引 言
中国西北地区地域十分辽阔，主要由新疆、甘肃、宁夏、青海和陕西 5 省(区) 构成，是中国最主要的干旱半干旱气候区，干旱是其主要的天气气候特点，发生频率高，分布广，面积大，持续时间长。每年因干旱给工农业生产造成了巨大损失，是长期制约西北地区经济和社会发展的一个重要因素。所以研究西北地区干旱发生的基本气候特征、影响和成因，对探讨异常干旱气候趋势预测以及应对旱灾的对策及措施具有十分重要意义。
东亚副热带西风急流是北半球副热带西风急流定常中心区中强度最强的系统，其位置经向移动和强度变化对我国天气气候有重要影响。
Fu 等的研究表明，自 1979 年以来，中纬度对流层强增暖和平流层强冷却改变了原有对流层经向温度梯度的分布特征，2 半球的对流层副热带急流向两极方向移动，使得 Hadley 环流在 2 个半球分别向极区扩展(总共约 2°) ，致使与此相关联的副热带干旱带也向两极地区扩展。马柱国等的结果表明，非洲大陆、欧亚大陆、澳洲大陆和南美大陆近 52 a来主要以干旱化趋势为主，尤以非洲大陆和欧亚大陆最为剧烈。近些年来，中国西北地区随着人口增加和工农业生产的迅速发展，干旱化程度加剧、面积扩大，水资源短缺的矛盾愈加突出。
目前，一些学者分析了副热带急流位置变动对我国不同地区旱涝的影响。如，符淙斌等的研究表明，近 20 ～50 a 来中国北方大部分地区干旱少雨和显著增暖加剧了该地区干旱化发展的程度，未来2030 ～ 2040 年我国北方干旱、半干旱区的范围有可能向东南扩展平均约 2 个纬距。西北干旱化趋势的变化可能与副热带急流的位置变化有关。这是因为影响东亚地区的干湿变化主要是东亚季风环流的年代际转变和低层大气反气旋环流的增强和气旋性环流的减弱。然而，目前针对副热带急流向极地移动对我国西北干旱尤其是春旱的系统性研究尚未见报道。因此，本文拟选择中国西北地区典型旱季，即春旱，研究东亚副热带急流位置对于西北春季干旱的影响，以期为更好认识西北干旱问题成因和防灾减灾提供科学依据。
1、 资料和方法
1． 1 资料
本文所采用的资料包括: (1) NCEP/NCAR 提供的1980 ～2009 年日平均风速场，水平分辨率为2． 5°× 2． 5°，范围是 70°E ～ 120°E、25°N ～ 50°N，分析的时段为 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 年高度场再分析资料，网格距为 2． 5° ×2． 5°，范围是 0° ～ 180°E，0° ～ 90°N; (3) 中国西北地区 136 个台站 1980 年 3 月 1 日至 2009 年 11 月 30日逐日平均降水量资料，分析时段仅限于春季降水，图 1 为西北地区 136 个站点的分布。
1． 2 方法
1． 2． 1 干旱指数的定义及方法
选取降水距平百分率作为西北地区的干旱指数，降水距平百分率(Pα) 是指某段时间的降水量与常年同期降水量相比的百分率。计算公式如下:
其中，P 为某时段的降水量;珔P 为同期多年平均降水
的平均值，n =30。西北地区多数气象台的干旱标准是以月或季降水距平百分率为基础的，一般把月降水量 ＜ －20% 平均值作为干旱; ＜ －50% 平均值作为严重干旱; ＞20%平均值为多雨; ＞50%平均值为严重多雨。
1． 2． 2 副热带急流位置指数的定义及方法
本文采取最大西风所在纬度的平均纬度来定义副热带急流位置指数，东亚副热带西风急流具有明显的季节变化，通常春季西风急流位于 25°N ～50°N 之间，急流轴线移至 30°N 左右，用急流轴的位置来表示副热带西风急流的南北移动更具有明确的意义。东亚副热带西风急流轴线指数 I 可定义为: 200hPa 等压面上 70°E ～ 120°E、25°N ～ 50°N 区域内最大西风所在纬度的平均值。计算公式如下:
其中，nx 为东西方向上 70°E ～ 120°E 范围，经距为2． 5°时，所计算的经线数目，本文中 nx = 21; Fi为某经线上的最大西风值。I 的值较常年平均值越大，表示西风急流的轴线位置越偏北，反之，西风急流轴线越偏南。
2、 干旱指数、副热带急流位置指数的变化
2． 1 春季干旱指数的年变化特征
根据前面干旱指数的定义方法，统计了 1980 ～2009 年春季中国西北地区的干旱指数(图 2) 。由趋势线可以看出，1980 ～ 2009 年，西北地区春季干旱指数呈先上升再下降趋势，即 1993 年以前，西北地区的春旱形势有所减缓，此后春旱又再次加重，其中 1990 年代中期至 2000 年代初期波动较大; 从距平值来看，1981、1989、1994、1995、2000、2001、2008年的干旱指数 ＜ － 20%，均属春旱年份，其中 1995年和 2000 年的干旱指数 ＜ － 40%，为严重干旱; 而1987、1988、1990、1998、2002、2003、2005 年的干旱指数 ＞20%，属多雨年份，其中 1988、1998 年的干旱指数 ＞40%，属严重多雨年。
2． 2 副热带西风急流位置指数的变化特征
根据副热带西风急流位置指数的计算方法，统计了 1980 ～ 2009 年春季和冬季中国西北地区的副热带西风急流位置指数(图 3) 。图 3a 春季副热带西风急流位置指数显示，1980 ～ 2009 年春季东亚副热带西风急流的轴线位置整体上呈现向北扩展的趋势，1980 ～2009 年期间，春季副热带西风急流的位置北移了约 1． 2 个纬度，其幅度为 0． 4 °N /10 a。另外，与多年平均位置相比，春季副热带西风急流位置偏南的年份有 1982、1983、1997、1998、2001 年，其中 1998 年最偏南，西风急流位置移至 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，西风急流位置分别为32． 619°N 和 32． 857°N。图 3b 是冬季副热带西风急流位置指数，可以看出，冬季西风急流位置也有北移的趋势，1981 ～2009 年北移了约 0． 8 个纬距，其幅度为0． 28 °N/10 a，明显小于春季的; 另外，对比急流轴的平均位置，1981 ～2009 年期间，冬季副热带西风急流的位置在 27． 5°N ～31°N 之间震荡，其中 2006 年异常的偏北，1989、1997、2001、2002、2008、2009 年的冬季也较偏北，而 1983、1992、1998、2003、2005、2007 年冬季的副热带西风急流位置比较偏南。
3、 干旱指数与副热带急流位置指数的关系
3． 1 同期相关分析
为了了解副热带急流的位置对西北地区春季干旱的同期影响，对春季的副热带急流位置指数与干旱指数进行了 Pearson 相关分析。发现春季干旱指数和西风急流位置指数呈负相关，这说明随着东亚副热带西风急流位置的向北移动，西北地区的春季干旱指数降低，干旱加重，但二者之间的相关系数仅有 － 0． 250，未通过 0． 05 显著性检验。这可能是因为中国西北地区干旱成因复杂，影响因素较多，副热带西风急流只是影响西北春旱的众多因素之一，况且它可能不是直接影响因素，而是通过一种复杂的中间机制间接影响的。
3． 2 前期相关分析
为进一步了解西北地区春季干旱与西风急流的位置关系，对前期冬季的副热带西风急流位置指数与春季干旱指数作 Pearson 相关分析。冬季的西风急流位置指数和春季的干旱指数仍呈负相关关系，二者之间的相关系数为 －0． 386，达到了 0． 05 的显著性水平。这说明冬季东亚副热带西风急流位置偏北预示着中国西北地区次年春季将会遭遇到干旱，且这种可能性很大。
4、 前期合成分析
前面的相关分析显示，冬季副热带西风急流的位置与我国西北地区的春旱存在着显著的负相关关系，因此，这里对冬季副热带西风急流位置的正负异常年的 500 hPa 位势高度作前期合成分析，以试图揭示东亚副热带西风急流位置对中国西北春旱的环流影响机理。从图 4a 中可以看到，当冬季副热带西风急流位置异常偏北时，500 hPa 上，切尔斯基山脉及周围地区的上空有一正距平中心，其强度 ＞ 35gpm; 同时伊朗上空也有一正距平存在，强度较小，范围也很小。另外，在北冰洋上空有一负距平中心，强度较小(通过了 90%的显著性检验) ，并且在急流轴偏北年，东亚槽更深一些，新疆、青藏高原脊比较强，与之相应的中纬度偏北风较强，此时段我国西北地区为强大的高压控制，脊前干冷的西北气流使得西北地区容易发生干旱。图 4b 显示，在 500 hPa 合成图上，当冬季副热带西风急流位置异常偏南时，0°～ 20°N、0° ～ 180°E 的范围内都是通过 90% 显著性检验的正距平中心; 在副热带西风急流轴位置异常偏南年，新疆脊较弱，控制我国西北地区的高压虽存在，但其强度相对急流位置偏北年偏弱，西北气流偏北，偏南气流能够携带水汽北上与偏北气流交汇，导致西北地区春季降水相应增多，从而使西北地区不易发生春旱。
5、 结论与讨论
(1) 1980 ～ 2009 年间，中国西北地区的春旱呈现出先减轻后加重的趋势。
(2) 1980 ～ 2009 年，东亚副热带西风急流的位置无论是在冬季还是在春季都有向北移动的趋势，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) 我国西北地区的春旱指数与同期春季的副热带西风急流的位置存在不显著的负相关，而与前期冬季的副热带西风急流的位置存在显著的负相关，这表明前年冬季副热带西风急流位置若较常年偏北，则次年西北地区发生春旱的可能性很大。
(4) 500 hPa 位势高度场的前期合成显示，冬季副热带西风急流偏北年份，我国西北地区次年春季为强大的高压控制，脊前干冷的西北气流使得春旱容易发生; 而急流位置偏南年份，高压相对较弱，西北气流偏北，偏南气流能够携带水汽北上与偏北气流交汇，导致降水相应增多，从而使得西北地区次年春旱不易发生。
影响西北地区春季干旱的因子很多，本文的研究结果显示东亚副热带急流位置变动只是其中之一。本文仅限于东亚副热带急流对西北春季干旱的影响及其环流影响机理分析，副热带急流强度和形态等对西北干旱的影响、其深层次的动力机制及其与其它大尺度环流系统对于西北春季干旱的协同作用将是下一步计划进行的工作。
参考文献:
［1］王素萍，段海霞，冯建英． 2010 年夏季全国干旱状况及其影响与成因［J］． 干旱气象，2010，28(3) : 367 －373．
［2］秘晓东，张强，胡文超． 干旱气象观测系统［J］． 干旱气象，2005，23(1) : 78 － 89．
［3］董安祥，白虎志，雷小斌． 中国西北地区干旱气候学的新进展及主要科学问题［J］． 干旱气象，2006，24(4) : 57 －62．
［4］李星敏，杨兴国，王钊，等． 西北 4 省(区) 干旱遥感监测方法［J］． 干旱气象，2007，25(1) : 83 －87．
［5］徐国昌． 干旱减灾问题的回顾与思考［J］． 干旱气象，2012，30(4) : 489 －496．
［6］丁一汇，赵深铭，傅秀琴． 5 －10 月全球热带和副热带 200hPa 多年平均环流的研究(二) —行星风系［J］． 大气科学，1988，12(3) : 242 －249．
