隴東黃土高原特大干旱事件的診斷分析

1、隴東黃土高原特大干旱事件的診斷分析成都信息工程學(xué)院函授專升本2007級 王偉新摘要：本文對07年、2008年位于隴東黃土高原的慶陽市有代表性的三個氣象站出現(xiàn)的特大干旱事件,從其阻礙、成因、天氣特征等進行了初步分析。結(jié)果表明：大氣環(huán)流異常調(diào)整是形成干旱的要緊緣故,其中大氣活動中心在由冬向夏轉(zhuǎn)換季節(jié),青藏高原大氣低頻振蕩、東亞大氣長波調(diào)整及超長波的演變,新疆脊加強，東亞大槽加深,形成“西高東低”的高度場，盛行偏北氣流，是形成持續(xù)干旱的天氣氣候背景;青藏高原的熱力及動力效應(yīng),通過高原近地層與邊界層逐漸阻礙到自由大氣,是環(huán)流異常調(diào)整的動力；同時,發(fā)生干旱也與青藏高壓與西太平洋副高的位置及強度的變化、高

2、原雪蓋等緊密相關(guān)。關(guān)鍵詞:干旱 青藏高原 診斷分析引言我國是世界上要緊的干旱國家之一,干旱也是我國最為嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題之一。我國干旱、半干旱面積占國土面積的1/2,且80%的干旱集中于西北地區(qū)，干旱是最重要的自然災(zāi)難。隴東黃土高原地處西北地區(qū)東部，位于青藏高原東北側(cè)，為高原溝壑區(qū)，代表了西北東部寬敞的干旱區(qū)域,是典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。其山、川、塬縱橫交錯,地形復(fù)雜多樣,地勢大致由西北向東南傾斜,高低落差大，水土流失嚴(yán)峻,易形成干旱。其處于中緯度內(nèi)陸地帶,屬溫帶半濕潤氣候區(qū)，具有明顯的大陸性氣候特點，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)。春季風(fēng)向處于季節(jié)轉(zhuǎn)型過程中,天氣回暖較快,降水漸增但仍較少,風(fēng)向多

3、變,風(fēng)速增大,蒸發(fā)量猛增，易出現(xiàn)災(zāi)難性天氣。年降水量分布極為不均，季節(jié)、時空差異專門大,大的降水過程多以局地陣性天氣出現(xiàn),雨勢猛,徑流量大。因此，由于天氣氣候緣故造成的干旱幾乎年年發(fā)生,重者春旱、春末初夏、伏旱接連出現(xiàn)，造成大范圍農(nóng)業(yè)嚴(yán)峻受災(zāi)、人民生活困難。據(jù)統(tǒng)計，7年干旱是繼00年大旱以來最為嚴(yán)峻的一次,全部農(nóng)作物受災(zāi),夏秋糧減產(chǎn)明顯,經(jīng)濟損失慘重。208年干旱是在007年特大干旱后,又發(fā)生嚴(yán)峻干旱的一年。多年來，當(dāng)?shù)貜V泛流傳著“三年兩頭旱”，“三年一小旱,十年一大旱”的講法,但近年來干旱呈現(xiàn)頻發(fā)、范圍廣、程度重、災(zāi)情重，其已成為困擾當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)乃至國民經(jīng)濟進展、制約生態(tài)環(huán)境建設(shè)、退耕還林還草等

4、諸多方面的關(guān)鍵性、重要性難題。因此，對造成干旱的成因及氣候特征進行分析,揭示氣候變化事實，是做好干旱氣候預(yù)測及服務(wù)的基礎(chǔ),有利于今后的防災(zāi)減災(zāi)。 007年干旱的氣候特征據(jù)國家氣候中心監(jiān)測，2007年甘肅中東部、寧夏、陜西中北部、河北中西部、內(nèi)蒙古、河南一帶出現(xiàn)了大范圍的嚴(yán)峻干旱區(qū)域,發(fā)生大范圍旱災(zāi),其中位于隴東黃土高原中部的環(huán)縣、慶城縣等的干旱尤為嚴(yán)峻,差不多處于重旱包圍的中心位置，為特大旱（見圖1)。圖 1 全國氣候干旱分布圖Fig.1 Naional liate drougt itributiomap綜合196-0年氣象資料，30年滑動平均值16190年年平均氣溫為.6，年總降水量為40.

5、5毫米;171-20年年平均氣溫為.7,年總降水量為91.5毫米,因此從目前氣候位相變化來看,目前氣溫處于穩(wěn)步升高時期,降水量處于相對較少時期,且時空、地理分布不均，月季變率大，易形成干旱。就平均狀況而言，由于隴東黃土高原地形復(fù)雜，水土易流失，降水正常年份,也專門難滿足農(nóng)作物生長需水的正常供給,一旦降水偏少,勢必發(fā)生干旱。207年3月下旬-月中旬中期,平均氣溫為11.，較歷年同期偏高1.，降水量為48.5毫米,較歷年同期偏少55。氣溫連續(xù)偏高，降水持續(xù)偏少，月下旬旱象露頭；月份降水量不足1毫米,較歷年同期偏少7%,光照充足,風(fēng)速大,由此造成蒸發(fā)量大，土壤墑情銳減，干旱進展加重；5月份降水仍偏少

6、,旱情加劇。據(jù)測墑分析，耕作層50厘米以上均成重旱狀態(tài)，土壤濕度占田間持水量百分比最大為3(40為重旱)，干土層厚度為34厘米，發(fā)生特大干旱；6月前半月降水量接著偏少，重旱持續(xù)。直至月17-9日出現(xiàn)了一次大范圍的中雨過程,旱情才有所緩解，具體氣象要素統(tǒng)計見表。表 1 207年3月下旬-6月上旬氣象要素值ab1 Meteoological mentaue rom Mach to une in 2007要 素 慶城縣 環(huán) 縣 寧 縣 實況 距平 實況 距平 實況 距平降水(毫米) 3月下旬 . -0 0. - 0 9 4月 6. -8 . -99 3.6 -9 月 38.0 -1 83 0 34.

7、7 33 6月上旬 1.5 -92 8.4 -3 3 -8氣溫(） 3月下旬 11.7 5.2 1.1 54 11.9 6.5 4月 12. 0.3 1.3 . 1.8 12 5月 7 .9 2. 51 1. 3. 月上旬 216 1.8 22.5 3. .7 3 日照(小時） 月下旬 10.2 39.1 2.7 3.4 022 3. 4月 298 47 236.8 1.9 6.5 46 5月 30.5 479 86.7 8.7 24 4.1 6月上旬 80. -5.2 915 . 72.3 1.蒸發(fā)（毫米) 月下旬 76 26. 0.7 2. 55.9 24.4 月 226.9 69.8 2

8、23.8 2. 16.1 9.0 5月 321.5 20.7 86.7 39.3 1.0 29. 6月上旬 9.0 18.2 73.9 1.2 .2 -6 2 干旱環(huán)流特征西北地區(qū)是我國降水量最少的地點，干旱是其天氣氣候上的要緊特點。西北地區(qū)東部年降水量的準(zhǔn)年周期振幅隨時刻呈周期變化1。白肇?zé)?、徐國昌等研究發(fā)覺，遠離海洋，水汽條件差及青藏高原地形的動力和熱力作用是造成西北地區(qū)干旱氣候背景的要緊緣故。而高原地形的熱力、動力作用連同盛行環(huán)流的年際變化等又造成了干旱區(qū)相對干、濕年的變化。即青藏高原地形的熱力、動力作用、遠離海洋和環(huán)流異常是形成西北干旱氣候的要緊因子,它們通過阻礙垂直運動和水汽狀況而阻

9、礙西北降水氣候。各因子間相互作用、相互阻礙。處于西北地區(qū)東部一帶的干旱,就其成因而言，與大氣環(huán)流調(diào)整、青藏高壓與西太平洋副高的位置及強度的變化、赤道東太平洋海溫的變化、青藏高原大氣低頻振蕩、大氣長波調(diào)整、青藏高原及烏拉爾地區(qū)雪蓋面積大小等緊密相關(guān)。21冬季北半球穩(wěn)定的大型環(huán)流系統(tǒng)中,位于青藏高原北部的高壓脊和亞洲東岸的東亞大槽,在由冬向夏調(diào)整的過程中，大氣超長波的頻率及其疊加,造成高壓脊與低壓槽強度的變化。位勢高度振蕩的頻率要緊在低頻部分，其隨時刻的變化要緊是由低頻部分的變化決定的，因此大氣低頻振蕩與隴東地區(qū)的干旱相關(guān)關(guān)系緊密。大氣長波的演變,新疆脊逐步加強,東亞大槽逐步加深,即在高度距平場上

10、,日本海一帶為負(fù)距平,新疆一帶為正距平，即表現(xiàn)為“西高東低”、“西正東負(fù)”，與其相應(yīng)的中緯度北風(fēng)較強，偏南氣流較弱,水汽條件較差，氣團干冷較穩(wěn)定,易在隴東產(chǎn)生干旱。207年春季（以月份為代表）100P、500hPa高度場分布圖見圖2、圖,東亞大槽位置及青藏高原指數(shù)序列見圖。由圖2、圖3知,在青藏高原至貝湖一帶為強盛的高壓脊區(qū)，經(jīng)度跨度達60度;而亞洲東部沿岸的低槽區(qū)深厚寬廣。對應(yīng)在距平場上，西伯利亞大部、中亞和歐洲大部為高于+8agm的正距平覆蓋，其中歐洲地區(qū)中心值超過10位勢米。俄羅斯的歐洲部分至西亞大部、北大西洋西北部和北太平洋北部一帶為負(fù)距平覆蓋，中心值低于-8dagpm。由圖4知,春季

11、東亞大槽與歷年相比處于進展加深時期。青藏高原的熱力狀況與南亞高壓的南北位置震蕩及東亞大槽的強弱有著緊密的關(guān)系。今年春季高原溫度偏低，南亞高壓位置偏北，東亞大槽深,緯向西風(fēng)氣流明顯增強,偏南暖濕風(fēng)場弱。由此高度場配置情況直接導(dǎo)致了西北地區(qū)東部等寬敞地區(qū)干旱的發(fā)生。圖22007年月北半球10Pa月平均位勢高度（左)及距平(右)（10m） Fig.2 Mhyean h GeopotenialHeigh （lft） and Analis （rig） n theorthernHemiphere圖 3 207年4月北半球500hPa月平均位勢高度(左)及距平（右）(gpm）F.3 MonthyMean h

12、Pa Geopotential eights（left） and Anomlis(riht) itheNohern emispher圖4 東亞大槽位置（上）及青藏高原指數(shù)(下）序列Fi.4 sitn of theEast sian Tugh (top) nd Tibt Plaea (boto).2青藏高原的動力及熱力作用突顯，促使干旱進展加劇。由于高原地形的緣故，產(chǎn)生繞流運動，而在高原北部80E附近常出現(xiàn)“新疆脊”。由于高原地形的熱力緣故，春末初夏,在對流層頂附近形成了強大的青藏高壓。青藏高壓脊線季節(jié)性北跳時刻的早晚，其中心的位置、范圍，與西北東部的降水關(guān)系緊密。青藏高壓高度場比歷年平均狀態(tài)偏

13、高，強的暖平流脊進展，強的冷平流槽進展。中緯度大氣的斜壓性專門強,從而導(dǎo)致高原北側(cè)氣流幅散加強，負(fù)渦度加大，下沉運動增強。青藏高原冬季為一冷源，而夏季為一熱源，這種熱力擾動使大氣溫度場產(chǎn)生擾動。由于其熱力作用，陸-氣、氣-氣發(fā)生熱量及動量的交換變化,高原上空盛行上升氣流,平均有效位能向平均動能轉(zhuǎn)換,對流層有效位能減少，大氣斜壓性減小，渦動動能可能減小。與之相聯(lián)系的在高原外圍有補償下沉氣流。其與高原的動力作用疊加,下沉氣流強盛，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定,不易形成云雨天氣。由圖5知，2007年春季大氣從km層到行星邊界層青藏高壓強盛。在850hP平均速度勢距平及輻散風(fēng)距平圖上，在以青藏高原為中心的大約30

14、個經(jīng)度為半徑的寬敞地區(qū)，為反氣旋操縱區(qū),氣流以青藏高原為中心,向四周擴散,呈輻散氣流,速度勢距平為大值區(qū)，相應(yīng)的輻散風(fēng)距平亦為大值區(qū),且范圍明顯向西北東部一帶擴大，西北東部在輻散氣流距平大值區(qū)。對應(yīng)20hPa平均速度勢距平及輻散風(fēng)距平圖上，在東南沿海內(nèi)陸一帶，為速度勢距平負(fù)值區(qū)，為輻合氣流，且為輻合氣流的大值區(qū)。如此，就從地面到高空形成了一個低層輻散、高層輻合的閉合環(huán)流圈，抑制產(chǎn)生降水天氣的動力作用明顯。圖 2007年4月份平均速度勢距平及幅散風(fēng)距平ig5 Aomalies foMonthy Mean loity Potentalan Dvget Win Vtor流函數(shù)是表征任何一條流線與零值

15、流線之間流體的流量的物理量。由于青藏高原的熱力緣故,在圖6的80hPa及00ha上,4月份中國的中東部及東南亞等寬敞區(qū)域為偏東風(fēng),矢量風(fēng)偏大,東西風(fēng)切變?nèi)酢Ｓ纱?，西北東部等寬敞地區(qū)為暖氣團操縱區(qū),偏西北冷空氣概力弱且往往偏北東移。由于沒有冷空氣配合，專門難形成大范圍的云雨天氣。 圖 4月份平均流函數(shù)距平及矢量風(fēng)距平Fig. Anoaieforothy Man Stram Funcion andVetr Win2.3西太平洋副熱帶高壓位置的西進東退、北抬南壓對西北地區(qū)干旱阻礙明顯。副熱帶高壓是一個圍繞地球副熱帶地區(qū)的動力性高壓帶，其常年存在且穩(wěn)定少動。它是制約大氣環(huán)流變化的重要系統(tǒng)之一，其活動對

16、中、低緯度的天氣變化起著極為重要的作用。西太平洋副高西部的脊,其位置、強度、范圍隨季節(jié)的變化,對西北地區(qū)東部降水阻礙較大。西太平洋副高的北側(cè)，與西風(fēng)帶鋒區(qū)相鄰,多西風(fēng)帶槽、氣旋和鋒面活動，幅合上升氣流強盛，常形成一個寬廣的云雨帶,再向北,則天氣晴好。西太平洋副高的變動與周圍天氣系統(tǒng)強弱、位置變化有關(guān)聯(lián)關(guān)系。從2007年月開始，西太平洋副高脊線位置與歷年同期平均相比偏南,尤其4月上旬、5月中旬6月上旬明顯偏南約5個多緯度（見圖)。西太平洋副高北上遲緩，位置偏南、面積指數(shù)偏?。ㄒ妶D)，低空急流偏南,雨帶集中于淮河及長江流域,西北東部寬敞地區(qū)西風(fēng)環(huán)流較為強盛，為反氣旋操縱區(qū)，呈輻散氣流，湍流較弱,氣

17、團趨于穩(wěn)定,而偏南暖濕氣流難以到達西北地區(qū)，本地長期濕度條件差，氣候干燥，不利于形成大的降水天氣過程，易造成持續(xù)性干旱。圖 7 115-145平均500hP副高脊線位置變化（虛線為氣候平均值)Fig.7 ariaton ofM 500hPasbtropicalhgh rdge oer 1-145E(ased line defind cliatolil oml)圖8 西北太平洋副熱帶高壓面積指數(shù)（A)、強度指數(shù)（B)、脊線位置(）和西伸脊點(D）序列Fig. Are e （A)、ntenit dex (B）、Ridg Lie siio （C） dWestern Ridg Poit (D)for

18、the Nrthwet PificSubtropical Hgh2.4亞歐大陸、青藏高原等地區(qū)雪蓋面積大小對西北地區(qū)干旱阻礙。冰雪的要緊效應(yīng)是增大地表的反射率，對大氣運動總是起冷源作用,同時由于其消融時要汲取熱量,使季節(jié)性升溫變慢。由于雪蓋地區(qū)的反照率大大增加，從而改變了地表的輻射平衡(即阻礙了地表的熱量收支平衡)，使得積雪所在的下墊面形成異常冷源而阻礙大氣環(huán)流，也對大氣的熱力和動力過程都有著重要阻礙。積雪異常能阻礙大氣環(huán)流,環(huán)流異常必定導(dǎo)致降水的變化。據(jù)分析,高原積雪的變化在一定程度上反映了亞歐大陸雪蓋的情況，二者的變化趨勢相同。大氣低頻震蕩，在平流波向東傳播的過程中,由于青藏高原等地帶為一

19、冷源，因熱量傳導(dǎo)而使大氣波動穩(wěn)定性增大，大氣季節(jié)內(nèi)振蕩增速減幅。青藏高原多雪年高原北側(cè)西風(fēng)減弱,這種趨勢能夠持續(xù)到5月份,初夏高原及大陸地面熱低壓弱,夏季風(fēng)亦弱且來的遲。今年2、3月份青藏高原、歐亞大陸積雪面積明顯偏大,積雪日數(shù)較歷年偏多1天（見圖9)。這種由于青藏高原、歐壓大陸積雪偏多，積雪日偏長而造成下墊面為一冷源，從而阻礙大氣運動環(huán)流異常,導(dǎo)致西北東部大面積干旱發(fā)生。圖9 中國20年3月積雪日數(shù)(左）及距平(右)分布Fi.9 Snwdt number(eft) and anoalos (right) dstriutionin arc，Chin in2073 結(jié)論與討論干旱是近年來阻礙范圍廣、受災(zāi)重、易頻繁發(fā)生的自然災(zāi)難,造成的損失呈逐年上升趨勢。本文通過對2007年隴東黃