【地理研究】印度洋偶极子与考拉眼泪——澳洲干旱始末

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在过去的几个月里，澳大利亚遭遇了严重的干旱：东部内陆的大片土地被野火肆虐，烧死上千只考拉；城镇运进以卡车计的生活用水以保证社区运转；袋鼠不得不吃掉其他死去的袋鼠的肠胃以维持生存……

澳大利亚气象局数据显示，2019年澳大利亚前三季度平均降雨量低于正常均值32%左右，新南威尔士州、北部领土、南澳大利亚、西澳大利亚四个地区降雨不足现象最为严重。居高不下的温度和长时间的低降雨量使得澳大利亚的干旱情况持续扩大，进入10月，许多地区降雨不足的情况仍然存在，澳大利亚南部进入有记录以来最干燥的十月，继续严重限制默里-达令盆地的水资源。年初至今，澳大利亚大部分地区的降雨量都低于或低于平均水平，成为有记录以来的第二个最干旱的1-10月，紧随1902年。

图1：2019年1-10月澳大利亚降雨量距平（mm）

来源：澳大利亚气象局

一、影响因素

澳大利亚气候影响因素众多，厄尔尼诺/拉尼娜、印度洋偶极子（IOD）、西北云带、热带低气压、负南环形模（negative Southern Annular Mode）等都能对澳洲气候产生不同程度的影响。在今年澳大利亚的严重干旱中，印度洋偶极子正相位（positive Indian Ocean Dipole）及负南环形模（negative Southern Annular Mode）起到了不容忽视的影响。

图2：澳大利亚气候影响因素

来源：澳大利亚气象局

1、印度洋偶极子正相位

作为目前已知发生在赤道太平洋最强的海温气候异常，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）造成太平洋沿岸许多国家的气候异常，受到全世界的普遍关注。相比之下，热带印度洋海温变化远小于太平洋，但其纬向距平的变化同样十分明显，并通过海-气相互作用影响亚洲的气候。1994年夏季，亚洲许多地区气候异常，但这一年发生的弱厄尔尼诺并不能很好介绍这一气候异常（今年也是如此）。为此，科学家们提出了印度洋偶极子的概念。

印度洋偶极子现象，顾名思义，发生于印度洋，由两极构成：

1）东极位于印度尼西亚苏门答腊附近。

2）西极位于印度洋西部。

热带印度洋西部和东部海表温度差的持续变化被称为印度洋偶极子（IOD）。IOD指数，一般定义为热带西印度洋(50~70E,10S-10N)和赤道东南印度洋(90-110E,10S-0)的平均海表温度距平之差。

图3：印度洋偶极子（IOD）

来源：澳大利亚气象局

当印度洋偶极子位于正相位时，西风沿着赤道减弱，使得温暖的海水转向非洲，风向的变化也使得冷水从东部深海升起。这就造成了热带印度洋的温差，东部的水温低于正常值，而西部的水温高于正常值。在这种情况下，对流活动在印度洋西侧异常活跃，在东侧则相对萎靡。这常常使得澳大利亚西北部大气中的水分低于正常水平，改变来自澳大利亚西部的气候系统模式，导致澳大利亚冬季和春季部分地区的高温干旱。

图4：印度洋偶极子正相位

来源：澳大利亚气象局

今年的印度洋偶极子正相位程度异常强烈，达到了过去60-80年间创纪录的水平。

 图5：IOD指数

来源：澳大利亚气象局

今年的印度洋偶极子正相位始于6月，当9月底的强东风使东极的水域急剧降温时达到最大强度。从过去3个月的降水图中可以清楚地看到，澳大利亚大部分地区的降雨量达到创纪录的低水平，为印度洋偶极子正相位典型特征。

图6：2019年6-9月年澳大利亚降雨情况

来源：澳大利亚气象局

图7：IOD指数预测情况

来源：澳大利亚气象局

根据最新的IOD指数预测，强烈的印度洋偶极子正相位预计在今年12月前难以消退，这意味着在此之前澳大利亚的降雨量仍将难以达到平均水平。

2、负南环形模

与印度洋偶极子类似，南环形模式(SAM)也是影响澳大利亚降雨量和温度的气候驱动因素之一。SAM指的是强烈西风的(非季节性)南北向移动，西风几乎在南半球中纬度至高纬度地区持续吹。西风带也与风暴和从西向东移动的冷锋有关，为澳大利亚南部带来降雨。SAM有三个阶段：中性阶段、正值阶段、负值阶段。每次处于正值和负值的SAM现象持续约一至两周，但也可能出现较长时间。它对降雨的影响因季节和地区的不同而有很大差异。

冬季，在负的SAM阶段，西风带向北扩展，朝向赤道和澳大利亚，导致较强的西风，较低的气压，以及更多的冷锋和更多的风暴系统集中在澳大利亚南部。一般来说，这意味着澳大利亚南部在冬天会有更多的降雨。然而，在澳大利亚东部，西风的北移意味着从东部来的湿润的陆地气流更少，从而减少了澳大利亚东部的降雨量。

澳大利亚位于南半球，目前处于夏季。夏季西风带的位置通常比冬季偏南。在夏季，来自冷锋和低谷的降雨要少得多，而东部地区则有更多雨水从东部地区的水域流入。在负的SAM阶段，西风带向赤道和澳大利亚扩展。夏季向北吹西风意味着从东部吹来的潮湿的岸上气流更少，因此通常会减少澳大利亚东部的降雨量。

   图8-图9：澳洲冬季及夏季负南环形模

来源：澳大利亚气象局

南部环形模式（SAM）的负相位预计将持续到至少12月下旬。夏季SAM的负值往往会使澳大利亚东部地区的天气更干燥，但使塔斯马尼亚州西部的天气更加潮湿。这种降雨模式将在12月中表现最为明显。

预计未来，澳大利亚大部分地区仍气温偏高，新南威尔士州、南澳大利亚、西澳大利亚等地区降雨量持续走低。强烈的印度洋偶极子正相位(IOD)和负南环模(SAM)将持续影响着未来，增加澳大利亚大部分地区更加温暖和干燥的可能性，有持续干旱的趋势。IOD可能将持续到仲夏，而SAM的负值预计至少会持续到12月中旬。

图10：2019.12澳大利亚降雨量预测情况

来源：澳大利亚气象局

二、影响

澳洲大陆主要由东部山地、中部平原、西部高原构成，其中西部高原区大部分为沙漠和半沙漠地区，占国土面积的35%。因地域辽阔，澳大利亚横跨两个气候带，北部热带而南部温带，气温及降雨的差异铸就了不同的气候类型，进而影响其农业分布。澳大利亚全国有31%的地区年降雨量不足500毫米，有39%的地区年降雨量不足250毫米，降水成为澳大利亚农业的主要制约因素。

图11：澳洲大陆情况

来源：公开资料

不利的气候条件和蔓延的山火致使澳大利亚的农作物受到一定的影响。澳大利亚的农作物包括大麦、小麦、油菜籽、燕麦、高粱等。它们主要分布在西澳洲和南澳洲的南部、维多利亚州和新南威尔士州。

图12：澳大利亚农作物分布情况

来源：美国农业部

大麦集中分布在西澳洲、南澳州、维多利亚州和新南威尔士州。2018-2019年度与2017-2018年度的大麦单产基本保持不变，但2018-2019年度的产量有所下滑。预计2019-2020年度产量为840万吨，较前五年的平均产量下滑13.77%。

新南威尔士州与昆士兰州交界地带产有小面积的棉花。2014-2018年，棉花产量呈不断上升的趋势。直到2018-2019年度，棉花产量急剧下降，减少幅度超50%。与前五年的平均水平相比，预计2019-2020年度产量减少62.96%，单产下滑幅度为16.33%。

燕麦主要分布在澳大利亚以南地区。前5年单产变化整体呈现抛物线的态势，燕麦单产在2016-2017年度达到了最大值（2.2吨/公顷）。2014-2017年该数据逐渐增加，然而，2017年以来，随着澳大利亚气温不断升高，干旱等问题层出不穷，导致2018-2019年度的产量减少。由于今年还引发了“灾难级”森林大火，预计下一年产量为100万吨，单产为1.43吨/公顷，仍然无法恢复到前五年产量的平均水平。

黑麦前5年产量基本保持在3万吨的水平，似乎并未受到气候变化的影响。预计2019-2020年产量仍然不变，但是单产的水平略低于前五年的平均水平。

高粱主要分布在受灾较轻的昆士兰州，少部分生长在受灾较为严重的新南威尔士州。自2017年气候变化以来，单产逐年下降，预计2019-2020年度单产量为2.75吨/公顷，较上一年有小幅度回升，而产量预计减少到110万吨。

此外，作为澳大利亚分布最广的农作物——小麦，减产明显。天干物燥和接连的火灾破坏了土壤条件，小麦难以形成高产。预计2019-2020年度小麦产量为1720万吨，远低于过去5年的平均水平2321.5万吨。

油菜籽喜冷凉或较温暖的气候，对土壤的要求不是十分严格的，因此，此次影响不如小麦那么严重。但产量和单产都仍呈现出减少的趋势。

表1：澳大利亚农作物的产量情况

来源：美国农业部