2015年4月我國降水異常特征及成因分析

吳林榮 王艷姣 喬麗 杜莉麗 邱麗

摘要 利用NCEP再分析資料和我國2 425個(gè)臺(tái)站月降水量等資料，系統(tǒng)分析了2015年4月我國降水異常特征和成因，并重點(diǎn)研究了2014～2016年厄爾尼諾事件對(duì)我國降水和大氣環(huán)流異常的可能影響。結(jié)果表明，受赤道太平洋—印度洋暖海溫的影響，在赤道印度洋-太平洋地區(qū)形成了印-太海氣系統(tǒng)齒輪式耦合，使得西太平洋副熱帶高壓出現(xiàn)了明顯的加強(qiáng)西伸，受其影響，西南季風(fēng)水汽和副高外圍的暖濕水汽均無法輸送到我國長江以南地區(qū)，造成我國江南和華南地區(qū)降水持續(xù)偏少。相關(guān)分析表明，2014～2016年厄爾尼諾事件的發(fā)生對(duì)歐亞中高緯度地區(qū)環(huán)流也產(chǎn)生了一定的影響，并通過影響環(huán)流進(jìn)而對(duì)我國降水異常產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞 降水異常；厄爾尼諾；大氣環(huán)流；成因

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）09-216-05

Abstract Based on the NCEP reanalysis data and the monthly precipitation data from 2425 stations of China， the characteristics and causes of rainfall anomalies in China in April 2015 were analyzed， the probable effect of El Nino in 2014-2016 on rainfall anomalies and atmospheric circulation anomalies in China were mainly studied. Results showed that under the influence of warm temperature of the equatorial Pacific ocean and the equatorial Indian ocean， the GIP（Gearing of circulation over equatorial Indian and Pacific） was formed in the equatorial IndianPacific ocean area， which made a distinct westward extension of the western Pacific subtropical high. This extension produced a negative effect on the delivery of warmwet water vapor from southwestern Monsoon and the ambient subtropical high to the south side area of the Yangtze River， which caused a continuous rainfall reduction in South China and southern Yangtze area. Related analysis indicated that the El Nino in 2014 and 2016 also had some negative influences on the circulation in middlehigh latitude area in Europe and Asia， and then had impacts on the precipitation anomalies in China.

Key words Rainfall anomalies； El Nino； Atmospheric circulation； Cause

2015年4月我國降水分布出現(xiàn)了“北多南少”的異常分布特征，特別是我國華南地區(qū)平均降水量較常年同期異常偏少，廣東和廣西平均降水量為1951年以來歷史同期第5低值。國家氣候中心監(jiān)測(cè)顯示，2014年9月赤道中、東太平洋海溫開始進(jìn)入厄爾尼諾狀態(tài)，并在隨后不斷持續(xù)發(fā)展。已有研究指出，赤道中東太平洋的ENSO事件作為氣候系統(tǒng)最強(qiáng)的年際異常信號(hào)之一，對(duì)我國的氣候異常有重要的影響[1-6]。崔童等[6]分析2014年我國氣候異常的原因指出，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱及西北太平洋副高位置、印度洋海溫異常及厄爾尼諾狀態(tài)是造成夏季降水異常的重要外強(qiáng)迫條件。王艷姣等[7]從大尺度環(huán)流異常、海溫和季風(fēng)對(duì)我國夏季降水影響的角度，分析了2012年夏季我國北方地區(qū)降水異常偏多的成因。根據(jù)國家氣候中心的監(jiān)測(cè)，截止到2016年1月，2014～2016年厄爾尼諾事件已持續(xù)了16個(gè)月，達(dá)到中等強(qiáng)度，且強(qiáng)度仍在持續(xù)發(fā)展。全球多地氣候均對(duì)此次厄爾尼諾事件表現(xiàn)出了顯著的響應(yīng)[8-10]，如2014年巴西發(fā)生了1985年以來最嚴(yán)重的旱災(zāi)，2014年登陸我國臺(tái)風(fēng)明顯偏少，2014/2015年我國出現(xiàn)了暖冬等。2015年4月我國降水也出現(xiàn)了明顯的異常特征，筆者利用NCEP再分析資料和我國2 425個(gè)臺(tái)站月降水量等資料，從大氣環(huán)流和海溫外強(qiáng)迫影響等方面詳細(xì)分析了2015年4月我國降水異常特征和成因，并重點(diǎn)研究了2014～2016年厄爾尼諾事件對(duì)我國降水和大氣環(huán)流異常的可能影響。

1 資料來源

所用資料有NCEP/NCAR的2.5°×2.5°月平均再分析資料，包括500 hPa高度場(chǎng)、各層風(fēng)場(chǎng)和比濕場(chǎng)資料。此外，還有國家信息中心提供中國地區(qū)2 425個(gè)臺(tái)站1951～2015年月降水量資料等。各要素氣候平均值為1981～2010年平均值。

2 2015年4月我國降水異常特征

2015年4月我國降水呈現(xiàn)“北多南少”的異常分布特征。從空間分布看，內(nèi)蒙古大部、新疆東南部、西藏中部和南部、青海東部、陜西北部、寧夏、華北東部、黃淮等地降水偏多1倍以上；而江南南部至華南、重慶、貴州東部、新疆西部、黑龍江北部降水較常年同期偏少2～5成，局部偏少5成～1倍以上（圖1a），特別是我國華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，4月廣東和廣西累計(jì)平均降水量為70.7 mm，較常年同期（157.2 mm）偏少55%，為1951年以來同期第5低值（圖2）。由于4月華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，使得該地區(qū)干旱異常發(fā)展（圖1b）。同期，2015年華南前汛期開始時(shí)間較常年（4月6日）明顯偏晚。根據(jù)國家氣候中心監(jiān)測(cè)，2015年華南前汛期于5月5日在廣東省首先開始，較常年偏晚29 d，為1978年以來最晚入汛日期，也是歷史第3晚，僅早于1963年（6月1日）和1977年（5月9日）。

3 成因分析

3.1 大尺度環(huán)流的異常

環(huán)流異常是導(dǎo)致我國降水異常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度場(chǎng)上（圖3a），歐亞中高緯呈現(xiàn)“西高東低”的分布型，烏拉爾山地區(qū)阻塞高壓發(fā)展并維持，這種環(huán)流型有利于高緯度地區(qū)的冷空氣南下影響我國；對(duì)應(yīng)850 hPa低層風(fēng)場(chǎng)上（圖4a），在西北太平洋上空維持一強(qiáng)大的異常反氣旋式環(huán)流，其西側(cè)偏西南和偏南氣流將暖濕水汽不斷向長江中下游及其以北的地方輸送。由于這期間烏拉爾山阻塞不斷引導(dǎo)冷空氣南下，冷暖氣流在長江中下游及以北地區(qū)頻繁交匯，造成該地區(qū)降水異常偏多，而這一段時(shí)間降水基本決定了4月我國北方降水偏多的形勢(shì)。2015年4月中下旬，歐亞中高緯地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)環(huán)流發(fā)生了明顯的調(diào)整，烏拉爾山地區(qū)阻塞明顯東移減弱，我國大部地區(qū)受正高度距平控制，冷空氣活動(dòng)也明顯減弱（圖3b）；850 hPa低層風(fēng)場(chǎng)上（圖4b），西北太平洋上空的異常反氣旋環(huán)流也明顯減弱東移，向我國輸送的暖濕水汽也明顯減弱。由于冷空氣和暖濕水汽輸送均減弱，使得4月中下旬我國長江流域及其以北地區(qū)降水明顯減少。

低緯度地區(qū)，4月上旬西北太平洋地區(qū)高壓異常偏強(qiáng)，控制我國華北東南部至華南大部的我國東部沿海地區(qū)，受高壓控制，我國江南和華南地區(qū)降水偏少；4月中下旬，西太平洋副熱帶高壓出現(xiàn)了明顯的加強(qiáng)西伸，從而使西風(fēng)帶和副熱帶高壓外圍的水汽均無法輸送到我國長江以南地區(qū)，造成江南和華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，干旱發(fā)展。

3.2 海溫對(duì)降水的可能影響

國家氣候中心監(jiān)測(cè)顯示，2015年3月以來赤道中東太平洋暖海溫出現(xiàn)了顯著增強(qiáng)，異常暖海溫控制赤道中東太平洋大部地區(qū)，同期赤道印度洋海溫也開始異常增暖（圖5）。受赤道太平洋和赤道印度洋異常暖海溫的影響，大氣做出了明顯的響應(yīng)，對(duì)應(yīng)赤道中東太平洋和赤道印度洋暖海溫的區(qū)域?qū)α骰顒?dòng)異常活躍，而在西太平洋地區(qū)對(duì)流活動(dòng)明顯受到抑制（圖6）。從0°S～20°N地區(qū)高度-經(jīng)度平均垂直速度剖面（圖7）也可以看出，在赤道中東太平洋地區(qū)出現(xiàn)了明顯的上升氣流，同時(shí)在東印度洋地區(qū)也有一明顯的上升氣流，2支上升氣流均在西太平洋地區(qū)產(chǎn)生明顯的下沉氣流，這就是赤道印度洋—太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)的齒輪式耦合（印-太齒輪組）。吳國雄等[11]研究指出在厄爾尼諾期間，印尼群島和西太平洋附近地區(qū)的對(duì)流顯著減弱，而赤道中東太平洋和印度洋地區(qū)的對(duì)流均明顯加強(qiáng)，齒輪組反向轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪組的嚙合點(diǎn)位于印尼群島及西太平洋附近地區(qū)?？梢娛芏驙柲嶂Z和印度洋暖海溫的影響，西太平洋附近地區(qū)為異常下沉氣流控制區(qū)，對(duì)流活動(dòng)受到抑制，受其影響，副熱帶高壓出現(xiàn)了明顯的加強(qiáng)和西伸，從而使西風(fēng)帶和副熱帶高壓外圍的水汽均無法輸送到我國長江以南地區(qū)，造成江南和華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，干旱發(fā)展。

為了進(jìn)一步分析厄爾尼諾事件對(duì)我國降水的可能影響，選取與2014～2016年厄爾尼諾相似年的次年進(jìn)行分析，包括1958、1998和2007年，這三年分別是1957/1958年、1997/1998年和2006/2007年3次厄爾尼諾年的次年，且厄爾尼諾的暴發(fā)類型與2014～2016年類似。對(duì)比分析2015年4月和3次厄爾尼諾次年4月合成的平均500 hPa高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)表明，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度場(chǎng)上（圖8a），自歐洲上空至西北太平洋地區(qū)均存在“負(fù)-正-負(fù)-正”的波列分布；對(duì)應(yīng)的850 hPa低層風(fēng)場(chǎng)上（圖8b），自歐洲上空至西北太平洋地區(qū)也均存在異?！皻庑?反氣旋-氣旋-反氣旋”波列的分布，特別是在西北太平洋中緯度地區(qū)均存在異常反氣旋環(huán)流，該反氣旋式環(huán)流將西北太平洋的暖濕水汽向我國內(nèi)陸輸送，對(duì)我國北方地區(qū)降水偏多具有較大的影響?？梢?，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)具有相似的分布型，說明厄爾尼諾事件可能通過影響歐亞中高緯度地區(qū)環(huán)流進(jìn)而對(duì)我國降水產(chǎn)生一定的影響。

由于2014～2016年厄爾尼諾事件前期主要表現(xiàn)為中部型特征，暖海溫中心主要位于日界線（180°）附近，即NINO4海區(qū)，因而進(jìn)一步分析了前期3月NINO4海區(qū)海溫指數(shù)與500 hPa高度場(chǎng)的相關(guān)性。從圖9可以看出，自歐洲上空至西北太平洋的中高緯度地區(qū)也存在“負(fù)-正-負(fù)-正”的相關(guān)波列分布，最大相關(guān)中心均通過α=0.05的顯著性t檢驗(yàn)，說明NINO4海區(qū)海溫的異常增暖對(duì)歐亞中高緯度地區(qū)環(huán)流也產(chǎn)生一定的影響。此外，在赤道印度洋至赤道西太平洋地區(qū)有一大片顯著的正相關(guān)區(qū)，說明厄爾尼諾的發(fā)生對(duì)赤道印度洋和赤道西太平洋地區(qū)高度場(chǎng)正異常發(fā)展具有顯著的影響，這一影響主要表現(xiàn)為有利于副高的增強(qiáng)和西伸。可見，2014～2016年厄爾尼諾事件的發(fā)生對(duì)歐亞中高緯度和低緯度地區(qū)環(huán)流均有一定的影響，并通過影響環(huán)流進(jìn)而對(duì)我國降水的異常產(chǎn)生影響。

4 小結(jié)

該研究利用我國2 425個(gè)臺(tái)站月降水量資料，結(jié)合NCEP再分析等資料，對(duì)2015年4月我國降水異常特征及其成因進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

（1）2015年4月我國降水呈現(xiàn)“北多南少”的異常分布特征。降水異常偏多的地區(qū)主要位于內(nèi)蒙古大部、新疆東南部、西藏中部和南部以及華北東部等地；而江南南部至華南等地降水較常年同期明顯偏少，特別是我國華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，干旱發(fā)展，華南前汛期開始時(shí)間較常年明顯偏晚。

（2）環(huán)流異常是導(dǎo)致我國降水異常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度場(chǎng)上歐亞中高緯環(huán)流呈“西高東低”的分布型，有利于高緯度地區(qū)的冷空氣南下影響我國。相應(yīng)850 hPa低層風(fēng)場(chǎng)上，在西北太平洋上空維持一強(qiáng)大的異常反氣旋式環(huán)流，其西側(cè)偏西南氣流不斷將暖濕水汽向我國長江中下游及其以北的地區(qū)輸送，冷暖氣流頻繁交匯，造成我國長江中下游及以北地區(qū)降水異常偏多。

（3）4月上旬我國江南和華南地區(qū)受高壓控制，降水偏少；4月中下旬，受副高加強(qiáng)西伸的影響，使得西南季風(fēng)水汽

和副熱帶高壓外圍的暖濕水汽無法輸送到我國長江以南地區(qū)，造成江南和華南地區(qū)降水持續(xù)偏少，干旱發(fā)展。

（4）受赤道太平洋和印度洋暖海溫的影響，在赤道印度洋—太平洋地區(qū)形成印-太齒輪組，使得2015年4月中下旬副熱帶高壓出現(xiàn)了明顯的加強(qiáng)西伸，進(jìn)而對(duì)江南和華南地區(qū)降水持續(xù)偏少產(chǎn)生影響。此外，相關(guān)分析表明2014～2016年厄爾尼諾事件的發(fā)生對(duì)歐亞中高緯度地區(qū)環(huán)流也有一定的影響，并通過影響環(huán)流進(jìn)而對(duì)我國降水異常也產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

[1]陶亦為，孫照渤，李維京，等.ENSO與青藏高原積雪的關(guān)系及其對(duì)我國夏季降水異常的影響[J].氣象，2011，37（8）：919-928.

[2]宗海鋒，陳烈庭，張慶云.ENSO與中國夏季降水年際變化關(guān)系的不穩(wěn)定性特征[J].大氣科學(xué)，2010，34（1）：184-192.

[3]薛峰，劉長征.中等強(qiáng)度ENSO對(duì)中國東部夏季降水的影響及其與強(qiáng)ENSO的對(duì)比分析[J].科學(xué)通報(bào)，2007，52（32）：2798-2805.

[4]王艷姣，閆峰.2011年11月我國降水異常特征及成因分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2014，23（1）：100-106.

[5]趙強(qiáng)，嚴(yán)華生，程路.ENSO發(fā)展和衰減階段的陜西夏季降水異常特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2013，24（4）：495-503.

[6]崔童，王東阡，李多，等.2014年夏季我國氣候異常及成因簡(jiǎn)析[J].氣象，2015，41（1）：121-125.

[7]王艷姣，周兵，司東，等.2012年夏季我國降水異常及成因分析[J].氣象，2013，39（1）：118-122.

[8]侯威，鄒旭凱，王朋嶺，等.2014年中國氣候概況[J].氣象，2015，41（4）：480-488.

[9]李清泉，王安乾，周兵，等.2014年全球重大天氣氣候事件及其成因[J].氣象，2015，41（4）：497-507.

[10]王朋嶺，周兵，柳艷菊，等.2014年海洋和大氣環(huán)流異常及對(duì)中國氣候的影響[J].氣象，2015，41（4）：489-496.

[11]吳國雄，孟文.赤道印度洋—太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)的齒輪式耦合和ENSO事件：I資料分析[J].大氣科學(xué)，1998，22（4）：470-480.