜饮水等受到不同程度的影响。2015年受厄尔尼诺现象影响,东亚&mdash;西北太平洋大气环流发生异常,东亚大槽偏强偏东、西太副高位置偏东,我国北方盛行西北风且西南暖湿气流无法到达北方,导致我国北方干旱严重;而西南地区气压表现为大范围正距平,西南涡减弱和高原地区的反气旋增强,从而造成该地区出现干旱。

王闪闪, 王素萍, 冯建英, 2017.

2016年全国干旱状况及其影响与成因

[J]. 干旱气象, 35(2): 342-351.

DOI      [本文引用: 2]

2016年我国内蒙古东部、黑龙江西部、吉林西部、青海南部、甘肃河东、川西高原北部、陕西南部、华北大部、黄淮东部、江南东北部、云南西北部、广西西部等地都出现了不同程度的干旱。旱区主要有4个:内蒙东部及黑龙江和吉林两省西部组成的东北旱区,以夏旱为主;青海南部、甘肃东南部、陕西西南部以及四川北部组成的西北旱区,8月最为严重;由西北地区东南部、华北大部、黄淮、江汉以及江南东部等组成的中东部旱区,主要发生在春季和夏末秋初;由四川盆地中部、川西高原和华南中西部组成的南部旱区,主要是秋旱。2016年我国旱情发生发展的主要原因是降水较常年异常偏少,北半球高空大范围温度持续偏高也在一定程度上加剧了干旱程度。分析表明,贝加尔湖以及中国大部地区较长时间的暖性异常高压维持是造成我国2016年干旱频发的主要原因,其中夏季东北地区或贝加尔湖地区异常反气旋配合盛行下沉运动、干燥西北风及大量水汽辐散,是我国东北和西北地区发生严重夏旱的主导因素。

王素萍, 段海霞, 冯建英, 2010.

2009/2010年冬季全国干旱状况及其影响与成因

[J]. 干旱气象, 28(1): 107-112.

[本文引用: 1]

2009 /2010年冬季,除东北大部及内蒙古东部、新疆北部气温偏低外,全国其余大部分地区气温较常年同期偏高1~2 ℃;西南大部、西北地区中部和东南部、华北中南部、黄淮西北部及湖北西部、湖南西部等地降水偏少3~8成;云南、广西、贵州、西藏、四川、甘肃、青海、陕西、安徽以及河南等省份存在不同程度的旱情,西南地区旱情尤为严重。持续发展的干旱给旱区各省农作物造成严重影响。同时,干旱还造成人及牲畜饮水困难、湖泊及水库干涸、部分河流水位持续下降、森林及草原火险气象等级居高不下。 

王文, 许金萍, 蔡晓军, , 2017.

2013年夏季长江中下游地区高温干旱的大气环流特征及成因分析

[J]. 高原气象, 36(6): 1 595-1 607.

[本文引用: 1]

王晓丹, 张勃, 马彬, , 2022.

基于日值SPEI东北地区近58 a干旱时空演变特征

[J]. 高原气象, 41(3): 721-732.

DOI      [本文引用: 1]

王晓敏, 周顺武, 周兵, 2012.

2009/2010年西南地区秋冬春持续干旱的成因分析

[J]. 气象, 38(11): 1 399-1 407.

[本文引用: 1]

王芝兰, 李耀辉, 王劲松, , 2015.

SVD分析青藏高原冬春积雪异常与西北地区春、夏季降水的相关关系

[J]. 干旱气象, 33(3): 363-370.

DOI      [本文引用: 1]

基于1971~ 2010年青藏高原70余个气象台站逐日积雪深度资料和西北地区春、 夏季降水日资料,利用奇异值分解(SVD)方法分析了高原冬春积雪深度分别与西北地区春季、 夏季降水的关系。结果表明: 高原冬春积雪异常与西北地区春、 夏季降水存在显著相关, 冬春积雪深度的变化对后期春、 夏季西北地区降水有指示和预测意义。高原冬春积雪深度异常对西北地区春、 夏季降水主要以正反馈为主,但影响的关键区有所不同。高原冬春积雪中部偏多时, 春季降水在陇东南、 宁夏及陕西地区显著偏多;夏季降水在陇东南及宁夏西部显著偏多。从高原多雪年与少雪年的角度出发, 分析了西北地区降水的差异, 表明高原冬春积雪偏多, 春季西北大部地区降水偏多, 北疆偏少; 夏季在南疆、 甘肃中部、 青海大部及陕西降水偏多, 尤其陕西南部地区增多显著, 北疆、 肃北及陇东部分地区降水偏少。

魏凤英, 张婷, 2009.

东北地区干旱强度频率分布特征及其环流背景

[J]. 自然灾害学报, 18(3): 1-7.

[本文引用: 2]

卫捷, 张庆云, 陶诗言, 2003.

近20年华北地区干旱期大气环流异常特征

[J]. 应用气象学报, 14(2): 140-151.

[本文引用: 1]

吴爱敏, 2008.

西北地区伏期干旱特征及影响因子分析

[J]. 中国沙漠, 28(3): 572-578.

[本文引用: 2]

谢金南, 卓嘎, 2000.

台风活动对青藏高原东北侧干旱的影响

[J]. 高原气象, 19(2): 244-252.

[本文引用: 1]

应用1959~1996年青藏高原东北侧58个站历年逐月降水量资料,历年(1950~1996年)逐月西太平洋台风资料及500 hPa高度格点资料,分析了台风活动对高原东北侧干旱的影响。结果指出:少台风活动年与干旱环流流型及高原东北侧干旱之间,多台风活动年与多雨环流流型及高原东北侧多雨之间,均存在着对应关系。

徐国昌, 张志银, 1983.

青藏高原对西北干旱气候形成的作用

[J]. 高原气象, 2(2): 9-16.

[本文引用: 1]

本文利用1960-1969年10年平均高空风资料,对青藏高原及其邻近地区1、4、7、10月的平均流场、涡度场、散度场及垂直速度场进行了计算。文中还讨论了高原边界层内摩擦作用对这些物理量分布的影响;发现垂直速度与降水量分布配合得很好。作者初步认为青藏高原的动力作用对西北干旱气候的形成有重要影响。

闫昕旸, 张强, 闫晓敏, , 2019.

全球干旱区分布特征及成因机制研究进展

[J]. 地球科学进展, 34(8): 826-841.

DOI      [本文引用: 1]

干旱区生态环境极其脆弱,对气候响应极其敏感,继续开展该区域气候及其影响机制研究,对于更深入地认识干旱区气候成因,进而更好地做出干旱区气候预测具有重要的科学意义。从干旱区划分、干旱区气候成因及其变化等几个方面归纳和总结了近几十年来国内外部分研究进展:目前较准确的干旱区划分方法是干旱指数法,可将全球划分为八大干旱区;干旱区气候形成是多个因素共同影响的结果,共有Hadley环流、大地形、陆气相互作用、沙尘气溶胶、海气相互作用、全球变暖等六大类影响因素;各大干旱区干湿差异明显,北非、中蒙等干旱区干旱化趋势严重,而美国中西部干旱区呈湿润化趋势。目前仍存在一些亟待解决的科学问题:各干旱区对全球增温的响应差异性较大,干旱区气候预测既是重点又是难点;青藏高原隆升对中蒙旱区影响巨大,目前这方面的数值模式分辨率不够高,边界条件不够精确,需进一步完善;各干旱区气候成因及其不同干湿变化趋势的原因,目前没有公认的定论,尚不能定量区分各影响因素对干旱区气候演变过程中的相对贡献及其响应过程。

晏红明, 程建刚, 郑建萌, , 2012.

2009年云南秋季特大干旱的气候成因分析

[J]. 大气科学学报, 35(2): 229-239.

[本文引用: 1]

杨辉, 宋洁, 晏红明, , 2012.

2009/2010年冬季云南严重干旱的原因分析

[J]. 气候与环境研究, 17(3): 315-326.

[本文引用: 2]

杨龙, 赵景波, 2012.

ENSO事件对河西走廊气候与气候灾害的影响

[J]. 干旱区研究, 29(6): 949-955.

[本文引用: 1]

姚蕊, 夏敏, 孙鹏, , 2021.

淮河流域干旱时空演变特征及成因

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叶天, 2021. 中国区域性干旱特征及形成机理[D]. 南京: 南京信息工程大学.

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叶天, 余锦华, 叶梦茜, , 2021.

中国区域性骤发干旱特征分析

[J]. 气象科学, 41(3): 295-303.

[本文引用: 1]

臧迪, 郑有飞, 张顾炜, 2021.

近60年华北春季干旱特征及其与北大西洋海表温度的关系

[J]. 大气科学学报, 44(3): 451-460.

[本文引用: 1]

张存杰, 高学杰, 赵红岩, 2003.

全球气候变暖对西北地区秋季降水的影响

[J]. 冰川冻土, 25(2): 157-164.

[本文引用: 1]

张良, 王素萍, 张宇, , 2018.

2018年春季全国干旱状况及其成因分析

[J]. 干旱气象, 36(3): 529-534.

DOI      [本文引用: 1]

2018年春季,我国旱情总体较为严重,区域性特征明显。旱区主要位于华南大部、江南南部、西南中部、华北东南部和东北北部地区,除东北旱情较轻外,其余旱区以重到特旱为主。降水严重偏少(多时段仅为同期1~4成)和高温长时间持续(多时段较同期偏高2~4 ℃)是受旱严重区域的主要特征。东亚季风偏弱和西太副高位置偏南是造成今春干旱的主要原因。3月下旬至5月下旬,东亚夏季风较往年持续偏弱,并与副高位置持续偏南共同作用,使东部和南部海洋上空的水汽春季不利于输送到华南、江南和华北地区,造成干旱持续发展。而西南地区3月受高压系统控制旱情较重,4至5月随降水增多,旱情得到有效缓解,干旱面积呈不断减少趋势。

张蓬勃, 姜有山, 刘蕾, , 2015.

1971—2011年江苏持续干旱过程的对比分析

[J]. 高原气象, 34(2): 444-454.

DOI      [本文引用: 1]

在近40年江苏降水异常机理分析的基础上, 利用江苏月降水量资料和NCEP/NCAR 逐月再分析资料对2010/2011年江苏秋冬春连旱与近40年的3次连旱过程进行了对比分析.结果表明, 1980/1981年干旱持续时间最长, 2010/2011年干旱程度最强。从气象要素分析来看, 2010/2011年干旱的对流层大气干燥程度、下沉运动的剧烈程度都较强, 且持续时间较长。1980/1981年和2010/2011年北半球500 hPa高度场上, 亚洲中高纬地区主要表现为"东低西高"的距平分布型, 贝加尔湖以西阻塞形势发展, 东亚大槽加深且维持, 东亚冬季风偏强, 北方冷空气南下频繁, 冷空气一方面阻碍了南方暖湿气流的输送, 另一方面使得空气更干燥。海温异常分布为La Nina型, 赤道中东太平洋和中国东部沿海附近海温表现为负异常, 而中西太平洋海温表现为正异常, 这样的海温分布特征有利于形成欧亚地区"东低西高"环流型。与上述两次连旱过程相比, 1998/1999年和2008/2009年干旱程度略轻, 大气背景场和海温异常分布存在差异。

张强, 韩兰英, 张立阳, , 2014.

论气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险特征与管理策略

[J]. 地球科学进展, 29(1): 80-91.

DOI      [本文引用: 1]

干旱是全球影响最广泛的自然灾害, 给人类带来了巨大的危害, 近百年气候显著变暖使干旱灾害及其风险问题更加突出。目前, 对干旱和干旱灾害风险的内在规律理解并不全面, 对气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险的表现特征认识也比较模糊。在系统总结国内外已有干旱和干旱灾害风险研究成果的基础上, 归纳了干旱灾害传递过程的基本规律及干旱灾害的本质特征, 综合分析了干旱灾害风险关键要素的主要特点及其相互作用关系, 讨论了气候变暖对干旱和干旱灾害风险的影响特点, 探讨了干旱灾害风险管理的基本要求。在此基础上, 提出了干旱灾害防御的主要措施及干旱灾害风险管理的重点策略。

张强, 2022.

科学解读“2022年长江流域重大干旱”

[J]. 干旱气象, 40(4): 545-548.

DOI      [本文引用: 2]

今年从6月开始持续到目前的整个长江流域的干旱事件,不仅对农业和能源等各方面影响十分严重,而且干旱发展过程和影响特征还表现出许多与以往不同的独特性,对其进行科学分析十分必要。鉴于此,该文试图在科学与科普同时兼顾的基础上,分别从新常态与反常态两个视角,从干旱的表现特征、形成机制、影响特点及从中得到的启示与思考等方面,对当前还在肆虐的2022年长江流域严重干旱事件进行一些简单的科学解读,以促进社会公众对此次干旱事件的科学认识。

张强, 姚玉璧, 李耀辉, , 2020.

中国干旱事件成因和变化规律的研究进展与展望

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中国西北地区干旱气象灾害监测预警与减灾技术研究进展及其展望

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干旱灾害是制约中国西北地区社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然灾害,而且随着气候变暖西北地区极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。 &#x0201c;中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术研究&#x0201d;成果是在数十个国家级科研项目的支持下,经过过去20年的理论研究和应用技术开发所取得的一系列创新性成果。该成果对西北干旱形成机理及重大干旱事件发生、发展的规律取得了新认识,尤其是发现了形成西北干旱环流模态的4种主要物理途径;研制了西北干旱预测的新指标、干旱监测的新指数及监测农田蒸散的新设备,明显提高了干旱监测准确性和针对性;提出了山地云物理气象学新理论,研发了水源涵养型国家重点生态功能区&#x02014;&#x02014;祁连山空中云水资源开发利用技术;发现了干旱半干旱区陆面水分输送和循环的新规律,揭示了绿洲自我维持的物理机制;认识了干旱气候变化对农业生态系统影响的新特征,建立了旱作农业对干旱灾害的响应关系;开发了旱区覆膜保墒、集雨补灌、垄沟栽培、适[JP2]宜播期等应对气候变化的减灾技术,为西北实施种植制度、农业布局及结构调整和农业气候资源高效利用提供了科学方案。该成果的完成提升了中国干旱防灾减灾技术水平,培养了中国干旱气象科技队伍,推进了西北地区干旱气象业务服务能力,对西北地区社会经济发展、农业现代化和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。在此基础上,展望了西北地区干旱气象科学研究中迫切需要、有可能突破的主要领域。

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2017年全国干旱状况及其影响与成因

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2017年我国主要存在2大干旱区,分别是内蒙古中东部、东北、华北以及黄淮旱区和西南旱区。其中,内蒙古中东部、东北、华北以及黄淮旱区的旱情主要出现在春末至秋初时段,5&mdash;8月旱情最为严重,该时段区域内有43.4%的站点有旱,5.9%的站点有重到特旱;西南旱区多为阶段性的局地旱情,夏季干旱程度较重,旱情最严重的6月区域内有30.8%的站点有旱,13.1%的站点有中度以上旱情,3.7%的站点有重旱,而冬季干旱范围较广,旱区范围最广的12月区域内有46.4%的站点有旱。总体来说,2017年春、夏季欧亚大陆上空槽脊位置异常,以及西太平洋副热带高压位置偏南且异常西伸,是春、夏季内蒙古东部以及东北西部干旱事件的主要成因;秋、冬季,西太平洋副热带高压位置偏南,水汽条件异常是西南地区旱情的主要成因。关键词:2017年;干旱状况;干旱演变;影响;成因

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