2015/2016超强El Niño对中国南方冬春季降水的影响分析

陈洁鹏,温之平,王鑫

① 中国科学院 南海海洋研究所,热带海洋环境国家重点实验室,广东 广州 510301;② 中山大学 大气科学学院,季风与环境研究中心,广东 广州 510275

2015/2016超强El Niño对中国南方冬春季降水的影响分析

陈洁鹏①,温之平②*,王鑫①

① 中国科学院 南海海洋研究所,热带海洋环境国家重点实验室,广东 广州 510301;② 中山大学 大气科学学院,季风与环境研究中心,广东 广州 510275

2016-11-08收稿，2016-11-11接受

公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406003);国家自然科学基金项目(41530530;41506004;41506003);广东省自然科学基金-博士启动项目(2016A030310113;2016A030310015)

利用1981—2016年的中国160站降水资料、OISST海温资料和NCEP/NCAR大气环流资料,对比分析了中等强度El Niño和2015/2016超强El Niño对中国东南部、江淮流域和西南地区冬春季降水影响的异同。结果表明:在中等强度El Niño的冬季,偏暖的赤道中东太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)所激发的西北太平洋和日本附近的异常反气旋环流,其异常的西南风会加强南海—西北太平洋的水汽向中国东部输送,造成中国东南部和江淮流域的降水一致偏多。2015/2016超强El Niño的冬季,赤道中东太平洋SST的强度异常偏强,中国东部异常偏冷的表面气温和对流层低层温度加强大陆冷高压,长江流域及其以北地区受异常强的北风控制,从而造成中国东南部降水增多、江淮流域降水减少。在2015/2016超强El Niño事件衰减位相的春季,中国东南部和西南部降水的增加主要归因于异常偏暖的西北印度洋和东南印度洋SST的作用。经CAM5模式试验证明,西北印度洋异常偏暖的SST引起了北印度洋的异常西南风,激发了孟加拉湾—西北太平洋的异常反气旋,加强了印度洋和南海—西北太平洋的水汽向中国西南和东南部输送。此外,东南印度洋异常偏暖的SST还会激发局地异常上升运动,通过经向垂直环流加强南海—西北太平洋异常下沉运动,诱使中国东南部的上升运动加强,导致降水增多。

2015/2016超强El Niño

冬春季

中国南方

热带印度洋

ENSO作为全球大气和海洋相互耦合最强的信号之一,可对全球大气环流和水分循环的变化产生重大影响。目前关于ENSO的形成、维持与衰退机制、气候效应和预测研究仍是一个国际热点问题。一般而言,El Niño在北半球夏季开始发展,在初冬达到峰值,次年春季开始衰减。赤道中东太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)遥强迫作用和西北太平洋局地海气相互作用使得西北太平洋异常反气旋可从前秋持续到夏季(Wang et al.,2000,2003)。在El Niño年的冬季,印度洋出现海盆尺度的增暖(IOB)并在El Niño 成熟位相后的次年春季达到极值(Nigam and Shen,1993)。Xie et al.(2009)提出IOB SST增暖可作为“电容器”延长El Niño的影响:在El Niño的发展和强盛期,IOB SST处在“充电”过程;当El Niño衰减的时候,IOB SST处在“放电”过程,通过深对流的湿绝热过程加热对流层大气,激发斜压的Kelvin波,使得西北太平洋出现异常的东北风,相应的辐散气流抑制对流发展和维持西北太平洋反气旋环流。西北太平洋低层异常反气旋在El Niño发展年秋季最先出现在南海,冬季向东延伸至菲律宾海,春季和夏季西北太平洋异常反气旋则向东北移动,有利于加强西太平洋副热带高压,造成东亚降水异常,该降水异常中心随季节变化有所差异(Wu et al.,2003)。

ENSO是中国南方冬春季持续干旱形成的重要因子之一(Sun and Yang,2012;Chen et al.,2013),它对中国南方冬春季降水的影响具有不稳定性。Chen et al.(2013)指出:中国南方冬春降水与ENSO的关系在1970s中期至1990s减弱与PDO位相转变有关,PDO可通过调控太平洋—东亚机制来减弱ENSO的影响。近年来许多研究(Ashok et al.,2007;Kug et al.,2009;Yu and Kim,2010)指出了ENSO的两种类型:一种是传统的东部型ENSO:热带东太平洋SST异常中心从南美洲沿岸向西延伸至赤道中太平洋,其形成与海盆尺度次表层海洋过程紧密联系,主周期4～5 a,次周期为2～2.5 a;另一种是新型的中部型ENSO:表现出赤道中太平洋SST异常变化明显大于赤道东太平洋的特征,主周期为2～2.5 a。这一型ENSO由局地海气相互作用造成,前期信号可追溯到北半球副热带大气的变化(Yu et al.,2010),它在1990s以后频繁发生,与北太平洋振荡(NPO)作用的年代际加强有关(Yeh et al.,2015)。对比东部型El Niño对冬春季大气环流的影响,中部型El Niño激发的西北太平洋异常反气旋环流位置偏西,中国南方地区受异常高压控制,不利于降水的形成(Weng et al.,2009;Chen et al,2014)。可见,赤道中东太平洋SST异常中心位置的不同对中国南方冬、春季降水的影响差异很大。然而,不同强度的赤道东太平洋SST变化对中国东部冬春季降水的强度和分布型有何影响,目前尚不十分清楚。

此外,热带印度洋海温的变化也对中国东部冬春季降水有重要影响(Yang,2009;Chen et al.,2013)。当El Niño事件发生时,热带印度洋—太平洋上空异常Walker环流的下沉支会导致印度尼西亚和西太平洋地区海平面气压场异常,进而通过海气相互作用改变热带印度洋上空云量和海表蒸发量,使得进入洋面的净表面热通量增加,最终影响印度洋SST的变化(Klein et al.,1999)。另外,赤道印度洋的异常东风会在南印度洋强迫出一个西向传播的下沉Rossby波,由于西南印度洋(SWIO)的温跃层非常浅薄,从而易导致SWIO SST升高(Xie et al.,2002)。可见,ENSO可通过大气过程和海洋通道的共同作用造成热带印度洋SST变化。然而,目前热带印度洋海温对不同ENSO强度的响应或者反馈过程尚不明确。

最近2015/2016 El Niño事件备受关注,它不仅强度强而且持续时间长。赤道中东太平洋三个月滑动平均的SST距平值在2014年11月已达0.5 ℃,随后SST逐渐增强并在2015年冬季达到峰值,在春季开始衰减,到2016年6月赤道中东太平洋SST距平值才开始低于0.5 ℃。此次过程是自1950年以来El Niño持续时间最长的。2015/2016 El Niño导致全球极端天气频发,例如在2015年12月南美洲中部遭遇数十年来最强降雨,美国暴雨与龙卷风频发,亚马逊雨林火灾次数明显增加。持续的El Niño导致旱涝的频发,从而造成粮食减产和供应短缺,更甚者加速区域经济的动荡(李雪等,2016)。

目前为止,2015/2016超强El Niño对中国南方冬春季降水的影响尚不清楚。本文拟对比分析2015/2016超强El Niño和中等强度El Niño影响下的热带印太海域海气相互作用过程及其对中国南方降水异常的影响。

1 资料、方法和模式

采用的资料有:1)美国国家海洋和大气局(NOAA)提供的1981年12月—2016年5月逐月最优插值海表面温度(OISST)资料,资料水平分辨率为1°×1°(Reynolds et al.,2002);2)美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的1948年1月至2016年5月逐月再分析大气环流资料,网格分辨率2.5°×2.5°(Kalnay et al.,1996);3)国家气候中心提供的1951年1月—2016年5月中国160站月平均降水资料。冬春季平均分别指当年12月至次年2月和3—5月平均,选取1981—2016年平均作为气候态。

为了探讨大气环流对热带海温变化的响应过程,本文使用了NCAR提供的版本5.0通用大气模式(CAM5),它是通用气候系统模式(CESM)的一部分。通过使用者和在大气模式工作组(AMWG)的开发者协同过程管理不断发展,化学气候工作组(Chem-Clim WG)和整体大气模式工作组(WAMWG)的投入,相比于CAM4,CAM5已在湿湍流和浅对流方案、云微物理方案和气溶胶方案等方面有了明显的的改进(Neal et al.,2012)。模式涉及的海温采用了Hadley中心的水平分辨率为1°×1°的海冰与海温资料(Smith et al.,2008)。

图1 中国南方冬季(a—c)、春季(d—f)降水距平场分布(单位:mm/mon) a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.1 Precipitation anomalies(unit:mm/mon) over Southern China in (a—c)winter and (d—f)spring during (a,d)moderate El Nio events and (b,e)2015/2016 extreme El Nio.Difference of precipitation over Eastern China in (c)winter and (f)spring between 2015/2016 extreme El Nio and moderate El Nio events

2 2015/2016年中国南方冬春季降水特征

表1 中国东南部(110～122°E,22～30°N)、西南部(98～110°E,22～30°N)和江淮流域(110～122°E,30～38°N)冬春季降水在2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的距平值和距平百分率

Table 1 Precipitation anomalies and corresponding percentage over southeast China(22—30°N,110—122°E),southwest China(22—30°N,98—110°E) and Yangze-Huai rivers Basins (30—38°N,110—122°E) in the winter and spring of 2015/2016 extreme El Nio and moderate El Nio

ElNiño类型冬季降水距平/(mm/mon)冬季降水距平百分率/%春季降水距平/(mm/mon)春季降水距平百分率/%东南部江淮流域东南部江淮流域东南部西南部东南部西南部中等强度ElNiño15.235.1221.8422.8835.09-3.2818.94-4.232015/2016超强ElNiño57.82-4.2782.91-19.0847.1123.4925.4230.26

图2 冬季SST(a—c;℃)和500 hPa垂直速度场(d—f;0.05 Pa·s-1)距平场 a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.2 Anomalies of (a—c)SST(℃) and 500 hPa vertical (d—f)p-velocity (0.05 Pa·s-1) in winter during (a,d)moderate El Nio events and (b,e)2015/2016 extreme El Nio.Difference of (c)SST and (f)500 hPa p-vertical velocity in winter between 2015/2016 extreme El Nio and moderate El Nio events

3 2015/2016超强El Nio影响中国冬季南方降水的物理过程

为了探讨高低层环流对热带印太SST异常变化的响应和反馈过程及其与中国南方冬季降水的物理联系,图2d—2f给出了中等强度El Nio和超强El Nio事件中的500 hPa垂直速度场距平场及其差值场。中等强度El Nio事件发生的冬季,中国东部为一致的异常上升区,黑潮区、南海和西北太平洋受异常下沉运动影响;但在2015年冬季,中国东南部和黑潮区为异常上升运动,异常下沉运动出现在长江—黄河流域和南海—西北太平洋地区。显而易见,在中等强度El Nio和超强El Nio发生时,中国东部异常垂直运动的分布明显不同,分别为南北一致型和南北反相型;超强El Nio发生时南海—西北太平洋的异常下沉运动区域向南收缩。

受异常偏暖的赤道中东太平洋SST的热力强迫作用,加之异常偏冷的西北太平洋的局地海气互相作用的影响,西北太平洋低层有异常反气旋环流对形成,两个异常中心分别位于南海—菲律宾和日本附近。在中等强度El Nio事件,中国东部对流层低层温度偏高,对应异常偏低的海表面气压,受西北太平洋异常反气旋西侧异常西南气流影响,热带海面水汽向中国东部输送,中国东部地区为异常水汽辐合区(图3a、3e)。相比之下,2015年冬季南边的异常反气旋位置偏南,加上北边的异常反气旋位置偏东,西北太平洋异常反气旋西侧异常西南气流仅影响到中国东南部地区,长江—黄河流域受异常北风控制,异常水汽辐合区局限在中国东南部地区(图3)。2015年冬季长江以北区域低层异常北风的加强与冬季中国东部地面温度和对流层低层气温异常偏低有关。当中国东部地面温度和对流层低层气温异常偏低时,大陆的冷高压加强。同时乌拉尔山高压和阿留申低压加强,有利于冬季风增强(图4a—4c)。

图4 冬季1 000～600 hPa平均温度(等值线;℃)、海平面气压(阴影;hPa)(a—c)和沿110～122°E平均的温度(阴影)和垂直环流(箭矢)距平场(d—f;垂直环流由经向辐散风(m·s-1)和垂直速度(0.01 Pa·s-1)组成) a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.4 The same as Fig.2,but for anomalies of (a—c)temperature averaged from 1 000 hPa to 600 hPa(contour,℃),sea level pressure(shanding,hPa),(d—e)temperature(shading) and vertical circulation(vector) consisting of divergent meridional wind(m/s) and vertical p-velocity(0.01 Pa/s) along 110—122°E

图5 冬季850 hPa(a—c)和200 hPa(d—f)速度势(等值线;105m2·s-1)和辐散风(箭矢;m·s-1)距平场 a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.5 The same as Fig.2,but for anomalies of velocity potential(contour;105m2·s-1) and corresponding divergent winds(vector;m·s-1) at (a—c)850 hPa and (d—f)200 hPa

4 2015/2016超强El Nio影响中国春季南方降水的物理过程

图6 春季SST(a—c;℃)和500 hPa垂直速度场(d—f;0.05 Pa·s-1)距平场 a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.6 Anomalies of (a—b)SST(℃) and 500 hPa vertical (d—e)p-velocity(0.05 Pa·s-1) in spring during (a,d)moderate El Nio events and (b,e)2015/2016 extreme El Nio.Difference of (c)SST and (f)500 hPa p-vertical velocity in spring between 2015/2016 extreme El Nio and moderate El Nio events

降水异常与垂直运动异常密切相关。2016年春季热带印度洋异常上升区呈西北—东南向地位于西北印度洋和热带东南印度洋,异常上升区对应着异常偏暖的SST,表明大气对海洋强迫的响应。异常下沉区呈东西向地位于孟加拉湾、中南半岛至热带西太平洋,中国东部和西南地区为异常上升运动区。中国东部、南海和热带东南印度洋上空的异常垂直运动呈“-+-”三极型分布,虽然与中等强度El Nio事件类似,但垂直运动强度明显更强,且位于南海和热带东南印度洋上空的异常垂直运动区位置也更偏北。另外,中国西南地区和热带西北印度洋为异常下沉运动,与超强El Nio事件情况相反(图6d—6f)。

2016年春季,异常气旋出现在暖异常的北印度洋,其西南侧异常西南风跨过印度半岛;强大的异常反气旋环流位于孟加拉湾—西北太平洋,孟加拉湾北部和中国南部地区受异常西南风影响,异常强的水汽通量辐合区呈东西向地位于在中国西南和东南地区。在中等El Nio事件的春季,北印度洋受异常反气旋环流控制,对局地暖异常海温有反馈作用。虽有异常反气旋位于孟加拉湾—热带西太平洋,但强度较弱,孟加拉湾北部为弱的西风气流。热带西太平洋异常反气旋西侧的西南气流提供的水汽输送仅在中国东南部辐合,西南地区的西侧为水汽辐散区(图7)。可见,由于El Nio强度的增加,孟加拉湾至南海北部一带异常西南风加强,为中国西南和东南部降水的增加提供充足的水汽。另外,值得注意的是,在2016年春季热带东南印度洋的异常西风和热带西太平洋的异常东风在海洋性大陆汇合,而在中等El Nio事件的春季热带印度洋至海洋性大陆为异常东风。

图7 春季850 hPa风场(a—c;m·s-1)和1 000～300 hPa垂直积分水汽通量(kg·m-1·s-1)及其散度(10-5kg·m-2·s-1)距平场(d—f;“A”和“C”分别表示反气旋和气旋) a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.7 The same as Fig.6,but for anomalies of (a—c)850 hPa winds(m·s-1),(d—f)vertical integral of water vapor flux from 1 000 hPa to 300 hPa(vector,kg·m-1·s-1) and its divergence(shading,10-5kg·m-2·s-1).“A” and “C” denote anticyclone and cyclone,respectively

图8 春季850 hPa(a—c)和200 hPa(d—f)速度势(等值线,105m2·s-1)和辐散风(箭矢,m·s-1)距平场 a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.8 The same as Fig.6,but for anomalies of velocity potential(contour,105m2·s-1) and corresponding divergent winds (vector,m·s-1) at (a—c)850 hPa and (d—f)200 hPa

由上高低层辐散风和中层垂直速度场的分析推测,中国南方与东南印度洋之间的异常垂直环流也可能因El Nio事件强度而变化。2016年春季110～122°E平均和98～110°E平均的经向辐散风和垂直速度组成的垂直环流场(图9b、9e)显示,中南半岛—南海的异常下沉运动通过双圈经向垂直环流将东南印度洋和中国南方的异常上升运动联系在一起。发生中等强度El Nio事件时,双经向垂直环流仅存在于中国东南部至东南印度洋,且其强度明显弱于超强El Nio事件中的经向垂直环流,其在南海的异常下沉运动位置偏南(图9a、9d)。超强El Nio强度发生时,东南印度洋异常偏暖的SST可改变层结稳定度激发局地异常的上升运动(Chen et al.,2013),并通过双圈经向垂直环流造成中国西南和东南地区的上升运动异常。另外,由于中南半岛—南海的异常下沉运动还可能受到西北印度洋激发的下沉Kelvin波的影响,加强了孟加拉湾—西北太平洋低层异常反气旋环流,从而使得中国西南和东南地区的上升运动异常加强。究竟西北印度洋和东南印度洋SST各自对春季中国西南和东南降水的影响如何?以下采用全球大气模式CAM5做进一步分析。

图9 春季沿110～122°E(a—c)和98～110°E(d—f)平均的垂直环流距平场(垂直环流由经向辐散风(m·s-1)和垂直速度(0.01 Pa·s-1)组成) a,d.中等强度El Nio事件距平合成场;b,e.2015/2016超强El Nio事件距平场;c,f.2015/2016超强El Nio事件与中等强度El Nio事件的差值场Fig.9 The same as Fig.6,but for anomalies of vertical circulation consisting of divergent meridional wind(m·s-1) and vertical p-velocity(0.01 Pa·s-1) along (a—c)110—122°E and (d—f)98—110°E

用全球气候态季节循环的海温驱动模式积分运行22 a,分析后20 a模式输出结果作为比对实验。依照图6c所示的西北印度洋SST和东南印度洋SST异常分布,分别设计海温敏感性试验。将西北印度洋(95～115°E,5～35°S;NWIO)+0.5 ℃的海温和东南印度洋(60～80°E,30～40°S;SEIO)+0.5 ℃的海温(图10a)叠加在全球气候态季节循环的春季海温上,运行模式积分22 a。这样,后20 a模式输出结果的春季平均值相当于20个以海温强迫和不同的大气和陆面初始条件模拟的敏感性试验集合平均(Zhao et al.,2010;Chen et al.,2013)。

SEIO敏感性试验与比对试验的降水和1 000～300 hPa垂直积分水汽通量差值(图10b)显示,低层异常气旋位于南印度洋,对应于偏暖的东南印度洋海温。赤道印度洋受异常西风影响,而北印度洋为异常东风,这样的异常环流不利于印度洋水汽向中国南方输送。同时中国西南地区受孟加拉湾异常反气旋西侧比较弱的西南风影响,缺乏孟加拉湾水汽的供给。中国东南部水汽主要来源于西北太平洋异常反气旋西侧的西南风提供的暖湿水汽。沿110～122°E平均的经向垂直剖面图(图10c)显示,东南印度洋的异常上升运动通过作用于南海的异常下沉运动造成中国东南部出现异常上升运动,在东南印度洋和中国东南部之间形成两个异常的垂直环流。同时,东南印度洋和中国西南部也存在双圈经向垂直环流,偏暖的东南印度洋SST激发的上升运动引起中南半岛异常下沉,进而造成异常上升运动仅局限于中国西南部的南侧(图10d)。可见,东南印度洋海温的异常确实可通过作用于垂直环流和西北太平洋低层异常反气旋共同影响中国东南部降水,而对中国西南部降水的影响较小。

图10 春季东南印度洋(80～120°E,20°S～5°N;SEIO)和西北印度洋(40～80°E,0°～20°N;NWIO)海温敏感性试验设计分布(a);海温敏感性试验SEIO与控制试验在春季差值场:1 000～300 hPa垂直积分水汽通量(箭矢,kg·m-1·s-1)和降水(阴影,mm·d-1)场(b),和沿110～122°E平均(c)和沿98～110°E平均(d)的垂直环流场(垂直环流由经向辐散风(m·s-1)和垂直速度(0.01 Pa·s-1)组成)Fig.10 (a)SST anomalies distribution for the SST experiment of Southeast Indian Ocean(20°S—5°N,80—120°E;SEIO) and Northwest Indian Ocean (0—20°N,40—80°E;NWIO),composite differences in spring of (b)vertical integral water vapor flux from 1 000 hPa to 300 hPa(vector,kg·m-1·s-1),precipitation(shading,mm·d-1) and (c—d)vertical circulation consisting of divergent meridional wind(m·s-1) and vertical p-velocity(0.01 Pa/s) along(c) 110—122°E and (d)98—110°E between experiments of positive SEIO SST and CAM5 control.“A” denotes anticyclone

图11给出了降水和1 000～300 hPa垂直积分水汽通量在NWIO敏感性试验与对比试验的差值图,偏暖的西北印度洋SST激发局地异常气旋环流,其东侧异常西南风提供的印度洋暖湿水汽向印度半岛输送。此时,异常反气旋环流对位于孟加拉湾和南海—西北太平洋。孟加拉湾异常反气旋西侧的西南风加强印度洋水汽向中国西南地区输送,从而有利于中国西南部降水的增多。中国东南部的水汽主要来源于南海和西北太平洋,由西北太平洋异常反气旋西侧的西南风向北输送。从110～122°E平均的经向垂直环流图可以看出,西北印度洋SST增暖导致西北太平洋异常下沉运动,可通过双垂直环流造成东南印度洋和中国东南部出现异常上升运动,从而有利于中国东南部降水的增加。这些特征基本与观测结果一致。中国西南与中南半岛之间的经向垂直环流不明显,可能是由于模式模拟的中南半岛垂直运动比观测结果小,而且模拟结果的下沉运动中心位于孟加拉湾的东部。综合以上分析可得,西北印度洋SST对中国东南部降水的影响类似东南印度洋SST,通过经向垂直环流和西北太平洋低层异常反气旋共同作用;西北印度洋SST增暖对中国东南部降水增加的贡献与东南印度洋SST增暖的作用相当,且对中国西南部降水增多的贡献大于东南印度洋SST。

图11 NWIO海温敏感性试验与控制试验在春季的差值场(垂直环流由经向辐散风(m·s-1)和垂直速度(0.01 Pa·s-1)组成;图上“A”和“C”分别表示反气旋和气旋) a.1 000～300 hPa垂直积分水汽通量(箭矢,kg·m-1·s-1)和降水(阴影,mm·d-1)场;b.沿110～122°E平均的垂直环流场Fig.11 Composite differences in spring of (a)vertical integral water vapor flux from 1 000 hPa to 300 hPa(vector,kg·m-1·s-1),precipitation(shading,mm·d-1) and (b)vertical circulation consisting of divergent meridional wind (m·s-1) and vertical p-velocity(0.01 Pa/s) along 110—122°E between experiments of positive NWIO SST and CAM5 control.“A” and “C” denote anticyclone and cyclone,respectively

5 结论与讨论

本文讨论了中国南方冬春季降水在2015/2016年超强El Nio事件中的分布特征及相应的大尺度环流变化,并与中等强度El Nio影响中国南方冬春季降水的异同进行了对比分析,主要得到以下结论:

旋环流对,从而加强印度洋和南海—西北太平洋地区的暖湿水汽向中国西南部和中国东南部输送。南海—西北太平洋的异常下沉运动还可通过经向垂直环流加强中国东南部水汽的抬升作用。东南印度洋异常偏暖的SST会激发局地的异常上升运动,通过双圈经向垂直环流,使得孟加拉湾至西北太平洋出现异常下沉运动,加强低层异常反气旋环流,造成中国东南部异常上升运动和水汽辐合加强。

本文主要从热带海气相互作用的角度出发,讨论分析了2015/2016年超强El Nio事件对中国东部和西南地区冬春季降水的影响,并与中等强度El Nio事件的影响进行了对比分析。但已有研究指出,青藏高原雪盖(Wu and Kirtman,2007)或其热力条件(Liu and Wang,2011;Sun and Yang,2011)是影响中国南方冬春季降水年际变化的重要因子之一。在2015/2016超强El Nio影响下,究竟冬春季青藏高原雪盖和感热等对中国南方冬春季降水变化有何贡献,尚有待进一步研究。

致谢:NOAA、中国国家气候中心提供了OISST、NCEP/NCAR Reanalysis、站点降水资料的在线下载

服务。本文的数值模式试验均在中国科学院南海海洋研究所高性能计算集群(HPCC)上运行。

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Analysis of winter and spring precipitation over Southern China during 2015/2016 extreme El Nio

CHEN Jiepeng1,WEN Zhiping2,WANG Xin1

1StateKeyLaboratoryofTropicalOceanography,SouthChinaSeaInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510301,China;

2CenterforMonsoonandEnvironmentResearch/SchoolofAtmosphericSciences,SunYat-SenUniversity,Guangzhou510275,China

The different influences of moderate El Nio and 2015/2016 extreme El Nio on winter and spring precipitation over southeast China,Yangtze-Huaihe Rivers Basins and southwest China are invested,based on monthly precipitation of 160 stations in China,OISST and NCEP/NCAR circulation datasets.The results are as follows:in the winter of moderate El Nio,anomalous warmer sea surface temperature(SST) over equatorial central-eastern Pacific triggers a pair of anomalous anticyclone over northwest Pacific and around Japan.The anomalous southwesterly enhances water vapor from South China Sea-northwest Pacific(SCS-WNP) to eastern China and causes positive anomalies of precipitation over southeast China and Yangtze-Huaihe Rivers Basins.On contrast,the equatorial central-eastern Pacific SST gets much warmer in the winter of 2015/2016 extreme El Nio.Meanwhile,anomalous cooler surface and lower troposphere temperature over eastern China intensify continental cold high,which results in northerly anomalies over north of Yangtze River.It is responsible for the increase of precipitation over southeast China and the decrease of precipitation over Yangtze-Huaihe Rivers Basins.Compare to the decaying phase of moderate El Nio in the spring,the increase of precipitations over southeast China and southwest China is attributed to anomalous warmer SST over northwest Indian Ocean and southeast Indian Ocean.The numerical experiments of CAM5 model demonstrate that the anomalous warmer SST over northwest Indian Ocean leads to southwesterly anomaly and triggers anomalous anticyclonic circulations over the Bay of Bengal and northwest Pacific,which is responsible for an increase in water vapor from the Indian Ocean and SCS-WNP to southwest China and southeast China.The anomalous warmer SST over southeast Indian Ocean arouses local ascending motion,and then it strengthens anomalies of descent over SCS-WNP and ascent over southeast China,resulting in positive anomalies of southeast China rainfall.

(责任编辑：张福颖)

陈洁鹏,温之平,王鑫,2016.2015/2016超强El Nio对中国南方冬春季降水的影响分析[J].大气科学学报,39(6):813-826. Chen J P,Wen Z P,Wang X,2016.Analysis of winter and spring precipitation over Southern China during 2015/2016 extreme El Nio[J].Trans Atmos Sci,39(6):813-826.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161108001.(in Chinese).

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161108001

*联系人，E-mail:eeswzp@mail.sysu.edu.cn