邵明陽(yáng)，周妍，吳昊，馬鋒敏，彭賽華，林月強(qiáng)

(1.九江市氣象局，江西 九江 332000；2.江西省氣象局，江西 南昌 330096；3.彭澤縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 彭澤 332700)

2019年6月至7月前半月，江西省遭遇多輪暴雨過(guò)程，平均降水量較常年同期偏多7成，創(chuàng)歷史同期新高。7月1～15日全省平均降水量達(dá)314.3 mm，單站最大降水量達(dá)617.7 mm；7月16日開(kāi)始全省轉(zhuǎn)為干旱少雨天氣，至12月31日全省平均降水量較常年同期偏少6成以上，創(chuàng)1961年以來(lái)歷史同期新低，為典型的澇旱急轉(zhuǎn)天氣。前期大范圍嚴(yán)重雨澇，加上后期大面積、持續(xù)性干旱，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及城鄉(xiāng)居民生活造成了較大損失，全省農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積達(dá)到1116.6 khm。

旱澇(或澇旱)急轉(zhuǎn)是旱、澇異常在時(shí)間上的非均勻分布形式，指某一時(shí)期內(nèi)旱澇交替發(fā)生的現(xiàn)象，受全球氣候變暖及人類(lèi)活動(dòng)等因素影響，旱、澇發(fā)生頻率、強(qiáng)度不斷增加，在我國(guó)長(zhǎng)江中下游、華南、華北、西南等地時(shí)有發(fā)生。對(duì)于旱、澇急轉(zhuǎn)天氣的成因，很多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)的研究。陶詩(shī)言的研究表明我國(guó)夏季江淮流域持久性旱澇現(xiàn)象與中緯和副熱帶地區(qū)大氣環(huán)流的異常有密切聯(lián)系。婁小芬，等對(duì)2011年長(zhǎng)江中下游的梅雨特征及成因分析得出梅雨期間，西太平洋副熱帶高壓和高空西風(fēng)急流穩(wěn)定偏強(qiáng)，強(qiáng)盛的季風(fēng)涌、中高緯度冷空氣和青藏高原對(duì)流擾動(dòng)?xùn)|傳的有利配置導(dǎo)致了2011年梅雨總量異常偏多。鄭志海，等對(duì)夏季北半球環(huán)流進(jìn)行分析，得出西太平洋副熱帶高壓的年代際增強(qiáng)和赤道中東太平洋由冷水向暖水發(fā)展是多雨帶偏南的重要原因。吳拓，等研究發(fā)現(xiàn)江西共青城地區(qū)冬季氣溫及降水因子與汛期降水量存在著一定程度的相關(guān)性。袁媛，等通過(guò)對(duì)MJO分析得出副熱帶高壓發(fā)生斷裂，西北太平洋對(duì)流層低層轉(zhuǎn)為異常氣旋性環(huán)流控制，水汽輸送異常輻散區(qū)會(huì)導(dǎo)致我國(guó)東部大部地區(qū)，長(zhǎng)江流域持續(xù)高溫少雨，同時(shí)異常的MJO活動(dòng)也是8月熱帶和副熱帶大氣發(fā)生轉(zhuǎn)折的重要原因。高輝，等對(duì)夏季降水研究發(fā)現(xiàn)夏季尤其是夏季前期西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度異常偏強(qiáng)，位置明顯偏西，東亞副熱帶夏季風(fēng)強(qiáng)度弱，這些都直接造成長(zhǎng)江中下游地區(qū)降水明顯偏多。

一般年份，江西澇旱急轉(zhuǎn)天氣出現(xiàn)的時(shí)間，與棉花花鈴期較為接近，而棉花在這一時(shí)期處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)的階段，是需水需肥的關(guān)鍵期。

本研究一方面從澇旱急轉(zhuǎn)天氣發(fā)生前后的環(huán)流和水汽特征分析其成因，另一方面以彭澤縣為例，比較分析2019年與前3年雨旱轉(zhuǎn)換期不同天氣條件對(duì)棉花產(chǎn)量形成的影響，以期為江西澇旱夏季短期氣候預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)更好地保障棉花生產(chǎn)趨利避害。

1 材料和方法

1.1 資料來(lái)源

所用降水量資料來(lái)自CIMISS數(shù)據(jù)中心的江西省87個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的逐日降水資料，大氣環(huán)流資料為美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)逐日再分析資料中的位勢(shì)高度、緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、比濕和地面氣壓場(chǎng)，資料水平分辨率為2.5°×2.5°。

彭澤縣棉花“三桃”調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于彭澤縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，棉花單產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于九江市統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 方法

計(jì)算取 1981～2010 年 共30 年平均為氣候態(tài)，分析過(guò)程中對(duì)降水作日、候(1 年 72 候，每月 6 候)平均處理，也用到非限定時(shí)段的平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 降水異常的時(shí)間演變特征

從圖1可以看出，1到6月江西省平均降水量普遍偏多。第37、38、39候比常年同期異常偏多，其中38、39候比常年同期偏多3.5倍和3.3倍。從逐候降水距平百分率的變化特征來(lái)看，雨澇時(shí)段和干旱時(shí)段均比較明顯。39候到69候，降水距平百分率均為負(fù)值，降水持續(xù)偏少，澇旱兩者轉(zhuǎn)變?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)，呈現(xiàn)澇旱急轉(zhuǎn)的特征。2019 年澇旱急轉(zhuǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為第40候首日，即7 月 16日開(kāi)始轉(zhuǎn)為干旱。

圖1 2019年江西省較常年同期降水距平百分率時(shí)間序列圖(候平均)

2.2 環(huán)流分析

2.2.1南亞高壓及西風(fēng)急流特征與降水的關(guān)系

南亞高壓是夏季對(duì)流層高層上最強(qiáng)大、最穩(wěn)定的控制性環(huán)流系統(tǒng)，它對(duì)亞洲乃至整個(gè)半球的大氣環(huán)流異常都有重要影響，影響著我國(guó)廣大地區(qū)夏季的旱澇分布，因此為了研究 2019年夏季澇旱急轉(zhuǎn)的成因，有必要對(duì)南亞高壓特征進(jìn)行分析。

7月6日～15日東亞地區(qū)200 hPa南亞高壓呈帶狀分布(圖2a)，脊線位于25°N附近，比常年(28°N)南亞高壓的脊線位置略偏南，強(qiáng)度較常年(1256 dagpm)偏強(qiáng)，江西處于南亞高壓東南側(cè)。從風(fēng)速平均場(chǎng)看(圖3)，該兩候副熱帶西風(fēng)急流南緣位于 30°N 附近，江西位于高空輻散區(qū)，偏強(qiáng)的西風(fēng)急流使得對(duì)流層高層的輻散增強(qiáng)，從而加強(qiáng)高低空急流耦合形成的抽吸作用，促進(jìn)上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，降水得到加強(qiáng)。7月16日～25日，中國(guó)西部槽加深，高空東風(fēng)急流所控制，中高緯地區(qū)基本維持“西低東高”的偏緯向型環(huán)流，冷空氣活動(dòng)不活躍。整個(gè)長(zhǎng)江中下游處于強(qiáng)大的反氣旋環(huán)流控制中，輻散和下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，負(fù)渦度發(fā)展，有利于維持高溫晴熱天氣。

圖2 200 hPa平均位勢(shì)高度(a為7月6～15日，b為7月16～25日；單位為dagpm)

圖3 200 hPa平均風(fēng)場(chǎng)(a為7月6～15日，b為7月16～25日；單位為m/s)

2.2.2 中低層環(huán)流特征

在中層 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上，2019年第38候588 dagpm 等高線較氣候平均持平 (圖4a)，江西處于副熱帶高壓西北側(cè)，受西南氣流控制。第39候(圖4b)相比上一候副熱帶高壓有西進(jìn)。第40候(圖4c)西太平洋副熱帶高壓略有東退，第41候(圖4d) 西太平洋副熱帶高壓西進(jìn)北跳，分為東西兩段，我國(guó)東部及近海地區(qū)對(duì)應(yīng)低層的異常氣旋性環(huán)流。江西省被強(qiáng)盛的副熱帶高壓系統(tǒng)控制，天氣晴熱高溫，干旱開(kāi)始。

圖4 2019年第38～41候500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(單位為dagpm)

從38～39候500 hPa 風(fēng)場(chǎng)(如圖5a)可以看到，沿西太平洋副熱帶高壓邊緣的西南風(fēng)與在東北冷渦主導(dǎo)下的西北風(fēng)，在江淮上空形成交匯，切變線沿長(zhǎng)江呈東西走向。長(zhǎng)江中下游為西南氣流控制。這與丁一匯，等指出的低空急流左側(cè)正渦度有利于降水發(fā)生的結(jié)論相符合。劉蕓蕓，等研究表明，副熱帶高壓異常偏南、偏西，在長(zhǎng)江以南地區(qū)形成異常偏強(qiáng)的偏南風(fēng)水汽輸送，使得長(zhǎng)江流域成為南、北距平風(fēng)的異常匯合區(qū)，有利于長(zhǎng)江流域出現(xiàn)降水。40～41候(如圖5b)來(lái)自孟加拉灣向北的水汽輸送路徑偏西，西南氣流減弱，導(dǎo)致長(zhǎng)江中下游地區(qū)成為顯著的水汽輻散區(qū)，降水停止。隨著環(huán)流形勢(shì)的改變，在強(qiáng)盛的副熱帶高壓系統(tǒng)控制下高溫天氣持續(xù)，干旱持續(xù)發(fā)展。

圖5 500 hPa平均風(fēng)場(chǎng)圖(a為38～39候，b為40～41候；單位為m/s)

在第38候(圖6a)中，從低層850 hPa風(fēng)場(chǎng)上可以看到，來(lái)自孟加拉灣的西南氣流，在江西省有一個(gè)大的風(fēng)速值區(qū)，同時(shí)在江西省北部形成強(qiáng)的風(fēng)速切變 。第39候(圖6b)相比于上一候，北部的風(fēng)速切變更加明顯，更加有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖6 2019年第38～41候850 hPa平均風(fēng)場(chǎng)(單位：m/s)

第40候(圖6c)來(lái)自孟加拉灣的西南氣流明顯減弱，長(zhǎng)江中下游風(fēng)場(chǎng)方向轉(zhuǎn)變，處在弱的風(fēng)速輻合區(qū)，整個(gè)江西省被廣大的氣旋所控制。第41候(圖6d)相比于上一候西南氣流加強(qiáng)，風(fēng)速切變?cè)谘亟貐^(qū)。

以上分析表明，急轉(zhuǎn)前水汽條件得到明顯改善，西南急流加強(qiáng)，同時(shí)長(zhǎng)江中下游地區(qū)為水汽輻合區(qū)，有利于連續(xù)性暴雨的產(chǎn)生，急轉(zhuǎn)后長(zhǎng)江中下游低層水汽輸送減弱，輻散和下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，負(fù)渦度發(fā)展，干旱由此開(kāi)始。

2.2.3

600 hPa垂直速度的空間分布，38～39候(圖7a)江西省處于負(fù)的垂直速度區(qū)，中心值最大達(dá)-0.0001 Pa/s，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)勁，為此時(shí)的降水提供了動(dòng)力條件。到了40～41候(圖7b)，上升速度減弱，大氣層結(jié)開(kāi)始穩(wěn)定，相應(yīng)的降水強(qiáng)度也減弱了。

圖7 600 hpa垂直速度平均場(chǎng)(單位：10-3 Pa/s)

充沛的水汽供應(yīng)和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是大型降水的兩個(gè)必要條件。前面分析得知，前2候高空急流和低空急流在長(zhǎng)江中下游地區(qū)很好的達(dá)到垂直耦合，有利于降水區(qū)域的上升運(yùn)動(dòng) 。

2.2.4水汽條件

持續(xù)和穩(wěn)定的水汽輸送是持續(xù)降水的必要條件，圖8給出了整層水汽輸送通量及其散度的空間分布。第38～39候長(zhǎng)江中下游的水汽輸送非常明顯，Xu et al認(rèn)為，中國(guó)區(qū)域南邊界的水汽輸送對(duì)長(zhǎng)江流域較大降水的形成均具有重要的作用。來(lái)自孟加拉灣的水汽，越過(guò)中南半島轉(zhuǎn)為西南急流，穿過(guò)華南向長(zhǎng)江中下游地區(qū)輸送。主要的輻合區(qū)也位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，強(qiáng)烈的輻合運(yùn)動(dòng)為水汽的動(dòng)力抬升創(chuàng)造了有利條件，有利于這一地區(qū)降水的發(fā)生。

圖8 水汽通量散度(單位：10-5 kg/m 2/s)

第40～41候長(zhǎng)江中下游的水汽輸送明顯減弱，來(lái)自孟加拉灣的水汽分成兩股，主要水汽向西，水汽輸送大值區(qū)位于西北太平洋上空。整個(gè)中國(guó)東部地區(qū)的水汽輸送非常弱，無(wú)明顯的水汽輸送。以上分析表明，急轉(zhuǎn)前水汽條件充沛，西南急流強(qiáng)勁，同時(shí)長(zhǎng)江中下游地區(qū)處于水汽輻合區(qū)，急轉(zhuǎn)后長(zhǎng)江中下游地區(qū)無(wú)明顯水汽輸送，且處在水汽輻散區(qū)。

2.3 對(duì)棉花的影響

表1列出了彭澤站及全省2016～2019年的雨季結(jié)束日期，圖9列出了2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布。分析表1與圖9可知，2016～2019年澇旱急轉(zhuǎn)現(xiàn)象在江西均有出現(xiàn)，只是每年的時(shí)間、范圍與強(qiáng)度不同。其中2016～2017年主要出現(xiàn)在九江及周邊地區(qū)，2018年主要出現(xiàn)在贛中及贛東北的部分地區(qū)，2019年出現(xiàn)在贛北北部與贛南南部以外的全省大部分地區(qū)。

表1 2016～2020年雨季結(jié)束期對(duì)照表(月/日)

圖9 2016～2019年江西省雨季末期降水距平分布圖(%)

資料分析表明，2016～2019年九江地區(qū)雨季結(jié)束后均出現(xiàn)了20 天以上的程度不等的干旱少雨天氣。棉花伏前桃、伏桃以及單株成鈴數(shù)，澇旱急轉(zhuǎn)明顯的年份(2016年和2017年)少于前期澇害不明顯的年份(2018年和2019年)，單產(chǎn)前者也低于后者(如表2)?？梢?jiàn)，雨季末期雨水過(guò)多，出現(xiàn)明顯的澇旱急轉(zhuǎn)，對(duì)棉花生產(chǎn)不利。

表2 2016～2019年彭澤縣棉花“三桃”調(diào)查及全縣平均皮棉產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

研究表明，江西省夏季澇旱急轉(zhuǎn)前(澇期)，東亞地區(qū)200 hPa南亞高壓呈帶狀分布，其脊線偏南、偏強(qiáng)，江西位于南亞高壓東南側(cè)；500 hPa江西省位于副熱帶高壓外圍，副熱帶西風(fēng)急流高空帶來(lái)的輻散和來(lái)自孟加拉灣的西南氣流帶來(lái)的豐富的水汽，配合中層強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，形成持續(xù)性降水，引發(fā)洪澇。急轉(zhuǎn)后(旱期)，高低空環(huán)流形式發(fā)生改變，中高緯地區(qū)基本維持“西低東高”的偏緯向型環(huán)流，中國(guó)西部槽加深，江西省被副熱帶高壓控制，西南氣流快速減弱，強(qiáng)大而穩(wěn)定的高壓系統(tǒng)控制，干旱得以持續(xù)發(fā)展。對(duì)棉花“三桃”及單產(chǎn)比較分析結(jié)果表明，澇旱急轉(zhuǎn)天氣，澇害越嚴(yán)重，對(duì)棉花生產(chǎn)的影響越明顯。

事實(shí)上，導(dǎo)致澇旱急轉(zhuǎn)的更深層次的原因十分復(fù)雜，如垂直速度往往和降水是關(guān)聯(lián)的，垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)影響降水，降水也會(huì)影響垂直運(yùn)動(dòng)，這種反饋機(jī)制有待進(jìn)一步研究。