兰州市2007年夏秋季气候异常分析

兰州市2007年夏秋季气候异常分析廖 琴兰州大学资源环境学院摘要:利用兰州市19512007年夏秋季的逐日降水量、气温资料和同期NCEP/NCAR再分析资料，研究了2007年的气候异常特征，并初步探讨了500hPa高空环流形势对气候异常的影响。结果表明：2007年夏秋季节兰州市降水量与历史同期相比显著增多，尤其是夏季最为突出，夏季降水量比历史同期多1.8倍，秋季降水量比历史同期多0.8倍；降水异常偏多月份分别为6、8、10三个月，其中6月为降水量最大月份，降水量比历史同期多3.8倍，6月15日至21日的连续大量降水为历史上所罕见；8月降水量比历史同期多2倍；10月降水量比历史同期多2.5倍，8月和10月降水日数不多，但降水强度大；2007年夏秋季节兰州市气温变化不如降水异常那么明显，除8月和11月比历史同期气温偏高2外，其他几个月无明显异常。与该地区气候异常相对应，500hPa中高纬度环流形势也出现异常，如鄂霍次克海附近呈强度较大的正距平，反气旋增强，兰州地区辐合上升气流强盛，大气水分含量增多，也是造成2007年6、8、10三个月降水异常偏多的重要原因之一。关键词：夏、秋季 ；气候异常 ；诊断分析；兰州地区1引言 全球变暖、生态环境退化、气候异常等已成为全球环境研究的焦点问题。由于自然变化率和人类活动的综合作用，全球气候出现了世界范围的异常现象1，气象灾害频发,已给人类的生活和生存带来种种影响，随着经济活动在全球范围内展开，这种影响越来越强烈，引起了全世界的科学家普遍关注2。影响人类日常生活的气候异常，冷夏、酷暑、特大暴雪、暖冬、少雨（干旱）和连阴雨（涝）等与国民经济的发展有着密切的关系3，随着社会的发展，市场经济的活跃，气候异常的研究愈来愈显得重要，已成为当前气候学研究的一个重要热点4。近年来，极端气候事件在全球频繁发生，不论身处何地，我们都能感受到气候的明显异常5。仅2007年世界上就频频出现了异常的灾害性天气：欧洲南部连日持续高温，造成几百起火灾事故和几十人死亡；英国则遭遇了60年来最大的洪水，暴雨成灾；美洲也连续遭遇反常气候和恶劣天气，在北美洲，美国东部的纽约和华盛顿近期遭遇了罕见的高温天气；蒙古出现了河流干涸等干旱现象6。中国位于世界气候脆弱带，地形独特，地处东亚季风区7，2007年全国气候呈现以下特点：1、南方的洪涝灾害比较严重，6月上旬，广东、广西、福建出现比较严重的洪涝，以及7月淮河流域出现流域性的大洪水，四川重庆出现特大洪灾，尤其是重庆遇到了百年一遇的特大洪灾。7月18号，济南的暴雨一个小时最大降水量达到151毫米，是以往气象记录所没有的。这种破记录气象极值现象，正是极端天气气候事件的一个特征。2、北方地区降水偏少，在一些地方出现了比较严重的干旱，比如辽宁、吉林以及内蒙古东部。3、雷电、风暴这样的强对流天气，发生点多、面广，发生的频次比较高，去年因为雷电伤人的事件为我国历史之最6。对此，这方面的研究得到了人们的高度重视，围绕气候异常和极端气象事件，众多国内外的专家学者做了大量的研究。区域气候异常是全球气候变化的重要组成部分。张先恭8、李克让9 、陈隆勋10、王绍武11等先后利用各种气候资料作过分析研究，揭示了中国气候变化的许多有意义的事实。但这些研究主要集中在中国东部地区。占国土面积三分之一以上的中国西北地区，直到90年代才有了较完整的、空间布局较合理的30年以上的大样本气候观测资料12。而作为甘肃省会的兰州，是西北仅次于西安的第二大城市，对西北特别是甘肃的发展起着非常重要的作用。目前，虽然也有专家学者对兰州近几十年的气候变化做过研究13-15，但对其出现的极端异常天气气候研究还很少。在气候学中一般把一个气候要素的30年平均值作为正常，而异常则是较大的偏离正常值。国家气候中心规定：凡降水量比30年平均高出50%或20%算多或偏多，少50%或20%算少或偏少，这些年份则可以称为气候异常16。2007年兰州市气候异常冷暖变化大，1至6月的气候特点是异常气候值较多，气温冷暖转折变化幅度较大。夏秋季出现的持续降水天气，使兰州地区降水偏多五成以上，尤其是6月15至21日的连阴雨，除永登外，各地累积降水量均突破了历史同期极值。榆中6月降水总量创下了70多年气象记录的最大值。与往年干燥少雨的天气相比，出现明显的异常现象。本文通过兰州57年来的气温、降水量资料重点分析夏秋季降水异常特点，目的是了解其机制，分析降水异常的原因，为做好今后的降水预报工作提供参考，提高降水预报准确率，以便合理利用当地气候资源，尤其是水资源17,18，趋利避害，获得更大的社会和经济效益，并为当地政府决策提供科学依据。2 研究区概况兰州位于中国陆域版图的几何中心，地处青藏高原与黄土高原的过渡带。地理坐标在东经1023010430，北纬355038之间。为一河谷陷落盆地，盆地东西狭长，南北较窄，周围环山，空气湿度小，近地面主要以东风为主且风速很小，底层大气多成稳定状态。它是甘肃省，乃至西北地区重要的经济枢纽，也是西部开发的重要经济开发区之一，其总面积为1.3万平方千米，平均海拔1500多米。按自然地理学划分，兰州位于中国三大自然区（东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区）的交汇带。地处季风气候区与非季风气候区的过渡地带，是典型的温带半干旱大陆性季风气候区。其特点是降水少，日照多，光能潜力大，气候干燥。冬季漫长且较寒冷，雨雪少；春季转瞬即逝，冷暖变化大；夏季短促，气温较高，但无酷暑；秋季降温快。年平均气温9.1，年温差和日温差较大；无霜期168天；年日照时数2446小时；年平均降水量在250350mm，并集中分布在79月。3 资料与方法3.1 资料来源：气候资料选取兰州市19512007年57年夏秋季逐日的气温和降水量资料，这些资料均来源于兰州中心气象台，包括兰州、皋兰、榆中气象观测站，其中主要来源于兰州气象观测站。同时采用19512007年NCEP/NCA再分析R月平均资料，包括高度场、风场、垂直速度场和相对湿度场，网格距为（2.52.5）。3.2 研究方法：首先将19512006年逐日的数据进行统计，分别算出降水量和气温的夏秋季、月平均值，其中，季节依照常规的划分夏季为68月，秋季为911月；然后，分别做出各季、月和逐日的降水量、气温变化曲线图和2007年同期降水量、气温变化曲线图，并将两者相比较，找出异常情况和变化阶段；再通过NCEP/NCAR再分析资料做出500hPa高度距平场来分析降水异常时的高空环流特征，以揭示研究区域的气候异常成因。4 2007年夏、秋季气候异常的基本事实4.1 夏、秋季气温、降水量变化特征：历年兰州夏季气温变化趋势比较平稳，平均气温基本在2024之间，2007年夏季日平均气温为22.3，属正常范围。从19512007年夏季日平均气温距平（见图1a）可以看出19561996年多数年份为负距平，1997年后一直持续为正距平，说明气温在逐渐上升。2007年比多年平均气温高0.8左右，而2006年比多年平均气温高2.8，是近57年来历史同期最高值。历年兰州夏季降水量在50150mm之间波动，2007年夏季降水量达到了255mm左右，比同期平均多1.8倍。从19512007年夏季降水量距平（见图1b）可以看出，2007年之前各年夏季降水量均在距平值50mm范围内，20012006年连续六年为负距平，而2007年比平均值高162mm左右，为历史同期的最高，出现了明显异常现象。从19512007年秋季平均气温距平（见图1c）可以看出，历年兰州秋季气温成波动上升趋势，尤其是20世纪80年代以后，这个趋势更加明显，多数年份的秋季平均气温超过了10，2007年秋季平均气温在10.1左右，无明显异常。1986年之前大多数年份为负距平，1986年后基本又持续为正距平，2007年比平均气温高0.6。从19512007年秋季降水量距平（见图1d）可以看出,历年兰州秋季降水量多数在2070mm之间波动，一般降水量不超过80mm，2007年秋季降水量为86mm，比常年偏多81.2%。1980年之前降水呈正距平的年份多，而1980年后降水负距平的年份较多，2007年比平均值高38mm左右，为仅次于有记录以来的1975年的第二个峰值。(a) (b) (c) (d)图1 兰州市19512007年夏、秋季平均气温和降水量距平图（a：夏季平均气温距平 b:夏季降水距平 c:秋季平均气温距平 d:秋季降水距平）由以上分析可知，2007年夏秋兰州气候异常主要表现在降水量上，降水量与历史同期相比明显偏多，尤以夏季降水增多最为突出。4.2 夏、秋季逐月气温、降水量变化特征：图2为兰州市19512006与2007年夏、秋各月平均气温和降水量分布情况。由图可知，2007年各月气温总体较历年平均气温稍偏高，这也体现了在全球气候变暖的大背景下，区域气候变暖的事实。但多数月份偏高不超过0.5，只有8月和11月偏高2以上；而各月降水量显著偏多，尤其是6、8、10这三个月，其中6月是降水量最多月，降水量比历史同期多3.8倍，8月降水量比历史同期多2倍，10月降水量比历史同期多2.5倍，但11月明显偏少，几乎无降水，造成秋末的干旱天气。同时，从图中还可看出兰州历年降水主要集中在79这几个月，且11月降水一般很少，去年降水成波动状态，时间分布不均。(a) （b）图2 兰州市19512006年与2007年夏、秋各月平均气温和降水量变化图(a:平均气温 b:降水量)4.3 夏、秋季逐日气温、降水量变化特征：对以上出现的异常月份进行逐日气温和降水量分析，其结果如下：6月份降水偏多主要集中在6月1521日这一时间段（如图3所示），特别是16日一天降水量就达到了45mm，连续七天大量降水在历史上是罕见的。此外，由兰州、榆中、皋兰气象站观测结果（表1）可见，15至21日各地均出现大量降水，累积降水量均突破了历史同期量值。图3 兰州市19512006年与2007年6月逐日降水量变化图表1 兰州市3个代表站6月1521日降水量结果日期6、156、166、176、186、196、206、21皋兰8.018.020.15.25.07.02.0兰州13.045.029.07.48.00.4榆中13.076.031.03.93.39.04.38月份降水偏多的主要贡献来源于8月上旬和下旬后期（如图4所示），降水日数不多，但由于降水强度大，如8月8日降水量达39mm，所以导致降水也异常偏多。8月气温普遍比历年明显偏高，尤其是8月1325日，而对应这一时段又无降水，造成高温干旱的天气。图4 兰州市19512006年与2007年8月逐日降水量和气温变化图由去年10月逐日降水量变化曲线（图5）可见，10月份降水日数很少，10月1日出现大量降水，降水量为30mm，是10月份降水偏多的主要原因。图5 兰州市19512006年与2007年10月逐日降水量变化图由历年11月与2007年11月逐日平均气温和降水量变化曲线（图6）可知，去年11月气温比历年显著偏高，除了1、2、3日外其余均高于历年且未低于0；而降水量却显著偏低，除11月1日外几乎再无降水，使得秋季整个11月出现久旱无雨的天气。图6 兰州市19512006年与2007年11月逐日降水量和气温变化图总的来说，兰州市2007年夏、秋季气候异常变化特点是：夏季降水偏多，为自1951年以来出现的最大值。主要是6月和8月降水量较常年明显偏多，7月与历史同期正常相差不大，最突出的是6月中、下旬的持续集中降水导致降水量异常偏多或特多，特别是市区和榆中偏多5至7倍，为特多，此次有效降水解除了前期的严重旱情，为农作物提供了充足的水分。秋季降水也较常年偏多，但不如夏季显著，主要降水量来自于10月份，9月与历史同期基本一致，11月降水量较常年明显偏少。夏秋季气温冷暖转折变化幅度较大，8月和11月均比历史同期偏高2以上，其中11月的高温少雨天气使部分作物受到干旱影响。5 500hPa大气环流形势特征 由以上分析可知，兰州市2007年夏、秋季气候异常主要表现为降水的异常，尤其是6、8、10三个月降水量异常偏多。气候异常与大气环流的异常有着非常密切的关系，是大气环流异常与调整的结果。现仅从500hPa环流场上对6、8、10月分析如下。51 6月500hPa环流形势特征图7表示兰州市2007年6月500hpa高度距平场、风场距平、垂直上升速度距平和相对湿度距平。由图7分析可以清楚地看到：东亚大陆北部为一距平槽区，我国中东部地区处于槽前脊后，中国东北附近，俄罗斯东部有一正距平区（图7a）。风场距平（图7b）为一反气旋性距平环流，使中国东部沿岸东风加强，更有利于水汽的输送。除新疆北部外中国大部分地区为上升运动距平（图7c），青海湖，兰州附近上升运动更强，说明辐合较常年增强，有利于降水过程的形成。兰州地区湿度比常年平均明显偏大约10%左右（图7d），从而造成了6月降水的异常增多。（a） （b）（c） (d) 图7 兰州市2007年6月500hpa距平图（a:高度场 b:风场 c:相对湿度 d:垂直速度）52 8月500hPa环流形势特征8月500hpa高度距平上（图8a）,大陆北部以负距平为主，可见东亚大槽强而位置偏北，我国东北地区处于槽前脊后位置。对应矢量风距平场上（图8b）,出现有中心位于贝加尔湖东北，勒拿河附近的异常反气旋，北纬30附近，东部沿海形成一显著的正距平使东风加强，将海洋上的暖湿空气输送向大陆，西南风正距平和东风正距平在西北地区东部辐合，兰州处于辐合带上。青海湖、兰州地区上升运动与平均状况接近(图8c)。中国西北湿度明显比常年偏大（图8d），与6月类似，兰州地区约偏大10%左右。由图8分析表明，8月份流场和湿度场对于西北地区东部形成降水也是很有利的。（a） （b）（c） （d）图8 兰州市2007年8月500hpa距平图（a:高度场 b:风场 c:相对湿度 d:垂直速度）53 10月500hPa环流形势特征从图9可知：10月500hpa高度距平（图9a），从西到东有一个明显的+ - +距平波列，巴尔喀什湖西北为高度距平正值区，贝加尔湖东北部为一中心低于-80gpm的高度负距平区，日本附近为高度正距平，脊线一直伸向我国，使我国大部分地区受正距平控制。风矢量距平场上（图9b），与8月相同，黑龙江北部、勒拿河附近上空为反气旋性正距平环流控制，北纬30附近及其以南为一显著的东风正距平，西南风正距平和东风正距平在北部辐合上升，兰州处于辐合带上，有利于水汽向北输送与辐合。500hpa距平场 (图9c)中国东南、东北部为下沉运动距平，西北地区除新疆外大部分地区均为上升运动距平，从西南到西北地区东部明显的负距平区，说明上升运动增强，兰州地区及其以南出现了明显的负距平中心，上升运动比常年平均状况更偏强。相对湿度距平图上（图8d）可以看出中国西北湿度明显比常年偏大，水汽比常年偏多。分析表明，兰州10月份的气象条件也是很有利于形成降水的。（a） （b）（c） （d）图9 兰州市2007年8月500hpa距平图（a:高度场 b:风场 c:相对湿度 d:垂直速度）6 结论（1）2007年兰州夏、秋季气候异常主要表现在降水量上，降水量与历史同期相比明显偏多，夏季降水量为255mm，比历史同期多1.8倍左右；秋季降水量为86mm，比历史同期多81.2%。除8月和11月外多数月份气温变化不大，8月和11月气温均比历史同期偏高2。（2）2007年降水量异常偏多月份为6、8、10三月，其中6月为降水量最大月，降水量比历史同期多3.8倍；8月降水量比历史同期多2倍；10月降水量比历史同期多2.5倍。尤其是6月15日至21日的连续大量降水为历史上所罕见。（3）500hPa环流场中高纬度环流异常，鄂霍次克海附近呈强度较大的正距平，反气旋增强，兰州区域呈上升运动增强，辐合上升气流强盛，流场上表现为中国东部及沿海形成一显著的偏东风正距平使东风加强，将海洋上的暖湿空气输送向大陆，大气水分含量增多，是造成2007年6、8、10三个月降水异常偏多的重要原因。参考文献1 温克刚序地理学报，Acta Geographica Sinica ,2000，（S1）2 孙国武中国西北干旱气候研究北京，气象出版社，1997，81-853 孙家民，高歌气候异常对国民经济影响的综合业务评估系统J地理学报，2000，55（S1），90-974 Watson R T, Zinyowera M C, Moss R H etalClimatic Chang 1995；Impacts, Adaptations and Mitigation of Climate Change；Scientific-Technical AnalysesM1995Cambridge UK；Cambridge University Press，8795 张赐琪不容忽视的警示全球气候异常生态经济，Ecological Economy2007,(10)，16-216 2007年全球气候异常的原因刘显辉地理教学资源网7 张庆云，王会军，林朝晖等著中国天气气候异常成因研究2003年北京，气象出版社，3-58 张先恭，李小泉本世纪我国气温变化的某些特征气象学报，1982，40（2），198-2089 李克让等近四十年来我国气温的长期变化趋势地理研究，1990，9（4），26-3710 陈隆勋等近四十年来我国气候变化的初步分析应用气象学报，1991，2（2），164-17411 王绍武近百年气候变化与变率的诊断研究气象学报，1994，52（3），261-27312 李栋梁中国西北地区年平均气温的气候特征及异常研究中国西北干旱气候变化与预测研究第一卷北京，气象出版社，2000，43-4813 赵晶，王乃昂近50年来兰州城市气候变化的R/S分析J干旱区地理，2003，25（1），90-9514 程胜龙，王乃昂近70年来兰州城市气温的变化J干旱区地理，2004，27（4），558-56315 杨德保，王式功，王玉玺兰州城市气候变化及热岛效应分析J兰州大学学报（自然科学版），1994，30（4），161-16716 安建秒气候异常对农业生产的影响及应对措施J河北农业科技，2007，（10），52-5317 王渺林，郭生练，杨井气候异常影响评估系统J水利水电快报，2001，22（2），25-2618 袁汝华，黄涛珍，胡炜气候异常对我国水资源的影响及对策J地理学报，2000,（S1）,128-134致 谢：衷心感谢李政道先生、秦惠君女士设立的“君政基金”以及兰州大学君政基金管理委员会，为我提供了一次提前接触科研的机会；真诚地感谢我的课题导师王式功教授在科研过程中给予我的教诲与指导，感谢他在百忙之中抽出时间指导我完成课题； 特别感谢尚可政老师在完成课题过程中对我的悉心帮助和耐心指导。老师们渊博的学识，扎实的专业功底，科学的思维以及严谨的态度使我深受感染，终身受益；感谢魏林波师兄、张宇师兄在课题申请到完成过程中给予的关心和热情帮助；感谢所有帮助过我的同学们；感谢父母给予我精神的支持和学业的鼓励；最后，再次对在科研见习中曾帮助过我的老师和同学们表示深深的谢意！Analysis of anomaly climate in Lanzhou during the summer andautumn of 2007Liao Qin(College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University)Abstract:The data of NCEP/NCAR reannalysis monthly 500 hPa grid and the daily precipitation and atmospheric temperature of lanzhou from 1951 to 2007 are used and analyzed , to investigate the anomaly climate in Lanzhou during the summer and autumn of 2007,with the effects of 500 hPa upper air circulation on anomaly climate. The results indicated that the precipitation of summer and autumn in Lanzhou in 2007 is obviously increased, especially summer. The precipitation of summer is 1.8 times more than its historical average, the precipitation of autumn is 81.2 percentage more than its historical average; the typical rainy months is June、August and October ,the precipitation of June is maximum, and 3.8 times more than its historical average, the rainfall duration(June 15 to 21) is unusual in history; the precipitation in August has been increased by twice; and 2.5 times in October; although the rainy days are seldom, the rainfall intensity is large in August and October. The change of atmospheric temperature of summer and autumn in Lanzhou in 2007 is not obvious, excepting that the atmospheric temperature is 2higher than its historical average in August and November.Corresponding to the anomaly climate of the region, anomalous height at middle and high latitudes at 500hPa geopotential,there is a positive anomaly height fild nearby Okhotsk; anticyclogenesis;the ascending motion anomaly is evident; two stronger ascending airflow converge and the moisture content of the atmosphere is increased around Lanzhou, to cause the precipitation increasing obviously in June、August and October,2007. Key words: summer and autumn , anomaly climate , diagnosis analysis，lanzhou导师简介：王式功，男，1955年2月生，兰州大学大气科学学院教授、博士生导师。1982年1月兰州大学地质地理系气象专业研究生毕业，获理学硕士学位，同年留校任教。2001年12月至2002年12月在美国俄克拉何马大学气象系进行合作研究（高级访问学者）。2004年24月在日本横滨市地球模拟器中心进行短期合作研究。现任兰州大学大气科学学院常务副院长；教育部大气科学教学指导分委员会副主任；甘肃省气象学会副理事长；甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室副主任；高原气象常务编委、中国沙漠编委、干旱气象副主编、兰州大学学报（自然科学版）编委；中国气象局兰州区域气象中心科学技术委员会委员；中科院寒区旱区环境与工程研究所学术委员会委员。1998年入选“甘肃省高等学校跨世纪学科带头人”；2000年被教育部选拔为“高等学校骨干教师”。；2004年被评为“全国环境科技先进工作者”；2006年被评为“全国气象科技先进工作者”。多年来主要从事沙尘暴、环境气象预报和医学气象学等方面的科研与教学工作。先后主持完成国家自然科学基金和“973”项目专题等国家级科研项目10项。目前正主持国家自然科学基金面上项目1项；“973”项目专题2项；科技部科技支撑计划课题1项；科技部科技基础性工作专项项目的课题1项；甘肃省科技攻关重点项目1项。 在国内外重要学术刊物上发表论文80余篇（其中SCI收录的7篇），主编和参编出版著作5部。获省部级科技进步一等奖2项、二等奖2项、三等奖3项；获甘肃省“教学成果一等奖1项、三等奖1项、教育厅级奖1项、精品课程奖1项。培养硕士和博士研究生50余名。作者简介：廖琴，女，中共党员，兰州大学2005级资源环境学院环境科学专业的学生。大学期间，曾担任兰州大学学生会生活部副部长；2007级环境科学专业副班主任。曾荣获2005-2006学年兰州大学二等奖学金；2006-2007学年兰州大学一等奖学金，国家奖学金，兰州大学优秀学生会干部及兰州大学“三好学生”；2007-2008学年兰州大学三等奖学金，优秀副班主任。14