气象学报  2014, Vol. 72 Issue (2): 237-255   PDF    
http://dx.doi.org/10.11676/qxxb2014.014
中国气象学会主办。
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袁媛, 李崇银, 杨崧. 2014.
YUAN Yuan, LI Chongyin, YANG Song. 2014.
与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征
Decadal anomalies of winter precipitation over southern China in association with El Niño and La Niña
气象学报, 72(2): 237-255
Acta Meteorologica Sinica, 72(2): 237-255.
http://dx.doi.org/10.11676/qxxb2014.014

文章历史

收稿日期:2013-08-06
改回日期:2013-11-08
与厄尔尼诺和拉尼娜相联系的中国南方冬季降水的年代际异常特征
袁媛1, 李崇银2,3, 杨崧4    
1. 国家气候中心, 中国气象局气候研究开放实验室, 北京, 100081;
2. 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室, 北京, 100029;
3. 解放军理工大学气象海洋学院, 南京, 211101;
4. 中山大学环境科学与工程学院, 广州, 510275
摘要:利用NCEP/NCAR再分析大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料,详细分析了中国南方冬季降水异常的特征,并揭示了其所对应的欧亚大气环流和东亚冬季风异常与ENSO事件的联系,以及ENSO暖/冷位相对其影响的非对称性。研究进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子,并指出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年之前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风显著偏强,东亚大槽偏深,西北太平洋副热带高压偏弱偏东,中国南方受一致偏北风影响,气温偏低,降水偏少,多表现为冷干的气候特征。但1980年之后的拉尼娜年冬季,东亚大槽偏弱,印缅槽偏强,同时在菲律宾以西激发出异常气旋性环流,使得异常偏东风控制中国南方,有利于热带水汽输送增强,因此降水偏多。同时,1980年之后的拉尼娜事件还使得东亚副热带西风急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得中国南方上空的上升运动偏强,有利于降水偏多。因此,1980年之后的拉尼娜年冬季,中国南方易表现出冷湿的气候特征,有时也容易发生低温雨雪冰冻灾害。进一步分析表明,1980年以后拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化,以及北半球大气环流的年代际变化可能是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年之后发生变化的重要原因。
关键词东亚冬季风     冬季降水     厄尔尼诺和拉尼娜     非对称性     年代际变化    
Decadal anomalies of winter precipitation over southern China in association with El Niño and La Niña
YUAN Yuan1, LI Chongyin2,3, YANG Song4    
1. National Climate Center, Laboratory of Climate Studies of CMA, Beijing, 100081, China;
2. LASG, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029, China;
3. Institute of Meteorology, PLA University of Science and Technology, Nanjing, 211101, China;
4. School of Environmental Science and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, 510275, China
Abstract:Using multiple datasets, this paper analyzes the characteristics of winter precipitation over southern China and its association with warm and cold phases of El Nio-Southern Oscillation during 1948-2011. The study proves that El Niño is an important external forcing factor resulting in above-normal winter precipitation in southern China. The study also reveals that the impact of La Niña on the winter precipitation in southern China has a decadal variability.
During the winter of La Niña before 1980, the East Asian winter monsoon is stronger than normal with a deeper trough over East Asia, and the western Pacific subtropical high weakens with its high ridge retreating more eastward. Therefore, anomalous northerly winds dominate over southern China, leading to a cold and dry winter. During La Niña winter after 1980, however, the East Asian trough is weaker than normal, unfavorable for the southward invasion of the winter monsoon, with the India-Burma the East trough intensified, and the anomalous low-level cyclone excited by La Niña located to the west of the Philippines. Therefore, anomalous easterly winds prevail over southern China, which increases moisture flux from the tropical oceans to southern China. Meanwhile, La Niña after 1980 may lead to an enhanced and more northward subtropical westerly jet over East Asia in winter. Since southern China is rightly located on the right side of the jet entrance region, anomalous ascending motion dominates there through the secondary vertical circulation, favoring more winter precipitation in southern China. Consequently, a cold and wet winter, sometimes with snowy and icy weathers, would occur in southern China during La Niña winter after 1980. Further analyses indicate that the change in the spatial distribution of sea surface temperature anomaly during the La Niña mature phase, as well as the decadal variation of the Northern Hemisphere atmospheric circulation, would be the important reasons for the decadal variability of the La Niña impact on the atmospheric circulation in East Asia and winter precipitation over southern China after 1980.
Key words: East Asian winter monsoon     Winter precipitation     El Niñ     o and La Niñ     a     Asymmetry     Decadal variability    

1 引 言

东亚地区是全球著名的季风区,东亚冬季风不仅是全球最强大的冬季风,也是影响中国冬季气候的主要因子。冬季风往往会给中国带来寒潮、低温、暴雪、冰冻等灾害(丁一汇,1990陈隆勋等,1991黄荣辉等,2008)。以往的研究多关注冬季气温的变化特征及相关的物理机制(陶诗言,1957李崇银,1989丁一汇,1990武炳义等,1999),对冬季降水的研究相对较少。这一方面可能因为东亚冬季风控制的地区通常比较干冷(陈文等,2008),冬季降水占全年降水的比重也比较小;另一方面,冬季降水异常可能往往不会像东亚夏季风降水那样引起巨大的洪涝灾害。但也有研究指出,中国不同区域的冬季降水不仅具有年代际变化特征(徐建军等,1999),也具有明显的年际变化特征(Xu,et al,2002)。在某些年份,异常偏多的降水以雪或冻雨的形式出现,不仅给人们的交通出行造成不便,甚至还可能威胁人民的生命财产安全;而在另一些年份,异常偏少的降水可能导致干旱,造成土壤墒情较差,不利于作物过冬和次年的春耕,从而给人民生产、生活带来严重的影响。例如,2008年1月中旬至2月初,中国南方出现了大范围低温雨雪冰冻的极端天气过程,造成中国1亿多人受灾,120多人因灾死亡、多人失踪,农作物受灾面积达到1.18×107 hm2,绝收168.7 hm2,造成的直接经济损失超过1500亿元(李崇银等,2008王遵娅等,2008Wen,et al,2009)。而2008年末至2009年初中国北方干旱又造成1.0×107 hm2农作物受灾,400万人饮用水短缺,仅安徽省的直接经济损失就高达16亿元(Gao,et al,2009)。因此,随着社会和经济的发展,冬季气候及其对中国农业、能源、水资源等方面的影响越来越引起人们的关注,冬季降水异常的预测工作也已成为气象部门一项重要业务(何溪澄等,2006)。

在年际变化的时间尺度上,中国冬季降水最主要的模态表现为长江以南地区降水量的一致变化,这一模态可以解释年际变化总方差的近50%,并具有显著的2—4 a周期(王林等,2011Li,et al,2012)。这一模态与东亚冬季风的强度以及赤道中东太平洋的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)循环关系密切。偏强的东亚冬季风易导致中国南方冬季降水偏少,而偏弱的东亚冬季风则易导致中国南方冬季降水偏多(Zhou,et al,2010b; Zhou,2011)。同时,东亚冬季风的年际变化中又包含有明显的ENSO信号(穆明权等,1999)。早期大量研究揭示了东亚冬季风与ENSO的显著反向变化关系:在厄尔尼诺年冬季,中国东部沿海为异常偏南风,东亚大槽强度比常年偏弱,从而不利于寒潮向南爆发,东亚冬季风偏弱;拉尼娜年冬季的情况刚好相反,中国东部沿海为异常偏北风,东亚大槽偏强,有利于寒潮偏强且向南爆发,冬季风偏强(李崇银,1988Li,1990Webster,et al,1992; 陶诗言等,1998Chen,et al,19982000Lau,et al,2000陈文,2002)。此外,在厄尔尼诺强盛期,通过激发罗斯贝波导致菲律宾海附近对流层低层出现异常反气旋性环流,与该反气旋相联系的南风距平控制着中国东南沿海,它不仅削弱了东亚冬季风的强度,而且,也有利于将热带海洋的大量水汽输送到中国南方(Zhang,et al,199619992002; Wang,et al,20002002; Wu,et al,2003)。因此,当ENSO处于暖位相时的冬季,东亚冬季风偏弱,来自孟加拉湾和南海的水汽输送在中国南方地区形成异常辐合,从而有利于该地区冬季降水偏多。当ENSO处于冷位相时,情况基本相反,东亚冬季风偏强,中国南方冬季降水易偏少(何溪澄等,2006Zhou,et al,2010a; 王林等,2011Li,et al,2012)。

然而,也有研究(Deser,et al,1990Hoerling,et al,1997Wu,et al,2010Wang,et al,2012)指出,拉尼娜对气候的影响并不完全与厄尔尼诺的影响相反,而是表现出明显的非对称性。Zhang等(1996)揭示了厄尔尼诺盛期东亚季风具有显著的异常,而拉尼娜期间东亚季风的异常在统计上并不显著。最近,Wu等(2010)也指出了西北太平洋的大气环流异常对拉尼娜事件的响应与对厄尔尼诺事件响应的非对称性,由拉尼娜激发的菲律宾附近低层异常气旋性环流的强度和位置并不与厄尔尼诺激发的菲律宾异常反气旋对应的情况一致。Wang等(2012)研究也认为,受大气环流年代际变化的影响,拉尼娜对中国长江流域梅雨的影响并不与厄尔尼诺的影响完全相反。不仅如此,2008年初中国南方的冰冻雨雪灾害刚好发生在拉尼娜年的盛期,而根据已有的研究结果,拉尼娜年的冬季东亚冬季风偏强,中国南方降水易偏少。在最近的两次拉尼娜事件的盛期(2011年1月、2012年1月),中国南方又再次发生冰冻雨雪灾害天气(宋连春,2012)。基于以上研究成果,本研究将针对中国南方冬季降水异常的特征及其与ENSO暖/冷位相的关系展开详细分析,拟回答以下三个问题:(1)中国南方冬季降水偏多/偏少的特征与厄尔尼诺/拉尼娜事件有怎样的对应关系?(2)厄尔尼诺和拉尼娜对中国南方冬季降水的影响是否完全相反?(3)近几年中国南方为何总在拉尼娜年的冬季发生冰冻雨雪灾害?

2 数据和方法

本研究所用的数据包括美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的月尺度大气环流再分析数据(1948—2011年),英国哈得来(Hadley)中心的月尺度海表温度(1948—2011年),中国气象局的700多站月尺度降水数据(1951—2011年)以及NOAA的全球格点月尺度降水距平数据(1948—2011年)(Chen,et al,2002)。考虑到本研究涉及1980年前后的年代际变化,除了站点降水资料的气候平均为1951—2011年外,其他所有资料的气候平均都为1948—2011年。本研究中,某年冬季指当年12月至次年2月,例如2007年冬季为2007年12月至2008年2月。

从东亚季风环流的特点和影响出发,过去的研究从海平面气压(SLP)、500 hPa位势高度、东亚地区高低层风场等不同方面定义了各种东亚冬季风指数。然而,不同的指数对冬季风强弱的反映并非一致(郭其蕴,1994朱艳峰,2008Wang,et al,2010; Liu,et al,2012)。因此,本研究选取了几种有代表性的东亚冬季风指数作对比:(1)西伯利亚高压指数(Gong,et al,2001),定义为西伯利亚地区(40°—60°N,70°—120°E)平均的海平面气压,该指数越大表明西伯利亚高压越强,冬季风越强(用ISLP-Gong表示);(2)海-陆气压差指数(Chan,et al,2004),定义为东亚地区(30°—55°N,100°—120°E)平均的海平面气压与西北太平洋(30°—55°N,150°—170°E)区域平均的海平面气压之差,该指数越大表明海陆气压差越大,冬季风越强(用ISLP-ChL表示);(3)低层经向风指数,包括东亚东南部(10°—25°N,110°—130°E)和(25°—40°N,120°—140°E)平均的10 m经向风(用Iv10-ChW表示;Chen,et al,2000)和东亚东部(20°—40°N,100°—140°E)平均的850 hPa经向风指数(用Iv850-Yang表示;Yang,et al,2002),这两个指数越大表明南风越强,反映冬季风越弱;(4)东亚大槽指数,定义为东亚大槽地区(30°—45°N,125°—145°E)区域平均的500 hPa位势高度(孙伯民等,1997),该指数越大表明东亚大槽地区的位势高度值越高,东亚大槽越弱,冬季风越弱(用IH500-Sun表示);(5)东亚副热带急流指数,定义为东亚地区300 hPa纬向风切变,即(27.5°—37.5°N,110°—170°E)区域与(50°—60°N,80°—140°E)区域的平均纬向风之差(Jhun,et al,2004),该指数越大表明东亚副热带急流越强,东亚冬季风越强(用Iu300-Jhun表示)。

3 中国南方冬季降水特征分析

研究表明,中国冬季降水的第一模态表现为长江以南地区降水量的一致变化,其解释方差为49.6%(王林等,2011)。本研究用1951—2011年中国700多站的冬季降水资料做经验正交函数分解,可以得到类似的结果(图略)。因此,就将长江以南的6个省(湖南、江西、浙江、福建、广东和广西,共133站,图 1)作为中国南方地区,给出这6个省冬季平均降水量的标准化序列(图 2)。以一个标准差为基准,可以选出南方冬季降水异常偏多的年份:1958、1968、1982、1984、1989、1991、1994、1997和2002年,以及异常偏少的年份:1950、1959、1962、1964、1983、1985、1986、1995、1998和2008年。冬季南方降水明显偏多年份合成的中国站点降水距平百分率的分布(图 3a)显示,除了东北大部分地区、内蒙古东北部以及北疆降水偏少外,中国其余大部分地区的降水都明显偏多,尤其中国长江以南地区降水偏多超过50%。而南方冬季降水明显偏少年份的合成(图 3b)显示,中国大部分地区的冬季降水都显著偏少,尤其在中国西北地区西部和东部、华北西部以及长江以南地区,其中长江以南地区南部的降水偏少超过80%。全球格点降水资料合成的结果基本类似,在中国南方冬季降水明显偏多年的冬季,欧亚大陆中低纬度地区的降水偏多,尤其在中国长江以南大部分地区降水显著偏多(图 4a);而在中国南方冬季降水明显偏少年的冬季,降水距平特征基本相反,欧亚大陆中低纬度地区降水偏少,中国长江以南大部分地区降水也明显偏少(图 4b)。

图 1 长江以南6省站点分布 Fig. 1 Distribution of the observational stations in southern China

图 2 中国南方冬季降水指数标准化序列(柱状)(El / La表示当年冬季赤道中东太平洋为厄尔尼诺 / 拉尼娜事件) Fig. 2 Normalized time series of the winter precipitation index(WPI)for southern China(bar)(El/La indicates an El Nio/La Nia event occurred in this winter)

图 3 中国南方冬季降水偏多年(a)和偏少年(b)合成的中国冬季降水距平百分率分布(基于中国700站降水资料)(单位:%) Fig. 3 Composite anomalous percentage(%)of winter precipitation in China for(a)positive winter precipitation anomaly years and (b)negative winter precipitation anomaly years in southern China(based on the precipitation data from the 700 stations in China)

从全球降水异常的合成分布还可以看出,南方降水偏多年的冬季,热带印度洋中部和赤道中东太平洋的降水也偏多,而海洋性大陆区和赤道西太平洋降水偏少(图 4a),表现出明显的厄尔尼诺盛期热带降水异常的特征(Yuan,et al,2012a);而在中国南方降水偏少年的冬季,降水异常特征基本相反,热带印度洋和赤道中太平洋降水偏少,而海洋性大陆区和赤道西太平洋降水偏多(图 4b),类似于拉尼娜盛期热带降水异常的特征。由此可见,中国南方降水异常确实与赤道太平洋ENSO事件有紧密联系。但是,无论全球格点降水资料还是中国700站降水资料的合成都显示中国南方降水偏多(少)年的冬季中国大部分地区降水都以偏多(少)为主,这与厄尔尼诺(拉尼娜)年冬季中国降水北少南多(北多南少)的特征(龚道溢等,1998)不一样。因此,进一步分析中国南方冬季降水偏多和偏少所对应的大气环流异常特征,并通过对比分析揭示此大气环流异常与厄尔尼诺/拉尼娜的关系。

图 4图 3,但为全球降水距平分布,且基于全球格点降水资料(单位:mm) Fig. 4. As in Fig. 4 but for global precipitation anomalies(mm)based on the global gridded precipitation data

中国南方冬季降水偏多年合成(图 5a)显示,在海平面气压场上,西北太平洋为气压正距平控制,欧亚大陆高压偏弱。因此,东西海陆气压差偏小,西伯利亚高压也偏弱。在东亚东部低层850 hPa为异常偏南风控制,偏南风从中国东南沿海一直向北延伸到东北亚地区,这意味着东亚冬季风偏弱。而这支偏南风距平处于菲律宾附近异常反气旋的西北侧(图 5b),说明中国南方冬季降水偏多年所对应的低层风场与菲律宾附近的异常反气旋紧密相关。在对流层中层500 hPa,欧亚中高纬度地区为“北负南正”的异常形势,经向度偏弱,乌拉尔山高压脊偏弱,东亚大槽也偏浅,同样反映了偏弱的东亚冬季风。在热带地区,从印度洋至太平洋都为位势高度正距平控制,表明西北太平洋副热带高压(西太副高)偏强、脊线位置偏南、西伸脊点易偏西(图 5c),这一特征有利于热带水汽向中国南方地区输送,使得南方冬季降水偏多。在高层200 hPa,中国中部至日本南部为东风距平控制,而在东南亚地区则为西风距平,表明东亚副热带急流偏弱(图 5d),也反映出偏弱的东亚冬季风(Yang,et al,2002Jhun,et al,2004)。由此可见,无论是在对流层低、中层,还是高层,对应南方冬季降水偏多年,大气环流异常都反映出东亚冬季风偏弱的特征,说明在东亚冬季风偏弱的条件下,中国南方由异常偏南风控制,水汽输送条件好,故南方冬季降水易偏多,与已有的研究结果一致(Zhou,et al,2010b; Zhou,2011)。

图 5 中国南方冬季降水偏多年合成的冬季海平面气压距平场(a,hPa)、850 hPa风距平场(b,m/s)、500 hPa位势高度距平场(c,gpm)及200 hPa纬向风距平场(d,m/s)(e—h同a—d,但为1948—2011年期间厄尔尼诺年合成的结果) Fig. 5 Composite anomalous atmospheric circulation in winters for(a-d)exceptionally more winter precipitation anomaly years in southern China and (e-h)El Nio years during 1948-2011.(a,e)Sea level pressure(hPa),(b,f)850 hPa wind(m/s),(c,g)500 hPa geopotential height(gpm),and (d,h)200 hPa zonal wind(m/s)

中国南方冬季降水偏少对应的大气环流特征与降水偏多年的情况近似相反:在海平面气压场上,西伯利亚高压偏强,北太平洋为气压负距平控制,因此东西海陆气压差偏大(图 6a)。在低层850 hPa距平风场上,东亚东部为一致的偏北风距平控制(图 6b)。在对流层中层500 hPa,欧亚中高纬度呈“西高东低”异常型(这与降水偏多年欧亚中高纬度的“北负南正”异常型并不完全相反),经向度偏大,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽也偏深,反映出较强的东亚冬季风特征。同时,热带印度洋—太平洋的高度场接近正常(图 6c),表明西太副高的特征接近气候平均。在高层200 hPa,东亚副热带急流偏强偏南(图 6d),不利于南方冬季降水(毛睿等,2007)。由此可见,在南方冬季降水偏少年,高、中、低层欧亚大气环流的异常特征都反映了偏强的东亚冬季风,在这样的环流影响下,中国南方为干冷的偏北风距平控制,南方冬季降水易偏少。

图 6图 5,但a—d为中国南方降水偏少年合成,e—h为1948—2011年期间拉尼娜年合成结果 Fig. 6 As in Fig. 5 but for(a-d)exceptionally less winter precipitation anomaly years and (e-h)La Nia years during 1948-2011

中国南方冬季降水指数与各层大气环流场的相关分布也显示,在海平面气压场上巴尔喀什湖附近为显著负相关区(图 7a),表明西伯利亚高压弱(强)对应了中国南方冬季降水偏多(少)。同时,西北太平洋至热带西太平洋为显著正相关区,而热带东太平洋为显著负相关区(图 7a),这在一定程度上反映了热带东、西太平洋海平面气压“跷跷板”式的变化,即南方涛动的特征,表明影响南方冬季降水的海平面气压场可能与ENSO循环关系紧密。在低层,东亚大部分地区的经向风以及印度洋北部和赤道太平洋的纬向风都与南方降水显著相关(图 7b),表明当东亚为南风(北风)距平控制时,中国南方冬季降水偏多(偏少)(Zhang,et al,1996王林等,2011)。同时,热带海洋纬向风的显著相关也反映了中国南方降水异常可能与热带海温异常有联系。500 hPa位势高度场在乌拉尔山附近为显著负相关,东亚大槽附近为显著正相关(图 7c),表明乌拉尔山高压脊偏弱(偏强),东亚大槽偏浅(偏深),即欧亚中高纬度环流经向度偏小(偏大)对应着中国南方降水偏多(偏少)。热带印度洋—太平洋的高度场也与南方降水指数显著正相关,说明南方冬季降水的多寡也与西太副高的强弱和位置有关。在高层,东亚副热带地区的200 hPa纬向风与南方降水显著负相关(图 7d),表明西风急流减弱(加强)对应着南方冬季降水偏多(偏少)。以上大气环流的显著相关区与前面分析的南方冬季降水异常年份合成的结果非常一致,进一步证明了东亚冬季风偏强(偏弱)易导致中国南方冬季降水偏少(偏多)的特征(Zhou,et al,2010b王林等,2011Zhou,2011)。

图 7 中国南方冬季降水指数序列分别与海平面气压(a)、850 hPa风场(b)、500 hPa高度场(c)和200 hPa纬向风距平场(d)的相关系数分布(a、c、d中的阴影区由浅到深表示通过95%、99%和99.9%的信度检验, Fig. 7 Correlation between WPI and the anomalous atmospheric variables(a)SLP,(b)850 hPa wind,(c)500 hPa geopotential height,and (d)200 hPa zonal wind(shading denotes areas with the correlation significant at the 95% confidence level)

由于不同的东亚冬季风指数对冬季风强弱的反映略有差异(郭其蕴,1994朱艳峰,2008Liu,et al,2012),各类指数所反映的东亚冬季风特征各有侧重,本研究计算了南方冬季降水偏多和偏少年合成的各类东亚冬季风指数的数值,都一致反映出在南方降水偏多(偏少)的冬季,存在西伯利亚高压偏弱(偏强)、海陆气压差偏小(偏大)、东亚低层为南风(北风)距平控制、东亚大槽偏弱(偏强)、东亚副热带急流偏弱(偏强)的弱(强)东亚冬季风环流特征(表 1)。

表 1 中国南方冬季降水偏多和偏少年合成的环流场所对应的各类东亚冬季风指数值 Table 1 The corresponding composite values of the various East Asian winter monsoon indices to years of exceptionally more and less winter precipitation anomalies in southern China
ISLP-GongISLP-ChLIv10-ChWIv850-YangIH500-SunIu300-Jhun
降水偏多年-0.73-1.940.490.5118.85-3.05
降水偏少年0.751.36-0.29-0.44-15.150.77
4 中国南方冬季降水偏多/偏少与厄尔尼诺/拉尼娜的关系

第3节的分析指出,南方冬季降水偏多和偏少年的大气环流异常中反映出厄尔尼诺/拉尼娜的一定特征(如海平面气压和低层风场)。这一节将进一步揭示ENSO冷暖位相与中国南方冬季降水异常的关系。考虑近10年ENSO成熟期分布型的年代际变化(Ashok,et al,2007; Kao,et al,2009; Kug,et al,2009; Yeh,et al,2009; Lee,et al,2010),根据标准化的冬季Nio3指数、Nio4指数和Nio3.4指数,并依据每个指数的±1倍标准差选取1948年以来的所有厄尔尼诺和拉尼娜年,得到14个厄尔尼诺年:1957、1965、1968、1972、1982、1986、1987、1990、1991、1994、1997、2002、2004和2009年,以及14个拉尼娜年:1949、1950、1955、1967、1970、1973、1975、1984、1988、1998、1999、2007、2010和2011年。将这些ENSO年标注在南方冬季降水指数序列上(图 2),可以看出南方降水偏多和偏少与同期赤道中东太平洋海温的对应关系:(1)在绝大多数的厄尔尼诺年冬季,中国南方降水偏多(概率为71.4%),在绝大多数拉尼娜年冬季,中国南方降水偏少(概率为69.2%);(2)有些南方冬季降水异常偏多的年份并不发生在厄尔尼诺年,如1958和1989年;同样,有些南方冬季降水异常偏少的年份也并不发生在拉尼娜年,这一特征比降水偏多年对应的情况更加明显,如1962、1964、1995和2008年;(3)在1980年以前,厄尔尼诺年冬季南方降水偏多的概率为75%,1980年以后概率为70%,前后变化不大;1980年以前的拉尼娜年冬季南方降水都偏少,概率为100%,但是1980年以后的拉尼娜年7 a中有4 a南方降水偏多,因此,1980年后拉尼娜年冬季南方降水偏少的概率仅为42.9%,比1980年之前的情况显著下降。

图 5和6分别给出厄尔尼诺和拉尼娜年合成的高、低层大气环流异常特征,并将厄尔尼诺(拉尼娜)年合成的结果与南方冬季降水偏多(偏少)年合成的结果作对比。可以看出厄尔尼诺年合成的各层大气环流异常与南方冬季降水偏多年合成的结果表现出更多相似的特征:海平面气压场上都对应了阿留申低压偏强和海陆气压差偏小的特征(图 5e),尽管厄尔尼诺年冬季西伯利亚高压偏弱和海陆气压差偏小的特征不如南方冬季降水偏多年的合成情况明显(图 5a);850 hPa风场上,菲律宾附近都为异常反气旋环流,中国东部沿海都为异常偏南风控制,赤道印度洋为东风距平,而赤道中西太平洋为西风距平(图 5f);500 hPa高度场上欧亚中高纬度都为“北低南高”异常型,乌拉尔山高压脊偏弱,东亚大槽偏浅,同时热带地区都为显著的位势高度正距平,表明西太副高偏强位置偏西偏南(图 5g);另外,也可以看出在厄尔尼诺年冬季,热带地区高度场正异常的特征更为明显(图 5g),而南方冬季降水偏多年冬季欧亚中高纬度环流的异常特征更明显(图 5c);在200 hPa,东亚副热带急流都偏弱(图 5hZhang,et al,1996)。图 5左右两列图表现出较多的一致性进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子(李崇银,1988Li,1990陶诗言等,1998Wu,et al,2003Zhou,et al,2010a2010b)。

然而,拉尼娜年冬季合成的高、低层大气环流却和中国南方冬季降水偏少年的合成结果不尽相同,甚至表现出较为明显的差异。海平面气压场上,阿留申低压偏弱,西伯利亚附近气压没有显著异常特征,东西海陆气压差也没有显著异常(图 6e),这与南方降水偏少年所反映的西伯利亚高压偏强,东西海陆气压差显著偏大的特征不同(图 6a);850 hPa风场上,菲律宾附近为异常气旋性环流,中国南方为异常气旋北部的异常偏东风控制,赤道印度洋为西风距平,而赤道中西太平洋为东风距平(图 6f),这些特征也与南方降水偏少年合成的情况(图 6b)有明显差异;500 hPa高度场上,欧亚中高纬度地区为“北高南低”异常型,表明东亚冬季风偏强,同时热带印度洋—太平洋高度场偏低,表明西太副高偏弱偏东(图 6g),这与南方降水偏少年合成的欧亚中高纬度“西高东低”异常型及西太副高接近气候平均的特征(图 6c)不同;200 hPa纬向风场上,拉尼娜年合成的结果是从印度北部至日本南部为一个带状的西风距平,表明东亚副热带急流明显偏强(图 6h),尽管南方降水偏少年合成的结果也反映了东亚副热带急流偏强的特征,但是中东急流却明显偏弱,西亚上空为东风距平控制,而中国中部至北太平洋中部为西风距平控制,因此,与拉尼娜年合成的情况相比急流轴的位置明显偏东(图 6d)。

中国南方冬季降水指数与全球海温的相关显示,在热带印度洋和赤道中东太平洋为显著的正相关区(图 8a),反映了与ENSO循环的紧密联系。但是,中国南方冬季降水异常偏多、偏少年合成的结果却有很大差异:中国南方降水偏多年的冬季赤道中东太平洋为厄尔尼诺事件,同时热带印度洋海温略偏暖,赤道西太平洋海温略偏冷(图 8b),这与厄尔尼诺年冬季海温距平的分布特征非常一致(图略)。但是,中国南方冬季降水偏少年合成的海温距平场上除了在赤道中东太平洋为弱的冷海温异常(达不到拉尼娜事件的强度)之外,其他海区的海温异常都不明显(图 8c)。

图 8 中国南方冬季降水指数与全球海温距平场的显著相关分布(a),以及南方冬季降水偏多年(b)和偏少年(c)合成的同期海温距平分布(单位:℃) Fig. 8(a)Significant correlation(at the 95% confidence level)distributions between WPI and the global SSTA,and SSTA composite(℃)for(b)more winter precipitation and (c)less winterprecipitation years in southern China

以上分析表明,中国南方冬季降水偏多与厄尔尼诺事件联系紧密,进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子。但是,中国南方冬季降水偏少与拉尼娜事件的关系却不显著,这在一定程度上反映出拉尼娜对中国南方冬季降水的影响可能并不完全与厄尔尼诺的影响相反。下面的进一步详细分析,拟揭示拉尼娜对中国南方冬季降水的影响及可能的物理机制。

5 拉尼娜影响中国南方冬季降水的年代际变化

在前面的分析中已经看到,1980年之前的拉尼娜年中国南方冬季降水偏少的概率为100%,而1980年之后的拉尼娜年中国南方冬季降水偏少的概率却只有42.9%,这意味着中国南方冬季降水偏多的概率反而更高(57.1%),那么1980年前后拉尼娜对中国南方冬季降水的影响是否发生了年代际变化?

图 9为1980年前、后厄尔尼诺和拉尼娜分别合成的中国700多站降水距平百分率分布,可以看出厄尔尼诺年合成的结果在1980年前、后变化不大,都表现为中国中部地区降水偏少、长江以南及东部地区降水偏多的异常特征,尽管1980年以后中部地区偏干的强度有所减弱而南方降水偏多的范围有所扩大、强度有所增强(图 9a和9b)。但是拉尼娜年合成的结果在1980年前、后表现出非常明显的差异,尤其在中国长江以南地区,1980年以前,拉尼娜年的冬季中国大部分地区的降水都偏少,明显偏少的中心主要位于西部地区和华北至长江中下游一带,长江以南的降水也偏少(图 9c);但是1980年以后的拉尼娜年冬季合成的结果显示,中国很多区域的降水表现出偏多的特征,尤其在西北地区东部和长江以南地区(图 9d)。对比拉尼娜年冬季合成的中国气温异常分布表明,1980年以前中国大范围气温偏低,而1980年以后,除西北和长江以南的大部分地区气温仍然偏低外其他地区气温都偏高(图略),这在一定程度上反映了在全球变暖背景下拉尼娜对中国冬季气温影响的变化(这里不做详细讨论)。更重要的是,由于1980年以后中国南方气温仍然容易在拉尼娜年的冬季偏低,而同时南方的降水也变得容易在拉尼娜年的冬季偏多,这样导致在拉尼娜年的冬季中国南方不再维持1980年以前的干冷气候特征,而容易湿冷,因而容易发生低温雨雪冰冻灾害。下面将从大气环流的异常特征分析1980年前后拉尼娜影响中国南方冬季降水的物理机制,从而证明这一推论。

图 9 厄尔尼诺年和拉尼娜年合成的中国冬季降水距平百分率分布(a.1980年之前的厄尔尼诺年,b.1980年之后的厄尔尼诺年,c.1980年之前的拉尼娜年,d.1980年之后的拉尼娜年;单位:%) Fig. 9 Anomalous percentages(%)of winter precipitation in China composite for(a)El Nio years before 1980,(b)El Nio years after 1980,(c)La Nia years before 1980,and (d)La Nia years after 1980

图 10对比了1980年前、后拉尼娜年合成的冬季高低层大气环流的异常特征。在海平面气压场上,1980年以前的拉尼娜年冬季,欧亚中高纬度呈“北高南低”的异常分布型(图 10a);而1980年以后的拉尼娜年冬季,西伯利亚地区出现海平面气压正距平,表明西伯利亚高压偏强(图 10f)。在850 hPa距平风场上,1980年以前的拉尼娜所激发的异常气旋性环流主要位于菲律宾以东,中国南方处于异常气旋西北侧的偏北风控制下(图 10b),东亚冬季风偏强,不利于南方降水偏多;而1980年以后的拉尼娜所激发的异常气旋性环流主要位于菲律宾以西,其北侧的异常偏东风控制在中国南方地区(图 10g),不利于冬季风的加强,反而有利于西北太平洋水汽向中国南方地区输送。在500 hPa位势高度场上,1980年以前的拉尼娜年冬季,欧亚大陆中高纬度呈“北高南低”的异常分布型,反映偏强的东亚冬季风,同时热带及欧亚副热带地区位势高度为显著的负距平,表明西太副高偏弱偏东(图 10c),因此不利于热带水汽向中国南方地区的输送;1980年以后的拉尼娜年冬季,欧亚中高纬度呈弱的“北高南低”型,但是东亚东部却为正距平控制,表明东亚大槽偏浅,同时热带西太平洋地区位势高度接近正常,其中阿拉伯海附近的正高度距平和东亚东部的正高度距平使得孟加拉湾附近的位势高度相对偏低(图 10h),因此有利于印缅槽偏强,使得来自印度洋的水汽输送偏强。在200 hPa纬向风距平场上,1980年前、后的拉尼娜年冬季,东亚副热带急流都偏强,但是急流轴偏强的位置明显不同,1980年之前急流在中国南方上空偏强(图 10d),不利于南方的降水偏多;但是1980年以后急流偏强的位置相对偏北,中国南方处于急流入口区的右侧(图 10i),通过二级环流则有利于南方降水的发生(毛睿等,2007)。在对流层整层积分的水汽输送异常场上,1980年以前的拉尼娜通过以上大气环流影响使得中国南方处于一致的偏北风控制下,水汽异常辐散(图 10e),导致南方冬季降水偏少;而1980年以后的拉尼娜年冬季,中国南方处于水汽异常辐合区,可以看出来自热带印度洋和西太平洋的水汽输送明显偏强(前者与偏强的印缅槽有关,而后者与菲律宾异常气旋性环流北侧的偏东风距平有关)(图 10j),从而有利于南方冬季降水偏多。

图 10 1980年之前拉尼娜年合成的冬季海平面气压场(a,hPa)、850 hPa风场(b,m/s)、500 hPa位势高度场(c,gpm)、200 hPa纬向风场(d,m/s)和对流层整层积分水汽输送辐合辐散距平场(e)的分布特征(f—j同a—e,但为1980年之后拉尼娜年的合成) Fig. 10 Composites of the anomalous atmospheric variables in winters for La Nia years(a-e)before 1980 and (f-j)after 1980(a,f)SLP(hPa),(b,g)850 hPa wind(m/s),(c,h)500 hPa geopotential height(gpm),(d,i)200 hPa zonal wind(m/s),and (e,j)integrated moisture flux from 1000 to 300 hPa(vector; kg/(s·m))with convergence(blue shading; 10-5 kg/(s·m2)) and divergence(yellow shading; 10-5 kg/(s·m2))

由此可见,1980年前、后拉尼娜对中国南方冬季降水的影响发生了显著的年代际变化。1980年以前的拉尼娜年冬季,东亚副热带急流偏强偏南,欧亚中高纬度大气环流呈“北高南低”的异常分布型,东亚大槽偏深,西太副高偏弱偏东,同时激发低层异常气旋性环流位于菲律宾以东,导致异常偏北风控制在中国南方地区,因此,东亚冬季风显著偏强,南方水汽条件差,中国南方气温偏低降水偏少,主要表现为“冷干”的气候特征。而1980年以后的拉尼娜年冬季,东亚副热带急流偏强偏北,欧亚中高纬度大气环流呈弱的“北高南低”异常分布型,同时,热带和副热带的高度场较1980年以前明显偏强,东亚大槽偏弱,不利于冬季风偏强影响中国南方地区。另外,印缅槽偏强,有利于印度洋的水汽输送增强,拉尼娜所激发的低层异常气旋性环流位于菲律宾以西,导致异常偏东风控制在中国南方地区,有利于西北太平洋的水汽输送增强。因此,与1980年以前拉尼娜年冬季的情况相比,1980年以后的拉尼娜年冬季,东亚冬季风并不显著偏强,中国南方气温偏低但降水偏多,主要表现出“冷湿”的气候特征,容易发生低温雨雪冰冻灾害。

然而,拉尼娜所导致的南方冬季降水偏多的物理机制却与厄尔尼诺所导致的南方冬季降水偏多的机制不完全一样。以往的研究已经清楚地揭示了厄尔尼诺对南方冬季降水偏多的影响机制(Zhang,et al,1999; Chang,et al,2000; Wang,et al,2008; Yuan,et al,2012a),受厄尔尼诺的影响,赤道中东太平洋为异常上升运动,而赤道西太平洋为异常下沉运动,该异常下沉运动又激发东亚局地哈得来环流,导致异常上升运动控制中国南方地区上空(图 11a)(Zhang,et al,1996; Yuan,et al,2012a)。另外,厄尔尼诺又通过罗斯贝波激发的低层异常反气旋性环流位于菲律宾附近,异常偏南风控制中国南方,这不仅减弱了冬季风的强度,而且有利于西北太平洋水汽输送到中国南方(Zhang,et al,19961999Wang,et al,2000Zhou,et al,2010a2010b)。因此,厄尔尼诺主要通过影响东亚局地哈得来环流和激发菲律宾附近低层异常反气旋性环流使得中国南方冬季降水偏多(图 12a)。受拉尼娜海温异常的影响,赤道中太平洋为异常下沉运动,而赤道西太平洋为异常上升运动,因此沃克环流偏强。根据本研究的分析,1980年后的拉尼娜事件还使得东亚副热带急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流,急流左侧(华北地区)为异常下沉运动,而右侧(中国南方地区)为异常上升运动(图 11b)控制。1980年以后的拉尼娜年还使得印缅槽偏强,并激发低层异常气旋性环流位于菲律宾以西,使得来自印度洋和西北太平洋的水汽输送增强,从而有利于南方冬季降水偏多。因此,1980年以后的拉尼娜主要通过影响东亚副热带急流的强度和位置、印缅槽的强度以及菲律宾附近低层异常气旋性环流的位置进而导致中国南方冬季降水也易偏多(图 12b)。可见,在全球变暖背景下的厄尔尼诺年冬季和拉尼娜年冬季,尽管中国南方地区冬季降水都易偏多,但是,导致南方地区上升运动和水汽输送异常的物理机制却具有显著的差异。

图 11 1980年以后厄尔尼诺年(a)和拉尼娜年(b)冬季500 hPa垂直速度距平分布(蓝(黄)色表示异常下沉(上升)运动,单位:0.01 Pa/s) Fig. 11 Composite of the anomalous 500 hPa vertical velocity in winters for(a)El Nio years and (b)La Nia years after 1980(The vertical velocity has been multiplied by 100. Blue(yellow)shading indicates anomalous descending(ascending)motion(0.01 Pa/s))

图 12 1980年以后厄尔尼诺(a)和拉尼娜(b)影响中国冬季南方降水偏多的机制示意图 Fig. 12 Sketch map for the physical mechanism for the(a)El Nio and (b)La Nia impact on the winter precipitation in southern China after 1980

从上分析还可以看出,1980年前、后拉尼娜年对冬季大气环流影响的差异主要体现在:(1)菲律宾附近低层异常气旋性环流的位置,(2)热带地区500 hPa 高度场的强度,(3)东亚副热带急流轴的位置。由1980年前、后拉尼娜年合成的海温距平场对比可以看出,1980年以后拉尼娜的强度(图 13b)比1980年以前(图 13a)的略偏强,同时海温负距平中心的位置明显西移至日界线附近,赤道东太平洋的东南部和西北太平洋海温呈正距平(图 13b),表明1980年以后拉尼娜多表现出中部型的特征(Yuan,et al,2013)。最新的研究指出,中部型厄尔尼诺所激发的低层异常反气旋的位置较传统东部型厄尔尼诺所激发的菲律宾异常反气旋明显偏西,前者主要位于菲律宾以西的南海,而后者位于菲律宾以东(Feng,et al,2011; Yuan,et al,2012a2012b)。与之类似,低层大气环流对拉尼娜不同分布型的响应也有明显差异,由于1980年以后中部型拉尼娜的发生频率增大(Yuan,et al,2013),导致所激发的低层异常气旋性环流的位置也西移到菲律宾以西(图 10g)。因此,菲律宾附近低层异常气旋性环流位置的变化可能与拉尼娜成熟期分布型的年代际变化有密切关系。

图 13 拉尼娜年冬季海温距平合成分布(a. 1980年以前的拉尼娜年,b. 1980年以后的拉尼娜年;单位:℃) Fig. 13 SSTA(℃)in winter composite for La Nia years(a)before 1980 and (b)after 1980

1980年以后热带印度洋和西北太平洋变暖显著(图 14a),这使得在拉尼娜年的冬季,热带印度洋海温并不偏低(Klein,et al,1999; Lau,et al,2003; Yang,et al,2007),反而略偏高,赤道西太平洋的海温也明显偏高(图 13b)。与热带印度洋—西太平洋海温升高相耦合的是热带低层辐合增强的纬向风(图 14b),赤道印度洋为西风加强,而赤道西太平洋为东风加强,在南海中南部形成偏强的气旋性环流。因此,热带印度洋—西太平洋海温的年代际变暖可能也有利于拉尼娜所激发的菲律宾异常气旋性环流的西移,并有利于增强热带的水汽条件,从而为南方冬季降水偏多提供条件。在对流层中高层,热带和欧亚副热带地区的500 hPa位势高度在1980年以后显著增强,乌拉尔山附近的位势高度却有所减弱,而东亚大槽附近的位势高度则明显增强(图 14c),这表明欧亚中高纬度的经向度在1980年之后明显减小,从而导致东亚冬季风表现出年代际减弱的趋势(朱艳峰,2008Wang,et al,2010)。在对流层高层,200 hPa东亚副热带急流的年代际增强特征明显,可以看到从中亚至日本南部为一致的西风距平(图 14d)。因此,除了拉尼娜分布型的年代际变化,大气环流的年代际变化可能也是导致1980年以后拉尼娜冬季中国南方降水偏多的重要原因,两者孰轻孰重还需要数值模拟结果给予更好的解释。

图 14 1980年前后冬季海温场(a,℃)、850 hPa风场(b,m/s)、500 hPa高度场(c,gpm)和200 hPa风场(d;m/s)的年代际变化(1980—2011年平均值减去1948—1979年平均值) Fig. 14 Decadal variability(the averaged values over 1980-2011 minus the ones over 1948-1979)of(a)SST(℃),(b)850 hPa wind(m/s),(c)500 hPa geopotential height(gpm),and (d)200 hPa wind(m/s)in winter
6 总结和讨论

利用NCEP/NCAR大气环流资料、哈得来中心海温资料、中国700多站降水资料以及全球格点降水资料等,本研究详细分析了中国南方冬季降水偏多/偏少对应的高低层大气环流异常特征,并进一步揭示了中国南方冬季降水偏多/偏少与ENSO暖/冷位相的非对称性关系。回答了引言中提出的三个问题:(1)中国南方冬季降水偏多/偏少的特征与厄尔尼诺/拉尼娜事件有怎样的对应关系?本研究分析表明,中国南方冬季降水偏多年对应赤道中东太平洋发生显著的厄尔尼诺事件,而当赤道中东太平洋发生厄尔尼诺事件时,中国南方冬季降水易偏多。南方冬季降水偏多年大气环流的合成与厄尔尼诺年冬季大气环流的合成情况表现出更多的相似特征,进一步证明了厄尔尼诺是导致中国南方冬季降水偏多的重要外强迫因子。但是,中国南方冬季降水偏少年对应赤道中东太平洋没有发生显著的拉尼娜事件,其对应的高低层大气环流异常也与拉尼娜年冬季所对应的情况有很大差异。(2)厄尔尼诺和拉尼娜对中国南方冬季降水的影响是否完全相反?本研究分析给出了否定的答案。厄尔尼诺的发生易导致中国南方冬季降水偏多,但是拉尼娜的发生与中国南方冬季降水偏少并没有一致的对应关系,拉尼娜对中国南方冬季降水的影响表现出明显的年代际变化特征。1980年以前的拉尼娜年冬季,东亚冬季风明显偏强,西太副高偏弱偏东,中国南方处于一致偏北风距平控制,气温偏低降水偏少,多表现“冷干”的气候特征。但1980年以后的拉尼娜年冬季,东亚冬季风强度较1980年以前的情况明显减弱,热带地区的水汽输送却显著增强,因此中国南方气温偏低降水易偏多,表现出“冷湿”的气候特征。(3)近几年中国南方为何总在拉尼娜年的冬季发生冰冻雨雪灾害?本研究分析表明,1980年以后的拉尼娜年冬季,东亚副热带急流偏强偏北,中国南方处于急流入口区的右侧,通过二级环流使得异常上升运动控制中国南方。同时,欧亚中高纬度500 hPa呈弱的“北高南低”异常型,但是热带及副热带高度场并不明显偏低,偏弱的东亚大槽不利于冷空气南下影响中国南方,而偏强的印缅槽有利于热带印度洋的水汽向中国南方输送。拉尼娜所激发的低层异常气旋性环流位于菲律宾以西,异常气旋北侧的偏东风控制中国南方,为西北太平洋水汽输送到华南提供了有利条件。因此,1980年以后的拉尼娜年冬季,中国南方容易发生低温雨雪冰冻灾害。逐个分析1980年以后几个拉尼娜年冬季中国南方降水偏多的例子(1984、1988、2007和2011年),其冬季大气环流的异常形势与我们合成分析的结果非常一致(图略)。进一步分析指出,1980年以后,中部型拉尼娜的发生频率增高,导致所激发的低层异常气旋性环流西移至菲律宾以西,这可能是造成1980年以后的拉尼娜年冬季中国南方水汽条件增强的主要原因。另外,热带地区和欧亚中高纬度的大气环流在1980年之后也发生了较为明显的年代际变化。通过改变气候平均场的方法简单检查大气环流年代际变化的可能影响,结果显示:如果基于1980—2011年平均的气候场对1980年以后的拉尼娜年冬季合成,中国700多站降水异常以及东亚大气环流的异常特征都与本研究基于1948—2011年气候场的合成结果有较为明显的差异(图略),这表明气候背景场的年代际变化在拉尼娜对东亚气候的年际影响中起到了一定的作用。因此,拉尼娜成熟期海温异常空间分布型的变化和北半球大气环流的年代际变化是导致拉尼娜对东亚大气环流的影响在1980年以后发生变化的重要原因。

需要指出的是,1980年前、后拉尼娜对热带大气环流,尤其是对菲律宾附近低层异常气旋性环流和热带水汽输送影响的年代际差异可能更为直接。由于冬季欧亚中高纬度环流异常可能更多地受到ENSO以外其他因子的影响,如北极涛动(Gong,et al,2001)、北大西洋涛动(武炳义等,1999)、北极海冰(武炳义等,2011)、欧亚大陆积雪(Zuo,et al,2011)等,关于中国冬季南方降水异常所对应的欧亚中高纬度环流异常的物理机制还需要进一步深入研究。

就整个冬季而言,南方冬季降水偏多年的合成显示中国大部分地区的降水都偏多,但是分月来看,南方降水显著偏多主要发生在1—2月。1980年以后的拉尼娜年冬季各月的中国气温和降水异常特征也显示,只有在1月中国南方气温偏低且降水偏多的特征最为显著。拉尼娜次年1月合成的大气环流异常也与拉尼娜年整个冬季合成的结果更为一致,且异常的特征更为显著,尤其南方的水汽输送条件更强。实际观测也发现,近几年的低温雨雪冰冻灾害多发生在拉尼娜年的次年1月(2008年1月、2011年1月和2012年1月),这可能与东亚冬季风的季内变化以及大气环流的低频活动有密切关系(布和朝鲁等,2008王允等,2008邵勰等,2011)。

关于厄尔尼诺和拉尼娜影响的非对称性研究,Zhang等(1996)利用东亚沿岸对流层低层的经向风作为东亚季风指数,分析其与Nio3区海表温度异常的关系,发现厄尔尼诺盛期时东亚季风具有明显的异常,而拉尼娜期间东亚季风的异常在统计上不显著。近几年,也有不少研究强调拉尼娜对气候的影响表现出和厄尔尼诺非对称的特征。Wu等(2010)揭示了西北太平洋的大气环流异常对拉尼娜事件的响应与其对厄尔尼诺事件的响应存在非对称性,由拉尼娜所激发的菲律宾附近低层异常气旋性环流的强度和位置并不与厄尔尼诺激发的菲律宾异常反气旋对应的情况一致。Wang等(2012)也认为,受大气环流年代际变化的影响,20世纪70年代以后的拉尼娜事件可能导致中国长江流域梅雨偏多,这一特征与厄尔尼诺的影响并不完全相反。本研究也表明,拉尼娜对中国南方冬季降水的影响同样与厄尔尼诺的影响表现出明显的非对称性。因此,鉴于拉尼娜对气候影响的复杂性,尤其在全球变暖背景下其复杂性可能更为显著,拉尼娜对气候的影响值得进一步关注。

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