張麗 徐朋飛 吳義紅 陳緒財(cái)

摘 要：該文基于安慶市1961—2018年降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)以及Ni？o3.4指數(shù)，采用線性傾向估計(jì)、M-K突變檢驗(yàn)及相關(guān)性檢驗(yàn)等方法，分析了安慶市多年氣候變化特征及安慶地區(qū)氣溫和降水與厄爾尼諾/拉尼娜事件的相關(guān)性。結(jié)果表明，厄/拉事件有一定的周期性，東部型多于中部型，且東部型厄爾尼諾事件在增多;安慶市年降水量呈增多的趨勢(shì)，年平均氣溫明顯升高，且有突變發(fā)生;降水對(duì)厄/拉事件的響應(yīng)大于氣溫，且響應(yīng)具有滯后性;厄/拉事件衰減年比發(fā)展年更易出現(xiàn)降水和氣溫異常，其中厄爾尼諾衰減年汛期的降水量異常以偏多為主，拉尼娜衰減年以偏少為主。

關(guān)鍵詞：厄爾尼諾/拉尼娜;氣候變化;M-K檢驗(yàn);相關(guān)性;滯后性

中圖分類號(hào) P461.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）22-0149-06

厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Ni？o—Southern Oscillation，ENSO）是熱帶太平洋最顯著的海氣耦合信號(hào)，暖、冷位相分別表現(xiàn)為厄爾尼諾事件和拉尼娜事件[1]。ENSO通過大氣環(huán)流以“遙相關(guān)”的形式影響東亞季風(fēng)系統(tǒng)的每個(gè)成員，并由此間接影響著中國(guó)的氣候異常[2]。近年來，關(guān)于厄爾尼諾事件與氣候關(guān)系的研究逐漸成為了研究的熱點(diǎn)問題，很多研究都發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾事件對(duì)我國(guó)旱澇災(zāi)害有著重要的影響[3-9]。1998年和2010年夏季長(zhǎng)江流域均發(fā)生了明顯的洪澇災(zāi)害，王欽等[10]通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，這2年是厄爾尼諾事件的次年（衰亡位相），都出現(xiàn)了大氣環(huán)流異常，造成了洪澇災(zāi)害，但是2次過程厄爾尼諾類型不同，發(fā)生機(jī)制也有不同。黃榮輝[11]研究了夏季東亞大氣環(huán)流異常遙相關(guān)及相應(yīng)的物理機(jī)制，結(jié)果顯示，厄爾尼諾事件對(duì)我國(guó)旱澇分布的影響與其所處的階段有關(guān)。李煜[12]等采用相關(guān)性檢驗(yàn)方法探討了長(zhǎng)江中下游地區(qū)氣溫和降水對(duì)中部型和東部型2類厄爾尼諾/拉尼娜事件的響應(yīng)，結(jié)果表明，中部型厄爾尼諾事件對(duì)降水的影響中心在長(zhǎng)江中下游南部，而東部型拉尼娜事件對(duì)降水的影響主要集中在北部地區(qū)，并且厄/拉事件對(duì)氣溫和降水影響的時(shí)滯效應(yīng)顯著。各個(gè)省市對(duì)于厄爾尼諾事件和拉尼娜事件也開展了很多研究，如山東[13]、廣東[14]、浙江[15-16]、安徽[17-18]、陜西等地[19-20]，取得了一定的研究成果。

安慶市位于安徽省西南部，亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，地處長(zhǎng)江下游北岸，皖河入江處，西北靠大別山主峰，其地理位置、自然氣候條件和地形特點(diǎn)決定了該地區(qū)氣象災(zāi)害多發(fā)。厄爾尼諾和拉尼娜事件是迄今為止對(duì)全球氣候異常影響最為顯著的信號(hào)，歷史上著名的厄爾尼諾年安慶市均發(fā)生過許多暴雨洪澇、高溫和干旱等極端自然災(zāi)害。尤其是2014—2016年，赤道中東太平洋發(fā)生了1次超強(qiáng)厄爾尼諾事件，峰值出現(xiàn)在2015年11月，一直持續(xù)到2016年5月。2016年安慶市汛期降水量達(dá)到了建站以來的歷史第1位，各個(gè)市縣年降水量較常年異常偏多30%～70%，春、夏、秋3季降水量均較常年明顯偏多，梅汛期內(nèi)暴雨頻發(fā)。其中6月30日傍晚至7月6日，全市出現(xiàn)了歷史最強(qiáng)的持續(xù)性暴雨、大暴雨天氣，此次過程造成了嚴(yán)重的災(zāi)害，全市共269.8萬人受災(zāi)，因?yàn)?zāi)死亡7人，農(nóng)作物受災(zāi)面積20.57萬hm2，絕收6.61萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)74.9億元。因此，提高對(duì)厄爾尼諾/拉尼娜的認(rèn)識(shí)，研究安慶市降水與厄爾尼諾/拉尼娜的關(guān)系，提高汛期預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)水平，對(duì)于提高科學(xué)決策依據(jù)具有重要的意義。

1 資料與方法

首先，依據(jù)中國(guó)氣象局2017年新發(fā)布的《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》（QT/T370-2017）判定2類厄/拉事件，并分別確定東部型和中部型事件，當(dāng)Ni？o3.4指數(shù)3個(gè)月滑動(dòng)平均值≥0.5℃（≤-0.5℃）且持續(xù)至少5個(gè)月，判定為1次厄爾尼諾（拉尼娜）事件。Ni？o3.4指數(shù)是指（5°S～5°N、120°～170°W）范圍內(nèi)海表面溫度異常的區(qū)域平均值，本文該指數(shù)由ERSST海溫計(jì)算得到。文中不同時(shí)段采用的氣候態(tài)為1981—2010年。采用線性傾向估計(jì)和Mann—Kendall（M—K）檢驗(yàn)方法，分析安慶市1961—2017年氣溫和降水的變化趨勢(shì)及突變情況;通過相關(guān)性分析，判別該地區(qū)降水和氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜事件（后文簡(jiǎn)稱為厄/拉事件）的相關(guān)性以及滯后性。由于安慶市大部分氣象觀測(cè)站建站均在1960年以后，所以本文統(tǒng)計(jì)的厄爾尼諾和拉尼娜事件從1960年開始。文中汛期指的是6—8月（夏季），年、汛期降水量和氣溫均指安慶市8個(gè)國(guó)家基本氣象站平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 厄爾尼諾/拉尼娜事件的判定與分類 根據(jù)判定方法，1961—2018年共出現(xiàn)厄爾尼諾事件17次，拉尼娜事件12次，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1和表2。從表1和表2可以看出，厄爾尼諾事件的峰值基本出現(xiàn)在秋季和冬季，夏季僅有1次;拉尼娜事件的峰值大部分出現(xiàn)在冬季，僅有2次出現(xiàn)在深秋。也就是說大部分ENSO事件的發(fā)展階段為當(dāng)年的春、夏季，秋冬季達(dá)到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段，這與Wang（1995）[21]的研究結(jié)果相吻合。此外，厄/拉事件的發(fā)生具有一定的周期性，每2—7年至少會(huì)發(fā)生1次厄爾尼諾和1次拉尼娜事件，并且厄爾尼諾與拉尼娜事件大體上是交替出現(xiàn)的。1961—1998年間的12次厄爾尼諾事件只有3次中部型，2000—2016年間的5次厄爾尼諾事件就有3次是中部型，這說明厄爾尼諾事件類型可能有明顯的向中部型轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，對(duì)于拉尼娜事件這種轉(zhuǎn)變并不明顯。從持續(xù)時(shí)間來看，厄爾尼諾事件的維持時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)19個(gè)月，超強(qiáng)厄爾尼諾事件3次，持續(xù)時(shí)間均超過12個(gè)月;拉尼娜事件的維持時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)24個(gè)月，其中超強(qiáng)拉尼娜事件僅有1次，持續(xù)時(shí)間為8個(gè)月;厄/拉事件均以東部型居多。

2.2 安慶地區(qū)氣候變化特征

2.2.1 年降水量 1961—2018年安慶市年降水量總體呈增多的趨勢(shì)，平均每10年降水量增加34.97mm，與長(zhǎng)江流域及全國(guó)降水量整體下降的趨勢(shì)相反[22-23]。從降水量逐年變化曲線和M—K檢驗(yàn)結(jié)果（圖2b）可知，安慶地區(qū)年降水量的變化具有明顯的階段性，其中1961—1968年呈下降的趨勢(shì)，并且年降水量均低于常年值，安慶處于枯水期;1969—1975年年降水量逐年增加，而后至1999年波動(dòng)幅度較小，圍繞常年值小幅震蕩，變化趨勢(shì)不明顯，進(jìn)入21世紀(jì)后，年降水量呈先減少后增加的趨勢(shì)，并且通過0.05顯著性檢驗(yàn)。從M-K檢驗(yàn)可以看到，UF和UB出現(xiàn)4個(gè)交點(diǎn)，將1961—2018年降水?dāng)?shù)據(jù)分成4段分別進(jìn)行M-K檢驗(yàn)，最終發(fā)現(xiàn)1965、1972年為突變年份。

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圖1 1961—2018年安慶市年降水量線性趨勢(shì)（a）和M—K檢驗(yàn)（b）

2.2.2 年平均氣溫 由圖2可知，1961—2018年間安慶年平均氣溫線性變化趨勢(shì)明顯，平均每10年氣溫上升0.15℃，小于全國(guó)近50年0.22℃/10a的氣溫增幅[24]。由M—K檢驗(yàn)結(jié)果（圖2b）可知，1961—1972年年平均氣溫略有下降，而后保持平穩(wěn)狀態(tài)，波動(dòng)很小，1997年開始升高，其中1997—2005年達(dá)到0.05顯著性水平，表明上升趨勢(shì)十分顯著，根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，可以判定安慶年平均氣溫的增暖是一種突變，具體是從2004年開始的。

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圖2 1961—2018年安慶市年平均氣溫線性趨勢(shì)（a）和M—K檢驗(yàn)（b）

2.3 年降水量和平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜的相關(guān)性與滯后性 將1961—2017年月平均氣溫及降水量序列與同期的Ni？o3.4指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，并且進(jìn)行滯后效應(yīng)分析，即分別對(duì)滯后1—5個(gè)月進(jìn)行相關(guān)性分析，得到的結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，降水量與Ni？o3.4指數(shù)以正相關(guān)為主，其中與11月降水量相關(guān)性最好，無論是當(dāng)月相關(guān)系數(shù)還是前期滯后1—5個(gè)月的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.1顯著性水平，其次與4月、7月降水量相關(guān)性較好，4月Ni？o3.4指數(shù)與降水量相關(guān)系數(shù)從當(dāng)月至滯后3個(gè)月均達(dá)到0.1顯著性水平，Ni？o3.4指數(shù)與11月當(dāng)月降水量相關(guān)性并不好，但是與滯后2—5個(gè)月相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.1顯著性水平;負(fù)相關(guān)僅有3個(gè)月達(dá)到0.1顯著性水平，出現(xiàn)在9月，Ni？o3.4指數(shù)與9月降水量及前期指數(shù)滯后1—2月相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.1顯著性水平。平均氣溫與Ni？o3.4指數(shù)負(fù)相關(guān)月數(shù)多于正相關(guān)月數(shù)，但是所有負(fù)相關(guān)月均未達(dá)到顯著性水平，其中7、8、9月Ni？o3.4指數(shù)與當(dāng)月平均氣溫負(fù)相關(guān)性最好，6、7、8月Ni？o3.4指數(shù)與延遲1月的月平均氣溫也有顯著的負(fù)相關(guān)性，延遲時(shí)間越長(zhǎng)、相關(guān)性越差，當(dāng)延遲達(dá)到5個(gè)月時(shí)，僅有1個(gè)月份相關(guān)性達(dá)到顯著性水平。從平均值來看，降水滯后2個(gè)月相關(guān)性最大，氣溫滯后4個(gè)月相關(guān)性最大。有研究指出，厄爾尼諾/拉尼娜事件對(duì)長(zhǎng)江流域的氣候變化的影響存在滯后效應(yīng)[25-26]，本研究結(jié)果也印證了這一結(jié)論。

2.4 汛期降水量和平均氣溫變化與前冬季厄爾尼諾/拉尼娜的滑動(dòng)相關(guān)分析 為了分析厄/拉事件與安慶市汛期降水量和平均氣溫的年際關(guān)系的穩(wěn)定性，采用滑動(dòng)相關(guān)方法，計(jì)算1961—2018年安慶市汛期降水量和平均氣溫與前冬季Ni？o3.4指數(shù)的10年滑動(dòng)相關(guān)，滑動(dòng)相關(guān)值記錄在窗口的第10年，例如1961—1970年相關(guān)值記錄在1970年，詳見圖4。從圖4可以看到，汛期降水量與厄爾尼諾/拉尼娜的滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)有明顯的階段性，其中1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年為正相關(guān)階段，1995—2005年為負(fù)相關(guān)時(shí)段，其中1985年、1999年、1988—1991年時(shí)段和2016—2018年時(shí)段的滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)通過了0.1的顯著性水平檢驗(yàn)其中2015—2018年時(shí)段通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。汛期平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜的相關(guān)性較差，未達(dá)到顯著性水平，但是也有一定的階段性，其中，1970—1988年以負(fù)相關(guān)為主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年為正相關(guān)。

用Mann—Kendall（M—K）方法對(duì)上述汛期降水量和平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜10年滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果顯示（圖5），汛期降水量與尼諾指數(shù)的相關(guān)系數(shù)在1974年發(fā)生了一次突變，表明厄爾尼諾/拉尼娜與安慶市汛期降水的10年滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)在1974年存在明顯轉(zhuǎn)折;汛期平均氣溫與尼諾指數(shù)的相關(guān)系數(shù)在1982年發(fā)生了一次突變。

2.5 厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年和衰減年汛期降水量和平均氣溫的異常性 ENSO事件的發(fā)展階段為當(dāng)年的春、夏季，在秋冬季達(dá)到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段，據(jù)此統(tǒng)計(jì)出厄爾尼諾/拉尼娜事件發(fā)展年和衰減年，見表3，將厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年和衰減年對(duì)應(yīng)的汛期降水量距平比和平均氣溫距平列為表4，其中定義汛期降水量偏多或偏少20%以內(nèi)為正常年份，超過20%成為異常年份，汛期平均氣溫偏高或偏低0.5℃以上為異常年份?？梢钥吹綗o論是厄爾尼諾還是拉尼娜事件，衰減年汛期降水量和平均氣溫的異常年份多于發(fā)展年，并且厄爾尼諾衰減年汛期降水量異常主要以偏多為主，易出現(xiàn)洪澇，汛期平均氣溫東部型厄爾尼諾以偏低為主，而中部型多數(shù)年份為偏高;拉尼娜衰減年汛期降水量異常主要以偏少為主。

3 結(jié)論與討論

（1）大部分厄/拉事件春、夏季為發(fā)展階段，在秋、冬季達(dá)到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段;厄/拉事件的發(fā)生具有一定的周期性，周期大約為2—7年，并且兩者具有不對(duì)稱性;東部型厄/拉事件多于中部型，且近年來中部型厄爾尼諾事件明顯增多，拉尼娜事件并不具有這一特點(diǎn)。

（2）1961—2018年安慶地區(qū)氣候變化特征為降水量呈增多的趨勢(shì)，并且階段性變化明顯，氣溫明顯升高，降水量和氣溫的變化率分別為0.15℃/10a、34.97mm/10a;降水和氣溫均發(fā)生了突變現(xiàn)象，其中降水量突變年份為1965、1972年，氣溫突變出現(xiàn)在2004年。

（3）整個(gè)時(shí)間序列內(nèi)，安慶地區(qū)降水和氣溫對(duì)厄/拉事件具有不同的響應(yīng)，其中降水的響應(yīng)要大于氣溫，響應(yīng)具有一定的滯后性，從平均情況來看，降水和氣溫對(duì)厄/拉事件分別在滯后2個(gè)月和4個(gè)月達(dá)到最大。

（4）厄爾尼諾/拉尼娜與安慶地區(qū)汛期降水和平均氣溫的年際關(guān)系存在著不穩(wěn)定和階段性，不穩(wěn)定性表現(xiàn)為兩者10年滑動(dòng)相關(guān)分別在1974年和1982年出現(xiàn)1次突變;階段性表現(xiàn)為厄爾尼諾/拉尼娜與安慶地區(qū)汛期降水在1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年為正相關(guān)階段，1995—2005年為負(fù)相關(guān)時(shí)段，汛期平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜在1970—1988年以負(fù)相關(guān)為主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年為正相關(guān)。

（5）厄/拉事件的衰減年易出現(xiàn)汛期降水量和平均氣溫異常，其中，厄爾尼諾衰減年汛期降水量異常主要以偏多為主，而汛期平均氣溫對(duì)不同類型厄爾尼諾的響應(yīng)有所不同，東部型厄爾尼諾以偏低為主，中部型多數(shù)年份為偏高;拉尼娜衰減年汛期降水量異常主要以偏少為主。

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