華南春季旱澇與海溫的關(guān)系

彭窈，譚勇展，彭勁洪，何彬，譚浩宇

（1.清遠(yuǎn)市清新區(qū)氣象局，廣東清遠(yuǎn) 511800；2.廣東普天防雷檢測有限責(zé)任公司佛山分公司，廣東佛山 528500；3.英德市氣象局，廣東英德 513000；4.連南縣氣象局，廣東連南 513300）

華南旱澇頻繁，影響因子較多，其中太平洋海溫異常是導(dǎo)致其發(fā)生的關(guān)鍵［1-4］。熊英等［5］發(fā)現(xiàn)西北太平洋海溫持續(xù)偏暖易引發(fā)冬春連旱，熱帶東太平洋海溫持續(xù)偏暖易引發(fā)冬春連澇。當(dāng)春季赤道東太平洋海溫異常偏冷、北太平洋海溫異常偏暖，會形成廣東春季干旱的大氣環(huán)流條件［6］。前期太平洋海溫對于華南地區(qū)的旱澇變化更是具有重要的預(yù)報指示意義，當(dāng)前冬-春季熱帶中太平洋、北太平洋中部海域的海溫異常增暖時，容易導(dǎo)致華南4—5月出現(xiàn)持續(xù)性干旱事件［7］。

諸多學(xué)者將華南地區(qū)作為一個整體，研究旱澇平均態(tài)與海溫的關(guān)系，較少討論海溫對華南各地旱澇變化的影響，本研究著重討論海溫與華南各地旱澇的關(guān)系。

1 資料與方法

本研究中華南地區(qū)包括廣東和廣西，定義春季為3—5月；采用國家氣象信息中心提供的氣象觀測站1961—2021年逐月降水、氣溫資料，剔除氣候資料不連續(xù)的站點(diǎn)，最后選取出42個站點(diǎn)。海溫場資料采用NOAA提供的1960—2021年全球月平均海表面溫度（SST V5）數(shù)據(jù)，網(wǎng)格距為2.0°×2.0°。

利用氣候資料計算華南春季標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（SPEI），用于表征各地旱澇情況。SPEI考慮了水分平衡對干旱的影響，具有溫度敏感性，適用于多種時間尺度和不同的空間地域，能較好地體現(xiàn)華南旱澇特征［8］，也能夠表現(xiàn)出華南干旱和洪澇災(zāi)害的典型年份，其劃分的旱澇等級見表1。

表1 SPEI的旱澇等級劃分

指標(biāo)原理和計算方法詳見參考文獻(xiàn)［9-10］。采用相關(guān)分析、奇異值分解（SVD）［11-12］分析旱澇與前冬、同期春季海溫的關(guān)聯(lián)性，再利用2016—2021年前冬海溫場與平均態(tài)的差值，檢驗前期海溫異常與華南春季旱澇的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 海溫與華南春季旱澇的奇異值分解

將前1年全球冬季海溫距平場與華南春季SPEI場進(jìn)行SVD分析，所得前4個模態(tài)的方差貢獻(xiàn)分別為42.61%、33.69%、4.13%、3.48%。由第1模態(tài)異質(zhì)相關(guān)空間分布（圖1a-b）可知，左場前冬海溫距平的分布型（圖1a）與其EOF分解第1模態(tài)的空間分布型（圖略）相似，說明采用SVD討論兩者關(guān)系是可靠的。由圖1a可以看出，北太平洋中部和南太平洋存在顯著正相關(guān)區(qū)，熱帶中東太平洋和馬來群島海域存在顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，類似拉尼娜分布型；春季SPEI場的相關(guān)系數(shù)大體呈自東向西遞增態(tài)勢（圖1b），雷州半島、廣西西部到南部一帶為正值區(qū)，其余地區(qū)為負(fù)值區(qū)，其中約112°E以東負(fù)相關(guān)系數(shù)顯著。由第2模態(tài)異質(zhì)相關(guān)空間分布圖（圖1c-d）可知，阿拉斯加灣、赤道太平洋和熱帶大西洋存在顯著正相關(guān)區(qū)，東太平洋存在顯著負(fù)相關(guān)區(qū)（圖1c）；廣東中部至北部、廣東東南部沿海為正值區(qū)，華南其余地區(qū)為負(fù)值區(qū)，其中廣西西部和中南部、雷州半島負(fù)相關(guān)系數(shù)顯著（圖1d）。

圖1 前冬海溫距平場與華南春季SPEI場的SVD異質(zhì)相關(guān)圖第1（a、b）和第2（c、d）模態(tài)的海溫場（a、c）和華南春季SPEI（b、d）

將前1年全球春季海溫距平場與華南春季SPEI場進(jìn)行SVD分析，所得前4個模態(tài)的方差貢獻(xiàn)分別為46.94%、31.72%、3.86%、3.30%。由第1模態(tài)異質(zhì)相關(guān)空間分布（圖2a-b）可知，北太平洋中部、赤道西太平洋存在顯著正相關(guān)區(qū)，熱帶中東太平洋、我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸存在顯著負(fù)相關(guān)區(qū)，類似于拉尼娜分布型（圖2a）；華南春季SPEI場的相關(guān)系數(shù)空間分布（圖2b）與前冬SVD（圖1b）的特征相似，大體呈自東向西遞增態(tài)勢，雷州半島南部、廣西西部為正值區(qū)，其余地區(qū)為負(fù)值區(qū)，其中約111°E以東負(fù)相關(guān)系數(shù)顯著。由第2模態(tài)異質(zhì)相關(guān)空間分布（圖2c-d）可知，印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋存在顯著正相關(guān)區(qū)（圖2c）；春季SPEI場的相關(guān)系數(shù)大體呈自東向西遞減態(tài)勢，廣西西部和中南部、雷州半島存在顯著負(fù)相關(guān)區(qū)（圖2d）。

前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場的SVD第1、2模態(tài)方差貢獻(xiàn)都超過31%，均通過了蒙特卡洛檢驗，說明海溫與華南春季旱澇變化具有持續(xù)的顯著關(guān)聯(lián)性，其余模態(tài)方差貢獻(xiàn)明顯減小，本研究不予考慮。兩次SVD的第1模態(tài)為主要模態(tài)，其中太平洋海溫特征具有相似性，最明顯的是東太平洋海溫在冬春兩季為持續(xù)的顯著負(fù)相關(guān)系數(shù)。當(dāng)前冬-春季熱帶中東太平洋海溫持續(xù)異常偏冷時，我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸逐漸異常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐漸異常偏暖時，華南東部春季異常偏旱；反之，華南東部春季異常偏澇，該研究結(jié)果與周明森等［7］、伍紅雨等［13］相似。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄爾尼諾）事件有利于華南東部春季偏旱（澇），揭示了太平洋ENSO振蕩對華南東部春季旱澇變化具有持續(xù)性的重要影響。北太平洋中部、赤道西太平洋和北美洲西沿岸春季的相關(guān)系數(shù)大小和范圍較冬季明顯增大，且北太平洋與東太平洋、北美洲西沿岸呈反位相分布，揭示了太平洋年代際振蕩（PDO）對華南東部春季旱澇變化的影響逐漸加強(qiáng)，在PD0“冷相位”（“暖相位”）期間，西太平洋偏暖（冷）、東太平洋偏冷（暖），有利于華南東部春季偏旱（澇）。兩次SVD的第2模態(tài)為次要模態(tài)，當(dāng)印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋海溫持續(xù)異常偏暖時，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏旱；反之，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏澇。

2.2 近5年前冬海溫與華南春季旱澇關(guān)聯(lián)性檢驗

統(tǒng)計2017—2021年逐年前冬海溫與多年平均態(tài)的溫差、逐年華南春季SPEI值空間分布，再結(jié)合旱澇災(zāi)害實況，對近5年前冬海溫與華南春季旱澇關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢驗，以揭示前期海溫對旱澇預(yù)測的指示意義。分析發(fā)現(xiàn)，2016、2019年冬季海溫與平均態(tài)的溫差較小，2017、2020年華南春季全區(qū)域旱澇整體不明顯。

2017、2020年冬季（圖3a、圖4a）東太平洋異常偏冷，北太平洋中部異常偏暖，與SVD第1模態(tài)前冬海溫場型（圖1a）相似。根據(jù)實況，2018年廣東開汛晚，5月6日入汛前廣東降水偏少超30%，各地出現(xiàn)了不同程度的氣象干旱。2018年華南春季平均SPEI值為-0.89，大體呈西高東低型態(tài)分布，干旱頻率66.7%、洪澇頻率9.5%，華南中東部大范圍達(dá)中旱以上（圖3b），與SVD第1模態(tài)SPEI場（圖1b）空間分布特征相似。2020年10月—2021年5月華南發(fā)生秋冬春干旱，其中廣東降水減少程度和干旱持續(xù)時間為近58年所罕見，粵東受災(zāi)尤為突出，干旱導(dǎo)致多地生活生產(chǎn)用水困難［13］。2021年華南春季平均SPEI值為-1.34，干旱頻率81%、洪澇頻率0%，除偏北地區(qū)正常，華南其余地區(qū)達(dá)中旱以上，其中華南東部-中部為大范圍重旱（圖4b）。分析認(rèn)為，前冬海溫異常對華南春季SPEI預(yù)測具有可靠性，旱澇預(yù)測結(jié)果與實況相符。

圖3 2017年冬季溫差（a）和2018年華南春季SPEI（b）空間分布

圖4 2020年冬季溫差（a）和2021年華南春季SPEI（b）空間分布

2018年冬季（圖5a）太平洋大范圍異常偏暖，太平洋偏東存在小范圍偏冷海域，溫差空間分布與SVD第2模態(tài)前冬海溫距平場（圖1c）空間分布特征相似。2019年華南春季平均SPEI值1.03，干旱頻率0%、洪澇頻率73.8%，雷州半島、廣西南部為正常，華南其他地區(qū)一致偏澇，其中廣東中北部、廣西偏北地區(qū)達(dá)重澇以上（圖5b），與SVD第2模態(tài)SPEI場（圖1d）的正值區(qū)（洪澇區(qū)）相對應(yīng)，但并未通過顯著性檢驗，亦未能表現(xiàn)出顯著偏旱區(qū)域，進(jìn)一步說明SVD第2模態(tài)為次要模態(tài)，對華南春季旱澇預(yù)測的指示性較差。

圖5 2018年冬季溫差（a）和2019年華南春季SPEI（b）空間分布

3 結(jié)論

1）前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場SVD第1模態(tài)為主要模態(tài)。當(dāng)前冬-春季熱帶中東太平洋海溫持續(xù)異常偏冷時，我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸逐漸異常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐漸異常偏暖時，華南東部春季異常偏旱；反之，則異常偏澇。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄爾尼諾）事件有利于華南東部春季偏旱（澇），即太平洋ENSO振蕩對華南東部春季旱澇變化具有持續(xù)性的重要影響。太平洋年代際振蕩（PDO）對華南東部春季旱澇變化的影響逐漸加強(qiáng)，PDO“冷相位”（“暖相位”）期間，西太平洋偏暖（冷）、東太平洋偏冷（暖），有利于華南東部春季偏旱（澇）。

2）前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場的SVD第2模態(tài)為次要模態(tài)。當(dāng)印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋海溫持續(xù)異常偏暖時，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏旱；反之，則異常偏澇。

3）對近5年前冬海溫與華南春季旱澇關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢驗，發(fā)現(xiàn)冬季海溫異常年份（2017、2020、2018年）對次年華南春季SPEI場分布的影響與SVD分析結(jié)果一致，且SVD第1模態(tài)預(yù)測結(jié)果較優(yōu)。前冬典型海溫分布特征可用于預(yù)測華南春季旱澇年份，其中前冬太平洋對華南春季旱澇事件預(yù)測具有重要指示意義。