印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

谭晶，王彰贵，黄荣辉，蔡怡

(1.中国科学院大气物理研究所 季风系统研究中心，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049；3.国家海洋环境预报中心，北京 100081)

印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

谭晶1，2，3，王彰贵3，黄荣辉1，蔡怡3

(1.中国科学院大气物理研究所 季风系统研究中心，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049；3.国家海洋环境预报中心，北京 100081)

利用1951—2015年NOAA气候预测中心的SST扩展重建资料(ERSST V3b)、国家气候中心提供的我国160站月降水量资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的各气压层的水平风速、垂直速度和比湿资料，研究了印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响。结果表明，虽然东部型(中部型)厄尔尼诺年秋季我国长江以南地区降水偏多(少)，但当东部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季，我国长江以南地区降水偏多的程度显著提高；当中部型厄尔尼诺与印度洋正偶极子同时发生年秋季，我国西南地区降水转为偏多，其他南方地区降水仍然偏少；当中部型厄尔尼诺与印度洋一致增暖型海温同时发生年秋季，我国整个长江以南地区降水偏少，且偏少的幅度要显著高于不考虑印度洋海温异常的情况。此外还对印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响的环流成因进行了分析。

两类厄尔尼诺事件；热带印度洋偶极子；热带印度洋一致增暖；中国南方；秋季降水

1 引言

太平洋ENSO是年际时间尺度上热带太平洋海洋—大气强烈的相互作用现象，定义为赤道中东太平洋表层海温的大范围持续增暖，其对全球尺度的天气气候有着显著的影响[1]，长期以来一直是学者们研究的热点问题之一。从20世纪90年代后厄尔尼诺形态发生了显著的改变。典型的东部型厄尔尼诺事件(EP El Nio)，即热带太平洋增暖区主要位于热带东太平洋区域的厄尔尼诺事件发生几率越来越小，而另一类增暖区主要位于日界线附近的赤道中太平洋的增暖现象却发生得越来越频繁[2]。很多学者注意到了厄尔尼诺这种增暖区的改变，并把增暖区位于赤道中太平洋区域的厄尔尼诺事件称为中部型厄尔尼诺事件[3]，或者日界线厄尔尼诺事件[4]，或者El Nio-Modoki[5]，或者暖池型厄尔尼诺事件(WP El Nio)[6]。在本文的讨论中，将增暖区主要发生在赤道东太平洋的厄尔尼诺事件称为东部型厄尔尼诺事件，增暖区主要发生在赤道中太平洋的厄尔尼诺事件称为中部型厄尔尼诺事件。

由于两类厄尔尼诺事件的海温增暖区有明显差异，热带海洋对大气的加热区也发生了改变，热带大气环流状况会有明显的不同，由此带来的气候影响也不一样。这一现象也引起了科学家们的广泛关注。自从Yeh等[2]指出中部型厄尔尼诺事件在20世纪90年代后发生的频率显著增加后，国际上关于不同分布型厄尔尼诺事件对气候异常的影响的研究也越来越多。例如有科学家得出中部型厄尔尼诺事件对北美西海岸、南美、甚至日本和新西兰气候的影响可能会与东部型厄尔尼诺事件的影响完全相反[5，7]。中部型厄尔尼诺事件还会导致美国西部冬季经常出现北干南湿的“跷跷板”式气候分布特征，而当东部型厄尔尼诺发生时美国西部大部分地区冬季都以偏湿的气候特征为主[8]。关于不同类型厄尔尼诺事件对东亚尤其中国气候异常的研究目前也有很多。如两类厄尔尼诺事件可以通过热带西太平洋海-气的不同相互作用，对发展年的中国秋季降水[9-11]、其次年的中国春夏季降水[12-14]带来不同的影响。

另外，印度洋是季风环流系统的3个组成部分——Walker环流、横向季风环流和侧向季风环流的交汇地[15]，与亚澳季风系统[16-18]、ENSO系统[19-20]和非洲季风系统[21]都存在一定联系。印度洋在区域乃至全球气候变率中都有着极为重要的作用。1999年，Saji等[22]、Webster等[23]提出了印度洋偶极子的概念，即热带西印度洋的海表温度为正距平，热带东南印度洋海表温度为负距平的现象，通常在秋季发展成熟。而热带印度洋另一个也是最主要的模态是海盆一致模态(Indian Ocean Basin Warming， IOB)，表现为热带印度洋全区一致的海温变化，通常在春季最强[24-26]。

近来，热带印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole， IOD)和ENSO的关系是学者们关注的热点问题和争论的焦点。虽然Saji等[22]、Webster等[23]认为IOD与ENSO是相互独立的，但李崇银等[27]指出，尽管在极个别年份IOD似乎与ENSO相互独立，总体而言两者的相关性很好，且两者的相关基本上是同时的，没有明显滞后现象。巢纪平等[28]认为，ENSO和IOD的发展具有很好的相关性，赤道太平洋和印度洋的一对反相转动的Walker环流的耦合演变是联系这两者之间变化的纽带。谭言科等[29]在讨论热带印度洋海温年际变化与ENSO的关系时指出，热带印度洋海温从偶极到单极的变化对应着El Nio事件从发展到衰减的过程。关于热带印度洋IOB，研究表明ENSO导致海表热通量异常，尤其是潜热通量和短波辐射通量异常，对维持印度洋海盆一致模有重要的作用[30]，并且滞后响应于赤道东太平洋ENSO事件大约1～2个季节，在春季达到最强。对于热带太平洋-印度洋海温异常对我国气候的影响，杨辉等[31]指出，单独考虑太平洋的ENSO模并不能完全说明海温异常对气候的影响，并提出了太平洋-印度洋海温异常综合模的概念，研究了各个异常模态的不同特征及对中国气候和印度夏季降水的不同影响。以上研究表明，热带印度洋不同的海温模态与热带太平洋ENSO有着密切的联系，且将两者联合起来研究对气候的影响与两者单独对气候的影响是不同的。

从以前的工作来看，研究我国汛期降水及影响因子的文章较多。但是，秋季降水对农业生产和国民经济有着重要意义。特别是进入21世纪后我国南方地区由于秋季降水偏少导致秋旱频发，给当地人民生产生活造成很大影响。因此，为了全面地了解气候异常特征，预防各种可能的气候异常事件带来的灾害，对秋季降水异常的研究也是十分必要的。并且，秋季处于多雨季和少雨季的过渡季节，秋季的降水量对于后期冬季甚至春季干旱与否有着重要的提前预示意义。例如我国西南地区近来频繁出现的冬春季干旱，很多分析均发现在干旱发生前的夏秋季，降水就已经开始明显减少[32-33]，降水减少在时间上的累积效应使得土壤缺墒，蓄水不足等加重了干旱对工农业生产和人民生活的影响。因此研究秋季降水也有着重要的实际意义。虽然已有一些关于不同类型厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响的研究[9-11]，但这些工作仅仅考虑了太平洋海温的影响。而实际上，热带印度洋海温的不同模态与ENSO之间的联系十分密切。那么，不同类型厄尔尼诺事件年秋季热带印度洋海温异常分布特征是怎样的，以及两者的联合分布会对我国秋季降水有什么影响，这方面的研究还不多见。本文主要集中在这个问题上，研究印度洋不同类型海温分布模态对两类厄尔尼诺与中国南方秋季降水关系的影响，并从大气环流、水汽输送等角度阐述其中的物理机制。

2 资料来源

本文所用资料有NCEP/NCAR提供的月平均12个层次(1 000、925、850、700、600、500、400、300、250、200、150、100 hPa)的水平风速矢量场(u、v)、垂直速度场(ω)和比湿场资料，空间分辨率为2.5°×2.5°经纬网格[34-35]。海温场资料来自NOAA气候诊断中心的SST扩展重建资料(NOAA Extended Reconstructed Sea Surface Temperature， ERSST V3b)，水平网格距为2.0°×2.0°经纬网格。另外，还用到了国家气候中心提供的中国160站月平均降水量资料。以上资料时间段为1951年1月至2015年12月。本文中的秋季指9-11月3个月的平均值，气候态为1981-2010年30年的平均值。本文用到的主要研究方法是合成分析方法，我国南方地区包括了20°～32°N， 98°～122.5°E范围内的68个台站，站点分布如图1所示。

图1 中国南方地区气象站点分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in South China

3 两类厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响及机理

3.1 两类厄尔尼诺事件的划分

目前，国际上对于两类厄尔尼诺事件的划分有很多研究，方法也有很多。本文采用的是Ren和Jin[36]的东部型、中部型指数来区分两类厄尔尼诺事件。指数的定义为：

从逐年秋季的IEP和ICP指数(图2)来看，两者具有明显的年际变化的特点，且IEP指数的振幅要明显大于ICP指数。20世纪90年代之前，IEP强的正指数年份较多，90年代之后就只有1997和2015年具有强的IEP指数，其他年份的IEP指数都较弱。而ICP指数虽然振幅不及IEP指数大，但从图中可看出，20世纪90年代以后ICP以正指数居多。从IEP和ICP指数也可以看出1951年后不同类型厄尔尼诺发生频次的年代际变化。

在定义了两类指数后，两类厄尔尼诺典型事件发展年的挑选方法如下：将秋季的ICP、IEP分别标准化，在发展较为稳定的厄尔尼诺年，若标准化后的ICP、IEP指数之差超过0.2，并且两指数中的较大者在0.7以上，则根据较大者定义厄尔尼诺事件类型。如ICP-IEP>0.2且ICP>0.7，则定义该年为中部型厄尔尼诺事件发展年，东部型厄尔尼诺事件发展年的定义与之类似。这样，就得到10个东部型厄尔尼诺事件发展年，为1951、1957、1965、1972、1976、1979、1982、1987、1997和2015年，以及10个中部型厄尔尼诺事件发展年，为1969、1977、1986、1991、1994、2002、2003、2004、2006和2009年。图3为东部型厄尔尼诺年和中部型厄尔尼诺年合成的热带太平洋海表温度距平。

图3a的海温距平正值中心位于赤道东太平洋，增暖形态符合典型的东部型厄尔尼诺事件的海温增暖特征。图3b的海温正距平中心位于180°～160°W的赤道中太平洋，增暖形态符合中部型厄尔尼诺事件的特征。且从强度来看，东部型厄尔尼诺事件的强度要明显强于中部型厄尔尼诺事件，这也与前人研究得出的两类厄尔尼诺事件的强度差异是一致的。合成结果说明Ren和Jin[36]的方法是能够很好地将两类事件提取出来的。

图2 1951—2015年逐年秋季IEP(蓝色点虚线)和ICP(红色点线)指数Fig.2 Interannual variations of IEP(blue dotted line) and ICP(red dotted line) indices in autumn during 1951 to 2015

图3 东部型(a)和中部型(b)厄尔尼诺事件年合成的热带太平洋海温距平(等值线为通过置信度90%的显著性检验)Fig.3 Composite SSTA for EP El Nio (a) and CP El Nio (b) (real lines indicate significance at the 90% confidence level)

3.2两类厄尔尼诺事件年秋季我国降水及环流异常合成分析

在讨论热带印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响之前，先不考虑印度洋海温的情况，来研究两类厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响及机制。前面的分析已经将两类厄尔尼诺事件提取出来，在讨论两类厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响时，继续采用合成分析的方法。

从东部型(图4a)和中部型(图4b)厄尔尼诺事件年合成的我国秋季降水距平图上看，在我国的南方地区，降水距平呈相反的分布特征。东部型厄尔尼诺事件年我国南方地区降水较常年同期偏多，而中部型厄尔尼诺事件年我国长江以南地区降水偏少，这与Zhang等[9]的结论是一致的。

从水汽输送及其通量散度图上看，东部型厄尔尼诺发展年的秋季(图4c)，菲律宾和我国南海为一反气旋型距平环流，加强了来自热带西北太平洋的水汽向我国江南、华南的输送。另外，印度半岛也为一反气旋性距平环流控制，来自印度洋的水汽可通过该异常环流的北侧即青藏高原南侧向我国西南地区输送。图中阴影区为水汽通量散度距平，可以看到，在东部型厄尔尼诺年秋季，我国长江以南大部分地区为异常的水汽通量辐合，这就造成了在东部型厄尔尼诺年秋季，我国西南、华南和江南等南方大部分地区降水异常偏多。中部型厄尔尼诺年秋季(图4d)，在热带西北太平洋及南海上空为一气旋性距平环流，在该异常环流的西北侧为经向水汽的由北向南输送，使得太平洋的水汽不能到达我国的东南、华南地区，因此这些地区降水异常偏少。另外，印度洋也没有明显的水汽通道向我国西南地区输送。从水汽通量散度距平看，我国长江以南为异常水汽通量辐散区，造成了该地区秋季降水的异常偏少。

图4 东部型(a，c)和中部型(b，d)厄尔尼诺事件年我国秋季降水距平合成(等值线为通过置信度90%的显著性检验)及地面到300 hPa整层积分大气水汽通量(箭头表示)及其散度距平合成Fig.4 Composite precipitation anomalies(line indicate significance at the 90% confidence level) and composite vertically integrated water vapor flux anomalies from the surface up to 300 hPa(indicated by arrows) as well as the divergence of the flux anomalies in autumn for EP El Nio (a，c) and CP El Nio (b，d)

图5 1951—2015年秋季中国南方(20°～32°N，98°～122.5°E)区域平均降水标准化指数(东部型厄尔尼诺年份用红色标记，中部型厄尔尼诺年份用橘色标记)Fig.5 Standardized indices of regional average precipitation of South China (20°-32°N，98°-122.5°E) in autumn during 1951-2015(EP El Nio marked with red and CP El Nio marked with orange )

虽然以上结果得到两类厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响截然相反，但是，我们也注意到，东部型厄尔尼诺事件年南方秋季降水偏多的程度要显著大于中部型厄尔尼诺事件年降水偏少的程度(图5)。以上环流分析也指出，造成降水相反分布特征的原因是热带西北太平洋上异常的反气旋型环流(东部型厄尔尼诺)和气旋型环流(中部型厄尔尼诺)及由此带来的水汽输送异常的影响，可这样的两个环流对降水偏多和偏少的影响效果却是非对称的。那么，除了热带太平洋厄尔尼诺的影响外，是否存在其他海域的海温异常形态及由此产生的异常环流对南方秋季降水也有影响？这种影响与太平洋两类厄尔尼诺的影响的联合作用造成了降水多寡异常的显著不对称性？以下我们从热带印度洋海温的异常分布入手来探讨这个问题。

4 热带印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响

4.1热带印度洋不同海温模态与两类厄尔尼诺联合发生类型研究

以上分析得出了两种不同类型厄尔尼诺事件发展年秋季，我国南方地区的降水具有截然相反的异常分布特征，以及从水汽输送通量及其散度异常的角度分析了两类厄尔尼诺事件影响我国南方秋季降水的环流成因。这些分析仅是基于热带太平洋海温异常的角度开展的。引言部分已经提到了印度洋对东亚及我国气候异常也有着十分重要的影响。并且前人的研究也得到了热带印度洋海温的不同模态与ENSO之间的联系十分密切。为了得到两类厄尔尼诺期间热带印度洋海温异常分布特征，以便得到热带印度洋海温模态与两类厄尔尼诺事件的联合发生类型，我们将东部型和中部型厄尔尼诺事件年的热带印度洋-太平洋海温距平进行合成(图6)。

图6 东部型(a)和中部型(b)厄尔尼诺年热带太平洋-印度洋海温距平合成Fig.6 Composite tropical Pacific-Indian Ocean SST anomalies for EP El Nio (a) and CP El Nio (b)

从图6可以看出，中部型厄尔尼诺年秋季，热带太平洋增温的幅度明显小于东部型厄尔尼诺年。两类厄尔尼诺事件在热带印度洋上都会出现向西的正海温梯度，即正偶极子海温距平分布，但东部型厄尔尼年热带印度洋的东西海温梯度大于中部型厄尔尼诺年，说明东部型厄尔尼诺年更容易激发强的热带印度洋偶极子。中部型厄尔尼诺年热带印度洋的增暖区范围更大，而热带东印度洋-西太平洋冷海温区范围更小，强度更弱。如果对各个中部型厄尔尼诺年进行个例考察的话(图略)，会发现2003、2004和2009年这3年整个热带印度洋出现了一致增暖的海温异常分布特征。而东部型厄尔尼诺年热带印度洋不会出现一致增暖的情况。

图7是按照Saji等[22]的方法，用热带印度洋西部(10°S～10°N， 50°～70°E)和东南部(10°S～0°，90°～110°E)区域平均的海表温度距平之差定义的1951—2015年秋季的IOD指数，该指数经过了标准化处理。从图中可以看到，无论厄尔尼诺事件的形态如何，大部分厄尔尼诺事件年的秋季，热带印度洋IOD指数几乎都为正值，这也与图6的结论相吻合。如果用标准化的IOD指数大于σ和小于-σ来定义IOD正位相年和IOD负位相年，那么可以得到东部型厄尔尼诺和热带印度洋IOD正位相同时发生的年份为1972、1982和1997年。中部型厄尔尼诺和IOD正位相同时发生的年份为1977、1994和2006年。另外，前面还提到2003、2004和2009年为中部型厄尔尼诺与IOB增暖同时发生的年份，且从IOD指数图上看，这几年的IOD指数都异常小，说明热带印度洋的海温距平东西梯度非常小，这样的海温一致增暖是非常典型的一致增暖型，不会带进IOD的信号。以下我们将就这几种热带太平洋-印度洋的异常海温组合分布类型来讨论热带印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响及相应的环流成因。

图7 1951—2015年标准化的秋季IOD指数Fig.7 Standardized IOD indices in autumn during 1951 to 2015东部型厄尔尼诺年份用红色标记，中部型厄尔尼诺年份用橘红色标记EP El Nio marked with red and CP El Nio marked with orange

图8 东部型厄尔尼诺与热带印度洋IOD联合发生年秋季我国降水距平合成(等值线为通过置信度90%的显著性检验)(a)，地面到300 hPa整层大气水汽通量(箭头表示)及其散度距平合成(b)，22°～30°N平均的纬向垂直环流距平合成(阴影区为通过置信度90%的显著性检验)(d)，东部型厄尔尼诺年有无IOD发生时水汽输送通量差值(c)Fig.8 Composite precipitation anomalies over China(line indicate significance at the 90% confidence level)(a)， anomalous vertically integrated water vapor flux from the surface up to 300 hPa (indicated by arrows)， and the divergence of the flux(b)， 22°-30°N averaged zonally vertical circulation anomalies(shaded areas indicate significance at the 90% confidence level)(d) in autumn for years of EP El Nio and IOD concurring， as well as differences in vertically integrated water vapor flux between years of EP El Nio with IOD and EP El Nio without IOD(c)

图9 中部型厄尔尼诺与热带印度洋IOD联合发生年秋季我国降水距平合成(等值线为通过置信度90%的显著性检验)(a)，地面到300 hPa整层大气水汽通量(箭头表示)及其散度距平合成(b)，22°～30°N平均的纬向垂直环流距平合成(阴影区为通过置信度90%的显著性检验)(c)Fig.9 Composite precipitation anomalies over China(line indicate significance at the 90% confidence level)(a)， anomalous vertically integrated water vapor flux from the surface up to 300 hPa (indicated by arrows)， and the divergence of the flux(b)， 22°-30°N averaged zonally vertical circulation anomalies(shaded areas indicate significance at the 90% confidence level)(c) in autumn for years of CP El Nio and IOD concurring

4.2东部型厄尔尼诺与IOD同时发生时我国南方秋季降水的异常分布及环流成因

前面的讨论得到东部型厄尔尼诺年秋季，我国长江以南的南方大部分地区降水偏多，并从异常的水汽输送通量及其散度上给出了解释。那么，当热带印度洋同时是IOD正位相海温分布时，我国南方的降水异常又是怎样的？图8给出了东部型厄尔尼诺与热带印度洋IOD正位相同时发生时秋季同期我国降水距平、水汽输送通量及其散度距平、22°～30°N平均的纬向垂直环流距平合成，为了说明印度洋IOD的作用，还给出了东部型厄尔尼诺年有无IOD发生时的水汽输送差异。

从图8a可以看到，东部型厄尔尼诺与IOD正位相同时发生时，相比只考虑东部型厄尔尼诺但不考虑热带印度洋海温的情况，我国长江以南的秋季降水正距平有了显著的增加。从相应的水汽输送及其散度(图8b)可以看到，当东部型厄尔尼诺和热带印度洋正IOD同时发生时，西北太平洋的反气旋式距平环流依然存在，来自太平洋的水汽沿着反气旋距平环流的西北侧向我国南方地区输送。同时，由于热带印度洋正IOD的存在，热带印度洋存在由东向西的低层距平风场，这支气流一部分在印度半岛转向北后又向东转向，一直沿着青藏高原南侧向我国西南至东南地区输送。另一支在东非索马里附近转向北后又向东，与在印度半岛转向的气流汇合后，一直向我国南方地区输送，这与刘宣飞和袁慧珍[37]单独研究印度洋偶极子与我国秋季降水的关系和环流成因时得到的结论类似。在这样的环流形式下，我国南方地区为强烈的异常水汽通量辐合区，降水偏多。我们也注意到，东部型厄尔尼诺与IOD正位相同时发生年往往赤道东太平洋海温正异常较大(图略)，厄尔尼诺事件本身较强，因此来自太平洋的水汽输送较无IOD伴随发生的东部型事件要强，同时来自印度洋的水汽输送通道也十分明显，使得来自太平洋和印度洋的较强水汽在我国南方汇合(图8c)。垂直运动(图8d)显示，我国南方上空为异常强的上升运动，上升强度远大于仅考虑太平洋为东部型厄尔尼诺的情况(图略)。水汽条件和垂直运动造成了在这样的热带太平洋-印度洋海温异常配置下，我国长江以南的大部分南方地区秋季降水偏多，偏多的程度大于只考虑东部型厄尔尼诺的年份。这里也必须说明，印度洋IOD是造成降水异常偏多幅度增大的重要原因，但太平洋东部型厄尔尼诺事件本身偏强的贡献也不可忽视。

4.3中部型厄尔尼诺与IOD同时发生时我国南方秋季降水的异常分布及环流成因

前一节的分析得出东部型厄尔尼诺与热带印度洋IOD正位相同时发生年的秋季，我国南方降水偏多的幅度显著增加。那么，中部型厄尔尼诺与IOD同时发生年秋季，我国南方降水异常分布是怎样的？这时IOD在中部型厄尔尼诺对南方秋季降水的影响中起到什么作用？我们将这样的年份，即1977、1994和2006年的秋季降水距平、水汽通量及其散度距平、垂直速度距平进行合成分析(图9)。

从图9a可以看出，当中部型厄尔尼诺和印度洋IOD正位相同时发生时，我国南方秋季降水呈现西南地区偏多，东南地区偏少的分布特征。从相应的环流和水汽输送(图9b)看，在热带西北太平洋上为气旋性距平环流，其西北侧为水汽的由北向南输送，我国东南地区正好在此气流的控制下，导致太平洋的水汽无法向我国东南地区输送。而在热带印度洋上，由于正IOD的存在，有水汽的自东向西输送，在印度半岛转向北后又向东沿着青藏高原南侧向我国西南地区输送，并在此地与来自北方的气流汇合，使得我国西南地区为异常水汽通量辐合区，而东南地区由于受由北向南的气流控制为异常水汽通量辐散区。垂直速度场(图9c)显示，我国西南地区为异常上升运动，东南地区为异常下沉运动，这样的环流和水汽输送特征导致了我国南方降水呈现西南偏多，东南偏少的分布形式。

通过本节和4.2节的讨论，就能够解释为什么东部型厄尔尼诺事件年南方秋季降水异常偏多的程度要显著高于中部型厄尔尼诺事件年南方秋季降水异常偏少的程度。这是由于热带印度洋IOD正位相常伴随厄尔尼诺事件发生，但是IOD正位相于东部型厄尔尼诺事件对南方秋季降水偏多的影响具有协同作用，而于中部型厄尔尼诺事件对南方秋季降水偏少的影响具有抵消作用。因此，在研究两类厄尔尼诺事件对我国南方秋季降水的影响时，将热带太平洋和热带印度洋联合起来讨论更加合理。

另外，从图5可以看到，虽然2003、2004和2009年也为中部型厄尔尼诺年，但这3年南方秋季降水异常偏少程度却较其他中部型年份大，4.1节中指出，这3年为中部型厄尔尼诺与热带印度洋正IOB同时发生的年份，那么，在这样的海温异常分布下，大气环流异常形式是怎样的？是否能解释我国南方秋季降水的异常偏少，以下对这个问题进行讨论。

4.4中部型厄尔尼诺与IOB同时发生时我国南方秋季降水的异常分布及环流成因

对2003、2004和2009年秋季的降水距平、水汽输送通量及其散度距平以及垂直速度距平进行合成，为了说明印度洋IOB的作用，还给出了中部型厄尔尼诺年有无IOB发生时的水汽输送差值图，如图10。从图中可以看出，当热带太平洋为中部型厄尔尼诺，热带印度洋为IOB年的秋季，我国长江以南的大部分地区降水异常偏少，这种偏少的幅度要大于仅考虑热带太平洋为中部型厄尔尼诺的情况。从水汽输送距平合成看，西北太平洋的气旋式距平环流依然存在，110°E以东的长江以南地区为由北向南的气流控制，太平洋的水汽无法输送到我国东南地区。另外，在印度洋上，赤道附近没有IOD时那样很强的由东向西的气流，而是在北印度洋上存在一个强大的反气旋式距平环流，该异常环流控制了印度半岛、孟加拉湾、中南半岛和南海西部，使得印度洋西南季风环流系统减弱，印度半岛、孟加拉湾和中南半岛均为水汽通量辐散区，这与杨明珠和丁一汇[18]得到的在印度洋全海盆逐渐升温的背景下，印度季风降水逐渐减少的结论是一致的，也与黄荣辉等[33]在讨论2009年西南干旱的大气环流形式时，提到的印度洋全海盆一致升温使得我国南海、孟加拉湾和中南半岛上空低层为异常反气旋环流控制的结论一致。在这样的环流形式下，来自印度洋的水汽沿着反气旋式距平环流的北侧向东，然后又从东侧南下，导致水汽无法向我国西南地区输送，我国西南地区为北向气流控制，加上东侧的西北太平洋气旋性环流的影响，我国整个南方地区为水汽通量辐散区。从中部型厄尔尼诺年有无IOB时的水汽输送差异(图10c)看，在热带西北太平洋有一气旋性距平环流，说明此时中部型厄尔尼诺在热带西北太平洋上激发的气旋性异常环流比没有IOB时要强。从赤道Walker环流异常合成(图11)看，赤道印度洋由于一致增暖，整体为异常上升运动，而赤道太平洋上升区位于日界线以西，比一般的中部型厄尔尼诺事件的上升区更加偏西，说明当IOB和中部型厄尔尼诺同时发生时，中部型厄尔尼诺的增暖区位置更加西移，由此导致热带西北太平洋气旋性异常环流更加强烈，相应的热带西北太平洋上向我国南方地区输送的水汽更加稀少，因此干旱也更严重，这种情况下热带太平洋增暖区偏西可能与IOB引起热带印-太Walker环流的调整有关。另外还可以看到，在热带北印度洋上有一异常反气旋型差值环流，使得印度洋水汽无法向我国南方地区输送。从垂直速度异常场(图10d)上看，控制南方地区的为异常下沉气流，且下沉强度显著强于不考虑热带印度洋IOB的时候(图略)。这样的环流和水汽条件使得我国南方地区秋季降水偏少，且偏少的程度比仅考虑热带太平洋中部型厄尔尼诺时显著。

5 结论和讨论

本文利用美国CPC的SST扩展重建资料、国家气候中心提供的我国160站月降水量资料、NCEP/NCAR提供的各气压层的水平风速、垂直速度和比湿资料，研究了印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响，结果表明:

(1)大部分东部型和中部型厄尔尼诺事件年的秋季，热带印度洋都为正IOD型海温分布。且东部型厄尔尼诺事件年秋季热带印度洋不会出现IOB型海温分布，中部型事件年秋季热带印度洋除了存在IOD型海温分布外，还存在IOB型海温分布。

(2)当东部型厄尔尼诺与印度洋IOD正位相同时发生年秋季，我国南方地区降水偏多的程度显著高于不考虑热带印度洋海温分布的时候。此时东部型厄尔尼诺激发的西北太平洋的反气旋式距平环流使得来自太平洋的水汽沿着反气旋距平环流的西北侧向我国东南部地区输送。同时，由于热带印度洋正IOD的存在，热带印度洋存在由东向西的低层距平风场，这支气流分别在印度半岛和东非沿岸转向北后向东输送至我国西南至东南的整个长江以南地区，这些地区为水汽通量辐合区，且上升运动强烈，降水偏多。这种海温分布情况下，东部型厄尔尼诺偏强是导致降水显著增加的重要原因，但印度洋正IOD导致的水汽输送的贡献也非常重要。

(3)当中部型厄尔尼诺与印度洋正IOD同时发生年秋季，热带西北太平洋上为气旋性距平环流，其西侧为水汽的由北向南输送，我国东南地区正好在此气流的控制下，导致太平洋的水汽无法向我国东南地区输送。而在热带印度洋上，有水汽的自东向西输送，在印度半岛转向北后又向东沿着青藏高原南侧向我国西南地区输送，并在此地与来自北方的气流汇合。从水汽输送通量散度看，我国西南地区为异常辐合区，而东南地区为异常辐散区。纬向垂直环流构成一个西南上升东南下沉的异常垂直环流圈，导致我国秋季降水西南偏多，东南偏少的分布形式。

(4)当中部型厄尔尼诺与印度洋IOB增暖同时发生年秋季，西北太平洋的气旋式距平环流依然存在，我国东南地区为由北向南的气流控制，太平洋的水汽无法输送到该地。另外，在热带印度洋上有一反气旋式距平环流，该异常环流控制了印度半岛、孟加拉湾和中南半岛西侧，使得来自印度洋的水汽直接沿着反气旋式距平环流的北侧向东，然后又从东侧南下，导致水汽无法向我国南方地区输送，我国南方地区为水汽通量辐散区，垂直环流显示该地区为强烈的下沉运动，因此我国整个长江以南的南方地区降水均偏少，而且偏少的幅度比仅考虑热带太平洋中部型厄尔尼诺而不考虑印度洋IOB时显著。在这种海温分布情况下，中部型厄尔尼诺的增暖区显著西移从而使得热带西北太平洋反气旋性异常环流加强是使得降水偏少显著的重要原因，同时印度洋的强大反气旋性异常环流也使得印度洋水汽无法向我国南方地区输送。

图10 a、b、d同图8，但为中部型厄尔尼诺与热带印度洋IOB增暖联合发生年，c为中部型厄尔尼诺年有无IOB发生时水汽输送通量差值Fig.10 a,b,d are same as Fig.8, but for the years of CP El Nio and IOB concurring, c indicates differences in vertically integrated water vapor flux between years of CP El Nio with IOB and CP El Nio without IOB

图11 中部型厄尔尼诺与热带印度洋一致增暖同时发生年赤道(5°S～5°N)垂直环流距平Fig.11 Equatorial(5°S-5°N)vertical circulation anomaly for years of CP El Nio and IOB concurring

由于本文选取的东部型和中部型厄尔尼诺年各有10年，再考虑到不同的印度洋海温模态与之组合，年份就更少，因此本文存在合成个例偏少的情况，但物理机制还是比较明确。为了说明结论的普适性，还需要开展数值试验来进一步论证，这部分工作正在进

行中。

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Impacts of different sea surface temperature anomaly modes in Indian Ocean on the relationship between two types of El Nio events and South China autumn rainfall

Tan Jing1，2，3， Wang Zhanggui3， Huang Ronghui1, Cai Yi3

(1.CenterforMonsoonSystemResearch，InstituteofAtmosphericPhysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China; 3.NationalMarineEnvironmentalForcastingCenter，Beijing100081，China)

Based on extended SST data (ERSST V3b) from NOAA Climate Prediction Center(CPC)， monthly China 160 stations’ precipitation data from National Climate Center(NCC) and monthly mean horizontal wind velocity， vertical velocity and humidity data at pressure level from the National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)， the impacts of two types of El Nio events over South China precipitation in autumn was discussed. And the focus was on the impacts of different sea surface temperature anomaly modes in Indian Ocean on the relationship between two types of El Nio Events and South China autumn rainfall. The results show that during the EP(CP) El Nio autumn， precipitation in south of the Changjiang River in China is more (less).When EP El Nio and India Ocean dipole (IOD) occur simultaneously， rainfall in autumn over South China is much more than that of not considering SST of India Ocean. When CP El Nio and IOD occur simultaneously， precipitation in Southwest China is more and that in Southeast China is less. When CP El Nio and India Ocean Basin Warming (IOB) occur at the same time， rainfall over South China in autumn is less， and the less degree is greater than that without considering SST anomaly of India Ocean. In addition， the circulation cause of the Indian Ocean SST’s impacrtcs was analyzed．

two types of El Nio events; Indian Ocean Dipole; Indian Ocean Basin Warming; South China; autumn rainfall

P732.6

A

0253-4193(2017)11-0061-14

谭晶， 王彰贵， 黄荣辉， 等. 印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响[J]. 海洋学报， 2017， 39(11):61-74，

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.006

Tan Jing， Wang Zhanggui， Huang Ronghui， et al. Impacts of different sea surface temperature anomaly modes in Indian Ocean on the relationship between two types of El Nio events and South China autumn rainfall[J]. Haiyang Xuebao， 2017， 39(11):61-74， doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.11.006

2016-12-07；

2017-01-12。

国家海洋局海洋公益性行业科研专项(201505013)；国家自然科学基金(41376020)。

谭晶(1979—)，女，重庆市人，主要从事厄尔尼诺及中国气候的预测与研究。E-mail: tj@nmefc.gov.cn