引 言

中國西北地區地域十分遼闊，主要由新疆、甘肅、寧夏、青海和陜西 5 省\\(區\\) 構成，是中國最主要的干旱半干旱氣候區，干旱是其主要的天氣氣候特點，發生頻率高，分布廣，面積大，持續時間長。每年因干旱給工農業生產造成了巨大損失，是長期制約西北地區經濟和社會發展的一個重要因素。所以研究西北地區干旱發生的基本氣候特征、影響和成因，對探討異常干旱氣候趨勢預測以及應對旱災的對策及措施具有十分重要意義。

東亞副熱帶西風急流是北半球副熱帶西風急流定常中心區中強度最強的系統，其位置經向移動和強度變化對我國天氣氣候有重要影響。

Fu 等的研究表明，自 1979 年以來，中緯度對流層強增暖和平流層強冷卻改變了原有對流層經向溫度梯度的分布特征，2 半球的對流層副熱帶急流向兩極方向移動，使得 Hadley 環流在 2 個半球分別向極區擴展\\(總共約 2°\\) ，致使與此相關聯的副熱帶干旱帶也向兩極地區擴展。馬柱國等的結果表明，非洲大陸、歐亞大陸、澳洲大陸和南美大陸近 52 a來主要以干旱化趨勢為主，尤以非洲大陸和歐亞大陸最為劇烈。近些年來，中國西北地區隨著人口增加和工農業生產的迅速發展，干旱化程度加劇、面積擴大，水資源短缺的矛盾愈加突出。

目前，一些學者分析了副熱帶急流位置變動對我國不同地區旱澇的影響。如，符淙斌等的研究表明，近 20 ～50 a 來中國北方大部分地區干旱少雨和顯著增暖加劇了該地區干旱化發展的程度，未來2030 ～ 2040 年我國北方干旱、半干旱區的范圍有可能向東南擴展平均約 2 個緯距。西北干旱化趨勢的變化可能與副熱帶急流的位置變化有關。這是因為影響東亞地區的干濕變化主要是東亞季風環流的年代際轉變和低層大氣反氣旋環流的增強和氣旋性環流的減弱。然而，目前針對副熱帶急流向極地移動對我國西北干旱尤其是春旱的系統性研究尚未見報道。因此，本文擬選擇中國西北地區典型旱季，即春旱，研究東亞副熱帶急流位置對于西北春季干旱的影響，以期為更好認識西北干旱問題成因和防災減災提供科學依據。

1、 資料和方法

1． 1 資料

本文所采用的資料包括: \\(1\\) NCEP/NCAR 提供的1980 ～2009 年日平均風速場，水平分辨率為2． 5°× 2． 5°，范圍是 70°E ～ 120°E、25°N ～ 50°N，分析的時段為 1980 ～ 2009 年春季、1980 ～ 2008 年 12 月、1981 ～ 2009 年 1 月和 2 月; \\(2\\) NCEP / NCAR 提供的1980 ～ 2009 年高度場再分析資料，網格距為 2． 5° ×2． 5°，范圍是 0° ～ 180°E，0° ～ 90°N; \\(3\\) 中國西北地區 136 個臺站 1980 年 3 月 1 日至 2009 年 11 月 30日逐日平均降水量資料，分析時段僅限于春季降水，圖 1 為西北地區 136 個站點的分布。

1． 2 方法

1． 2． 1 干旱指數的定義及方法

選取降水距平百分率作為西北地區的干旱指數，降水距平百分率\\(Pα\\) 是指某段時間的降水量與常年同期降水量相比的百分率。計算公式如下:

其中，P 為某時段的降水量;珔P 為同期多年平均降水

的平均值，n =30。西北地區多數氣象臺的干旱標準是以月或季降水距平百分率為基礎的，一般把月降水量 ＜ －20% 平均值作為干旱; ＜ －50% 平均值作為嚴重干旱; ＞20%平均值為多雨; ＞50%平均值為嚴重多雨。

1． 2． 2 副熱帶急流位置指數的定義及方法

本文采取最大西風所在緯度的平均緯度來定義副熱帶急流位置指數，東亞副熱帶西風急流具有明顯的季節變化，通常春季西風急流位于 25°N ～50°N 之間，急流軸線移至 30°N 左右，用急流軸的位置來表示副熱帶西風急流的南北移動更具有明確的意義。東亞副熱帶西風急流軸線指數 I 可定義為: 200hPa 等壓面上 70°E ～ 120°E、25°N ～ 50°N 區域內最大西風所在緯度的平均值。計算公式如下:

其中，nx 為東西方向上 70°E ～ 120°E 范圍，經距為2． 5°時，所計算的經線數目，本文中 nx = 21; Fi為某經線上的最大西風值。I 的值較常年平均值越大，表示西風急流的軸線位置越偏北，反之，西風急流軸線越偏南。

2、 干旱指數、副熱帶急流位置指數的變化

2． 1 春季干旱指數的年變化特征

根據前面干旱指數的定義方法，統計了 1980 ～2009 年春季中國西北地區的干旱指數\\(圖 2\\) 。由趨勢線可以看出，1980 ～ 2009 年，西北地區春季干旱指數呈先上升再下降趨勢，即 1993 年以前，西北地區的春旱形勢有所減緩，此后春旱又再次加重，其中 1990 年代中期至 2000 年代初期波動較大; 從距平值來看，1981、1989、1994、1995、2000、2001、2008年的干旱指數 ＜ － 20%，均屬春旱年份，其中 1995年和 2000 年的干旱指數 ＜ － 40%，為嚴重干旱; 而1987、1988、1990、1998、2002、2003、2005 年的干旱指數 ＞20%，屬多雨年份，其中 1988、1998 年的干旱指數 ＞40%，屬嚴重多雨年。

2． 2 副熱帶西風急流位置指數的變化特征

根據副熱帶西風急流位置指數的計算方法，統計了 1980 ～ 2009 年春季和冬季中國西北地區的副熱帶西風急流位置指數\\(圖 3\\) 。圖 3a 春季副熱帶西風急流位置指數顯示，1980 ～ 2009 年春季東亞副熱帶西風急流的軸線位置整體上呈現向北擴展的趨勢，1980 ～2009 年期間，春季副熱帶西風急流的位置北移了約 1． 2 個緯度，其幅度為 0． 4 °N /10 a。另外，與多年平均位置相比，春季副熱帶西風急流位置偏南的年份有 1982、1983、1997、1998、2001 年，其中 1998 年最偏南，西風急流位置移至 26． 6667°N; 偏北的年份有 1984、1985、1989、1995、1999、2000、2004、2006、2007、2009 年，其中1984 年和 1999 年最偏北，西風急流位置分別為32． 619°N 和 32． 857°N。圖 3b 是冬季副熱帶西風急流位置指數，可以看出，冬季西風急流位置也有北移的趨勢，1981 ～2009 年北移了約 0． 8 個緯距，其幅度為0． 28 °N/10 a，明顯小于春季的; 另外，對比急流軸的平均位置，1981 ～2009 年期間，冬季副熱帶西風急流的位置在 27． 5°N ～31°N 之間震蕩，其中 2006 年異常的偏北，1989、1997、2001、2002、2008、2009 年的冬季也較偏北，而 1983、1992、1998、2003、2005、2007 年冬季的副熱帶西風急流位置比較偏南。

3、 干旱指數與副熱帶急流位置指數的關系

3． 1 同期相關分析

為了了解副熱帶急流的位置對西北地區春季干旱的同期影響，對春季的副熱帶急流位置指數與干旱指數進行了 Pearson 相關分析。發現春季干旱指數和西風急流位置指數呈負相關，這說明隨著東亞副熱帶西風急流位置的向北移動，西北地區的春季干旱指數降低，干旱加重，但二者之間的相關系數僅有 － 0． 250，未通過 0． 05 顯著性檢驗。這可能是因為中國西北地區干旱成因復雜，影響因素較多，副熱帶西風急流只是影響西北春旱的眾多因素之一，況且它可能不是直接影響因素，而是通過一種復雜的中間機制間接影響的。

3． 2 前期相關分析

為進一步了解西北地區春季干旱與西風急流的位置關系，對前期冬季的副熱帶西風急流位置指數與春季干旱指數作 Pearson 相關分析。冬季的西風急流位置指數和春季的干旱指數仍呈負相關關系，二者之間的相關系數為 －0． 386，達到了 0． 05 的顯著性水平。這說明冬季東亞副熱帶西風急流位置偏北預示著中國西北地區次年春季將會遭遇到干旱，且這種可能性很大。

4、 前期合成分析

前面的相關分析顯示，冬季副熱帶西風急流的位置與我國西北地區的春旱存在著顯著的負相關關系，因此，這里對冬季副熱帶西風急流位置的正負異常年的 500 hPa 位勢高度作前期合成分析，以試圖揭示東亞副熱帶西風急流位置對中國西北春旱的環流影響機理。從圖 4a 中可以看到，當冬季副熱帶西風急流位置異常偏北時，500 hPa 上，切爾斯基山脈及周圍地區的上空有一正距平中心，其強度 ＞ 35gpm; 同時伊朗上空也有一正距平存在，強度較小，范圍也很小。另外，在北冰洋上空有一負距平中心，強度較小\\(通過了 90%的顯著性檢驗\\) ，并且在急流軸偏北年，東亞槽更深一些，新疆、青藏高原脊比較強，與之相應的中緯度偏北風較強，此時段我國西北地區為強大的高壓控制，脊前干冷的西北氣流使得西北地區容易發生干旱。圖 4b 顯示，在 500 hPa 合成圖上，當冬季副熱帶西風急流位置異常偏南時，0°～ 20°N、0° ～ 180°E 的范圍內都是通過 90% 顯著性檢驗的正距平中心; 在副熱帶西風急流軸位置異常偏南年，新疆脊較弱，控制我國西北地區的高壓雖存在，但其強度相對急流位置偏北年偏弱，西北氣流偏北，偏南氣流能夠攜帶水汽北上與偏北氣流交匯，導致西北地區春季降水相應增多，從而使西北地區不易發生春旱。

5、 結論與討論

\\(1\\) 1980 ～ 2009 年間，中國西北地區的春旱呈現出先減輕后加重的趨勢。

\\(2\\) 1980 ～ 2009 年，東亞副熱帶西風急流的位置無論是在冬季還是在春季都有向北移動的趨勢，其中春季北移的幅度是 0． 4°N/10 a，冬季北移的幅度是 0． 276°N/10 a。

\\(3\\) 我國西北地區的春旱指數與同期春季的副熱帶西風急流的位置存在不顯著的負相關，而與前期冬季的副熱帶西風急流的位置存在顯著的負相關，這表明前年冬季副熱帶西風急流位置若較常年偏北，則次年西北地區發生春旱的可能性很大。

\\(4\\) 500 hPa 位勢高度場的前期合成顯示，冬季副熱帶西風急流偏北年份，我國西北地區次年春季為強大的高壓控制，脊前干冷的西北氣流使得春旱容易發生; 而急流位置偏南年份，高壓相對較弱，西北氣流偏北，偏南氣流能夠攜帶水汽北上與偏北氣流交匯，導致降水相應增多，從而使得西北地區次年春旱不易發生。

影響西北地區春季干旱的因子很多，本文的研究結果顯示東亞副熱帶急流位置變動只是其中之一。本文僅限于東亞副熱帶急流對西北春季干旱的影響及其環流影響機理分析，副熱帶急流強度和形態等對西北干旱的影響、其深層次的動力機制及其與其它大尺度環流系統對于西北春季干旱的協同作用將是下一步計劃進行的工作。

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