厄尔尼诺事件的类型、强度对海南岛秋汛期降水的影响

利用1961—2018年逐月Ni?o关键区海温指数资料、NCEP/NCAR再分析资料及国家气象观测站降水量资料,在定义了厄尔尼诺事件的类型和强度的基础上,利用相关分析和合成分析方法,分析了近58年厄尔尼诺事件的不同类型和强度对海南岛秋汛期降水的影响及其相应的大气环流和水汽输送场的差异。结果表明,厄尔尼诺事件总体有利于海南岛秋汛期降水偏少,但存在类型和强度上的差别。其中轻度中部型厄尔尼诺事件年全岛平均降水量偏少32.5%,偏少概率较气候概率上升了25.0%,降水异常的空间分布表现为西南局部地区的偏多、其余地区的偏少;中等及以上强度东部型厄尔尼诺事件年降水量平均偏少21.7%,偏少概率上升了11.7%,轻度东部型厄尔尼诺事件年降水量平均偏少15.8%,偏少概率上升了7.5%,两者的降水异常空间分布为一致性偏少。海南岛秋汛期降水异常与大气环流和水汽输送密切相关。不同类型和强度的厄尔尼诺事件年可能主要通过影响沃克环流的位置、强度的不同程度变化,造成风场、位势高度场、海平面气压场、垂直速度场、水汽通量及其散度场响应程度上的差异,最终使海南岛秋汛期降水发生不同程度的减少。

全球变暖和厄尔尼诺事件

厄尔尼诺事件与全球冷暖和旱涝密切联系,因此一直是受到关注的问题[1]。本文综述在全球变暖背景下,观测到的厄尔尼诺变化和与人类活动的关系以及预估未来在全球变暖背景下的变化。

厄尔尼诺事件年际变化与我国华北夏季干旱的关系

厄尔尼诺(El Niño)事件对全球气候尤其区域旱涝有重大影响,是开展气候预测的重要信号来源。为认识厄尔尼诺对华北夏季旱涝的影响规律和改进预测技术,基于1961—2022年2400多测站月降水量、NOAA重构的月海表温度数据和NCEP/NCAR再分析环流数据等,采用季节演变经验正交函数分解(SEOF)、环流异常回归重构、环流合成分析等方法,综合分析厄尔尼诺事件年际变化与华北夏季旱涝的关系及其影响机制。结果表明:(1)华北夏季降水与当年夏季El Niño状态呈显著负相关,即当年春季El Niño开始出现,夏季发展且强度较强,则华北夏季降水显著偏少,易发生干旱。进一步分析发现,海表温度从上年春、夏、秋、冬La Niña型转为当年春、夏、秋、冬El Niño型时,华北地区夏季降水显著偏少,易发生干旱。(2)El Niño主要通过调节高、低空环流影响华北夏季降水,其诱发的当年夏季200、500、850 hPa环流型与华北夏季干旱年环流型一致。(3)当200 hPa华北地区及北侧西风急流偏弱时,由高空扰动造成的上升运动会明显偏弱;500 hPa西太平洋副热带高压位置偏南,华北处于“东低西高”环流型控制下,低槽系统东移速度快,不利于华北维持长时间降水过程;850 hPa热带印度夏季风、东亚副热带夏季风偏弱,华北缺乏有效的水汽输送。这种高、低空环流配置会造成华北夏季降水偏少,易发生干旱。

厄尔尼诺事件对甘肃武威温度降水以及气象干旱影响分析

2023年甘肃武威发生了60 a一遇的高温干旱事件,造成巨大经济损失。为提高极端气候事件的预报预测精度并减轻其造成的损害,基于武威国家基本气象站1959—2023年逐日降水、气温和干旱实况资料,以及国家气候中心发布的ENSO(El Niño and Southern Oscillation,厄尔尼诺-南方涛动)事件记录,采用气候统计学方法分析厄尔尼诺事件对该地区干旱气候的影响。结果表明:在厄尔尼诺事件发生年,该区域倾向于出现全年气温偏高和夏秋季节降水偏少的现象,冬季降水则偏多,且春、夏、秋、冬季节均可能出现气候异常现象。此外,在这些年份中,中度到特重干旱的发生概率明显增加。在厄尔尼诺事件结束年,区域气候表现出四季气温偏高的特点,同时春季降水偏多,冬季降水偏少且极端天气事件发生概率上升。在厄尔尼诺事件结束的次年,约有25%的年份会发生拉尼娜事件,而50%的年份可能再次进入厄尔尼诺期,气候变化主要受当前气候事件的影响。研究还发现,在拉尼娜事件结束后立即进入厄尔尼诺期的年份,气候异常现象尤为显著,发生极端天气的概率增加。

2023/2024年厄尔尼诺事件对巴拿马运河区域干旱的影响分析

ENSO(El Niño-Southern Oscillation)是短期气候年际变化中最强的信号,它对全球气候的短期变化有着重要影响。ENSO虽然发生在热带太平洋地区,但其影响却波及全球。例如,厄尔尼诺期间,巴拿马地区容易发生干旱,这将对巴拿马运河的航运产生重大影响。近期报道显示,自2023年春季以来,巴拿马运河地区一直受到干旱影响,造成运河水位异常偏低,出现近8 a来最严重的堵塞情况。针对这一极端现象,采用标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evaportranspiration Index,SPEI)分析巴拿马运河区域的干旱状况,探究干旱累积效应在不同时间尺度的显著性。进一步从ENSO(以Niño3指数为代表)事件对巴拿马运河区域降水及蒸发的物理影响角度出发,深入分析该区域干旱成因,并基于最新的ENSO预测结果,预判巴拿马运河区域干旱在未来半年内仍将会维持并进一步加剧,对该区域应对未来干旱状况具有重要意义。

不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响

利用1951—2009年线性最优插值全球海温资料,NCEP/NCAR再分析大气资料,以及中国160个站的降水资料等,重点分析了不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变特征及对应的热带大气的响应情况,并进一步探讨了不同分布型厄尔尼诺事件对次年夏季中国降水的可能影响。根据厄尔尼诺事件发展达到盛期时海温距平的分布特点,将1950年以来的厄尔尼诺事件分为东部型、中部型和混合型。不同分布型厄尔尼诺事件的海温演变及后期的发展都表现出较为明显的差异,对应的热带太平洋上空向外长波辐射距平分布及热带印度洋-太平洋上空的沃克环流异常也表现出明显的不同。在厄尔尼诺的次年夏季,通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统,东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈现南方型(III类)、中间型(II类)和北方型(I类)的分布特点。

厄尔尼诺事件及其对我国夏季降水量时空分布的影响

为了探讨厄尔尼诺与我国夏季降水的关系,分析Nino指数的变化趋势和突变情况,解析1961—2016年历次厄尔尼诺事件的类型和强度特征,对我国月降水距平进行EOF分解,研究我国降水变率的空间分布和年际变化规律。重点研究2014—2016年厄尔尼诺事件的特征及其对2016年我国夏季月降水量时空分布的影响。研究表明:Nino指数和我国降水变率在厄尔尼诺事件发生期间波动较大,厄尔尼诺事件将影响我国次年夏季降水量的时空分布。其中,东部型厄尔尼诺事件峰期过后我国夏季降水呈现长江流域增加、淮河以北大部分地区及东南沿海地区减少的特征;中部型厄尔尼诺事件峰期过后,夏季降水呈现黄河流域及华南地区增加、长江流域减少的特征;混合型厄尔尼诺事件丰期过后降水增加的地区主要为黄河流域。

两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋海温异常特征对比

基于1951—2010年逐月海气多要素观测资料,对比分析了两类厄尔尼诺事件发展年秋季印度洋的海温异常及大气响应特征,探讨了印度洋偶极子的发生与两类厄尔尼诺事件特征的可能联系。结果表明,两类厄尔尼诺事件的发展年均会出现印度洋偶极子,但出现的概率不同:大多数东部型厄尔尼诺事件都会伴有正位相印度洋偶极子发生;而仅一半的中部型厄尔尼诺事件期间会出现正位相印度洋偶极子的异常海温型,且强度较弱。从印度洋偶极子与两类厄尔尼诺事件的物理联系上看,东部型厄尔尼诺事件期间,印度洋偶极子的发生与其强度联系密切:印度洋偶极子发生在东部型厄尔尼诺事件较强期间,两者通过海洋大陆的异常强下沉运动及大范围负异常降水相联系;东部型厄尔尼诺事件偏弱时并无印度洋偶极子出现,海洋大陆异常下沉运动及负异常降水很弱。然而,中部型厄尔尼诺事件期间印度洋偶极子的发生与其强度并无显著的关系,而与太平洋高海温区的位置存在一定的可能联系:在有印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件发展年秋季,热带太平洋异常高海温区的位置相对偏东,海洋大陆出现显著下沉运动和大范围负异常降水,热带东印度洋为大范围强异常东风控制;但无印度洋偶极子发生的中部型厄尔尼诺事件时,热带太平洋高海温区位置相对偏西,极弱的海洋大陆下沉支对热带印度洋异常海温作用非常有限。

长江口海域海水表层温度与厄尔尼诺事件的关系

根据长江口海域引水船站和嵊山站四十年的海温观测资料,分析了1960年以来厄尔尼诺发生前后长江口海域海温的变化规律.结果表明长江口海域SST具有与厄尔尼诺发生周期相一致的2～7年的变化周期;在厄尔尼诺发生期间长江口海域SST距平一般呈中间高的分布特征,即厄尔尼诺事件当年的的海温一般偏低,而次年一般偏高,至第三年又有所下降;研究还表明,长江口海域海温的变化与东亚冬半年冷空气活动、赤道东太平洋海温及台湾暖流有着密切的关系.

不同类型和强度的厄尔尼诺事件对次年华南前汛期降水的可能影响

根据气象行业标准(QT/T370-2017)对厄尔尼诺事件不同类型的划分结果以及国家气候中心最新颁布的华南前汛期业务监测标准,利用1961~2016年NCEP/NCAR日、月尺度再分析大气环流资料、海表温度资料(ERSST V4)以及华南261个国家气象观测站逐日降水资料,采用相关、合成等方法分析了不同类型、强度的厄尔尼诺事件特征以及与次年华南前汛期的关系,并探讨其海温和大气环流异常特征。结果表明,厄尔尼诺事件的类型、强度对次年华南前汛期降水的影响存在明显差异。中等及以上强度东部型厄尔尼诺事件次年,华南前汛期开汛早、结束晚,前汛期持续时间长、降水多;弱等级的东部型以及中部型厄尔尼诺事件次年则相反。在厄尔尼诺事件次年华南前汛期,中等及以上强度东部型厄尔尼诺相对弱东部型或中部型厄尔尼诺的大气环流存在明显差异。高层西风急流明显加强,中层北半球极涡加强,东亚大槽强,低层菲律宾以东存在反气旋异常环流,华南存在南北风的交汇和水汽辐合加强,有利于华南前汛期降水偏多。

厄尔尼诺事件与中国降水及历史旱涝

本文利用中国大陆178个测站1951—1989年的月总降水量,分析厄尔尼诺事件发生当年和次年中国降水的特点及其差异。在厄尔尼诺当年,我国北方除春季降水偏多外,其余各季以少为主;南方夏季偏少,其余以多为主。与厄尔尼诺当年相比,次年多数地区降水具有相反变化趋势。这种差异在西北东部河套地区、四川盆地及青藏高原较为显著。另外,近500年来,中国历史旱涝分布与厄尔尼诺事件关系较为密切。

1976—1977年及1982—1983年厄尔尼诺事件过程差异的年代际背景

本文根据NMC客观分析资料进行诊断分析，揭示了1976－77年及1982－83年这两次ElNino事件海气相互作用过程中的若干特征。结果表明：70年代末赤道西风异常背景场、SST背景场及其准4年周期振荡均存在年代际变化；SST背景场冷（暖）、80°W-0°E赤道区域850hPa纬向风异常西（东）风以及赤道太平洋SSTA准4年周期振荡东传型（西传型）共同决定了这两次事件的强度与类型的差异，即1976／77年事件为较弱的东部型EINino事件，而1982／83年事件表现为很强的西部型EINino事件。

海底火山喷发引发厄尔尼诺事件的数值模拟

在东北太平洋海底火山实际位置，模仿实际火山喷发所产生的地热通量，对ＩＡＰ海－气耦合模式进行了强迫作用下积分试验。积分结果表明：海底火山溢流所产生的热能通过海洋对流影响表层海温，深层扩散极少；模拟出类似１９８６～１９８７年和１９９１～１９９２年厄尔尼诺事件形成发展的全过程。

两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响

利用MERRA-2再分析气溶胶光学厚度及气象观测资料,在剔除人为排放长期变化产生的气溶胶光学厚度扰动的基础上,从气候学角度探讨了两类厄尔尼诺事件对中国东部冬季气溶胶的影响。结果表明,东部型厄尔尼诺事件使绝大部分区域气溶胶光学厚度呈正异常分布,尤其对华北至东北的气溶胶污染加剧作用显著;而中部型厄尔尼诺事件使气溶胶光学厚度异常由南至北呈显著的"+-"双极型分布。进一步成因分析发现,虽然两类厄尔尼诺事件都具有削弱冬季风从而减弱北方气溶胶向南传输的作用,但中部型对水平流场的削弱作用不显著,尤其是东北地区没有通过90%的显著性检验。同时二者对北方大气垂直扰动和气溶胶的湿清除作用相反,其中东部型表现为大气垂直扰动和对流有效位能减弱,降水减少,湿清除减弱;而中部型则表现为垂直扰动和对流有效位能增强,降水增多,湿清除增强。对于南方,强东部型事件引发的强降水可能是产生该区域气溶胶污染影响不稳定的主因,而中部型则主要通过气流削弱作用加剧长江中下游地区气溶胶的局地污染。

2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合实时气候预测研究

本文研究建立2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合的气候预测模型,并开展2015年夏季和2016年冬季气候我国160个站点和主要区域实时气候预测。夏季降水的实时预测起报于2月,冬季气温的预测起报于10月。研究结果表明,尽管NCEP-CFSv2耦合气候模式能较好预测2015/2016年极强厄尔尼诺事件中海温异常的演变,但对我国160个站点夏季降水和冬季气温预测仍有较大的偏差。因此,基于NCEP-CFSv2耦合模式预测结果,分别建立我国160个站点冬季气温和夏季降水异常的动力和统计结合气候预测模型。同时,利用年际增量预测方法开展我国长江中下游夏季降水和华北冬季气温的区域气候预测。研究结果表明以上预测模型在2015/2016年的实时预测中较NCEP-CFSv2有更好的预测效能。相对于NCEP-CFSv2耦合模式的预测结果,2015年夏季降水距平空间相关系数ACC从0.21提高到0.31(超过0.01信度的显著性水平),距平同号率提高到60%,2016年冬季气温ACC从0.19提高到0.32(超过0.01信度的显著性水平),距平同号率提高到75%。

印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

利用1951—2015年NOAA气候预测中心的SST扩展重建资料(ERSST V3b)、国家气候中心提供的我国160站月降水量资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的各气压层的水平风速、垂直速度和比湿资料,研究了印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响。结果表明,虽然东部型(中部型)厄尔尼诺年秋季我国长江以南地区降水偏多(少),但当东部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国长江以南地区降水偏多的程度显著提高;当中部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季,我国西南地区降水转为偏多,其他南方地区降水仍然偏少;当中部型厄尔尼诺与印度洋一致增暖型海温同时发生年秋季,我国整个长江以南地区降水偏少,且偏少的幅度要显著高于不考虑印度洋海温异常的情况。此外还对印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响的环流成因进行了分析。

CAM3模式模拟厄尔尼诺事件对大气环流异常的影响

采用CAM3(Community Atmosphere Model Version3)模式中海气湍流通量参数化原方案和改进方案,利用观测海温驱动CAM3模式进行气候模拟,以分析模式对厄尔尼诺事件影响气候变化的模拟能力。结果表明,采用CAM3模式海气湍流通量参数化改进方案,模式能够更好地模拟出由厄尔尼诺事件引起的北太平洋和北美地区大气环流的变化,尤其是对厄尔尼诺年冬季阿留申低压强度和与PNA遥相关型有关的500hPa位势高度异常的模拟。

厄尔尼诺事件的成因与预报

为研究ElNi no事件的形成机理、建立其统计学预报模式,该文提出"拓展伴随模态分析"的新方法并将其应用于实测月平均SLP(或1000毫巴位势高度)和SST距平资料。分析结果表明:中高纬度高压移动所形成的异常热带亚澳大陆桥高压、北太平洋涛动的中纬度低压和构成南方涛动的异常海洋低压三者之间的相互作用是ElNi no事件演变过程中的决定因素;其形成和前发展阶段主要是大气驱动海洋,异常东亚或中亚高压与后二者的结合诱发东部型Ni no事件而异常西亚、南印度洋或南澳大陆高压与后二者的结合诱发中部型ElNi no事件;其后发展和消亡阶段主要是海洋驱动大气,在异常南、北太平洋中纬度海洋低压和亚澳大陆桥高压共同作用下形成的、以热带西太平洋为中心的钳型异常低温水舌牵引着上方的钳型异常海面高压向东北延伸使得阿留申低压回归原处,向东南延伸使得南方涛动的海洋低压减弱变性并造成了ElNi no事件的衰亡。其预报结果为:2003年将是一个正常偏冷年份。

黄河兰州以上天然径流对厄尔尼诺事件的响应

介绍了ElNino、LaNina事件 ,分析了黄河兰州以上天然径流特征、ElNino事件与青藏高原大气环流、兰州以上天然来水对ElNino事件的响应。分析认为 :E1Nino事件的确是影响黄河上游径流的主要因素之一。E1Nino发生在冬春季节 ,当年汛期径流偏少的概率最大 ,如果发生在夏季 ,当年汛期径流将偏多 ;E1Nino次年 ,径流偏少的概率较大 ;E1Nino持续时间愈长 ,径流愈枯 ;E1Nino事件春季结束 ,径流偏少的概率较大 ,夏季结束 ,径流有可能偏大 ;LaNino事件发生 ,当年或次年径流将偏多 。

东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

利用1951—2017年NOAA月平均海面温度、NCEP/NCAR的再分析资料以及中国160站月降水观测资料,通过分类合成分析方法研究了东部型(eastern Pacific,EP)和中部型(central Pacific,CP)厄尔尼诺(El Nino)事件当年及次年对山东夏季降水年际变化的影响。结果表明,两类El Nino发生年,山东夏季降水均较常年显著偏少,但EP El Nino对山东夏季降水的影响强度和范围略弱于CP El Nino:EP El Nino发生年夏季,仅鲁西北部分地区以及胶州湾附近降水较常年显著偏少,而CP El Nino当年夏季山东全区降水较常年显著偏少。EP El Nino和CP El Nino次年对山东夏季降水异常的影响呈反位相,且影响大值区空间位置也完全相反:EP El Nino次年夏季山东东部尤其是半岛地区降水较常年异常偏少(青岛地区最为突出),而CP El Nino次年夏季山东中部和北部尤其是西北部地区降水较常年异常偏多。EP El Nino当年和次年夏季、CP El Nino当年夏季500 hPa高度场异常分布形势不利于西北太平洋副热带高压的北上,850 hPa风场为偏北风和偏东风异常,山东水汽输送条件差,水汽无明显辐合,造成大部分地区降水偏少。CP El Nino次年夏季西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏北,850 hPa显著西南风场异常,山东中西部水汽辐合明显,这些是降水偏多的重要原因。