春季厄爾尼諾快速衰減對華北夏季降水的影響

孔鈴涵 朱錦濤 趙樹云 王五科 馬馨宇

摘要 利用再分析的陸地降水、環(huán)流和輻射數(shù)據(jù)，以及表征大氣波動的指數(shù)，對比了1951—2020年期間El Nio春季快速衰減年和緩慢衰減年的東亞環(huán)流和華北夏季降水異常情況，并從大氣波動強度的角度探討了為何El Nio在一些年份的春季會發(fā)生快速衰減。結果表明，相較于其他不發(fā)生El Nio衰減的年份，El Nio春季快速衰減年華北7、8月的降水量顯著偏多，尤其是8月;而El Nio緩慢衰減年夏季，華北降水相較其他年份偏多不明顯。El Nio春季快速衰減年6—8月850 hPa上菲律賓到南海存在異常反氣旋，其強度強于El Nio緩慢衰減年;El Nio春季快速衰減年8月500 hPa西太平洋副熱帶高壓（西太副高）顯著偏北，而緩慢衰減年西太副高偏北的特征不明顯，而是以偏西為主;200 hPa副熱帶西風急流在El Nio春季快速衰減年8月顯著偏北，而在El Nio緩慢衰減年中反而略偏南;El Nio春季快速衰減年6—8月沃克環(huán)流顯著偏強，相比之下El Nio緩慢衰減年沃克環(huán)流偏強的特征要弱很多。上述環(huán)流異常特征為El Nio春季快速衰減年華北7—8月降水異常偏多提供了有利條件。通過近地面風場合成分析發(fā)現(xiàn)，春季El Nio快速衰減月前后，赤道中西太平洋異常東風爆發(fā)非常明顯，而El Nio緩慢衰減年的異常東風信號較弱。春季El Nio快速衰減前印度洋對流活動非常強盛，并向海洋性大陸傳播，這種對流可能通過不斷激發(fā)大氣波動，繼而引發(fā)近地面東風爆發(fā)，最終導致El Nio出現(xiàn)快速衰減。

關鍵詞El Nio;春季快速衰減;華北夏季降水;西太平洋副熱帶高壓；海氣相互作用

ENSO作為熱帶太平洋海氣系統(tǒng)年際變率的最強信號（Trenberth et al.，1998;陳衛(wèi)和陸日宇，2016;賀圣平等，2016;王黎娟等，2018;Jiang et al.，2019;Lu et al.，2019;鄭依玲等，2019;Song et al.，2021）與東亞夏季風的關系十分密切（Annamalai et al.，2005;Yang et al.，2007;薛峰等，2018;段欣妤等，2020），被認為是決定東亞夏季氣候年際變化的主要影響因子（Chou et al.，2009;Feng et al.，2014;Zhang et al.，2016），也是導致我國旱澇災害發(fā)生的重要因素（宗海鋒等，2010）。El Nio作為ENSO的正位相，通常在冬季發(fā)展至峰值，次年春夏季逐漸衰減。相較El Nio發(fā)展年，El Nio衰減年的西北太平洋夏季風異常更為明顯（Xie and Zhou，2017;Jiang et al.，2019）。ENSO事件的強度、衰減速度等細節(jié)也都會對東亞夏季風產生影響（趙樹云等，2017;Chen et al.，2019），進而影響中國東部各主雨帶的降水。

近年來關于ENSO影響中國降水的研究重點主要在于El Nio事件對梅雨的影響（馬音等，2012;Hu et al.，2017;Zheng and Wang，2021;Chu et al.，2022）。目前通常認為El Nio事件的次年夏季常表現(xiàn)出長江流域偏澇的特征（黃平和黃榮輝，2010;羅婷等，2019），西北太平洋異常反氣旋的發(fā)展和維持導致的西太平洋副熱帶高壓（后文簡稱西太副高）和水汽輸送偏強可能在其中起到了重要作用（陳艷麗等，2016;Chen et al.，2016;Li et al.，2017;趙俊虎等，2018;Xie and Wang，2020;Pan et al.，2021）。關于ENSO與華北夏季降水關系的研究相比長江流域少，Jiang et al.（2019）的工作在一定程度上解釋了其原因：將El Nio次年劃分為快速衰減年和緩慢衰減年后，發(fā)現(xiàn)緩慢衰減年只在長江流域出現(xiàn)夏季降水正異常，而快速衰減年夏季降水正異常同時出現(xiàn)在中國北方和長江流域。換言之，El Nio次年華北夏季降水異常經(jīng)常被梅雨的異常所掩蓋。例如，2020年的華北雨季降水量較常年同期偏多80％，其中8月降水量為1961年以來最多，但針對中國2020年降水的研究主要集中在6—7月的極端梅雨事件（超級暴力梅;Liu et al.，2020;劉蕓蕓和丁一匯，2020;Takaya et al.，2020;Pan et al.，2021;趙俊虎等，2021），很少有研究單獨分析同樣顯著偏多的華北雨季降水。華北雨季是中國東部季風雨帶的重要組成部分，通常始于7月中下旬，止于8月中上旬，這期間的華北降水量平均占到夏季總降水量的50％（趙樹云等，2017;于曉澄等，2019）。華北地處半濕潤到半干旱氣候區(qū)（丁一匯等，2013），對雨季降水異常相對敏感。因此，分析華北雨季降水異常的原因，對于氣候預測、防災減災等具有重要的指導價值。

華北地區(qū)的降水異常同樣與熱帶中、東太平洋的海溫變化顯著相關（于曉澄等，2019）。多數(shù)研究認為華北夏季降水在El Nio發(fā)展年偏少，而在El Nio衰減年偏多（Chou et al.，2009;Feng et al.，2014;李麗平等，2015;林大偉等，2016;趙樹云等，2017）。陳文等（2018）研究表明當熱帶中、東太平洋偏暖時（ENSO正位相）華北易發(fā)生干旱，而當該海區(qū)偏冷時（ENSO負位相）華北易發(fā)生洪澇。林大偉等（2016）從海溫外強迫因子的角度分析發(fā)現(xiàn)，若印度夏季降水偏強，且同期赤道中東太平洋處于La Nia位相時，有利于西太副高偏西偏北，導致華北夏季降水偏多。趙樹云等（2017）通過分析發(fā)現(xiàn)1961—2014年華北雨季降水最多的5 a中，有4 a都處于El Nio結束并轉為La Nia的年份。

前人關于ENSO影響華北夏季降水的研究，更多關注ENSO所處位相或者位相的轉換方向（黃平和黃榮輝，2010;林大偉等，2016），或僅針對若干華北極端降水年份進行分析（趙樹云等，2017），較少關注到El Nio或La Nia事件的變化節(jié)奏等因素。林大偉等（2016）建議進行華北夏季降水預測時，需要關注ENSO的具體演變特征。趙樹云等（2017）提出了ENSO位相轉換速度的重要性。不過，這些研究并沒有對ENSO在春季的演化速度以及對應的華北夏季降水異常做直接和系統(tǒng)的對比分析，而且也沒有進一步探討為什么ENSO會在春季快速衰減。強El Nio事件常伴隨著多次熱帶大氣季節(jié)內振蕩（Madden-Julian Oscillation，MJO）事件（Marshall et al.，2009）。Xie et al.（2009）研究認為印度洋偏暖狀態(tài)下，其上空偏強的對流活動可以通過激發(fā)開爾文波，將異常信號東傳至太平洋。因此，ENSO事件快速衰減的過程中是否存在MJO和開爾文波活動異常同樣值得探討。

基于上述梳理，本文試圖探討以下問題：1）El Nio春季快速衰減年的華北夏季降水有何異常？2）怎樣的異常環(huán)流特征引發(fā)了華北夏季的異常降水？3）El Nio在春季快速衰減可能的誘因？對以上問題的思考和回答，有助于進一步了解華北夏季降水與El Nio衰減的關系及背后的機理，為華北夏季降水預測提供參考。

1 資料和方法

1.1 資料簡介

本文主要采用的數(shù)據(jù)資料有：美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的月平均陸地降水重建資料PREC／L（Chen et al.，2002），空間分辨率為0.5°×0.5°;歐洲中期天氣預報中心（ERA5）的向外長波輻射（OLR），空間分辨率為0.25°×0.25°;美國氣候預測中心（CPC）的逐月Nio3.4指數(shù)及其三個月滑動平均值（ONI）;源于NOAA的全球月平均海表溫度重建資料ERSST.V5（Huang et al.，2017）;美國國家環(huán)境預報中心和美國國家大氣研究中心（NCEP／NCAR）發(fā)布的月平均位勢高度場、水平風場（U、V分量）、垂直速度場（Kalnay et al.，1996），逐日OLR，水平空間分辨率為2.5°×2.5°;澳大利亞氣象局（BOM）的逐日MJO經(jīng)驗正交分解的第一、二模態(tài)的時間系數(shù)（RMM1和RMM2）資料（Wheeler and Hendon，2004）。由于資料的時間范圍限制，MJO模態(tài)時間系數(shù)和逐日OLR的時間范圍為1979—2020年，其余數(shù)據(jù)均取1951—2020年作為時間范圍（與Nio3.4指數(shù)的時間范圍一致）。本文主要采用了合成分析的統(tǒng)計診斷方法，以除El Nio衰減年以外的年份（后文稱“其他年份”）作為氣候態(tài)參照。

1.2 華北地區(qū)選取范圍

根據(jù)中國氣象局預報與網(wǎng)絡司2014年發(fā)布的《華北雨季監(jiān)測業(yè)務規(guī)定》（氣預函（2014）117號），目前氣象業(yè)務中使用的華北地區(qū)范圍覆蓋了北京、天津、河北（京津冀）、山西及內蒙古的部分地區(qū)，共包含236個代表站（圖1）。該規(guī)定所劃定的華北范圍相比國家“九五”科技重點攻關項目“我國短期氣候預測系統(tǒng)的研究”中規(guī)定的華北范圍偏北一些，后者包含了河南北部和山東省。由于本文所用資料均為格點數(shù)據(jù)，為了方便計算，選取圖1中的矩形區(qū)域作為華北地區(qū)范圍，即以山西省的西端和南端作為華北的西端和南端，以河北省的東端和北端作為華北的東端和北端（110.24°～119.85°E，34.80°～42.68°N）。這個范圍綜合了華北雨季新的業(yè)務檢測范圍和“九五”科技重點公關項目所劃定的華北范圍。

1.3 MJO強度計算方法

為了討論El Nio在春季快速衰減的原因，分析了MJO的活動強度。根據(jù)李汀等（2012）的計算方法，MJO的逐日強度（RMM指數(shù)）可以由RMM1和RMM2計算得到：

RMM=RMM12+RMM22。

一般認為該值超過0.9或1.0為一次強MJO事件。

1.4 開爾文波提取方法

關于開爾文波的提取，首先通過波數(shù)和頻域濾波研究OLR的赤道波分布特征，然后再將開爾文波單獨提取出來，詳細信息見Wheeler and Kiladis（1999），這里僅對主要步驟做簡要介紹。

先將多年OLR數(shù)據(jù)分割成以96 d為窗口的時間段，并移除每個時間窗口內季節(jié)周期的前三個諧波信號以及均值和線性趨勢。接著，對以上處理的各時段數(shù)據(jù)在經(jīng)度和時間上進行快速傅立葉變換，獲得每個緯度的原始波數(shù)頻譜，并在15°S～15°N之間求和以及將所有時段求平均，再除以其紅色噪聲背景估計值，獲得最終的波數(shù)頻譜。最后，根據(jù)淺水方程找到開爾文波的波頻區(qū)域，從而獲得提取開爾文波的具體參數(shù)，即緯向行星波數(shù)為1～10，周期為3～15 d，等效深度為12～90 m，與Wheeler and Kiladis（1999）基本一致。確定好開爾文波的濾波參數(shù)后，對全時次的OLR數(shù)據(jù)進行重新處理以提取開爾文波，將OLR數(shù)據(jù)處理成關于赤道對稱，最后利用提取得到的開爾文波參數(shù)在特定區(qū)域內進行快速傅里葉變換，從而獲得逐日的開爾文波信號。

2 華北夏季降水與春季El Nio快速衰減的關系

趙樹云等（2017）發(fā)現(xiàn)在1961—2015年中，所有El Nio衰減后當年轉為La Nia的年份的1—8月Nio3.4平均下降速度為0.3 ℃。本文更關注春季El Nio單月的快速衰減，因此將Nio3.4單月下降速度的標準設為平均下降速度的兩倍。根據(jù)CPC的Nio3.4指數(shù)資料，從1951—2020年中挑選出春季出現(xiàn)過單月衰減超過0.6 ℃的年份（共9 a，以下簡稱快速衰減年），分別為1954、1964、1966、1973、1988、1998、2010、2016和2020年。根據(jù)國家氣候中心的劃分標準，以上9 a的前一個冬季均發(fā)生過El Nio事件。其他15個El Nio事件的次年（以下簡稱緩慢衰減年）分別為1952、1958、1959、1969、1970、1977、1978、1980、1983、1992、1995、2003、2005、2007和2019年。將研究時段內的其余46個非El Nio衰減年簡稱為其他年份。

圖2給出了快速衰減年和緩慢衰減年的Nio3.4指數(shù)逐月變化情況，可以發(fā)現(xiàn)以下特征：1）快速衰減年Nio3.4指數(shù)在春季存在明顯的快速衰減過程，而緩慢衰減年的Nio3.4指數(shù)則表現(xiàn)為平緩下降的特征;2）快速衰減年Nio3.4指數(shù)正位相結束較早，最早3月結束，最晚6月結束;而緩慢衰減年Nio3.4指數(shù)正位相結束較晚，最早在4—5月，部分年份直到該年12月依然維持著ENSO正位相;3）大多數(shù)快速衰減年在夏季轉為La Nia狀態(tài);而緩慢衰減年轉入La Nia狀態(tài)的時間較晚，且多半年份自始至終沒有轉為La Nia狀態(tài);4）快速衰減年的年初El Nio事件強度整體偏強一些，說明強El Nio事件春季發(fā)生快速衰減的可能性更大。不過也有例外，如1983年前冬發(fā)生過超強El Nio事件，然而當年Nio3.4指數(shù)下降仍然很慢。

利用NOAA的月平均陸地降水重建資料（PREC／L），對快速衰減年、緩慢衰減年和其他年份的華北夏季降水分別進行統(tǒng)計分析。從快速衰減年和緩慢衰減年夏季降水量異常的空間分布（圖3）中可以發(fā)現(xiàn)，快速衰減年7、8月華北地區(qū)降水量顯著偏多;而緩慢衰減年華北夏季降水異常值非常小，且大多區(qū)域沒有通過顯著性檢驗?？焖偎p年6月，降水正異常中心位于長江以南;7月除了華北地區(qū)降水顯著正異常之外，更為明顯的是長江流域的降水偏多;8月華北降水偏多最為顯著，而長江中下游、淮河以及江南北部降水顯著偏少。降水正異常中心似乎也在隨著季風向北推進，這個結果與Jiang et al.（2019）的發(fā)現(xiàn)是一致的。從 3類年份華北地區(qū)夏季降水量琴狀圖（圖4）也可以看出，快速衰減年和緩慢衰減年6月的華北降水量均與其他年份差別不大。但是，快速衰減年7月和8月的華北降水明顯多于其他年份，其降水量中值偏多超過30 mm，25％分位點明顯高于其他年份的中值;尤其是8月，快速衰減年的最小值甚至高于其他年份的中值。這說明快速衰減年7月和8月華北降水偏多是顯著的。琴狀圖還可以反映降水的概率密度分布曲線，可以看出，快速衰減年7、8月華北降水的概率密度曲線相比其他年份明顯向大值偏移。相比之下，緩慢衰減年華北地區(qū)7、8月的降水量異常并不明顯，其8月的降水中值僅高于其他年份10 mm左右。

3 華北降水異常對應的環(huán)流特征

為了探討El Nio春季快速衰減年華北盛夏降水顯著偏多的原因和機理，從對流層低層（850 hPa）風場、中層（500 hPa）位勢高度和高層（200 hPa）急流進行環(huán)流異常分析，并與緩慢衰減年進行對比。

圖5給出了500 hPa位勢高度場異常和850 hPa風場異常，可以看出快速衰減年的異常環(huán)流特征相較緩慢衰減年更為明顯。快速衰減年6—8月菲律賓到南海850 hPa上有一個異常反氣旋維持，這與Jiang et al.（2019）中El Nio衰減年夏季西北太平洋出現(xiàn)異常反氣旋的結論一致，同時該異常反氣旋也是整個夏季西太副高偏西、赤道太平洋沃克環(huán)流偏強的表現(xiàn)。6月，異常反氣旋西北側的西南暖濕氣流影響范圍比較小，僅覆蓋到我國華南地區(qū)（圖5a）;7月，500 hPa位勢高度在150°E東側中緯度出現(xiàn)正異常，表明150°E以東的副高部分開始偏北，西北太平洋異常反氣旋有所北移，反氣旋西北側的西南氣流影響范圍隨之北擴，已經(jīng)越過了長江（圖5b）。赤道西太平洋低層東風異常也較6月更強，對應沃克環(huán)流的增強（圖7b）;8月，日本以東500 hPa位勢高度出現(xiàn)顯著正異常，表明西太副高顯著偏北，華北地區(qū)南部850 hPa出現(xiàn)明顯的西南風異常（圖5c）。從西太副高脊線的平均位置上看，快速衰減年較其他年份8月偏北4°以上（圖略）。緩慢衰減年夏季西北太平洋反氣旋正異常偏弱，西太副高的位置也比快速衰減年偏南，西南暖濕氣流的影響范圍小而且強度遠小于快速衰減年（圖5d—f）。

從中緯度200 hPa西風急流的異常上看，快速衰減年6月華北地區(qū)上空出現(xiàn)東風異常，7月轉為西風異常，但二者均未通過顯著性檢驗（圖6a和6b）。8月，華北地區(qū)東部20 m·s-1等風速線偏北，且45°N以北為顯著的西風異常，45°N以南為顯著的東風異常（圖6c）。這意味著快速衰減年8月高空西風急流的位置偏北，而且華北位于異常西風急流的右后側。根據(jù)急流附近的次級環(huán)流分布特征，高空急流入口區(qū)的右側是輻散區(qū)。因此，快速衰減年8月200 hPa偏北的西風急流可以為華北地區(qū)提供很好的高空輻散條件，有利于對流的發(fā)生。與快速衰減年不同，緩慢衰減年8月華北上空200 hPa西風急流偏南（圖6f）。

從赤道太平洋沃克環(huán)流異常來看，快速衰減年6—8月沃克環(huán)流偏強，60°～150°E上升運動增強，150°～120°W下沉運動增強（圖7a—c）。緩慢衰減年也表現(xiàn)為沃克環(huán)流增強，但是異常上升和下沉運動的影響范圍相比快速衰減年偏小，強度也偏弱（圖7d—f）。在太平洋暖池地區(qū)，沃克環(huán)流增強對應著低層異常東風（圖5）和高層的異常西風（圖6），低緯度高低空風場的異?？赡芡ㄟ^經(jīng)向波列影響中緯度系統(tǒng)的南北位置。黃榮輝等（2005）發(fā)現(xiàn)西太平洋暖池附近對流偏強有利于西太副高北跳偏早和東亞夏季風偏強。趙樹云等（2017）認為在El Nio快速衰減年沃克環(huán)流的增強導致西太平洋對流增強，然后通過經(jīng)向上的Hadley環(huán)流引起東亞中緯度系統(tǒng)向北偏移，如西太副高和高空急流。不過，以上解釋都是基于對過去資料的統(tǒng)計分析，尚未得到數(shù)值模式的驗證。除了低緯度地區(qū)海溫、對流和風場異常的影響外，中緯度地區(qū)的海溫條件對西太副高和高空急流的南北位置是否也存在一定的影響，還需要未來進一步研究。

4 El Nio春季快速衰減的影響因子

分別在快速衰減年和緩慢衰減年中選取Nio3.4指數(shù)下降幅度最大的月，下降前定義為第0月，下降后為第1月，然后向前向后各取兩個月，分別記為第-2到第3月。然后，對各月10 m緯向風、OLR、和MJO強度異常等進行合成分析。

圖8給出了第-2到第3月低緯地區(qū)10 m緯向風異常的空間分布，從中可以看出，在快速衰減年第-2月時，赤道太平洋表現(xiàn)為顯著的西風異常，東印度洋至菲律賓則開始出現(xiàn)明顯的異常東風（圖8a）。到了El Nio快速衰減的第1月，東風異常的大值區(qū)已經(jīng)東移至加里曼丹島以東，與此同時赤道太平洋上的異常西風幾乎消失（圖8d）。El Nio快速衰減后的第2至第3月，雖然異常東風的中心僅東移至菲律賓以東，但是其范圍卻擴展到了赤道中東太平洋（圖8e—f）。由此可見，El Nio春季的快速衰減發(fā)生在異常東風爆發(fā)并東傳的過程中。相比之下，緩慢衰減年第-2至第3月也表現(xiàn)出赤道太平洋異常西風減弱和異常東風東傳，但是異常東風的強度要弱很多（圖8g—l），而且在第2和第3月，Nio3.4區(qū)幾乎沒有通過顯著性檢驗的格點（圖8k、l）。這也解釋了為什么大部分快速衰減年夏季赤道中東太平洋轉入了La Nia狀態(tài)，而大部分緩慢衰減年則維持在中性狀態(tài)（圖2）。

什么原因引起了快速衰減年東印度洋至西太平洋的東風爆發(fā)及東傳？有研究指出，對流活動可以激發(fā)MJO和開爾文波沿著赤道附近向東傳播（McPhaden and Yu，1999;Zhang and Gottschalck，2002;Seo and Xue，2005;Qu and Huang，2012;Lybarger and Stan，2019;郝立生等，2020），而這些季節(jié)內震蕩表現(xiàn)在風場上正是東西風異常的交替。因此，我們給出了春季Nio3.4指數(shù)快速衰減前后OLR、MJO強度和赤道印度洋地區(qū)開爾文波異常情況（圖9—10）。

從圖9a可以看出，在第-2月，赤道印度洋和太平洋對流偏強，海洋性大陸對流偏弱。隨著時間推移，赤道印度洋上對流始終偏強，但是海洋性大陸的對流抑制逐漸減弱，同時赤道太平洋上的對流也逐漸減弱。到了Nio3.4指數(shù)快速衰減后的第1月，加里曼丹島以西已經(jīng)成為對流活躍區(qū)，而Nio3.4區(qū)原來活躍的對流已經(jīng)完全消失（圖9d）。緩慢衰減年也表現(xiàn)為海洋性大陸對流抑制逐漸消失，而赤道太平洋對流逐漸減弱的特征，但是和快速衰減年相比，印度洋并沒有表現(xiàn)出對流顯著持續(xù)偏強的特征（圖9g—l）。通過對海表溫度和印度洋全區(qū)一致模指數(shù)的合成分析也發(fā)現(xiàn)，快速衰減年春季，印度洋海表顯著偏暖;而緩慢衰減年，印度洋春季偏暖并不顯著（圖略）。溫暖的洋面更容易激發(fā)出活躍的對流，使得快速衰減年在印度洋上空表現(xiàn)為對流活動持續(xù)偏強（圖9），并向海洋性大陸東傳。這種對流很可能通過不斷激發(fā)大氣波動，進而在其東側引發(fā)顯著的東風爆發(fā)現(xiàn)象，而赤道東風的爆發(fā)最終引起了El Nio春季的快速衰減?？焖偎p年印度洋海表偏暖且對流偏活躍的異常信號可以維持到7—8月（圖略），這種強迫的存在可以不斷激發(fā)熱帶大氣季節(jié)內震蕩并東傳，導致熱帶異常東風和沃克環(huán)流強于緩慢衰減年，進而通過影響副高和高空急流的位置造成華北雨季降水明顯偏多。

通常認為MJO年際異常可以影響ENSO（李崇銀等，2013;Xie et al.，2016）。將代表MJO強度的RMM逐日資料處理為月數(shù)據(jù)后，得到快速衰減年和緩慢衰減年MJO強度逐月的異常特征（圖10a、b）。可以看到，快速衰減年第0月之前MJO強度偏強，而在El Nio快速衰減之后MJO強度出現(xiàn)大幅下降，轉為明顯的負異常，但第1月后又逐漸增強;而緩慢衰減年的MJO強度在Nio3.4指數(shù)衰減前后一直保持負異常狀態(tài)，在第1月之后強度有所增強。

大氣開爾文波對印度洋異常信號的東傳同樣發(fā)揮著重要作用，偏暖的印度洋海表會激發(fā)斜壓開爾文波并東傳至太平洋，在赤道西太平洋附近形成異常偏東風（Xie et al.，2009）。將從低緯地區(qū)OLR中提取的開爾文波（1.4節(jié)）逐日資料以20 d為窗口求方差來代表開爾文波強度，選取赤道印度洋地區(qū)（45°～110°E，5°S～5°N）求平均。和MJO強度一樣將開爾文波強度日數(shù)據(jù)處理為月平均數(shù)據(jù)，對比異常衰減年和緩慢衰減年第-2至第3月的逐月異常特征（圖10c、d）?？梢钥吹娇焖偎p年的第0月之前，開爾文波同樣表現(xiàn)為偏強的狀態(tài)，El Nio快速衰減之后，開爾文波的強度有所減弱;而緩慢衰減年的第-2月，開爾文波處在偏弱狀態(tài)，第0至第1月出現(xiàn)偏強特征，之后又轉為了偏弱狀態(tài)。

綜上所述，快速衰減年印度洋上空對流持續(xù)偏強，Nio3.4指數(shù)快速衰減前，MJO和開爾文波都表現(xiàn)為偏強的特征，這有利于印度洋異常信號的東傳，異常東風爆發(fā)現(xiàn)象也在同一時間出現(xiàn)并在之后快速發(fā)展;而緩慢衰減年印度洋上對流沒有顯著的偏強特征，MJO強度反而偏弱，開爾文波強度雖達到過偏強狀態(tài)但不及快速衰減年明顯，相對而言兩者不利于信號東傳，赤道太平洋也就沒有出現(xiàn)顯著的東風爆發(fā)現(xiàn)象。需要指出的是，MJO和開爾文波的周期通常僅為十幾天，所以對兩者的研究一般以日為單位。這里為了與Nino3.4指數(shù)資料統(tǒng)一時間分辨率，以月為單位分析二者的強度的異常。這樣的處理方法雖然存在局限性，但是基本能夠定性反映赤道大氣波動的活躍程度。

5 結論和討論

本文將1951—2020年劃分為El Nio春季快速衰減年、緩慢衰減年和其他年份三組。通過合成分析發(fā)現(xiàn)，相較緩慢衰減年和其他年份，快速衰減年華北雨季降水量顯著偏多，尤其在8月。通過診斷分析發(fā)現(xiàn)，快速衰減年夏季850 hPa菲律賓到南海的異常反氣旋和7—8月西太副高偏西偏北有利于來自熱帶的暖濕空氣輸送至華北，為華北地區(qū)提供良好的水汽條件，赤道太平洋偏強的沃克環(huán)流推動西風急流軸偏北，使得處于異常急流軸西南側的華北地區(qū)高空輻散條件更好，出現(xiàn)更活躍的對流活動;緩慢衰減年在一些方面存在類似的特征但并不顯著，不足以對華北雨季降水構成顯著影響。

從印度洋異常對流活動和大氣波動信號東傳角度討論El Nio快速衰減的影響因子，發(fā)現(xiàn)在Nio3.4指數(shù)快速衰減前后，西太平洋出現(xiàn)了異常的東風爆發(fā)現(xiàn)象，而緩慢衰減年東風爆發(fā)的現(xiàn)象并不明顯。進一步分析發(fā)現(xiàn)，快速衰減年印度洋上空對流持續(xù)偏強并有向海洋性大陸東傳的趨勢，且Nio3.4指數(shù)快速衰減前MJO和開爾文波均表現(xiàn)為偏強特征，有利于印度洋異常對流引發(fā)的大氣波動東傳至太平洋，并通過異常東風的爆發(fā)引起El Nio快速衰減。這表明El Nio春季快速衰減的氣候影響并非是由赤道太平洋單獨完成的，印度洋海溫異常在其中扮演了重要角色。印度洋與中東太平洋海溫有協(xié)同變化的現(xiàn)象，快速衰減年印度洋上空持續(xù)偏強的對流可能與這些年份前冬El Nio整體偏強有關（圖2），即赤道印度洋的“電容器效應”（Xie et al.，2009）。但是，2020／2021年冬季發(fā)生了一次弱的El Nio事件，2021年春夏季印度洋卻異常偏暖，這體現(xiàn)了印度洋海溫變化也具有一定的獨立性，而這部分變化的影響因素值得進一步探討。

嘗試用一些CMIP6海-氣耦合模式結果驗證El Nio春季快速衰減對我國夏季降水的影響，發(fā)現(xiàn)與觀測結論并不完全一致，主要是對副高位置的模擬不是很準確，副高偏西的特征基本能夠模擬出來，但是8月副高偏北的特征模擬效果不好。這意味著El Nio春季快速衰減影響華北雨季降水的具體機制更為復雜，可能涉及中緯度海-氣相互作用對El Nio快速衰減的響應，而氣候模式對這些過程的模擬還存在不足。未來我們還需要進一步細化氣候系統(tǒng)中與ENSO循環(huán)相關的信號，例如太平洋和大西洋的?！獨庀嗷プ饔谩Ｈ绻谖磥淼难芯恐忻鞔_以上細節(jié)，并在數(shù)值模式中得以驗證，對El Nio次年華北地區(qū)雨季降水的預測可能會取得更好的效果。

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Effects of the fast decay of El Nio in spring on North China precipitation in summer

KONG Linghan1，ZHU Jintao1，ZHAO Shuyun1，2，WANG Wuke1，2，MA Xinyu1

1Department of Atmospheric Science，School of Environmental Studies，China University of Geosciences，Wuhan 430078，China;

2Department of Atmospheric Science，CMA-CUG Joint Centre for Severe Weather and Climate and Hydrogeological Hazards，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China

Abstract Based on reanalysis datasets of land precipitation，circulation，radiation，and indices representing atmospheric waves，anomalies of the East-Asian circulation and the summer precipitation in North China of the years in which El Nio decayed fast in spring are compared with those of El Nio slow decaying years between 1951—2020;And the reason why El Nio decayed fast in spring in some years was discussed from the perspective of atmospheric wave intensity.Results show that，compared with the other years without El Nio decaying，the precipitation in North China in July and August of the fast decaying years are significantly greater，especially in August.In contrast，the summer precipitation in North China are not significantly greater in the slow decaying years.There was an anomalous anticyclone at 850 hPa over the Philippines to the South China Sea from June to August in the fast decaying years，which was much stronger than that in the slow decaying years.The western Pacific subtropical high （WPSH） at 500 hPa was significantly northward-displaced in August in the fast decaying years，while the WPSH in the slow decaying years was more westward rather than northward.The 200 hPa subtropical westerly jet in August of the fast decaying years was significantly northward，while the corresponding westerly jet in the slow decaying years was slightly southward.And the Walker Circulation from June to August in the fast decaying years was much stronger than that in the slow decaying years.These circulation anomalies in the fast decaying years provided favorable conditions for more precipitation in North China from July to August.According to the composite analysis of near-surface wind，the outbreak of anomalous equatorial easterly wind occurred around the month in which El Nio decayed fast over the Western and Central Pacific.However，in the slow decaying years，the anomalous equatorial easterly wind was much weaker and unsignificant.The convection over the Indian Ocean remained active and spread to the Maritime continent during the fast decay of El Nio.Such continuous active convection very likely induced the outbreak of anomalous near-surface easterly wind by triggering atmospheric waves，and consequently resulted in the fast decay of El Nio.

Keywords El Nio;fast decay in spring;summer precipitation in North China;air-sea interaction;western Pacific subtropical high

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20220701001

（責任編輯：張福穎）