褚穎佳，郭飛燕，尹承美，高帆，李瑞

(1.濟(jì)南市氣象局，山東 濟(jì)南 250102；2.青島市氣象局，山東 青島 266003)

引言

20世紀(jì)80年代開始，多位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)熱帶太平洋El Nio并非只有一種[14-15]。El Nio事件一般可根據(jù)其周期性、傳播方向、爆發(fā)時(shí)間或與之相關(guān)的緯向海面溫度結(jié)構(gòu)[16-17]進(jìn)行分類。在以上多種El Nio的分類方法中，最常用的指標(biāo)特性是海面溫度異常中心位置在赤道太平洋所處位置。傳統(tǒng)的El Nio是指海面溫度正異常首先出現(xiàn)在赤道東太平洋，而近些年提出來的新型El Nio事件則是海面溫度正異常出現(xiàn)在中太平洋，這類El Nio事件被稱為“Modoki El Nio”[17]、“日界線El Nio”[18]、“中部型(central Pacific，CP) El Nio”[19]或“暖池El Nio”[20]。CP El Nio的發(fā)生機(jī)理[19-20]以及對(duì)熱帶大氣的響應(yīng)[17，21]上與傳統(tǒng)El Nio有顯著的差異，盡管其對(duì)全球大部分地區(qū)氣溫和降水也同樣產(chǎn)生極大的影響，但在具體影響途徑等上與傳統(tǒng)El Nio有極大的差別[22]。ASHOK et al.[17]指出CP El Nio在不同季節(jié)對(duì)日本、新西蘭、美國(guó)西海岸等地區(qū)的影響甚至與傳統(tǒng)的東部型(eastern Pacific，EP) El Nio的影響效應(yīng)完全相反。YUAN and YANG[21]發(fā)現(xiàn)在當(dāng)年夏季，CP El Nio對(duì)東亞氣候的影響要比EP El Nio強(qiáng)，而在其次年夏季EP El Nio對(duì)東亞氣候的影響更顯著。王淼等[23]發(fā)現(xiàn)不同類型的El Nio事件與夏季西太副高強(qiáng)度、西伸脊點(diǎn)以及脊線位置關(guān)系密切，且影響夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化。袁媛等[24]研究了不同類型El Nio對(duì)中國(guó)夏季降水的影響，指出EP El Nio和CP El Nio事件可能導(dǎo)致中國(guó)雨帶呈南方型和中間型。

1 資料與方法

本文中氣象觀測(cè)資料使用了1951年1月—2017年12月中國(guó)160個(gè)站點(diǎn)的月平均降水觀測(cè)資料，通過線性插值的方法將站點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為格點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后對(duì)山東行政區(qū)域以外的數(shù)據(jù)進(jìn)行屏蔽。采用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration， NOAA)擴(kuò)充重建海面溫度(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature，Version 4， ERSST V4)，空間分辨率為2.0°×2.0°。位勢(shì)高度、風(fēng)場(chǎng)、比濕數(shù)據(jù)使用的是美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心/國(guó)家大氣研究中心(NCEP/NCAR)的再分析資料，空間分辨率為2.5°×2.5°。ENSO是最強(qiáng)年際變化信號(hào)，因此本文所用到的物理量在扣除年循環(huán)的基礎(chǔ)上，通過帶通濾波的方式將年際變化信號(hào)之外即季節(jié)變化以下和年代際變化以上的噪聲過濾掉，僅保留了4～108個(gè)月之間的信號(hào)。

IEM=ASSTA-0.5×BSSTA-0.5×CSSTA

(1)

式中，ASSTA、BSSTA、CSSTA分別代表A區(qū)域(165°E～140°W，10°S～10°N)、B區(qū)域(110°W～70°W，15°S～5°N)、C區(qū)域(125°E～145°E，10°S～20°N)SSTA的區(qū)域平均。以Nio3和EMI指數(shù)超過0.75個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差且持續(xù)5個(gè)月以上并結(jié)合海面溫度異常的空間分布特征篩選出EP El Nio和CP El Nio事件，與陳夢(mèng)燕等[30]的分類方法相同。本文采用分類合成分析法研究EP El Nio和CP El Nio當(dāng)年和次年對(duì)山東夏季降水年際變化的影響。

2 1951—2017年東部型與中部型El Nio事件

圖1 Nio3(藍(lán)色實(shí)線)和EMI指數(shù)(紅色實(shí)線)的時(shí)間序列(單位：℃)(藍(lán)色虛線和紅色虛線分別表示±0.75個(gè)Nio3和EMI指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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

類型年份EP El Ni?o1951,1957,1965,1972,1976,1982,1987,1991,1997,2006,2015CP El Ni?o1963,1968,1977,1986,1994,2002,2009

3 EP El Nio和CP El Nio當(dāng)年和次年山東夏季降水異常特征分析

圖2 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)當(dāng)年(a/b)和次年(c/d)山東夏季降水異常合成圖(等值線區(qū)域表示通過85%信度的顯著性檢驗(yàn)；填色，單位：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 兩類El Nio對(duì)山東夏季降水影響的成因分析

4.1 高空環(huán)流形勢(shì)分析

由1951—2017年夏季500 hPa平均高度場(chǎng)(圖3黑色實(shí)線)可以看出，亞洲中高緯地區(qū)以緯向環(huán)流為主，我國(guó)東北至黃淮一帶受淺槽的控制，山東處于槽底部。副熱帶高壓的584 dagpm等值線穿過江蘇境內(nèi)，588 dagpm等值線呈舌形，位于135°E以東的海面上，副熱帶高壓脊線在27°N附近。

圖3 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)當(dāng)年(a/b)和次年(c/d)夏季500 hPa位勢(shì)高度距平合成(填色)和500 hPa高度場(chǎng)夏季氣候平均(實(shí)線等值線)(虛線區(qū)域表示通過85%信度的顯著性檢驗(yàn)；單位：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)

圖4 兩類El Nio當(dāng)年(a)及次年(b)夏季西太副高5 840 gpm、5 860 gpm、5 880 gpm合成(黑線為氣候平均態(tài)，紅線為EP El Nio事件，藍(lán)線為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 水汽條件分析

吳萍等[34]研究發(fā)現(xiàn)，低層風(fēng)場(chǎng)異常致使水汽輸送條件差是導(dǎo)致兩類El Nio當(dāng)年中國(guó)大部分地區(qū)夏季降水偏少的原因。而水汽的輸送和輻合的情況直接影響著降水的分布。下面分析兩類El Nio事件當(dāng)年和次年夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)和整層(地面至500 hPa)的水汽通量散度(圖5)。

圖5 EP El Nio(a/c)和CP El Nio(b/d)當(dāng)年(a/b)和次年(c/d)夏季850 hPa風(fēng)場(chǎng)異常(矢線，單位：m·s-1)和整層水汽通量散度異常(填色，單位：10-5 kg·m-2·s-1)合成(虛線區(qū)域表示通過85%信度的顯著性檢驗(yàn))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 結(jié)果與結(jié)論

本文利用1951年1月—2017年12月NOAA ERSST V4月平均海面溫度和NCEP/NCAR 位勢(shì)高度、風(fēng)場(chǎng)、比濕再分析數(shù)據(jù)以及中國(guó)160個(gè)站點(diǎn)的月平均氣溫和降水觀測(cè)資料，使用Nio3和EMI指數(shù)并結(jié)合逐月海面溫度異?？臻g分布場(chǎng)，對(duì)EP El Nio和CP El Nio事件進(jìn)行了分類對(duì)比分析。1951—2017年熱帶太平洋分別發(fā)生11次EP El Nio和7次CP El Nio，EP El Nio事件不僅強(qiáng)度偏強(qiáng)，發(fā)生頻次也較CP El Nio事件偏多。同時(shí)采用合成分析的方法，揭示了兩類El Nio事件與山東夏季降水異常的關(guān)系，并從500 hPa環(huán)流、西太副高的位置和強(qiáng)度、850 hPa風(fēng)場(chǎng)、整層水汽通量散度多方面分析了導(dǎo)致地面降水量異常的原因。通過本文的研究得出以下結(jié)論。