袁帥，徐建軍，潘裕山

(1.廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東湛江524088；2.廣東海洋大學(xué)南海海洋氣象研究院，廣東湛江524088)

1 引 言

El Ni?o事件是海洋年際變化的強(qiáng)信號，是熱帶大尺度海氣相互作用的突出反映，它對亞洲季風(fēng)環(huán)流以及全球的氣候變化都有一定的影響。強(qiáng)ENSO事件帶來的亞洲季風(fēng)異常會對我國的天氣氣候產(chǎn)生重大影響，由此引發(fā)的氣象災(zāi)害更是給人民帶來巨大的損失。過去大量的研究[1-4]表明El Ni?o事件和東亞季風(fēng)具有密切的關(guān)聯(lián)，黃榮輝等[5]指出，在El Ni?o事件發(fā)生前，在熱帶太平洋上空對流層下層有明顯的西風(fēng)異常，導(dǎo)致東傳暖Kelvin波和西傳冷Rossby波增強(qiáng)，為El Ni?o事件的發(fā)生提供了有利條件，同時這種異常現(xiàn)象與東亞季風(fēng)區(qū)西風(fēng)異常向南傳播有著密切聯(lián)系。朱乾根等[6]指出，不同的海表溫度(SST)年代際背景下，東亞季風(fēng)和ENSO事件的關(guān)系是不同的。不同的年代際海溫背景促使海氣交換異常，海陸熱力對比由此發(fā)生改變，進(jìn)而影響海陸氣壓差，季風(fēng)的強(qiáng)度也隨之變化，ENSO與季風(fēng)之間的相互作用受到影響。此外，ENSO對中國的區(qū)域氣候變化產(chǎn)生了巨大的影響[7-8]，Huang等[9]研究了中國夏季降水對ENSO不同階段的響應(yīng)，并指出在El Ni?o發(fā)生年的夏季，副高加強(qiáng)并偏北，較正常年西偏，江淮地區(qū)多雨，中國東部降水偏少；而在El Ni?o次年的夏季，副高減弱，江淮流域降水偏少，江南部分地區(qū)雨量偏多。劉永強(qiáng)等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，El Ni?o發(fā)生年全國氣候異常，降水偏少且氣溫偏冷，但是次年夏季降水距平分布幾乎與發(fā)生年相反。Zhang等[11-12]指出在 El Ni?o最強(qiáng)時的秋、冬、春季，中國南方降水異常非常顯著。

也有一些學(xué)者在El Ni?o的多樣性以及東亞季風(fēng)對不同位相El Ni?o的響應(yīng)方面，做出了很多的研究。早期的研究會根據(jù)事件異常發(fā)生的位置、時間來對El Ni?o事件進(jìn)行分類。符淙斌等[13]提出了El Ni?o事件可分為兩類：“東部型”和“西部型”。Xu等[14]又根據(jù)其爆發(fā)時間將其分為“春季爆發(fā)型”和“夏季爆發(fā)型”。日本學(xué)家Ashok等將非傳統(tǒng)型命名為“El Ni?o Modoki”[15]。此外還有學(xué)者[16-18]將事件采用不同的稱呼，但基本描述的都是類似的現(xiàn)象，這些是從大的方面印證El Ni?o事件存在多樣性。在研究El Ni?o事件與東亞季風(fēng)降水時，一些專家[8,19]又將El Ni?o事件劃分為不同的位相或者時期，來研究其對東亞季風(fēng)降水的影響。趙亮等[20]將ENSO循環(huán)不同位相的夏季分成了4類并進(jìn)行了聚類分析，得出El Ni?o發(fā)展期淮河流域降水一般偏多，而長江中下游偏少，El Ni?o的衰減期與之相反。薛峰等[21]研究了不同強(qiáng)度ENSO對東亞夏季風(fēng)的影響，研究結(jié)果表明不同強(qiáng)度的ENSO與東亞夏季風(fēng)環(huán)流以及相關(guān)的中國夏季降水之間是一種非線性關(guān)系。

由前人的研究不難發(fā)現(xiàn)，由于El Ni?o事件的多樣性以及對El Ni?o事件認(rèn)識的局限性，El Ni?o事件與東亞季風(fēng)的關(guān)系值得進(jìn)一步探討。本文研究主要根據(jù)Ni?o3.4指數(shù)，找出1979—2017年近40年中的三個超強(qiáng)El Ni?o年，為1982—1983年、1997—1998年和2015—2016年，由此分析亞洲季風(fēng)降水對超強(qiáng)El Ni?o事件的響應(yīng)以及對降水異常發(fā)生的機(jī)制進(jìn)行討論。本研究根據(jù)海表溫度距平圖以及Ni?o3.4區(qū)域指數(shù)對比圖，來分析這三個超強(qiáng)El Ni?o事件的多樣性，同時根據(jù)東亞及西太平洋地區(qū)的降水及850 hPa風(fēng)場的差異，來探討東亞夏季風(fēng)對超強(qiáng)El Ni?o事件的響應(yīng)，以及討論超強(qiáng)El Ni?o事件對降水的影響機(jī)制。這將有助于提高對超強(qiáng)El Ni?o年東亞夏季風(fēng)降水異常的規(guī)律性認(rèn)識，進(jìn)一步了解ENSO事件的復(fù)雜性。

2 資料與方法

本文所用資料包括1979—2017年2°×2°格點(diǎn)的美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)重建海溫逐月資料(ERSST V5)、氣候預(yù)報(bào)中心(CPC)的Ni?o3.4指數(shù)、NCEP/NCAR再分析風(fēng)場資料以及CMAP降水資料。根據(jù)Ni?o3.4區(qū)(170～120°W，5 °S～5 °N)海表面溫度距平指數(shù)(簡稱 Ni?o3.4 指數(shù))，超過0.5℃并持續(xù)5個月或以上定義為一次El Ni?o事件。其中，若大于0.5的指數(shù)間斷兩個月或以上，則認(rèn)為兩次事件不連續(xù)；若間斷一個月，并且該月的Ni?o3.4指數(shù)的3個月滑動平均值超過0.5則認(rèn)為前后事件連續(xù)，否則不連續(xù)。根據(jù)以上定義，使用CPC提供的1979年以來Ni?o3.4指數(shù)得出(圖 1)，1979—2017 年共發(fā)生 10 次 El Ni?o事件。而本文研究的主要目的是分析超強(qiáng)El Ni?o事件的多樣性及其對東亞夏季風(fēng)的不同影響，將1979—2017年 Ni?o3.4指數(shù)超過 2 ℃的 El Ni?o事件，定義為超強(qiáng)El Ni?o事件。圖1可看出有三次超強(qiáng) El Ni?o事件，為 1982—1983 年、1997—1998年和2015—2016年，將1982年、1997年及2015年作為事件發(fā)生年，1983年、1998年和2016年為發(fā)生次年。本研究旨在分析超強(qiáng)El Ni?o事件對東亞夏季風(fēng)的影響異同，主要通過降水距平分布來具體體現(xiàn)。

圖 1 1979—2017 年 Ni?o3.4(170～120 °W，5 °S～5 °N)指數(shù)

3 結(jié)果分析

3.1 三次超強(qiáng)El Ni?o事件的對比分析

對比三次超強(qiáng)El Ni?o事件海溫異常隨時、空的變化特征(圖2)，可看到1982—1983年(圖2a)，赤道部分地區(qū)的海溫從1982年年初開始出現(xiàn)異常增溫，1982年5月時整個中東太平洋區(qū)域海溫異常值大于0.5℃，并且隨著時間的推移，強(qiáng)度在增強(qiáng)。在1982—1983年冬季異常最明顯，即El Ni?o最強(qiáng)時期，其后強(qiáng)度隨時間衰減。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，正距平最強(qiáng)區(qū)域隨時間發(fā)生東移的現(xiàn)象，1983年7月在100～80°W區(qū)域出現(xiàn)另一個正距平中心。由此看出，1982—1983年的超強(qiáng)El Ni?o現(xiàn)象隨著時間先增強(qiáng)后減弱繼而又增強(qiáng)，異常的最大值分別在1982—1983年的冬季和1983年的秋季。

與 1982—1983 年的 El Ni?o事件相比，1997—1998年的超強(qiáng)El Ni?o事件具有很大的不同(圖2b)。從強(qiáng)度上看，海溫異常值較高，區(qū)域較廣，此次El Ni?o的強(qiáng)度更強(qiáng)。太平洋中部和東部先出現(xiàn)海溫異常，繼而有中部向東、東部向西的雙向傳播現(xiàn)象，1997年5月爆發(fā)后，平穩(wěn)增強(qiáng)然后衰減，沒有較大的波動。從時間上看，1997年春季爆發(fā)，1998年夏季結(jié)束，持續(xù)一年以上，1998年秋冬季節(jié)Ni?o3.4區(qū)域出現(xiàn)負(fù)距平，且負(fù)距平值較大?？臻g分布上，異常首先在中部和東部出現(xiàn)，最大正距平的區(qū)域在130～90°W，本次事件的最大正中心位置比上一次事件要偏東。

圖2 超強(qiáng)El Ni?o事件的赤道(5°S～5°N)海溫距平隨時間變化 a.1982—1983年事件；b.1997—1998年事件；c.2015—2016年事件。 單位：℃。

2015—2016年事件的形態(tài)與前兩次又存在不同 (圖2c)。此次事件爆發(fā)的時間較早，2015年1月，Ni?o3.4區(qū)域海溫異常值就已經(jīng)大于0.5℃甚至超過1.0℃了。由于其正海溫異常范圍較大，雖然最大異常值沒有前兩次事件大，但是其強(qiáng)度和影響要強(qiáng)于前兩次事件。持續(xù)時間較長，大于2.0℃的異常區(qū)域已向西延伸超過日界線。在其傳播演變上，前期雖然有中部向東傳播的趨勢，但整體上還是傳統(tǒng)的西傳形式。與前兩次事件最明顯的區(qū)別在于西太平洋的海溫變化，2016年1月西太平洋就出現(xiàn)了0.5℃以上的正異常，使得西太平洋海域的溫度較高，即預(yù)示著La Ni?a事件的出現(xiàn)。

圖3為三次超強(qiáng)El Ni?o事件的Ni?o3.4指數(shù)圖，發(fā)現(xiàn)三次事件的生命期一致，都是在春季爆發(fā)、冬季達(dá)到盛期、次年夏季衰減消亡。由于Ni?o 3.4值的經(jīng)度范圍是170～120°W，所以可看到1997—1998年的衰減更明顯。因?yàn)樵诤鼐嗥綀D中(圖 2)，1997—1998 年事件在 Ni?o3.4 區(qū)域的負(fù)值較大。

圖3 三次強(qiáng)El Ni?o事件的Ni?o3.4指數(shù)圖

通過對三次超強(qiáng)El Ni?o現(xiàn)象分析，三次事件具有一定的相似性，從爆發(fā)時間來看，都是春季爆發(fā)型，并且海溫正異常起始于赤道中太平洋地區(qū)。最大正異常中心都偏向于赤道東太平洋地區(qū)，也就是所謂的東部型(傳統(tǒng)型)El Ni?o事件。但同時也可看出不同年份的El Ni?o事件存在較大的差異，1982—1983年的正海溫距平具有波動式的東傳特征；1997—1998年的正海溫距平東傳和西傳同樣重要，在赤道東太平洋出現(xiàn)超強(qiáng)的正異常中心；而2015—2016年的正海溫距平具有顯著的西傳特征。雖然這三次El Ni?o事件同樣為超強(qiáng)的春季爆發(fā)型事件，它們最強(qiáng)的海溫距平都出現(xiàn)在赤道東太平洋，但其演變過程和海溫異常分布仍存在顯著差異，由此就引出這樣一個問題：超強(qiáng)El Ni?o事件演變的多樣性對東亞夏季風(fēng)降水會產(chǎn)生怎樣的影響？

3.2 東亞夏季風(fēng)降水的響應(yīng)

3.2.1 三次超強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)生年(發(fā)展期)夏季降水異常的響應(yīng)

很明顯，1982年夏季中國大部分地區(qū)降水減少(圖4a)，中國東北地區(qū)及長江以南降水減少，華北南部及華中北部地區(qū)降水增加。在東部沿海從南向北有一條明顯的降水負(fù)距平帶，我國的降水分布為中間偏多，而東北及長江以南偏少，中國的東海區(qū)域?yàn)槊黠@的降水增多的現(xiàn)象。在15～20°N附近及赤道熱帶地區(qū)有一個極其明顯的降水負(fù)距平帶，在中南半島的西南部降水增多。1997年的降水分布與1982年有很大的差異(圖4b)，在我國降水增多區(qū)域主要出現(xiàn)在長江以南及華南區(qū)域，而在1982年降水正異常區(qū)在1997年卻為明顯的負(fù)異常，其降水距平在中國區(qū)域大體與1982年的降水距平成反位相關(guān)系，即呈現(xiàn)北少南多的降水分布。降水正距平帶從西太平洋到我國華南又到中南半島南部，形狀類似于倒“U”型，在赤道熱帶地區(qū)降水負(fù)距平相比于1982年，異常值要大。

2015年夏季降水距平(圖4c)主要出現(xiàn)在江淮流域，在前兩次事件中江淮流域的降水主要趨于減少或者中性狀態(tài)，但在2015年夏季為明顯的正距平。此事件中可看到華北地區(qū)和華南沿海地區(qū)的降水為負(fù)距平，降水距平分布為南北少中間多的局面，具有典型的“-+-”的降水異常分布特征。尤其是我國的東部海區(qū)，降水增加明顯。在低緯度地區(qū)，2015年夏季降水基本都為負(fù)距平。從降水強(qiáng)度來看，在我國1982年的降水強(qiáng)度相比其他兩次事件要小。共同點(diǎn)是這三次事件在東海區(qū)域都為降水增多的現(xiàn)象。

圖4 超強(qiáng)El Ni?o發(fā)展期夏季平均降水距平分布 a.1982年；b.1997年；c.2015年。 單位：mm/day。

以上分析得出，三次超強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)生后，東亞地區(qū)的降水響應(yīng)是不同的。尤其在中國的華北、江淮、長江流域地區(qū)降水分布差異明顯。1982年夏季中國大部分地區(qū)降水偏少，華北南部及華中北部地區(qū)降水增多；1997年夏季長江以南及華南地區(qū)降水增多，長江以北至華北地區(qū)降水偏少；而2015年夏季中國江淮地區(qū)降水增多，華北及華南地區(qū)降水減少?？傮w來看，雖然在El Ni?o發(fā)展期夏季東亞大部分地區(qū)降水偏少，但是降水響應(yīng)呈多樣性，并不是相同或者相似的降水模態(tài)。同時還發(fā)現(xiàn)1982年和1997年的降水異常值要比2015年偏大，但1997年和2015年都基本呈現(xiàn)的是南多北少的分布現(xiàn)象，與1982年中間多-南北少的分布完全不同。其次，在超強(qiáng)El Ni?o發(fā)生年，赤道南北緯5°之間基本為降水負(fù)距平。

3.2.2 三次超強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)生次年 (衰減期)夏季降水異常的響應(yīng)

1983年夏季(圖5a)，在中國華南、華北地區(qū)降水偏少，江淮地區(qū)降水增多，其降水分布與1982年的降水距平分布有明顯的不同。一般來說El Ni?o衰減期的夏季降水中國應(yīng)該普遍增多，但1983年降水距平與其他兩年相比，正距平區(qū)域較小，強(qiáng)度也較弱。1983年夏季即事件發(fā)生次年，低緯度地區(qū)普遍為降水正距平，僅在中國的東南方向有一條降水負(fù)距平帶。在1998年夏季(圖5b)，中國大部分地區(qū)降水增多，強(qiáng)度也較大，據(jù)記載我國1998年在長江流域、東北嫩江和松花江出現(xiàn)了較大洪水，而華南沿海和海南地區(qū)降水為弱的負(fù)距平。中國東南部海區(qū)的降水負(fù)異常區(qū)域相比于1983年來說，強(qiáng)度更大范圍更廣，但低緯的正異常區(qū)域比1983年偏南強(qiáng)度偏弱。2016年夏季(圖5c)雖然也是大部分地區(qū)降水增多，但是強(qiáng)度上不如1998年明顯。最明顯的降水正異常區(qū)域位于兩湖地區(qū)和華北地區(qū)，與前兩次事件明顯的不同在于，其距平分布為南北向分布，而另外兩年基本為東西向分布。其次在于東部海區(qū)呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常，在其低緯地區(qū)的正異常也不如前兩次事件明顯，尤其是中國東南部的降水負(fù)距平帶基本不復(fù)存在。處于衰減期的中國東部夏季降雨帶主要位于長江流域及兩湖地區(qū)，這與臧增亮等[22]的研究結(jié)果基本吻合。但1983年在華北區(qū)域呈降水負(fù)異常，而后兩次事件都為正異常。低緯度地區(qū)的降水正異常帶，1983年的偏強(qiáng)偏北，1998年的強(qiáng)度較大但位置偏南，2016年不僅位置偏南而且強(qiáng)度較弱。

在次年夏季降水距平圖中，東亞地區(qū)的降水基本呈增多現(xiàn)象，但在其分布和強(qiáng)度上還是存在明顯的不同。再結(jié)合上述的El Ni?o發(fā)生年降水分布的情況，在El Ni?o發(fā)生年，東亞地區(qū)的夏季降水普遍偏少，但是分布的區(qū)域，由于其他機(jī)制的影響可能出現(xiàn)不同的分布現(xiàn)象，在中國的華北、江淮、長江流域等地區(qū)降水分布差異明顯；在El Ni?o發(fā)生次年，東亞夏季降水偏多，且中國東部主要降雨帶在長江以南的兩湖地區(qū)，但其強(qiáng)度和區(qū)域分布依然存在差異。由此可得出超強(qiáng)El Ni?o事件的多樣性，會影響東亞季風(fēng)，使東亞地區(qū)夏季降水產(chǎn)生不同的響應(yīng)。由此我們便提出另一個問題：通過什么機(jī)制影響了東亞降水對超強(qiáng)El Ni?o事件的響應(yīng)，造成了降水分布的不同？

圖 5 1983 年(a)、1998 年(b)、2016 年(c)超強(qiáng) El Ni?o衰減期夏季平均降水距平分布 單位：mm/day。

3.3 影響機(jī)制討論

El Ni?o與我國降水之間的聯(lián)系是ENSO研究中一個重要的研究內(nèi)容，并且很多學(xué)者對此做了很多有意義的研究，但是由于El Ni?o事件的多樣性和復(fù)雜性，前人研究結(jié)論存在異同。例如，符淙斌等[23]認(rèn)為El Ni?o發(fā)生年夏季長江中下游地區(qū)降水偏少，但是陳桂英等[24]則認(rèn)為夏季該地區(qū)降水偏多。很多因素導(dǎo)致了研究結(jié)論的不同，丁一匯等[25]在對2014—2016年超強(qiáng)El Ni?o事件分析時，主要從大氣強(qiáng)迫條件和海洋的響應(yīng)過程出發(fā)，提出“充電振蕩”理論和“延遲振子”理論在ENSO冷暖位相轉(zhuǎn)變以及提高El Ni?o預(yù)測的能力方面的作用。王悅等[26]認(rèn)為夏季海洋性大陸區(qū)域氣候與赤道中太平洋中部型海溫異常主要通過水平環(huán)流和垂直環(huán)流建立聯(lián)系。錢代麗等[27]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)印度洋與赤道太平洋海溫異常時，通過Gill型響應(yīng)，在西太平洋和南海產(chǎn)生異常的反氣旋環(huán)流，進(jìn)而影響夏季西太平洋副熱帶高壓的變化。錢代麗等[28]還發(fā)現(xiàn)超強(qiáng)與普通El Ni?o對西太平洋副熱帶高壓的影響是不同的，一般來說超強(qiáng)事件的影響更強(qiáng)，特征更明顯。故而本文從環(huán)流異常、850 hPa風(fēng)場異常以及副高平均高度場變化進(jìn)行機(jī)理分析。

3.3.1 超強(qiáng)El Ni?o發(fā)生年(發(fā)展期)機(jī)制分析

對于超強(qiáng)El Ni?o發(fā)展期的夏季，中國地區(qū)降水普遍較少，降水正距平的分布也各不相同。對1982年的降水機(jī)制進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)沃克環(huán)流在中東太平洋上升氣流加強(qiáng)，赤道西太平洋區(qū)域下沉氣流加強(qiáng)以及高空東風(fēng)加強(qiáng)，代表沃克環(huán)流減弱，異常上升支氣流位于中東太平洋150°W附近，一個明顯的反沃克環(huán)流圈異常形成(圖6a)。赤道西太(西太平洋)的上升氣流減弱，通過經(jīng)向環(huán)流會導(dǎo)致西太副高區(qū)域的下沉氣流減弱，從而導(dǎo)致副高偏弱偏東，1982年的副高西伸脊點(diǎn)位于140°E附近 (圖6d)。1982年夏季850 hPa風(fēng)矢量距平場(圖6d)在西太20～30°N區(qū)域，有一個異常反氣旋性環(huán)流，它使得副高的位置偏北。根據(jù)前人研究，發(fā)展期夏季副高偏弱偏北，東亞夏季風(fēng)偏弱，我國的降水區(qū)域主要在江淮以南以及長江中下游區(qū)域，華北和東北區(qū)域降水減少。但通過1982年的降水距平可發(fā)現(xiàn)我國南方降水為負(fù)距平，而華北以西降水為正距平。沃克異常環(huán)流在低緯地區(qū)90～140°E之間為異常的下沉氣流，故低緯地區(qū)降水減少(圖6a)。在850 hPa上華北以西地區(qū)有一個氣旋性環(huán)流異常，使得該地降水為正異常。我國華南沿海及以南有一降水負(fù)異常帶，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)被500 hPa的副高脊線控制，降水減少。而在東部海區(qū)降水增多是由于其處于副高的后側(cè)，偏南氣流較強(qiáng)(圖6d)。

相比于1982年的沃克異常環(huán)流，1997年沃克環(huán)流的上升支主要位于赤道東太平洋且異常較強(qiáng)，異常下沉氣流雖然較1982年強(qiáng)，但西太低層的西風(fēng)異常弱。在赤道西太地區(qū)的異常氣流主要以下沉氣流為主，這就造成了1997年低緯地區(qū)的降水負(fù)異常值較大。由于赤道西太平洋區(qū)域的下沉氣流增強(qiáng)，從而會導(dǎo)致經(jīng)圈環(huán)流減弱，使得副高的強(qiáng)度減弱(圖6b)。850 hPa的風(fēng)矢量距平場在西太區(qū)域有兩個反氣旋性環(huán)流異常，將副高切斷分成兩個。由于副高偏弱偏東以及江淮流域的異常東北風(fēng)，且在華北區(qū)域有一個異常的反氣旋性環(huán)流，故東亞夏季風(fēng)較弱，1997年夏季的降水正距平主要分布在我國長江以南的華南區(qū)域(圖6e)。

2015年的沃克異常上升氣流在三個事件中是最強(qiáng)且區(qū)域也是最大的，這和2015年夏季的海溫距平相對應(yīng)。其上升異常區(qū)不僅覆蓋了中東太平洋，甚至越過日界線達(dá)到了160°E(圖6c)。通過海溫距平分布(圖2)可看出熱帶西太平洋區(qū)域的海溫負(fù)距平比前兩個事件要小，因此下沉的異常氣流較弱，低緯地區(qū)的西風(fēng)異常也弱于前兩次事件。由于赤道西太地區(qū)的下沉氣流較弱，通過經(jīng)圈環(huán)流會導(dǎo)致西太副高異常較強(qiáng)，同時850 hPa西太反氣旋異常也較強(qiáng)，這就導(dǎo)致此次事件中的副高強(qiáng)度最強(qiáng)，也說明了在El Ni?o發(fā)展期夏季副高并不一定是偏弱的，也有可能會偏強(qiáng)。由于副高較強(qiáng)，從850 hPa的風(fēng)異常圖上可看出西南風(fēng)異常強(qiáng)，表明2015年的東亞夏季風(fēng)較強(qiáng)。其在江淮流域與異常的西北氣流相遇，造成我國2015年在江淮流域降水較多的現(xiàn)象。北方主要由西北風(fēng)控制，而華南主要是受500 hPa副高脊線控制，使得我國降水呈現(xiàn)“-+-”的分布形式(圖 6f)。

3.3.2 超強(qiáng)El Ni?o發(fā)生次年(衰減期)機(jī)制分析

超強(qiáng)El Ni?o發(fā)生次年(衰減期)，赤道東太平洋的海溫距平由正距平開始轉(zhuǎn)為負(fù)距平，赤道東風(fēng)增強(qiáng)西風(fēng)減弱。由1983年的沃克環(huán)流圖(圖7a)可看出，赤道中東太平洋的異常上升氣流減弱，但在東太平洋區(qū)域仍有較強(qiáng)的異常上升，這是因?yàn)榇舜问录Y(jié)束的日期比后兩次事件晚 (可從圖3上看出)。赤道西太平洋的下沉氣流可看到明顯的減弱，因此赤道西太平洋海溫開始升高，由于經(jīng)圈環(huán)流作用會在西太副高區(qū)域產(chǎn)生下沉氣流，從而使得副高偏強(qiáng)偏西。副高強(qiáng)度較強(qiáng)，我國降水的位置主要在江淮流域，由于華南地區(qū)在副高的控制下，故降水為負(fù)異常。華北及其以北地區(qū)，被西風(fēng)急流控制，降水較少。但東北北部地區(qū)，有一個弱的氣旋性異常環(huán)流，加上強(qiáng)的西南氣流輸送水汽，使得此地區(qū)有弱的降水正異常(圖7d)。

圖6 三次超強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)展期夏季5°S～5°N平均沃克環(huán)流異常圖(a、b、c)，填色為垂向風(fēng)異常(omega*-100)，箭頭為緯向風(fēng)異常和垂向風(fēng)異常的合成；三次強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)展期夏季850 hPa風(fēng)場異常和500 hPa夏季平均高度場合成(d、e、f)，填色為緯向風(fēng)異常，箭頭為矢量風(fēng)異常，等值線為500 hPa夏季(6—8月)平均高度場，脊線用紅色線標(biāo)出

圖7 同圖6，但為三次強(qiáng)El Ni?o事件衰減期夏季沃克環(huán)流異常、850 hPa風(fēng)場異常和500 hPa平均高度場合成分布

1998年沃克環(huán)流異常在赤道中西太平洋為明顯的下沉氣流異常(圖7b)，東、西赤道太平洋為上升異常，與海表溫度異常相對應(yīng)。因此可看到850 hPa上，低緯地區(qū)的東風(fēng)異常較強(qiáng)，使得西太區(qū)域反氣旋異常較強(qiáng)，因此500 hPa副高的位置偏西偏北，中心強(qiáng)度大范圍也較廣。副高偏強(qiáng)以及我國南方到江淮區(qū)域風(fēng)場異常表明，影響我國的西南氣流偏強(qiáng)，即東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)。西南氣流在江淮流域與西北氣流相遇，并且在兩湖地區(qū)和東北地區(qū)有一個明顯的氣旋性環(huán)流異常，這就造成了1998年我國長江流域出現(xiàn)了全流域性的特大洪水，以及東北的嫩江和松花江出現(xiàn)了百年不遇的大洪水，給我國造成了很大的影響(圖7e)。1998年是一個強(qiáng)的東亞夏季風(fēng)年，但1983年也是一個強(qiáng)夏季風(fēng)年，為什么兩者的降水距平差異如此不同，這主要是與副高的強(qiáng)度以及氣旋性異常環(huán)流所在的區(qū)域有關(guān)，1998年最明顯的降水負(fù)異常區(qū)域就是副高所在的區(qū)域。

2016年在赤道西太平洋的上升氣流異常較強(qiáng)，使得西太平洋低空為西風(fēng)異常(圖7c)。在850 hPa填色圖上可看到，低緯地區(qū)的東風(fēng)異常比前兩次事件弱，使得850 hPa西太區(qū)域的反氣旋異常環(huán)流偏弱偏東，因此2016年副高相比于前兩個事件偏東偏弱。但是其降水距平圖分布上 (圖5)，2016年的降水距平要比1983年強(qiáng)。這主要是因?yàn)樵?50 hPa上兩湖區(qū)域以及東北區(qū)域有異常的氣旋性環(huán)流，造成2016年降水偏多(圖7f)。

通過對三次超強(qiáng)El Ni?o事件發(fā)生年(發(fā)展期)以及發(fā)生次年(衰減期)降水分布和影響機(jī)制進(jìn)行分析，可看出東亞季風(fēng)降水對強(qiáng)El Ni?o的響應(yīng)也存在多樣性，不僅與El Ni?o的海溫異常分布有關(guān)，還與其他因素，比如風(fēng)場異常、副高變化以及環(huán)流異常等諸多因素有關(guān)，這也是為什么El Ni?o年降水預(yù)報(bào)會在一定程度上存在偏差。通過上述分析，可看出在強(qiáng)El Ni?o發(fā)生年，副高并不一定是偏東偏弱的，雖然有研究認(rèn)為El Ni?o發(fā)展期夏季為弱夏季風(fēng)，但本文的研究結(jié)果顯示，El Ni?o發(fā)展期夏季也可能為強(qiáng)夏季風(fēng)，這與趙亮等[21]得出的結(jié)論較符合，即ENSO的發(fā)展期(衰減期)，既可能出現(xiàn)強(qiáng)夏季風(fēng)也可能出現(xiàn)弱夏季風(fēng)。

4 結(jié)果與討論

由于近幾十年，El Ni?o事件給人類帶來了很多災(zāi)害，并且發(fā)生時降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性會降低。這是因?yàn)镋l Ni?o其本身就具有多變性，再加上其影響的復(fù)雜性，使得El Ni?o成為氣候研究或者是降水研究中的難題。本文主要采用個例分析方法，選出近40年期間的三次超強(qiáng)El Ni?o事件，對其發(fā)展進(jìn)行分析，并對其引發(fā)的東亞降水異常進(jìn)行討論。目的在于從超強(qiáng)El Ni?o的多樣性出發(fā)，來討論其對東亞季風(fēng)降水的影響，對未來超強(qiáng)El Ni?o年的降水預(yù)報(bào)提供一些信息，其結(jié)果總結(jié)如表1。

表1 三次強(qiáng)El Ni?o事件的特征對比

(1)超強(qiáng)El Ni?o發(fā)展具有多樣性，每次超強(qiáng)El Ni?o發(fā)生發(fā)展的形式都存在不同。通過對1982—1983年、1997—1998年和 2015—2016年Ni?o3.4區(qū)海溫距平和Ni?o3.4指數(shù)分析，雖然三次事件都是春季爆發(fā)的超強(qiáng)事件，其正距平的最大值都位于赤道中東太平洋，但是三次事件仍存在明顯的差異。1982—1983年事件的海溫異常是從中太平洋區(qū)域向東太平洋波動式傳播；1997—1998年事件由中部向東、東部向西雙向傳播；2015—2016年的異常則為明顯的傳統(tǒng)西傳現(xiàn)象。其次在于異常值的強(qiáng)度和區(qū)域分布不同，1982—1983年事件有兩個異常值，強(qiáng)度都較大，但是覆蓋區(qū)域??；1997—1998年事件則是有一個強(qiáng)的異常中心始終位于赤道東太平洋；2015—2016年雖然最大異常值不如前兩次事件高，但是其異常值覆蓋的區(qū)域廣，持續(xù)時間較長，并且西太的負(fù)異常值較小。雖然都是超強(qiáng)El Ni?o事件，依然具有多樣性。

(2)東亞地區(qū)的降水對超強(qiáng)El Ni?o事件的響應(yīng)不同。對夏季降水距平圖分析得出，夏季降水的變化與超強(qiáng)El Ni?o的海溫異常分布有很大的關(guān)聯(lián)。本文分析中，三次事件的降水區(qū)域都不相同。在El Ni?o發(fā)生年，1982年華北南部及華中北部降水增多，其余地區(qū)降水減少；1997年華北及東北降水減少，長江以南降水增多，呈北少南多；2015年江淮及兩湖地區(qū)降水增多，華北、東北及華南沿海減少。對于El Ni?o發(fā)生次年，1983年江淮流域增多，華北及華南沿海減少；1998年中國大部分地區(qū)降水普遍增多，且強(qiáng)度也較大，僅華南沿海和海南地區(qū)降水減少；而2016年大部分地區(qū)降水增多，但是強(qiáng)度上不如1998年明顯，最明顯的降水增多區(qū)域位于兩湖地區(qū)和華北地區(qū)。以上分析可得出，東亞夏季風(fēng)及降水對El Ni?o的響應(yīng)也具有多樣性，由此引出超強(qiáng)El Ni?o是怎樣影響東亞夏季風(fēng)的，并對其影響機(jī)制進(jìn)行討論。

(3)影響機(jī)制主要從沃克環(huán)流異常、850 hPa風(fēng)場異常以及副高的變化來討論。首先，發(fā)現(xiàn)當(dāng)赤道西太平洋為冷異常即下沉氣流增強(qiáng)時，會使得西太副高的位置偏東強(qiáng)度偏弱；當(dāng)赤道西太平洋為暖異常時，會使西太副高的位置偏西強(qiáng)度較強(qiáng)，其主要與西太區(qū)域的經(jīng)向環(huán)流有關(guān)。其次，850 hPa西太區(qū)域的異常反氣旋環(huán)流對副高的位置和強(qiáng)度也有影響，反氣旋異常使得副高增強(qiáng)，氣旋性異常使得副高減弱，反氣旋環(huán)流異常所在位置會相應(yīng)影響副高的位置。最后，850 hPa上我國區(qū)域環(huán)流異常對降水分布也有一定影響，氣旋性異常區(qū)域降水通常為正距平，反氣旋異常區(qū)域?yàn)樨?fù)距平。環(huán)流異常和850 hPa的風(fēng)場異常會影響副高的變化，而副高的變化會進(jìn)一步影響東亞夏季風(fēng)的變化。對于副高來說，其與東亞夏季風(fēng)有明顯的正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)副高偏強(qiáng)偏西時，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)，降水主要發(fā)生在江淮流域；當(dāng)副高偏弱偏東時，東亞夏季風(fēng)弱，降水主要發(fā)生在長江中下游區(qū)域。

綜上可看出El Ni?o變化及影響的復(fù)雜性，雖然近幾十年人們對El Ni?o與東亞季風(fēng)環(huán)流的研究取得了重大進(jìn)步，但是對于真正揭開其物理機(jī)制還有一段距離，需要對問題進(jìn)一步驗(yàn)證和分析。