厄尔尼诺现象对西藏5月降水的影响

2020-08-19洛桑旺姆达琼普布卓玛

湖北农业科学 2020年9期

洛桑旺姆达琼普布卓玛

摘要：利用1979-2017年NOAA海温距平场数据NCEP/DOE风场和大气可降水量场数据以及PREC/L降水数据对厄尔尼诺现象影响西藏5月降水进行了分析。结果表明，厄尔尼诺发生年，中南半岛700hPa出现反气旋环流差值，形成下沉气流，大气可降水量偏少，西藏降水偏少;拉尼娜发生年，中南半岛700hPa出现气旋环流差值，形成上升气流，大气可降水量偏多，西藏降水偏多。

关键词：热带海温;SEOF;降水;东亚急流;厄尔尼诺;西藏

中图分类号：P461 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）09-0065-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09：013

由于自转，地球接收来自太阳的能量在赤道和南北极分布存在差异，致使赤道和南北极之间产生能量梯度，进而带动全球大气和海洋的能量输送。由于海洋面积大，使得能量在海洋中输送更加受到关注，海洋对大气环流的驱动也更为普遍地被学者们所研究。

厄尔尼诺是全球的主要海洋现象，其发生发展对农业和国民生产等领域至关重要。自1984年王绍武[1]介绍了国际学者对厄尔尼诺现象的广泛关注后，厄尔尼诺现象引起国内学者的高度关注。厄尔尼诺对中国降水影响的研究工作最早开始在长江流域[2，3]。李麦村等[2]指出厄尔尼诺发生的当年夏季，西太平洋副热带高压明显偏强（偏弱），西太平洋副热带高压是长江流域降水的主要影响因子，其强度变化会造成长江流域降水易出现旱年（涝年）。降水不仅对当年厄尔尼诺现象有响应，次年的降水同样受到厄尔尼诺的影响，如厄尔尼诺年当年多出现Ⅱ类雨型，而反厄尔尼诺年当年则出现Ⅰ类和Ⅲ类雨型;厄尔尼诺年次年多出现Ⅰ类雨型，而反厄尔尼诺年次年则多出现Ⅱ类和Ⅲ类雨型，可见厄尔尼诺中国夏季雨带的预报是至关重要的[3]。并且厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同，主要影响是在其发生的次年中国大部分地区的夏季降水明显偏多[4]。自2007年Ashok等[5]发现赤道太平洋海域存在三极型海温异常分布的厄尔尼诺Modoki后，东部型、中部型和混合型厄尔尼诺事件对中国降水的影响开始受到关注[4，6]。在厄尔尼诺发生的次年夏季，通过影响850hPa风场、水汽输送及500hPa西太平洋副热带高压系统，东部型、中部型及混合型厄尔尼诺事件可能分别导致中国雨带呈南方型（Ⅲ类）、中间型（Ⅱ类）和北方型（Ⅰ类）的分布特点[6]。

已有研究表明，中国降水受到太平洋厄尔尼诺现象的影响[7]。但是在中国西部青藏高原地区，气候恶劣，厄尔尼诺现象对西藏降水的影响并没有受到很多关注。西藏经济来源主要依靠农牧业，降水对西藏经济有着举足轻重的影响。普布卓玛等[8]分析了厄尔尼诺事件对西藏5-8月夏季降水的影响发现，厄尔尼诺事件发生的当年，西藏夏季降水普遍偏少，拉尼娜事件发生的当年，西藏夏季降水普遍偏多，这与厄尔尼诺现象对中国东部地区降水的影响完全不同[7]。由于高原的特殊地理位置和地势特征，同时厄尔尼诺对高原风场、温度场和高度场有一定的影响[9]，鉴于春、夏季降水的不同，有必要对厄尔尼诺影响高原5月降水作独立的环流分析。

1 数据来源与方法

1.1 所用数据及来源

海温数据采用的是NOAH/NASA 1979-2017年的海表温度延长重构数据[NOAA Extended recon-structed sea surface temperature（SST）V4，hops：//www.esrl.noaa，gov/psd/data/gridded/data.noaa.erssi.v4.html]，数据集已经被广泛应用到热带海温变化的研究中[10]。降水数据使用的是Precipitation reconstruc-tion over land（PREC/L，https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.precl.html）数据，风场和大气可降水量数据使用的是NCEP-DOE Reanalysis 2（https：//www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanaly-sis2.html）数据。

1.2 研究方法

相对于传统的经验正交分解方法对厄尔尼诺事件的分析[10]，Wang等[11]提出了一种基于季节循环的经验正交分解方法[Seasonal mean anomalies（depar-lure from long-term mean annual cycle）empirical or-thogonal function，SEOF]。EOF的主要方法是：

假設X_t（t=1，2，…，n）是m维空间中的n个向量，根据X_t的特征求解一组正交基向量，尽可能准确地表示成式（1）。

式中，V_k是m维正交基向量，不随时间变化;ε_t是m维误差向量，通过建立V₁，V₂，…，使其与α₁（t），α₂（t），…，乘积X_t贡献的剩余误差ε_t最小，从而找到X_t主要贡献的空间特征向量场和时间系数，进而分析X_t的时空变化特征[12]。

SEOF将4个季节的数据组成一个X_t向量，再进行时空分解，可以更好地提取热带太平洋海温的厄尔尼诺现象，同时该方法很好地区分了厄尔尼诺中部型和东部型。使用该方法对厄尔尼诺东部型事件进行分解提取并分析其对高原5月降水的影响。

2 结果与分析

2.1 太平洋海温年际变化

对热带海温距平进行SEOF分解，得到第一特征向量场（PCI）和时间系数如图1和图2所示，解释方差为22.1%。由冬季到秋季，赤道太平洋海温为正距平，发生厄尔尼诺事件，冬、春季海温正距平中心与秋季海温正距平中心位置略有差异（图1）。由4个季节的特征向量场组成一个完整的海温距平季节循环，该季节循环所对应的时间系数表明厄尔尼诺现象特征向量场的年际变化（图2）。

2.2 厄尔尼诺与西藏5月降水的联系

1979-2017年中南半岛和云南、西藏的春季5月降水量平均分布如图3a所示，降水从西藏西北到中南半岛逐渐增加，在西藏高原南麓分布着降水大值分布带，降水量与中南半岛量值相当，且局部地区存在降水大值中心。研究中发现，中南半岛和云南、西藏的春季降水与厄尔尼诺现象密切相关。如图3b，SEOF-PC1与5月降水在西藏、四川盆地的西侧、云南和中南半岛呈显著的负相关。这意味着，当厄尔尼诺现象发生时，以上地区（以下简称研究区域）降水会较气候平均偏少;当拉尼娜现象发生时，降水会较气候平均偏多，已有研究结果表明厄尔尼诺现象对云南降水确实存在这种影响[13，14]。通过计算SEOF-PC1与大气可降水量的相关系数，进行分析发现，该地区的大气可降水量与SEOF-PC1的相关系数分布图（图3c）与图3b相似，在研究区域，SEOF-PC1与大气可降水量呈显著负相关，表明厄尔尼诺（拉尼娜）期间，大气可降水量较气候平均偏少（多），不（有）利于研究区域降水的形成。

有研究指出，孟加拉湾季风暴发受到高空南亚高压的影响[15]，南亚高压5月位于中南半岛，当南亚高压在5月较气候平均偏强有利于低空700hPa季凤低压中心形成，从而促成孟加拉湾季风的暴发，形成季风降水。针对孟加拉湾季风低压中心与研究区域5月降水的联系需要进一步做合成分析，讨论孟加拉湾季风低压在厄尔尼诺影响研究区域降水中的作用。

对SEOF-PC1时间序列进行强厄尔尼诺和拉尼娜事件的筛选，判定当SEOF-PC1大（小）+1（-1）时，该年的海温现象判定为强厄尔尼诺（拉尼娜）现象，筛选得到的强厄尔尼诺年包括1983、1987，1992、1993、1997、2015、2016年，共7年，强拉尼娜年包括1989、1999、2000、2008、2011、2012年，共6年。对强厄尔尼诺和拉尼娜事件高空500hPa和低空700hPa风场进行合成分析，得到結果如图4所示。1979-2017年700hPa平均环流场（图4a）在孟加拉湾地区表现为季风低压槽，印度半岛为西北风，中南半岛为西南风，西藏南侧风场也为西北风到西南风的转变。强厄尔尼诺事件发生时，赤道附近为东风异常，西藏南侧为西风异常，孟加拉湾地区产生反气旋环流差值，不利于孟加拉湾季风暴发（图4b），靠近赤道地区为东风差值，研究区域为西风差值控制，水汽输送相对少，伴随该地区降水偏少，中南半岛低空为北风差值;强拉尼娜发生时，赤道附近为西风异常，西藏南侧为东风异常，孟加拉湾地区产生气旋环流差值（图4c），来自太平洋海洋上的暖湿气流易于将水汽输送到研究区域，利于该地区降水偏多，中南半岛低空为南风差值。1979-2017年500bPa平均环流在中南半岛表现为南亚高压反气旋环流（图4d），靠近赤道地区为东风控制，中国大陆上空为西风控制。强厄尔尼诺事件发生时，在西藏西南侧（印度北部）存在一个气旋环流差值（图4e），靠近赤道地区为西风差值控制，大陆上空为东风差值控制‘，在研究区域上空为南风异常场，南亚高压强度减弱;强拉尼娜事件发生时，在西藏上空存在一个反气旋环流差值（图4f），靠近赤道一侧为东风差值控制，大陆为西风差值控制，研究区域为北风异常场，南亚高压强度增强。强厄尔尼诺和强拉尼娜事件会使5月南亚高压位置发生变化，这可能和高空急流变化有关。有研究指出，发生厄尔尼诺事件会影响东亚高空急流强度[16]，从而影响南亚高压的位置。南亚高压位置发生变化后，其对孟加拉湾季风暴发的影响将会失去效应，因此其对于研究区域降水对厄尔尼诺事件响应的影响研究也无从谈起，但高空急流发生变化可能引起急流的垂直次级环流发生变化，进而导致厄尔尼诺对研究区域降水的影响。

厄尔尼诺（拉尼娜）事件影响高空急流不仅可以改变南亚高压的位置，同时也会影响高原南侧的经向垂直环流。如图5，1979-2017年的92°30′E平均经向垂直环流在0°～20°N表现为上升运动，同时纬向风为东风，在高原上空是强西风急流带，高原南侧由于降水凝结潜热的释放，有上升气流，两股上升气流在高原北侧45°～50°N处下沉。强厄尔尼诺事件发生时，高原上空西风急流减弱，高原南侧东风急流也减弱，春季西藏、云南、中南半岛地区处在东亚高空急流的入口区右侧，有利于发生垂直次级环流，高原上空为下沉气流差值控制，沿着低空中南半岛反气旋环流差值东部的北风差值在赤道地区上升，在高空沿着气旋环流差值东部的南风差值回流到下沉气流差值中，形成高原南侧的垂直经圈环流差值，在700hPa反气旋环流差值和垂直下沉气流差值的作用下，不利于研究区域降水发生;强拉尼娜年，高原上空西风急流加强，高原南侧东风急流也加强，沿着低空中南半岛气旋环流差值东部的南风差值在高原南侧形成上升气流差值，其南侧上升气流差值在高空沿着反气旋环流差值东部的北风差值在赤道地区形成下沉气流差值，形成与强厄尔尼诺事件完全相反的垂直经圈环流差值，在700hPa气旋环流差值和垂直上升气流的作用下有利于研究区域降水的发生。

3 结论

通过使用海温、大气和降水等数据，利用SEOF方法对热带太平洋海温进行时空分解，得到厄尔尼诺（拉尼娜）现象海温的季节分布特征向量场和时间系数，进一步探讨其对西藏春季5月降水的影响，发现其与西藏5月降水量呈显著负相关。厄尔尼诺（拉尼娜）发生年，中南半岛低空700hPa出现反气旋（气旋）环流差值，研究区域低空的西风（东风）差值导致大气可降水量偏少（多），高空印度北部为气旋环流差值（高原上空为反气旋环流差值）控制，研究区域大气为下沉（上升）气流控制，不（有）利于西藏5月降水的形成。

参考文献：

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