厄爾尼諾現(xiàn)象對西藏5月降水的影響

洛桑旺姆 達(dá)瓊 普布卓瑪

摘要：利用1979-2017年NOAA海溫距平場數(shù)據(jù)NCEP/DOE風(fēng)場和大氣可降水量場數(shù)據(jù)以及PREC/L降水?dāng)?shù)據(jù)對厄爾尼諾現(xiàn)象影響西藏5月降水進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，厄爾尼諾發(fā)生年，中南半島700hPa出現(xiàn)反氣旋環(huán)流差值，形成下沉氣流，大氣可降水量偏少，西藏降水偏少;拉尼娜發(fā)生年，中南半島700hPa出現(xiàn)氣旋環(huán)流差值，形成上升氣流，大氣可降水量偏多，西藏降水偏多。

關(guān)鍵詞：熱帶海溫;SEOF;降水;東亞急流;厄爾尼諾;西藏

中圖分類號：P461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0065-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09：013

由于自轉(zhuǎn)，地球接收來自太陽的能量在赤道和南北極分布存在差異，致使赤道和南北極之間產(chǎn)生能量梯度，進(jìn)而帶動全球大氣和海洋的能量輸送。由于海洋面積大，使得能量在海洋中輸送更加受到關(guān)注，海洋對大氣環(huán)流的驅(qū)動也更為普遍地被學(xué)者們所研究。

厄爾尼諾是全球的主要海洋現(xiàn)象，其發(fā)生發(fā)展對農(nóng)業(yè)和國民生產(chǎn)等領(lǐng)域至關(guān)重要。自1984年王紹武[1]介紹了國際學(xué)者對厄爾尼諾現(xiàn)象的廣泛關(guān)注后，厄爾尼諾現(xiàn)象引起國內(nèi)學(xué)者的高度關(guān)注。厄爾尼諾對中國降水影響的研究工作最早開始在長江流域[2，3]。李麥村等[2]指出厄爾尼諾發(fā)生的當(dāng)年夏季，西太平洋副熱帶高壓明顯偏強(qiáng)（偏弱），西太平洋副熱帶高壓是長江流域降水的主要影響因子，其強(qiáng)度變化會造成長江流域降水易出現(xiàn)旱年（澇年）。降水不僅對當(dāng)年厄爾尼諾現(xiàn)象有響應(yīng)，次年的降水同樣受到厄爾尼諾的影響，如厄爾尼諾年當(dāng)年多出現(xiàn)Ⅱ類雨型，而反厄爾尼諾年當(dāng)年則出現(xiàn)Ⅰ類和Ⅲ類雨型;厄爾尼諾年次年多出現(xiàn)Ⅰ類雨型，而反厄爾尼諾年次年則多出現(xiàn)Ⅱ類和Ⅲ類雨型，可見厄爾尼諾中國夏季雨帶的預(yù)報是至關(guān)重要的[3]。并且厄爾尼諾事件對中國夏季降水的影響在發(fā)生當(dāng)年和次年有明顯的不同，主要影響是在其發(fā)生的次年中國大部分地區(qū)的夏季降水明顯偏多[4]。自2007年Ashok等[5]發(fā)現(xiàn)赤道太平洋海域存在三極型海溫異常分布的厄爾尼諾Modoki后，東部型、中部型和混合型厄爾尼諾事件對中國降水的影響開始受到關(guān)注[4，6]。在厄爾尼諾發(fā)生的次年夏季，通過影響850hPa風(fēng)場、水汽輸送及500hPa西太平洋副熱帶高壓系統(tǒng)，東部型、中部型及混合型厄爾尼諾事件可能分別導(dǎo)致中國雨帶呈南方型（Ⅲ類）、中間型（Ⅱ類）和北方型（Ⅰ類）的分布特點[6]。

已有研究表明，中國降水受到太平洋厄爾尼諾現(xiàn)象的影響[7]。但是在中國西部青藏高原地區(qū)，氣候惡劣，厄爾尼諾現(xiàn)象對西藏降水的影響并沒有受到很多關(guān)注。西藏經(jīng)濟(jì)來源主要依靠農(nóng)牧業(yè)，降水對西藏經(jīng)濟(jì)有著舉足輕重的影響。普布卓瑪?shù)萚8]分析了厄爾尼諾事件對西藏5-8月夏季降水的影響發(fā)現(xiàn)，厄爾尼諾事件發(fā)生的當(dāng)年，西藏夏季降水普遍偏少，拉尼娜事件發(fā)生的當(dāng)年，西藏夏季降水普遍偏多，這與厄爾尼諾現(xiàn)象對中國東部地區(qū)降水的影響完全不同[7]。由于高原的特殊地理位置和地勢特征，同時厄爾尼諾對高原風(fēng)場、溫度場和高度場有一定的影響[9]，鑒于春、夏季降水的不同，有必要對厄爾尼諾影響高原5月降水作獨立的環(huán)流分析。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 所用數(shù)據(jù)及來源

海溫數(shù)據(jù)采用的是NOAH/NASA 1979-2017年的海表溫度延長重構(gòu)數(shù)據(jù)[NOAA Extended recon-structed sea surface temperature（SST）V4，hops：//www.esrl.noaa，gov/psd/data/gridded/data.noaa.erssi.v4.html]，數(shù)據(jù)集已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到熱帶海溫變化的研究中[10]。降水?dāng)?shù)據(jù)使用的是Precipitation reconstruc-tion over land（PREC/L，https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.precl.html）數(shù)據(jù)，風(fēng)場和大氣可降水量數(shù)據(jù)使用的是NCEP-DOE Reanalysis 2（https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanaly-sis2.html）數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

相對于傳統(tǒng)的經(jīng)驗正交分解方法對厄爾尼諾事件的分析[10]，Wang等[11]提出了一種基于季節(jié)循環(huán)的經(jīng)驗正交分解方法[Seasonal mean anomalies（depar-lure from long-term mean annual cycle）empirical or-thogonal function，SEOF]。EOF的主要方法是：

假設(shè)X_t（t=1，2，…，n）是m維空間中的n個向量，根據(jù)X_t的特征求解一組正交基向量，盡可能準(zhǔn)確地表示成式（1）。

式中，V_k是m維正交基向量，不隨時間變化;ε_t是m維誤差向量，通過建立V₁，V₂，…，使其與α₁（t），α₂（t），…，乘積X_t貢獻(xiàn)的剩余誤差ε_t最小，從而找到X_t主要貢獻(xiàn)的空間特征向量場和時間系數(shù)，進(jìn)而分析X_t的時空變化特征[12]。

SEOF將4個季節(jié)的數(shù)據(jù)組成一個X_t向量，再進(jìn)行時空分解，可以更好地提取熱帶太平洋海溫的厄爾尼諾現(xiàn)象，同時該方法很好地區(qū)分了厄爾尼諾中部型和東部型。使用該方法對厄爾尼諾東部型事件進(jìn)行分解提取并分析其對高原5月降水的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 太平洋海溫年際變化

對熱帶海溫距平進(jìn)行SEOF分解，得到第一特征向量場（PCI）和時間系數(shù)如圖1和圖2所示，解釋方差為22.1%。由冬季到秋季，赤道太平洋海溫為正距平，發(fā)生厄爾尼諾事件，冬、春季海溫正距平中心與秋季海溫正距平中心位置略有差異（圖1）。由4個季節(jié)的特征向量場組成一個完整的海溫距平季節(jié)循環(huán)，該季節(jié)循環(huán)所對應(yīng)的時間系數(shù)表明厄爾尼諾現(xiàn)象特征向量場的年際變化（圖2）。

2.2 厄爾尼諾與西藏5月降水的聯(lián)系

1979-2017年中南半島和云南、西藏的春季5月降水量平均分布如圖3a所示，降水從西藏西北到中南半島逐漸增加，在西藏高原南麓分布著降水大值分布帶，降水量與中南半島量值相當(dāng)，且局部地區(qū)存在降水大值中心。研究中發(fā)現(xiàn)，中南半島和云南、西藏的春季降水與厄爾尼諾現(xiàn)象密切相關(guān)。如圖3b，SEOF-PC1與5月降水在西藏、四川盆地的西側(cè)、云南和中南半島呈顯著的負(fù)相關(guān)。這意味著，當(dāng)厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時，以上地區(qū)（以下簡稱研究區(qū)域）降水會較氣候平均偏少;當(dāng)拉尼娜現(xiàn)象發(fā)生時，降水會較氣候平均偏多，已有研究結(jié)果表明厄爾尼諾現(xiàn)象對云南降水確實存在這種影響[13，14]。通過計算SEOF-PC1與大氣可降水量的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的大氣可降水量與SEOF-PC1的相關(guān)系數(shù)分布圖（圖3c）與圖3b相似，在研究區(qū)域，SEOF-PC1與大氣可降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，表明厄爾尼諾（拉尼娜）期間，大氣可降水量較氣候平均偏少（多），不（有）利于研究區(qū)域降水的形成。

有研究指出，孟加拉灣季風(fēng)暴發(fā)受到高空南亞高壓的影響[15]，南亞高壓5月位于中南半島，當(dāng)南亞高壓在5月較氣候平均偏強(qiáng)有利于低空700hPa季鳳低壓中心形成，從而促成孟加拉灣季風(fēng)的暴發(fā)，形成季風(fēng)降水。針對孟加拉灣季風(fēng)低壓中心與研究區(qū)域5月降水的聯(lián)系需要進(jìn)一步做合成分析，討論孟加拉灣季風(fēng)低壓在厄爾尼諾影響研究區(qū)域降水中的作用。

對SEOF-PC1時間序列進(jìn)行強(qiáng)厄爾尼諾和拉尼娜事件的篩選，判定當(dāng)SEOF-PC1大（?。?1（-1）時，該年的海溫現(xiàn)象判定為強(qiáng)厄爾尼諾（拉尼娜）現(xiàn)象，篩選得到的強(qiáng)厄爾尼諾年包括1983、1987，1992、1993、1997、2015、2016年，共7年，強(qiáng)拉尼娜年包括1989、1999、2000、2008、2011、2012年，共6年。對強(qiáng)厄爾尼諾和拉尼娜事件高空500hPa和低空700hPa風(fēng)場進(jìn)行合成分析，得到結(jié)果如圖4所示。1979-2017年700hPa平均環(huán)流場（圖4a）在孟加拉灣地區(qū)表現(xiàn)為季風(fēng)低壓槽，印度半島為西北風(fēng)，中南半島為西南風(fēng)，西藏南側(cè)風(fēng)場也為西北風(fēng)到西南風(fēng)的轉(zhuǎn)變。強(qiáng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，赤道附近為東風(fēng)異常，西藏南側(cè)為西風(fēng)異常，孟加拉灣地區(qū)產(chǎn)生反氣旋環(huán)流差值，不利于孟加拉灣季風(fēng)暴發(fā)（圖4b），靠近赤道地區(qū)為東風(fēng)差值，研究區(qū)域為西風(fēng)差值控制，水汽輸送相對少，伴隨該地區(qū)降水偏少，中南半島低空為北風(fēng)差值;強(qiáng)拉尼娜發(fā)生時，赤道附近為西風(fēng)異常，西藏南側(cè)為東風(fēng)異常，孟加拉灣地區(qū)產(chǎn)生氣旋環(huán)流差值（圖4c），來自太平洋海洋上的暖濕氣流易于將水汽輸送到研究區(qū)域，利于該地區(qū)降水偏多，中南半島低空為南風(fēng)差值。1979-2017年500bPa平均環(huán)流在中南半島表現(xiàn)為南亞高壓反氣旋環(huán)流（圖4d），靠近赤道地區(qū)為東風(fēng)控制，中國大陸上空為西風(fēng)控制。強(qiáng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，在西藏西南側(cè)（印度北部）存在一個氣旋環(huán)流差值（圖4e），靠近赤道地區(qū)為西風(fēng)差值控制，大陸上空為東風(fēng)差值控制‘，在研究區(qū)域上空為南風(fēng)異常場，南亞高壓強(qiáng)度減弱;強(qiáng)拉尼娜事件發(fā)生時，在西藏上空存在一個反氣旋環(huán)流差值（圖4f），靠近赤道一側(cè)為東風(fēng)差值控制，大陸為西風(fēng)差值控制，研究區(qū)域為北風(fēng)異常場，南亞高壓強(qiáng)度增強(qiáng)。強(qiáng)厄爾尼諾和強(qiáng)拉尼娜事件會使5月南亞高壓位置發(fā)生變化，這可能和高空急流變化有關(guān)。有研究指出，發(fā)生厄爾尼諾事件會影響東亞高空急流強(qiáng)度[16]，從而影響南亞高壓的位置。南亞高壓位置發(fā)生變化后，其對孟加拉灣季風(fēng)暴發(fā)的影響將會失去效應(yīng)，因此其對于研究區(qū)域降水對厄爾尼諾事件響應(yīng)的影響研究也無從談起，但高空急流發(fā)生變化可能引起急流的垂直次級環(huán)流發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致厄爾尼諾對研究區(qū)域降水的影響。

厄爾尼諾（拉尼娜）事件影響高空急流不僅可以改變南亞高壓的位置，同時也會影響高原南側(cè)的經(jīng)向垂直環(huán)流。如圖5，1979-2017年的92°30′E平均經(jīng)向垂直環(huán)流在0°～20°N表現(xiàn)為上升運動，同時緯向風(fēng)為東風(fēng)，在高原上空是強(qiáng)西風(fēng)急流帶，高原南側(cè)由于降水凝結(jié)潛熱的釋放，有上升氣流，兩股上升氣流在高原北側(cè)45°～50°N處下沉。強(qiáng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，高原上空西風(fēng)急流減弱，高原南側(cè)東風(fēng)急流也減弱，春季西藏、云南、中南半島地區(qū)處在東亞高空急流的入口區(qū)右側(cè)，有利于發(fā)生垂直次級環(huán)流，高原上空為下沉氣流差值控制，沿著低空中南半島反氣旋環(huán)流差值東部的北風(fēng)差值在赤道地區(qū)上升，在高空沿著氣旋環(huán)流差值東部的南風(fēng)差值回流到下沉氣流差值中，形成高原南側(cè)的垂直經(jīng)圈環(huán)流差值，在700hPa反氣旋環(huán)流差值和垂直下沉氣流差值的作用下，不利于研究區(qū)域降水發(fā)生;強(qiáng)拉尼娜年，高原上空西風(fēng)急流加強(qiáng)，高原南側(cè)東風(fēng)急流也加強(qiáng)，沿著低空中南半島氣旋環(huán)流差值東部的南風(fēng)差值在高原南側(cè)形成上升氣流差值，其南側(cè)上升氣流差值在高空沿著反氣旋環(huán)流差值東部的北風(fēng)差值在赤道地區(qū)形成下沉氣流差值，形成與強(qiáng)厄爾尼諾事件完全相反的垂直經(jīng)圈環(huán)流差值，在700hPa氣旋環(huán)流差值和垂直上升氣流的作用下有利于研究區(qū)域降水的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過使用海溫、大氣和降水等數(shù)據(jù)，利用SEOF方法對熱帶太平洋海溫進(jìn)行時空分解，得到厄爾尼諾（拉尼娜）現(xiàn)象海溫的季節(jié)分布特征向量場和時間系數(shù)，進(jìn)一步探討其對西藏春季5月降水的影響，發(fā)現(xiàn)其與西藏5月降水量呈顯著負(fù)相關(guān)。厄爾尼諾（拉尼娜）發(fā)生年，中南半島低空700hPa出現(xiàn)反氣旋（氣旋）環(huán)流差值，研究區(qū)域低空的西風(fēng)（東風(fēng)）差值導(dǎo)致大氣可降水量偏少（多），高空印度北部為氣旋環(huán)流差值（高原上空為反氣旋環(huán)流差值）控制，研究區(qū)域大氣為下沉（上升）氣流控制，不（有）利于西藏5月降水的形成。

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收稿日期：2019-09-15

基金項目：西藏自治區(qū)科學(xué)技術(shù)廳自然基金項目（XZ2018ZRG-148）

作者簡介：洛桑旺姆（1974-），女（藏族），高級工程師，主要從事氣象服務(wù)，（電話）13908932533（電子信箱箱）805991733@qq.com;通信作者，達(dá)瓊，女（藏族），工程師，（電話）13989037370;普布卓瑪，女（藏族），工程師，（電話）13989985213。