我国冬油菜的气候灾损变化及其对ENSO响应

构建冬油菜气候灾损与ENSO事件的可能关系有利于应对气候变化对油料供给的影响。基于12个主产省市1980—2019年的冬油菜单产序列,通过H-P滤波与时序全局主成分分析识别了气候灾损的年代差异。此外,梳理了主要气象灾害以及不同ENSO年型对灾损的影响,进而探讨了9种ENSO指数的预判作用。主要结果如下:①冬油菜种植效率的区域均衡性呈现出显著的上升趋势;②多数省市的气候灾损在1980s和1990s有着更高强度;③冻灾和雹灾对冬油菜种植有着更不利的影响;④ENSO强冷事件支配年份的气候灾损明显更高;⑤极端东部热带太平洋海表温度等因子驱动的分类模型对灾损年景有着较好的预判效果。

从能量学角度理解气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关的影响

厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区,ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常;在热带外,ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面,气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面,热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展,在此基础上,回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化,并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。

ENSOMIM:一种新型ENSO时空预测模型

为了提高厄尔尼诺南方涛动(El Ni?o-southern oscillation,ENSO)预测的准确性,解决卷积核难以捕获ENSO的长距离前兆的问题,将ENSO预测视为一个时空序列预测问题,并提出一种基于注意力机制和循环神经网络的ENSO非稳态时空预测深度学习模型,称为ENSOMIM。该模型通过提出的新型注意力机制BGAM来局部和全局交互地学习空间特征,并使用高阶非线性时空网络对长期的时间序列特征进行编码。由于ENSO观测数据集样本数量少,为了更充分地训练模型,采用迁移学习的方法,使用历史模式模拟数据进行预训练再利用观测数据校正模型。实验结果表明,ENSOMIM更适合于大区域和长期的预测。在1984-2014年验证期间,ENSOMIM的Ni?o3.4指数的全季节相关性技巧比经典的卷积神经网络提高16%,均方误差降低17%,它可以为长达18个月的提前期提供有效预测,并且在23个月的提前期内相关技巧达到0.45。因此,ENSOMIM可以作为预测ENSO事件的有力工具。

ENSO组合模态可预测性的季节-年代际变化

厄尔尼诺-南方涛动组合模态(C-mode)是厄尔尼诺衰减期西北太平洋上空异常反气旋发展的主要驱动力,通常可以形成水汽输送通道,导致我国南部地区降水增多并发生严重的洪涝灾害,而在拉尼娜期间则情况相反。利用1981—2020年美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析数据集的表面风场资料分析了C-mode可预测性的季节-年代际变化。结果表明:C-mode在2000年以后的可预测性明显下降,主要原因是其变率减小、强度减弱、信噪比降低等。在季节尺度上,C-mode存在“秋季预报障碍”,这与信号的季节循环密切关联,当C-mode在秋季进入衰退期时,信号强度最弱、变率最小,因此其秋季的可预测性降低。

舟山海域夏季上升流的年际变化及其与ENSO的关系

本文利用1968—2021年的海表温度和风场数据,分析舟山海域夏季上升流强度的年际变化,并结合同期的Ni?o 3.4指数分析ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)对上升流的影响。温度和风上升流指数表明,1982—2021年夏季舟山海域上升流均呈下降趋势,下降速率分别为0.062℃·10a^(−1)和0.35m^(3)·s^(-1)·(100m·a)^(-1)。近年来,沿岸风应力的减弱是影响温度上升流指数减弱的一个重要因素。统计更长时间段内(1968—2021年)El Ni?o和La Niño年风上升流指数的强度发现,El Ni?o年平均风上升流指数较小,仅为-10.33m^(3)·s^(-1)·(100m)^(-1)。La Niño年平均风上升流指数较大为7.60m^(3)·s^(-1)·(100m)^(-1),高于El Ni?o和气候态,且多达4级(比例为75%)。进一步分析ENSO与舟山海域风上升流指数的关系发现,ENSO主要通过影响风的变化进而影响上升流的强度。El Ni?o年,舟山海域东南风减弱,导致上升流强度较弱,甚至发生下降流。La Niño年主要为偏南风且风速较大,更有利于上升流的发展。

ENSO对中国沿海夏季降水影响的区域特征研究

利用降水和海表温度格点数据以及中国沿海台站降水数据,分析中国沿海夏季降水对ENSO时空响应特点,并探讨中国沿海夏季降水年代际变化原因。结果表明:1)中国沿海夏季降水受ENSO影响区域特征明显,以连云港和云澳为界可分为3个区域。渤黄海沿海夏季降水与Niño3.4指数呈负相关,东海沿海呈正相关,南海沿海相关关系不显著。2)年代际尺度上,中国沿海夏季降水与Niño3.4指数关系不稳定。渤黄海沿海夏季降水与Niño3.4指数负相关在1980年之前和2010年之后较为显著,东海沿海的正相关在20世纪80年代之后变得不显著,南海沿海的相关关系不显著。3)年代际尺度上,渤黄海沿海夏季年代际降水与同期Niño3.4指数、前一年冬季AO指数和当年春季AAO指数呈显著负相关,而东海沿海都呈显著正相关,南海沿海夏季年代际降水与当年春季北极海冰指数呈明显负相关。对于Niño3.4指数,中东太平洋偏高的海表温度能在500hPa位势高度场激发出负太平洋-日本型遥相关波列,使得渤黄海沿海夏季年代际降水减少和东海沿海增多;当前一年冬季AO和当年春季AAO为正相位时,850 hPa风场在贝加尔湖南部的异常反气旋引导中高纬地区气流南下,引起东亚夏季风减弱,造成渤黄海沿海夏季年代际降水减少;另外,西北太平洋副热带高压强度偏强且位置偏西引起上升运动增强,导致东海沿海夏季年代际降水增多;春季北极海冰年代际变化能在850hPa风场和500hPa位势高度场上,激发出导致南海沿海夏季降水年代际变化相反的大气环流形势。

AMO对ENSO与初夏西太平洋海洋热浪年际关系的年代际调制作用

海洋热浪是发生在海洋上的极端高温事件,对海洋环境和生态系统具有破坏性影响。文章采用1960—2020年第五代欧洲中期天气预报中心再分析资料(European centre for medium-range weather forecasts reanalysis v5,ERA5)和英国气象局哈德来中心全球海冰和海洋表面温度资料集(Hadley centre global sea ie and sea surface temperature,HadISST)以及地球系统模式(community Earth system model,CESM1)北大西洋理想试验数据等,通过相关、合成分析等多种统计方法,研究了厄尔尼诺–南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)与次年初夏西太平洋海洋热浪年际关系的变化特征,并进一步探讨了二者关系发生年代际变化的可能成因。研究结果表明:1)ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪月数的年际关系具有明显的年代际变化特征,北大西洋多年代际振荡(Atantic multidecadal oscillation,AMO)是二者年际关系发生年代际变化的主要成因。当AMO处于正位相时,ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪存在显著的正相关关系,而当AMO处于负位相时,上述二者相关关系不再显著;2)AMO主要通过调控ENSO事件的强度进而影响西北太平洋大气环流的异常响应,从而进一步影响ENSO与次年初夏西太平洋海洋热浪之间的关系。当AMO处于负(正)位相时,相对较强(弱)的ENSO事件通过强(弱)风–蒸发–海温正反馈过程,使得ENSO事件次年初夏西北太平洋地区产生位置相对偏东(西)、强度相对偏强(弱)的异常反气旋/气旋。异常反气旋/气旋的位置和强度导致初夏西太平洋海洋热浪的分布在AMO正、负位相存在显著差异。

马来西亚东北部Setiu潟湖1970年以来沉积环境演化及其对ENSO的响应

马来半岛位于低纬热带地区,厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)如何影响该区域的气候,尤其是降水仍然存在争议。本文以马来半岛东北部登嘉楼州Setiu潟湖钻孔NTT-3为研究对象,通过分析粒度、总有机碳及总氮含量、C/N比值和XRF岩心扫描等,探讨该钻孔的沉积环境变化及其对ENSO的响应。研究结果显示,钻孔记录中自1970年前后(84 cm处)出现两种不同的变化趋势。1970年之前钻孔下部沉积物粒度、有机和无机地球化学特征趋势波动明显,沉积速率较低。而1970年以来,潟湖沉积环境总体稳定,沉积物中的有机组分主要来自红树林,同时伴有河流输入的淡水浮游植物的贡献。频谱分析结果显示1970年以来钻孔上部存在明显的ENSO周期变化。强厄尔尼诺现象基本对应低Zr/Rb比值和低Zr/Ti比值,而强拉尼娜(La Nina)现象基本对应高Zr/Rb比值和高Zr/Ti比值。该结论不仅支持了现代观测对马来半岛东部沿海地区气候变化的认识,同时也在地质记录中发现了ENSO变化的直接证据,对全面认识和理解ENSO对亚洲气候变化的影响、区域陆海相互作用过程和环境响应等方面具有重要现实意义。

北上台风时空变化特征及其与ENSO的关系

基于中国气象局热带气旋最佳路径数据集,对1949—2022年北上台风的时空变化特征进行统计分析,并探讨了厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)对北上台风活动的影响。结果表明:1)74年间共有275个北上台风活动,频数的年际变化呈不显著上升趋势,但北上台风占西北太平洋生成台风总数的比例呈现显著的上升趋势;2)北上台风主要集中在7—9月生成,8月份进入定义区数量最多,生命期强度以超强台风、台风等高强度等级居多,且高强度等级北上台风出现的几率近些年有增加趋势;3)共有159个北上台风在中国登陆,未登陆转向路径台风大多在30°N、125°―130°E附近向东转向。北上台风生成位置大多集中在10°―20°N、130°―150°E,登陆类北上台风的生成位置更加偏西,消散类台风的生成位置纬度更高;4)Niño 3.4指数与北上台风频数和生命期强度分别呈显著的负相关和正相关关系,同时其对北上台风的生成位置也具有明显影响。与厄尔尼诺年相比,拉尼娜年生成的北上台风数量更多,生成位置更加偏西、偏北,但厄尔尼诺年发生的北上台风强度更高。

模式垂直分辨率对模拟ENSO遥相关的影响

模式分辨率对气候模式的模拟效果具有重要影响。然而,当前模式开发对于垂直分辨率的重视不够。以ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)遥相关为例,利用CESM(Community Earth System Model)模式,探究不同模式垂直分辨率设置下模式模拟的ENSO对平流层、对流层影响的差异,评估模式垂直分辨率在气候模拟中的重要性。结果表明,提高垂直分辨率可以显著改进模式对ENSO遥相关的模拟能力。以ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)第五代再分析数据集(ERA5)为参照,ENSO对纬向平均温度的影响在北半球中高纬地区冬季呈现出“负正负”的三极子模态。CESM默认的垂直分辨率设置(L66)不能模拟出这一模态,而提高模式垂直分辨率(L103)后则可以较好地模拟出这个模态。对于水平分布而言,L66模拟的ENSO在对流层的信号与再分析资料相比明显偏强,L103则可以显著改善。同时,L103对ENSO影响平流层的模拟效果也比L66有所改善。进一步分析发现,L103模拟的行星波从对流层向平流层的传播更强,更接近再分析资料。提高垂直分辨率可以改善模式对大气波活动以及平流层-对流层动力耦合的模拟,重视模式的研发。

1962—2021年闽江流域干湿演变特征及其对ENSO事件的响应

基于1962—2021年闽江流域29个气象观测站的日降水量数据,运用标准化降水指数(standard precipitation index,SPI),Mann-Kendal趋势检验(M-K检验)以及Morlet小波分析等多种方法,深入分析不同时间尺度下闽江流域干湿演变特征,同时,结合海温异常指数(sea surface temperature anomaly,SSTA),进一步探究闽江流域干湿对厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)事件的响应。结果表明:近60年来,闽江流域整体呈不显著湿润化趋势,夏季在20世纪90年代后显著湿润化,秋季在1995年后有干旱化倾向,冬季比其他季节更容易出现极端干湿事件;从空间上看,流域东南部湿润化趋势明显,具有春季流域中部干旱化,夏季北部以及东南部湿润化,秋季南部干旱化的态势;全流域各级湿润和干旱事件均呈增加趋势,湿润事件多出现在夏季,干旱事件多出现在秋、冬季;闽江流域在20~30 a的范围内存在干—湿—干的周期变化。ENSO对闽江流域干湿有显著影响,且具有一定的滞后性,暖、冷事件的影响分别在滞后1~4个月和3~5个月最显著。

基于在线滤波的ENSO强度预测模型及2023/2024年El Niño强度的预测

本文利用在线滤波代替Lanczos滤波,建立实时的累积高频风指数并构建ENSO强度预测模型。结果显示,在线滤波定义的累积高频风事件与Lanczos滤波有着类似的时空分布特征,这一大气信号与海洋充放电过程是决定ENSO成熟期强度的关键信号,且在冷暖位相下呈高度非对称特征。La Niña成熟期强度主要与2月热带太平洋的暖水体积及前一年12月至当年4月赤道中西太平洋累积东风事件紧密相关。相较之下,El Niño成熟期强度则与热带太平洋更大范围的海洋充电过程和东扩的西风事件紧密联系。基于上述非对称热带海气信号构建的ENSO强度预测模型可以稳定有效且较准确地预测ENSO强度。模型在6个月的预报时效下预测2023/2024年冬季Ni1o3.4约为1.9℃,为一次强El Niño事件。

基于SPI的福建省干湿特征与ENSO的关联性分析

根据福建省17个气象站点1970—2019年的逐月降水数据,计算了不同时间尺度的标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI),并利用Mann-Kenddall检验、相关性分析等方法,分析了福建省干湿时空变化特征,及其与El Ni1o-Southern Oscillation(ENSO)事件的关联性。结果表明:近50年来,福建省以正常为主,轻旱与轻湿次之,发生频次最少的是特旱与特湿。年尺度上,福建省整体呈湿润化趋势,但季节变化差异较大,其中,春季呈明显的干旱趋势,夏季呈较为明显的湿润趋势,秋、冬季变化趋势不显著。福建省沿海及闽北山区易出现旱涝极值,中间地带干湿分布以轻级、中级和正常为主。ENSO事件的强度与SPI的变化呈正相关,ENSO冷暖事件对降水的影响具有滞后性,ENSO冷事件对福建省SPI影响的滞后时间为5个月,ENSO暖事件的滞后时间为0~5个月。

用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式综述:中间型和混合型模式

厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号,起源于热带太平洋海气相互作用过程,并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来,广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测,各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力,ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展,包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等);同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究,尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models,AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models,OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models,CGCMs),这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场,其可以分解为气候态部分和年际异常部分),还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models,ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式,其对应的控制方程组采用距平形式,直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常),而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定;大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models,HCMs)是另一类简化的海气耦合模式,其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models,GCMs);如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCMOGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCMAGCM。历史上,ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。

ENSO事件下赤道中东太平洋海温场非对称性特征

利用1950—2020年冬季HadISST逐月海面温度(sea surface temperature, SST)资料、SODAv2.2.4逐月SST和三维海洋流速同化资料以及NCEP/NCAR 2 m高度上的逐月气温(surface air temperature, SAT)资料,使用非对称合成差分析方法、海洋混合层热量收支诊断方法等,探究El Ni1o事件和La Ni1a事件下造成赤道东太平洋(E区:110°W~80°W,10°S~10°N)、赤道中太平洋(C区:160°E~170°W,10°S~10°N)SST异常场显著不同非对称性特征的可能海洋动力过程,分析ENSO事件非对称强迫下2 m高度上SAT异常场的非对称空间响应。结果表明:E区El Ni1o事件的强度显著强于La Ni1a事件,C区则相反。非线性动力学加热作用对E区和C区El Ni1o年和La Ni1a年SST异常场的非对称分量都起到了正反馈作用,是造成这两个区域SST异常场产生正、负非对称分量的主导动力因子。埃克曼输送作用不利于E区SST异常场正非对称分量的形成,但有利于C区SST异常场负非对称分量的形成。平均流、纬向平流和温跃层的非对称正反馈作用阻碍了C区SST异常场负非对称分量的形成。2 m高度上SAT异常场的非对称分布与SST异常场的非对称分布较为一致,但SAT异常场正、负非对称分量的显著范围明显减小,部分区域的非对称结果不显著。

Salinity effect-induced ENSO amplitude modulation in association with the interdecadal Pacific Oscillation

A 110-year ensemble simulation of an ocean general circulation model(OGCM)was analyzed to identify the modulation of salinity interdecadal variability on El Niño-Southern Oscillation(ENSO)amplitude in the tropical Pacific during 1901-2010.The simulating results show that sea surface salinity(SSS)variation in the region exhibits notable and coherent interdecadal variability signal,which is closely associated with the Interdecadal Pacific Oscillation(IPO).As salinity increases or reduces,the SSS modulations on ENSO amplitude during its warm/cold events vary asymmetrically with positive/negative IPO phases.Physically,salinity interdecadal variability can enhance or reduce ENSO-related conditions in upper-ocean stratification,contributing noticeably to ENSO variability.Salinity anomalies associated with the mixed layer depth and barrier layer thickness can modulate ENSO amplitude during positive and negative IPO phases,resulting in the asymmetry of sea surface temperature(SST)anomaly in the tropical Pacific.During positive IPO phases,SSS interdecadal variability contributes positively to El Niño amplitude but negatively to La Niña amplitude by enhancing or reducing SSS interannual variability,and vice versa during negative IPO phases.Quantitatively,the results indicate that the modulation of the ENSO amplitude by the SSS interdecadal variability is 15%-28%during negative IPO phases and 30%-20%during positive IPO phases,respectively.Evidently,the SSS interdecadal variability associated with IPO and its modulation on ENSO amplitude in the tropical Pacific are among factors essentially contributing ENSO diversity.

北赤道逆流影响的热带西太平洋秋冬转换期海表叶绿素浓度与ENSO循环

在厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation, ENSO)的发生、发展中,北赤道逆流也有明显的年际变化,但北赤道逆流的变化如何影响海洋水文生态条件的变化过程尚不清楚。本文以位于热带西太平洋的北赤道逆流影响区为研究海区,分析了2006-2022年ENSO循环期间研究区不同阶段秋冬转换期水文生态气候条件的变化特征。结果表明,北赤道逆流源区及其路径上存在海表叶绿素浓度高值条带,这是由北赤道逆流从其源区携带的和新几内亚海岸潜流携带的营养物质共同影响下形成的,棉兰老冷穹上升流也会对其营养盐供给产生较大影响。厄尔尼诺事件发生时,热带西太平洋西风事件增多,北赤道逆流增强,大量表层水东移,研究区海平面降低,深水向浅层补给增加,深层冷水上抬,共同增强的北赤道逆流、新几内亚海岸流、新几内亚海岸潜流和棉兰老冷穹上升流将更多的养分从水平和垂直层面输送到海面,导致海面叶绿素浓度和原位有机碳总量显著增加。拉尼娜事件发生时,北赤道逆流影响区生态水文气候条件变化与厄尔尼诺事件发生时的变化特征几乎相反,但其变化程度弱于厄尔尼诺时期,共同减弱的北赤道逆流、新几内亚海岸潜流和棉兰老冷穹上升流使从水平和垂直层面输送到海面的养分显著减少,导致海面叶绿素浓度和原位有机碳总量显著降低。本文提出了北赤道逆流影响区水文生态气候条件演化对厄尔尼诺事件和拉尼娜事件的响应机制模型,这有利于进一步分析ENSO循环在局地生态效应和水文气候演化中的作用,对认识全球气候变化对物质循环的影响具有重要意义。

CMIP 6 models simulation of the connection between North/South Pacific Meridional Mode and ENSO

The subtropical North and South Pacific Meridional Modes(NPMM and SPMM)are well known precursors of El Niño-Southern Oscillation(ENSO).However,relationship between them is not constant.In the early 1980,the relationship experienced an interdecadal transition.Changes in this connection can be attributed mainly to the phase change of the Pacific decadal oscillation(PDO).During the positive phase of PDO,a shallower thermocline in the central Pacific is responsible for the stronger trade wind charging(TWC)mechanism,which leads to a stronger equatorial subsurface temperature evolution.This dynamic process strengthens the connection between NPMM and ENSO.Associated with the negative phase of PDO,a shallower thermocline over southeastern Pacific allows an enhanced wind-evaporation-SST(WES)feedback,strengthening the connection between SPMM and ENSO.Using 35 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6(CMIP6)models,we examined the NPMM/SPMM performance and its connection with ENSO in the historical runs.The great majority of CMIP6 models can reproduce the pattern of NPMM and SPMM well,but they reveal discrepant ENSO and NPMM/SPMM relationship.The intermodal uncertainty for the connection of NPMM-ENSO is due to different TWC mechanism.A stronger TWC mechanism will enhance NPMM forcing.For SPMM,few models can simulate a good relationship with ENSO.The intermodel spread in the relationship of SPMM and ENSO owing to SST bias in the southeastern Pacific,as WES feedback is stronger when the southeastern Pacific is warmer.

珊瑚记录的全新世ENSO变化及其机制研究进展

厄尔尼诺-南方涛动(ElNiño-SouthernOscillation,ENSO)是地球气候系统中最强烈的年际振荡,对全球天气及气候有重要影响。全新世作为与人类关系最为密切的地质时段,重建该时段ENSO的活动历史、探索ENSO的变化规律,将有助于提高对未来ENSO预测的准确性。本文基于珊瑚这一热带海洋的高分辨率气候记录载体,首先介绍从珊瑚骨骼指标中提取ENSO信号、衡量ENSO变率的方法;再梳理珊瑚记录的ENSO变率在早、中、晚全新世的变化历史;最后总结基于珊瑚记录得出的全新世不同时间尺度的ENSO变化机制。结果显示:珊瑚记录的ENSO信号可直接从其环境代用指标的极值变化中识别;或通过谱分析、滤波等方法提取环境代用指标在时间序列中的ENSO周期,再使用阈值分析、滑动窗口等方法定量分析ENSO的频率和振幅变化。珊瑚记录显示,全新世ENSO呈波动变化的特征,总体呈现自早全新世至中全新世ENSO变率不断减弱,而晚全新世ENSO变率持续增强的趋势。基于珊瑚记录得出,岁差变化引起的地表太阳辐射分布变化是全新世百年-千年尺度ENSO变化的主要因子,而气候系统内部驱动可能是全新世年际-年代际尺度ENSO波动的主要原因。与全新世一万多年的时间跨度相比,珊瑚记录的时间窗口累计仅数百年,远未达到揭示EN-SO活动规律和变化机制的程度,因此未来需要进一步延长珊瑚记录的时间序列长度、扩大珊瑚记录的空间区域来源,以揭示ENSO变化的规律和机制。

基于SPEI_PM分析广西干旱时空变化及其与ENSO的关系

利用广西19个气象站点1961-2020年月值气象数据,基于Penman-Monteith蒸散模型计算标准化降水蒸散发指数(SPEI_PM),通过线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验、互相关函数、交叉小波变换和小波相干等方法,分析广西气象干旱的时空变化特征,探究厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)与广西气象干旱的关联性,以期为干旱预警与防治提供依据。结果表明:1961−2020年广西夏季、秋季和年SPEI_PM整体上呈显著线性上升趋势,气候具有湿润化趋势。全区年际和季节尺度干旱发生频率均以轻旱和中旱为主,重旱和特旱发生频率较低。春季干旱集中发生在桂中部地区,夏季集中在桂西南地区,秋季集中在桂东南和桂东北地区,冬季干旱全区都有分布,而年尺度干旱集中在桂东北地区。广西干旱站次比有明显的年代特征,全区大范围发生旱情尤其是重旱和特旱主要集中在1960s、1970s和2000s。ENSO事件对广西气象干旱的影响具有显著的空间异质性,海洋尼诺指数(ONI)与桂东北和桂东南地区的干旱相关性最高,其次是桂西北地区,而沿海地区和桂西南大部分地区与ONI没有显著相关性。作为桂东北地区的典型代表,桂林气象站的SPEI-3与ONI在1962-1976年和1990-2019年分别表现出16~48个月和12~64个月的年际主共振周期。