干旱是我国最常见、影响最大的气候灾害，据统计，在各类自然灾害造成的总损失中，气象灾害引起的损失约占85％，而干旱又占气象灾害损失的50％左右。根据黄荣辉和周连童(2002)的研究结果，全国各地均可能发生干旱，全国每年平均受旱面积达0.2×10⁸ hm²(约3.0亿亩)，干旱灾害发生频率最高的为华北和西南地区。近几年，随着全球变暖，干旱灾害更加严重。

许多气象学者已经对干旱进行了广泛的研 究，得到许多有意义的研究成果(梁平德等，2006；彭京备等，2007；简茂球等，2008；刘晓冉等，2009；张葵，2009；陶诗言等，2009；乔云亭等，2010；王晓敏，2012；杨辉等，2012；尹晗和李耀辉，2013；熊光洁，2013)。由于华北地区干旱受东亚夏季风影响显著，故关于华北地区干旱的成因研究较多(黄荣辉等，1999，2006；周连童，2009)。然而，广西地处低纬，濒临云贵高原，岩溶地貌面积 广，石多土少，引起广西干旱灾害的成因比较复 杂，但关于广西干旱成因的研究还不是太多。大部分学者的研究侧重于广西干旱的总体特征(赵运峰等，2005；李耀先等，2009)和秋、冬、春旱的成因研究(古文保和施能，1994；覃卫坚等，2010)，对于出现在盛夏的汛期干旱研究甚少。通常汛期是降水最主要的时段，但2011年入汛以来广西西北部(以下简称桂西北)降水明显偏少，到了7、8月降水仍然持续偏少，对旱情的缓和作用不明显，原本旱涝的“跷跷板”趋势被打破，局地旱情有发展趋势，造成了桂西北有气象资料记录以来最严重的干旱事件，这次干旱天气属于极端气候事件，其持续时间长、范围广，给该地区造成了严重的经济损失。影响降水的因素比较复杂，以往的研究表明，干旱过程通常是某种状态的异常环流型持续发展和长期维持的结果(刘银峰等，2009；李永华等，2009；陈权亮等，2010；王红军和白爱娟，2010；黄荣辉等，2012；尹晗，2013)。由于2011年桂西北严重干旱发生在盛夏主汛期，其形成原因可能不同于广西的秋、冬、春旱的成因，因此有必要从大气环流异常来分析此次严重干旱的成因，对认识该地区干旱特征及其成因、提高同类型干旱事件的预测水平有十分重要的意义。

本文首先用桂西北所辖的16个县(区)的降水资料来确定该地区的旱涝异常年份；再对该地区以往盛夏干旱年份的500 hPa高度距平场以及850 hPa风距平场、水汽通量场等进行合成分析，探讨以往干旱年500 hPa高度距平场的中高纬环流型、西太平洋副热带高压以及850 hPa水汽输送等特征量的异常；最后重点分析2011年盛夏桂西北地区特大干旱与以往干旱年环流特征的异同，探讨2011年盛夏桂西北地区极端干旱事件的关键环流特征及其造成干旱的关键环流因子。

本文桂西北地区指的是百色市北部和河池市西部的16个县区(分布如图 1所示)，所用资料包括：

图 1 广西西北部地区16个测站分布Fig. 1 Distribution of 16 meteorological stations in northwestern Guangxi

(1)NCEP/NCAR再分析月平均数据资料集，包括纬向风、经向风、地面气压、气温、位势高度、比湿、垂直速度等资料，水平分辨率为2.5°(纬度)× 2.5°(经度)；

(2)国家气候中心提供的环流特征量资料；

(3)广西区气候中心整编的桂西北地区16个台站1960～2011年逐月平均降水资料；

(4)NOAA全球逐月射出长波辐射(Outgoing Long-wave Radiation，OLR)资料，空间分辨率为2.5°(纬度)×2.5°(经度)。

为了反映桂西北地区盛夏降水的总体状况以及便于与历史状况对比，本文参考简茂球和乔云亭(2012)的研究成果，以16个站7、8月的降水总量的标准化降水距平作为桂西北地区的旱涝指数，计算公式为

在本文中，除特别说明外，均采用1981～2010年的平均值作为气候平均态。由于该地区有的站建站比较晚，为了资料的完整，降水资料分析时段取1960～2011年，即考虑20世纪60年代以后桂西北地区的降水异常。

由图 2a可见，桂西北地区盛夏降水的年际和年代际变化特征非常明显，旱涝发生十分频繁，1972年、1989年、2011年是该区域降水偏少最明显的年份，其中2011年是桂西北地区自1960年以来盛夏降水最少的一年，造成该地区出现了严重干旱。旱情的发展非常不利于当地的甘蔗生长和旱地作物的正常播种出苗以及其它农作物的生长发育，给当地造成较大的经济损失。从2011年盛夏桂西北降水距平百分率的空间分布(图 2b)可知，该地区整个盛夏降水总体偏少，而且大部偏少5成以上，在宜州、河池、东兰、百色、都安各有一个负距平大值区，其中宜州偏少超过8成，由于整体降水偏少的幅度较大，因此造成了桂西北地区特大干旱的发生。

图 2 广西西北部地区盛夏(7～8月)(a)1960～2011年旱涝指数的年际变化及(b)2011年降水距平百分率的空间分布Fig. 2(a)Interannual variations of drought−flood index(from Jul to Aug)during 1960−2011 and (b)spatial distribution of precipitation anomaly percentages in 2011 in midsummer in northwestern Guangxi

根据2.2节分析得出的干旱年(1972年、1978年、1989年、1992年、2003年、2005年、2009年)，合成了相应的500 hPa高度距平以及850 hPa风距平、水汽通量等要素场，探讨以往干旱年500 hPa高度距平场的中高纬环流型、西太平洋副热带高压(以下简称副高)以及850 hPa水汽输送等特征量的异常。

从多年平均的500 hPa位势高度场(图 3a)可以看出，整个欧亚大陆中高纬地区环流平直，呈弱的“一槽一脊”型，副高主体位于海上，586 dagpm线西伸至110°E以西，脊线位于28°N左右。从桂西北地区盛夏干旱年500 hPa位势高距平场(图 3b)可见，乌拉尔山至贝加尔湖一带有一个大的正距平中心，在东北北部有一个大的负距平中心，表明欧亚大陆中高纬地区的环流更平直，不利于冷空气南下；另外，长江中下游有一弱的正距平中心，表明副高较常年偏强、偏西，故桂西北会出现高温少雨的干旱天气。

图 3(a)亚欧地区盛夏多年平均500 hPa位势高度场及其(b)广西西北部地区盛夏干旱年合成的距平(单位：gpm；b中阴影区距平≥0)Fig. 3(a)Climatological average 500-hPa geopotential height field of Asia−Europe from Jul to Aug and (b)composite mean anomalies for all the years with drougth summers in northwestern Guangxi(units: gpm，positive-value areas are shaded in Fig. 3b)

由于水汽是形成降水的3个必要条件之一，因此大气中的水汽输送和收支成为了研究某一地区大气环流异常变化从而导致旱涝发生的一个重要方面(李永华等，2009)。由低层850 hPa盛夏平均水汽输送通量矢量图(图 4a)可知，桂西北地区的水汽输送主要来自于印度洋经孟加拉湾和中南半岛向东输送与南海的水汽输送汇合后向北输送至桂西北地区，而很少有水汽直接来自西太平洋。从桂西北盛夏干旱年低层850 hPa水汽通量距平场(图 4b)看，桂西北地区上空出现了比较强的东—西向的水汽输送偏差，表明与常年相比，桂西北地区上空来自南方的暖湿气流水汽输送减弱，从而造成降水的水汽供应减弱，推进了桂西北地区盛夏干旱的发展。

图 4 盛夏(a)多年平均850 hPa水汽通量矢量场及其(b)桂西北地区干旱年合成的水汽通量矢量Fig. 4(a)Climatological average 850-hPa moisture flux field from Jul to Aug and (b)composite mean anomalies for all the years with drought summers in northwestern Guangxi

从第3节的分析可以看出，桂西北地区的盛夏干旱与大气环流异常有密切联系，下面从中高纬度环流、西太平洋副热带高压、水汽输送、垂直运动以及对流活动几个方面对2011年盛夏桂西北地区的异常干旱加以分析讨论，以期找出2011年盛夏干旱与以往干旱的异同。

从2011年盛夏500 hPa位势高度场(图 5a)及距平场(图 5b)上可以看出，欧亚大陆中高纬度的环流以纬向型为主，环流平直，欧亚大陆呈现弱的“一槽一脊”型，东亚大槽也比较浅，常年出现在乌拉尔山附近的高压脊很不明显，没有明显的阻塞形势。距平图上在中高纬度南北和东西向均呈现出“正—负”相间的距平结构，以贝加尔湖为界，以东地区为高于30 gpm的正距平中心，以西地区为强的负距平区，且正负距平梯度锋区位于65°N附近，较常年同期偏北且锋区近似于纬向，不利于冷空气南下。另外，副热带高压呈带状分布，588 dagpm线控制的范围小，脊线越过30°N，位置偏北，西伸脊线偏东，强度较常年偏弱。

图 5 2011年盛夏500 hPa(a)位势高度场及其(b)距平(单位：gpm)。(a)中5880线(粗线)为多年平均值，(b)中阴影区距平≥0Fig. 5(a)500-hPa geopotential height field and (b)its anomalies in midsummer 2011(units: gpm，thick contour of 5880 is the climatological mean over 1981−2010 in Fig. 5a and the positive-value areas are shaded in Fig. 5b)

表 1给出了桂西北地区严重干旱年的西太平洋副热带高压特征，分析表明，在这些严重的桂西北地区干旱年，副热带高压脊线位置大部分都是偏北或者正常，只有1989年副热带高压脊线位置是偏南的，但副热带高压强度、面积、北界和西伸脊点却有较大的差别，从历年桂西北地区盛夏干旱副热带高压的特征来看，大致可分为3种情况，第一类副热带高压偏强、偏北、偏西，属于副热带高压控制性高温伏旱，由于副热带高压偏强、偏北且偏西，桂西北地区处于副热带高压的控制之下，容易出现高温少雨的天气，2003年、2009年就是属于这类环流控制下出现的特大干旱；第二类是副热带高压偏强、偏北、偏东，这一类主要副热带高压虽然很强，但由于其偏北、偏东，对桂西北地区来说是少了副热带高压的阻挡作用，中低纬的短波槽移动较快，系统停留时间不长，不利于产生较强的降水，1992年、2005年就是属于这类环流形势下出现的干旱；第三类是西太平洋副热带高压异常偏弱、偏北、偏东，属于低温干旱，一方面也是中低纬的短波槽移动较快，另一方面结合中高纬度的环流配置，中高纬的纬向型环流平直不利于南方暖湿气流北上和北方冷空气南下，也会造成桂西北地区盛夏少雨干旱，如2011年就属于这类环流形势下出现的干旱，这一类低温干旱在20世纪70年代比较典型，在桂西北地区由此类环流引起的盛夏干旱少于第一类。

表 1(Table 1)

表 1 广西西北部地区盛夏严重干旱年的西太平洋副热带高压特征Table 1 Characteristics of western Pacific subtropical high(WPSH)in the drought midsummer in northwestern Guangxi 年份 面积 指数 强度 指数 脊线 指数 北界 位置 西伸脊 点位置 描述 1972年 12 18 26 31°N 139°E 偏弱偏东，脊线正常 1978年 13 18 26 31°N 135°E 偏弱偏东，脊线正常 1989年 19 31 22 27°N 134°E 偏弱偏南偏东 1992年 30 69 28 34°N 125oE 偏强偏北偏东 2003年 37 94 27 33°N 95°E 偏强偏北偏西 2005年 35 68 27 33°N 120°E 偏强偏北偏东 2009年 36 72 27 33°N 105°E 偏强偏北偏西 2011年 25 40 30 33°N 128°E 偏弱偏北偏东 多年平均 26 52 26 32°N 119°E

表 1 广西西北部地区盛夏严重干旱年的西太平洋副热带高压特征Table 1 Characteristics of western Pacific subtropical high(WPSH)in the drought midsummer in northwestern Guangxi

统计表明，印缅槽与华南汛期降水有密切的关系(吴恒强，1989)。表 2给出了2011年盛夏印缅槽指数[(15°N～20°N，80°E～100°E)区域内各格点高度值减去580 dagpm的累计值)]。从印缅 槽指数分布来看，20世纪90年代以前的干旱都属于印缅槽比较活跃，槽比较深，但是由于西太平 洋副热带高压是偏弱、 偏东的，当有印缅槽出现 时，槽位于孟加拉湾，其后部的阿拉伯海有一副热带高压，会推动槽快速东移，这样的形势降水持续时间不长，而且以阵雨天气为主。而20世纪90年代以后的干旱，印缅槽活动偏弱，不利于印度洋的水汽经孟加拉湾和中南半岛输送到我国，2011年干 旱就是属于这一类。从2011年盛夏印缅槽指数来看，2011年7月和8月，印缅槽活动均较常年同期偏弱，不利于印度洋的水汽经孟加拉湾和中南半岛输送到我国。综上分析，可以认为只有单一的&n b sp; 冷空气、印缅槽过程，没有西太平洋副热带高压的阻挡作用，桂西北地区只会出现一般的降温或阵雨 天气；而强降雨天气则是由高、低纬系统配合影 响，势力强大，系统移速缓慢，影响时间长共同作用产生。

表 2(Table 2)

表 2 广西西北部地区盛夏严重干旱年印缅槽指数Table 2 Indian and Burma trough characteristic indices in the drought midsummer in northwestern Guangxi 年份 印缅槽指数 7月 8月 7～8月平均 1972年 12.0 10.0 11.0 1978年 12.0 7.0 9.5 1989年 23.0 21.0 22.0 1992年 25.0 25.0 25.0 2003年 31.0 31.0 31.0 2005年 26.0 24.0 25.0 2009年 23.0 30.0 26.5 2011年 25.0 26.0 25.5 多年平均 23.5 24.2 23.9

表 2 广西西北部地区盛夏严重干旱年印缅槽指数Table 2 Indian and Burma trough characteristic indices in the drought midsummer in northwestern Guangxi

从2011年盛夏低层850 hPa水汽通量矢量距平(图 6a)可知，整个华南地区均有自北向南的水汽输送距平，说明桂西北地区的水汽输送较常年偏弱，与干旱年桂西北地区的东—西向水汽输送距平(图 4b)相比，2011年盛夏桂西北地区有自北向南的水汽输送距平，说明2011年盛夏水汽输送较以往干旱年减弱更明显。同时，从2011年盛夏低层850 hPa水汽通量散度(图 6b)也可以看出，2011年盛夏整个广西均为弱的水汽通量辐散区，不利于该地区降水的发生；而由2011年水汽通量散度距平场(图 6c)可知，桂西北出现了一个水汽通量散度的正距平中心，结合图 6b分析，表明该地区 2011年盛夏的水汽通量散度较常年同期偏大，主要以水汽通量辐散为主，直接导致桂西北地区的降水较常年同期明显偏弱。

图 6 2011年盛夏850 hPa水汽通量(a)矢量距平场、(b)散度场及其(c)距平场(单位：kg cm-2 s-1 hPa-1)Fig. 6(a)Moisture flux anomalies field and (b)the moisture flux divergence field and (c)its anomalies(units: kg cm-2 s-1 hPa-1)at 850 hPa in midsummer 2011

许多研究表明，垂直速度与平均雨量有很好的对应关系，即上升气流区容易产生降水，而盛行下沉运动区则不利于降水(刘银峰等，2009；陶诗言等，2009)。从常年盛夏平均(图 7a)可见，盛夏受青藏高原大地形的动力和热力影响，桂西北地区位于上升下沉运动的过渡地带，但总体以微弱的上升运动为主；而从2011年盛夏垂直速度距平场(图 7b)可知，桂西北出现了一个垂直速度的正距平中心，表明该地区盛夏主要以下沉运动为主，或者说本来很微弱的上升运动受到了抑制，下沉运动的加强不利于该地区的降水。

图 7 850 hPa盛夏(a)多年平均垂直速度场及(b)2011年距平场(单位：10−2 Pa s-1)Fig. 7(a)Climatological average vertical velocity field and (b)its anomalies in 2011 at 850 hPa in midsummer(units: 10−2 Pa s-1)

对流性降水在桂西北后汛期降水中占有很大的比例，卫星观测的地气系统的OLR是地气系统辐射收支中的重要分量，也是红外云图的观测基础。OLR的值越小，云顶温度低，对流发展越强；反之，对流则弱。此外，OLR还能反映大气的垂直运动和散度风，一般在OLR值小的地区，对流发展较高，上升运动强，低层辐合、高层辐散；OLR大的地区为下沉运动。从多年平均盛夏OLR(图 8a)可以看出，菲律宾及东部洋面以及阿拉伯半岛到印度洋及中南半岛、南海南部海面、青藏高原大部分地区属于OLR的低值区，说明这些地区对流十分活跃，而由2011年盛夏OLR距平场(图 8b)可知，菲律宾以东洋面对流较常年同期偏强，范围较大，同时，阿拉伯半岛和印度洋面的对流较同期旺盛，青藏高原主体对流活动也较同期明显减弱，尤其是在青藏高原的东部甚至到整个华南地区都是OLR的正距平区，说明这些区域的对流活动都较常年同期偏弱，对流性降水也相应比常年同期偏弱，使得桂西北盛夏降水偏少。

图 8 盛夏射出长波辐射场的(a)多年平均 [深(浅)阴影≥250(≤220)]和(b)2011年距平场(阴影≥0)。单位：W m−2Fig. 8(a)The climatological average outgoing long-wave radiation(OLR)field and (b)its anomalies in midsummer 2011(units: W m−2).(a)dark(light)shaded areas: OLR≥250(≤220);(b)shaded areas: OLR≥0

综合以上分析，得到以下主要结论：

(1)桂西北地区以往盛夏干旱年500 hPa欧亚地区中高纬度环流平直，副高脊线位置大部偏北或正常，但较常年同期偏强、偏西或偏东，不利于冷空气南下至桂西北地区，低层850 hPa桂西北地区有自东向西的水汽通量输送距平，水汽输送较常年偏弱。

(2)2011年盛夏桂西北地区干旱与以往干旱年明显不同的是，西太平洋副热带高压较常年异常偏弱、偏东，脊线位置明显偏北，中高纬的纬向型环流平直，乌拉尔山地区和东北亚区域没有明显阻塞高压形势，不利于南方暖湿气流北上和北方冷空气南下，冷空气较常年偏弱；印缅槽活动较常年偏 弱，不利于水汽经孟加拉湾和中南半岛输送至桂西北地区，低层850 hPa桂西北地区有自北向南的水汽通量输送距平，水汽输送较常年明显偏弱，并且桂西北上空存在弱的水汽通量辐散，不利于水汽的堆积。另外，2011年盛夏桂西北地区处于上升和下沉运动的过渡地带，有弱的异常下沉运动，本来很弱的上升运动受到抑制，OLR值较常年偏高，对流活动较常年偏弱，这些因子都不利于降水的发生，导致2011年盛夏桂西北地区出现特大干旱。