2008_2009年冬季大气环流异常对我国东部严重干旱的影响

第24卷第11期干旱区资源与环境Vol．24No．11 2010年11月Journal of Arid Land Resources and Environment Nov．2010
文章编号：1003－7578（2010）11－104－06
2008/2009年冬季大气环流异常对
我国东部严重干旱的影响*
王红军1，白爱娟2
（1．西安卫星测控中心渭南714000；2．成都信息工程学院成都610225）
提要：文中利用NCEP/NCAR再分析资料及NCC/CMA资料，分析了2008/2009年冬季东部干旱的成因。

结果表明：前期La Nia现象造成沃克环流增强，导致我国北方偏北风盛行。

2008年6月以后西太平洋暖
池附近对流减弱、2008/2009年冬季青藏高原积雪偏少、中国中东部偏北风盛行、乌拉尔山至青藏高原地区的
南北向高压带的存在等是2008/2009年冬季干旱的主要成因。

关键词：La Nia；青藏高原积雪面积；干旱环流
中图分类号：P434文献标识码：A
ENSO是全球海气相互作用年际变率中最主要的信号。

ENSO事件发生时，全球大气环流形势发生很大的变化，许多地区出现不同程度的气候异常及旱涝灾害，引起气象学者的高度关注。

季风作为全球气候系统中的一个重要成员，对全球大气环流的季节和年际变化起着重要作用。

在亚洲季风强或弱的年份，全球热带大气环流表现有很大的差异。

陶诗言、金祖辉等［1－6］研究了亚洲冬夏季风与ENSO事件的关系后认为，El Nino和La Nina事件显著地影响了东亚冬、夏季风的循环。

在冬季El Nino（La Nina）年亚洲上空的环流型不利（有利）于寒潮向南爆发，导致亚洲冬季风弱（强），ENSO暖（冷）位相与中国冬季降水关系密切。

龙振夏、黄荣辉［7－12］等研究了赤道东太平洋海温与大气环流的相互作用后，指出冬季低纬度热源异常将对北半球中、高纬度对流层大气环流的异常起很大影响；王静［13］分析了欧亚雪与大气环流、EN-SO循环的关系后，认为欧亚冬季积雪异常的年份，大气环流出现显著异常，欧亚大陆积雪与赤道中东太平洋El Nio或La Nia事件的爆发有一定的联系。

上述研究加深了我们对大气环流异常的认识。

2008年11月－2009年2月上旬，中国华北大部、西北东部、黄淮、江淮、江汉等北方冬麦区出现严重的干旱，降水量较常年同期偏少5－8成，河北、北京降水量为1951年以来历史同期最少值，河南为第三少值。

全国农作物受旱面积966．7万hm2，较常年同期偏多266．7万hm2，其中北方冬麦区受旱面积总计达913．3万hm2，重旱266万hm2。

严重干旱导致370万人、185万头大牲畜饮水困难，干旱成为日常生活和农业生产中最为突出的问题。

文中利用NCEP/NCAR再分析资料和NCC/CMA资料，对2007/2008年的La Nia事件和大气环流的主要异常特征以及这些异常特征对中国气候异常，尤其是对2008/2009年冬季严重干旱影响的可能物理机制进行初步分析。

由于影响中国气候异常的物理因子很多，各种因子的相互关系及其影响机制比较复杂，有些原因我们尚不清楚，所以文中的分析还有待于进一步的深入研究。

1La Nia事件
海表面温度作为大气的外强迫因子之一，其异常将改变海洋向大气输送的水汽、潜热通量等，导致局地对流活动和高低层流场的改变，并通过大气遥相关作用影响全球大气环流，导致大气环流和气候异常。

从2007年7月开始的赤道东太平洋降温事件，到2008年2月份达到极盛期（图略），是2001年以来
*收稿日期：2009－9－10。

基金项目：国家科技支撑计划（2007bac30b05－4）；国家自然科学基金项目（40975020）资助。

作者简介：王红军（1971－），男，陕西渭南人，工程师，主要从事中短期天气预报和强对流天气研究。

最强的一次La Nia 事件。

造成2008年我国南方低温雨雪冰冻灾害的La Nia 事件4 5月份基本结束，但9月份赤道太平洋中东部海温又有所降低，2008年12月 2009年2月La Nia 现象形成（图1a ）。

从2007年7月 2009年2月全球海温距平逐月演变图（图略）看，赤道东太平洋海温持续为负距平；在西太平洋地区最为明显的特点是北印度洋、西北太平洋、我国周边海域海温持续为正距平区（2007年12 2008年5月南海北部、大陆东部存在小范围的负距平区），表明2007年7月份以来我国大陆东部被暖的海水所包围，形成暖池效应。

冬季我国周边海域的增温现象使得海陆之间的热力差异减小，从而减弱了印度洋及南部洋面水汽向我国大陆内地的输送。

冬季，由于围绕我国东部大陆的海水温度较高，使得东亚大槽偏弱（图1b ），所以2008年12月 2009年2月全国大部地区气温较常年偏高，出现了明显的暖冬；其次，在La Nia 现象影响下，沃尔克环流变得异常强烈，东亚经向环流异常，造成入冬以来我国北方地区偏北气流盛行，东南暖湿气流相对较弱，于是，北方强寒潮大风频繁出现，降雨量偏少，表明La Nia 现象也是2008/2009年冬季气温居高不下及其降雨量偏少的的重要因子之一。

图1赤道太平洋海表温度距平时间－经度剖面图（a ）；印度洋、太平洋28ħ等温线分布（b ）
Fig．1Time －longitude section of monthly mean equatorial SSTs anomalies （a ）；
the Indian Ocean and Western Pacific warm pools location of isotherm of 28ħ（b ）
图2OLRa （5ʎS 5ʎN ）时间－经向剖面图
Fig．2Tin －longitude setcion of monthly mean euquatorial anomalies 2上空的大气对流活动
热带西太平洋暖池是大气重要的热源之一。

在
暖池附近，由于强烈的海、气相互作用，对流活动很
强，在该地区上空形成上升支。

黄荣辉［5］等从观测
事实和理论方面研究了暖池上空对流活动所形成的
热源对北半球大气环流异常的作用，发现华北地区、
黄河流域降水与菲律宾周围上空对流活动之间存在
正相关。

这主要是由于暖池上空的对流活动影响着
西太平洋副热带高压的位置和强度，而副高的强度
和位置的异常直接影响着东亚气候的异常。

图2是OLRa （5ʎS 5ʎN ）时间－经向剖面图。

图中显示
2008/2009年冬季暖池附近对流活动较弱，2008年
6月份以后西太平洋暖池附近的对流活动为负距平区，对流中心东移至日期变更线（180ʎ）附近，可见热带西太平洋暖池附近对流活动偏弱是2008/2009年冬季华北西部和黄河流域降水偏少的气候背景之一。

3冬季青藏高原积雪
我国东部大陆位于世界屋脊青藏高原的下游，青藏高原的热力、动力作用对我国东部大陆以及东亚的气候异常有重要影响。

研究结果表明，当冬季青藏高原多雪时，纬向环流占优势，东亚冬季风偏弱；反之，当冬季青藏高原少雪时，经向环流占优势，东亚冬季风偏强。

2008/2009年冬季青藏高原积雪面积比常年同期偏小（图3），根据辐射和积雪反馈作用的理论研究，当高原积雪少和范围变小时，雪面的反照率减小，·501·第11期王红军等2008/2009年冬季大气环流异常对我国东部严重干旱的影响
反射日光的太阳辐射减小，高原接受到的太阳辐射则增多，冬季高原作为亚洲一个庞大热汇的热力作用加强，导致因海陆差异引起的亚洲冬季风增强。

图3青藏高原区域积雪面积距平指数
Fig．3Regional area index of accumulated
snow coverage over Qinghai －Tibet Plateau
4干旱环流特征和演变
2008年1月，中国19省区（广东、广西、江
西、福建、湖南、湖北、贵州、四川、江苏、安徽、河
南、陕西、甘肃等）遭受了几十年乃至百年一遇的
严重雨雪和冰冻灾害，由于2008年初的雨雪冰
冻灾害发生区域，与2008/2009年冬季干旱区域基本相同，故文中对这两次过程进行了对比分析（下同）。

图
42008/2009年冬季北半球500hPa 平均位势高度距平（10gpm ）Fig．4Monthly mean of geopotential heights at the level of 500hPa and anomalies over Northern Hemisphere in winter 2008/20094．1极涡分布
极涡是对流层中部较为强大的环流系统之一，它的位置、强度
和范围以及形态的不同，影响着整个半球甚至全球的大气环流异
常。

从图4看，2008/2009年冬季北半球极涡呈偶极型带状分布，极
涡中心分别位于加拿大东北部和东亚东北部，东亚东北和加拿大分
别对应位势高度负距平区域，
其中东亚的负距平中心值为40gpm ，在两极涡之间为正距平中心，这表明位于东亚的极涡中心较常年位
置偏北偏东，预示着影响我国的冷空气将多偏向亚洲东部地区，相
对我国大部分地区冷空气势力要弱些，实际上2008/2009年冬季我
国东北的黑龙江北部温度较常年偏低0．5－2ħ，而西北地区温度较
常年偏高1－4ħ。

4．2欧亚中高纬环流从2008年12月－2009年2月平均的北半球500hPa 高度及距平场（图5a ）看，欧洲北部阻塞高压维持，这个阻塞高压2008年12月最强，12月该区域对应160gpm 的正距平中心，1月正距平中心减弱，
2月重新加强（图略）。

在阻塞高压的西南侧欧洲西南部为低压槽，
对应80gpm 的负距平中心，这说明欧洲西南地区低压槽活动较图52009年1月北半球500hPa 平均位势高度距平（10gpm ）（a ）；2008年1月北半球500hPa 平均位势高度距平（10gpm ）（b ）Fig．5Monthly mean of geopotential heights at the level of 500hPa and anomalies over Northern Hemisphere in January ，2009（a ），in January ，2008（b ）常年频繁。

在欧亚中纬地区，
大西洋的中部、阿拉伯半岛以
北至巴尔喀什湖、太平洋中部
为正距平区域控制，欧洲西南
部、中国东部沿海至日本群岛
以西为负距平区域控制，它们
分别对应高压脊和低压槽。

而在北半球的低纬度地区，除
了大西洋中西部为负距平区
控制外，基本上全部为正距平
区控制，说明北半球的副热带
高压较常年偏强。

从上述分
析中可以发现，从北印度洋、
阿拉伯半岛、青藏高原到巴尔喀什湖及其以北地区，均为高值区（高压区），南北向异常强大的高压带不仅阻碍了西
风带中扰动系统向我国大陆的传播，而且影响了低纬度洋面热带扰动系统和暖湿气流向我国内陆地区的
·601·干旱区资源与环境第24卷
输送。

常年印缅槽的位置正距平的出现，说明冬季印缅槽偏弱。

由于北欧至青藏高原距平正异常和亚洲东岸距平的负异常，导致亚洲东部地区经向环流的异常和偏北风的异常加强，从而我国大陆较长时间处于槽后（东亚大槽）脊前（欧洲北部的阻塞高压脊和青藏高压脊）的西北气流控制下。

从2008年1月的高度距平场看（图5b ），500hPa 的环流异常十分显著，对中国有直接影响的主要是
60ʎN 、60ʎE 附近地区大片正距平区，这是乌拉尔山阻塞高压异常加强且较长时间存在所造成的。

同阻塞高压相匹配的是贝加尔湖到巴尔喀什湖一带有一个东北－西南向的高度负距平区，在中国东北到日本一
带为高度正距平区。

上述形势表明，
2008年1月，贝加尔湖到巴尔喀什湖一带存在一个横槽，使影响中国的东亚大槽偏西偏弱，
加上异常强大的乌拉尔山阻塞高压的存在，使得上述异常形势能较长时间的维持，这样影响我国的冷空气路径偏西，但因不断有横槽中分裂出来的小槽活动，致使冷空气活动频繁，从而导致雨雪冰冻天气较长时间的维持。

图62008年1月200hPa （a ）、850hPa （b ）和2009年1月200hPa （a ）、850hPa （b ）月
平均流函数距平及矢量风距平（单位：105m 2/s ，m /s ，阴影区为平均流函数距平）Fig．6Monthly mean stream function and vector wind 200hPa （a ）、850hPa （b ）
in January 2008；200hPa （c ）、850hPa （d ）in January 2009
4．3对流层异常情况
2008年12月及2009年
1月是这次干旱的主要时期。

在2008年12月至2009年1
月200hPa 水平风距平场上
（图6），北半球沿30ʎN 分布
着四个反气旋性的正距平中
心，分别位于大西洋中部、地
中海西部、
太平洋中部和青藏高原上空。

在伊朗、我国东部
沿海各存在一个气旋性距平
区。

这些反气旋性（气旋性）
距平中心与对流层500hPa 的
正（负）距平区对应较好。

从
2008年12月和2009年1月
850hPa 水平风距平场（图6）
看，非洲东北部、沙特阿拉伯、
印度半岛、中南半岛及中国中
东部偏北风距平盛行，来自南
部洋面的暖湿气流难以到达
上述地区。

表明这些地区冬
季偏北风较常年异常强盛，持续而且干燥的偏北风使得空气水汽含量异常偏少，从而导致了降水的减少。

2008年1月200hPa 水
平风距平场上，北半球沿30ʎN 分布着四个反气旋性的正距平中心，分别位于大西洋中部、地中海、亚洲东海岸、太平洋中部。

从北印度洋至乌拉尔山地区为一个巨大的气旋性距平区。

这与2009年1月该区域的
反气旋性距平区分布正好相反，亚洲东海岸处的反气旋性距平区分布上，
2008年1月反气旋中心较2009年1月偏西、偏强。

从2008年1月850hPa 水平风距平场看，非洲东北部、沙特阿拉伯、印度半岛、中国中东部偏南风距平盛行（中南半岛两个月份相似），这与2009年1月有着显著的差异。

4．4高空急流的分布
从2008/2009年200hPa 季平均纬向风图看（图略），急流轴位于30ʎN 40ʎN 纬圈上，在地中海南部和日本南部分别为急流中心。

从纬向风距平图看（图7），从伊朗、孟加拉湾至中南半岛和中国长江以南地区为纬向风负距平区域（对应乌拉尔山至青藏高原地区的南北向高压带），地中海、中国中北部地区为正距平区域，北支纬向气流的加大和南支纬向气流的减弱不利于青藏高原东部大陆的降水。

这也是这次异常干旱事件的成因之一。

·701·第11期王红军等2008/2009年冬季大气环流异常对我国东部严重干旱的影响
2008、2009年1月，急流轴位置相似，强度均为正异常，但是2008年1月纬向风在30ʎN 40ʎN 的正
距平中心，2009年1月为负距平区，说明2009年1月乌拉尔山至青藏高原地区的南北向高压带的异常强大对西风带系统的阻挡作用很明显，前者促进了上游西风带中小扰动系统的东移，而后者阻挡了西风带中
小扰动系统的东移，
导致2009年1月中国大陆长时间处于脊前西北干冷气流的控制之下。

图72009年1月200hPa 月平均纬向风距平（a ）；2008年1月200hPa 月平均纬向风距平（b ）Fig．7Monthly mean 200hPa zonal winds anomalies （a ）in January 2009；（b ）in January 20084．5西太平洋副热带高压
副高强度及位置的异常
导致我国气候异常，
早已引起人们的重视和给以充分的研
究，并得出一些规律性的结
论。

2008/2009年冬季西太
平洋副热带高压较常年强度
偏强，脊线较常年偏南约1个
纬距（图8），西伸脊点较常年
偏东3．7个经距（常年均值123ʎE ，2008/2009年冬季126．7ʎE ）。

由于副高西伸脊点偏东、脊线偏南，导致副高西侧偏南气流很少将暖湿空
气输送进入我国大陆，
所以西太平洋副热带高压较常年偏南偏东是这次干旱的成因之一。

2008年1月，在亚洲东部到西太平洋的副热带地区为高度正距平区，而且在菲律宾以东地区有明显的588线的副高中心，西太平洋副热带高压较常年明显偏强、偏西、偏北，异常强大的副热带高压有效阻挡了冷空气的向南移动，异常稳定的副热带高压对2008年1月雨雪冰冻的持续起到了非常重要的作用。

对比2008、2009年1月份南中国海上的西太平洋副热带高压可以发现，2009年1月副高偏南偏东，西
伸北抬不明显；2008年1月，副高西伸北抬明显，副高脊线较常年偏北5个纬距。

图8
西北太平副热带高压面积指数（a ）、强度指数（b ）、
脊线位置（c ）和西伸脊点序列（d ）
Fig．8Area index （a ），intensity index （b ），ridge Position （c ）and western ridge point （d ）
for the Northwest Padific subtropical high 4．6南支槽
2008年12月 2009年2月南支槽平均位于东经90ʎE 以西地区，从500hPa 季平均位势高度距平图（图略）及500hPa 季平均纬向风距平图的气候态分布（图7）看，在20ʎN 30ʎN ，
60ʎE 90ʎE 的区域内为高度正距平区，说明南支槽强度较常年偏弱，而且弱南支槽的影响主要出现在12月下旬。

说明印度洋和孟加拉湾的水汽很难进入我国，这是引起我国北方大部分地区未出现明显降水的一个主要原因。

2008年1月中旬起，在20ʎN 30ʎN ，60ʎE 90ʎE 区域内一直维持着高度负距平区，印缅槽的持续偏强，使得来自印度洋的暖湿气流可以源源不断的输送到中国南部地区和内陆地区，对2008年1月的雨雪冰冻天气也起到了重要的作用。

·801·干旱区资源与环境第24卷
5结语
（1）冬季近海海域的增温现象使得海陆之间的热力差异减小，减弱了印度洋及南部洋面水汽向我国大陆内地的输送。

在La Nia 现象影响下，沃尔克环流变得异常强烈，造成入冬以来我国北方地区偏北气流盛行，东南暖湿气流相对较弱。

（2）东亚的极涡中心较常年位置偏北偏东，预示着影响我国的冷空气将多偏向亚洲东部地区。

亚洲东部地区经向环流的异常和偏北风的异常加强，从而我国大陆较长时间处于槽后（东亚大槽）脊前（欧洲北部的阻塞高压脊和青藏高压脊）的西北气流控制下。

（3）2008年12月和2009年1月850hPa 水平风距平场表明：非洲东北部、沙特阿拉伯、印度半岛、中南半岛及中国中东部偏北风盛行，来自南部洋面的暖湿气流难以到达上述地区，从而导致了降水的减少。

（4）乌拉尔山至青藏高原地区的南北向高压带的异常强大对西风带系统和叠加到其中的小扰动系统起到了一定的阻挡作用，是这次异常干旱事件的成因之一。

（5）西太平洋副热带高压较常年偏南偏东、南支槽强度较常年偏弱，也是这次异常干旱事件的成因之一。

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1998．The severe drought in eastern China by the anomalies atmospheric circulation in winter 2008
WANG Hongjun 1，BAI Aijuan 2
（1．Xi＇a n Satellite Control Center ，Weinan 714000，P．R．China ；
2．，Chengdu University ，Chengdu 610225，P．R．China ）
Abstract ：In this paper ，we has analysed the cause of severe drought in eaetern by NCEP /NCAR reanalysis da-ta and the NCC /CMA information in winter 2008/2009．The results showed that the pre －La Nia phenomenon has led to enhanced Walker circulation ，leading to northerly winds prevalent in northern China．The vicinity of the western Pacific warm pool convection weakened after June 2008、less than normal snow cover in winter 2008/2009、northerly winds prevail in the central and eastern of China 、Ural Mountains to the Qinghai －Tibet Plateau
region ，
north －south high －pressure zone to the presence of others are the main causes of winter severedrought in 2008/2009．
Key words ：La Nia ；snow cover area ；drought circulation ·901·第11期王红军等2008/2009年冬季大气环流异常对我国东部严重干旱的影响。