基于标准化降水指数的辽宁省大豆需水关键期干旱大气环流成因分析

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2024.01.007

气象与环境学报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (1): 54-62.doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2024.01.007

基于标准化降水指数的辽宁省大豆需水关键期干旱大气环流成因分析

李菲^1,^2,^3,⁴(),张淑杰^1,*(),赵春雨^2,^3,⁴,胡春丽⁵,林蓉^2,^3,⁴,房一禾^2,^3,⁴

1. 中国气象局沈阳大气环境研究所/辽宁省农业气象灾害重点实验室, 辽宁沈阳 110166
2. 辽宁省气候中心, 辽宁沈阳 110166
3. 东北冷涡研究重点开放实验室, 辽宁沈阳 110166
4. 盘锦国家气候观象台, 辽宁盘锦 124000
5. 辽宁省生态气象和卫星遥感中心, 辽宁沈阳 110166

收稿日期:2022-07-27 出版日期:2024-02-28 发布日期:2024-03-25
通讯作者: 张淑杰 E-mail:lifei910@163.com;zhangshujie_a@163.com
作者简介:李菲，女，1982年生，高级工程师，主要从事短期气候预测研究，E-mail：lifei910@163.com
基金资助:
中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(2020SYIAEHZ1);辽宁省气象局科学技术研究课题(BA202014);预报预测经费气候业务平台专项(YBQHPTXM(2019)-05)

Analysis of the atmospheric circulation causes of drought during the water demand key period of soybean in Liaoning province based on the standardized precipitation index

Fei LI^1,^2,^3,⁴(),Shujie ZHANG^1,*(),Chunyu ZHAO^2,^3,⁴,Chunli HU⁵,Rong LIN^2,^3,⁴,Yihe FANG^2,^3,⁴

1. Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological Administration, Key Laboratory of Agrometeorological Disasters, Shenyang 110166, China
2. Liaoning Climate Center, Shenyang 110166, China
3. Key Opening Laboratory for Northeast China Cold Vortex Research, Shenyang 110166, China
4. Panjin National Climate Observatory, Panjin 124000, China
5. Liaoning Ecological Meteorological and Satellite Remote Sensing Center, Shenyang 110166, China

Received:2022-07-27 Online:2024-02-28 Published:2024-03-25
Contact: Shujie ZHANG E-mail:lifei910@163.com;zhangshujie_a@163.com

摘要/Abstract

摘要：

利用1971—2020年辽宁省54个气象站逐日降水量资料及逐日NCEP/NCAR(美国大气科学研究中心和美国国家环境预报中心)再分析资料，计算了辽宁省各站大豆需水关键期(开花期至结荚期)标准化降水指数，分析了大豆需水关键期典型干旱年份及其大气环流成因。结果表明：副热带西风急流位置异常引发的对流层高低空大气环流的不同配置是造成辽宁省大豆需水关键期不同气候特征干旱年的主要大气环流成因。当大豆需水关键期西风急流位置较常年偏北时易发生高温干旱，辽宁省大豆主产区一致受到较大影响，西风急流位置偏北，辽宁省位于高空急流轴南侧、高空辐散风场中心，西太平洋副热带高压位置阶段性异常偏北控制整个辽宁省，对流层风场贯穿高层至低层的下沉气流配合较差的水汽条件是发生高温干旱的主要大气环流成因；当大豆需水关键期西风急流位置偏南时易发生低温干旱，辽宁省大豆主产区中部和北部受影响较大，西风急流位置偏南，季节进程缓慢，西太平洋副热带高压位置较常年持续偏南、偏西，对流层上层垂直上升运动明显，冷空气活动频繁，但对流层中下层一致的下沉运动配合较差的水汽条件不利于降水产生，导致低温和干旱现象的同时发生。

关键词: 大豆需水关键期, 干旱, 西风急流, 西太平洋副热带高压

Abstract:

Using daily precipitation data from 54 meteorological stations and daily reanalysis data from the NCEP/NCAR (National Center for Atmospheric Research and National Centers for Environmental Prediction in the United States) in Liaoning province from 1971 to 2020, the Standardized Precipitation Index (SPI) for the water demand key period of soybeans (from flowering to pod-setting phase) was calculated for each station in Liaoning province. The typical drought years and the atmospheric circulation causes during the water demand key period of soybeans were analyzed. The results show that the different configuration of tropospheric circulation in high and low levels caused by the anomaly of subtropical westerly jet is the main cause of the atmospheric circulation in the dry years with different climatic characteristics during the key period of soybean in Liaoning province.When the position of westerly jet in the water demand key period of soybean is more northerly than usual, it is prone to high temperature and drought, and the main soybean producing areas in Liaoning province are affected greatly. The westerly jet is located to the north, and Liaoning province is located to the south of the upper jet axis and the center of the upper divergent wind field. The West Pacific subtropical high is anomalously northward in phase, which controls the whole Liaoning province. The main cause of high temperature and drought is the poor water vapor condition of the downdraft through the tropospheric wind field.Low temperature and drought are easy to occur when the westerly jet is located in the south during the water demand key period of soybean, and the central and northern parts of the main soybean producing areas in Liaoning province are more affected. The position of the westerly jet is southward, and the seasonal process is slow. The position of the Western Pacific subtropical high continues to be southward and west compared with the usual year. The vertical upward movement of the upper troposphere is obvious, and the cold air activity is frequent.However, the consistent subsidence movement in the middle and lower troposphere combined with poor water vapor conditions is not conducive to precipitation, resulting in the simultaneous occurrence of low temperature and drought.

Key words: Water demand key period of soybean, Drought, Westerly jet stream, Subtropical high over the western Pacific

中图分类号:

李菲,张淑杰,赵春雨,胡春丽,林蓉,房一禾. 基于标准化降水指数的辽宁省大豆需水关键期干旱大气环流成因分析[J]. 气象与环境学报, 2024, 40(1): 54-62.

Fei LI,Shujie ZHANG,Chunyu ZHAO,Chunli HU,Rong LIN,Yihe FANG. Analysis of the atmospheric circulation causes of drought during the water demand key period of soybean in Liaoning province based on the standardized precipitation index[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2024, 40(1): 54-62.

图/表 10

表1

表2

图1

表3

图2

图3

图4

图5

表4

图6

参考文献 32

1	赵春雨, 任国玉, 张运福, 等. 近50年东北地区的气候变化事实检测分析[J]. 干旱区资源与环境, 2009, 23 (7): 25- 30.
2	秦大河. 影响我国的主要气象灾害及其发展态势[J]. 中国应急救援, 2008, (6): 4- 6.
3	刘玉莲, 于宏敏. 基于CI指数的黑龙江省作物生长关键期干旱变化[J]. 气象与环境学报, 2012, 28 (1): 48- 54.
4	孙永罡, 白人海, 谢安. 中国东北地区干旱趋势的年代际变化[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2004, 40 (5): 806- 813. doi: 10.3321/j.issn:0479-8023.2004.05.017
5	邹旭恺, 张强. 近半个世纪我国干旱变化的初步研究[J]. 应用气象学报, 2008, 19 (6): 679- 687. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2008.06.007
6	王志伟, 翟盘茂. 中国北方近50年干旱变化特征分析[J]. 地理学报, 2003, 58 (S1): 61- 68.
7	胡春丽, 刘东明, 王阳, 等. 辽宁省大豆生产现状及振兴战略气象对策[J]. 辽宁农业科学, 2020, (4): 38- 41. doi: 10.3969/j.issn.1002-1728.2020.04.009
8	赵凌尘, 刘海龙, 李克非. 辽宁省大豆种植的气候条件分析[J]. 现代农业科技, 2017, (16): 194. doi: 10.3969/j.issn.1007-5739.2017.16.119
9	李秀芬, 马树庆, 于海, 等. 春大豆鼓粒至成熟期水分胁迫对结实和产量的影响[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 86- 92. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2021.05.013
10	张凤怡, 迟道才, 陈涛涛. 辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析[J]. 中国农业气象, 2021, 42 (9): 746- 760. doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2021.09.003
11	张淑杰, 张玉书. 2000年辽宁作物生长季农业气象条件评价[J]. 辽宁气象, 2001, (1): 22- 24.
12	马建勇, 许吟隆. 东北地区作物生长季干旱时空分布特征及其环流背景[J]. 中国农业气象, 2013, 34 (1): 81- 87.
13	孙力, 安刚, 廉毅, 等. 中国东北地区夏季旱涝的大气环流异常特征[J]. 气候与环境研究, 2002, 7 (1): 102- 113.
14	焦敏, 李辑, 王阳, 等. 2014年盛夏辽宁异常少雨的大尺度环流特征[J]. 干旱气象, 2018, 36 (5): 751- 757.
15	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 气象干旱等级: GB/T 20481-2017[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
16	宣守丽, 张庆云, 孙淑清, 等. 夏季逐月东亚高空急流异常对我国降水的影响[J]. 气候与环境研究, 2013, 18 (6): 781- 792.
17	王莹, 张晓月, 焦敏, 等. 基于GIS的辽宁省大豆种植气候区划[J]. 贵州农业科学, 2016, 44 (11): 163- 166.
18	段海霞, 李耀辉, 刘芸芸. 我国北方1986年和1997年干旱事件环流异常对比分析[J]. 干旱区研究, 2015, 32 (5): 966- 976.
19	李慧琳, 高松影, 徐璐璐, 等. 2009年丹东地区罕见伏旱天气成因分析[J]. 气象与环境学报, 2011, 27 (5): 53- 57.
20	张宇, 王芝兰, 沙莎, 等. 2018年夏季全国干旱状况及其成因[J]. 干旱气象, 2018, 36 (5): 884- 892.
21	焦敏, 李辑, 陈鹏狮, 等. 2018年夏季辽宁异常高温干旱的环流特征及成因[J]. 大气科学学报, 2019, 42 (4): 571- 580.
22	王玉成. 辽宁省2014年特大夏旱分析评估[J]. 中国防汛抗旱, 2015, 25 (4): 47- 50.
23	刘芸芸, 王永光, 柯宗建. 2020年夏季我国气候异常特征及成因分析[J]. 气象, 2021, 47 (1): 117- 126.
24	Cressman G P . Circulations of the West Pacific jet stream[J]. Monthly Weather Review, 1981, 109 (12): 2450- 2463.
25	李崇银, 王作台, 林士哲, 等. 东亚夏季风活动与东亚高空西风急流位置北跳关系的研究[J]. 大气科学, 2004, 28 (5): 641- 658.
26	林益同, 赵春雨, 房一禾, 等. 东北初夏和盛夏降水时空变化及大气环流因子新特征分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37 (5): 63- 71.
27	况雪源, 张耀存. 东亚副热带西风急流位置异常对长江中下游夏季降水的影响[J]. 高原气象, 2006, 25 (3): 382- 389.
28	陶诗言, 卫捷. 再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳[J]. 应用气象学报, 2006, 17 (5): 513- 525.
29	Lin Z D , Lu R Y . Abrupt northward jump of the East Asian upper-tropospheric jet stream in Mid-Summer[J]. Journal of the Meteorological Society of Japan, 2008, 86 (6): 857- 866.
30	孙凤华, 张耀存, 郭兰丽. 中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系[J]. 高原气象, 2009, 28 (6): 1308- 1315.
31	段海霞, 王素萍, 冯建英, 等. 2014年夏季全国干旱状况及其影响与成因[J]. 干旱气象, 2014, 32 (5): 872- 880.
32	刘炜, 赵艳丽. 内蒙古中西部地区2018年夏季异常多雨成因[J]. 干旱气象, 2020, 38 (5): 709- 715.

大豆生长发育阶段	时段
播种期至出苗期	5月1—31日
出苗期至开花期	6月1—30日
开花期至结荚期	7月1日至8月10日
结荚期至成熟期	8月11日至9月30日

干旱年份	标准化降水指数	干旱类型	气温距平/℃
1972	-1.18	中旱	0.04
1980	-1.73	重旱	-1.07
1987	-1.05	中旱	-0.79
1997	-1.21	中旱	1.76
2009	-1.44	中旱	-0.24
2014	-2.3	特旱	0.55
2018	-1.62	重旱	2.15

干旱年份	西风急流指数	南北位置异常
1972	1.11	异常偏北
1980	-1.61	异常偏南
1987	-1.46	异常偏南
1997	0.72	偏北
2009	-0.81	偏南
2014	0.91	偏北
2018	1.83	异常偏北

干旱年份	西风急流指数	标准化降水指数	气温距平/℃
2000	0.8(偏北)	-1(中旱)	1.7
1993	-1.54(异常偏北)	-0.65(轻旱)	-1.1

[1]	姜珊, 张淑杰, 张菁, 董秋婷, 宋晓巍, 赵璇, 于璐, 杨黎黎. 基于SPI和SPEI指数的辽宁省大豆生长季干旱时空变化特征[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(4): 130-137.
[2]	陈妮娜,吕慧捷,张益瑞,李国会,米娜,张淑杰,李思语,张玉书. 干旱程度和施氮水平对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(3): 106-116.
[3]	翟墨,李秀芬,刘丹,余兰,曲辉辉. 黑龙江省大豆生长季旱涝时空分布特征[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(1): 92-99.
[4]	方缘, 陈妮娜, 姜鹏, 耿世波, 米娜, 王贺然, 朱宪龙, 张玉书. 基于WOFOST模型的辽西地区典型旱年不同播期玉米干旱损失评估[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(4): 93-101.
[5]	吴秀兰,张婧莉,余行杰,玛依拉·买买提艾力. 新疆天山山区干旱灾害综合风险评估与区划[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(4): 161-167.
[6]	李秀芬,马树庆,于海,徐丽萍,陈凤涛,宫丽娟. 春大豆鼓粒至成熟期水分胁迫对结实和产量的影响[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(5): 86-92.
[7]	庄瑶, 鲍瑞娟, 张容焱, 何金海, 汪澜. 基于MCI指数的福建省干旱气候特征[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(5): 93-99.
[8]	王秀萍,李燕,张悦,赛瀚,李潇潇. 2018年盛夏大连地区极端高温干旱天气环流特征及成因分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(4): 70-77.
[9]	高琦,徐明. 2019年长江中下游伏秋连旱的异常特征分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(4): 93-99.
[10]	李宇凡,徐士琦,袭祝香,邱译萱,姜忠宝. 吉林省盛夏降水季内变化特征及大气环流分析[J]. 气象与环境学报, 2021, 37(2): 27-32.
[11]	马杰, 刘晓琳, 李红, 杨森, 刘鑫华, 尹姗, 任宏昌, 刘一, 张峰. 一次梅汛期强降雨过程的中期时效预报误差分析[J]. 气象与环境学报, 2020, 36(4): 11-17.
[12]	吴双, 姜丽霞, 李宇光, 宫丽娟, 田宝星, 吴英. 基于自然灾害风险理论的黑龙江省玉米干旱风险评价[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(6): 139-144.
[13]	王萍, 闫平, 李秀芬, 王晾晾, 王秋京, 宫丽娟. 黑土区土壤水分含量对大豆产量构成因素的影响[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(5): 115-122.
[14]	李晶, 王婉昭, 刘东明, 黄岩, 王莹, 李荣平. 2017年辽宁省春夏季精细化气象干旱监测评估[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(3): 100-105.
[15]	马永忠, 蔡福, 赵先丽, 王阳. 花后持续干旱对玉米生理参数及产量的影响[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(2): 102-106.

基于标准化降水指数的辽宁省大豆需水关键期干旱大气环流成因分析

Analysis of the atmospheric circulation causes of drought during the water demand key period of soybean in Liaoning province based on the standardized precipitation index

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 10

参考文献 32

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 10