• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2025, 43(3): 355-365 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0355

论文

川渝地区夏季气象干旱差异及大气环流成因分析

何慧根,1, 张驰,1, 成青燕2, 李永华1, 甘薇薇3, 金燕4

1.中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室,重庆市气候中心,重庆 401147

2.成都市气象局,四川 成都 611133

3.四川省气候中心,四川 成都 610072

4.云南省气候中心,云南 昆明 650034

Analysis on differences of characteristics and atmospheric circulation causes of meteorological drought during summer in Sichuan-Chongqing region

HE Huigen,1, ZHANG Chi,1, CHENG Qingyan2, LI Yonghua1, GAN Weiwei3, JIN Yan4

1. CMA Key Open Laboratory of Transforming Climate Resources to Economy, Chongqing Climate Center, Chongqing 401147, China

2. Chengdu Meteorological Bureau, Chengdu 611133, China

3. Sichuan Climate Center, Chengdu 610072, China

4. Yunnan Climate Center, Kunming 650034, China

通讯作者: 张驰(1984—),男,四川自贡人,主要从事气候监测和气候变化研究。E-mail:alex_zhang34@163.com

责任编辑: 邓祖琴;校对:王涓力

收稿日期: 2024-07-2   修回日期: 2024-10-14  

基金资助: 中国气象局创新发展专项(CXFZ2022J031)
中国气象局复盘总结专项(FPZJ2024-110)
中国气象局气象能力提升联合研究专项(22NLTSZ005)
及高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室科技发展基金项目(2018-青年-07)

Received: 2024-07-2   Revised: 2024-10-14  

作者简介 About authors

何慧根(1979—),男,云南大理人,正高级工程师,主要从事气候预测和气候诊断研究。E-mail:hhg0258@163.com

摘要

为揭示川渝地区夏季气象干旱的时空差异及其大气环流成因,基于1981—2023年四川和重庆188个气象站观测资料及气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI)分析四川和重庆夏季干旱的时空演变特征,并结合美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)逐月再分析资料及气候系统监测指数资料,从环流形势、水汽输送、西风急流及垂直运动等方面探讨干旱形成机制。结果表明,川渝地区干旱具有同步性强、区域差异显著的特征,四川干旱主要集中在6月和8月,重庆则在7—8月较重;川渝干旱中心主要位于四川盆地,四川东部与重庆表现出一定协同性,川西高原干旱相对较轻。典型干旱年,南亚高压偏强偏北,副热带高压异常偏北,700 hPa水汽输送减弱,区域受下沉运动控制,造成降水显著偏少。不同干旱类型年份的环流异常结构存在显著差异,是干旱空间差异的主要原因。

关键词: 气象干旱; 大气环流; 川渝地区

Abstract

To reveal the spatio-temporal differences and atmospheric circulation causes of summer meteorological drought in the Sichuan-Chongqing region, based on daily observational data and meteorological drought composite index (MCI) of 188 meteorological stations in Sichuan and Chongqing during 1981-2023, the spatio-temporal evolution characteristics of summer drought in Sichuan and Chongqing are analyzed. In addition, monthly reanalysis data from the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) and climate system monitoring indices are employed to investigate the drought formation mechanisms from the perspectives of circulation patterns, water vapor transport, westerly jet streams, and vertical motion. The results show that droughts in the Sichuan-Chongqing region exhibit strong synchronicity and significant regional differences. Drought in Sichuan mainly concentrates in June and August, while that in Chongqing is more severe from July to August. The drought centers are primarily located in the Sichuan Basin, with a certain degree of synchrony between eastern Sichuan and Chongqing, whereas the drought in the western Sichuan Plateau is relatively weak. During typical drought years, the South Asian High moves northward and strengthens, the Western Pacific Subtropical High is abnormally located further north, water vapor transport at 700 hPa is weakened, and the region is controlled by subsidence motion, resulting in significantly less precipitation. Distinct atmospheric circulation anomalies in different types of drought years are the main cause of the spatial variability of drought in the region.

Keywords: meteorological drought; atmospheric circulation; Sichuan and Chongqing region

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本文引用格式

何慧根, 张驰, 成青燕, 李永华, 甘薇薇, 金燕. 川渝地区夏季气象干旱差异及大气环流成因分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(3): 355-365 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0355

HE Huigen, ZHANG Chi, CHENG Qingyan, LI Yonghua, GAN Weiwei, JIN Yan. Analysis on differences of characteristics and atmospheric circulation causes of meteorological drought during summer in Sichuan-Chongqing region[J]. Arid Meteorology, 2025, 43(3): 355-365 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-03-0355

0 引 言

干旱是一个缓慢积累的过程,不仅与近期降水状况密切相关,还受到前期降水累积效应、土壤水分变化等因素的影响。干旱爆发后,地表热容量降低,地面温度升高,陆面向大气输送的感热明显增加,导致凝结高度上升、大气边界层抬升,大气湿静力降低,有效抑制对流降水(Ren et al.,2021)。在此过程中,大气边界层整体变干,陆地蒸发潜力加大,土壤含水量快速消耗,进一步加剧干旱的持续和发展。长期干旱不仅会导致水资源短缺,还可能加剧荒漠化和沙尘暴的发生,对生态环境、社会经济,特别是农业生产造成巨大损失(王劲松等,2022)。

在中国,干旱灾害占农作物受灾总面积的55%(张庆云等,2008),每年因干旱造成的粮食减产约占气象灾害造成粮食总损失的50%,干旱造成的经济损失占全国GDP年平均的0.16%~0.23%(Su et al.,2018)。2004—2015年,我国每年因干旱造成的直接经济损失平均达640.7亿元人民币,仅次于暴雨洪涝(廖要明和张存杰,2017)。在全球变暖背景下,我国干旱高发区自20世纪80年代以来逐步向西南、西北西部和华北北部转移(祁海霞等,2011),干旱影响范围持续扩大(张强等,2015a)。进入21世纪,西南地区“暖干化”趋势加剧(苏秀程等,2014),干旱区域占西南地区总面积的30%左右(姚玉璧等,2015),干旱频率呈现出西部高、东部低的带状分布特征(王明田等,2012),尤其是复合型高温干旱事件频次、强度及影响范围显著增加(武新英等,2021)。

川渝地区地处青藏高原与中国东部平原过渡地带,地形复杂,涵盖高原、盆地和丘陵,是气候变化的敏感区、脆弱区和关键区。近年来,干旱频次明显增加,如2006、2011及2022年均发生严重高温干旱事件,造成严重损失(彭京备等,2007;李永华等,2009;孙昭萱等,2022)。相关研究也逐渐增多,如齐冬梅等(2017)将四川干旱划分为6个空间型,巫娜等(2014)指出四川盆地夏季干旱频率最高且呈上升趋势。近年来研究发现,四川极端高温干旱具有准2 a周期(黄小梅等,2019;周斌等,2021),区域性干旱过程强度明显增强(邓彪等,2024);重庆地区整体呈变干趋势,且存在2~4 a振荡周期(张驰等,2019)。

已往研究多从大尺度气候系统出发,探讨干旱与东亚夏季风、海温异常、副热带高压等因子的关系。研究表明,中国北方干旱与东亚夏季风减弱密切相关,相关环流异常主要表现为低层反气旋增强、气旋性环流减弱(李新周等,2006)。华北地区夏季干旱常由大陆高压维持、西太平洋副热带高压(简称“西太副高”)西伸脊点偏东等造成(张庆云等,2008;邵小路等,2014)。此外,热带海温异常偏冷也影响长江中下游夏季,从而增加干旱的风险(张琼等,2003)。西南地区干旱的主要原因是降水减少,气温升高加剧干旱发展(李韵婕等,2014)。赤道中东太平洋海温异常,特别是拉尼娜事件对重庆干旱有重要影响(何慧根等,2023),尤其是中等强度拉尼娜事件更易导致干旱发生。2006年和2022年川渝干旱事件的发生与南亚高压偏强、西太副高西伸等背景环流异常密切相关(彭京备等,2007;高洁等,2023;吴遥等,2024)。

尽管已有研究在干旱成因方面取得一定成果,特别是在华北、西北等地区形成较为系统的理论框架,但对川渝地区研究仍相对薄弱。已有研究多从个例出发,缺乏对川渝地区干旱的多年序列统计、区域异同和成因机制的系统分析;且研究多以气候区作为分析单元,在实际气象灾害服务中存在一定应用障碍。近年来,川渝两地在气象灾害防御中日益强调联防联控机制,区域干旱识别、趋势监测及预警服务对行政区划尺度的响应性提出更高要求。考虑到四川东部与重庆在地形、气候和干旱响应方面既存在共性,又具差异性,本文以四川、重庆两个行政区为主要研究单元,系统分析川渝地区夏季气象干旱站次比与干旱日数的时空差异与形成机制,以期在契合灾害服务需求的基础上揭示区域干旱的共性与差异,旨在为川渝地区气象干旱的精细识别、分析及预测提供理论依据和技术支撑。

1 资料和方法

本文使用以下资料:1)国家气象信息中心提供的四川和重庆188个气象常规观测站1981—2023年逐日平均气温、降水量等资料,数据均经过质量控制,各站点位置和地形如图1所示;2)同期美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)逐月再分析资料,空间分辨率为2.5°×2.5°,包括200 hPa和500 hPa高度场、700 hPa风场和垂直速度场;3)国家气候中心提供的气候系统监测指数资料。文中气候态计算时段为1991—2020年。

图1

图1   川渝地区气象站地理位置分布及地形

Fig.1   The spatial distribution of weather stations and terrain in Sichuan and Chongqing region


据世界气象组织统计,当前常用的气象干旱指数已超过50种(张强等,2015b)。由于干旱发生的隐蔽性、形成的复杂性以及影响范围的广泛性,使得干旱指数的适应性问题在很大程度上影响干旱监测的准确性(李忆平和李耀辉,2017)。2017年中国气象局修订《气象干旱等级:GB/T 20481—2017》(全国气候与气候变化标准化技术委员会,2017),发布了气象干旱综合指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI),用于实时气象干旱监测和预警业务。MCI是对综合气象干旱指数(Drought Composite Index,CI)修订后形成的国家标准,是一种多因子融合的综合性干旱监测指标,充分考虑了前期更长时间(150 d)降水量和相对湿润度等因子的影响,能够有效表征干旱的累积效应,对重大干旱事件具有更强的响应能力。相较于其他干旱指数,MCI具有较好的适用性,能够较准确反映中国各地气象干旱程度(谢五三等,2021),其在西南地区的气象干旱监测中表现优于多种传统干旱指数(王素萍等,2015)。其计算公式如下:

MCI=Ka×(a×SPIW60+b×MI30+c×SPI90+d×SPI150)

式中:Ka为季节调节系数,根据不同季节各地主要农作物生长发育阶段对土壤水分的敏感程度确定,四川和重庆地区夏季取1.2;SPIW60为近60 d标准化权重降水指数;MI30为近30 d相对湿润度指数;SPI90为近90 d标准化降水指数;SPI150为近150 d标准化降水指数;abcd为经验权重系数。默认系数的MCI干旱监测结果在川渝地区存在系统性偏强的问题,导致干旱日数偏多。经多次灾情调查和土壤熵情对比分析,将川渝地区夏季经验权重系数设为0.3、0.5、0.3、0.2。气象干旱等级划分如下:-0.5<MCI为无旱,-1.0<MCI≤-0.5为轻旱,-1.5<MCI≤-1.0为中旱,-2.0<MCI≤-1.5为重旱,MCI≤-2.0为特旱。

文中所用的干旱日数为某个时段内出现气象干旱的总日数。

干旱站次比P的计算公式为:

P=n/N×100%

式中:n为干旱站次,N为总站次。

2 干旱的变化特征

2.1 季内干旱时空分布特征

川渝地区夏季干旱常与高温天气相互促进,尤其是重庆地区,因此夏季干旱对区域经济影响尤为严重。从图2可看出,夏季各月四川和重庆的干旱站次比和干旱日数均存在同步性强、区域差异显著的特征。四川6月的干旱站次比最高,约为32.0%,其次是8月(30.4%),7月最低。而重庆则在8月干旱站次比最高,达36.7%,其次是7月,6月最低,仅为26.1%。横向比较两地区,四川在6月的干旱站次比高于重庆,而在7月和8月,重庆的干旱站次比则高于四川,尤其是8月差异最为明显。干旱日数的分布趋势与干旱站次比基本一致。四川6月和8月的干旱日数最多,均超过9.0 d;重庆7、8月干旱日数均超过9.0 d,8月最多,达11.3 d。整体而言,6月四川的干旱日数多于重庆,而7月和8月反之;夏季重庆的干旱日数较四川多1.7 d。

图2

图2   1981—2023年川渝地区夏季干旱站次比(a)和干旱日数(b)的多年月平均

Fig.2   The multi-year monthly average of percentage of stations with drought (a) and drought days (b) in summer in Sichuan and Chongqing during 1981-2023


图3为6—8月川渝地区的干旱日数空间分布。6月,干旱主要分布在四川西部、南部及四川盆地大部地区,干旱日数为8~15 d,其中四川西部的偏西、偏南区域和中部地区干旱日数相对较多,达10~15 d;川西北和重庆中西部长江以南地区干旱日数较少,通常少于5 d。7月,四川大部分地区干旱明显缓解,特别是川西高原地区干旱日数大幅减少,而重庆长江以南地区干旱日数有所增加;干旱主要分布在四川中部和重庆的中东部地区,其中四川中部干旱日数维持在8~11 d。8月,干旱范围和强度进一步增强,重庆及川南地区干旱发展最为迅速,大部分地区干旱日数达10~14 d;四川除川西南部干旱日数较少外,其余大部分地区干旱日数为7~13 d。

图3

图3   川渝地区6(a)、7(b)、8(c)月干旱日数空间分布(单位:d)

Fig.3   The spatial distribution of drought days in June (a), July (b), and August (c) in Sichuan and Chongqing (Unit: d)


2.2 不同等级干旱日数变化特征

图4可看出,夏季四川和重庆的气象干旱主要为轻旱和中旱,重旱和特旱日数相对较少,但中旱及以上干旱日数普遍多于轻旱,表明川渝地区夏季干旱整体偏重。除特旱外,四川6月各等级干旱日数均高于7月和8月,中旱及以上干旱日数也是6月最多,其次是8月,表明四川干旱在6月最为严重;重庆各等级干旱日数8月明显高于6、7月,且7月高于6月,重庆干旱8月最重。夏季,重庆轻旱、中旱、中旱及以上干旱日数均较四川多,重庆的干旱较四川重。

图4

图4   四川(a)、重庆(b)6—8月和川渝地区夏季(c)不同等级干旱日数

Fig.4   The number of drought days with different levels in Sichuan (a) and Chongqing (b) from June to August, and two regions in the entire summer (c)


图5为1981—2023年川渝地区夏季不同干旱等级干旱日数的空间分布。轻旱日数为5.2~16.0 d,四川中部和重庆中东部地区轻旱日数相对较多,川西高原地区相对较少。德阳、绵阳等地的中旱及以上干旱日数可达18.0 d以上;川西高原除偏西和偏南地区超过13.0 d外,其他区域在10.0 d左右,表明四川海拔较高地区干旱程度相对较轻。川渝大部分地区中旱及以上干旱日数明显多于轻旱日数,表明川渝地区夏季干旱较为严重。从夏季干旱总日数来看,川渝地区干旱日数为14.0~39.0 d;气象干旱主要集中在四川盆地,四川中东部和重庆干旱日数最多,表现出一定的协同性,川西海拔较高地区相对较少。

图5

图5   川渝地区夏季轻旱(a)、中旱及以上(b)日数、干旱总日数(c)的空间分布(单位:d)

Fig.5   The spatial distribution of average days of light drought (a), moderate drought and above (b), and total drought days (c) during summer in Sichuan and Chongqing (Unit: d)


2.3 年变化特征

图6为1981—2023年夏季四川和重庆不同干旱等级干旱站次比的年际变化。本文将总的干旱站次比和中旱及以上干旱站次比均大于其平均值的1.0倍标准差定义为极端干旱年份。四川极端干旱年份总的干旱站比次和中旱及以上干旱站次比的阈值分别为41.9%、25.9%,重庆两者阈值分别为47.7%、30.2%。1986、1994、1996、2006、2011和2022年为四川极端干旱年;1988、1994、2001、2006、2011、2022年为重庆极端干旱年,与重庆年鉴、渝中年鉴、重庆气候影响评价等记载的重庆干旱灾害年较为一致。其中1994、2006、2011和2022年是川渝干旱均重年,特别是2006年四川和重庆干旱程度均为1981年以来最重,这个结论和以往研究一致(刘晓冉等,2009;张驰等,2019;孙昭萱等,2022);1986、1996年四川干旱较为严重,1988、2001年重庆干旱较为严重。川渝地区夏季气象干旱在年际尺度上既有共性,也存在阶段性差异。

图6

图6   1981—2023年夏季四川(a)和重庆(b)不同干旱等级干旱站次比

Fig.6   The percentage of stations with different levels drought in total stations in Sichuan (a) and Chongqing (b) during summer from 1981 to 2023


3 气象干旱与大气环流

3.1 500 hPa高度场

大气环流具有一定的持续性。已有研究表明,大气环流的持续异常是导致干旱发生的直接原因,深入认识其变化规律是揭示干旱形成机制的关键(李新周等,2006;张庆云等,2008;刘晓冉等,2009;邵小路等,2014)。为进一步分析川渝地区夏季干旱的异同及其环流成因,根据前文将大气环流分为川渝干旱均重年(1994、2006、2011、2022年)、四川干旱重年(1986、1996年)及重庆干旱重年(1988、2001年)3类进行合成分析(图7)。

图7

图7   四川干旱重年(a)、重庆干旱重年(b)及川渝干旱均重年(c)夏季500 hPa位势高度场(黑色等值线)及距平(填色)合成(单位:gpm)

(蓝色线包围地区为四川和重庆,下同;粉色线为多年平均5 880 gpm线)

Fig.7   The composited 500 hPa geopotential height field (black contour lines) and its anomaly field (color shaded) in summer in years with severe drought in Sichuan (a), years with severe drought in Chongqing (b), and years with severe drought both in Sichuan and Chongqing (c) (Unit: gpm)

(The area enclosed by the blue line represents Sichuan and Chongqing, the same as below; the pink lines represent the climate average 5 880 gpm line)


四川干旱重年夏季,东亚中高纬环流呈“两槽一脊”分布,乌拉尔山及以东地区受低压槽控制,且一直延伸到巴尔喀什湖地区,贝加尔湖及以东地区受高压脊控制,我国东北地区有一浅槽;中纬度环流经向度较大,我国大部地区高度场略偏低,四川位于高压脊前,盆地内主要受5 840 gpm线控制;西太副高偏小、偏弱、偏东。尽管乌拉尔山一带未形成阻塞高压,但我国东北地区高度场偏低,有利于东北冷涡发展与东路冷空气南下。重庆则受槽前辐合影响,降水较多,干旱较轻。四川处于脊前下沉区,降水偏少,有利于干旱发生。

重庆干旱重年夏季,东亚中高纬环流东高西低,西西伯利亚至巴尔喀什湖地区受低压槽控制,贝加尔湖至鄂霍次克海地区受高压脊控制;中纬度地区以纬向环流为主,四川盆地南部受5 850 gpm线控制;西太副高偏小、偏弱、脊线位置偏南、西伸脊点偏西。

川渝干旱均重年夏季,东亚中高纬环流北低南高,巴尔喀什湖—贝加尔湖及以北地区高度场偏低;中纬度以纬向环流为主,我国大部高度场偏高,冷空气主要影响北方地区;四川和重庆大部分区域被5 850 gpm线控制;西太副高偏大、偏强、脊线位置偏北、西伸脊点偏西。

重庆干旱重年和川渝干旱均重年夏季,乌拉尔山附近均未形成阻塞高压,中纬度环流呈纬向结构,不利于冷空气南下,西太副高加强西伸,为干旱的发生和维持提供了有利的环流背景。

3.2 南亚高压和西风急流

南亚高压是对流层上部重要的大气活动系统,对东亚大气环流格局及我国旱涝分布具有重要影响。已有研究表明,南亚高压与对流层中低层西太副高存在“相向而行”或“相背而去”的耦合关系:当南亚高压向东扩展时,西太副高通常西进(彭京备等,2007;李永华等,2009)。在行星尺度上,西太副高与东亚副热带西风急流共同影响东亚夏季降水的分布。副热带高空急流的位置和强度异常可导致急流南北两侧降水的偏多或偏少,当急流偏南时,长江及以南地区降水偏多,北方偏少(龚道溢等,2002)。

图8可看出,四川干旱重年夏季,南亚高压明显偏小、偏弱、偏西,此时西太副高明显偏小、偏弱、偏东。副热带高空急流位于新疆,偏小、偏北,高空急流的直接和间接环流难以影响到川渝地区。重庆干旱重年夏季,南亚高压偏小、偏西但偏强,中心等高线可达12 560 gpm,此时西太副高加强并显著西伸。副热带高空急流主体同样位于新疆,范围偏大且急流范围扩大,但其影响仍主要局限于北方,对川渝地区影响有限。川渝地区干旱均重年夏季,南亚高压明显偏大、偏强、偏东、偏北,控制范围扩展至我国西南大部,同时西太副高西伸北上,两者交替控制川渝地区,造成该区域大气长期处于下沉状态,水汽输送受限,降水持续偏少,干旱发展。此时副热带高空急流仍位于新疆,其轴线明显北移,进一步削弱了对川渝地区的水汽输送能力。综上所述,无论四川干旱重年、重庆干旱重年,还是川渝干旱均重年,副热带高空急流均位于新疆附近,远离四川盆地,西风带北抬,气旋性扰动难以影响副热带地区(彭京备等,2016)。

图8

图8   四川干旱重年(a)、重庆干旱重年(b)及川渝干旱均重年(c)夏季200 hPa位势高度场大于12 520 gpm等位势高度线(黑色线)及12 520 gpm气候态平均(红色线)(单位:gpm)、200 hPa纬向风速大于30 m·s-1(蓝色粗线)及30 m·s-1风速气候态平均(粉色线)(单位: m·s-1

Fig.8   The composited 200 hPa geopotential height contours greater than 12 520 gpm (black lines) and the climatological mean of 12 520 gpm (red line) (Unit: gpm), zonal wind speed exceeding 30 m·s-1 (blue thick line) and the climatological mean of zonal wind speed at 30 m·s-1 (pink line) (Unit: m·s-1) at 200 hPa in summer in years with severe drought in Sichuan (a), years with severe drought in Chongqing (b), and years with severe drought both in Sichuan and Chongqing (c)


3.3 700 hPa风场

降水的形成除动力条件外,还需要充足的水汽。水汽的持续不足是导致干旱发生和发展的关键因素之一,水汽输送条件在旱涝的形成中具有决定性作用。从图9可看出,四川干旱重年、重庆干旱重年及川渝干旱均重年夏季,西太平洋地区均受反气旋控制,我国江南、华南和西南地区均受西南风影响。然而,3类干旱年的水汽输送条件存在差异。四川干旱重年,偏南风较常年偏大区域主要位于广西、贵州、湖南、江西一带,而川渝地区的偏南风分量较常年偏小,西南季风偏弱,不利于暖湿水汽输送至川渝地区,水汽条件较差,易导致干旱发生。重庆干旱重年,四川盆地和川北地区南风分量较常年偏大,但川渝地区南部的云南、贵州、湖南等地偏南风分量偏小,同样不利于暖湿水汽的输送。川渝干旱均重年,我国东部地区偏南风分量偏大,而西南地区南风分量较常年偏小,造成川渝地区严重干旱。

图9

图9   四川干旱重年(a)、重庆干旱重年(b)及川渝干旱均重年(c)夏季700 hPa风场(箭矢)及经向风距平(填色)(单位:m·s-1

Fig.9   The composited 700 hPa wind filed (arrow vetcors) and meridional wind anomaly field (color shaded) in summer for years with severe drought in Sichuan (a), years with severe drought in Chongqing (b), and years with severe drought both in Sichuan and Chongqing (c) (Unit: m·s-1)


干旱年份川渝地区普遍受西太平洋反气旋控制,主要受西南风影响,但南风分量偏小,西南季风偏弱,海洋输送水汽减少,造成区域性降水持续偏少,天气以晴热为主,从而促发或加重干旱过程。

3.4 700 hPa垂直速度场

垂直运动是影响降水的重要动力因子。水汽收支亏损叠加下沉气流控制,将抑制对流发展,诱发极端干旱事件(朱伟军等,2016)。从图10可看出,3类干旱年夏季西藏东部至川西地区垂直速度均为正值,即该区域受下沉气流控制,水汽辐散,不利于降水,易出现干旱。但实际仅川渝干旱均重年夏季川西地区干旱较重,在四川干旱重年和重庆干旱重年,川西地区干旱都相对较轻。这可能与后2类干旱年南亚高压面积偏小、未能控制川西地区有关,也可能与川西海拔较高、地形抬升容易触发局地降水有关。川渝干旱均重年下沉运动最强,下沉气流控制范围扩展至整个青藏高原及四川盆地。强烈的下沉气流造成明显绝热升温效应,中低层气温持续偏高,导致四川和重庆出现大范围、持续性降水偏少,最终形成严重干旱。四川干旱重年,四川大部处于下沉气流控制区,而重庆处于垂直速度负值区,有利于水汽辐合和降水发生,因此重庆干旱较轻。重庆干旱重年,重庆和川西均处于下沉运动控制区,而四川北部处于上升气流控制区,有利于对流发展和降水产生,使四川干旱程度整体相对较轻。

图10

图10   四川干旱重(a)、重庆干旱重(b)及川渝干旱均重年(c)夏季700 hPa垂直速度场合成(单位:10-2 Pa·s-1

Fig.10   The composited 700 hPa vertical velocity field in summer in years with severe drought in Sichuan (a), years with severe drought in Chongqing (b), years with severe drought both in Sichuan and Chongqing (c) (Unit: 10-2 Pa·s-1)


4 结论与讨论

本文基于1981—2023年四川和重庆188个气象站逐日观测资料及气象干旱综合指数,结合NCEP/NCAR逐月再分析资料及气候系统监测指数资料,分析了川渝地区夏季干旱站次比与干旱日数的时空分布特征,并讨论了四川干旱重年、重庆干旱重年及川渝干旱均重年夏季的大气环流异常特征,得到以下主要结论。

1)川渝地区夏季气象干旱发生频繁,且具有同步性强、区域差异显著的特征。四川干旱主要集中在6月和8月,重庆则在7月和8月较重。干旱中心主要位于四川盆地,四川中东部和重庆干旱日数最多,表现出一定的协同性,川西高原地区干旱日数相对较少。

2)3类典型干旱年高空环流异常,川渝地区受下沉气流控制,水汽输送受限,但环流配置存在明显差异。四川干旱重年,东亚中高纬环流呈“两槽一脊”分布,西太副高偏东、偏弱,四川处于脊前下沉区,干旱加剧,重庆则受槽前辐合影响,干旱较轻。重庆干旱重年,中纬度环流偏纬向,西太副高显著西伸,重庆受下沉气流控制,而四川北部受上升气流影响,干旱较轻。川渝干旱均重年,西太副高与南亚高压交替控制研究区,中高纬冷空气北抬,西南季风偏弱,水汽输送减少,川渝两地持续受强下沉气流影响,导致广泛而严重的干旱。

3)3类干旱年夏季副热带高空急流均位于新疆,高空急流的直接和间接环流均难以影响川渝地区。同时,西太平洋受反气旋控制,川渝地区西南季风偏弱,水汽来源减少,进一步加剧干旱发展。

本文主要基于行政区划分析了川渝地区夏季气象干旱的分布特征及差异的大气环流成因,未来有必要在MCI基础上进一步开展气候区划与分区研究。同时,本文仅从大气环流异常角度探讨干旱形成机理,川渝地区干旱的发生受多因子综合影响,机制复杂,仍需在后续研究中系统评估各因子的相互作用及其对区域气象干旱的综合影响。

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