2015年4月我國降水異常特征及成因分析

吳林榮 王艷姣 喬麗 杜莉麗 邱麗

摘要 利用NCEP再分析資料和我國2 425個臺站月降水量等資料，系統分析了2015年4月我國降水異常特征和成因，并重點研究了2014～2016年厄爾尼諾事件對我國降水和大氣環流異常的可能影響。結果表明，受赤道太平洋—印度洋暖海溫的影響，在赤道印度洋-太平洋地區形成了印-太海氣系統齒輪式耦合，使得西太平洋副熱帶高壓出現了明顯的加強西伸，受其影響，西南季風水汽和副高外圍的暖濕水汽均無法輸送到我國長江以南地區，造成我國江南和華南地區降水持續偏少。相關分析表明，2014～2016年厄爾尼諾事件的發生對歐亞中高緯度地區環流也產生了一定的影響，并通過影響環流進而對我國降水異常產生影響。

關鍵詞 降水異常；厄爾尼諾；大氣環流；成因

中圖分類號 S161.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-216-05

Abstract Based on the NCEP reanalysis data and the monthly precipitation data from 2425 stations of China， the characteristics and causes of rainfall anomalies in China in April 2015 were analyzed， the probable effect of El Nino in 2014-2016 on rainfall anomalies and atmospheric circulation anomalies in China were mainly studied. Results showed that under the influence of warm temperature of the equatorial Pacific ocean and the equatorial Indian ocean， the GIP（Gearing of circulation over equatorial Indian and Pacific） was formed in the equatorial IndianPacific ocean area， which made a distinct westward extension of the western Pacific subtropical high. This extension produced a negative effect on the delivery of warmwet water vapor from southwestern Monsoon and the ambient subtropical high to the south side area of the Yangtze River， which caused a continuous rainfall reduction in South China and southern Yangtze area. Related analysis indicated that the El Nino in 2014 and 2016 also had some negative influences on the circulation in middlehigh latitude area in Europe and Asia， and then had impacts on the precipitation anomalies in China.

Key words Rainfall anomalies； El Nino； Atmospheric circulation； Cause

2015年4月我國降水分布出現了“北多南少”的異常分布特征，特別是我國華南地區平均降水量較常年同期異常偏少，廣東和廣西平均降水量為1951年以來歷史同期第5低值。國家氣候中心監測顯示，2014年9月赤道中、東太平洋海溫開始進入厄爾尼諾狀態，并在隨后不斷持續發展。已有研究指出，赤道中東太平洋的ENSO事件作為氣候系統最強的年際異常信號之一，對我國的氣候異常有重要的影響[1-6]。崔童等[6]分析2014年我國氣候異常的原因指出，東亞夏季風強弱及西北太平洋副高位置、印度洋海溫異常及厄爾尼諾狀態是造成夏季降水異常的重要外強迫條件。王艷姣等[7]從大尺度環流異常、海溫和季風對我國夏季降水影響的角度，分析了2012年夏季我國北方地區降水異常偏多的成因。根據國家氣候中心的監測，截止到2016年1月，2014～2016年厄爾尼諾事件已持續了16個月，達到中等強度，且強度仍在持續發展。全球多地氣候均對此次厄爾尼諾事件表現出了顯著的響應[8-10]，如2014年巴西發生了1985年以來最嚴重的旱災，2014年登陸我國臺風明顯偏少，2014/2015年我國出現了暖冬等。2015年4月我國降水也出現了明顯的異常特征，筆者利用NCEP再分析資料和我國2 425個臺站月降水量等資料，從大氣環流和海溫外強迫影響等方面詳細分析了2015年4月我國降水異常特征和成因，并重點研究了2014～2016年厄爾尼諾事件對我國降水和大氣環流異常的可能影響。

1 資料來源

所用資料有NCEP/NCAR的2.5°×2.5°月平均再分析資料，包括500 hPa高度場、各層風場和比濕場資料。此外，還有國家信息中心提供中國地區2 425個臺站1951～2015年月降水量資料等。各要素氣候平均值為1981～2010年平均值。

2 2015年4月我國降水異常特征

2015年4月我國降水呈現“北多南少”的異常分布特征。從空間分布看，內蒙古大部、新疆東南部、西藏中部和南部、青海東部、陜西北部、寧夏、華北東部、黃淮等地降水偏多1倍以上；而江南南部至華南、重慶、貴州東部、新疆西部、黑龍江北部降水較常年同期偏少2～5成，局部偏少5成～1倍以上（圖1a），特別是我國華南地區降水持續偏少，4月廣東和廣西累計平均降水量為70.7 mm，較常年同期（157.2 mm）偏少55%，為1951年以來同期第5低值（圖2）。由于4月華南地區降水持續偏少，使得該地區干旱異常發展（圖1b）。同期，2015年華南前汛期開始時間較常年（4月6日）明顯偏晚。根據國家氣候中心監測，2015年華南前汛期于5月5日在廣東省首先開始，較常年偏晚29 d，為1978年以來最晚入汛日期，也是歷史第3晚，僅早于1963年（6月1日）和1977年（5月9日）。

3 成因分析

3.1 大尺度環流的異常

環流異常是導致我國降水異常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度場上（圖3a），歐亞中高緯呈現“西高東低”的分布型，烏拉爾山地區阻塞高壓發展并維持，這種環流型有利于高緯度地區的冷空氣南下影響我國；對應850 hPa低層風場上（圖4a），在西北太平洋上空維持一強大的異常反氣旋式環流，其西側偏西南和偏南氣流將暖濕水汽不斷向長江中下游及其以北的地方輸送。由于這期間烏拉爾山阻塞不斷引導冷空氣南下，冷暖氣流在長江中下游及以北地區頻繁交匯，造成該地區降水異常偏多，而這一段時間降水基本決定了4月我國北方降水偏多的形勢。2015年4月中下旬，歐亞中高緯地區500 hPa高度場環流發生了明顯的調整，烏拉爾山地區阻塞明顯東移減弱，我國大部地區受正高度距平控制，冷空氣活動也明顯減弱（圖3b）；850 hPa低層風場上（圖4b），西北太平洋上空的異常反氣旋環流也明顯減弱東移，向我國輸送的暖濕水汽也明顯減弱。由于冷空氣和暖濕水汽輸送均減弱，使得4月中下旬我國長江流域及其以北地區降水明顯減少。

低緯度地區，4月上旬西北太平洋地區高壓異常偏強，控制我國華北東南部至華南大部的我國東部沿海地區，受高壓控制，我國江南和華南地區降水偏少；4月中下旬，西太平洋副熱帶高壓出現了明顯的加強西伸，從而使西風帶和副熱帶高壓外圍的水汽均無法輸送到我國長江以南地區，造成江南和華南地區降水持續偏少，干旱發展。

3.2 海溫對降水的可能影響

國家氣候中心監測顯示，2015年3月以來赤道中東太平洋暖海溫出現了顯著增強，異常暖海溫控制赤道中東太平洋大部地區，同期赤道印度洋海溫也開始異常增暖（圖5）。受赤道太平洋和赤道印度洋異常暖海溫的影響，大氣做出了明顯的響應，對應赤道中東太平洋和赤道印度洋暖海溫的區域對流活動異常活躍，而在西太平洋地區對流活動明顯受到抑制（圖6）。從0°S～20°N地區高度-經度平均垂直速度剖面（圖7）也可以看出，在赤道中東太平洋地區出現了明顯的上升氣流，同時在東印度洋地區也有一明顯的上升氣流，2支上升氣流均在西太平洋地區產生明顯的下沉氣流，這就是赤道印度洋—太平洋地區海氣系統的齒輪式耦合（印-太齒輪組）。吳國雄等[11]研究指出在厄爾尼諾期間，印尼群島和西太平洋附近地區的對流顯著減弱，而赤道中東太平洋和印度洋地區的對流均明顯加強，齒輪組反向轉動，齒輪組的嚙合點位于印尼群島及西太平洋附近地區。可見受厄爾尼諾和印度洋暖海溫的影響，西太平洋附近地區為異常下沉氣流控制區，對流活動受到抑制，受其影響，副熱帶高壓出現了明顯的加強和西伸，從而使西風帶和副熱帶高壓外圍的水汽均無法輸送到我國長江以南地區，造成江南和華南地區降水持續偏少，干旱發展。

為了進一步分析厄爾尼諾事件對我國降水的可能影響，選取與2014～2016年厄爾尼諾相似年的次年進行分析，包括1958、1998和2007年，這三年分別是1957/1958年、1997/1998年和2006/2007年3次厄爾尼諾年的次年，且厄爾尼諾的暴發類型與2014～2016年類似。對比分析2015年4月和3次厄爾尼諾次年4月合成的平均500 hPa高度場和850 hPa風場表明，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度場上（圖8a），自歐洲上空至西北太平洋地區均存在“負-正-負-正”的波列分布；對應的850 hPa低層風場上（圖8b），自歐洲上空至西北太平洋地區也均存在異常“氣旋-反氣旋-氣旋-反氣旋”波列的分布，特別是在西北太平洋中緯度地區均存在異常反氣旋環流，該反氣旋式環流將西北太平洋的暖濕水汽向我國內陸輸送，對我國北方地區降水偏多具有較大的影響。可見，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度場和850 hPa風場具有相似的分布型，說明厄爾尼諾事件可能通過影響歐亞中高緯度地區環流進而對我國降水產生一定的影響。

由于2014～2016年厄爾尼諾事件前期主要表現為中部型特征，暖海溫中心主要位于日界線（180°）附近，即NINO4海區，因而進一步分析了前期3月NINO4海區海溫指數與500 hPa高度場的相關性。從圖9可以看出，自歐洲上空至西北太平洋的中高緯度地區也存在“負-正-負-正”的相關波列分布，最大相關中心均通過α=0.05的顯著性t檢驗，說明NINO4海區海溫的異常增暖對歐亞中高緯度地區環流也產生一定的影響。此外，在赤道印度洋至赤道西太平洋地區有一大片顯著的正相關區，說明厄爾尼諾的發生對赤道印度洋和赤道西太平洋地區高度場正異常發展具有顯著的影響，這一影響主要表現為有利于副高的增強和西伸。可見，2014～2016年厄爾尼諾事件的發生對歐亞中高緯度和低緯度地區環流均有一定的影響，并通過影響環流進而對我國降水的異常產生影響。

4 小結

該研究利用我國2 425個臺站月降水量資料，結合NCEP再分析等資料，對2015年4月我國降水異常特征及其成因進行了分析，得出如下結論：

（1）2015年4月我國降水呈現“北多南少”的異常分布特征。降水異常偏多的地區主要位于內蒙古大部、新疆東南部、西藏中部和南部以及華北東部等地；而江南南部至華南等地降水較常年同期明顯偏少，特別是我國華南地區降水持續偏少，干旱發展，華南前汛期開始時間較常年明顯偏晚。

（2）環流異常是導致我國降水異常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度場上歐亞中高緯環流呈“西高東低”的分布型，有利于高緯度地區的冷空氣南下影響我國。相應850 hPa低層風場上，在西北太平洋上空維持一強大的異常反氣旋式環流，其西側偏西南氣流不斷將暖濕水汽向我國長江中下游及其以北的地區輸送，冷暖氣流頻繁交匯，造成我國長江中下游及以北地區降水異常偏多。

（3）4月上旬我國江南和華南地區受高壓控制，降水偏少；4月中下旬，受副高加強西伸的影響，使得西南季風水汽

和副熱帶高壓外圍的暖濕水汽無法輸送到我國長江以南地區，造成江南和華南地區降水持續偏少，干旱發展。

（4）受赤道太平洋和印度洋暖海溫的影響，在赤道印度洋—太平洋地區形成印-太齒輪組，使得2015年4月中下旬副熱帶高壓出現了明顯的加強西伸，進而對江南和華南地區降水持續偏少產生影響。此外，相關分析表明2014～2016年厄爾尼諾事件的發生對歐亞中高緯度地區環流也有一定的影響，并通過影響環流進而對我國降水異常也產生影響。

參考文獻

[1]陶亦為，孫照渤，李維京，等.ENSO與青藏高原積雪的關系及其對我國夏季降水異常的影響[J].氣象，2011，37（8）：919-928.

[2]宗海鋒，陳烈庭，張慶云.ENSO與中國夏季降水年際變化關系的不穩定性特征[J].大氣科學，2010，34（1）：184-192.

[3]薛峰，劉長征.中等強度ENSO對中國東部夏季降水的影響及其與強ENSO的對比分析[J].科學通報，2007，52（32）：2798-2805.

[4]王艷姣，閆峰.2011年11月我國降水異常特征及成因分析[J].自然災害學報，2014，23（1）：100-106.

[5]趙強，嚴華生，程路.ENSO發展和衰減階段的陜西夏季降水異常特征[J].應用氣象學報，2013，24（4）：495-503.

[6]崔童，王東阡，李多，等.2014年夏季我國氣候異常及成因簡析[J].氣象，2015，41（1）：121-125.

[7]王艷姣，周兵，司東，等.2012年夏季我國降水異常及成因分析[J].氣象，2013，39（1）：118-122.

[8]侯威，鄒旭凱，王朋嶺，等.2014年中國氣候概況[J].氣象，2015，41（4）：480-488.

[9]李清泉，王安乾，周兵，等.2014年全球重大天氣氣候事件及其成因[J].氣象，2015，41（4）：497-507.

[10]王朋嶺，周兵，柳艷菊，等.2014年海洋和大氣環流異常及對中國氣候的影響[J].氣象，2015，41（4）：489-496.

[11]吳國雄，孟文.赤道印度洋—太平洋地區海氣系統的齒輪式耦合和ENSO事件：I資料分析[J].大氣科學，1998，22（4）：470-480.