兩類ENSO事件對長江中下游地區(qū)季節(jié)降水的影響

羅劍鋒　陳敏

摘要：使用1966-2015年長江中下游地區(qū)91個氣象站月降水資料，采用線性傾向估計、MannKendall檢驗、距平分析等方法分析了長江中下游地區(qū)近50年降水變化特征及其對兩類ENSO事件的響應(yīng)。結(jié)果表明，近50年來長江中下游地區(qū)夏季降水量以204 mm/a的傾向率呈顯著增加趨勢，年降水量在區(qū)域內(nèi)呈東增西減的分布特征。厄爾尼諾事件易造成長江中下游冬、春季降水異常偏多，而拉尼娜事件發(fā)生時夏季降水大幅偏多。東部型厄爾尼諾發(fā)生當(dāng)年長江沿岸一帶附近夏季降雨偏少，中部型事件當(dāng)年呈現(xiàn)南多北少的響應(yīng)特征，次年則轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹目臻g分布。中、東部型拉尼娜事件發(fā)生當(dāng)年，秋季降水分別顯著偏多和偏少。東部型拉尼娜次年夏季降水普遍偏多，以長江中下游東部最為顯著，而中部型事件次年夏季降水則呈現(xiàn)東南多西北少的分布格局。

關(guān)鍵詞：ENSO事件；東部型和中部型；季節(jié)降水；長江中下游地區(qū)

中圖分類號：P468文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

16721683（2018）04008208

Influence of the two types of ENSO events on seasonal precipitation over middle and lower reaches of the Yangtze River

LUO Jianfeng，CHEN Min，LI Yu，PENG Tao，XU Haoting

（

College of Hydraulic and Environmental Engineering，China Three Gorges University，Yichang 443002，China）

Abstract：

The monthly precipitation data from 91 meteorological stations in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1966 to 2015 were used to analyze the precipitation variation in the region over the past 50 years and its response to the two types of ENSO events.We used linear propensity estimation，MannKendall test，and anomaly analysis.The results showed that the summer precipitation in the region tended to increase at a rate of 204 mm/a in the past 50 years.The annual precipitation showed an increasing tendency in the east and a decreasing tendency in the west.El Nio events were prone to cause an abnormally large amount of precipitation in spring and winter，whereas La Nia events caused much more precipitation in summer.In the year of the Eastern Pacific （EP） El Nio，summer precipitation along the Yangtze River was less than usual.In the year of the Central Pacific （CP） El Nio，summer precipitation would increase in the north and decrease in the south，whereas the decaying year would see an opposite spatial pattern.In the year of CP La Nia，there was a significantly larger amount of precipitation in autumn，whereas in the year of EP La Nia，the amount was significantly smaller.In the decaying year of EP La Nia，summer precipitation was generally more than usual，especially in the east of the region；but in the decaying year of CP La Nia，summer precipitation was more than usual in the southeast and less in the northwest.

Key words：

ENSO events；Eastern Pacific （EP） and Central Pacific （CP） type；seasonal precipitation；the middle and lower reaches of the Yangtze River

ENSO（El Nio Southern Oscillation）是厄爾尼諾和南方濤動的合稱，是一種年際尺度上熱帶太平洋地區(qū)大尺度海-氣相互作用的現(xiàn)象，其暖位相和冷位相分別表現(xiàn)為厄爾尼諾（El Nio）和拉尼娜（La Nia）事件[13]。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為ENSO事件源于太平洋東部赤道附近的海溫異常，然而近十年來，ENSO事件的不同類型引起了學(xué)者們的普遍關(guān)注。除了典型厄爾尼諾，還存在升溫發(fā)生在赤道中部太平洋的“中部型厄爾尼諾”，因此典型厄爾尼諾事件被稱為“東部型厄爾尼諾”，拉尼娜亦是如此[45]。已有研究表明，不同類型ENSO事件對我國氣候變化皆存在影響且差異顯著。吳萍等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，東部型和中部型厄爾尼諾對我國夏季水汽輸送和降水存在不同影響，東部型厄爾尼諾事件當(dāng)年夏季的水汽輸送條件不利于中國大范圍降水發(fā)生，而中部型事件有利于華南地區(qū)降水的異常增多。袁媛等[7]進(jìn)一步將厄爾尼諾分為東部型、中部型和混合型三類，且分析得出這三種類型可能導(dǎo)致我國夏季降水分別呈現(xiàn)南方型、中間型和北方型的分布特點。袁良等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，東部型厄爾尼諾年我國華南地區(qū)冬季降水偏多，而中部型厄爾尼諾年則降水偏少。秦甲等[9]的研究表明，我國河西走廊地區(qū)在東部型厄爾尼諾年降水偏多而中部型厄爾尼諾年降水偏少。

長江中下游地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，也是我國降水異常、旱澇頻發(fā)的區(qū)域，旱澇災(zāi)害常在夏秋兩季交替發(fā)生[10]，且長江中下游地區(qū)的旱澇急轉(zhuǎn)事件與拉尼娜現(xiàn)象存在顯著相關(guān)性[11]。趙亮等[12]和金祖輝等[13]的研究表明，厄爾尼諾事件次年夏季長江流域和江南北部地區(qū)降水偏多，而江淮流域降水偏少，拉尼娜事件次年夏季降水則恰好相反。但目前針對長江中下游地區(qū)的氣候影響研究主要關(guān)注夏季情況，探討ENSO事件對該區(qū)域不同季節(jié)降水影響的研究并不多見。長江中下游地區(qū)的降水異常受東亞季風(fēng)異常的直接影響，而ENSO正是通過大氣環(huán)流以遙相關(guān)形式影響著季風(fēng)，因此有必要從季節(jié)尺度上探尋降水與ENSO的相關(guān)關(guān)系[14]。此外，目前的研究成果中對ENSO事件的判定標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，主要表現(xiàn)為海溫監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)的確定和事件判定的計算方法不同，導(dǎo)致ENSO的判定結(jié)果存在出入，缺乏一定的可比性。2017年中國氣象局發(fā)布了厄爾尼諾/拉尼娜事件判定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[15]，不再以NINO綜合區(qū)（即NINO1+2+3+4區(qū)）的海表溫距平（SSTA）作為判定依據(jù)[1]，而采用了國際通用的NINO 34區(qū)來判定ENSO事件，并引入東、中部型指數(shù)對事件類型進(jìn)行劃分。新方法能夠全面檢測每一次厄爾尼諾和拉尼娜事件，而不發(fā)生弱事件的遺漏，同時東、中部型指數(shù)有利于診斷、歸因和預(yù)測兩類ENSO事件，準(zhǔn)確分析其對我國氣候異常的影響[4]。本文依據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)，分析近50年長江中下游地區(qū)的降水變化特征及其對不同類型ENSO事件的響應(yīng)，旨在為區(qū)域中長期降水預(yù)報和旱澇災(zāi)害預(yù)測與防控提供科學(xué)依據(jù)。

1數(shù)據(jù)資料與研究方法

1.1數(shù)據(jù)資料

氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺，包括長江中下游地區(qū)（湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江和上海）91個氣象站（圖1）1966-2015年的月降水量數(shù)據(jù)。ENSO事件的劃分采用中國氣象局新標(biāo)準(zhǔn)的判定結(jié)果[15]（表1）。將NINO 34區(qū)（170°W-120°W，5°S-5°N）指數(shù)（SSTA的平均值）ININO3.43個月滑動平均絕對值大于或等于05 ℃且持續(xù)至少5個月判定為一次厄爾尼諾/拉尼娜事件。另引入東部型指數(shù)IEP和中部型指數(shù)ICP來劃分東部型和中部型事件[15]：

[JB（{]IEP=ININO3-αININO4

ICP=ININO4-αININO3[JB）][JY]（1）

式中：ININO3和ININO4分別為NINO3區(qū)（150°W-90°W，5°S-5°N）和NINO4區(qū)（160°E-150°W，5°S-5°N）SSTA的平均值。當(dāng)ININO3×ININO4>0，α=04， 否則，α=0。事件過程中，IEP或ICP達(dá)到或超過05 ℃且持續(xù)至少3個月，判定為一次東部型或中部型事件。

1.2研究方法

本文采用線性傾向估計和MannKendall（MK）非參數(shù)檢驗法來分析降水的變化趨勢和突變情況。MK突變檢驗中，在UF曲線超過臨界值信度的前提下，若UF與UB曲線僅有一個交叉點，且位于信度線之間，則表明該交叉點為突變點且統(tǒng)計上顯著；若交叉點位于信度線之外，或是存在多個交叉點，則不能確定是否為突變點，因此本文利用滑動t檢驗法并對比降水時間序列對突變點進(jìn)行驗證[16]。在分析不同季節(jié)降水對ENSO事件的響應(yīng)上，采用距平分析法計

算不同類型ENSO事件發(fā)生年（當(dāng)年）和次年各站點不同季節(jié)的降水距平百分率，季節(jié)時間劃分為：春季（3月-5月）、夏季（6月-8月）、秋季（9月-11月）、冬季（12月-次年2月）。在ArcGis環(huán)境下通過Kriging插值法繪制空間分布圖，以分析降水變化空間分布特征及對ENSO事件響應(yīng)的空間差異性。

2降水的時空變化特征

2.1降水的時間變化特征

1966-2015年間，長江中下游地區(qū)降水量的年際變化大，多年平均降水量為1 3267 mm，年降水量最大出現(xiàn)在2015年（1 5972 mm），最小為1978年（9713 mm）。從表2可以看出，區(qū)域平均年降水量總體呈增加趨勢，就季節(jié)而言，春季降水呈現(xiàn)減少的趨勢，冬季降水呈上升趨勢，秋季降水變化趨勢不明顯，但以上趨勢均未通過005顯著性檢驗。而近50年長江中下游地區(qū)的夏季降水呈現(xiàn)出顯著的遞增趨勢，平均增幅為204 mm/a。一年中降水主要集中在春、夏兩季，分別占全年降水量的31%和39%。

長江中下游地區(qū)降水的MK檢驗結(jié)果（圖2）顯示，該區(qū)域全年降水序列的UF與UB曲線有4個交點，且均落在臨界線之間，但經(jīng)過滑動t檢驗（滑動年數(shù)為5 a）并對比原降水時間序列證實僅2005年出現(xiàn)的降水增加突變是可信的；夏季降水從1968年開始呈現(xiàn)上升趨勢，1995年之后夏季降水增加愈加顯著，雖然春、夏季均呈現(xiàn)多個可能突變點，但均未通過滑動t檢驗；秋季降水的UF和UB曲線有5個有效的交點，經(jīng)驗證后只有1980年的突變是可信的，為降水量逐漸減少的開始；在冬季降水的數(shù)個可能突變點中，1975年、1988年和2006年的突變是可信的，分別是降水增加、減少和增加的開始?？傮w而言，夏季降水量整體呈現(xiàn)顯著上升趨勢，過程中并不存在突變；而全年降水及秋、冬季降水量雖表現(xiàn)出一定的年代際變化特征，但總體趨勢并不顯著。

2.2降水變化的空間分布特征

從1966-2015年長江中下游地區(qū)降水變化的空間分布來看，長江中下游地區(qū)年降水量變化呈現(xiàn)東增西減的趨勢分布，其中湖南和湖北整體呈減少趨勢，特別是湖南湖北西部地區(qū)降水減少幅度達(dá)341 mm/a，安徽東部和北部、浙江東北部、江蘇東南部及上海一帶降水增加幅度較大，最高可達(dá)798 mm/a（圖3（a））。長江中下游地區(qū)降水在春季呈減少趨勢，自北向南減少幅度逐漸增大，特別是江西東北部、安徽南部和浙江西部，降低幅度達(dá)201 mm/a（圖3（b））。長江中下游地區(qū)除湖南西南部、北部少數(shù)地區(qū)和湖北西南部夏季降水有小幅減少趨勢外，其他地區(qū)降水均呈現(xiàn)上升趨勢，且由西往東增加幅度逐漸加大，上海及江蘇東南部的增幅可達(dá)588 mm/a（圖3（c））。秋季降水整體變幅較小，呈現(xiàn)南增北減的微弱變化趨勢（圖3（d））。冬季降水除長江中下游北部和西部個別地區(qū)出現(xiàn)小于033 mm/a的減少趨勢，其余地區(qū)均呈現(xiàn)上升趨勢，且自西向東增幅逐漸增大，特別是浙江東北部地區(qū)，冬季降水增加幅度達(dá)155 mm/a（圖3（e））。綜上可見，近50年長江中下游地區(qū)四季降水變化趨勢呈現(xiàn)出較為明顯的空間分布特征，且各季節(jié)[JP4]長江中下游東部的降水變化最為顯著，增減幅度最大。

3兩類ENSO事件對季節(jié)降水的影響

3.1近[STBZ]50年ENSO事件的特征

分析1966-2015年ENSO事件判定結(jié)果（表1）可知，15次厄爾尼諾事件均發(fā)生在4月-10月，結(jié)束于春、冬季，在秋、冬季達(dá)到頂峰，與袁媛等[7]總結(jié)出的厄爾尼諾事件發(fā)生特征基本一致。11次拉尼娜事件大多開始于夏、秋季，結(jié)束于春、夏季，在冬季達(dá)到峰值，其中所發(fā)生的4次中部型拉尼娜都在12月達(dá)到最盛。Huang等[17]在早期的研究中將ENSO事件分為發(fā)展期和衰退期兩個階段來分析其對氣候變化影響的時滯性，由于絕大多數(shù)ENSO事件在12月至次年2月達(dá)到峰值，因此本文對事件發(fā)生當(dāng)年和次年的季節(jié)降水的響應(yīng)進(jìn)行分析。

3.2兩類厄爾尼諾事件對季節(jié)降水的影響

圖4為兩類ENSO事件發(fā)生當(dāng)年及次年季節(jié)降水距平百分率的對比情況。從圖4（a）可以看出，當(dāng)東部型厄爾尼諾事件發(fā)生時，當(dāng)年春季和冬季的降水對該事件的響應(yīng)與[HJ2.06mm]次年同期差異較大。事件當(dāng)年春季降水小幅減少且長江中下游地區(qū)表現(xiàn)較為一致，而次年春季降水異常偏多，平均距平百分率達(dá)到近20%。冬季降水則表現(xiàn)為地區(qū)整體當(dāng)年偏多而次年偏少，但幅度均不大。而夏、秋季降水對東部型厄爾尼諾事件的響應(yīng)區(qū)域表現(xiàn)不一（圖5）。同年夏季湖南南部、江西南部、江蘇和安徽大部分地區(qū)降雨偏多，而其余區(qū)域的降水減少，呈現(xiàn)東南西北走向的帶狀分布格局（圖5（a）），而次年夏季該帶狀區(qū)域的降雨均表現(xiàn)出大幅度的異常偏多（圖5（b）），這與江淮梅雨的變化情況密切相關(guān)，錢維宏等[18]研究發(fā)現(xiàn)赤道東太平洋的增暖效應(yīng)對應(yīng)著次年江南梅雨量偏多，而淮河流域梅雨量偏少。從圖5（c）中不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年秋季降水從西南向東北方向由偏多向偏少轉(zhuǎn)變，其中湖南西南部降雨量可超過多年平均的30%，安徽中部及西北部和江蘇西南部降雨明顯偏少，次年秋季降水呈現(xiàn)出西干東濕的分布格局，而安徽西北部和中部仍表現(xiàn)明顯的降水偏少（圖5（d））。

從圖4（b）可以看出，中部型厄爾尼諾事件發(fā)生當(dāng)年和次年，長江中下游地區(qū)的冬季降水呈現(xiàn)明顯差異，大部分地區(qū)當(dāng)年冬季降水均表現(xiàn)明顯偏多，平均距平百分率達(dá)30%，次年冬季降水則呈現(xiàn)整體較大幅度偏少的現(xiàn)象；而春季和秋季降水對中部型厄爾尼諾事件的響應(yīng)在當(dāng)年和次年較為一致，其表現(xiàn)為春季降水普遍小幅偏多，秋季降水整體偏少，平均偏少幅度均超過10%。當(dāng)年和次年的夏季降水則表現(xiàn)出了明顯的空間分布差異（圖6）。當(dāng)年夏季湖南南部和江西南部降水偏多，大部分地區(qū)降水偏少，呈現(xiàn)典型南多北少的空間分布格局，這與吳萍等[6]總結(jié)出的中部型厄爾尼諾事件當(dāng)年夏季華南地區(qū)降水顯著偏多、長江流域降水均偏少的規(guī)律基本一致，這主要由于中部型厄爾尼諾發(fā)生當(dāng)年，熱帶暖濕氣流向江淮流域輸送較晚，表現(xiàn)出入梅晚、梅期短和梅量小的特征[19]。而次年夏季降水轉(zhuǎn)變?yōu)楸倍嗄仙俚姆植几窬郑▓D6（b）），這與袁媛等[7]的研究結(jié)論一致，他們發(fā)現(xiàn)中部型厄爾尼諾次年長江與黃河之間降水偏多的可能性較大，長江以南大部分地區(qū)降水偏多的可能性較小。

綜上可見，兩類厄爾尼諾事件對長江中下游地區(qū)季節(jié)降水的影響存在明顯差異，次年春季降水對東部型厄爾尼諾事件十分敏感，而當(dāng)年冬季降水對中部型厄爾尼諾事件響應(yīng)強(qiáng)烈，表明中部型厄爾尼諾導(dǎo)致的集中降雨時間早于東部型厄爾尼諾。此外，中部型事件發(fā)生時長江中下游秋季普遍少雨，而東部型事件發(fā)生當(dāng)年秋季長江以南地區(qū)降水大幅偏多。但二者相同的是，兩類厄爾尼諾事件發(fā)生次年夏季均與當(dāng)年夏季降水的空間分布相反，這與趙亮等[12]關(guān)于ENSO發(fā)展（衰減）期夏季淮河流域易多（少）雨、長江中下游地區(qū)易少（多）雨的結(jié)論基本吻合。兩類事件發(fā)生當(dāng)年冬季降水均偏多，袁媛等[20]也發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾是導(dǎo)致中國南方冬季降水偏多的重要外強(qiáng)迫因子。

3.3兩類拉尼娜事件對季節(jié)降水的影響

由圖4（c）可見，東部型拉尼娜事件發(fā)生時，長江中下游地區(qū)春季降水整體呈現(xiàn)當(dāng)年偏多、次年偏少的現(xiàn)象，這與東部型厄爾尼諾事件對春季降水的影響恰好相反；秋季降水則在當(dāng)年平均偏少約15%，次年區(qū)域表現(xiàn)的一致性較差；當(dāng)年和次年冬季降水普遍減少，但并不顯著。夏季降水雖在當(dāng)年和次年均偏多且呈現(xiàn)一條東西走向的雨帶，但當(dāng)年降水量明顯偏大的長江中下游西部地區(qū)會在次年轉(zhuǎn)移至東部，而次年秋季降水則呈現(xiàn)明顯的北多南少的空間分布型式（圖7）。

當(dāng)中部型拉尼娜發(fā)生時，秋季降水的響應(yīng)在當(dāng)年和次年截然不同，絕大多數(shù)地區(qū)當(dāng)年降水異常偏多，次年偏少；當(dāng)年和次年冬季以及次年春季降水變化的空間一致性較好，且平均距平百分率接近于0，表明中部型拉尼娜事件對冬季和次年春季降水影響并不顯著（圖4（d））。如圖8所示，中部型拉尼娜發(fā)生當(dāng)年，春季降水南多北少，夏季降水東多西少，而次年夏季又呈現(xiàn)出東南多西北少的空間分布。

由上述分析可知，不同類型拉尼娜事件對當(dāng)年秋季降水的影響相反，即東部型事件當(dāng)年秋季降水偏少，而中部型事件降水明顯偏多。拉尼娜事件發(fā)生當(dāng)年，夏季降水均普遍偏多，常表現(xiàn)為豐梅年[21]，而次年夏季降水對拉尼娜的響應(yīng)具有明顯的區(qū)域性特點，尤其是中部型事件次年長江中下游東南部降水大幅偏多、西北部大幅偏少（均高達(dá)40%），這與陳旭等[22]有關(guān)江淮梅雨的研究結(jié)論一致，即大多數(shù)拉尼娜事件當(dāng)年為全區(qū)豐梅型、次年為南豐北枯型。兩類拉尼娜事件對冬季降水的影響均不顯著，袁媛等[20]的研究發(fā)現(xiàn)拉尼娜對中國南方冬季降水的影響表現(xiàn)出明顯的年代際變化特征，即1980年之前拉尼娜年冬季降水偏少，而之后降水偏多，所以整體上并無明顯規(guī)律。

4結(jié)論

（1）長江中下游地區(qū)降水集中在春、夏兩季；近50年夏季降水呈顯著上升趨勢，增幅達(dá)204 mm/a，其余季節(jié)和年降水變化趨勢均不顯著。在空間上，年降水量呈現(xiàn)東增西減的趨勢分布，春季降水表現(xiàn)出整體減少的趨勢且自北向南減幅增大，夏、冬季降水變化與年降水趨勢分布情況基本一致。

（2）1966-2015年，厄爾尼諾事件發(fā)生了15次（東部型9次，中部型6次），拉尼娜事件發(fā)生了11次（東部型7次，中部型4次）。長江中下游地區(qū)降水對ENSO事件的響應(yīng)明顯：厄爾尼諾事件易造成冬季降水異常偏多，而拉尼娜事件發(fā)生時夏季降水普遍偏多，即厄爾尼諾和拉尼娜分別對長江中下游季節(jié)降水起到一定的“反?！焙汀凹觿　弊饔谩?/p>

（3）兩類厄爾尼諾事件對長江中下游地區(qū)各季降水的影響存在明顯差異。事件發(fā)生當(dāng)年與次年夏季降水均呈現(xiàn)相反的空間分布特征：東部型事件發(fā)生當(dāng)年長江沿岸一帶附近降雨偏少，而次年該區(qū)域降水異常偏多；中部型事件當(dāng)年夏季降水呈現(xiàn)南多北少的特征，次年則轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾吹目臻g分布。長江中下游冬季和次年春季降水分別對中部型和東部型事件的響應(yīng)強(qiáng)烈，表明中部型厄爾尼諾事件導(dǎo)致的降水集中時間早于東部型事件。

（4）各季節(jié)降水對兩類拉尼娜事件的響應(yīng)也存在一定不同。東部型事件發(fā)生當(dāng)年秋季降水偏少，而中部型事件降水明顯偏多。次年夏季降水對拉尼娜響應(yīng)的區(qū)域性特征明顯，東部型事件次年夏季降水普遍偏多，以長江中下游東部最為顯著，而中部型事件次年夏季降水則呈現(xiàn)東南部大幅偏多、西北部異常偏少的分布格局。

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