张润英++郑秀文++罗俊伟++马子平++李春华

摘 要：运用气候诊断法，利用全国气候业务网提供的2015年气象资料和历年气候资料，简要分析了2015-07—08山西省忻州市出现的特大气象干旱极端事件。分析结果显示，导致2015-07—08尤其是伏天降水特少的原因主要有2点：①2015年发生了强厄尔尼诺事件，导致大气环流异常。具体表现为7月份和8月份极涡强度比往年同期偏弱，冷空气活动偏弱，偏东，西太平洋副热带高压强度总体偏弱，位置偏东偏南，使得副热带高压长时间控制华南地区，副高外围的水汽不能输送到山西中北部；②山西省忻州市地形复杂，山地和丘陵占全市总面积的89.5%，山地和坡地蓄水能力差。经过综合分析，结果表明，2015-07—08，山西省忻州市发生的特大干旱是多种自然因素共同作用的结果。

关键词：干旱；厄尔尼诺；大气环流；降水

中图分类号：P426.616 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.023

1 灾情分析

2015-07—08，山西省忻州市干旱少雨，人们的日常生活、工业、农业等各方面用水都受到了极大的影响，尤其是对农业生产的影响。据各县民政局统计，截至2015-08，忻州全市14个县，已经有11个县137个乡（镇）受到了不同程度的旱灾，受灾人数94.73万，农作物受灾面积237 790 km2，成灾面积205 220 km2，绝收面积44 730 km2，分别占播种面积的58%，50%，11%，而因灾害导致饮水困难的牲畜有17 300头。

2 旱情状况分析

2.1 实况降水分析

2.1.1 2015-07—08降水分析

2015-07—08，全市平均降水量为101.2 mm，比往年同期（206.0 mm）少50.9%. 其中，神池县、原平市、河曲县降水量比往年少了70%以上，偏关县、五寨县、保德县、岢岚县、代县比往年少了50%～60%，忻府区、定襄县、宁武县和静乐县比往年少了40%左右，五台县接近往年同期值，具体情况如表1所示。2015-07，全市平均降水比历史同期少53.7%；2015-08，全市平均降水比历史同期少48.3%.由此可知，原平市、代县、神池县2015-07的降水量创同期新低，偏关县接近同期最小值。2015-08，全市降水量少了3～8成，未突破历史最小值；2015-07—08，五寨县、神池县、偏关县的总降水量创历史新低，河曲县、原平市的降水量接近历史同期最小值。各观测站降水详情见表1.

2.1.2 伏天降水分析

2015年伏天（2015-07-13—2015-08-21），全市平均降水量为80.8 mm，与2014年同期相比少22.2%，与历年同期相比少43.4%.除了五台县外，其余县（市）均低于历年同期值，原平市、代县、五寨县、河曲县、保德县和偏关县比历年同期少5成以上，神池县偏少7成以上。

伏天降水最少时段是7月下旬和8月中旬，7月下旬全市平均降水量为13.2 mm，比历年同期少67.2%；8月中旬降水特别少，全市平均降水量只有6.4 mm，与历年同期相比少81.4%.

7月上旬到中旬，全市降水偏少3～6成，旱象波及全市；7月下旬降水持续偏少6成以上，旱象日趋严重，大面积作物出现叶枯苗萎的情况。虽然8月上旬全市平均降水偏少一成，但是，由于前期旱象明显，旱象呈加剧态势，8月中旬降水极少，农作物受旱严重，干枯死亡，秋粮作物大幅度减产已成定局。

2.2 土壤墒情分析

由全市各县2015-08-31的土壤测墒情况可知，除了五台县及其周边地区外，其余各县10 cm土壤的相对湿度在40%以下，处于严重干旱状态，如图1所示。繁峙县、静乐县、忻府区部分、定襄县局部10～30 cm、10～50 cm的土壤相对湿度在40%～50%之间，处于中度干旱状态，具体如图2、图3所示。

表1 山西省忻州市14个台站2015-07和2015-08的降水量、距平

图1 205-08-31，10 cm土壤平均相对湿度 图2 2015-08-31，10～30 cm土壤平均相对湿度

综合分析降水和土壤墒情可知，除了五台县和繁峙县东南部的气象条件适宜农作物生长外，忻州市其余各县均出现了不同程度的旱情。其中，五寨县、神池县、偏关县、河曲县、保德县、原平市、岢岚县为特旱等级和重旱，繁峙西北部、代县、宁武县为重度到中度干旱，静乐县为中旱，忻府区、定襄县为中度到轻度干旱，具体情况如图4所示。

图3 2015-08-31，10～50 cm土壤平均相对湿度 图4 2015-08忻州全市干旱分布情况

3 干旱成因分析

3.1 大气环流异常

大范围的干旱必然与大气环流异常有关。下面简要分析了2015-07和2015-08北半球500 hPa环流特征。

3.1.1 极涡和冷空气活动

2015年夏季，极涡比往年偏弱，位置偏西半球，位于中高纬度上的乌拉尔山地区的高压脊很不稳定，导致我国北方冷空气强度偏弱、路径偏东。将这种情况反映到500 hPa位势高度场上，2015-07和2015-08的情况很相近。2015-07，在500 hPa位势高度场上，如图5所示，极涡有2个中心，中高纬度环流呈4波型分布，长波槽分别位于西伯利亚、北太平洋中部、北美东部和大西洋东部。从距平场上可以看出，北极中心附近对应正距平中心，中心超过12 dagpm。这表明，2015-07，极涡强度比往年同期偏弱，新地岛以东为负距平。由此可知，该极涡强度偏强。2015-08，在500 hPa位势高度场上，如图6所示，没有明显的极涡中心，中高纬度环流也呈4波型分布，长波槽位置与2015-07长波槽的位置接近，而2015-08冷空气活动更偏弱、偏东。

3.1.2 西太平洋副热带高压异常

如图5、图6所示，由2015-07和2015-08的500 hPa月平均环流场情况可知，这两个月平均环流场的特征很相近，西太平洋副热带高压强度都偏弱，位置偏东偏南，平均副高脊线都在25°N附近，比历年同期明显偏南，导致副热带高压长时间控制华南地区，副高外围的水汽不能输送到山西中北部。2015-07—08，500 hPa月平均场也存在一定的差异，8月份西太平洋副热带高压强度比7月份更弱，更偏东。从2015-08的500 hPa高度距平场上可以看出，环流形势呈“+-+”，西太平洋副热带高压偏西、偏强、偏南，与历年同期相比显著偏南，584线一直位于长江流域，使得山西乃至整个华北地区发生空汛。

3.2 平均环流特征

3.2.1 100 hPa月平均环流特征

如图7、图8所示，由2015-07，2015-08的100 hPa月平均高度场可知，2015-07南压高压脊线在北纬35°N附近，0～150°E在中纬度地区为显著的高压带，高压中心位于70°E附近；2015-08南压高压脊线在北纬30°N附近，位于中纬度地区的高压带在30°～150°E之间，比2015-07偏东30个经度，高压中心位于80°E附近，比2015-07的高压中心偏东10个经度，都属于西部型南压高压。当南压高压为西部型时，500 hPa588线偏东偏南，雨带多在长江流域，全国呈现南涝北旱的降水格局。

3.2.2 300 hPa和700 hPa上月平均流场特征

从图9、图10中可以看出，2015-07，300 hPa在10°～50°N，0°～180°E有一个强盛的反气旋环流，环流中心位于北纬30°N，70°E附近，与100 hPa上空的南压高压中心一致。8月份300 hPa环流特征与7月份300 hPa 环流特征相近。7月份700 hPa环流特征与8月份700 hPa环流特征相近，都表现为偏南气流偏南偏东，在20°N以南为偏东气流，在20°N以北、120°E附近转为偏南气流。研究表明，东亚夏季风和南亚夏季风同时偏弱会导致西北、华北等地的水汽输送条件变差。

3.2.3 850 hPa水汽输送情况

2015-07，在850 hPa上，30°E～130°E之间的水汽输送带一直在28°N左右摆动，水汽带的北部边缘始终没有越过30°N。7月中旬水汽输送带北抬到30°N附近，忻州市平均降水比往年少一成，7月下旬南撤到28°N以南，忻州市平均降水比往年同期少67%以上。2015-08，上旬的水汽输送带位置与7月中旬的相近，忻州市平均降水比往年少一成，中旬水汽输送带的位置与7月下旬相近，下旬全市平均降水比往年同期少82%以上。

3.3 环流演变与天气

2015-07上旬，副高外围584线一直处于黄河以南，山西省出现了持续晴热少雨的天气。2015-07中旬，环流形势调整，副高西伸北抬。2015-07-14—2015-07-16，忻州市大部分地区出现了7月以来较强的一次降水过程，全市降水量为0.1～44.3 mm，东部各县的降水量大于10 mm，西部各县的降水量不足5 mm。随后副高快速南撤，直到7月末才再次北上。在副高和冷空气的共同作用下，2015-08-02—2015-08-03，忻州市出现了一次小雨量级的降水，直到出伏，再无有效降水过程。

3.4 ENSO的影响

所谓“ENSO”，是厄尔尼诺（El Nino）和南方涛动（Southen Oscillation）的简称。厄尔尼诺是太平洋赤道海域水温异常升高引起的一种异常气候现象。虽然厄尔尼诺现象发生在海洋，南方涛动现象出现在大气，但是，这两种现象有非常紧密的内在联系，是热带太平洋大尺度海气相互作用的结果。因此，近年来，全世界把这两种现象作为一件事情看待。参照相关文献和国家气候中心《ENSO监测简报》（18～53期），1981年以来，厄尔尼诺事件的起始时间、结束时间和强度详见表2.由表2可知，1981—2015年，共发生了11次厄尔尼诺事件，每隔2～5年就发生1次，发生概率为0.285.

1981年以来，共发生强厄尔尼诺事件6次，分别在1982—1983年间、1986—1987年间、1994年、1997年、2009年和2014年；强度较弱的厄尔尼诺事件共5次，分别在1991—1992年间、1993年间、2002年、2004—2005年间、2006—2007年间。在前10次厄尔尼诺事件中，1997—1998年的最严重，达到极强强度。据国家气候中心气候监测，2014-05开始的厄尔尼诺事件，截至2015-09-27，其海温指数为1.9 ℃。目前，厄尔尼诺海温距平指数累计达到了16.3 ℃，超过强厄尔尼诺事件监测标准，并且强度仍在增强。与有完整气象记录以来最强的厄尔尼诺事件（1997/1998年的厄尔尼诺事件）相比，此次厄尔尼诺事件的强度要弱，但是，持续时间已经超过了1997/1998年，为历史第四强，峰值强度为历史第三大值，仅次于1982/1983年和1997/1998年。

表2 1981年以来的厄尔尼诺事件

相关研究表明，山西省忻州市夏季大旱与厄尔尼诺事件有很大的关系，具体表现为以下2点：①厄尔尼诺事件对忻州市夏季降水有一定的影响，厄尔尼诺事件开始年忻州市夏季干旱，发生干旱的概率为72.7%，发生大旱的概率为45.4%.厄尔尼诺事件结束年，忻州市夏季降水正常或偏多，发生大涝的概率为30%，正常或偏涝的概率为80%.②忻州市夏季降水量极值都出现在强厄尔尼诺年。强厄尔尼诺年，夏季降水量偏少的概率为76.9%，偏多的概率为23.1%，夏季出现降水量距平百分率≤-20%的概率为66.7%，夏季降水量距平百分率≥20%的概率为14.3%.

自19世纪50年代以来，在已发生的14次厄尔尼诺事件中，忻州市有5年盛夏出现了大干旱，分别在1986年、1991年、1997、1999年和2002年。相关统计显示，2015年夏季，我国雨水“南多北少”，华北地区继2014年夏季连续出现空汛。

3.5 地形影响

2015年山西夏旱，忻州市旱情最严重，这与其地形有很大的关系。忻州市山地和丘陵的面积占全市总面积的89.5%.由于山地和坡地的蓄水能力较差，又不能人工灌溉，所以，只能靠天吃饭。2015年，忻州全市7月和8月平均降水量比往年同期少50.9%，最多时少72.3%，出现了严重伏旱的情况。

3.6 收支情况

由2015-07和2015-08自然降水量和每日蒸发量可知，土壤水分收支不平衡，支出远远大于吸入。从2014-01-01开始，由于国家一般的气象观测站停止了每日蒸发量观测，所以，只有河曲县、五寨县、原平市、代县4个国家基本气象观测站有2015-07—08的蒸发量资料。据统计，2015-07，每日蒸发量为4.7 mm，而四站平均降水量为33.4 mm，每天有1.1 mm的降水；2015-08，每日蒸发量为4.9 mm，而四站平均降水为36.4 mm，每天有1.2 mm的降水。经过统计分析，2015-07和2015-08每天的降水量不仅不能满足自然蒸发量，还要透支地表和地下水源，因此，土壤水分严重匮乏，干旱情况十分严重，导致农作物大面积死亡。

4 小结

本文将山西省忻州市14个县站2015-07和2015-08降水之和与往年同期降水之和作对比、分析。研究发现，2015-07—08，全市平均降水量比往年同期平均降水量偏少50.8%.其中，原平市、五寨县、保德县、河曲县、偏关县、神池县偏少6成以上，五寨县、偏关县、神池县为历年同期极端最低值，河曲县、原平市接近历年同期最低值。以降水距平百分率作为干旱指标，忻州市2015-07—08出现了历史上罕见的特大干旱。从目前掌握的旱灾情况看，2015年，忻州市出现的旱灾是有完整气象记录以来最严重的一次。

研究发现，2015年出现了强厄尔尼诺事件，而大气环流异常是导致7月和8月，尤其是伏天降水量特少的主要原因。7月和8月极涡强度比往年同期偏弱，冷空气活动偏弱，偏东，西太平洋副热带高压强度总体偏弱，位置偏东偏南，使得副热带高压长时间控制华南地区，而副高外围的水汽不能输送到山西中北部，导致山西乃至整个华北地区发生空汛。

地形会加剧旱情的发展。山西省忻州市地形复杂，山地和丘陵的面积占全市总面积的89.5%，山地和坡地的蓄水能力差，2015-07和2015-08的自然降水量不能满足每日水汽蒸发量，过多地透支地表和地下水源，会使得土壤水分严重匮乏，导致农作物干枯死亡。

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