ENSO 與長江流域徑流演變的遙相關(guān)機(jī)理分析

摘要： 厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）對(duì)長江流域徑流演變具有顯著影響。深入解析這種影響不僅有助于揭示長江流域徑流的演變規(guī)律，也對(duì)于理解其遙相關(guān)機(jī)理具有重要的科學(xué)意義。本研究利用非齊次隱馬爾可夫模型（NHMM）對(duì)太平洋海表溫度異常（SSTA）進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，識(shí)別出5 種ENSO 狀態(tài)，分析了不同狀態(tài)下的徑流、降水和環(huán)流數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，在強(qiáng)厄爾尼諾期間，中國東部的水分匯聚及反氣旋現(xiàn)象導(dǎo)致大量水汽輸送至長江中下游，引發(fā)異常降水，增加徑流量；而強(qiáng)拉尼娜期間，長江流域西南和西北部地區(qū)因北緯10°附近的水汽帶和氣旋影響，出現(xiàn)異常降水；大氣垂直速度和位勢(shì)高度與水汽輸送的分布一致。本研究有助于提升長江流域中長期徑流預(yù)報(bào)精度，并為防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： 徑流演變；ENSO；大氣環(huán)流；非齊次隱馬爾可夫模型；遙相關(guān)

中圖分類號(hào)： TV121;P339 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1001-6791（ 2024） 05-0784-10

受全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響，近年來中國洪水、暴雨、干旱等極端天氣事件頻發(fā)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的日常生活造成了嚴(yán)重的不利影響[[1-2]。長江流域因其特殊地理位置，近年來受氣候變化影響巨大[3]。因此，分析長江流域徑流的演變規(guī)律具有極其重要的意義。

在眾多大尺度氣候環(huán)流因子中，ENSO（ El Ni?o-Southern Oscillation）是不可忽視的模式之一。它不僅是赤道太平洋海表溫度異常的重要原因之一，還是陸地氣候產(chǎn)生異常的關(guān)鍵因素[4]，對(duì)長江流域徑流變化有著重要影響[5-7]。近年來，國內(nèi)外對(duì)中國流域徑流的研究主要集中在東部型厄爾尼諾（EP）和中部型厄爾尼諾（CP）[8]。王黎娟等[9] 研究了2 種類型ENSO 對(duì)中國東部區(qū)域夏季環(huán)流的影響，發(fā)現(xiàn)在EP 狀態(tài)下長江流域次年夏季降水由北至南呈正負(fù)正（負(fù)正負(fù)）的三極型反相分布，而在CP 狀態(tài)下呈正負(fù)（負(fù)正）的偶極型反相分布；WANG等[10] 討論了2 種類型ENSO 現(xiàn)象與黃河以及長江流域夏季徑流之間的聯(lián)系及其可能的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)黃河流域徑流受當(dāng)?shù)卣羯l(fā)量的影響，而長江流域受降水的影響較大，兩河流域的差異可以用大氣環(huán)流來解釋；邵駿等[11] 研究發(fā)現(xiàn)，ENSO 事件與長江徑流存在一定的正相關(guān)關(guān)系，在ENSO 事件發(fā)生之后，緯向和經(jīng)向大氣環(huán)流出現(xiàn)異常，導(dǎo)致海洋向高原的水汽輸送產(chǎn)生了變化，從而影響了長江源區(qū)的降水和徑流；張宇等[12] 發(fā)現(xiàn)在西風(fēng)帶和南亞季風(fēng)分別控制水汽輸送時(shí)，三江源的南部和北部分別出現(xiàn)降水量異常增加；Rojo Hernández等[13] 發(fā)現(xiàn)非齊次隱馬爾可夫模型（ NHMM）在動(dòng)態(tài)模擬太平洋海表溫度異常（ SSTA）方面表現(xiàn)優(yōu)于其他模型，尤其在短期（滯后1 個(gè)月和3 個(gè)月）和長期（滯后6 個(gè)月和9 個(gè)月）預(yù)測(cè)中表現(xiàn)出色，并能夠有效預(yù)測(cè)ENSO 模式的時(shí)空演變，包括不對(duì)稱性、長期趨勢(shì)和季節(jié)性變化，結(jié)果表明NHMM 在模擬Ni?o-3.4 和Ni?o-1.2 指標(biāo)時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。當(dāng)前， 針對(duì)ENSO 循環(huán)對(duì)徑流的影響研究集中在東部和中部厄爾尼諾。開展對(duì)于不同環(huán)境下ENSO 類型多樣性和時(shí)空變化的研究有助于增強(qiáng)對(duì)于大尺度環(huán)流模式下的徑流演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，提高中長期徑流預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為長江流域防洪減災(zāi)提供技術(shù)支持。

本文利用NHMM 對(duì)SSTA 進(jìn)行模擬，將ENSO 劃分為5 種狀態(tài)， 分析ENSO 類型的多樣性及其空間分布，揭示不同ENSO 狀態(tài)下長江流域徑流的響應(yīng)規(guī)律及其背后的物理機(jī)制。