ENSO是海洋和大气相互作用、相互耦合的强信号，是气候年际变化的最强影响因素，大量研究表明，ENSO的发生、发展会导致全球大气环流的异常，影响东亚夏季风和水汽输送，进而对我国夏季降水异常产生明显的影响^[1-12]。近来研究表明，在ENSO发展、成熟和衰减的不同阶段，我国夏季降水对其响应不同，Huang等^[13]研究指出，ENSO发展阶段夏季，西太平洋海温偏低，南海和菲律宾附近对流活动减弱，西太平洋副热带高压偏南，长江到黄河流域之间多雨，华南少雨；反之在ENSO衰减阶段夏季，西太平洋副热带高压偏北，长江到黄河流域之间少雨。孙旭光等^[14-15]通过数值模拟研究了El Niño不同演变阶段东亚大气环流的年际变化特征。结果表明：El Niño发展阶段夏季，西太平洋副热带高压偏弱、偏东，东亚夏季风增强；反之在El Niño衰减阶段，西太平洋副热带高压偏强、偏西，东亚夏季风减弱。Hu等^[16]研究了ENSO发展和衰减阶段对流层位温输送的差异特征，上层和下层位温输送的差异影响到大气稳定度，进而影响降水分布型。Zeng等^[17]通过区域气候模式对ENSO发展和衰减阶段我国东部降水进行了模拟，结果表明：模式较好地模拟出了ENSO衰减阶段夏季长江和黄河流域的降水异常特征。刘丽等^[18]研究了ENSO不同阶段云南降水异常特征，ENSO发展和衰减阶段对副热带高压和东亚夏季风强弱有显著影响，进而影响云南夏季降水。陕西地处我国西北内陆，青藏高原东侧，受东亚季风和高原地形影响，夏季旱涝灾害频发，往往造成重大的人员伤亡和经济损失。徐小红等^[19]统计了El Niño与陕西夏季降水的关系，El Niño年当年陕西夏季易北旱南涝，次年夏季以涝年为主。白爱娟等^[20]分析了东亚冬、夏季风强度指数与陕西降水变化的关系。结果表明:强的东亚冬季风, 易造成陕西冬季降水偏少; 强的东亚夏季风, 易造成陕西夏季北部多雨、南部少雨。关于陕西夏季降水对ENSO不同阶段响应的差异还鲜见报道，本文将对ENSO发展和衰减阶段的陕西夏季降水异常特征进行分析，并探讨其可能的影响机制，为陕西夏季降水气候预测提供线索和依据。

本文所用资料包括1961—2008年 (共48年) 陕西78个气象站夏季 (6—8月) 降水资料；1961—2008年NCEP/NCAR夏季500 hPa位势高度场、700 hPa风场月平均再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°。陕西78个气象站分布及陕西市界区域划分如图 1所示。

图 1

图 1. 陕西气象观测站分布图 Fig 1. The distribtution of meteorological stations in Shaanxi Province

根据美国气候预测中心 (CPC) 的统计，1961—2008年共出现13次El Niño事件 (1963/1964, 1965/1966, 1968/1970, 1972/1973, 1976/1978, 1982/1983, 1986/1988, 1991/1992, 1994/1995, 1997/1998, 2002/2003, 2004/2005, 2006/2007年) 和7次La Niña事件 (1964/1965, 1970/1972, 1973/1976, 1984/1985, 1988/1989, 1998/2001, 2007/2008年)。Wang^[21]研究表明:ENSO事件在当年的春夏季为发展阶段，秋冬季节达到成熟阶段，到次年春夏季为衰减阶段。通过合成ENSO发展和衰减阶段的陕西夏季降水异常分布，揭示ENSO不同阶段对陕西夏季降水影响的差异，并利用NCEP/NCAR的高度场和风场资料进行合成分析，探讨ENSO冷暖事件的发展和衰减阶段引起同期夏季大气环流的差异，分析ENSO发展和衰减阶段陕西夏季降水差异的可能原因。

图 2给出了El Niño发展阶段和衰减阶段的陕西季及6—8月逐月降水量距平百分率合成图。由图 2可以看到，在El Niño发展阶段夏季，陕西降水量一致偏少，在汉中、宝鸡、咸阳、延安北部及榆林西南部的降水异常达到了0.05显著性水平，偏少显著。El Niño衰减阶段陕西夏季降水距平百分率，与El Niño发展阶段相反，陕西省为降水正距平，且大部分地区偏多10%以上，延安、咸阳、西安及商洛降水量偏多15%~20%，达到0.05显著性水平，偏多显著。可见，在El Niño衰减阶段陕西夏季降水一致偏多，其中陕北南部、关中和商洛偏多明显，比较而言，El Niño衰减阶段的降水合成图通过显著性检验的范围较发展阶段更大，说明了El Niño衰减阶段对陕西夏季降水有更明显的影响。

图 2

图 2. El Niño发展阶段和衰减阶段陕西夏季降水量距平百分率合成图 (单位：%;阴影区为达到0.05显著性水平的区域) Fig 2. The composite of Shaanxi precipitation anomalies percentage in El Niño developing and decaying stages (unit:%;the shaded denotes passing the test of 0.05 level)

为进一步探讨El Niño发展阶段和衰减阶段对陕西夏季不同月份降水的影响，分析6—8月逐月降水距平百分率在El Niño发展阶段和衰减阶段情况。在El Niño发展阶段，陕西6—8月的月降水量呈现出了一致性的负距平，6月和8月，陕西月降水量异常通过显著性检验的区域较小，7月延安西部，宝鸡、咸阳、汉中降水量偏少10%~30%，降水量显著偏少，说明了El Niño发展阶段对陕西7月降水影响最为显著。在El Niño衰减阶段，陕西6—8月降水量异常合成分布与El Niño发展阶段相比通过显著性检验的区域更大，这与夏季情况一致，El Niño衰减阶段对陕西6—8月降水有更明显的影响。El Niño衰减阶段的6月，宝鸡、西安、汉中、安康降水量偏少显著；7月关中和陕南大部地区降水量显著偏多20%~40%；8月关中西北部及陕北西部降水显著偏多20%~30%。

同样计算La Niña发展和衰减阶段的陕西夏季降水量距平百分率合成图 (图 3)，可以发现，在La Niña发展阶段陕西降水偏多，大部分地区偏多10%以上，在陕北榆林、关中平原和陕南东部地区偏多20%~30%，达到涝年标准，且偏多区域集中，表明La Niña发展阶段陕西降水偏多这一关系比较可靠。而在La Niña衰减阶段，除陕北榆林地区降水偏多10%外，其他地区降水偏少。La Niña发展和衰减阶段，陕西夏季降水距平相反，La Niña发展阶段陕西夏季降水偏多，La Niña衰减阶段陕西夏季降水偏少，且La Niña发展阶段对陕西夏季降水影响更为明显。

图 3

图 3. 同图 2，但为La Niña事件 Fig 3. The same as in Fig. 2, but for La Niña

为进一步探讨La Niña发展阶段和衰减阶段对陕西夏季不同月份降水的影响，分析6—8月逐月降水距平百分率在La Niña发展阶段和衰减阶段情况。La Niña发展阶段, 6月陕北降水偏多，陕南降水偏少，其中榆林偏多明显，商洛、汉中西部偏少明显；7月陕西降水一致偏多，且关中大部、陕南东部偏多40%~60%；而8月陕西降水仍偏多10%~30%。La Niña衰减阶段, 6月陕西降水偏少，但只有榆林西部、渭南和汉中东部部分零散地方达到0.05显著性水平，7月陕北降水显著偏少30%~40%, 而8月陕北降水偏少，关中、陕南偏多，但不显著。比较而言，La Niña事件对陕西7月降水有更显著的影响，La Niña发展阶段关中、陕南降水偏多明显，La Niña衰减阶段陕北降水偏少明显。

以上分析表明，在ENSO发展和衰减阶段，陕西夏季降水异常存在明显不同，造成这种差异的原因是ENSO发展和衰减阶段不同的大气环流特征，下面利用合成分析方法探讨影响陕西夏季降水异常的大气环流和水汽输送特征。

图 4给出了El Niño发展和衰减阶段夏季平均500 hPa高度场异常及700 hPa风场异常合成分布图。El Niño发展阶段500 hPa高度场异常合成图上可以看到，西太平洋、巴尔喀什湖和日本海到鄂霍次克海地区为显著负距平，贝加尔湖到陕西北部为正距平，在El Niño发展阶段西太平洋副热带高压、巴尔喀什湖和鄂霍次克海阻塞高压都减弱，而贝加尔湖低槽也减弱，特别是西太平洋副热带高压减弱明显，位置偏东，来自低纬度地区的水汽无法输送到陕西，同时巴尔喀什湖阻塞高压和贝加尔湖低涡减弱，使到达陕西的冷空气也偏弱，陕西夏季降水偏少。El Niño发展阶段700 hPa风场异常合成图也证实了上述结论，可以看到，在西太平洋地区有显著的西风异常，为气旋环流，说明西太平洋副热带高压偏弱，在贝加尔湖到陕西北部为异常反气旋环流，贝加尔湖低涡减弱，陕西地区为异常东北风控制，夏季西南风偏弱，不利于来自低纬度地区的水汽向陕西地区的输送，陕西降水偏少。El Niño衰减阶段500 hPa高度场异常合成图与El Niño发展阶段的距平分布相反，在西太平洋、巴尔喀什湖、鄂霍次克海地区为正距平，特别是西太平洋副热带高压区正距平达到0.05显著性水平，说明在El Niño衰减阶段西太平洋副热带高压增强，位置偏西。El Niño衰减阶段700 hPa异常风场合成图上，在西太平洋地区为显著的异常东风，北侧有显著异常西风，西太平洋为异常反气旋环流，副热带高压偏强、偏西，云贵高原到四川东部有异常西南风，陕西北部有异常偏北风，陕西处于冷暖空气交汇区，降水偏多，其中关中地区位于冷暖空气辐合中心，有利于陕西中部在El Niño衰减阶段降水偏多。

图 4

图 4. El Niño发展和衰减阶段夏季平均500 hPa高度场 (单位：dagpm) 和700 hPa风场异常分布合成图 (阴影区为达到0.05水平显著性水平区域) Fig 4. The composite of summer mean 500 hPa height (unit:dagpm), 700 hPa wind anomalies in El Niño developing (a) and decaying (b) stages (the shaded denotes passing the test of 0.05 level)

同样对造成陕西夏季降水异常的La Niña发展和衰减阶段大气环流和水汽输送特征进行合成分析。由La Niña发展阶段500 hPa高度异常合成图 (图 5) 可知，在西太平洋地区和日本海为正异常，贝加尔湖为负异常，说明副热带高压和日本海高压偏强，副热带高压偏强、偏西有利于来自低纬度地区的水汽向西部地区的输送，贝加尔湖低涡增强，其后部冷空气与副热带高压外围的暖湿气流交汇在陕西地区，而日本海高压增强将阻挡影响陕西的低值系统东移，使得形势稳定，冷暖空气稳定交汇，有利于陕西夏季降水偏多。由700 hPa异常风场的合成图 (图 5) 可知，西太平洋有异常反气旋环流，西太平洋副热带高压偏强、偏西，从四川到陕西北部有异常西南风，陕西西部处于贝加尔湖低涡后部，受西北风影响，冷暖空气的交汇有利于降水的偏多。而当La Niña事件转变到衰减阶段时，大气环流也随之转变，与其发展阶段的大气环流相反，由500 hPa异常高度场合成图可以看到，西太平洋副热带高压减弱，贝加尔湖低涡减弱，对照700 hPa风场异常合成图，西太平洋地区有异常气旋环流，西太平洋副热带高压偏弱、位置偏东，来自低纬度地区的水汽无法输送到西部地区，陕西为异常东北风控制，降水偏少。

图 5

图 5. 同图 4，但为La Niña事件 Fig 5. The same as in Fig. 4, but for La Niña

东亚夏季风是我国大范围旱涝异常的直接影响因素，东亚季风、东南亚季风、南海季风对我国夏季降水影响已有很多研究^[22-25]。下面对ENSO发展和衰减阶段的东亚夏季风指数进行合成分析，并分析东亚夏季风指数与陕西夏季降水的相关关系，探讨ENSO发展和衰减阶段通过影响东亚夏季风的强弱，进而影响到陕西夏季降水异常，其中夏季风指数选取Li等^[26]定义的东亚夏季风指数、南海夏季风指数、南亚夏季风指数, 其中南亚夏季风指数分为东、西两个部分，本文选用其中东南亚夏季风指数。

对ENSO发展和衰减阶段的3个亚洲夏季风指数进行合成分析并进行t检验 (表 1) 可以看到，在ENSO发展和衰减阶段，东亚夏季风指数、南海夏季风指数、东南亚夏季风指数有相反的响应，El Niño发展和La Niña衰减阶段3个夏季风指数为正值，说明东亚夏季风、南海夏季风、东南亚夏季风偏强；El Niño衰减和La Niña发展阶段3个夏季风指数为负值，说明东亚夏季风、南海夏季风、东南亚夏季风偏弱。从t检验值来看，夏季风对El Niño发展和衰减的响应更为明显，达到0.05显著性水平，说明El Niño对东亚夏季风、南海夏季风、东南亚夏季风的影响显著，El Niño发展阶段夏季东亚夏季风增强，在El Niño衰减阶段东亚夏季风减弱。La Niña发展和衰减阶段3个夏季风指数的t检验值较小，未通过显著性检验，说明东亚夏季风异常对La Niña事件的响应不显著，比较而言，La Niña发展阶段对东亚夏季风的影响更明显。

表 1

表 1 ENSO发展和衰减阶段东亚夏季风指数、南海夏季风指数、东南亚夏季风指数合成及t检验 Table 1 The composited summer monsoon indexes of East Asia, South China Sea, Southeast Asia in ENSO developing and decaying stages and its t-test value ENSO阶段 东亚夏季风 南海夏季风 东南亚夏季风 指数 t检验值 指数 t检验值 指数 t检验值 El Niño发展阶段 0.62 4.50** 0.72 6.49** 0.50 5.42** El Niño衰减阶段 -0.66 -3.82** -0.90 -5.68** -0.83 -3.70** La Niña发展阶段 -0.53 -1.45 -0.77 -2.14* -0.73 -1.70 La Niña衰减阶段 0.24 0.61 0.30 0.82 0.097 0.30  注：*表示达到0.1显著性水平；**表示达到0.05显著性水平。

表 1 ENSO发展和衰减阶段东亚夏季风指数、南海夏季风指数、东南亚夏季风指数合成及t检验 Table 1 The composited summer monsoon indexes of East Asia, South China Sea, Southeast Asia in ENSO developing and decaying stages and its t-test value

为分析夏季风指数与陕西夏季降水的关系，分析东亚夏季风指数、南海夏季风指数和南亚夏季风指数与陕西78个气象站降水量的相关关系 (图 6)，可以看到，3个夏季风指数与陕西夏季降水相关系数的空间分布基本一致，除在陕西北部和西南部很小的区域为正相关以外，其余地区为一致的负相关关系，陕西夏季降水对夏季风响应敏感的区域位于陕西中部、东部 (咸阳、西安、渭南、铜川、商洛) 地区，特别是东部的商洛地区达到了0.01显著性水平。以上分析表明，当东亚夏季风、南海夏季风、东南亚夏季风偏弱时，陕西夏季降水偏多，其中陕西中部、东部偏多明显；反之，东亚夏季风偏强时，陕西夏季降水偏少。

图 6

图 6. 1960—2008年夏季陕西78个气象站降水量与东亚夏季风指数、南海夏季风指数、南亚夏季风指数的相关分布 (阴影区表示达到0.05显著性水平) Fig 6. Correlation coefficients of Shaanxi summer precipitation to summer monsoon indexes of East Asia, the South China Sea, Southeast Asia during 1961—2008 (the shaded denotes passing the test of 0.05 level)

综合ENSO发展和衰减阶段对夏季风的影响和夏季风与陕西夏季降水的关系可知，ENSO发展和衰减阶段，夏季风强弱对其响应不同，El Niño发展和La Niña衰减阶段东亚夏季风偏强，El Niño衰减和La Niña发展阶段东亚夏季风偏弱，而当夏季风偏弱时陕西夏季降水偏多，夏季风偏强时陕西夏季降水偏少，说明ENSO发展和衰减阶段通过影响东亚夏季风的强弱，进而影响到陕西夏季降水。由表 1可知，El Niño比La Niña事件对东亚夏季风影响更加显著，而La Niña事件的发展阶段对东亚夏季风的影响则只达到0.1显著性水平，La Niña衰减阶段对东亚夏季风的影响并不显著，这与Zhang等^[27]研究一致。由图 2和图 3可知，与La Niña事件影响相比，El Niño事件发展、衰减阶段夏季陕西降水异常通过显著性检验的区域更大，这与El Niño事件对东亚夏季风有较强影响一致，La Niña事件发展阶段比衰亡阶段对东亚夏季风有更显著的影响，而图 3也表明La Niña发展阶段陕西夏季降水异常更加显著，这也进一步证明了El Niño和La Niña事件通过影响东亚夏季风的强弱进而影响陕西夏季降水。Zhang等^[28]研究表明：东亚夏季风减弱时，西太平洋副热带高压偏强、偏西；东亚夏季风偏强时，副热带高压偏弱、偏东，与前面ENSO不同阶段的合成分析结论一致。

通过分析，得出以下主要结论：

1) 在El Niño发展阶段，陕西西部夏季降水偏少明显，El Niño衰减阶段，陕北西部、关中大部和陕南东部降水明显偏多。El Niño发展阶段和衰减阶段对7月降水异常影响更加明显。La Niña发展阶段，关中东部降水显著偏多，而La Niña衰减阶段陕北东部降水偏少。

2) 在El Niño衰减阶段、La Niña发展阶段，西太平洋副热带高压偏强、偏西；而在El Niño发展阶段、La Niña衰减阶段，西太平洋副热带高压偏弱、偏东。西太平洋副热带高压带来的暖湿气流和北部低涡或阻塞高压带来的冷空气相互作用是陕西夏季降水异常的主要影响因素。

3) El Niño发展阶段和La Niña衰减阶段东亚夏季风偏强，El Niño衰减阶段和La Niña发展阶段东亚夏季风偏弱，而当夏季风偏弱时陕西夏季降水偏多，夏季风偏强时陕西夏季降水偏少。且El Niño事件对东亚夏季风及陕西夏季降水的影响更加显著。

由于影响陕西夏季降水的因素很多，ENSO只是其中之一，但ENSO作为影响夏季降水年际变化的强信号，其发展和衰减阶段对陕西夏季降水的不同影响可以作为短期气候预测的一个信号加以考虑。