ENSO對中國夏季降水指示意義的變化資料及方法

1、ENSO寸中國夏季降水指示意義的變化基于19512014年中國160站月降水量資料和同時段的 Nino3.4區(qū)月平均 海表溫度資料，采用滑動相關分析和統(tǒng)計分析等方法， 討論了中國夏季降水和前 期Nino3.4區(qū)海溫關系的年際變化。分析結果顯示，二者的相關性有明顯的階段 性，整體趨勢為先下降又上升，在 20世紀70年代中期兩者的相關性最弱。在 19541974年，依據(jù)前冬Nino3.4區(qū)SSTA預測夏季降水距平符號準確率在 66.7% 以上的站數(shù)有59站，在19721992年，同樣準確率的站數(shù)只有 21站，而在 19942014年，站數(shù)又增加為39站。第一研究時段的59站呈區(qū)域性分布于 西 北地

2、區(qū)東部、華北、江南北部以及 淮河地區(qū)；第三研究時段的 39站分布也比較 集中，主要分布于黃淮流域、華北地區(qū)以及長江中下游；但第二研究時段的21站 分布比較分散，不利于區(qū)域性預測。因此，在汛期預測業(yè)務中參考ENSO的作用 時必須充分考慮年代際背景的差異。中國位于亞歐大陸的東南部，東南面是世界上最大的海洋 一一太平洋，西面 是世界上最高的屋脊一一青藏高原，特殊的地理位置導致影響中國氣候的因素眾 多，且由關系復雜。中國地處東亞季風區(qū)，夏季降水的多寡及雨帶的分布都收到 東亞夏季風（EASM ）的調控。而東亞夏季風重要的特點之一就是具有顯著的多 尺度變化，因而中國的夏季降水也表現(xiàn)出多尺度、區(qū)域差異大等復

3、雜的變化，導致各種旱澇災害的頻發(fā)。這些旱澇災害給中國國民經(jīng)濟建設造成了巨大的損失， 旱澇時空分布的不均勻性帶來的水資源利用的不確定性嚴重制約了社會和經(jīng)濟 發(fā)展，自然生態(tài)和環(huán)境也在不斷惡化。因此對于降水的研究一直是國內外氣象學 家的重點和難點。前人有大量工作對我國夏季降水的氣候特點、天氣和環(huán)流特征、 及行成機理等進行了論述，并開展了月、季、年際的降水預報。ENSO事件是迄今為止公認的地球系統(tǒng)中影響全球氣候年際變化最強的信 號，它的發(fā)生、發(fā)展及衰減會引起全球大氣環(huán)流和氣候的異常，同樣也會使東亞大氣環(huán)流出現(xiàn)異常，從而導致中國氣候發(fā)生異常。但是，由于中國大部分地區(qū)處于溫帶地區(qū)，其氣候與 ENSO事件之

4、間相互關系要比熱帶地區(qū)復雜的多。關于 ENSO對中國夏季降水的影響，我國氣象學者開展了大量的研究工作。 早在20世 紀30年代，涂長望（ 1937）就開創(chuàng)了 ENSO又t EASM的影響研究，以后該問題 便被中國氣象學者所重視和研究。80年代以來的研究指出，ENSO循環(huán)的不同階 段對EASM的影響有所不同，大氣對海洋變化具有滯后響應，ENSO主要影響其 冬季盛期之后的夏季氣候異常，在ENSO爆發(fā)后的次年夏季，EASM 一般偏弱， 副高偏南，江淮降水偏多，華北和華南降水偏少（徐群，1986;符淙斌和滕星林， 1988; Huang和 Wu, 1989; Zhang等，1999;龔道溢和王紹武，1

5、999）,這種經(jīng)典的ENSO-EASM關系及相關的ENSO型降水分布是預測中國夏季降水的一個 重要依據(jù)。金祖輝和陶詩言（1999）研究了 ENSO循環(huán)過程的不同位相與中國降 水的關系，發(fā)現(xiàn)ENSO循環(huán)對中國夏季降水豐和欠及時空分布有密切關系，ENSO 發(fā)展年的夏季中國東部地區(qū)以雨量偏少為主，一些地區(qū)可偏少35成，多雨帶位于江淮之間；ENSO恢復年的夏季長江及江南地區(qū)雨量偏多， 其南北兩邊偏少； 反ENSO年的夏季長江一黃河之間及東南部雨量偏少，其北邊和西南正常偏多； 在ENSO的準常態(tài)年夏季，長江以北降水偏多，江南出少部分地區(qū)外降水分布接 近正常。王紹武（ 1992）從500年歷史資料之中考察

6、表明，中國華北地區(qū)干旱有 58%是與赤道東太平洋海溫增暖相聯(lián)系的。黃榮輝等（1999）研究指出，20世紀 70年代中后期起，赤道東太平洋明顯增溫，并出現(xiàn)了類似的日Nino型海表溫度異常分布，使得EASM明顯減弱，東亞地區(qū)夏季氣候發(fā)生了一次明顯的年代際 突變，中國華北地區(qū)夏季降水明顯減少， 而且長江流域夏季降水明顯增加。 薛峰 和劉長征（2007）研究發(fā)現(xiàn)中等強度 ENSO和強ENSO對中國東部降水的影響 不同，中等強度ENSO年中國夏季北方多雨，而強ENSO年長江多雨。同時，科 學家們注意到了 ENSO事件的發(fā)展過程包括兩種類型：一類在赤道太平洋東部 的秘魯沿岸爆發(fā)，異常海溫逐步向西傳播，即東

7、部型；另一類在赤道太平洋日界線附近爆發(fā)，異常海溫向東擴展，即中部型（Rasmusson and Wallace,1983符淙 斌，1985; Fu and Diaz; 1986）。大量的統(tǒng)計結果和數(shù)值模擬都證明了兩類不同分 布型El Nino對全球不同區(qū)域的氣候影響存在著顯著的差異（Feng et al, 2011； Yuan and Yang, 2012）；不同分布型La Nina事件下熱帶大氣的響應特征也不同（袁媛和晏紅明，2012）。止匕外，也有研究表明20世紀70年代末期，ENSO與 EASM及中國夏季降水的關系發(fā)生改變，ENSO對EASM及中國夏季降水的指 示意義下降。綜上可見，EN

8、SO雖然是熱帶太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)年際氣候變率的最強信號， 它的發(fā)生被作為預測中國年際氣候異常的前期重要信號之一，但其對中國夏季降水的影響卻很復雜，不同階段，不同強度，不同類型的ENSO的影響不同，且在 長期變化中存在不穩(wěn)定性。資料與方法常規(guī)歷史資料降水資料中國氣象局（CMA）氣象信息中心整編的19512014年中國160個標準臺站的月平均降水量觀測資料，以及中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)整理的19512014年中國756臺站的月平均降水觀測資料。海溫資料海溫資料為NOAA月平均的ERSST資料，時段為1950年1月一2014年12 月，資料水平分辨率為2X2o以及美國氣候預測中心網(wǎng)站提供的 Nino3.4區(qū)月

9、 平均海表溫度資料，研究時段為 19512014年，共64年。處理方法滑動相關分析奚?-?+(?砌?=為了分析中國夏季降水與前期不同季節(jié)（前秋、前冬、前春） Nino3.4區(qū)海 溫之間年際變化的關系隨時間的變化，及合理地劃定各個階段，我們采用滑動 相關系數(shù)（林學椿，1978）:，目?=?-?+( ?2 以?=?-?+1?2其中,?= ?二?=?-?+1?1 -?= ?Z?=?-?+1?t=n , n+1 , n+2,，n為滑動窗口長度。2.2.2站點資料處理為分析中國夏季降水的地域性及其變化，需要把不規(guī)則站點降水資料轉換成 規(guī)則網(wǎng)格點數(shù)據(jù)，以便畫出等值線更直觀地分析。本文選用的是MATLAB中

10、的griddata函數(shù)把站點數(shù)據(jù)插值成水平分辨率為 0.2 X0.2的規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)。ENSO對中國夏季降水的重要影響已得到廣泛研究， 根據(jù)前期赤道東太平洋 海溫強弱預測中國夏季的區(qū)域降水的多寡也得到了長期的應用。然而，至今所有研究得到的相關模態(tài)僅限于線性的關系，而實際上許多變量之間的關系是非線性 的。相關系數(shù)存在不穩(wěn)定的問題。本文根據(jù)19512014年中國160標準臺站的月降水資料和 Nino3.4區(qū)月平 均海表溫度資料，采用滑動相關分方法和統(tǒng)計分析方法， 探討了他們之間年際變 化關系。結果顯示，ENSO與中國夏季降水異常的對應關系及其在預測中的指示 意義具有階段性和區(qū)域性。在20世紀50年代至60年代，前秋和前冬兩季的 Nino3.4海溫與夏季降水 的對應關系較強，當前期赤道東太平洋海溫偏高時，西北地區(qū)東部、華北及江南北部的多數(shù)測站夏季降水偏多，淮河地區(qū)降水偏少；當海溫偏低時，則相反。在 20世紀70年代和80年代，前秋、前冬和前春的海溫與夏季區(qū)域降水的對應關 系均較弱，上述結論較難成立。從20世紀90年代至今，前秋