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摘要：研究不同年型玉米生长季降水特征以及气候成因，为提高气候预测预报准确率和农业生产防灾减灾能力提供科学依据。利用朝阳地区7个国家级气象观测站2014年气象资料，分析玉米生长季降水特征及“夏旱”气候成因。结果表明，2014年玉米生长季降水偏少且时空分布极不均匀，玉米出苗拔节期和成熟末期，降水偏多；抽穗开花期7～8月降水持续偏少，发生了自1952年有气象记录以来最严重的“夏旱”，给玉米开花授粉和灌浆造成严重影响，致使玉米产量降低；造成朝阳地区2014年严重“夏旱”的主要气候原因是大气环流异常。
关键词：朝阳地区；玉米；生长季；降水；气候成因；大气环流异常
中图分类号：P461 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）17-4604-04
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.17.060
Abstract： This study was aimed at providing scientific reference to improve the accuracy of weather forecasting and the capacity of disaster prevention and reduction for agricultural production through studying the precipitation characteristics and climate causes in corn growing seasons. The study was based on the meteorological data of 2014 from seven national meteorological observation stations in Chaoyang. The results showed that the precipitation decreased and temporal-spatial distribution was very uneven in 2014 during the corn growing season. The precipitation was much more in corn emergence-jointing stage and last-mature stage， but it was continued decreasing in July and August and caused the most serious“summer drought” since 1952. The corn was just during heading stage and the corn pollination and grain filling were seriously affected， which resulted lower maize yields. The main reason of this serious "summer drought" was the anomalies of atmospheric circulation.
Key words： Chaoyang district； corn； growing season； precipitation； climate causes； atmospheric circulation anomalies
朝阳地区位于辽宁省西部，处于内蒙古高原向沿海平原过渡的阶梯近海分界地带，属于半湿润半干旱的易旱气候区，主栽大田作物是玉米。玉米生长季（4～9月）的主要气候特点是：光热资源丰富，降雨量偏少且时空分布不均[1]。诸多学者研究认为，降水多少是大田玉米高产稳产的主要影响因子[2，3]，水分胁迫造成玉米植株滞长、发育期拖后，穗粒数受水分供给影响变幅最大、子粒重降低[4，5]，夏季降水量多少对玉米产量起着决定性的作用[6]。针对不同年型小区域玉米生长季降水特征以及气候成因研究较少。本研究详细分析了2014年朝阳地区玉米生长季降水特征对玉米生长发育的影响，阐明“夏旱”发生主要与高纬和极区大气环流特征、长波槽脊的分布和活跃程度、西太平洋副热带高压的位置和强度等密切相关[7-9]。研究不同年型玉米生长季降水特征以及气候成因，对提升气候预测预报准确率和农业生产防灾减灾能力有重要指导意义。
1 材料与方法
1.1 数据来源
选取玉米生长季（4～9月）朝阳地区7个国家级观测站资料：朝阳市、建平县、喀左县、凌源市、北票市、羊山镇、老建平县站的2014年的降水资料，以下分别简称朝阳站、建平站、喀左站、凌源站、北票站、羊山站、老建平站。历年气候平均值取1980～2010年30年均值，气候极值为1952年以来极值。
1.2 分析方法
采用距平分析和Excel作图方法，分析气象要素与历年同期对比状况。
2 结果与分析
2.1 玉米生长季降水概况
2.1.1 降水条件时空分布特征 2014年农作物生长季全市平均降水量为357.9 mm，比历年同期（419.1 mm）少61.2 mm，少15%。由图1可知，降水时间、空间分布极不均匀，5、6、9月比历年降水偏多，4、7、8月比历年降水偏少。2014年各月降水有两个时段明显偏离历年降水趋势，5～6月为偏多时段，7～8月为偏少时段。5～6月降水量为195.8 mm，比历年同期多63.8 mm，多48%；7～8月降水量为105.9 mm，比历年同期偏少115.4 mm，少52%。
2014年玉米生育期各月降水分布与历年基本相似，都呈抛物线型分布。但是2014年降水量出现峰值时间是6月，月降水量为107.9 mm；历年降水峰值出现在7月，为126.6 mm。2014年降水量出现峰值时间比历年提前1个月。历年降水最多的7～8月，2014年降水反而偏少突显，致使朝阳地区发生了有气象记录以来最严重的“夏旱”。
朝阳地区玉米生长季降水空间分布（表1）是建平县玉米生长季降水总量最多为436.0 mm，比历年同期偏多28.4 mm，多7.0%；北票市降水总量最少为280.0 mm，比历年同期偏少131.0 mm，少31.9%。北票市、凌源市、羊山镇、喀左县降水量比历年同期偏少77.5～131.0 mm，为干旱灾较重的地区。
2.1.2 玉米生长季“夏旱”状况分析 分析了7个国家级气象观测站逐日降水资料，结果显示，进入7月份，朝阳市共有3次较明显的降水过程，最后一次大范围降水出现在7月21日。7月21日～8月9日朝阳市无有效降水过程，并伴有持续高温天气。高温少雨使全市气象干旱快速发展。根据全市土壤墒情监测结果，首先是凌源市、喀左县、朝阳县南部地区出现轻度-中度干旱。进入8月后，干旱范围继续蔓延扩大，干旱程度明显加剧。8月8日凌源市、喀左县、朝阳县南部发展成为重度干旱，北票市、建平县陆续出现了轻度-中度干旱。8月上中旬全市多雷阵雨天气，但由于降水过程属于分散的阵雨或者雷阵雨，雨量少且分布不均匀，大部分地区旱情没有得到缓解。
综合分析，2014朝阳市玉米生长季“夏旱”时段为7月1日-8月20日。该时段全市平均降水量创有气象记录（1952年）以来同期最少极值。全市平均降水量为75.3 mm，较常年同期（200.2 mm）偏少124.9 mm，少62%。较2013年同期（129.2 mm）偏少54.0 mm，少42%。表2为朝阳地区7月1日～8月20日国家级气象观测站站降水量统计及历史排序表。
2.1.3 玉米生长季降水影响分析 2014年玉米生长季降水总体分布是前期后期降水偏多，中期降水偏少；玉米播种期4月份，凌源市、喀左县等南部地区降水偏多，接墒雨及时，4月上、中旬即开始播种玉米。降水偏少的北票市、建平县、朝阳县大部分地区底墒差，春旱较重，玉米没能在4月播种。5月11～12日全市普降第一场透雨，解除了干旱地区的旱情，朝阳市掀起了玉米播种高潮，5月23日大田玉米播种结束，比2013年提早了25d。
5～6月玉米苗期水分条件充足。朝阳市平均降水量为195.8 mm，比历年同期（132.1 mm）偏多63.7 mm。此时段为玉米苗期至拔节期，水分供应充足，玉米长势良好，全市大部分地区玉米生长状况为一类苗。
7～8月朝阳市降水偏少，平均降水量为105.9 mm，历年同期为221.3 mm，偏少115.4 mm，少52%，创有气象记录以来同期最少极值，发生了自1952年以来最严重的“夏旱”。7～8月份为大田玉米开花授粉-灌浆期，是水分需求最多时期。降水少，使大部分地区玉米遭受严重的“卡脖旱”，玉米叶片枯黄、萎蔫，开花授粉受阻，果穗发育不良，直接影响产量形成，造成玉米大幅度减产。8月下旬～9月上旬出现2次较大范围有效降水，逐步解除了前期严重“夏旱”，降水对作物后期灌浆成熟有一定的补偿作用。
2.2 玉米生长季“夏旱”成因分析
2.2.1 地理位置 朝阳地区地处北温带大陆性季风气候区，尽管东南部受海洋暖湿气流影响，但由于从北部蒙古高原方向源源而来的干冷空气长期占据区域上空，阻挡了南来的暖湿空气，受干冷空气控制，与同纬度地区相比，朝阳地区常年降水量偏少，干旱发生频率高，各个季节均有干旱发生的可能。另外朝阳地区处于燕山山脉北坡及蒙古高原的下缘，地势自西北向东南呈三阶梯降低，北面受科尔沁沙漠的直接影响。南来的暖湿气团往往受燕山山脉阻挡，在南坡降水；西来的降水过程，往往因阶梯递减下滑，减少降水量；朝阳地区地理位置和独特的地形地势特点，导致常年降水偏少，每年都会发生不同程度的气象干旱发生，是全省气象干旱的易发区[10]。
2.2.2 大气环流异常 依据2014年朝阳地区年7～8月份的大气环流形势分析可以看出，大气环流异常是造成朝阳地区干旱的主要原因。主要包括高空西风急流异常、副热带高压位置异常、极区500 hPa高度场异常和850 hPa风场异常等。大气环流异常使得影响朝阳地区的冷空气位置偏北，而西太平洋副高压的平均位置明显的偏东偏南，且强度偏弱，使北上的西南暖湿气流又偏东、偏南，因此2014年7～8月份朝阳地区上空少有冷暖空气交汇，造成降水异常偏少，导致发生了自1952年有气象记录以来最严重“夏旱”。
1）副热带高压位置异常。有学者研究表明，对应东北地区夏季干旱少雨，高纬和极区500 hPa高度场主要由负距平所控制、位势高度较常年低[11，12]。表现为从巴尔喀什湖附近到俄罗斯远东地区和日本北部这一广阔的纬向带状分布的区域内夏季异常高压脊较为活跃。而在20°N至40°N之间的东亚沿岸和西太平洋地区则是非常明显的负距平分布，负距平中心位于日本南部海面，即在东北地区旱年，西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）位置容易偏南偏东，且强度偏弱[13]。2014年夏季西太平洋副高压的平均位置来看，明显的偏东偏南，所以西太平洋副高压异常是当年夏季朝阳地区极端干旱的原因之一。
2）高空西风急流异常。东北“夏旱”对应东亚沿岸地区高空西风急流有明显的分支，其原来位于中纬度的高空峰区明显减弱，以东北地区为中心纬向分布的广大区域内由负距平所控制，而在其南北两侧的中国江南和西太平洋地区以及俄罗斯远东地区纬向风得到加强。前期北半球环状模（NAM）、海表温度（SST）与东北冷涡活动强弱的关系：东北地区夏季降水与东北冷涡活动存在显著相关，研究表明东北冷涡活动越频繁、强度越强，则东北地区夏季降水越多，反之则越少[14]。前期2月NAM与夏季东北冷涡存在显著的负相关，当前期NAM偏强（弱）时，夏季东北冷涡往往偏弱（强），所以2014年朝阳市严重夏旱很可能与前期NAM偏强有关。
3）东亚副热带西风急流异常。综合分析东北地区夏季降水异常偏少年的合成图中，200 hPa东亚副热带西风急流强度偏弱，急流中心风速约为30 m/s，范围偏小，30 m/s风速线仅向东伸展到95°E，除了青藏高原上空的急流中心之外，在伊朗高原上空同时还存在一个急流中心，东北地区上空的急流轴与气候平均的急流轴位置相比向东南方向倾斜。100 hPa南亚高压中心强度偏弱、面积偏小，高压中心位置偏西，东北地区上空高压脊偏弱，对应的其北侧气压梯度力减弱，副热带西风急流强度减弱，会使东北地区降水异常偏少[15]。
4）850 hPa风场异常。东北地区降水异常偏少年，850 hPa高度上中国东部地区的偏南风较弱，同时中国东部地区有偏北的距平风，东北地区有反气旋距平风环流，这样使得南方输送到北方的暖湿空气减少，东北地区低层辐合减弱，不利于东北地区产生降水[16]。
5）黑潮冬季海温异常。有学者研究表明，黑潮冬季海温与东北夏季降水存在明显的年代际变化，进一步研究发现二者负相关的关系在不断增强[17]。2013年黑潮冬季海温存在异常，致使2014年夏季辽宁省7～8月降水异常偏少，西部朝阳地区发生了大范围的严重夏季干旱。
3 结论与讨论
1）综合分析，2014年朝阳地区玉米生长季降水主要特征时空分布极其不均衡，时间上是前后期多，中期少。玉米前期长势良好，中期旱情严重生长发育受阻，后期补偿作用较大。空间上各地降水条件不一，玉米减产幅度不同。整体分析，2014年朝阳地区降水条件对玉米生长发育利弊各半。
2）近年来朝阳地区夏季干旱或者夏秋连旱频发，如2009年夏秋连旱、2013年和2014年夏旱，干旱发生在玉米开花授粉灌浆成熟阶段，对玉米生长发育和产量形成危害影响严重。因此，应采取选择抗旱玉米品种，推广节水灌溉技术等增加玉米生产抗旱能力。
3）受地理位置和大气环流异常影响，朝阳地区容易发生干旱灾害。掌握玉米生长季干旱灾害发生规律[18]，密切关注大气环流异常信号[19]，提高短期预报预测准确率，及时采取有效的抗旱防灾应对措施，是玉米生产稳产增收的重要保障。
4）朝阳地区玉米生长季降水多少，是玉米产量降低的主要因素。但玉米产量形成是整个生长季各种气象条件匹配、综合影响决定的，本研究只探讨了特殊年份里降水一个主要影响因子的作用，其他气象气象因子综合影响有待下一步研究探讨。
5）朝阳地区2014年夏季极端干旱是海、陆、气相互作用的综合结果[20]，对于这样的典型年份做详细的个例分析总结，对于掌握影响区域降水变异的大气环流特征和降水变异的关系[21，22]，提升区域气象干旱灾害预报预警准确率以及防灾减灾能力具有重要意义。
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