李麗平,宋哲,吳楠

(1.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;

2.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué)),江蘇 南京 210044;3.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044)

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三類厄爾尼諾事件對(duì)東亞大氣環(huán)流及中國(guó)東部次年夏季降水的影響

李麗平1,2,3,宋哲1,2,3,吳楠1,2,3

(1.南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;

2.氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京信息工程大學(xué)),江蘇 南京 210044;3.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044)

摘要：利用全球海表溫度(SST)資料、ONI(Oceanic Nino Index)序列以及中國(guó)160站逐月降水資料,研究了不同類型El Nino事件的主要特征及其對(duì)東亞大氣環(huán)流及中國(guó)東部次年夏季逐月及季節(jié)降水的影響。結(jié)果表明:1)據(jù)El Nino事件期間SST最大正異常所在區(qū)域,將El Nino事件分為Nino3、Nino4和Nino3.4型。2)El Nino事件次年6月,Nino3型時(shí)降水顯著正異常區(qū)主要位于鄱陽湖和洞庭湖流域,Nino4型時(shí)位于鄱陽湖流域、桂粵湘三省交界及廣西西部,Nino3.4型時(shí)位于洞庭湖流域。7月Nino3型降水顯著正異常區(qū)北移至長(zhǎng)江流域,8月則呈西多東少反相分布。從次年6月至8月,Nino4型降水顯著正異常區(qū)逐漸北移,Nino3.4型降水顯著正異常區(qū)則從南到北再移向東北。3)在整個(gè)次年夏季,Nino3、Nino4和Nino3.4型降水顯著正異常區(qū)在中國(guó)東部呈自南向北分布。無論逐月或季節(jié)降水,均是Nino4型降水正異常最強(qiáng)、Nino3.4型最弱。4)不同類型事件次年夏季和各月環(huán)流特征存在一定差異,總體而言,對(duì)于南亞高壓,Nino3型、Nino4型事件后呈偏強(qiáng)、東伸和北抬的特點(diǎn),且后者較前者時(shí)更強(qiáng);Nino3.4型事件后主要呈減弱、西退特征。對(duì)于西太平洋副熱帶高壓,Nino3型、Nino4型事件后主要呈偏強(qiáng)、西伸、北抬特征,后者較前者更強(qiáng),西伸、北抬也更明顯;Nino3.4型后,副高以東撤、北抬特征為主。

關(guān)鍵詞：El Nino事件分型;夏季降水異常;南亞高壓;西太平洋副熱帶高壓;中國(guó)東部

0引言

El Nino現(xiàn)象是熱帶海表溫度最強(qiáng)的年際異常信號(hào),它對(duì)熱帶太平洋地區(qū)乃至全球天氣氣候異常都有重要影響,故對(duì)El Nino事件的研究始終深受關(guān)注和重視(任福民等,2012;張福穎等,2012;祁莉等,2014)。我國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū),東亞季風(fēng)異常直接造成我國(guó)氣候異常,ENSO正是通過大氣環(huán)流以“遙相關(guān)”的形式影響東亞季風(fēng)系統(tǒng)各成員,并由此影響我國(guó)的氣候(倪東鴻等,2000;翟盤茂等,2003;李琳等,2008;黃平和黃榮輝,2010;張?chǎng)嗪托旌Ｃ?2012;李麗平等,2013)。Zhang et al.(1996)和Wang et al.(2000)的研究表明,冬季東太平洋增暖可引起春季到早夏的持續(xù)性西北太平洋低層大氣異常反氣旋環(huán)流,結(jié)果導(dǎo)致中國(guó)南方到日本的濕異常。多數(shù)研究表明,在El Nino次年夏季,長(zhǎng)江流域和江南北部地區(qū)降水偏多,而江淮流域降水偏少(劉穎和倪允琪,1998;金祖輝和陶詩言,1999;黃榮輝等,2003;趙亮等,2006,2007)。鄒力和倪允琪(1997)的研究表明:El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,長(zhǎng)江中下游地區(qū)易發(fā)生洪澇,華南地區(qū)易發(fā)生干旱;若El Nino事件結(jié)束得晚,長(zhǎng)江中下游降水偏多,華北地區(qū)易出現(xiàn)干旱。馬繼華(2012)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)冬季發(fā)生El Nino事件時(shí),我國(guó)次年夏半年極端降水事件主要發(fā)生在華北地區(qū)和長(zhǎng)江流域。另外,陳菊英等(2000)和宗海鋒等(2008)研究還指出,El Nino事件次年夏季,除長(zhǎng)江流域及江南北部降水偏多外,在北疆地區(qū)、黃河流域和海河還有一個(gè)多雨中心。

關(guān)于ENSO事件分布型的研究是近幾年的研究熱點(diǎn)(任福民等,2012),主要原因是2000年以來發(fā)生的El Nino事件基本異于傳統(tǒng)的El Nino事件,最大海溫正距平分布的區(qū)域不在傳統(tǒng)定義El Nino事件的Nino3區(qū),而是西移到日界線附近,由此帶來的氣候影響也與傳統(tǒng)El Nino事件的影響有著明顯差異,因此該現(xiàn)象引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注(Kim et al.,2009;Lim et al.,2009)。之前的研究大多根據(jù)周期、振幅、爆發(fā)時(shí)間或正海溫異常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)首先出現(xiàn)的區(qū)域來對(duì)El Nino事件進(jìn)行分類,如:Tomita and Yasunari(1993)按照持續(xù)時(shí)間將El Nino事件分成持續(xù)2 a以上和持續(xù)2 a以下兩種類型;臧恒范和王紹武(1991)、Xu and Chan(2001)及Horii and Hanawa(2004)按發(fā)生季節(jié)將El Nino事件分成兩類,第一類明顯增溫開始于1—6月間,第二類明顯增溫出現(xiàn)于7—12月;林學(xué)椿和于淑秋(1993)、趙永平和陳永利(1998)及李曉燕和翟盤茂(2000)按正SSTA首先出現(xiàn)的區(qū)域?qū)?El Nino事件分成中部型和東部型;張志華和黃剛(2008)以正SSTA首先出現(xiàn)的區(qū)域及其傳播特征作為依據(jù),將El Nino事件分成三種類型,即西部型、駐波型和東部型;袁媛等(2012)根據(jù)厄爾尼諾事件發(fā)展達(dá)到盛期時(shí)海溫距平的分布特點(diǎn),將1950年以來的厄爾尼諾事件分為東部型、中部型和混合型,并指出三類事件對(duì)應(yīng)中國(guó)翌年夏季雨帶呈南方型、中間型和北方型。近幾年,被大家討論最多的分型結(jié)果是El Nino和El Nino Modoki(符淙斌,1985;Ashok et al.,2007),其中,El Nino是經(jīng)典的赤道東太平洋增溫型,而El Nino Modoki的增暖中心則位于日界線附近的中太平洋地區(qū)。

不同類型的El Nino事件對(duì)降水的影響不同。Weng et al.(2007)研究了El Nino和El Nino Modoki兩種類型事件對(duì)夏季東西太平洋沿岸降水的影響,指出在El Nino Modoki年,澳大利亞東部和新西蘭北部的干旱程度要比El Nino年嚴(yán)重。Kim et al.(2011)指出,在韓國(guó),El Nino年冬季降水沒有顯著改變的地方,而Modoki年則要大于等于平均水平。錢維宏等(2009)和Feng et al.(2010)研究了El Nino 和El Nino Modoki對(duì)我國(guó)雨帶相位的影響,結(jié)果表明:在El Nino發(fā)生的次年夏季,江南地區(qū)雨水偏多,江淮地區(qū)雨水偏少,在El Nino Modoki發(fā)生的次年夏季,降水偏多的區(qū)域位于黃淮流域,偏少的區(qū)域位于江南。張志華和黃剛(2008)研究認(rèn)為,西部型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,華北、黃河中上游、洞庭湖與鄱陽湖流域以及華南部分地區(qū)降水偏多,而江淮流域降水偏少;駐波型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,四川盆地、華南等地區(qū)降水偏少,長(zhǎng)江流域、華北中部等地區(qū)降水偏多;東部型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,我國(guó)降水仍以干旱少雨為主要特征,多雨區(qū)主要位于華南、華北部分區(qū)域。袁媛等(2012)指出,東部型、中部型和混合型El Nino事件分別對(duì)應(yīng)中國(guó)次年夏季雨帶呈南方型、中間型和北方型。

本文采用不同以往研究的分型原則,即根據(jù)整個(gè)El Nino事件持續(xù)期間赤道海表溫度異常緯向分布形態(tài),對(duì)El Nino事件進(jìn)行分型,比較分析不同類型El Nino事件特征差異,并檢驗(yàn)海溫線性趨勢(shì)對(duì)此分型是否有影響。關(guān)于El Nino事件與中國(guó)夏季降水關(guān)系的研究已有許多,但對(duì)于其與夏季逐月降水關(guān)系的研究卻很少見,而該問題對(duì)我國(guó)短期氣候預(yù)測(cè)具有重要意義。故本文擬研究不同類型El Nino事件與中國(guó)東部夏季逐月及季節(jié)降水的關(guān)系,并分析相應(yīng)大氣環(huán)流異常特征,為我國(guó)汛期短期氣候預(yù)測(cè)提供線索。

1資料和方法

1.1資料

本文所用資料主要包括:中國(guó)國(guó)家氣候中心提供的1951—2012年中國(guó)160站逐月降水資料;英國(guó)Met Office Hadley Center 提供的1950—2011年HadISST全球再分析月平均海表溫度資料,水平分辨率為1°×1°;NCEP/NCAR再分析1950—2011年500 hPa和200 hPa高度資料,水平分辨率2.5°×2.5°;美國(guó)國(guó)家氣候預(yù)測(cè)中心(Climate Prediction Center,CPC)提供的ONI(Oceanic Nino Index)序列。

1.2方法

利用CPC提供的ONI時(shí)間序列,定義ONI值達(dá)0.5 ℃及以上并持續(xù)5個(gè)月及以上為一次El Nino事件(張禮平等,2012)。據(jù)此選出1950—2011年出現(xiàn)的El Nino事件,合成得到每次事件從起始到結(jié)束時(shí)間段內(nèi)的平均海溫距平,根據(jù)正海溫距平最大值所在區(qū)域?qū)l Nino事件進(jìn)行分類,對(duì)屬同一類型的事件再進(jìn)行合成分析,研究不同類型El Nino事件次年6、7、8月及整個(gè)夏季中國(guó)東部降水異常的分布情況,并研究不同類型El Nino事件對(duì)應(yīng)的500 hPa和200 hPa高度場(chǎng)的異常特征。

2El Nino事件的挑選和分型

2.1El Nino事件的挑選

根據(jù)1.2節(jié)El Nino事件的定義,挑選出1950—2011年期間的El Nino事件,其詳細(xì)信息如表1所示。

表11950—2011年期間所發(fā)生的El Nino事件

Table 1El Nino events during the period of 1950—2011

ElNino事件起始年月結(jié)束年月持續(xù)時(shí)間/月峰值月份峰值/℃11951-071952-017101.221953-011954-021490.831957-041958-0716121.841963-061964-029111.451965-051966-0412101.961968-081970-011811.171972-051973-0311112.181976-091977-026110.891977-091978-026110.8101982-051983-0614122.2111986-081988-021981.6121991-051992-061411.6131994-091995-037121.2141997-051998-0412112.4152002-052003-0210111.3162004-072005-01780.7172006-092007-015111.0182009-072010-0410121.6

2.2El Nino事件分型

根據(jù)2.1節(jié),首先合成得到每次El Nino事件從起始到結(jié)束時(shí)間段內(nèi)的平均海表溫度距平,再根據(jù)最大海溫距平所在區(qū)域,將El Nino事件分為Nino3、Nino4和Nino3.4三種類型。如Nino3型,即海溫正異常大值區(qū)主要位于Nino3區(qū),余則類似。具體分型結(jié)果如表2所示。

表21950—2011年期間所發(fā)生的El Nino事件分型結(jié)果

Table 2The classification of El Nino events during the period of 1950—2011

類型最大海溫距平所在區(qū)域事件年份Nino3型Nino3區(qū)1951/1952、1968/1970、1972/1973、1976/1977、1982/1983、1997/1998、2006/2007Nino4型Nino4區(qū)1994/1995、2002/2003、2004/2005、2009/2010Nino3.4型Nino3.4區(qū)1953/1954、1957/1958、1963/1964、1965/1966、1977/1978、1986/1988、1991/1992

圖1為三種類型El Nino事件合成的海溫距平分布?？梢?Nino3型El Nino事件海表溫度正異常大值區(qū)主要位于赤道中東太平洋區(qū)域,最大正異常值達(dá)1.5 ℃以上,位于140°W以東的Nino3區(qū)(圖1a);Nino4型事件海溫最大正異常區(qū)域主要集中在180°～150°W之間,最大正異常值大于1.0 ℃小于1.5 ℃(圖1b),表明Nino4型事件較Nino3型事件弱;Nino3.4型事件最大值區(qū)域主要位于170～120°W之間的Nino3.4區(qū)(圖1c),該型事件最大值區(qū)域范圍相比Nino3型、Nino4型偏小。

據(jù)三種類型El Nino事件發(fā)展、成熟、衰減三個(gè)階段的海表溫度異常分布(圖略)可知,Nino3型、Nino4型和Nino3.4型海表溫度正異常分別首先出現(xiàn)在赤道東南太平洋區(qū)域、赤道太平洋中西部和赤道太平洋東南部及Nino3.4區(qū)東部;Nino3型正海溫異常沿赤道逐漸向西擴(kuò)展至中太平洋,Nino4型正海溫異常沿赤道向東擴(kuò)展至東太平洋,Nino3.4型正海溫異常則向西、向東擴(kuò)展。

圖2進(jìn)一步給出各類El Nino事件持續(xù)期間內(nèi)的Nino3區(qū)、Nino4區(qū)和Nino3.4區(qū)區(qū)域平均海表溫度距平。可見:對(duì)于Nino3型事件,Nino3區(qū)海表溫度距平比Nino4、Nino3.4區(qū)大,且多數(shù)遠(yuǎn)大于Nino4區(qū)海表溫度距平;對(duì)于Nino4型事件,Nino4區(qū)海表溫度距平最大,其次是Nino3.4區(qū),Nino3區(qū)最小;Nino3.4型El Nino事件中,三個(gè)區(qū)域海表溫度距平差異不大,但Nino3.4區(qū)海溫異常比Nino3、Nino4區(qū)高。總之,在Nino3型、Nino4型、Nino3.4型三類El Nino事件中,相應(yīng)類型定義所在區(qū)域的海表溫度正距平值均最大,說明三種El Nino事件的分型是合理的。

此外,也研究了各月海表溫度異常的線性趨勢(shì)及其對(duì)El Nino事件分型的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),4—7月的線性趨勢(shì)通過0.05信度的顯著性檢驗(yàn)。去掉各月海表溫度異常的線性趨勢(shì)(無論其是否通過顯著性檢驗(yàn)),再合成得到各類型El Nino事件的海表溫度異常分布(圖略),發(fā)現(xiàn)其分型結(jié)果與使用未去除趨勢(shì)的海表溫度距平分型結(jié)果一致,說明海表溫度變暖的線性趨勢(shì)對(duì)El Nino事件分型沒有明顯影響。下文均采用未去除趨勢(shì)的海表溫度距平進(jìn)行分析。

3不同類型El Nino事件與中國(guó)東部夏季逐月及季節(jié)降水的關(guān)系

為了解不同類型El Nino事件對(duì)中國(guó)東部夏季降水的影響,給出了三類型El Nino事件次年夏季逐月(即6月、7月、8月)及季節(jié)降水距平的合成分布。

對(duì)比三種不同類型El Nino事件次年6月降水距平分布(圖3)可見,降水偏多區(qū)主要位于華南,此時(shí)華南處于前汛期。Nino3型事件次年6月,顯著降水正異常中心位于洞庭湖和鄱陽湖流域;江淮流域、廣東西南部、四川盆地和貴州一帶降水偏少。Nino4型事件次年6月,除浙江、湖北西南和云南以外的長(zhǎng)江以南大部地區(qū)降水偏多,三個(gè)顯著正異常降水區(qū)分別位于鄱陽湖流域、桂粵湘三省交界處以及廣西西部,江淮、長(zhǎng)江上游、河套地區(qū)及華北大部降水偏少。Nino3.4型事件次年6月,降水偏多區(qū)域與Nino4型類似,但顯著正異常降水區(qū)位于洞庭湖流域,異常強(qiáng)度在三型中最弱,四川盆地和江淮流域、黃河下游降水偏少。

圖1　合成的三種類型El Nino事件海表溫度異常分布(單位:℃;陰影表示通過0.01信度的顯著性檢驗(yàn);白色方框分別為Nino3、Nino4、Nino3.4區(qū)范圍)a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.1　Distribution of composite SSTA for three types of El Nino events(units:℃;Shaded area is significant at 99% confidence level.White boxes indicate Nino3,Nino4 and Nino3.4 regions,respectively)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

圖2　三種類型El Nino事件持續(xù)期間內(nèi)的Nino4區(qū)、Nino3.4區(qū)、Nino3區(qū)區(qū)域平均海表溫度距平(單位:℃)a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.2　The SSTA over Nino4,Nino3.4,Nino3 regions within the duration of three types of El Nino events(units:℃)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

圖3　三種不同類型El Nino事件次年6月降水異常分布(單位:mm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.3　Distribution of precipitation anomaly in the following June for three different types of El Nino events(units:mm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

圖4　三種不同類型El Nino事件次年7月降水異常分布(單位:mm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.4　Distribution of precipitation anomaly in the following July for three different types of El Nino events(units:mm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

與6月降水相比,7月三類型事件對(duì)應(yīng)的降水正異常大值區(qū)明顯北移(圖4)。Nino3型事件對(duì)應(yīng)的降水正異常帶幾乎貫穿整個(gè)長(zhǎng)江流域,云南東部、華北東部、東北西部的降水也偏多,其中顯著降水正異常主要位于四川盆地東部到洞庭湖流域、云南東部和東北西部,河套和華南東南沿海地區(qū)降水偏少;Nino4型事件對(duì)應(yīng)降水異常呈中間多南北少的分布,降水偏多區(qū)主要位于長(zhǎng)江和黃河中下游之間,其中長(zhǎng)江三峽以北降水顯著偏多,華南和華北地區(qū)降水偏少;Nino3.4型事件對(duì)應(yīng)的降水正異常大值區(qū)已北移至四川盆地、黃河流域,河套地區(qū)的降水顯著偏多,東北、江淮及華南大部降水偏少。

由圖5可見:Nino3型El Nino事件對(duì)應(yīng)次年8月,降水異常呈西多東少的分布,降水顯著偏多區(qū)位于青海東南部;Nino4型El Nino事件對(duì)應(yīng)次年8月,降水顯著偏多的區(qū)域主要位于長(zhǎng)江流域和黃河流域間,廣東沿海及遼寧與吉林交界降水也偏多,長(zhǎng)江以南大部及內(nèi)蒙古、華北北部降水偏少;Nino3.4型El Nino事件對(duì)應(yīng)次年8月,降水顯著偏多的區(qū)域主要位于黃河中下游到東北西南部,四川盆地降水也偏多,而黃淮、江淮及華南地區(qū)降水偏少。

圖5　三種不同類型El Nino事件次年8月降水異常分布(單位:mm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.5　Distribution of precipitation anomaly in the following August for three different types of El Nino events(units:mm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

綜上所述,6月降水正異常大值區(qū)主要位于華南地區(qū),從6月到7月Nino3型降水偏多的區(qū)域明顯北移,到8月則呈西多東少反相分布;Nino4型降水偏多的區(qū)域從6月到8月逐漸北移,Nino3.4型降水偏多的區(qū)域從南到北再向東北移動(dòng)。Nino4型降水正異常最強(qiáng)。

圖6給出了三種類型El Nino事件次年夏季降水距平的合成分布。比較發(fā)現(xiàn),Nino3、Nino4和Nino3.4型的降水正異常大值區(qū)呈現(xiàn)從南向北逐漸移動(dòng)的特征。Nino3型事件對(duì)應(yīng)次年夏季降水顯著偏多區(qū)主要位于洞庭湖、鄱陽湖流域,河套、華北、黃淮平原及山東半島華南東南沿海地區(qū)降水偏少。Nino4型事件對(duì)應(yīng)次年夏季降水顯著偏多區(qū)域主要位于長(zhǎng)江和黃河中下游、四川西南、遼寧與吉林交界,廣東大部、閔贛交界也有降水正異常的大值中心,內(nèi)蒙古、華北、浙江、華南西部、四川盆地降水偏少。Nino3.4型事件對(duì)應(yīng)次年夏季降水顯著偏多區(qū)域主要位于河套、華北及四川西南部,黃淮、江淮及華南大部、四川盆地降水偏少。其中Nino4型降雨正異常強(qiáng)度最大,Nino3型次之,Nino3.4型最弱。

圖6　三種不同類型El Nino事件次年夏季降水異常分布(單位:mm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))a.Nino3型;b.Nino4型;c.Nino3.4型Fig.6　Distribution of precipitation anomaly in the following summer(JJA) for three different types of El Nino events(units:mm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a.Nino3 pattern;b.Nino4 pattern;c.Nino3.4 pattern

圖7　500 hPa(a—c)及200 hPa(d—f)夏季氣候高度場(chǎng)(實(shí)線)及不同類型El Nino事件次年夏季高度場(chǎng)距平合成(虛線)(單位:gpm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))　　a,d.Nino3型;b,e.Nino4型;c,f.Nino3.4型Fig.7　Climatological height field(solid line) in summer and composite height anomaly field(dashed line) in the following summer for different types of El Nino events at (a—c)500 hPa and (d—f)200 hPa(units:gpm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a,d.Nino3 pattern;b,e.Nino4 pattern;c,f.Nino3.4 pattern

4三類El Nino事件對(duì)西太平洋副高和南亞高壓的影響

陶詩言和朱?？?1964)指出,夏季南亞高壓與500 hPa西太平洋副熱帶高壓的進(jìn)退有密切聯(lián)系,兩者有相向或向背而行的趨勢(shì),并直接影響中國(guó)天氣氣候。下面就三類El Nino事件次年夏季及季中各月這兩個(gè)系統(tǒng)的特征進(jìn)行對(duì)比分析,以進(jìn)一步了解中國(guó)東部夏季降水異常的成因。

4.1夏季

在Nino3型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,高層南亞高壓偏強(qiáng)、偏南、偏東(圖7d);低層西太平洋副高偏強(qiáng)、偏南并西伸(圖7a),有利于將南海、太平洋水汽向華南、江南輸送;低層中緯度地區(qū),烏拉爾山高壓脊加強(qiáng)東移,貝加爾湖東部的脊加強(qiáng),阿留申群島上空的槽加深。因此,中緯度的經(jīng)向環(huán)流加強(qiáng),有利于北方冷空氣向我國(guó)南方輸送,并與南來的暖濕氣流交匯于江南地區(qū),致使我國(guó)江南一帶降水偏多。在Nino4型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,南亞高壓較Nino3型時(shí)更強(qiáng)、略偏北及偏東(圖7e),低層西太平洋副高也更強(qiáng)、范圍更大,西伸北抬更明顯(圖7b),使得來自太平洋、南海以及孟加拉灣的水汽輸送到我國(guó)長(zhǎng)江、黃河流域之間;中緯度烏拉爾山和貝加爾湖上空脊加強(qiáng),有利于北方冷空氣向我國(guó)南方輸送,使得黃河、長(zhǎng)江流域之間的降水偏多。在Nino3.4型El Nino事件發(fā)生后的次年夏季,南亞高壓強(qiáng)度減弱,西撤(圖7f),低層西太平洋副高也東移,但位置偏北(圖7c),使得河套、華北地區(qū)降水偏多。

4.26月

在Nino3型El Nino事件發(fā)生后的次年6月,南亞高壓偏強(qiáng),位置偏南,東伸到臺(tái)灣島上空(圖8d)。低層西太平洋副高偏強(qiáng),呈西南—東北方向傾斜,其西端西伸至我國(guó)華南地區(qū);中緯度地區(qū),烏拉爾山脊顯著加強(qiáng),阿留申群島上空的槽顯著加深,經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng)(圖8a),有利于北方冷空氣南下,與副高從太平洋、南海以及孟加拉灣帶來的水汽在華南和江南區(qū)域匯合,使得降水主要集中在華南和江南區(qū)域。在Nino4型El Nino事件發(fā)生后的次年6月,南亞高壓和西太平洋副高異常形態(tài)與Nino3型類似(圖8b、e);但西太平洋副高較Nino3型更強(qiáng),西伸更明顯(圖8b),有利于阿拉伯海、孟加拉灣、南海和太平洋的水汽更多地輸送到華南,配合中緯度加強(qiáng)的經(jīng)向環(huán)流,華南大部降水易偏多。在Nino3.4型El Nino事件發(fā)生后的次年6月,南亞高壓強(qiáng)度減弱,西退(圖8f);低層西太平洋副高東撤(圖8c),輸送到華南的水汽較前兩型減少,故其降水在三型中最弱,顯著偏多區(qū)位于洞庭湖流域。

圖8　500 hPa(a—c)及200 hPa(d—f)6月氣候高度場(chǎng)(實(shí)線)及不同類型El Nino事件次年6月高度場(chǎng)距平合成(虛線)(單位:gpm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))　　a,d.Nino3型;b,e.Nino4型;c,f.Nino3.4型Fig.8　Climatological height field(solid line) in June and composite height anomaly field(dashed line) in the following June for different types of El Nino events at (a—c)500 hPa and (d—f)200 hPa(units:gpm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a,d.Nino3 pattern;b,e.Nino4 pattern;c,f.Nino3.4 pattern

4.37月

7月南亞高壓(圖9d)和西太平洋副高(圖9a)氣候場(chǎng)均較6月偏北,且南亞高壓偏強(qiáng)。在Nino3型El Nino事件發(fā)生后的次年7月,與該月氣候場(chǎng)相比,南亞高壓強(qiáng)度偏強(qiáng)、偏北、偏東(圖9d),西太平洋副高偏強(qiáng)、偏北,且西伸到長(zhǎng)江中下游地區(qū),中緯度經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng)(圖9a),南來的水汽與自北方南下的冷空氣相遇,使得四川盆地東部到洞庭湖流域、云南東部等地降水偏多。Nino4型El Nino事件發(fā)生后的次年7月,南亞高壓距平場(chǎng)分布形態(tài)(圖9e)與Nino3型的相似,但其西邊北抬;低層西太平洋副高偏強(qiáng)、西伸,其西邊北抬(圖9b),使得降水主要位于長(zhǎng)江和黃河中下游之間。Nino3.4型El Nino事件發(fā)生后的次年7月,南亞高壓略減弱(圖9f),低層西太平洋副高略強(qiáng)、東撤且北抬(圖9c),使得降水主要位于黃河流域,河套地區(qū)。

圖9　500 hPa(a—c)及200 hPa(d—f)7月氣候高度場(chǎng)(實(shí)線)及不同類型El Nino事件次年7月高度場(chǎng)距平合成(虛線)(單位:gpm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))　　a,d.Nino3型;b,e.Nino4型;c,f.Nino3.4型Fig.9　Climatological height field(solid line) in July and composite height anomaly field(dashed line) in the following July for different types of El Nino events at (a—c)500 hPa and (d—f)200 hPa(units:gpm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a,d.Nino3 pattern;b,e.Nino4 pattern;c,f.Nino3.4 pattern

4.48月

8月與7月相比,南亞高壓氣候場(chǎng)的位置相似,中心面積略有減小,西太平洋副高西邊北抬、東邊南壓,呈東西向。在Nino3型El Nino事件發(fā)生后的次年8月,南亞高壓顯著偏強(qiáng)、北抬,范圍向東擴(kuò)展(圖10d)。低層西太平洋副高偏強(qiáng)、西伸且北抬,中緯度地區(qū)烏拉爾山脊向東移動(dòng),巴爾喀什湖的脊加強(qiáng)(圖10a),有利于北方冷空氣南下,使得到達(dá)黃河上游地區(qū)降水顯著增多。Nino4型El Nino事件發(fā)生后的次年8月,南亞高壓更偏強(qiáng)東伸、偏北(圖10e);低層西太平洋副高更偏強(qiáng)、偏北、西伸(圖10b),更多的水汽到達(dá)長(zhǎng)江以北地區(qū),加之環(huán)流的經(jīng)向度增大,利于冷空氣南下,使得長(zhǎng)江流域和黃河流域之間降水顯著偏多。Nino3.4型El Nino事件發(fā)生后的次年8月,南亞高壓略偏強(qiáng)西退(圖10f),西太平洋副高偏西、偏北到達(dá)我國(guó)東北沿海(圖10c),使得更多水汽到達(dá)河套和華北地區(qū),致這些區(qū)域降水偏多。

圖10　500 hPa(a—c)及200 hPa(d—f)8月氣候高度場(chǎng)(實(shí)線)及不同類型El Nino事件次年8月高度場(chǎng)距平合成(虛線)(單位:gpm;陰影表示通過0.1信度的顯著性檢驗(yàn))　　a,d.Nino3型;b,e.Nino4型;c,f.Nino3.4型Fig.10　Climatological height field(solid line) in August and composite height anomaly field(dashed line) in the following August for different types of El Nino events at (a—c)500 hPa and (d—f)200 hPa(units:gpm;Shaded areas are significant at 90% confidence level)　　a,d.Nino3 pattern;b,e.Nino4 pattern;c,f.Nino3.4 pattern

5結(jié)論與討論

在El Nino事件分型及特征分析的基礎(chǔ)上,研究了各類型El Nino事件次年夏季逐月和季節(jié)降水特征及差異,并分析了造成降水異常的南亞高壓和西太平洋副高的特征差異,得到以下主要結(jié)論:

1)根據(jù)El Nino事件期間海表溫度最大正異常所在區(qū)域,將El Nino事件分為三種類型,即Nino3型、Nino4型和Nino3.4型。海表溫度變暖的線性趨勢(shì)對(duì)El Nino事件分型沒有明顯影響。

2)不同類型El Nino事件次年夏季,中國(guó)東部降水異常分布不同。Nino3、Nino4和Nino3.4型降水正異常大值區(qū)呈自南向北分布;Nino3型時(shí)降水顯著正異常區(qū)主要位于洞庭湖、鄱陽湖流域;Nino4型時(shí)主要位于四川西部、長(zhǎng)江中下游和黃河下游之間;Nino3.4型時(shí)則位于四川東部、河套及華北。

3)不同類型El Nino事件次年6、7、8月,中國(guó)東部降水異常分布也不相同?？傮w而言,6月降水正異常大值區(qū)主要位于華南地區(qū),Nino3型降水偏多的區(qū)域從6月至7月明顯北移,但到8月則呈西多東少的反相分布;Nino4型降水正異常大值區(qū)從6月到8月逐漸北移;Nino3.4型降水正異常大值區(qū)從南到北、再向東北移動(dòng)。Nino4型降水正異常最強(qiáng),Nino3型次之,Nino3.4型最弱。

但在同一月份中,各型降水正異常大值區(qū)的位置存在差別。6月,Nino3型降水顯著偏多區(qū)位于洞庭湖和鄱陽湖流域;Nino4型三個(gè)降水顯著偏多區(qū)位于鄱陽湖流域、桂粵湘三省交界處以及廣西西部;Nino3.4型降水顯著偏多區(qū)位于洞庭湖流域,異常強(qiáng)度在三型中最弱。7月,Nino3型降水偏多的區(qū)域幾乎貫穿整個(gè)長(zhǎng)江流域,洞庭湖流域、云南東部和東北西部顯著偏多;Nino4型降水偏多的區(qū)域主要位于長(zhǎng)江、黃河中下游之間,長(zhǎng)江三峽以北偏多顯著;Nino3.4型降水偏多的區(qū)域主要位于四川盆地、黃河流域,河套地區(qū)的降水顯著偏多。8月,Nino3型降水正異常呈西多東少分布;Nino4型降水顯著偏多區(qū)域主要位于長(zhǎng)江流域和黃河流域;Nino3.4型降水顯著偏多區(qū)位于黃河中下游到東北西南部。

4)各類型El Nino事件次年夏季及季中月的南亞高壓和西太平洋副高特征存在差異。

Nino3型和Nino4型事件次年夏季,南亞高壓均偏強(qiáng)、偏東,且后者較前者略偏強(qiáng)、偏北;Nino3.4型事件次年夏季,南亞高壓減弱,西退。Nino3型、Nino4型事件次年6月,南亞高壓均偏強(qiáng)、偏南、東伸;Nino3.4型事件次年6月,南亞高壓強(qiáng)度減弱、西退。Nino3型、Nino4型事件次年7月,南亞高壓偏強(qiáng)、偏北、東伸,但Nino4型時(shí)南亞高壓西邊北抬;Nino3.4型事件次年7月,南亞高壓強(qiáng)度變化不大,東邊北抬。Nino3型、Nino4事件次年8月,南亞高壓顯著偏強(qiáng)、東伸、北抬;Nino3.4型事件次年8月,南亞高壓減弱。

Nino3型和Nino4型事件次年夏季,西太平洋副高偏強(qiáng)、偏南并西伸,但后者較前者更強(qiáng),西伸北抬也更明顯;Nino3.4型事件次年夏季,副高東撤,但位置偏北。Nino3型和Nino4型事件次年6月,副高偏強(qiáng),呈西南—東北走向,西伸至我國(guó)華南地區(qū),但后者更強(qiáng)、西伸更明顯;Nino3.4事件次年6月,副高偏強(qiáng)、東撤。Nino3型和Nino4型事件次年7月,副高偏強(qiáng)、偏北,前者西伸至長(zhǎng)江中下游地區(qū),后者西伸北抬到長(zhǎng)江和黃河中下游之間;Nino3.4型事件次年7月,副高略強(qiáng)、東撤且北抬。Nino3型和Nino4事件次年8月,副高偏強(qiáng)、西伸、北抬,且后者較前者的上述特征更加顯著,北抬至長(zhǎng)江以北地區(qū);Nino3.4型事件次年8月,副高偏西、偏北到達(dá)我國(guó)東北沿海。

此外,Nino4和Nino3.4兩種類型事件的發(fā)展過程不同,但最大海溫距平分布區(qū)域有較多重合,關(guān)于這兩類事件及其氣候效應(yīng)的獨(dú)立性,需要進(jìn)一步研究;Nino4型事件個(gè)例數(shù)較少,其影響大氣環(huán)流和氣候變化的結(jié)論尚需更多實(shí)例的檢驗(yàn)。

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(責(zé)任編輯：倪東鴻)

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Effects of three types of El Nino events on atmospheric circulation

over East Asia and following summer precipitation in eastern China

LI Li-ping1,2,3,SONG Zhe1,2,3,WU Nan1,2,3

(1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters,NUIST,Nanjing 210044,China;

2.Key Laboratory of Meteorological Disaster(NUIST),Ministry of Education,Nanjing 210044,China;

3.School of Atmospheric Sciences,NUIST,Nanjing 210044,China)

Abstract:Using the global monthly mean sea surface temperature(SST) data,the ONI(Oceanic Nino Index) series,and the monthly rainfall of 160 stations in China,El Nino events are classified in several ways,and the influences of all kinds of El Nino events on East Asia circulation and the monthly and seasonal precipitation in following summer in eastern China are investigated.Results indicate that:1)According to the regions of biggest positive SST anomaly during El Nino events,El Nino events are categorized into three patterns,namely,the Nino3,Nino4 and Nino3.4 patterns.2)In the following June of El Nino event year,the significant positive precipitation anomaly mainly locates in the Poyang Lake and Dongting Lake basins for the Nino3 pattern,the Poyang Lake basin,the junction of Guangxi,Guangdong and Hunan,and the western of Guangxi for the Nino4 pattern,and the Dongting Lake basin for the Nino3.4 pattern,respectively.From June to July,the positive precipitation anomaly moves northward into the Yangtze River basin for the Nino3 pattern.The precipitation anomaly shows reverse phase distribution from west(more) to east(less) in August.From June to August,the positive precipitation anomaly gradually moves northward for Nino4 pattern,while does from south to north then northeastward for Nino3.4 pattern.3)In the whole following summer,the significant positive precipitation anomaly of Nino3,Nino4 and Nino3.4 patterns distributes from south to north in eastern China.The positive precipitation anomaly is the strongest for Nino4 pattern and the weakest for Nino3.4 pattern,no matter in June,July,August or summer.4)The different types of El Nino events are corresponding to different circulation characteristics in the following June,July,August or summer.On the whole,the South Asia high becomes stronger and moves eastward and northward corresponding to the climatological field after the events of Nino3 and Nino4 patterns,and it is stronger for Nino3 than that for Nino4.After the event of Nino3.4 pattern,it is weaker and withdraw westward.The western Pacific subtropical high is stronger and moves westward and northward corresponding to the climatological field after the events of Nino3 and Nino4 patterns,and it is stronger moves more westward and northward for Nino3 than that for Nino4.After the event of Nino3.4 pattern,it retreats eastward and moves northward.

Key words:classification of El Nino events;summer precipitation anomaly;South Asia high;western Pacific subtropical high;eastern China

通信作者：馬旭林,博士,副研究員,研究方向?yàn)閿?shù)值預(yù)報(bào)資料同化與集合預(yù)報(bào),xulinma@nuist.edu.cn.

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41275111);國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目(91437113);公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201506005);江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

收稿日期：2014-12-24；改回日期：2015-01-24

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130723001

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1674-7097(2015)06-0753-13P732

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A