2015年4月我国降水异常特征及成因分析

吴林荣 王艳姣 乔丽 杜莉丽 邱丽

摘要 利用NCEP再分析资料和我国2 425个台站月降水量等资料，系统分析了2015年4月我国降水异常特征和成因，并重点研究了2014～2016年厄尔尼诺事件对我国降水和大气环流异常的可能影响。结果表明，受赤道太平洋—印度洋暖海温的影响，在赤道印度洋-太平洋地区形成了印-太海气系统齿轮式耦合，使得西太平洋副热带高压出现了明显的加强西伸，受其影响，西南季风水汽和副高外围的暖湿水汽均无法输送到我国长江以南地区，造成我国江南和华南地区降水持续偏少。相关分析表明，2014～2016年厄尔尼诺事件的发生对欧亚中高纬度地区环流也产生了一定的影响，并通过影响环流进而对我国降水异常产生影响。

关键词 降水异常；厄尔尼诺；大气环流；成因

中图分类号 S161.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）09-216-05

Abstract Based on the NCEP reanalysis data and the monthly precipitation data from 2425 stations of China， the characteristics and causes of rainfall anomalies in China in April 2015 were analyzed， the probable effect of El Nino in 2014-2016 on rainfall anomalies and atmospheric circulation anomalies in China were mainly studied. Results showed that under the influence of warm temperature of the equatorial Pacific ocean and the equatorial Indian ocean， the GIP（Gearing of circulation over equatorial Indian and Pacific） was formed in the equatorial IndianPacific ocean area， which made a distinct westward extension of the western Pacific subtropical high. This extension produced a negative effect on the delivery of warmwet water vapor from southwestern Monsoon and the ambient subtropical high to the south side area of the Yangtze River， which caused a continuous rainfall reduction in South China and southern Yangtze area. Related analysis indicated that the El Nino in 2014 and 2016 also had some negative influences on the circulation in middlehigh latitude area in Europe and Asia， and then had impacts on the precipitation anomalies in China.

Key words Rainfall anomalies； El Nino； Atmospheric circulation； Cause

2015年4月我國降水分布出现了“北多南少”的异常分布特征，特别是我国华南地区平均降水量较常年同期异常偏少，广东和广西平均降水量为1951年以来历史同期第5低值。国家气候中心监测显示，2014年9月赤道中、东太平洋海温开始进入厄尔尼诺状态，并在随后不断持续发展。已有研究指出，赤道中东太平洋的ENSO事件作为气候系统最强的年际异常信号之一，对我国的气候异常有重要的影响[1-6]。崔童等[6]分析2014年我国气候异常的原因指出，东亚夏季风强弱及西北太平洋副高位置、印度洋海温异常及厄尔尼诺状态是造成夏季降水异常的重要外强迫条件。王艳姣等[7]从大尺度环流异常、海温和季风对我国夏季降水影响的角度，分析了2012年夏季我国北方地区降水异常偏多的成因。根据国家气候中心的监测，截止到2016年1月，2014～2016年厄尔尼诺事件已持续了16个月，达到中等强度，且强度仍在持续发展。全球多地气候均对此次厄尔尼诺事件表现出了显著的响应[8-10]，如2014年巴西发生了1985年以来最严重的旱灾，2014年登陆我国台风明显偏少，2014/2015年我国出现了暖冬等。2015年4月我国降水也出现了明显的异常特征，笔者利用NCEP再分析资料和我国2 425个台站月降水量等资料，从大气环流和海温外强迫影响等方面详细分析了2015年4月我国降水异常特征和成因，并重点研究了2014～2016年厄尔尼诺事件对我国降水和大气环流异常的可能影响。

1 资料来源

所用资料有NCEP/NCAR的2.5°×2.5°月平均再分析资料，包括500 hPa高度场、各层风场和比湿场资料。此外，还有国家信息中心提供中国地区2 425个台站1951～2015年月降水量资料等。各要素气候平均值为1981～2010年平均值。

2 2015年4月我国降水异常特征

2015年4月我国降水呈现“北多南少”的异常分布特征。从空间分布看，内蒙古大部、新疆东南部、西藏中部和南部、青海东部、陕西北部、宁夏、华北东部、黄淮等地降水偏多1倍以上；而江南南部至华南、重庆、贵州东部、新疆西部、黑龙江北部降水较常年同期偏少2～5成，局部偏少5成～1倍以上（图1a），特别是我国华南地区降水持续偏少，4月广东和广西累计平均降水量为70.7 mm，较常年同期（157.2 mm）偏少55%，为1951年以来同期第5低值（图2）。由于4月华南地区降水持续偏少，使得该地区干旱异常发展（图1b）。同期，2015年华南前汛期开始时间较常年（4月6日）明显偏晚。根据国家气候中心监测，2015年华南前汛期于5月5日在广东省首先开始，较常年偏晚29 d，为1978年以来最晚入汛日期，也是历史第3晚，仅早于1963年（6月1日）和1977年（5月9日）。

3 成因分析

3.1 大尺度环流的异常

环流异常是导致我国降水异常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度场上（图3a），欧亚中高纬呈现“西高东低”的分布型，乌拉尔山地区阻塞高压发展并维持，这种环流型有利于高纬度地区的冷空气南下影响我国；对应850 hPa低层风场上（图4a），在西北太平洋上空维持一强大的异常反气旋式环流，其西侧偏西南和偏南气流将暖湿水汽不断向长江中下游及其以北的地方输送。由于这期间乌拉尔山阻塞不断引导冷空气南下，冷暖气流在长江中下游及以北地区频繁交汇，造成该地区降水异常偏多，而这一段时间降水基本决定了4月我国北方降水偏多的形势。2015年4月中下旬，欧亚中高纬地区500 hPa高度场环流发生了明显的调整，乌拉尔山地区阻塞明显东移减弱，我国大部地区受正高度距平控制，冷空气活动也明显减弱（图3b）；850 hPa低层风场上（图4b），西北太平洋上空的异常反气旋环流也明显减弱东移，向我国输送的暖湿水汽也明显减弱。由于冷空气和暖湿水汽输送均减弱，使得4月中下旬我国长江流域及其以北地区降水明显减少。

低纬度地区，4月上旬西北太平洋地区高压异常偏强，控制我国华北东南部至华南大部的我国东部沿海地区，受高压控制，我国江南和华南地区降水偏少；4月中下旬，西太平洋副热带高压出现了明显的加强西伸，从而使西风带和副热带高压外围的水汽均无法输送到我国长江以南地区，造成江南和华南地区降水持续偏少，干旱发展。

3.2 海温对降水的可能影响

国家气候中心监测显示，2015年3月以来赤道中东太平洋暖海温出现了显著增强，异常暖海温控制赤道中东太平洋大部地区，同期赤道印度洋海温也开始异常增暖（图5）。受赤道太平洋和赤道印度洋异常暖海温的影响，大气做出了明显的响应，对应赤道中东太平洋和赤道印度洋暖海温的区域对流活动异常活跃，而在西太平洋地区对流活动明显受到抑制（图6）。从0°S～20°N地区高度-经度平均垂直速度剖面（图7）也可以看出，在赤道中东太平洋地区出现了明显的上升气流，同时在东印度洋地区也有一明显的上升气流，2支上升气流均在西太平洋地区产生明显的下沉气流，这就是赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合（印-太齿轮组）。吴国雄等[11]研究指出在厄尔尼诺期间，印尼群岛和西太平洋附近地区的对流显著减弱，而赤道中东太平洋和印度洋地区的对流均明显加强，齿轮组反向转动，齿轮组的啮合点位于印尼群岛及西太平洋附近地区。可见受厄尔尼诺和印度洋暖海温的影响，西太平洋附近地区为异常下沉气流控制区，对流活动受到抑制，受其影响，副热带高压出现了明显的加强和西伸，从而使西风带和副热带高压外围的水汽均无法输送到我国长江以南地区，造成江南和华南地区降水持续偏少，干旱发展。

为了进一步分析厄尔尼诺事件对我国降水的可能影响，选取与2014～2016年厄尔尼诺相似年的次年进行分析，包括1958、1998和2007年，这三年分别是1957/1958年、1997/1998年和2006/2007年3次厄尔尼诺年的次年，且厄尔尼诺的暴发类型与2014～2016年类似。对比分析2015年4月和3次厄尔尼诺次年4月合成的平均500 hPa高度场和850 hPa风场表明，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度场上（图8a），自欧洲上空至西北太平洋地区均存在“负-正-负-正”的波列分布；对应的850 hPa低层风场上（图8b），自欧洲上空至西北太平洋地区也均存在异常“气旋-反气旋-气旋-反气旋”波列的分布，特别是在西北太平洋中纬度地区均存在异常反气旋环流，该反气旋式环流将西北太平洋的暖湿水汽向我国内陆输送，对我国北方地区降水偏多具有较大的影响。可见，2015年4月和相似年4月合成的500 hPa高度场和850 hPa风场具有相似的分布型，说明厄尔尼诺事件可能通过影响欧亚中高纬度地区环流进而对我国降水产生一定的影响。

由于2014～2016年厄尔尼诺事件前期主要表现为中部型特征，暖海温中心主要位于日界线（180°）附近，即NINO4海区，因而进一步分析了前期3月NINO4海区海温指数与500 hPa高度场的相关性。从图9可以看出，自欧洲上空至西北太平洋的中高纬度地区也存在“负-正-负-正”的相关波列分布，最大相关中心均通过α=0.05的显著性t检验，说明NINO4海区海温的异常增暖对欧亚中高纬度地区环流也产生一定的影响。此外，在赤道印度洋至赤道西太平洋地区有一大片显著的正相关区，说明厄尔尼诺的发生对赤道印度洋和赤道西太平洋地区高度场正异常发展具有显著的影响，这一影响主要表现为有利于副高的增强和西伸。可见，2014～2016年厄尔尼诺事件的发生对欧亚中高纬度和低纬度地区环流均有一定的影响，并通过影响环流进而对我国降水的异常产生影响。

4 小结

该研究利用我国2 425个台站月降水量资料，结合NCEP再分析等资料，对2015年4月我国降水异常特征及其成因进行了分析，得出如下结论：

（1）2015年4月我国降水呈现“北多南少”的异常分布特征。降水异常偏多的地区主要位于内蒙古大部、新疆东南部、西藏中部和南部以及华北东部等地；而江南南部至华南等地降水较常年同期明显偏少，特别是我国华南地区降水持续偏少，干旱发展，华南前汛期开始时间较常年明显偏晚。

（2）环流异常是导致我国降水异常的最直接原因。2015年4月上旬，500 hPa高度場上欧亚中高纬环流呈“西高东低”的分布型，有利于高纬度地区的冷空气南下影响我国。相应850 hPa低层风场上，在西北太平洋上空维持一强大的异常反气旋式环流，其西侧偏西南气流不断将暖湿水汽向我国长江中下游及其以北的地区输送，冷暖气流频繁交汇，造成我国长江中下游及以北地区降水异常偏多。

（3）4月上旬我国江南和华南地区受高压控制，降水偏少；4月中下旬，受副高加强西伸的影响，使得西南季风水汽

和副热带高压外围的暖湿水汽无法输送到我国长江以南地区，造成江南和华南地区降水持续偏少，干旱发展。

（4）受赤道太平洋和印度洋暖海温的影响，在赤道印度洋—太平洋地区形成印-太齿轮组，使得2015年4月中下旬副热带高压出现了明显的加强西伸，进而对江南和华南地区降水持续偏少产生影响。此外，相关分析表明2014～2016年厄尔尼诺事件的发生对欧亚中高纬度地区环流也有一定的影响，并通过影响环流进而对我国降水异常也产生影响。

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