黄河流域夏旱天气成因分析

黄河流域夏旱天气成因分析

盛世是黄河的主要洪峰，也是降雨和洪水的多发期。据统计45%左右的年雨量和80%以上的区域性暴雨降在7、8月份,而1999年盛夏期多分散的阵雨,只在7月4、5日出现1次大范围的中到大雨,局部暴雨;7月13日部分流域降中到大雨。持续无雨、少雨天气显著增多,致使7、8月份雨量较往年同期显著偏少,入海径流量与往年同期相比,7月份偏少56%,8月份偏少90%,花园口站年最大洪峰流量为3260m3/s,为历史实测记录的次小值。持续少雨,加之高温,致使沿黄不少地区发生几十年以来罕见的干旱气候。1降雨特征及年际变化动态综合水文、气象降雨资料,与历年同期多年雨量均值相比,6月份降雨除兰州以上偏多和山陕区间偏少外,流域大部地区的降雨接近正常。但7、8月份,流域大部的降雨和径流量明显偏少,7月份降雨量除兰州以上、泾渭洛河略偏多外,其他地区偏少二成至四成,大部分干、支流的径流量偏少30%～50%,入海总水量偏少56%。8月份流域大部降雨显著偏少四成至七成,大部分干、支流的径流量偏少45%～90%,入海总水量尚不足往年同期的1/10。7、8月份内,黄河流域少雨、无雨日数长达40多天之久,而且大部集中在7月中旬至8月上旬。沿黄不少地区出现了几十年以来罕见的严重夏旱。强降雨过程较往年同期显著减少,往年盛夏7、8月份是黄河暴雨洪水的主要发生期,在黄河中游一般有10余次区域性中到大雨及以上的强雨过程,其中有3至5次暴雨过程,而1999年大部分是分散的阵雨,只在7月4日至5日出现一次大范围中到大雨,局部暴雨过程。7月13日部分地区降中到大雨,夏汛期未出现一次区域性大到暴雨(表1)。汛期花园口站最大洪峰流量为3260m3/s,是年最大洪峰历史实测记录的次小值。2循环背景和主要循环系统2.1高纬区阻塞型经向环流特征从500hPa月、旬、候平均图与往年同期相比均可看出,北极区环流出现反位相的异常变化,7、8月份极区正高度距平中心均达100gPm以上。特别是7月中旬到8月中旬极区持续维持阻高(脊)达7个候次。由于极区的高压活动(或极涡的经向发展如6月末、7月第3候)使极涡离散,极涡主体向北美东北部、亚洲西北部(跨北欧)明显偏移,高度正、负距平区多经向排列,高纬区阻塞型经向环流较往年同期显著偏强。特别是阿拉斯加阻高(脊)常与北美西部脊或东北太平洋脊叠加形成强的阻塞型高脊,长时间持续少动(7月第3候到8月第4候),致使北太平洋及北美洲上空的经向环流持续时间均达40d左右。在北美东海岸(65～70°W),北美西海岸(130°W附近)及西北太平洋170°E附近的三个准常定长波槽的经向度均较往年偏强,7、8月份的平均槽位置均几乎一致,其相互间的波距几乎相等,这表明经向环流十分稳定。另外,各槽的位置均较往年偏东10个经度以上。上述经向环流的建立和稳定特别是西太平洋槽较往年偏东(多年平均位置在勘察加半岛东侧),经向度较强,对北太平洋副高主体分裂及西边的单体副高在日本国附近长时间盘踞(7月中旬到8月中旬)及其纬向活动较往年偏弱具有重要影响。另外,大西洋区的超长波槽及纬向环流的维持(8月上旬前),以及亚洲上空经向环流维持偏强(7月份为主),蒙古高压、中亚槽等长波系统的停滞少动,对北太平洋区经向环流的稳定也具有重要的环流效应。2.2副高活动偏弱,西太平洋副高西伸偏弱7月上旬前,在北太平洋区经向环流尚未建立,副高主体呈纬向,主要在东北太平洋区到北美南部,7月中旬,北美—北太平洋区经向环流的加强并伴长波槽、脊的不连续后退,如洋中槽(7月第2候在165°W至7月第4候移到170°E)使副高分裂并西移,其西边的副高单体7月中旬末到达日本南部,直至8月中旬西太平洋副高主体在日本及其东南部洋区维持少动。位置较往年偏北、经向度偏强,西界只达135°E,较往年同期偏东20个经度以上,7、8月份170°E以西副高的面积均较往年偏小。特别是在122°E以西,20°N以北的我国大陆上的副高活动较往年异常偏弱。7、8月份的候平均图上除7月第1候,8月4、6候在江南、东南沿海曾出现小的单体副高和弱脊外,其余各候均无副高可见,旬平均图上的副高面积除8月下旬外其余各旬则均近于零。造成西太平洋副高在日本盘踞,其西伸活动异常偏弱的原因从环流因素来看,除上述环流的下游效应外,还由于亚洲上空较早的建立和较长时间的维持经向环流,自6月下旬开始到7月下旬,在我国东北的阻高(7月上半月)及蒙古到华北的高压活动较往年活动偏强,致使日本—朝鲜的冷涡冷槽(7月上、中旬)以及华北—华东沿海的冷槽切变(115～120°E)长时间维持不消。7、8月累积日数达40余天,另外,7月下旬到8月上旬因有3次台风均自海上北移朝鲜而使其西侧的大陆高压加强及北方冷空气向南扩散,这些局部环流条件均不利日本副高的西伸。直至8月后半月伴随着西伯利亚极涡及中亚大槽的东移入海,北太平洋上转为纬向环流,副高才开始南退,纬向西伸活动加强,但此期间因有2次较强冷空气先后入侵东北、华北的影响而使副高西伸我国东部的活动仍仅限于30°N以南。由于西太平洋副高主体长时间在日本盘踞,西伸我国东部的活动异常偏弱,致使台风、低空急流等低纬度天气系统深入大陆的活动次数也较往年同期大大减少。7、8月内台风生成及登陆的次数均较往年偏少50%,而且台风降雨对黄河流域均基本无影响。由于副高势力只达东南、华南沿海一带,黄河下游、江淮一带又常有冷槽、切变停留,而使偏南风低空急流难以向北推移,一般只到达30°N附近。低纬度天气系统深入内陆的活动明显减少,使黄河流域基本上失去了主要的水汽供给系统,并使中低纬度天气系统在黄河流域相互遭遇的机会以及区域性强雨、暴雨出现的次数均较往年大大减少。同时也是造成黄河流域7、8月份降雨显著偏少的重要原因。3主要影响系统和时间序列的气候变化3.1降水特征变化据统计,7、8月份内控制黄河中、下游的暖高压和变性冷高压累计日数共达45d之多,郑州、西安等站的700hPa、850hPa月平均高度正距平10～30gpm,月平均露点负距平1～3℃,大陆高压的频繁影响明显消弱了降水的水汽和动力条件,这是造成流域7、8月份降雨显著偏少的主要原因。7月份黄河流域受大陆高压控制及偏北气流影响日数达25d左右,特别是7月中下旬由于亚洲大陆及北太平洋区的经向环流相对稳定,加之台风自海上北移(下旬)使大陆高压更加稳定。8月份,亚洲中、北部冷空气势力增强,蒙古等大陆暖高压的活动较7月份显著减弱,但因黄河流域处于45°N附近平直纬区的南侧,月内黄河流域受低层高压及500hPa偏西、偏北干气流的控制日数达20余天。7、8月内因大陆高压及偏西、偏北干气流的频繁影响导致流域大部无雨、少雨累计日数达40余天,特别是7月15日～8月13日期间少雨、无雨日数竞达25d之多,加之持续高温,致使旱情发展。3.2无低纬度天气系统往年夏季黄河流域80%的区域性强雨、暴雨都是由来自低纬区的副高、低空急流或台风(倒槽)、暖切变等天气系统的直接参与下与冷空气的相互作用所造成。今年盛夏影响流域的冷空气次数虽不少(7、8月内共有11次),但因副高等低纬区天气系统深入内陆的活动异常偏弱,7、8月内只有1次(7月4～6日)副高伴有低空暖湿急流及暖切变移入流域并与西来的高原冷槽、高原涡在黄河中下游相互交汇,造成夏汛期最大的1次区域性降雨过程(中到大雨,局部暴雨),而其余10次冷空气均无低纬度天气系统配合,都是中、小阵雨,落区分散,强度不均。另外,因多是自大槽中分裂的短波冷槽,加之蒙古—华北暖高压势力强(7月份),冷槽多达黄河上游即明显减弱或自河套附近沿高压后部气流向东北滑移,或冷槽多沿平直纬区(8月份)自40°N附近以北东移,并在河套东部减速,冷空气扩散南下,因此在影响流域的11次冷空气中,有9次均为偏北或东北路径,自40°N以南经青藏高原移入的西路冷槽只有2次。冷空气路径偏北或冷槽达黄河上游北缩减弱,一方面不能使高原涡移出,同时也不利高原东侧的偏南气流建立和加强。加之江淮一带常有切变维持,华北、华东沿海常有冷槽、切变存在,使变性冷高压或西来的暖性高压(脊)常在黄河流域的中、南部停留,这样使移入流域中北部的西风槽基本上失去水汽的供给通道(7、8月份流域南界、东界各站≥6m/s的偏西、北风日数均达30～40d左右),同时还往往使槽南部或前部的偏西风分量增大,风场辐合减弱。另外,因西风槽的移速多北快、南慢,冷平流北强南弱,当晋、冀区有高压存在时,往往在河套东部(槽的北段)因锋生作用,出现强SW风区,此时河套南部—秦岭为相对弱风区,而使黄河中游及上游部分地区处于中低层风速的强辐散区。如8月6日就是这种典型例子,出现上述天气系统及天气条件的配置情况,显然均不能产生区域性强雨。另外,在影响流域的部分冷槽中虽有较强地面低压或低层低涡配合,但因都是来自内蒙西部沙漠区的干暖低气压(700hPa以下T-Ts≥10℃),动力辐合虽强,但也不能造成区域性强雨。4环流演变与经向稳定性的关系4.1热带、副热带天气系统深入内陆活动异常偏弱,使中低纬度天气系统在黄河流域相互交汇的机会明显减少是今年盛夏区域性强雨、暴雨较往年显著偏少的主要原因。由于大陆高压及偏西、偏北干气流在流域内的频繁活动使流域大部盛夏少雨、无雨过程较往年明显增多。二者的综合影响是导致今年夏旱气候的主要天气成因。4.2北太平洋区及其相邻区经向环流的相对稳定是使西太平洋副高主体在日本南部长时间维持的主要环流因素。而西北太平洋槽(170°E附近)位置较往年偏东及经向稳定对副高的稳定则具有直