印度洋偶極子對(duì)華南沿海地表風(fēng)速變化的影響

嚴(yán)晟江，謝 宇，周厚云

（華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，廣州 510631）

接受最多太陽輻射的低緯度地區(qū)被認(rèn)為是影響地表氣候環(huán)境變化的重要地區(qū)（Pierrehumbert,2000; Wang et al., 2013; Schneider et al., 2014）。長(zhǎng)期以來的大量研究發(fā)現(xiàn)，赤道太平洋地區(qū)的海―氣活動(dòng)特別是El Ni?o和La Ni?a事件對(duì)中國(guó)乃至全球氣候變化產(chǎn)生顯著影響（Ropelewski and Halpert,1987; Zhang et al., 1999; Huang et al., 2003; Kumar et al., 2006；張人禾 等，2017）。如Kumar 等（2006）發(fā)現(xiàn)El Ni?o 事件通常伴隨印度大陸的降雨減少；Zhang等（1999）發(fā)現(xiàn)在El Ni?o期間西北太平洋低層出現(xiàn)反氣旋異常，使得水汽輸送增強(qiáng)，導(dǎo)致中國(guó)南方地區(qū)降水增加。

類似于赤道太平洋地區(qū)，赤道印度洋地區(qū)表層海水溫度（Sea Surface Temperature, SST）在東部和西部也存在明顯差異；但與赤道太平洋地區(qū)相反，由于赤道印度洋東部位于印度洋―太平洋暖池內(nèi)，赤道印度洋地區(qū)東部SST總體上高于西部地區(qū)（Saji et al., 1999; Vinayachandran et al., 1999）。最近20 多年的研究發(fā)現(xiàn)（Webster et al., 1999; Saji and Yamagata, 2003; Li and Wang, 2003; Zhao et al.,2009; Luo et al., 2010; Cai et al., 2013, 2014; Du et al., 2013），與赤道太平洋地區(qū)相似，赤道印度洋地區(qū)的SST變化也存在類似的“蹺蹺板”現(xiàn)象，即在赤道印度洋東部地區(qū)SST相對(duì)上升時(shí)，赤道印度洋西部地區(qū)SST相對(duì)下降；反之亦然。這被稱為印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole, IOD）。當(dāng)赤道印度洋西部地區(qū)SST相對(duì)上升時(shí)稱之為IOD正相位，相反稱之為IOD負(fù)相位（Webster et al., 1999；李崇銀等，2001）。與赤道太平洋地區(qū)的ENSO活動(dòng)一樣，赤道印度洋地區(qū)的海―氣活動(dòng)及其表征的IOD 正-負(fù)相位也對(duì)周邊地區(qū)降水甚至全球氣候具有重要影響（Latif et al., 1999; Birkett et al., 1999；李崇銀等，2001；Chan et al., 2008; Ummenhofer et al.,2009; Nuncio and Yuan, 2015; Zhou et al., 2021）。如IOD正相位是過去120 a澳大利亞東南部發(fā)生極端干旱的重要驅(qū)動(dòng)因子（Ummenhofer et al., 2009），也與東非地區(qū)洪澇災(zāi)害的發(fā)生存在緊密聯(lián)系（Birkett et al., 1999）。IOD也對(duì)亞洲季風(fēng)及伴隨的季風(fēng)降水具有重要影響。如李崇銀等（2001）發(fā)現(xiàn)IOD正相位時(shí)南海季風(fēng)增強(qiáng)，而Zhou 等（2021）則認(rèn)為2019年極端正IOD事件導(dǎo)致次年長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季極端降雨事件的發(fā)生。

華南沿海是中國(guó)氣候最為溫暖濕潤(rùn)的地區(qū)，也是中國(guó)經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一。分析探討該地區(qū)的氣候環(huán)境變化及其影響因素，不僅對(duì)研究中國(guó)氣候環(huán)境變化的控制機(jī)制有重要意義，也能為評(píng)估氣候環(huán)境變化對(duì)中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響提供重要的科學(xué)依據(jù)。地表風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)速是反映地表氣候環(huán)境的重要指標(biāo)，與地表氣溫和降水變化密切相關(guān)（施曉暉 等，2006；Ding et al., 2008, 2009）；同時(shí)，風(fēng)速是影響風(fēng)能這種可再生清潔能源的關(guān)鍵因素之一（孫玉婷 等，2017）。既然IOD對(duì)亞洲季風(fēng)氣候有顯著影響（李崇銀 等，2001；Zhou et al., 2021），則很可能也是影響華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的重要因素之一。不過，目前已有研究提到的中國(guó)地面風(fēng)速影響因素包括地面拖曳力、高—低緯度溫度差異、亞洲季風(fēng)和北極濤動(dòng)（Arctic Oscillation, AO）、太平洋年代際振蕩（Pacific Decadal Oscillation, PDO）與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO） 等海―氣系統(tǒng)過程（丁一匯 等，2020），尚未對(duì)IOD 的影響進(jìn)行探討。因此，本文依據(jù)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速觀測(cè)資料，結(jié)合對(duì)IOD的相關(guān)研究，分析了過去近70年（1951―2019）華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化及其特征、特別是與IOD變化的關(guān)系，探討IOD對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的影響機(jī)制。以期為研究華南地區(qū)的氣候環(huán)境變化控制機(jī)制和可再生能源的持續(xù)開發(fā)利用提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文涉及的華南沿海地區(qū)包括廣西、廣東、海南、福建4個(gè)省，地表風(fēng)速觀測(cè)資料來自國(guó)家氣象局①https://data.cma.cn/位于這4 個(gè)省內(nèi)的氣象站點(diǎn)（圖1-a）1951―2019 年的月平均風(fēng)速數(shù)據(jù)。參照Fu（2011）和Zhang（2020）等的方法，舍棄觀測(cè)時(shí)期缺失數(shù)據(jù)多于15%的站點(diǎn)?？偣彩褂?7個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)。華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速以各臺(tái)站風(fēng)速的算術(shù)平均值表達(dá)。用于指示IOD 活動(dòng)強(qiáng)度的偶極子模態(tài)指數(shù)（Dipole Mode Index, DMI）數(shù)據(jù)來自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管 理 局（NOAA） 的DMI 月 值 數(shù) 據(jù)（Rayner,2003）。IOD 事件的分類參照Zhang 等（2013）的劃分標(biāo)準(zhǔn)：秋季DMI均值振幅大于（小于）一個(gè)正（負(fù)）標(biāo)準(zhǔn)差，定義為正（負(fù)）IOD 事件。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，1951—2019 年的正IOD 事件的年份包括：1961、1963、1967、1972、1982、1987、1994、1997、2006、2015、2018 及2019 年，負(fù)IOD 事件的 年 份 包 括：1958、1960、1964、1974、1975、1992、1996、1998、2005、2010 及2016 年。用于分析IOD 事件中大氣環(huán)流變化的850 hPa 風(fēng)向風(fēng)速和海面氣壓（Sea Level Pressure, SLP）數(shù)據(jù)來自美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）及國(guó)家大氣研究中心（NCAR）的再分析資料（Kalnay et al., 1996），時(shí)間跨度為1951 年1 月至2019 年12 月，水平分辨率為2.5°×2.5°。

圖1 華南沿海地區(qū)氣象站點(diǎn)分布（a）及PDO、Ni?o3、SOI和DMI等指數(shù)定義涉及的區(qū)域（b）Fig.1 Spatial distribution of the meteorological stations in coastal South China (a) and the areas involved in definitions of PDO,Ni?o3, SOI and DMI (b)

本文討論中利用的其他數(shù)據(jù)資料包括中國(guó)南北溫差和AO、PDO 與ENSO 等指數(shù)，分別出自以下來源：氣溫?cái)?shù)據(jù)來自國(guó)家氣象局，根據(jù)“秦嶺―淮河線”將中國(guó)除青藏高原之外的部分劃分為南方與北方區(qū)域；AO指數(shù)定義為20°N以北地區(qū)海平面氣壓場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）第一主模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列（Thompson and Wallace, 1998），數(shù)據(jù)來自NOAA 氣候預(yù)測(cè)中心②https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao_index.html；PDO 指數(shù)定義為北太平洋（20°N―70°N、110°E―100°W，圖1-b）SST 距平第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列（Mantua et al., 1997），數(shù)據(jù)來自美國(guó)華盛頓大學(xué)大氣和海洋聯(lián)合研究所③http://research.jisao.washington.edu/pdo/；Ni?o3 定義為東赤道太平洋（5°S―5°N、150°W―90°W，圖1-b）SST 距平（Rayner, 2003），數(shù)據(jù)來自NOAA 物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)室④https://psl.noaa.gov/gcos_wgsp/Timeseries/Nino3/；南方濤動(dòng)指數(shù)（Southern Oscillation Index, SOI）定義為達(dá)爾文港與塔希提島SLP 差（Allan et al., 1991），數(shù)據(jù)來自英國(guó)東英格利亞大學(xué)氣候研究所⑤https://crudata.uea.ac.uk/cru/data//soi/。Ni?o3和SOI均可作為表征ENSO活動(dòng)強(qiáng)度的指數(shù)。

1.2 分析方法

數(shù)據(jù)分析中使用Theil-Sen 斜率估算法（Theil et al., 1950; Sen et al., 1968）、Mann-Kendall（M-K）檢驗(yàn)（Gocic and Trajkovic, 2013）和回歸分析等方法。Theil-Sen斜率估算法用于分析地表風(fēng)速變化的趨勢(shì)，M-K檢驗(yàn)用于測(cè)試趨勢(shì)的顯著性和計(jì)算突變出現(xiàn)時(shí)間?；貧w分析用于計(jì)算各站點(diǎn)地表風(fēng)速變化與潛在影響因子之間的相關(guān)系數(shù)，并使用徑向基函數(shù)（Radial Basis Functions, RBF）對(duì)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行空間插值，插值分辨率為0.01°，得到華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化與潛在影響因子相關(guān)關(guān)系的空間分布狀況，進(jìn)而對(duì)地表風(fēng)速變化的影響因素進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速下降

圖2顯示過去近70年中華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化，可以看到，華南沿海地區(qū)過去近70年中地表風(fēng)速變化大致以1960和2000年左右為界劃分為3個(gè)階段，風(fēng)速變化從前往后表現(xiàn)為增加―減少―再增加的趨勢(shì)。不過，對(duì)風(fēng)速變化進(jìn)行的M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果顯示主要在1970 年左右出現(xiàn)突變，2000 年前后沒有顯示出明顯的突變點(diǎn)（附圖S1）。這些與直接觀察到的情況不一致。原因尚不清楚，有待進(jìn)一步研究?？傮w上，年均風(fēng)速與各季節(jié)風(fēng)速均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)，這與同一時(shí)期中國(guó)風(fēng)速變化總體特征一致（Zhang et al., 2020）。華南沿海地區(qū)年均風(fēng)速每10 a平均下降0.06 m/s（表1），該數(shù)值明顯低于全國(guó)平均值0.15 m/s（Zhang et al., 2020）。除了年均風(fēng)速，各季節(jié)風(fēng)速的變化也表現(xiàn)為總體下降的趨勢(shì)，其中春、秋、冬季的風(fēng)速下降都達(dá)到十分顯著的水平（P<0.01），夏季風(fēng)速下降的顯著性水平雖然略低，但也達(dá)到0.1的置信水平（見表1）。

表1 1951—2019年華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化線性趨勢(shì)相關(guān)參數(shù)Table 1 The linear trends of near surface wind speed in coastal South China during the period from 1951-2019

圖2 1951—2019年華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化Fig.2 Variations of averaged near surface wind speed in coastal South China during 1951-2019

各季節(jié)風(fēng)速下降存在明顯差異。冬季風(fēng)速下降最快，達(dá)到每10 a 下降0.077 m/s；春季和秋季次之，分別為每10 a 下降0.064 和0.052 m/s；夏季下降速度最小，為每10 a下降0.014 m/s，不到冬季風(fēng)速下降速度的1/5（見表1）。這與丁一匯等（2020）在分析1961—2016年全國(guó)地面風(fēng)速變化時(shí)發(fā)現(xiàn)的情況略有差異。該研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)速下降最快的季節(jié)在春季，其次冬季，其他2 個(gè)季節(jié)的次序相同；此外，全國(guó)平均風(fēng)速下降最快和最慢之間的相對(duì)差異 [春季 的0.21 m/（s·dec） vs.夏 季 的0.15 mm/（s·dec）] 也遠(yuǎn)比在華南沿海地區(qū)小。

2.2 華南沿海風(fēng)速下降的影響因素

以往研究指出，影響中國(guó)地面風(fēng)速變化的因素包括地面拖曳力、熱力梯度、季風(fēng)環(huán)流和AO、PDO與ENSO等氣候因子（丁一匯 等，2020）。AO會(huì)影響西伯利亞地區(qū)高壓引發(fā)寒潮進(jìn)而影響中國(guó)地面風(fēng)速。AO 指數(shù)越低，冬季風(fēng)越強(qiáng)，風(fēng)速越大，反之亦然（丁一匯 等，2014；2020）。PDO通過影響緯向海陸氣壓差而對(duì)中國(guó)冬季風(fēng)產(chǎn)生影響（盧楚翰 等，2013），PDO 處于正相位時(shí)西北太平洋SST相對(duì)下降，冬季風(fēng)強(qiáng)度相對(duì)下降；反之則冬季風(fēng)強(qiáng)度相對(duì)上升。因此，PDO指數(shù)與中國(guó)冬季風(fēng)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。一些研究表明，El Ni?o事件會(huì)導(dǎo)致中國(guó)夏季風(fēng)和冬季風(fēng)都減弱、風(fēng)速下降，而La Ni?a事件則導(dǎo)致夏季風(fēng)和冬季風(fēng)兩者增強(qiáng)、風(fēng)速上升（Huang et al., 2004; Ding et al., 2009; Zhang et al.,2015；丁一匯 等，2020），其可能是受到ENSO 活動(dòng)對(duì)海陸熱力差（Ding et al., 2009）和西北太平洋副熱帶高壓的反氣旋異常（Zhang et al., 2015）的影響。

丁一匯等（2020）指出，地面拖曳力不是造成中國(guó)地面風(fēng)速變化的主要因素；雖然冬季風(fēng)和夏季風(fēng)的減弱對(duì)冬季和夏季地面風(fēng)速的減弱具有顯著影響，但對(duì)流層低層熱力梯度的變化才是導(dǎo)致中國(guó)地面風(fēng)速減弱的關(guān)鍵因素。本文計(jì)算了華南地區(qū)地表年均風(fēng)速與中國(guó)南北地表氣溫差變化之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間確實(shí)高度相關(guān)（表2）：溫差的減小對(duì)應(yīng)風(fēng)速的降低。這表明熱力梯度的減小確實(shí)是導(dǎo)致地表年均風(fēng)速減弱的重要因素。表2 列出了AO、PDO 和ENSO 等指數(shù)變化與華南沿海地區(qū)地表年均風(fēng)速變化之間的相關(guān)系數(shù)?？梢钥吹剑A南沿海地區(qū)地表年均風(fēng)速變化與AO、PDO 和ENSO等指數(shù)變化之間均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）。這與丁一匯等（2020）的研究一致，表明這些因素對(duì)華南沿海地區(qū)地表年均風(fēng)速變化也具有顯著影響。不過，這些相關(guān)系數(shù)均顯著小于風(fēng)速與南北溫差之間的相關(guān)系數(shù)（見表2），說明高—低緯度溫差減小是造成華南沿海地區(qū)地表年均風(fēng)速下降的主導(dǎo)因素。

表2 南北溫差、AO、PDO、ENSO和DMI等指數(shù)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation Coefficients between near surface wind speed in coastal South China and meridional temperature difference, AO, PDO, ENSO and DMI

在季節(jié)尺度上，AO 與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間整體上相關(guān)性偏弱，僅在冬季達(dá)到顯著水平（P<0.1）（見表2）。這可能與2 個(gè)原因有關(guān)：1）AO對(duì)中國(guó)地表風(fēng)速的影響主要在冬季；2）華南沿海地區(qū)的地理位置偏南，冬季風(fēng)的強(qiáng)度在該地區(qū)也相對(duì)偏弱。除了夏季，PDO對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的影響在其他季節(jié)都達(dá)到較高的顯著性水平（P<0.05）（見表2）。其原因可能是華南沿海地區(qū)夏季地表風(fēng)速變化主要受到印-太暖池SST 控制，而PDO主要不是與印-太暖池SST變化有關(guān)（Mantua et al.,1997）。這一推理得到華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化與ENSO 指數(shù)相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果的支持（見表2）：Ni?o3 區(qū)SST 變化與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間的相關(guān)性也是在夏季最弱，但以東、西赤道太平洋SLP差定義的ENSO 指數(shù)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間的相關(guān)性則在夏季仍然達(dá)到顯著性水平（P<0.05）（見表2）。若僅僅考慮Ni?o3區(qū)SST變化，ENSO 活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間的關(guān)系在秋季最為密切，達(dá)到0.01的置信水平，而在其他季節(jié)均沒有達(dá)到顯著性水平。但若從東、西赤道太平洋SLP 差來考慮ENSO 活動(dòng)，則ENSO 活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系在所有季節(jié)均達(dá)到顯著性水平，不過依然是秋季的相關(guān)性最好（見表2）。

除了以上這些在過去研究中提到的影響中國(guó)地表風(fēng)速的因素，即高—低緯度溫度差、AO 和PDO與ENSO等氣候因子，本文還分析了IOD活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速之間的相關(guān)關(guān)系。DMI與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速之間的相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果（見表2）顯示：1）相關(guān)關(guān)系達(dá)到十分顯著的水平（P<0.01）。已有研究顯示，過去幾十年中IOD活動(dòng)呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)（Cai et al., 2014; Abram et al., 2020），與這一顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系一致；2）年均風(fēng)速與IOD的負(fù)相關(guān)關(guān)系雖然弱于與南北溫差，但高于與AO、PDO和ENSO等指標(biāo)，表明IOD活動(dòng)對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響可能比南北溫差小，但比AO、PDO和ENSO等的影響更為顯著，因而是影響華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的重要因素。

IOD 活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速之間的緊密聯(lián)系在空間尺度上也有顯著表現(xiàn)。由圖3 可以看到，華南沿海大部分地區(qū)的風(fēng)速與DMI之間也呈負(fù)相關(guān)，與時(shí)間尺度上一致（見表2）。特別是在一些濱海區(qū)域，如福建的東部沿海、珠三角地區(qū)、廣東東部及西部、海南島和廣西東南部，這種負(fù)相關(guān)關(guān)系置信水平達(dá)到0.1以上。這些時(shí)間和空間相關(guān)性分析結(jié)果（圖3，見表2）表明：IOD正相位對(duì)應(yīng)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速下降，而負(fù)相位則對(duì)應(yīng)風(fēng)速增加。

圖3 華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速與DMI（Rayner, 2003）相關(guān)性（等值線，間隔為0.1）Fig.3 Correlation(contour, interval is 0.1) of near surface wind speed with DMI(Rayner, 2003)over coastal South China

在季節(jié)尺度上，除了冬季，IOD 活動(dòng)指數(shù)DMI與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速之間的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平（P<0.05），并且在秋季的相關(guān)性最好、顯著性水平最高（見表2）。這與IOD活動(dòng)時(shí)間有關(guān)。每年IOD活動(dòng)起于春末，在秋季達(dá)到最強(qiáng)盛（Cai et al., 2013）。除了沒有IOD 活動(dòng)的冬季，其他季節(jié)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化與DMI之間的相關(guān)性低于與高—低緯度溫差，但高于與AO、PDO 和SOI（或者Ni?o3）等指標(biāo)（見表2）。上述分析似乎表明：1）首先，IOD 只要在活動(dòng)季節(jié)，就是影響華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的重要因素；2）除了冬季，IOD 對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響程度比AO、PDO 和ENSO 活動(dòng)等氣候因子更為重要。

在空間上，多數(shù)季節(jié)的華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速總體上也展示與IOD活動(dòng)的緊密聯(lián)系。風(fēng)速與DMI之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系在秋季最明顯，達(dá)到顯著水平（P<0.1）的范圍在秋季最廣（圖4-c），春季次之，夏季再次之（圖4-a、b），而在冬季最?。▓D4-d）。這一季節(jié)變化同樣與IOD的活動(dòng)時(shí)間吻合，即IOD在冬季沒有活動(dòng)，但在秋季最強(qiáng)盛（Cai et al.,2013）。這表明，與在年際尺度上一樣（見表2、圖3），季節(jié)尺度上華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速與IOD活動(dòng)的時(shí)空相關(guān)性（見表2，圖4）都顯示IOD活動(dòng)可能是影響華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的重要因素。

圖4 華南沿海地區(qū)不同季節(jié)地表風(fēng)速與DMI（Rayner, 2003）相關(guān)性（等值線，間隔為0.1）Fig.4 Correlation(contour, interval is 0.1) of near surface wind speed with DMI (Rayner, 2003) over coastal South China in different seasons

IOD 活動(dòng)與ENSO 活動(dòng)存在緊密聯(lián)系，不少IOD 事件的發(fā)生同時(shí)伴隨有El Ni?o或La Ni?a事件（Saji et al., 1999; 2003）。所以若要了解ENSO 和IOD活動(dòng)各自獨(dú)立對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響，則需計(jì)算風(fēng)速變化與ENSO和IOD活動(dòng)各自的偏相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，在控制ENSO指數(shù)的情況下，IOD活動(dòng)對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響十分顯著，但夏季的相關(guān)程度明顯下降；在控制IOD 的情況下，ENSO 活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化之間的相關(guān)性有一定程度降低，其中夏季和秋季下降較明顯（見表2）。不過，地表風(fēng)速與IOD活動(dòng)的相關(guān)性依然高于與ENSO活動(dòng)的相關(guān)性（見表2）。這表明雖然IOD和ENSO活動(dòng)都可能是影響華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的重要因素，但I(xiàn)OD的影響更加重要。

2.3 IOD影響華南沿海地表風(fēng)速的大氣環(huán)流機(jī)制

IOD活動(dòng)對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速存在顯著影響，特別是與秋季風(fēng)速的負(fù)相關(guān)最為突出（見表2），可能主要與2個(gè)反氣旋異常有關(guān)：1）位于西北太平洋的反氣旋（副熱帶高壓）異常。該反氣旋異常在正IOD事件發(fā)生年會(huì)得到加強(qiáng)。華南沿海地區(qū)位于該反氣旋的西側(cè)，反氣旋西側(cè)的南風(fēng)異常會(huì)減弱華南沿海地區(qū)秋季的偏北風(fēng)；2）位于印度半島東側(cè)孟加拉灣的反氣旋異常。正IOD事件發(fā)生時(shí)該反氣旋異常也會(huì)得到異常加強(qiáng)，經(jīng)由孟加拉灣、越南北部到達(dá)華南地區(qū)的西南風(fēng)異常相應(yīng)加強(qiáng)，因而減弱了華南沿海地區(qū)秋季主要為偏北風(fēng)的地面風(fēng)（Zhang et al., 2015）。而在負(fù)IOD年這2個(gè)地區(qū)存在弱氣旋異常。這些在以往研究中已有提及。如Qiu等（2015）在研究IOD對(duì)秋季華南降水的影響時(shí)指出，正IOD 事件發(fā)生年這2個(gè)反氣旋異常加強(qiáng)會(huì)引發(fā)中國(guó)華南地區(qū)的西南風(fēng)增強(qiáng)，將更多水汽帶到華南地區(qū)，導(dǎo)致華南地區(qū)秋季降水增加；Zhang 等（2015）在研究IOD 對(duì)華南冬季極端降水的影響時(shí)也認(rèn)為，正IOD事件導(dǎo)致的印度反氣旋異常會(huì)增強(qiáng)中國(guó)的西南水汽流，進(jìn)而減弱中國(guó)的冬季風(fēng)，并且指出這一現(xiàn)象在秋季已經(jīng)存在。

為驗(yàn)證上述推測(cè)，根據(jù)從NCEP/NCAR獲取的再分析資料中850 hPa 風(fēng)向風(fēng)速和SLP 數(shù)據(jù)（Kalnay et al., 1996），分別選取典型正IOD 事件和負(fù)IOD事件的年份，繪制正IOD事件和負(fù)IOD事件的秋季華南沿海及鄰近地區(qū)的850 hPa 風(fēng)向風(fēng)速和SLP 異常分布。在正IOD 事件年份的秋季，上述2個(gè)反氣旋（高壓）異常十分明顯，在華南沿海地區(qū)也出現(xiàn)明顯的南風(fēng)異常（圖5-a）。而負(fù)IOD事件年份的秋季，則沒有高壓異常出現(xiàn)，相反是出現(xiàn)相對(duì)低壓的情形，在華南沿海地區(qū)出現(xiàn)一定程度的北風(fēng)異常（圖5-b）。

圖5 典型正（a）、負(fù)（b）IOD事件年份華南沿海及附近地區(qū)秋季850 hPa風(fēng)異常和海面氣壓異常Fig.5 Composite autumn 850 hPa wind anomalies and SLP anomalies over coastal South China and surrounding areas for the typical positive (a) and negative (b) IOD events

圖6 對(duì)比了華南沿海地區(qū)秋季地表風(fēng)速與IOD活動(dòng)?？梢钥吹?，過去近70 a中秋季地表風(fēng)速的下降與IOD活動(dòng)加強(qiáng)的長(zhǎng)期趨勢(shì)非常一致。引人關(guān)注的是，幾乎所有的正IOD事件都對(duì)應(yīng)風(fēng)速的顯著下降（圖6）。表3 對(duì)比了1951—2019 年典型正、負(fù)IOD事件年份與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)異常。可以看到，典型正IOD事件年份華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速往往出現(xiàn)負(fù)異常；反之，典型負(fù)IOD事件年份則往往出現(xiàn)風(fēng)速正異常。2019年為典型的正IOD年份，但華南沿海地區(qū)秋季地表風(fēng)速?zèng)]有出現(xiàn)明顯的負(fù)異常（見圖6、表3）。這與該年同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈的El Ni?o有關(guān)，強(qiáng)烈的El Ni?o 削弱了正IOD 的影響（見表2）。圖6和表3表明，在年際至年代際尺度上，IOD活動(dòng)對(duì)華南沿海地區(qū)地表秋季風(fēng)速都有明顯的削弱作用。此外，季節(jié)尺度上的華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化與溫差之間的相關(guān)性在秋季最弱（見表2），也與IOD 活動(dòng)在秋季最強(qiáng)一致（Zhang et al.,2018）。

表3 1951—2019年典型正、負(fù)IOD事件與華南沿海地區(qū)秋季地表風(fēng)速異常年份Table 3 Classification of years when typical positive or negative IOD events and autumn near surface wind speed anomalies in coastal South China during 1951-2019

圖6 華南沿海地區(qū)秋季地表風(fēng)速與IOD活動(dòng)強(qiáng)度（秋季DMI均值表征，Rayner, 2003）的對(duì)比Fig.6 Comparison of averaged autumn near surface wind speed with IOD activities strength (average value of autumn DMI, Rayner, 2003)

在春季和夏季，雖然IOD活動(dòng)與華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速之間仍存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（見表2），但這2 個(gè)季節(jié)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)以南風(fēng)為主，IOD 活動(dòng)加強(qiáng)導(dǎo)致的南風(fēng)異常應(yīng)該加強(qiáng)這2 個(gè)季節(jié)的地表風(fēng)速。但正如丁一匯等（2020）所指出的，全球變暖導(dǎo)致的夏季風(fēng)增強(qiáng)（Chen et al., 2019）對(duì)地表風(fēng)速的影響被其他因素掩蓋。華南沿海地區(qū)春季、夏季地表風(fēng)速的降低更多地取決于其他因素如全球變暖背景中高/低緯度之間的熱力差異減弱（Lin et al., 2013）（見表2）。不過，IOD活動(dòng)加強(qiáng)的影響雖然不足以改變這種熱力差異的影響，但削弱了熱力差異的影響。這與風(fēng)速下降的速率在夏季最?。ㄒ姳?）一致。此外，華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速下降最快的季節(jié)為沒有明顯IOD活動(dòng)的冬季（見圖2-b、表1）（全國(guó)地表風(fēng)速下降最快為春季，Guo et al., 2011），而春季地表風(fēng)速的下降由于最近幾十年中IOD 活動(dòng)的加強(qiáng)（Cai et al., 2014; Abram et al.,2020）得到緩解。

3 結(jié)論

本文依據(jù)中國(guó)華南沿海地區(qū)1951—2019年地表風(fēng)速觀測(cè)資料和最近20多年中IOD相關(guān)研究，分析了IOD 變化對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響。結(jié)果表明，過去近70年中華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速的明顯下降趨勢(shì)除了受到全球變暖導(dǎo)致的高/低緯度熱力差異減小的主導(dǎo)外，IOD活動(dòng)加強(qiáng)導(dǎo)致的西北太平洋和印度半島東側(cè)孟加拉灣的2個(gè)反氣旋異常增強(qiáng)也產(chǎn)生顯著影響，甚至超過了AO、PDO 和ENSO 等氣候因子的影響。特別是在IOD 活動(dòng)最強(qiáng)盛的秋季，IOD活動(dòng)是造成華南沿海地區(qū)地表秋季地表風(fēng)速下降的關(guān)鍵因素。

本文基于統(tǒng)計(jì)分析和大氣環(huán)流變化，探討了IOD 活動(dòng)對(duì)華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的影響機(jī)制，為全面理解華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速變化的控制機(jī)制提供了新視角。未來伴隨全球變暖加劇，IOD活動(dòng)將進(jìn)一步加強(qiáng)，也將導(dǎo)致華南沿海地區(qū)地表風(fēng)速繼續(xù)下降。未來應(yīng)在華南沿海地區(qū)地表風(fēng)能資源的可持續(xù)利用中重視這一情況。