引言

赤峰地区位于41°17′10″~45°24′15″N，116°21′07″~120°58′52″E，面积9万多平方千米，属于干旱、半干旱气候区，年降水量平均390 mm，且70%集中于夏季。由于夏季降水时空分布不均，导致夏季干旱频发，是粮食大幅度减产的主要自然灾害。随着气候变暖^[1-2]，干旱发生的频率呈增加趋势^[3]。不少气象学者对华北地区的旱涝规律和环流特征做过很多研究^[4-6]，丁一汇等^[7]指出不论是严重的洪涝还是干旱，其发生的大尺度背景都存在非常相似的特征，东亚地区大陆性暖高压的盛行和低纬水汽输送的异常偏东是华北地区干旱的大尺度环流背景。在此干旱的大尺度环流背景下，本文着重分析影响赤峰地区夏季干旱的天气系统和环流特征。应用数值化的环流特征量，选择若干个预测因子，然后依据各预测因子对干旱的实际预测能力的大小依次进行逐级订正，建立赤峰地区夏季有无干旱和干旱强度的预测方法。实际应用效果说明，该预测思路应用在夏季干旱的短期气候预测中是可行的。

1 资料和方法 1.1 资料

选用赤峰市10个旗县站夏季平均降水量，其历年平均值(1971—2000年)为280 mm。资料时段为1959—2007年，其中1959—2000年共42年的资料用于拟合分析，2001—2007年共7年的资料用于试报。

根据当地实际的气候特点，把夏季干旱分成1级特大干旱、2级重度干旱和3级轻度干旱、4级以上不旱。对应的降水量R分别为：1级，R＜140 mm；2级，140 mm≤R＜224 m m；3级，224 mm≤R＜280 mm；4级，280 mm≤R＜337 mm；5级，337 mm≤R＜4 21 mm；6级，R≥421 mm。干旱强度等级用J表示。

经统计，42年间共出现21次干旱，频率为50%，其中重度干旱9年，轻度干旱12年，特大干旱没有出现过。

1.2 方法 1.2.1 夏季干旱的环流特征

为了突出干旱的环流特征，对比分析与夏季降水天气过程关系密切的西太平洋副高(简称副高)、蒙古冷涡(简称冷涡)和经、纬向环流指数的旱、涝年差异。

(1) 干旱年的副高环流特征。统计结果表明，旱年副高强度比涝年平均偏弱21，面积指数偏弱7，脊线位置偏南1度，西伸脊点偏东4个经度。当副高偏西、强度指数及面积指数偏强时，西南气流将南方的暖湿空气向北输送，在40°N附近与上游槽或冷涡等系统引导下的冷空气相汇合，是造成赤峰地区强降水的主要环流形势。相反副高位置偏南，不利于水汽向北输送，造成少雨。这与专家的研究结论一致^[8-9]。

(2) 干旱年的冷涡活动特征。冷涡是影响夏季降水的又一主要天气系统，70%的降水天气过程受冷涡影响(或参与影响)，降水量占整个季节的3/4之多^[10-11]。使用1980 —1993年6—8月中央台印发的历史天气图资料，分析了夏季重度干旱年和5级(含5级)以上的不旱年冷涡活动差异。结果表明, 重度干旱年不仅冷涡活动次数少(平均6次/年)，而且冷涡影响天数也少(15天/年)，每次冷涡持续影响天数少于3天，且多无雨冷涡。不旱年的情况与此相反，冷涡活动次数平均13次/年，冷涡影响天数平均28天/年，每次冷涡持续影响天数在3天或以上，最长达10天。以上说明重度干旱年冷涡活动次数明显偏少，强度偏弱。

(3) 干旱年的环流指数特征。夏季盛行经向环流，有利于南方的暖湿空气和北方的干冷空气交汇，形成降水。如果纬向环流盛行，则不利于夏季降水^[12-13]。应用500 hPa格点资料计算了1980—1993年中纬度(35°~50°N)地区环流指数，统计结果表明：重度干旱年夏季纬向环流指数平均238，比不旱年229偏强了9；经向环流指数平均119，比不旱年128偏弱了9。说明纬向环流偏强，经向环流偏弱，不利于夏季降水，易造成干旱。

1.2.2 夏季干旱的气候特点

赤峰地区夏季降水的气候特征是存在明显的阶段性^[14-18]。夏季降水处于干段，旱年的概率达19/21≈90.5%；处于湿段，不旱年的概率达19/26≈73.1%。干、湿段分布及特征如下：

1959—1969年：湿段，持续时间11年，其中7年不旱，4年旱，平均距平22 mm。

1970—1983年：干段，持续时间14年，其中2年不旱，12年旱，平均距平-29 mm。

1984—1998年：湿段，持续时间15年，其中12年不旱，3年旱，平均距平24 mm。

1999—：进入又一个相对干段。

前3个干、湿段的平均周期为13年，所以第2个干段自1999年应到2011年左右结束，目前及未来几年仍处在干段，出现干旱的概率大。

1.2.3 预报因子选取及干旱预测

影响赤峰地区夏季干旱的环流因子很多^[19]。统计分析结果表明，冬季环流特征能够在一定程度上反映出夏季环流形势的特点。冬季纬向环流偏强，经向环流偏弱，到夏季则转为纬向环流偏弱，经向环流偏强，有利于夏季降水，否则不利于夏季降水；当1月份北半球极涡中心纬度偏南时，夏季冷涡活动偏多，造成降水偏多，否则降水偏少。据此选择1月份北半球极涡纬度、冬季亚洲地区环流指数和气候因素共三组预测因子，通过逐级订正方法预报干旱强度。

1.2.3.1 第一组因子X₁

X₁是1月份北半球极涡中心纬度，与夏季降水相关系数为-0.6。把X₁从南向北分成五档，见表 1。随着极涡纬度增加，干旱强度及发生频数成增强趋势。极涡在65°N以南时以不旱为主，只出现1次轻度干旱；极涡在66°~74°N时以轻度干旱和不旱为主，其中出现2次重度干旱和4次轻度干旱；极涡在75°N以北时以重度干旱和轻度干旱为主，其中出现7次重度干旱和6次轻度干旱。

X₁各档中虽然出现干旱频率不同，但对应的实况干旱等级跨度较大，如X₁在60°N以南时，J₁在3~5级范围；X₁在66°~74°N时，J₁在2~5级范围。由于X₁预报干旱等级跨度大，无法确定具体干旱等级，属于模糊区，因此需要用第二组因子对其进行订正，以达到缩小干旱等级范围的目的。

1.2.3.2 第二组因子X₂

以亚洲地区冬季环流指数作为第二组因子X₂对第一组因子的预测结论J₁进行订正。

第二组因子X₂由三个特征量指数组成。

I_Z：亚洲地区冬季平均纬向环流指数距平，与夏季降水相关系数为0.4。

I_M：亚洲地区冬季平均经向环流指数距平，与夏季降水相关系数为-0.4。

为了分析纬向环流和经向环流的相对强弱，引入指数I_ZM。

I_ZM= (冬季纬向环流指数－冬季经向环流指数)/冬季经向环流指数，I_ZM与夏季降水相关系数0.5。

X₂订正指标：当I_Z≥100或者I_ZM≥1.45时，X₂预报夏季不旱；当满足I_Z≥15并且I_M≤-8并且I_ZM≥0.9时，X₂预报夏季不旱；当满足I_Z＜15并且I_M＞－8并且I_ZM＜0.9时, X ₂预报夏季干旱；不满足以上条件时，X₂预报夏季降水处在旱与不旱的模糊区。

X₂对X₁的预报结论J₁的订正结果用J₂表示，具体订正结果见表 2(表 2中的排序是按照极涡纬度从南向北排列的，表中空白处表示不旱，不用继续订正)。

X₂订正方法：① X₁在60°N以南：如果X₂预报不旱或者在模糊区，订正结果J₂为不旱；如果X₂预报旱，订正为3级轻度干旱。可见极涡在60°N以南的4年中，1977年由订正前的3~5级被订正为3级，其他三年被订正为不旱，与实况一致。② X₁在60°~65°N：如果X₂预报不旱，订正结果J₂为不旱；如果在模糊区，订正为3~4级；如果X₂预报旱，订正为3级，轻度干旱。订正后，1962年、197 9年和1991年订正为不旱，1963年和1994订正为3~4级。③ X₁在66°~74°N：如果 X₂预报不旱，订正结果J₂为不旱；如果X₂预报在模糊区或者旱，订正为3 ~4级。这样就由订正前的2~5级范围被订正为不旱或者3~4级，缩小了干旱等级预报范围。④ X₁在75°~80°N：如果X₂预报不旱或者模糊区，订正结果J₂为3~4级；如果预报旱，订正为2~3级。同样由订正前的2~5级范围被订正为3~4级或者2~3级。⑤ X₁在80°N以北：降水量与X₂无关，不需要继续订正，都是2级，重度干旱。

X₂订正效果分析：通过X₂订正后，虽然排除了一些不旱的年份，缩小了干旱等级范围，但是仍然存在轻度干旱与不旱(3~4级)以及轻度干旱与重度干旱(2~3级)的模糊区，这就需要应用气候因素X₃进一步对J₂订正。

1.2.3.3 第三组因子X₃

X₃是夏季降水的干湿段分布，用X₃对J₂进行订正，结果用J₃ 表示。

X₃订正方法：如果X₃位于干段，在J₂的模糊区中，干旱等级为3 ~4级的订正为3级，轻度干旱，2~3级的订正为2级，重度干旱；如果X₃位于湿段，则分别订正为4级不旱和3级轻度干旱；如果J₂不是模糊区就不用继续订正了。见表 2中的J₃。

1.2.4 订正后的干旱拟合效果分析

1959—2000年42年中，9年重度干旱预报拟合率为6/9，其中1980年、1972年、和1968年是重度干旱年，预报是轻度干旱，趋势正确，干旱没有空漏报。12年轻度干旱预报拟合率为9/12，其中1961年、1997年是轻度干旱年，预报结论不旱，漏报2年；1974年不旱，预报轻度干旱，空报1年。

2 2001—2007年干旱强度预测方法应用效果检验

自2001年开始，赤峰地区夏季降水一直是负距平，干旱严重。干旱预报工具应用效果见表 3。如2001年，第一组因子1月份极涡纬度X₁是75°N，预测夏季干旱等级J₁为2~5级；第二组因子X₂预测夏季干旱等级在模糊区，按照订正方法将J₁订正为J₂的3~4级；第三组因子X₃位于干段，因此将J₂订正为J₃的3级轻度干旱。2001年夏季降水实况247 mm，3级，轻度干旱。预测结论与实况一致。2002—2 007年逐级订正过程同理。

分析实况干旱强度等级J与干旱预测结论J₃得出，5年轻度干旱预测准确率4/5，其中2 003年预测错误，漏报。2年重度干旱中，2006年预测正确，2007年预测为轻度干旱，干旱趋势正确。7年中干旱趋势(轻度干旱和重度干旱)预测准确率6/7，漏报1年，无空报。

3 小结

(1) 造成赤峰地区夏季干旱的主要环流特点是副高偏南、冷涡活动偏少及中纬度盛行纬向环流; (2) 夏季降水呈现干、湿段交替变化特点，干旱主要发生在干段；(3) 选择三组预报因子进行逐级订正后，消除了模糊区，旱与不旱以及干旱强度较为清晰。经过7年的业务应用，效果很好。