中国东南春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化*

李　锦， 李　春，2❋❋

(1.中国海洋大学物理海洋实验室 海洋-大气相互作用与气候实验室，山东 青岛 266100;2.南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室，江苏 南京 211044)



中国东南春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化*

李锦1， 李春1，2❋❋

(1.中国海洋大学物理海洋实验室 海洋-大气相互作用与气候实验室，山东 青岛 266100;2.南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室，江苏 南京 211044)

中国东南春季降水；ENSO；年代际变化；大气环流

引用格式：李锦， 李春. 中国东南春季降水异常特征及其与ENSO关系的年代际变化[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2016, 46(9)： 1-8.

LI Jin, LI Chun. Spring rainfall variability over Southeast China and the interdecadal variation of its correlation with ENSO[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(9)： 1-8.

综上所述，ENSO事件的发生和发展已经被作为预测中国春季降水异常的前期重要信号。然而，以往关于ENSO对中国东南地区春季降水影响的研究往往是建立在过去几十年整体年际关系上，而很少考虑到不同年代际背景下两者相关关系是否会发生转变。近年来研究表明，基于ENSO发生的不同的气候背景, ENSO对亚洲季风[10-12]、夏季降水[13]、冬季降水[14]等气候因子的影响都具有阶段性差异。那么，在不同的年代际背景下，ENSO与中国东南地区春季降水的关系是否也有不稳定特征？又是什么物理机制导致了这种年代际关系变化？本文将根据这些问题进行探究，从而提高ENSO信号预测中国春季降水的准确率。

1　资料和方法

本文使用的资料包括：1951—2014年中国160站逐月降水资料；1950—2014年逐月NCEP/NCAR再分析资料，包括风场、比湿场、地面气压场、位势高度场、海平面气压场，水平分辨率2.5(°)×2.5(°)；NOAA提供的1950—2014年ERSST月平均海温资料，水平分辨率为2(°)×2(°)。

本文采用经验正交分解(EOF)方法分析中国春季降水距平场的时空分布特征，并采用滑动相关分析揭示ENSO与东南地区(110°E～122°E，20°N～30°N)春季降水关系的年代际变化。此外，本文还采用了线性相关和回归分析的方法，分析了影响东南地区春季降水的环流场和海温场以及各年代际背景下ENSO对春季大气环流的不同影响。

2　东南地区春季降水特征与环流背景

为得到中国春季降水场主要分布特征，现对春季降水距平做经验正交分解(EOF)，得到EOF第一模态(见图1(a))，其方差贡献率为28.6%，主要表现为中国东南春季降水异常具有全区一致性。为进一步说明EOF1可反映东南地区的春季降水特征，图1(b)给出了局地解释方差，从中可见EOF1可以解释东南地区局地方差贡献的60%以上，具有较好的代表性，因此可将其相对应的时间序列PC1作为东南春季降水指数。通过MK检验发现，东南春季降水在1950年代初至后期呈现不显著的上升趋势，之后一直呈现下降趋势，1960年代初期至1970年代初期下降趋势显著，1980年代至1990年代趋势较平稳，1990年代末期下降趋势增加，其中1959、1974和1999年为突变点(见图1(d))，这与之前的研究[15]基本一致。

图11951—2014年中国春季降水异常量模态

Fig.1Dominant mode of spring rainfall over China from 1951 to 2014

为揭示环流与东南地区春季降水的关系，将对东南春季降水指数与同期高度场、海平面气压场、风场和水汽输送场进行线性回归分析(见图2,3)。东南地区春季降水与北半球高纬度地区和中东太平洋上空位势高度呈显著正相关关系，表明春季降水偏多时，对应极涡强度减弱，东太平洋对流层上层气压异常增强；同时在乌拉尔山地区有一正异常中心，而在蒙古和阿留申地区分别有一负异常中心，说明东亚大槽北部加深，阿留申低压加强，这种位势高度分布有利于冷空气向南输送，影响中国南方地区(见图2(a),(b))。而在对流层低层和海平面上，极涡和西太平洋副热带高压是影响东南地区春季降水的重要系统，当春季降水偏多时，副高显著增强(见图2(c),(d))。与低层高度场相对应，在850 hPa风场上菲律宾海上空有一异常反气旋环流形成，其异常中心在(17°N，140°E)附近，同时中国东南地区上空有一气旋式环流异常(见图3(a))。菲律宾反气旋异常西北侧的西南气流显著增强，有利于暖湿气流向我国东部地区输送，并在东南地区上空辐合上升，有利于该地区降水增多。从图3(b)可以看出，东南地区春季降水异常的水汽来源主要是来自于西北太平洋和南海上空，也有小部分来源于孟加拉湾。

(阴影区域表示通过95%置信度检验。 Shaded areas exceed the 95% confidence level.)

图2200 hPa(a)、500 hPa(b)和850 hPa位势高度场(c)及海平面气压与东南地区春季降水指数的回归场(d)

Fig.2Regression of MAM geopotential height at (a) 200 hPa;(b)500 hPa; (c)850 hPa and (d)sea level pressure on PC1 of spring rainfall

(阴影区域代表通过95%信度检验。Shaded areas exceed the 95% confidence level.)

3　东南地区春季降水与ENSO的相关性

((a)图： 浅色阴影区代表通过95%信度检验，深色阴影区代表通过99%信度检验 Shaded areas from light to dark denote regions with correlations exceeding the 95% and 99% confidence level； (b)图：两虚线分别代表95%和99%信度检验 Dashed lines denote correlations at the 95% and 99% at confidence level.)

4　东南地区春季降水与ENSO关系的年代际不稳定特征

(阴影区表示变化范围；虚线为0.05信度。Shoding means its spread;Doshed means 0.05 confidence level.)

为进一步揭示不同年代际背景下ENSO对春季降水影响的差异，下面将用相关分析揭示各阶段ENSO与春季降水的对应关系，并采用回归分析讨论各阶段东南地区春季降水所对应的环流特征。

(阴影区域代表通过95%信度检验。 Shaded areas denote regions with correlations exceeding the 95% confidence level.)

(阴影区域代表通过95%信度检验。Shaded areas denote regions with correlations exceeding the 95% confidence level.)

5　结论与讨论

本文通过对中国160站降水观测资料和NOAA提供的ERSST海温资料以及NCEP/NCAR再分析资料分析，研究了东南春季降水异常的特征及其与ENSO关系的年代际变化。结果表明：

(1)中国东南春季降水异常具有全区一致的变化特征，在1950年代初至后期呈现不显著的上升趋势，之后一直呈现下降趋势，1960年代初期至1970年代初期下降趋势显著，1980年代至1990年代趋势较平稳，1990年代末期下降趋势增加，并在1959、1974和1999年发生突变。影响中国东南春季降水的环流系统主要有极涡和西太平洋副热带高压。

(3)东南春季降水与ENSO的相关性具有年代际差异，可根据滑动相关系数分为3个阶段，并与降水的年代际转型的时间段相对应。在1969—1990年，两者相关性较好，而在1969年之前和1991年之后其相关性都不能通过95%信度检验。在不同年代际背景下，影响东南春季降水的大气环流特征不同,ENSO作为预报因子的重要性发生变化。在1951—1968年中，东亚大槽加深，有利于北方冷空气南下，并与从中南半岛和南海上空输送的水汽汇合形成降水，影响中国东南春季降水的环流系统主要位于中高纬度，而西北太平洋反气旋位置偏东范围偏小，其西北侧气流难以影响到中国东南部；在1969—1990年间，副高增强西伸，同时西北太平洋反气旋显著增强，其西北侧的暖湿气流为东南地区提供充沛水汽，是影响此阶段春季降水的关键因素；而在1991—2014年中，东亚大槽偏弱，副高增强并偏北，有利于南支暖湿水汽北上，降水受到高低纬环流系统共同影响，此阶段暖湿气流包括来自孟加拉湾的西风气流和西北太平洋反气旋西侧气流两部分，ENSO对降水的影响相对减弱。

以上分析表明了在不同年代际背景下，ENSO对春季降水的预报准确性会发生变化，因此在降水预测中必须根据不同阶段考虑ENSO作为预报因子的可靠性。自1991年之后，ENSO并不能准确预测东南地区春季降水，反而可以较好的预测长江以北地区的春季降水异常。然而从1991年至今20多年已过去，ENSO与中国春季降水的关系之后是否还会转型仍需密切注意。另外，不同年代际背景下是什么物理机制导致了ENSO对春季环流的不同影响还不清楚，有待进一步研究分析。

[2]温之平, 吴乃庚, 冯业荣, 等. 定量诊断华南春旱的形成机理[J]. 大气科学, 2007, 31(6): 1223-1236.

Wen Z P, Wu N G, Feng Y R, et al. A quantitative diagnosis for the mechanisms of spring droughts in South China[J]. Journal of Atmospheric Sciences, 2007, 31(6): 1223-1236.

[3]韩晋平, 王会军, 姜大膀. 耦合模式长期积分资料所揭示的华南春季降水及环流特征的年际变化[J]. 气候与环境研究, 2006, 11: 194-202.

Han J P, Wang H J, Jiang D B. Interannual variation of spring precipitation and circulation in South China as simulated by a coupled model[J]. Climatic and Environmental Research, 2006, 11: 194-202.

[4]Wang H, Xue F, Zhou G. The spring monsoon in South China and its relationship to large-scale circulation features [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2002, 19(4): 651-664.

[5]左志燕, 张人禾, 武炳义. 1979—2004年中国大陆南方地区春季降水的年代际变化特征及其与欧亚大陆积雪的联系[J]. 中国科学: 地球科学, 2011, 41(11): 1688-1696.

Zuo Z Y, Zhang R H, Wu B Y. Inter-decadal variations of springtime rainfall over southern China mainland for 1979—2004 and its relationship with Eurasian snow[J]. Science China Earth Sciences, 2011, 41(11): 1688-1696.

[6]张洁, 周天军, 宇如聪, 等. 中国春季典型降水异常及相联系的大气水汽输送[J]. 大气科学, 2009, 33(1)： 121-134.

Zhang J, Zhou T J, Yu R C, et al. Atmospheric water vapor transport and corresponding typical anomalous spring rainfall patters in China[J]. Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 2009, 33(1): 121-134.

[7]Yang F L, Lau K M. Trend and variability of China precipitation in spring and summer: linkage to sea-surface temperatures[J]. International Journal of Climatology, 2004, 24(13): 1625-1644.

[8]李宏毅, 林朝晖, 宋燕, 等. 我国华南3月份降水异常的可能影响因子分析[J]. 大气科学, 2013, 37(3): 719-730.

Li H Y, Lin Z H, Song Y, et al. Analysis of the possible factors that influence March precipitation anomalies over South China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 2013, 37(3): 719-730.

[9]Wu R, Hu Z, B P Kirtman. Evolution of ENSO-related rainfall anomalies in East Asia [J]. Climate, 2003,16(22): 3742-3758.

[10]Webster P J, Magana V O, Palmer T N. Monsoons: Processes, predictability, and the prospects for prediction [J]. Journal of Geophysical Research, 1998, 103(C7): 14451-14510.

[11]Kinter J L, Miyakoda K, Yang S. Recent change in the connection from the Asian Monsoon to ENSO [J]. Climate, 2002, 15(10): 1203-1215.

[12]Wu R G, Wang B. A contrast of the East Asian summer monsoon-ENSO relationship between 1962-77 and 1978-93[J]. Climate, 2002, 15(22): 3266-3279.

[13]宗海锋, 陈烈庭, 张庆云. ENSO与中国夏季降水年际变化关系的不稳定性特征[J]. 大气科学, 2010, 34(1): 184-192.

Zong H F, Chen L T, Zhang Q Y. The instability of the interannual relationship between ENSO and the summer rainfall in China[J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 2010, 34(1): 184-192.

[14]Li C, Ma H. Relationship between ENSO and winter rainfall over Southeast China and its decadal variability[J]. Advances in Atmospheric Sciences, 2012, 29(6): 1129-1141.

[15]蒋品平, 赵平. 春季中国南方雨带年际变动与大气环流异常[J]. 气象学报, 2012, 70(4): 681-689.

Jiang P P, Zhao P. The interannual variability of spring rainny belt over southern China and associated atmospheric circulation anomalies[J]. Acta Meteorologica Sinica, 2012, 70(4): 681-689.

[17]Wang B, Wu R, Fu X. Pacific-East Asia teleconnection: How does ENSO affect East Asian climate [J]. Climate, 1999,13(9): 1517-1536.

[18]Yang J L, Liu Q Y, Liu Z Y. Linking observations of the Asian monsoon to the Indian Ocean SST: Possible roles of Indian Ocean Basin Mode and Dipole Mode[J]. Climate, 2010, 23(21): 5889-5902.

[19]Yu J Y， Kao H Y. Decadal changes of ENSO persistence barrier in SST and ocean heat content indices: 1958-2001 [J]. Journal of Geophysical Research, 2007, 112(D13106), doi: 10. 1029/2006JD007654.

责任编辑庞旻

Spring Rainfall Variability over Southeast China and the Interdecadal Variation of Its Correlation with ENSO

LI Jin1, LI Chun1,2

(1.Physical Oceanography Laboratory and Ocean-Atmosphere Interaction and Climate Laboratory, Ocean University of China,Qingdao 266100,China; 2.The Key Laboratory of Meteorological Disaster, Ministry of Education, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 211044, China)

spring rainfall over Southeast China; ENSO; decadal variations; atmospheric circulation

国家自然科学基金项目(41276002，41130859)；国家重大研究计划项目(2012CB955603， 2013CB956201)；气象灾害教育部重点实验室(南京信息工程大学)开放课题项目(KLME1301)资助

2015-10-06；

2016-01-30

李锦(1991—)女，硕士生，E-mail：lj91happy@163.com

❋❋通讯作者：E-mail：lichun7603@ouc.edu.cn

P421.31

A

1672-5174(2016)09-001-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20150345

Supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) (41276002; 41130859); the National Basic Research Program of China (2012CB955603; 2013CB956201); the Open Project Program of Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education，Nanjing University of Information Science and Technology (KLME1301)