我国西南地区2009年秋季特大旱灾大气环流特征分析

热 带 地 理

Vol.31，No.1

Jan.，2011

TROPICAL GEOGRAPHY

我国西南地区2009年秋季特大旱灾

大气环流特征分析

张新主，章新平*，关华德，谢自楚

（湖南师范大学 资源与环境科学学院，长沙410081）

摘 要：利用西南地区5省市126个气象站1961―2009年逐月降水资料以及NCEP/NCAR月平均资料，分析了西南地区2009年秋季特大旱灾降水变化特征以及同期的环流特征。结果显示：（1）2009年秋季，来自孟加拉湾地区、南海地区暖湿水汽与来自内蒙古水汽均减弱；西南地区大部分地区水汽净获得减少或者由水汽净获得转换为水汽净失去。（2）2009年9―10月份西风带纬向环流较往年增强，西风槽偏东，东亚大槽西翼偏北；11月份西风带经向环流较强，但内蒙古西部、宁夏、甘肃、青海东部南下偏北风经向分量较往年减弱，西风槽偏北。（3）2009年9月份副高偏西偏强，西南在副高控制下，辐合上升水汽减少；10月份云南、贵州、广西大部分地区受控副高；11月份副高西伸至孟加拉湾地区，偏南风只存在17.5°N以北的孟加拉湾地区，这削弱了孟加拉湾地区向我国西南地区输送的水汽量。 关键词：西南地区；秋旱；大气环流

中图分类号：P932 文献标识码：A 文章编号：1001-5221（2011）01-0021-07

2009年秋季（9―11月），西南地区（本文指的域特征与中国区域旱涝异常的关系，分析发现长江是四川、云南、贵州、广西以及重庆4省1市）遭流域旱涝年的“大三角扇型”区域水汽输送特征有

[14]

受了重大旱灾。这次干旱持续时间长、范围广，给显著差异。丁一汇等对1998年中国严重洪涝期间

[15]

的水汽收支特征进行了研究。徐祥德、陈联寿等该地区造成了非常严重的经济损失。在全球变暖背

采用NCEP资料分析了长江流域旱、涝年整层水汽景下，旱涝等极端天气气候事件发生更为频繁，因

[1-18]

输送结构，发现了长江流域旱、涝年整层水汽输送此旱涝成因及预测研究备受国内外研究者关注。

国内学者在旱涝成因及预测方面已做了大量有意义流型反位相特征，提出长江流域涝年水汽输送“大

[16]

的工作，特别是环流异常对旱涝影响研究取得了重三角形”关键区来自海洋。刘德等对重庆地区夏

[8]

季旱涝的欧亚环流特征进行了分析，并指出重庆夏要进步。陶诗言等分析了夏季江淮流域持久性旱

涝时期中纬度和副热带地区环流的特征，并指出，季多雨的同期欧亚主要环流形势是西太平洋副热带

[17]

在江淮流域持久性干旱时期，在中纬度500 mb的高高压偏南、偏强等。梁平德等对影响华北盛夏旱

涝的环流特征进行了分析，给出了盛夏旱涝分别与度场表现有一定的流型，副热带地区流型也有一定

的特点，中纬度和副热带地区流型的稳定度均甚大。“西高东低”和“东高西低”流型的对应关系。牛宁

[9][18]

和李建平则对2004年发生在长江以南地区的严高由禧等研究了东亚季风进退活动同大气环流季

节变化及中国大陆上雨带移动的关系，指出季风的重秋旱特征及其同期大气环流的异常特征进行了分强弱和来去时间的正常与否，直接决定中国不同地析。

[11]

区降水的正常与否。黄荣辉等研究了ENSO事件从以上研究可知，环流异常是降水变化的一个不同阶段对中国夏季江淮流域、黄河流域、华北地重要因素。而环流异常由水汽输送异常、西风带环

[12]

区降水的影响。赵振国探讨了中国夏季重点地区流、副热带高压等方面变化来体现。这些因素异常

[13]

旱涝形成的一些主要原因。徐祥德、陶诗言等研变化使得不同地区降水发生异常，从而产生旱涝灾究了青藏高原-季风水汽输送“大三角扇型”影响害。同时从以上研究发现，目前国内外对夏季旱涝

收稿日期：2010-10-09；修订日期：2010-12-10

基金项目：国家自然科学基金资助项目（40871094；40871043）；高等学校博士学科点专项科研基金（20094306110006）；湖南省重点学科建设项目（40652001）

作者简介：张新主（1977―），男，湖南祁阳人，博士研究生，讲师，主要从事全球变化研究，（E-mail）zhhnnu@gmail.com。 * 通讯作者，博导，教授，（E-mail）xinping.z@gmail.com。

22 热 带 地 理 31卷

成因以及环流特征研究较多，而对秋季旱涝成因及环流特征探讨较少，尤其是对西南地区秋季旱涝环流特征研究较少。本文拟从水汽输送、西风带环流及西太平洋副热带高压等方面对2009年西南地区秋季大旱进行分析，以探讨西南地区2009年秋旱成因和物理机制。

1 资料与方法

1.1 资料

主要采用西南5省市1961―2009年126个站点逐月降水资料和1961―2009年NCEP/NCAR月平均资料。1961―2009年NCEP/NCAR月平均资料包括1 000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、

v）、比湿（q）、400 hPa、300 hPa等气压层的风场（u，

高度场（z）以及相应的地面气压（p）资料。

本文从水汽输送异常、西风带环流变化、西太平洋副热带高压强弱变化等方面进行了分析。水汽输送计算了从地面积分到300 hPa水汽输送通量以及水汽输送通量散度。西风带环流变化分析则用了西风指数（Zonal Index，简称ZI）和500 hPa高度场5 760 m等势线。

参照文献[19]和[20]计算水汽水平输送通量和垂直水汽输送通量。从地面积分到300 hPa的水汽水平输送通量Q为:

1Q=

g

p0300

月份除了四川阿坝东部、广元、绵阳、德阳、成都等地区和广西的玉林、北海等地区以及贵州印江县降水增加外，西南其他地区降水都偏少，云南东部和贵州西部地区降水减少4成以上，其中六盘水减少6成以上。10月份（图1-b），西南地区除广西北海地区以及云南江城县等降水增加外，其他地区均减少，且大部分地区降水减少3成以上。云南东部、东北部与广西北部以及四川甘孜州降水减少达6成以上。11月份（图1-c），西南大部地区降水减少5成以上，其中云南地区北部、四川西南部地区降水减8~9成。2009年整个秋季（图1-d），西南地区除了四川阿坝东部、广元、绵阳、德阳、成都以及广西的玉林、北海等地区降水增加外，其他地区的降水大都减少2成以上，其中云南地区的曲靖、文山、昆明、红河等部分地区以及贵州的六盘水降水减少6成以上。

3 2009年秋季环流特征

3.1 水汽输送特征

水汽输送是水分循环的一个重要环节，水汽输送包括水平输送和垂直输送。水汽水平输送的变化会导致一个地区水汽收支平衡变化，影响到一个地区降水的多少；而水汽垂直输送影响一个地区的水汽凝结情况，从而影响到降水的形成。

图2是多年秋季水平水汽输送通量场（流线部分）和2009年秋季纬向、经向水汽输送距平场(阴影部分)合成图。图2-a为平年秋季水汽输送通量场（流线）和2009年秋季纬向水汽输送通量距平场合成图。水汽向东输送区域，纬向水汽输送通量正距平表示水汽输送通量增加，负距平则表示水汽输送通量减弱；水汽向西输送区域则相反。从图2-a平年秋季水汽输送通量场可知，秋季，暖湿水汽从孟加拉湾和南海输送至西南地区。从图2-a 2009年秋季水汽输送通量距平场可知，2009年秋季，在区域20°N―25°N，85°E―100°E之间的纬向水汽输送通量减弱，从而使得西南地区从孟加拉湾获得暖湿水汽减少；而在中南半岛中部地区，从南海地区获得暖湿水汽也减少，使得西南地区从南海地区获得暖湿水汽减少。图2-b为平年秋季水汽输送通量场（流线）和2009年秋季经向水汽输送通量距平场合成图。水汽向北输送区域，纬向水汽输送通量正距平表示水汽输送通量增加，负距平则表示水汽输送通量减弱；水汽向南输送区域则相反。从图2-b可知，孟加拉湾北部地区经向向北输送的水汽较往年减

∫(Vq

p0

)dp （1）

可得在纬向和经向的水汽输送通量:

Qλ1

=g

300

1Qϕ=∫(uq)dp；

g

p0

300

∫(vq)dp

（2）

水汽输送通量散度:

G∇•Q=

1∂Qλ∂Qϕcosϕ（+)

∂ϕacosϕ∂

λ （3）

（1）―（3）式中：g为重力加速，V为二维风矢量，

u和v分别为经向和纬向风速，q为比湿，ω为垂直速度，p0为地面气压。

参照文献[21]计算了西风指数，计算公式如下： ZI＝Ug（35N）-Ug（55N） （4） Ug（35N）为35°N 500 hPa纬向风速，Ug（55N）式中：

为同期的55°N 500 hPa纬向风速。

2 2009年秋季降水变化特征

运用2009年9―11月以及整个秋季降水距平百分率分析西南降水变化特征。图1是2009年秋季（9―11月）降水距平百分率图。从图1-a可知，9

1期 张新主等：我国西南地区2009年秋季特大旱灾大气环流特征分析 23

图1 西南地区2009年秋季降水距平百分率

Fig.1 Autumn precipitation anomaly percentage in Southwest China in 2009

弱；且中南半岛北部地区向北输送的暖湿水汽也减弱，这表明南海地区向西南地区输送的暖湿水汽也减弱。综合图2-a、2-b可知，2009年秋西南地区从孟加拉湾和南海地区获得的暖湿水汽均减弱，使得西南地区2009年秋季水汽条件较平常年减少，从而使得充足的水汽降水条件难以满足。

冷暖空气相互作用是西南地区秋雨形成的重要原因，而南下冷空气的强弱影响冷暖空气相互作用的强弱。从图2-b可知，内蒙古西部、甘肃、宁夏、陕西等地区南下输送的水汽也减弱。内蒙古西部地区经向南下水汽输送量约减少1成,中部地区减少

2~3成;甘肃南部和陕西北部南下经向水汽通量则减少5成以上；甘肃北部、陕西南部和宁夏南下经向水汽通量则减少2成左右。这表明从内蒙古、甘肃、宁夏和陕西南下至西南地区的冷空气减弱。而同期从孟加拉湾北部和中南半岛中北部（来自南海）北上的经向水汽通量也减弱。这样，导致冷暖空气在西南地区相互作用减弱，不利于西南地区降水形成。

图3是西南地区9―11月份多年平均水汽输送通量散度（等值线）和2009年9―11月份水汽输送通量散度距平（阴影）合成图。从图3-a和图3-b可知，平年9、10、11月份西南地区除了四川甘孜、

24 热 带 地 理 31卷

图2 平年秋季水平水汽输送场和2009年秋季水平水汽输送距平场合成图（单位：kg/m·s）

Fig.2 The synthetic map of autumn average moisture fluxes and zonal(a) and meridional (b) anomaly in Autumn 2009

图3 平年（等值线）及2009年秋季水汽输送通量散度距平场（阴影）合成图（单位：1e-5m/s）

Fig.3 The synthetic map of the autumn average moisture flux divergence and the anomaly in（a）September,（b）October and（c）November

重庆东部等地区的水汽辐散（净失去）外，其余地区均为水汽辐合（净获得）区。从图3-a可知，2009年9月西南地区除了云南德宏州、保山、四川甘孜、阿坝水汽辐合增强，重庆大部分地区辐散减弱，其他地区的水汽辐合减弱；云南东北和南部、广西百色和贵州大部分地区净获得水汽减少最多，高达4成以上，这与图1-a中对应区域降水减少最相吻合。从图3-b可知，2009年10月份西南地区除四川盆地等部分地区水汽辐合增强外，其他地方均减弱。尤其是广西北部区由水汽获得区转变换为水汽净失去区。从图3-c可知，11月份，除云南的迪庆、昭通，四川凉山、攀枝花以及重庆中西部分地区净获得水汽增强外，西南其他地区水汽辐合减弱，这不利于降水。总之，2009年秋季西南地区大部分地区净获得水汽减少，不利于西南地区降水的形成。

3.2 西风带环流特征

西风带对中低纬地区降水影响较大，西风带环流强弱影响到南下冷空气的活动强度与频率，从而影响冷空气南下所经过地方的降水。本文利用西风指数和西风槽分析西风带环流变化特征，并以500 hPa 5 760 m等势线位置分析西风槽南北移动情况。从1961―2008年的9―11月份平均西风指数以及2009年9―11月份西风指数图（图4）可知，相对于平年，2009年9月、10月500 hPa纬向环流较强。纬向环流加强不利于冷空气南下。而2009年11月500 hPa纬向环流较弱，西风指数为-0.22，这表明西风带经向环流较强；虽然11月份西风带经向环流加强，但从500 hPa距平图（图略）可知，内蒙古西部、宁夏、甘肃、青海东部以及四川北部南下偏北风经向分量较往年减弱，不利于冷空气南下；据

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图4 平年和2009年秋季60°E-150°E西风指数图

Fig.4 Autumn zonal indexes in average year (red)and in 2009（blue）

from September to November

同期600 hPa、700 hPa风场图（图略），内蒙古西部、宁夏、甘肃、陕西南下偏北风较往年减弱，不利于冷空气南下。

西风带槽系统是影响西南地区秋季强降水的重要天气系统。在500 hPa高空天气图上，5 760 m等势线正代表西风槽所在。图5是2009年和平年9―

图5 平年（虚线）和2009年（实线）9―11月份西风槽

Fig.5 The westerly trough location in average year (dotted) and in 2009

（solid） from September to November

11月份500 hPa高度场5 760线分布示意图。图5中，实线表示2009年5 760 m等势线，虚线表示平年5 760 m的等势线，并且9―11月份槽线逐月南下。从图5可知，2009年9月份西风槽较平年偏东，东亚大槽后翼在80°E―135°E之间较平年北移，这不利于冷空气沿内蒙古西部、宁夏、甘肃、青海东

部以及四川北部南下至西南地区。2009年10月份西风槽较平年偏东，东亚大槽后翼在90°E―110°E较平年北移，这不利于冷空气沿甘肃、青海东部南下至西南地区。2009年11月份西风槽较平年偏北，这不利于冷空气南下。 3.3 西太平洋副热带高压

西太平洋副热带高压（简称副高）是东亚季风

[22]

系统中的重要成员之一，其结构、位置、强度等的变化以及与周围系统的相互作用对中国天气和气候异常有十分重要的影响。西太平洋副热带高压南北进退以及东西伸缩对我国降水影响较大。副高在500 hPa高度场表现显著，本文采用500 hPa高度场分布图分析副高的位置和强度。图6是多年秋季500 hPa平均高度场以及2009年秋季高度场。从图6-a可以看出，常年9月份，西太平洋副热带高压500 hPa高度场5880线西伸端点位于138°E，5870线西伸端点位于129°E左右，脊线位于27°E，其高压中心分布在西太平洋上。而2009年9月份西太平洋副热带高压在500 hPa分裂为两个次高压中心，一个位于西太平洋，另外一个位于中国南部地区。位于中国南部地区副高次中心的5880线西伸端点105°E，587线西伸端点位于93°E附近。由于完全在副高控制下，西南地区9月份850~500 hPa大气向上垂直速率减弱，导致水汽辐合上升水汽通量减少，这使得降水减少。同时，由于西南地区受副高控制，中南半岛北部和中部600~300 hPa的东风增强，不利于暖湿水汽从孟加拉湾地区输送至西南地区，也就不利于云南和贵州降水的形成，但有利于南海地区暖湿水汽输送至贵州南部。这与西南地区2009年9月份降水距平百分率分布图相吻合。

平常年10月份（图6-b），西太平洋副热带高压500 hPa高度场5880线西伸端点退缩至141°E，5870线西伸端点则伸至103°E左右，脊线南撤至24°E，其高压中心分布在西太平洋上。而2009年10月份，与9月份一样，西太平洋副热带高压在500 hPa分裂为两个次高压中心，一个位于西太平洋，另外一个则东伸南撤至缅甸和我国云南、广西、广东以及海南等地区。由于受副高控制，10月份云南、广西、贵州大部分地区850~500 hPa高度场大气向上垂直速率减弱或者大气垂直向上运动转为垂直向下运动，导致这些地区水汽辐合上升水汽通量减少，这使得降水减少。同时，由于副高中心移至缅甸和 我国云南、广西南部，使得西南地区600~300 hPa风场均为正西风，不利于孟加拉湾地区和南海地区

26 热 带 地 理 31卷

暖湿水汽输送至西南地区。

平常年11月份（图6-c），西太平洋副热带高压500 hPa高度场5880线西伸端点退缩至136°E，5870线西伸端点则伸至115°E附近，脊线南撤至20°N，其高压中心分布在西太平洋上。2009年11月份，西太平洋副热带高压5880线西伸端点东缩至102°E，5870线西伸端点则西伸至80.5°E附近，孟

加拉湾地区大都受副高控制。从850~500 hPa风场矢量图（图略）可知，由于副高西伸至孟加拉湾地区，在5°―15°N、60°―100°E之间的孟加拉湾地区产生强劲的近似正东风区域，偏南风只存在17.5°N以北的北部湾地区，这削弱了孟加拉湾地区向我国西南地区输送的水汽量。

4 结语

2009年秋季西南地区发生特大旱灾，大部分地区降水减少2成，有些地区降水甚至减少6成以上。研究表明，2009年秋季西南地区降水减少与环流异常有很大关系，整层垂直积分水汽输送通量减少、水汽输送通量散度异常、西风带环流异常以及副高偏强等均不利于西南地区降水。分析表明：2009年秋季副高偏强偏西，不利于孟加拉湾地区暖湿水汽输送至西南地区，也不利于西南地区水汽辐合；再加上西风带环流异常不利于冷空气南下，使得西南地区冷暖气团交汇作用减弱，因而使得西南地区少雨干旱。

本文只从水汽输送、西风环流、副高等方面进行了初步分析。实际上，地表热力作用以及高纬、低纬与中环流系统的相互作用的动力作用等因素对西南地区的降水影响也极大。因此，对2009年秋季西南地区特大旱灾成因还有待进一步分析和研究。

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图6 平年（虚线）和2009年（实线）9―11月份

副高位置合成图

Fig.6 The West Pacific subtropical high in average year (dotted) and in

2009 （solid）from September to November

1期 张新主等：我国西南地区2009年秋季特大旱灾大气环流特征分析 27

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The Atmospheric Circulation Features of the Heavy Drought in

Southwest China in Autumn 2009

ZHANG Xinzhu，ZHANG Xinping，GUAN Huade，XIE Zichu

（Resource&Environment College，Hunan Human Normal University，Chansha 40081，China）

Abstract: Monthly precipitation data of the 129 stations in Southwest China and the NCEP/NCAR data from 1961 to 2009 are used to analyze the rainfall anomaly and the atmospheric circulation features in autumn 2009. The results show that (1)both the warm moisture flux from the Bay of Bengal and the South China Sea and the cold moisture flux from Inner Mongolia decreased in autumn 2009，that made the interaction between cold and warm moisture flux weaken. (2)Moisture convergence reduced in Southwest China in September, and increased in November, when the moisture flux from the Bay of Bengal and the South China Sea decreased, that made rainfall decrease. (3)Zonal westerly circulation enhanced in September and October. In November, meridional westerly circulation became stronger, but the 700-500hpa meridional wind vector over the western Inner Mongolia, Ningxia, Sichuan weakened. (4)The West Pacific Subtropical High became stronger and moved west in September, and Southwest China was under its control, that made water vapor convergence reduced. In October，the West Pacific Subtropical High was over Yunnan，Guizhou and Guangxi. In November, the High stretched toward the Bay of Bengal, southerly wind only existed to the north of 17.5N, that made moisture flux from the Bay of Bengal weaken. Based on the above analysis, the authors think that water vapor flux anomaly, westerly circulation anomaly and the West Pacific Subtropical High being stronger and moving west are important factors affecting the autumn rainfall of 2009 in Southwest China.

Key words: Southwest China；autumn drought；Atmospheric circulation