东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

褚颖佳，郭飞燕，尹承美，高帆，李瑞

(1.济南市气象局，山东 济南 250102；2.青岛市气象局，山东 青岛 266003)

引言

20世纪80年代开始，多位科学家发现热带太平洋El Nio并非只有一种[14-15]。El Nio事件一般可根据其周期性、传播方向、爆发时间或与之相关的纬向海面温度结构[16-17]进行分类。在以上多种El Nio的分类方法中，最常用的指标特性是海面温度异常中心位置在赤道太平洋所处位置。传统的El Nio是指海面温度正异常首先出现在赤道东太平洋，而近些年提出来的新型El Nio事件则是海面温度正异常出现在中太平洋，这类El Nio事件被称为“Modoki El Nio”[17]、“日界线El Nio”[18]、“中部型(central Pacific，CP) El Nio”[19]或“暖池El Nio”[20]。CP El Nio的发生机理[19-20]以及对热带大气的响应[17，21]上与传统El Nio有显著的差异，尽管其对全球大部分地区气温和降水也同样产生极大的影响，但在具体影响途径等上与传统El Nio有极大的差别[22]。ASHOK et al.[17]指出CP El Nio在不同季节对日本、新西兰、美国西海岸等地区的影响甚至与传统的东部型(eastern Pacific，EP) El Nio的影响效应完全相反。YUAN and YANG[21]发现在当年夏季，CP El Nio对东亚气候的影响要比EP El Nio强，而在其次年夏季EP El Nio对东亚气候的影响更显著。王淼等[23]发现不同类型的El Nio事件与夏季西太副高强度、西伸脊点以及脊线位置关系密切，且影响夏季风的强弱变化。袁媛等[24]研究了不同类型El Nio对中国夏季降水的影响，指出EP El Nio和CP El Nio事件可能导致中国雨带呈南方型和中间型。

1 资料与方法

本文中气象观测资料使用了1951年1月—2017年12月中国160个站点的月平均降水观测资料，通过线性插值的方法将站点数据转化为格点数据，然后对山东行政区域以外的数据进行屏蔽。采用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration， NOAA)扩充重建海面温度(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，Version 4， ERSST V4)，空间分辨率为2.0°×2.0°。位势高度、风场、比湿数据使用的是美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的再分析资料，空间分辨率为2.5°×2.5°。ENSO是最强年际变化信号，因此本文所用到的物理量在扣除年循环的基础上，通过带通滤波的方式将年际变化信号之外即季节变化以下和年代际变化以上的噪声过滤掉，仅保留了4～108个月之间的信号。

IEM=ASSTA-0.5×BSSTA-0.5×CSSTA

(1)

式中，ASSTA、BSSTA、CSSTA分别代表A区域(165°E～140°W，10°S～10°N)、B区域(110°W～70°W，15°S～5°N)、C区域(125°E～145°E，10°S～20°N)SSTA的区域平均。以Nio3和EMI指数超过0.75个标准差且持续5个月以上并结合海面温度异常的空间分布特征筛选出EP El Nio和CP El Nio事件，与陈梦燕等[30]的分类方法相同。本文采用分类合成分析法研究EP El Nio和CP El Nio当年和次年对山东夏季降水年际变化的影响。

2 1951—2017年东部型与中部型El Nio事件

图1 Nio3(蓝色实线)和EMI指数(红色实线)的时间序列(单位：℃)(蓝色虚线和红色虚线分别表示±0.75个Nio3和EMI指数的标准差)Fig.1 Times series of Nio3 index (blue solid line) and EMI (El Nio Modoki index, red solid line) (units: ℃) (blue and red dashed lines indicate the ±0.75 standard deviation of Nio3 index and EMI)

表1 1951—2017年EP El Nio和CP El Nio事件年份

Table 1 EP El Nio and CP El Nio events from 1951 to 2017

表1 1951—2017年EP El Nio和CP El Nio事件年份

类型年份EP El Niño1951,1957,1965,1972,1976,1982,1987,1991,1997,2006,2015CP El Niño1963,1968,1977,1986,1994,2002,2009

3 EP El Nio和CP El Nio当年和次年山东夏季降水异常特征分析

图2 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)当年(a/b)和次年(c/d)山东夏季降水异常合成图(等值线区域表示通过85%信度的显著性检验；填色，单位：mm)Fig.2 Summer precipitation anomaly composites in Shandong during the developing years (a/b) and the following years (c/d) of EP El Nio (a/c) and CP El Nio (b/d) events (contour areas denote passing the significance test at 85% level; colored, units: mm)

4 两类El Nio对山东夏季降水影响的成因分析

4.1 高空环流形势分析

由1951—2017年夏季500 hPa平均高度场(图3黑色实线)可以看出，亚洲中高纬地区以纬向环流为主，我国东北至黄淮一带受浅槽的控制，山东处于槽底部。副热带高压的584 dagpm等值线穿过江苏境内，588 dagpm等值线呈舌形，位于135°E以东的海面上，副热带高压脊线在27°N附近。

图3 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)当年(a/b)和次年(c/d)夏季500 hPa位势高度距平合成(填色)和500 hPa高度场夏季气候平均(实线等值线)(虚线区域表示通过85%信度的显著性检验；单位：gpm)Fig.3 Summer geopotential height anomaly composites (colored) at 500 hPa and climate mean at summer geopotential height field at 500 hPa (solid contour) during the developing years (a/b) and the following years (c/d) of EP El Nio (a/c) and CP El Nio (b/d) events (dotted line areas denote passing the significance test at 85% level; units: gpm)

图4 两类El Nio当年(a)及次年(b)夏季西太副高5 840 gpm、5 860 gpm、5 880 gpm合成(黑线为气候平均态，红线为EP El Nio事件，蓝线为CP El Nio事件)Fig.4 Composites of 5 840 gpm, 5 860 gpm, and 5 880 gpm contours of the western Pacific subtropical high in the summer (a) and following summer (b) of the two types of El Nio events (black line for climatological mean, red line for EP El Nio event, blue line for CP El Nio event)

4.2 水汽条件分析

吴萍等[34]研究发现，低层风场异常致使水汽输送条件差是导致两类El Nio当年中国大部分地区夏季降水偏少的原因。而水汽的输送和辐合的情况直接影响着降水的分布。下面分析两类El Nio事件当年和次年夏季850 hPa风场和整层(地面至500 hPa)的水汽通量散度(图5)。

图5 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)当年(a/b)和次年(c/d)夏季850 hPa风场异常(矢线，单位：m·s-1)和整层水汽通量散度异常(填色，单位：10-5 kg·m-2·s-1)合成(虚线区域表示通过85%信度的显著性检验)Fig.5 Composites of wind anomaly (arrow, units: m·s-1) at 850 hPa and vertically integrated water vapor flux divergence anomaly (shaded, units: 10-5 kg·m-2·s-1) during the developing summer (a/b) and the following summer (b/d) of EP El Nio (a/c) and CP El Nio events (b/d) (dotted line areas denote passing the significance test at 85% level)

5 结果与结论

本文利用1951年1月—2017年12月NOAA ERSST V4月平均海面温度和NCEP/NCAR 位势高度、风场、比湿再分析数据以及中国160个站点的月平均气温和降水观测资料，使用Nio3和EMI指数并结合逐月海面温度异常空间分布场，对EP El Nio和CP El Nio事件进行了分类对比分析。1951—2017年热带太平洋分别发生11次EP El Nio和7次CP El Nio，EP El Nio事件不仅强度偏强，发生频次也较CP El Nio事件偏多。同时采用合成分析的方法，揭示了两类El Nio事件与山东夏季降水异常的关系，并从500 hPa环流、西太副高的位置和强度、850 hPa风场、整层水汽通量散度多方面分析了导致地面降水量异常的原因。通过本文的研究得出以下结论。