1961—2018年安庆市气候变化及其与厄尔尼诺/拉尼娜的相关性分析

张丽 徐朋飞 吴义红 陈绪财

摘 要：该文基于安庆市1961—2018年降水和气温数据以及Ni？o3.4指数，采用线性倾向估计、M-K突变检验及相关性检验等方法，分析了安庆市多年气候变化特征及安庆地区气温和降水与厄尔尼诺/拉尼娜事件的相关性。结果表明，厄/拉事件有一定的周期性，东部型多于中部型，且东部型厄尔尼诺事件在增多;安庆市年降水量呈增多的趋势，年平均气温明显升高，且有突变发生;降水对厄/拉事件的响应大于气温，且响应具有滞后性;厄/拉事件衰减年比发展年更易出现降水和气温异常，其中厄尔尼诺衰减年汛期的降水量异常以偏多为主，拉尼娜衰减年以偏少为主。

关键词：厄尔尼诺/拉尼娜;气候变化;M-K检验;相关性;滞后性

中图分类号 P461.2文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）22-0149-06

厄尔尼诺-南方涛动（El Ni？o—Southern Oscillation，ENSO）是热带太平洋最显著的海气耦合信号，暖、冷位相分别表现为厄尔尼诺事件和拉尼娜事件[1]。ENSO通过大气环流以“遥相关”的形式影响东亚季风系统的每个成员，并由此间接影响着中国的气候异常[2]。近年来，关于厄尔尼诺事件与气候关系的研究逐渐成为了研究的热点问题，很多研究都发现厄尔尼诺事件对我国旱涝灾害有着重要的影響[3-9]。1998年和2010年夏季长江流域均发生了明显的洪涝灾害，王钦等[10]通过对比分析发现，这2年是厄尔尼诺事件的次年（衰亡位相），都出现了大气环流异常，造成了洪涝灾害，但是2次过程厄尔尼诺类型不同，发生机制也有不同。黄荣辉[11]研究了夏季东亚大气环流异常遥相关及相应的物理机制，结果显示，厄尔尼诺事件对我国旱涝分布的影响与其所处的阶段有关。李煜[12]等采用相关性检验方法探讨了长江中下游地区气温和降水对中部型和东部型2类厄尔尼诺/拉尼娜事件的响应，结果表明，中部型厄尔尼诺事件对降水的影响中心在长江中下游南部，而东部型拉尼娜事件对降水的影响主要集中在北部地区，并且厄/拉事件对气温和降水影响的时滞效应显著。各个省市对于厄尔尼诺事件和拉尼娜事件也开展了很多研究，如山东[13]、广东[14]、浙江[15-16]、安徽[17-18]、陕西等地[19-20]，取得了一定的研究成果。

安庆市位于安徽省西南部，亚热带季风性湿润气候，地处长江下游北岸，皖河入江处，西北靠大别山主峰，其地理位置、自然气候条件和地形特点决定了该地区气象灾害多发。厄尔尼诺和拉尼娜事件是迄今为止对全球气候异常影响最为显著的信号，历史上著名的厄尔尼诺年安庆市均发生过许多暴雨洪涝、高温和干旱等极端自然灾害。尤其是2014—2016年，赤道中东太平洋发生了1次超强厄尔尼诺事件，峰值出现在2015年11月，一直持续到2016年5月。2016年安庆市汛期降水量达到了建站以来的历史第1位，各个市县年降水量较常年异常偏多30%～70%，春、夏、秋3季降水量均较常年明显偏多，梅汛期内暴雨频发。其中6月30日傍晚至7月6日，全市出现了历史最强的持续性暴雨、大暴雨天气，此次过程造成了严重的灾害，全市共269.8万人受灾，因灾死亡7人，农作物受灾面积20.57万hm2，绝收6.61万hm2，直接经济损失达74.9亿元。因此，提高对厄尔尼诺/拉尼娜的认识，研究安庆市降水与厄尔尼诺/拉尼娜的关系，提高汛期预报预测水平，对于提高科学决策依据具有重要的意义。

1 资料与方法

首先，依据中国气象局2017年新发布的《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》（QT/T370-2017）判定2类厄/拉事件，并分别确定东部型和中部型事件，当Ni？o3.4指数3个月滑动平均值≥0.5℃（≤-0.5℃）且持续至少5个月，判定为1次厄尔尼诺（拉尼娜）事件。Ni？o3.4指数是指（5°S～5°N、120°～170°W）范围内海表面温度异常的区域平均值，本文该指数由ERSST海温计算得到。文中不同时段采用的气候态为1981—2010年。采用线性倾向估计和Mann—Kendall（M—K）检验方法，分析安庆市1961—2017年气温和降水的变化趋势及突变情况;通过相关性分析，判别该地区降水和气温与厄尔尼诺/拉尼娜事件（后文简称为厄/拉事件）的相关性以及滞后性。由于安庆市大部分气象观测站建站均在1960年以后，所以本文统计的厄尔尼诺和拉尼娜事件从1960年开始。文中汛期指的是6—8月（夏季），年、汛期降水量和气温均指安庆市8个国家基本气象站平均值。

2 结果与分析

2.1 厄尔尼诺/拉尼娜事件的判定与分类 根据判定方法，1961—2018年共出现厄尔尼诺事件17次，拉尼娜事件12次，统计结果见表1和表2。从表1和表2可以看出，厄尔尼诺事件的峰值基本出现在秋季和冬季，夏季仅有1次;拉尼娜事件的峰值大部分出现在冬季，仅有2次出现在深秋。也就是说大部分ENSO事件的发展阶段为当年的春、夏季，秋冬季达到成熟阶段，次年春、夏季为衰减阶段，这与Wang（1995）[21]的研究结果相吻合。此外，厄/拉事件的发生具有一定的周期性，每2—7年至少会发生1次厄尔尼诺和1次拉尼娜事件，并且厄尔尼诺与拉尼娜事件大体上是交替出现的。1961—1998年间的12次厄尔尼诺事件只有3次中部型，2000—2016年间的5次厄尔尼诺事件就有3次是中部型，这说明厄尔尼诺事件类型可能有明显的向中部型转变的趋势，对于拉尼娜事件这种转变并不明显。从持续时间来看，厄尔尼诺事件的维持时间最长达19个月，超强厄尔尼诺事件3次，持续时间均超过12个月;拉尼娜事件的维持时间最长达24个月，其中超强拉尼娜事件仅有1次，持续时间为8个月;厄/拉事件均以东部型居多。

2.2 安庆地区气候变化特征

2.2.1 年降水量 1961—2018年安庆市年降水量总体呈增多的趋势，平均每10年降水量增加34.97mm，与长江流域及全国降水量整体下降的趋势相反[22-23]。从降水量逐年变化曲线和M—K检验结果（图2b）可知，安庆地区年降水量的变化具有明显的阶段性，其中1961—1968年呈下降的趋势，并且年降水量均低于常年值，安庆处于枯水期;1969—1975年年降水量逐年增加，而后至1999年波动幅度较小，围绕常年值小幅震荡，变化趋势不明显，进入21世纪后，年降水量呈先减少后增加的趋势，并且通过0.05显著性检验。从M-K检验可以看到，UF和UB出现4个交点，将1961—2018年降水数据分成4段分别进行M-K检验，最终发现1965、1972年为突变年份。

<＼＼Zaondvkp3mo4vvb＼共享＼2019年农学通报＼农学通报2019-22期＼w396-1.eps>

图1 1961—2018年安庆市年降水量线性趋势（a）和M—K检验（b）

2.2.2 年平均气温 由图2可知，1961—2018年间安庆年平均气温线性变化趋势明显，平均每10年气温上升0.15℃，小于全国近50年0.22℃/10a的气温增幅[24]。由M—K检验结果（图2b）可知，1961—1972年年平均气温略有下降，而后保持平稳状态，波动很小，1997年开始升高，其中1997—2005年达到0.05显著性水平，表明上升趋势十分显著，根据UF和UB曲线交点的位置，可以判定安庆年平均气温的增暖是一种突变，具体是从2004年开始的。

<＼＼Zaondvkp3mo4vvb＼共享＼2019年农学通报＼农学通报2019-22期＼w396-2.eps>

图2 1961—2018年安庆市年平均气温线性趋势（a）和M—K检验（b）

2.3 年降水量和平均气温与厄尔尼诺/拉尼娜的相关性与滞后性 将1961—2017年月平均气温及降水量序列与同期的Ni？o3.4指数进行相关性检验，并且进行滞后效应分析，即分别对滞后1—5个月进行相关性分析，得到的结果见图3。从图3可以看出，降水量与Ni？o3.4指数以正相关为主，其中与11月降水量相关性最好，无论是当月相关系数还是前期滞后1—5个月的相关系数均达到0.1显著性水平，其次与4月、7月降水量相关性较好，4月Ni？o3.4指数与降水量相关系数从当月至滞后3个月均达到0.1显著性水平，Ni？o3.4指数与11月当月降水量相关性并不好，但是与滞后2—5个月相关系数达到0.1显著性水平;负相关仅有3个月达到0.1显著性水平，出现在9月，Ni？o3.4指数与9月降水量及前期指数滞后1—2月相关系数达到0.1显著性水平。平均气温与Ni？o3.4指数负相关月数多于正相关月数，但是所有负相关月均未达到显著性水平，其中7、8、9月Ni？o3.4指数与当月平均气温负相关性最好，6、7、8月Ni？o3.4指数与延迟1月的月平均气温也有显著的负相关性，延迟时间越长、相关性越差，当延迟达到5个月时，仅有1个月份相关性达到显著性水平。从平均值来看，降水滯后2个月相关性最大，气温滞后4个月相关性最大。有研究指出，厄尔尼诺/拉尼娜事件对长江流域的气候变化的影响存在滞后效应[25-26]，本研究结果也印证了这一结论。

2.4 汛期降水量和平均气温变化与前冬季厄尔尼诺/拉尼娜的滑动相关分析 为了分析厄/拉事件与安庆市汛期降水量和平均气温的年际关系的稳定性，采用滑动相关方法，计算1961—2018年安庆市汛期降水量和平均气温与前冬季Ni？o3.4指数的10年滑动相关，滑动相关值记录在窗口的第10年，例如1961—1970年相关值记录在1970年，详见图4。从图4可以看到，汛期降水量与厄尔尼诺/拉尼娜的滑动相关系数有明显的阶段性，其中1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年为正相关阶段，1995—2005年为负相关时段，其中1985年、1999年、1988—1991年时段和2016—2018年时段的滑动相关系数通过了0.1的显著性水平检验其中2015—2018年时段通过了0.05的显著性水平检验。汛期平均气温与厄尔尼诺/拉尼娜的相关性较差，未达到显著性水平，但是也有一定的阶段性，其中，1970—1988年以负相关为主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年为正相关。

用Mann—Kendall（M—K）方法对上述汛期降水量和平均气温与厄尔尼诺/拉尼娜10年滑动相关系数进行突变检验，结果显示（图5），汛期降水量与尼诺指数的相关系数在1974年发生了一次突变，表明厄尔尼诺/拉尼娜与安庆市汛期降水的10年滑动相关系数在1974年存在明显转折;汛期平均气温与尼诺指数的相关系数在1982年发生了一次突变。

2.5 厄尔尼诺/拉尼娜发展年和衰减年汛期降水量和平均气温的异常性 ENSO事件的发展阶段为当年的春、夏季，在秋冬季达到成熟阶段，次年春、夏季为衰减阶段，据此统计出厄尔尼诺/拉尼娜事件发展年和衰减年，见表3，将厄尔尼诺/拉尼娜发展年和衰减年对应的汛期降水量距平比和平均气温距平列为表4，其中定义汛期降水量偏多或偏少20%以内为正常年份，超过20%成为异常年份，汛期平均气温偏高或偏低0.5℃以上为异常年份。可以看到无论是厄尔尼诺还是拉尼娜事件，衰减年汛期降水量和平均气温的异常年份多于发展年，并且厄尔尼诺衰减年汛期降水量异常主要以偏多为主，易出现洪涝，汛期平均气温东部型厄尔尼诺以偏低为主，而中部型多数年份为偏高;拉尼娜衰减年汛期降水量异常主要以偏少为主。

3 结论与讨论

（1）大部分厄/拉事件春、夏季为发展阶段，在秋、冬季达到成熟阶段，次年春、夏季为衰减阶段;厄/拉事件的发生具有一定的周期性，周期大约为2—7年，并且两者具有不对称性;东部型厄/拉事件多于中部型，且近年来中部型厄尔尼诺事件明显增多，拉尼娜事件并不具有这一特点。

（2）1961—2018年安庆地区气候变化特征为降水量呈增多的趋势，并且阶段性变化明显，气温明显升高，降水量和气温的变化率分别为0.15℃/10a、34.97mm/10a;降水和气温均发生了突变现象，其中降水量突变年份为1965、1972年，气温突变出现在2004年。

（3）整个时间序列内，安庆地区降水和气温对厄/拉事件具有不同的响应，其中降水的响应要大于气温，响应具有一定的滞后性，从平均情况来看，降水和气温对厄/拉事件分别在滞后2个月和4个月达到最大。

（4）厄尔尼诺/拉尼娜与安庆地区汛期降水和平均气温的年际关系存在着不稳定和阶段性，不稳定性表现为两者10年滑动相关分别在1974年和1982年出现1次突变;阶段性表现为厄尔尼诺/拉尼娜与安庆地区汛期降水在1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年为正相关阶段，1995—2005年为负相关时段，汛期平均气温与厄尔尼诺/拉尼娜在1970—1988年以负相关为主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年为正相关。

（5）厄/拉事件的衰减年易出现汛期降水量和平均气温异常，其中，厄尔尼诺衰减年汛期降水量异常主要以偏多为主，而汛期平均气温对不同类型厄尔尼诺的响应有所不同，东部型厄尔尼诺以偏低为主，中部型多数年份为偏高;拉尼娜衰减年汛期降水量异常主要以偏少为主。

参考文献

[1]胡娅敏，李芷卉，汪明圣，等.厄尔尼诺和拉尼娜事件对广东气候异常影响的研究进展[J].广东气象，2017，39（4）：6-9.

[2]袁媛，杨辉，李崇银.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[J].气象学报，2012，70（3）：467-478.

[3]高辉，王永光.ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究[J].气象学报，2007，65（1）：131-137.

[4]金祖辉，陶诗言.ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究[J].大气科学，1999，23（6）：663-672.

[5]袁媛，高辉，贾小龙，等.2014—2016年超强厄尔尼诺事件的气候影响[J].气象，2016，42（5）：532-539.

[6]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.

[7]伍红雨，潘蔚娟，王婷.华南冬季气温异常与ENSO的关系[J].气象，2014，40（10）：1230-1239.

[8]罗连升，徐敏，梁树献.厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水年际关系的稳定性分析[J].气象，2018，44（8）：1073-1081.

[9]张志华，黄刚.不同类型El Nino事件及其与我国夏季气候异常的关系[J].大气科學学报，2008，31（6）：782-789.

[10]王钦，李双林，付建建，等.1998和2010年夏季降水异常成因的对比分析：兼论两类不同厄尔尼诺事件的影响[J].气象学报，2012，70（6）：1207-1222.

[11]黄荣辉.引起我国夏季旱涝的东亚大气环流异常遥相关及其物理机制的研究[J].大气科学，1990，14（1）：108-116.

[12]李煜，等.1951—2016年长江中下游气候变化及其与厄尔尼诺/拉尼娜的相关性[J].三峡大学学报（自然科学版），2018，40（6）：16-21.

[13]李恩菊，赵景波.厄尔尼诺/拉尼娜事件对山东省气候的影响[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2010，38（3）：80-84.

[14]唐晓春，袁中友.近60年来厄尔尼诺事件对广东省旱灾的影响[J].地理研究，2010，29（11）：1932-1939.

[15]项素清，舒素芳，邱小伟.两类厄尔尼诺事件对金华气候的影响[J].海洋预报，2015，32（3）：13-18.

[16]项素清，张蔺廉，曹美兰.舟山市气候与厄尔尼诺事件的相关性[J].气象科技，2002，30（4）：226-228.

[17]汪靖，何金海，刘宣飞，等.江淮入梅异常的强信号及其对入梅的影响[J].气象，2008，34（6）：35-40.

[18]胡星月，胡文运.厄尔尼诺/拉尼娜事件对宣城气候的影响[J].安徽农学通报，2018，24（22）：139-141，164.

[19]魏君平，赵景波.厄尔尼诺/拉尼娜事件对陕北地区近57a气候的影响[J].水土保持通报，2012，32（5）：210-214.

[20]李耀辉，李栋梁，赵庆云，等.ENSO对中国西北地区秋季异常降水的影响[J].气候与环境研究，2006，5（2）：205-213.

[21]Wang Bin，Interdecadal changes in EL Nino onset in the last four decades[J].J Climate，1995，8（2）：267-285.

[22]王琼.1962-2011年长江流域极端气温和降水事件变化研究[D].兰州：西北师范大学，2014.

[23]李春龙，张方伟，訾丽，等.长江流域降水多年变化特征分析[J].人民长江，2013，44（15）：11-13.

[24]伍红雨，潘蔚娟，王婷.华南冬季气温异常与ENSO的关系[J].气象，2014，40（10）：1230-1239.

[25]赵亚锋.基于延时相关性的我国降水对ENSO事件响应分析[D].兰州：兰州交通大学，2014.

[26]李志，王健，刘文兆.泾河流域气候变化及其与ENSO的关系[J].地理科学进展，2010，29（7）：833-839.  （责编：张宏民）