厄爾尼諾現象對西藏5月降水的影響

洛桑旺姆 達瓊 普布卓瑪

摘要：利用1979-2017年NOAA海溫距平場數據NCEP/DOE風場和大氣可降水量場數據以及PREC/L降水數據對厄爾尼諾現象影響西藏5月降水進行了分析。結果表明，厄爾尼諾發生年，中南半島700hPa出現反氣旋環流差值，形成下沉氣流，大氣可降水量偏少，西藏降水偏少;拉尼娜發生年，中南半島700hPa出現氣旋環流差值，形成上升氣流，大氣可降水量偏多，西藏降水偏多。

關鍵詞：熱帶海溫;SEOF;降水;東亞急流;厄爾尼諾;西藏

中圖分類號：P461 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0065-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09：013

由于自轉，地球接收來自太陽的能量在赤道和南北極分布存在差異，致使赤道和南北極之間產生能量梯度，進而帶動全球大氣和海洋的能量輸送。由于海洋面積大，使得能量在海洋中輸送更加受到關注，海洋對大氣環流的驅動也更為普遍地被學者們所研究。

厄爾尼諾是全球的主要海洋現象，其發生發展對農業和國民生產等領域至關重要。自1984年王紹武[1]介紹了國際學者對厄爾尼諾現象的廣泛關注后，厄爾尼諾現象引起國內學者的高度關注。厄爾尼諾對中國降水影響的研究工作最早開始在長江流域[2，3]。李麥村等[2]指出厄爾尼諾發生的當年夏季，西太平洋副熱帶高壓明顯偏強（偏弱），西太平洋副熱帶高壓是長江流域降水的主要影響因子，其強度變化會造成長江流域降水易出現旱年（澇年）。降水不僅對當年厄爾尼諾現象有響應，次年的降水同樣受到厄爾尼諾的影響，如厄爾尼諾年當年多出現Ⅱ類雨型，而反厄爾尼諾年當年則出現Ⅰ類和Ⅲ類雨型;厄爾尼諾年次年多出現Ⅰ類雨型，而反厄爾尼諾年次年則多出現Ⅱ類和Ⅲ類雨型，可見厄爾尼諾中國夏季雨帶的預報是至關重要的[3]。并且厄爾尼諾事件對中國夏季降水的影響在發生當年和次年有明顯的不同，主要影響是在其發生的次年中國大部分地區的夏季降水明顯偏多[4]。自2007年Ashok等[5]發現赤道太平洋海域存在三極型海溫異常分布的厄爾尼諾Modoki后，東部型、中部型和混合型厄爾尼諾事件對中國降水的影響開始受到關注[4，6]。在厄爾尼諾發生的次年夏季，通過影響850hPa風場、水汽輸送及500hPa西太平洋副熱帶高壓系統，東部型、中部型及混合型厄爾尼諾事件可能分別導致中國雨帶呈南方型（Ⅲ類）、中間型（Ⅱ類）和北方型（Ⅰ類）的分布特點[6]。

已有研究表明，中國降水受到太平洋厄爾尼諾現象的影響[7]。但是在中國西部青藏高原地區，氣候惡劣，厄爾尼諾現象對西藏降水的影響并沒有受到很多關注。西藏經濟來源主要依靠農牧業，降水對西藏經濟有著舉足輕重的影響。普布卓瑪等[8]分析了厄爾尼諾事件對西藏5-8月夏季降水的影響發現，厄爾尼諾事件發生的當年，西藏夏季降水普遍偏少，拉尼娜事件發生的當年，西藏夏季降水普遍偏多，這與厄爾尼諾現象對中國東部地區降水的影響完全不同[7]。由于高原的特殊地理位置和地勢特征，同時厄爾尼諾對高原風場、溫度場和高度場有一定的影響[9]，鑒于春、夏季降水的不同，有必要對厄爾尼諾影響高原5月降水作獨立的環流分析。

1 數據來源與方法

1.1 所用數據及來源

海溫數據采用的是NOAH/NASA 1979-2017年的海表溫度延長重構數據[NOAA Extended recon-structed sea surface temperature（SST）V4，hops：//www.esrl.noaa，gov/psd/data/gridded/data.noaa.erssi.v4.html]，數據集已經被廣泛應用到熱帶海溫變化的研究中[10]。降水數據使用的是Precipitation reconstruc-tion over land（PREC/L，https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.precl.html）數據，風場和大氣可降水量數據使用的是NCEP-DOE Reanalysis 2（https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanaly-sis2.html）數據。

1.2 研究方法

相對于傳統的經驗正交分解方法對厄爾尼諾事件的分析[10]，Wang等[11]提出了一種基于季節循環的經驗正交分解方法[Seasonal mean anomalies（depar-lure from long-term mean annual cycle）empirical or-thogonal function，SEOF]。EOF的主要方法是：

假設X_t（t=1，2，…，n）是m維空間中的n個向量，根據X_t的特征求解一組正交基向量，盡可能準確地表示成式（1）。

式中，V_k是m維正交基向量，不隨時間變化;ε_t是m維誤差向量，通過建立V₁，V₂，…，使其與α₁（t），α₂（t），…，乘積X_t貢獻的剩余誤差ε_t最小，從而找到X_t主要貢獻的空間特征向量場和時間系數，進而分析X_t的時空變化特征[12]。

SEOF將4個季節的數據組成一個X_t向量，再進行時空分解，可以更好地提取熱帶太平洋海溫的厄爾尼諾現象，同時該方法很好地區分了厄爾尼諾中部型和東部型。使用該方法對厄爾尼諾東部型事件進行分解提取并分析其對高原5月降水的影響。

2 結果與分析

2.1 太平洋海溫年際變化

對熱帶海溫距平進行SEOF分解，得到第一特征向量場（PCI）和時間系數如圖1和圖2所示，解釋方差為22.1%。由冬季到秋季，赤道太平洋海溫為正距平，發生厄爾尼諾事件，冬、春季海溫正距平中心與秋季海溫正距平中心位置略有差異（圖1）。由4個季節的特征向量場組成一個完整的海溫距平季節循環，該季節循環所對應的時間系數表明厄爾尼諾現象特征向量場的年際變化（圖2）。

2.2 厄爾尼諾與西藏5月降水的聯系

1979-2017年中南半島和云南、西藏的春季5月降水量平均分布如圖3a所示，降水從西藏西北到中南半島逐漸增加，在西藏高原南麓分布著降水大值分布帶，降水量與中南半島量值相當，且局部地區存在降水大值中心。研究中發現，中南半島和云南、西藏的春季降水與厄爾尼諾現象密切相關。如圖3b，SEOF-PC1與5月降水在西藏、四川盆地的西側、云南和中南半島呈顯著的負相關。這意味著，當厄爾尼諾現象發生時，以上地區（以下簡稱研究區域）降水會較氣候平均偏少;當拉尼娜現象發生時，降水會較氣候平均偏多，已有研究結果表明厄爾尼諾現象對云南降水確實存在這種影響[13，14]。通過計算SEOF-PC1與大氣可降水量的相關系數，進行分析發現，該地區的大氣可降水量與SEOF-PC1的相關系數分布圖（圖3c）與圖3b相似，在研究區域，SEOF-PC1與大氣可降水量呈顯著負相關，表明厄爾尼諾（拉尼娜）期間，大氣可降水量較氣候平均偏少（多），不（有）利于研究區域降水的形成。

有研究指出，孟加拉灣季風暴發受到高空南亞高壓的影響[15]，南亞高壓5月位于中南半島，當南亞高壓在5月較氣候平均偏強有利于低空700hPa季鳳低壓中心形成，從而促成孟加拉灣季風的暴發，形成季風降水。針對孟加拉灣季風低壓中心與研究區域5月降水的聯系需要進一步做合成分析，討論孟加拉灣季風低壓在厄爾尼諾影響研究區域降水中的作用。

對SEOF-PC1時間序列進行強厄爾尼諾和拉尼娜事件的篩選，判定當SEOF-PC1大（小）+1（-1）時，該年的海溫現象判定為強厄爾尼諾（拉尼娜）現象，篩選得到的強厄爾尼諾年包括1983、1987，1992、1993、1997、2015、2016年，共7年，強拉尼娜年包括1989、1999、2000、2008、2011、2012年，共6年。對強厄爾尼諾和拉尼娜事件高空500hPa和低空700hPa風場進行合成分析，得到結果如圖4所示。1979-2017年700hPa平均環流場（圖4a）在孟加拉灣地區表現為季風低壓槽，印度半島為西北風，中南半島為西南風，西藏南側風場也為西北風到西南風的轉變。強厄爾尼諾事件發生時，赤道附近為東風異常，西藏南側為西風異常，孟加拉灣地區產生反氣旋環流差值，不利于孟加拉灣季風暴發（圖4b），靠近赤道地區為東風差值，研究區域為西風差值控制，水汽輸送相對少，伴隨該地區降水偏少，中南半島低空為北風差值;強拉尼娜發生時，赤道附近為西風異常，西藏南側為東風異常，孟加拉灣地區產生氣旋環流差值（圖4c），來自太平洋海洋上的暖濕氣流易于將水汽輸送到研究區域，利于該地區降水偏多，中南半島低空為南風差值。1979-2017年500bPa平均環流在中南半島表現為南亞高壓反氣旋環流（圖4d），靠近赤道地區為東風控制，中國大陸上空為西風控制。強厄爾尼諾事件發生時，在西藏西南側（印度北部）存在一個氣旋環流差值（圖4e），靠近赤道地區為西風差值控制，大陸上空為東風差值控制‘，在研究區域上空為南風異常場，南亞高壓強度減弱;強拉尼娜事件發生時，在西藏上空存在一個反氣旋環流差值（圖4f），靠近赤道一側為東風差值控制，大陸為西風差值控制，研究區域為北風異常場，南亞高壓強度增強。強厄爾尼諾和強拉尼娜事件會使5月南亞高壓位置發生變化，這可能和高空急流變化有關。有研究指出，發生厄爾尼諾事件會影響東亞高空急流強度[16]，從而影響南亞高壓的位置。南亞高壓位置發生變化后，其對孟加拉灣季風暴發的影響將會失去效應，因此其對于研究區域降水對厄爾尼諾事件響應的影響研究也無從談起，但高空急流發生變化可能引起急流的垂直次級環流發生變化，進而導致厄爾尼諾對研究區域降水的影響。

厄爾尼諾（拉尼娜）事件影響高空急流不僅可以改變南亞高壓的位置，同時也會影響高原南側的經向垂直環流。如圖5，1979-2017年的92°30′E平均經向垂直環流在0°～20°N表現為上升運動，同時緯向風為東風，在高原上空是強西風急流帶，高原南側由于降水凝結潛熱的釋放，有上升氣流，兩股上升氣流在高原北側45°～50°N處下沉。強厄爾尼諾事件發生時，高原上空西風急流減弱，高原南側東風急流也減弱，春季西藏、云南、中南半島地區處在東亞高空急流的入口區右側，有利于發生垂直次級環流，高原上空為下沉氣流差值控制，沿著低空中南半島反氣旋環流差值東部的北風差值在赤道地區上升，在高空沿著氣旋環流差值東部的南風差值回流到下沉氣流差值中，形成高原南側的垂直經圈環流差值，在700hPa反氣旋環流差值和垂直下沉氣流差值的作用下，不利于研究區域降水發生;強拉尼娜年，高原上空西風急流加強，高原南側東風急流也加強，沿著低空中南半島氣旋環流差值東部的南風差值在高原南側形成上升氣流差值，其南側上升氣流差值在高空沿著反氣旋環流差值東部的北風差值在赤道地區形成下沉氣流差值，形成與強厄爾尼諾事件完全相反的垂直經圈環流差值，在700hPa氣旋環流差值和垂直上升氣流的作用下有利于研究區域降水的發生。

3 結論

通過使用海溫、大氣和降水等數據，利用SEOF方法對熱帶太平洋海溫進行時空分解，得到厄爾尼諾（拉尼娜）現象海溫的季節分布特征向量場和時間系數，進一步探討其對西藏春季5月降水的影響，發現其與西藏5月降水量呈顯著負相關。厄爾尼諾（拉尼娜）發生年，中南半島低空700hPa出現反氣旋（氣旋）環流差值，研究區域低空的西風（東風）差值導致大氣可降水量偏少（多），高空印度北部為氣旋環流差值（高原上空為反氣旋環流差值）控制，研究區域大氣為下沉（上升）氣流控制，不（有）利于西藏5月降水的形成。

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收稿日期：2019-09-15

基金項目：西藏自治區科學技術廳自然基金項目（XZ2018ZRG-148）

作者簡介：洛桑旺姆（1974-），女（藏族），高級工程師，主要從事氣象服務，（電話）13908932533（電子信箱箱）805991733@qq.com;通信作者，達瓊，女（藏族），工程師，（電話）13989037370;普布卓瑪，女（藏族），工程師，（電話）13989985213。