塔里木盆地夏季降水和海温的关系

张梅心，樊 磊，赵 勇

（1.成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都610225；2.铁干里克气象站，新疆 尉犁841508）

海洋占据了地表约70%的面积，接收了85%的太阳辐射，并以感热、潜热、长波辐射的方式传递给大气能量[1]，以及通过水循环等作用，对全球气候起到了重要调节和稳定的作用。海洋对气候的影响主要体现在4个方面：对全球大气的热力平衡具有重要影响；对全球水循环产生影响；对大气运动有重要的调谐作用；对温室效应具有调节作用[1-4]。因而海洋可作为气候变化重要的预测因子，可为短期气候预测业务提供有效参考[5]。

塔里木盆地是我国最大的内陆盆地，面积约5.3×105km2，降水稀少，年均降水量不足 100 mm，主要集中在夏季[6]，属于典型的暖温带大陆性干旱气候[7]。对于影响盆地夏季降水可能因素的研究已有很多：沙尘气溶胶[8]、青藏高原积雪[9]、高原季风[10]、北大西洋涛动[11]等。塔里木盆地特殊的C字地形以及受到西风带和季风的影响，导致其成为气候变化的敏感区和脆弱区[12-13]，突出表现为20世纪80年代中后期，以塔里木盆地为代表的西北干旱区降水显著增加[14]。而全球海洋变暖是全球变暖的突出表现，那么海温变化是否与欧亚内陆的塔里木盆地夏季降水存在密切联系呢？杨莲梅[15]等研究发现，新疆北部夏季降水与ENSO关联不大，但是和北印度洋、热带中东太平洋、西太平洋暖池及黑潮区、北大西洋以及热带大西洋呈明显的正相关性，春季最为显著。杨舵等[16]采用SVD方法分析发现，印度洋海温分布的3种类型与春季新疆降水场的分布有较好对应关系。杨舵等[17]还通过相关分析揭示新疆的3个地区（南疆、北疆、天山山区）的春季降水与前年7月北大西洋海温相关性最好，且找出了与降水较好对应的海温分布形式。谭艳梅[18]指出太平洋海温对北疆夏季降水的影响最为显著，且与Nino4区的海温关系密切，El Nino爆发年的次年，夏季降水可能会增多，La Nina爆发年的次年，降水可能会减少。此外不仅针对新疆地区，近年来对于其他地区的降水和海温也开展了大量研究工作。例如王建波[19]等指出引起华北地区5月降水呈年际变化的重要原因是：低纬印度洋海温的变化以及中纬西传罗斯贝波列。顾伟宗[20]证实冬季印度洋对华北春季降水影响最显著，且显著时段在前期。胡桂芳[21]等指出在下半年Nino3区海温显著升高，山东地区以及中纬东部降水量都呈较多趋势。王群英[22]等也指出在El Nino发生当年以及后期，华北地区春季降水偏多。

以往对降水和海温关系的研究中，大多数研究重点都在于某个海域（如赤道太平洋，印度洋和大西洋等）与降水的关系，各个区域对降水的综合影响涉及较少。目前干旱背景下气候预测难度较大，那么基于多区域海温预测因子，是否对塔里木盆地夏季降水具有较好的预测性能呢？需要进一步讨论分析。

1 研究资料

降水资料为1961—2015由新疆气象信息中心提供的55 a塔里木盆地夏季（6—8月）降水量数据，选取了沿塔里木盆地周围分布的34个站点。海表温度资料选取了1960—2015年NOAA提供的空间分辨率为2°×2°的全球月均海温数据，取60°S～60°N的区域用于研究。

2 塔里木盆地夏季降水和全球海温的相关

由图1可见，塔里木盆地夏季降水和前期秋季海温的相关性较差，仅出现小范围的显著正相关区，分布在菲律宾、澳大利亚东北方以及南太平洋中部海区，相关系数达到了0.3，通过了0.05的显著性检验。由于关键区范围很小，这里不再分析距平序列以及与秋季各月的相关性。

图1 塔里木盆地夏季降水与前秋海温场的相关系数

由图2可见，前期冬季海温和降水的相关性明显强于秋季。在印度洋区域主要呈正相关，在南印度洋出现一个大范围显著正相关区，相关系数超过了0.4，通过了0.01的显著性检验；太平洋区域，在北太平洋白令海附近出现了一个显著正相关区，相关系数达到0.3，但10°～40°N区域的相关性较差，在南太平洋为正负相关区交替，在30°～40°S的正相关性很好，相关系数达到了0.5；在大西洋全部为正相关区，在45°N与40°S都存在显著正相关区。澳大利亚西部出现了小范围显著负相关区，相关系数达到了0.3，地中海区域有一片显著负相关区。

图2 塔里木盆地夏季降水与前冬海温场的相关系数

由图3可以看出，降水和南大西洋海温在1961—1987年间的同号率极高，达到了90%；在1987年之后两者位相在一半的年数呈反向变化，一半的年数呈正向变化，从此可以看出塔里木盆地夏季降水和南大西洋海温具有较好的正相关性。

图3 冬季南大西洋海温与塔里木盆地夏季降水去除线性趋势的标准化序列

图4显示了塔木盆地夏季降水和前期冬季各月海温的相关分布。南印度洋显著正相关区在整个冬季都存在，但是12月范围很小，当年1月范围和强度大大增加，在2月形势维持。白令海峡的正相关区在当年1月最显著，到2月又开始减弱。而南太平洋的显著区同样也存在于整个冬季，在当年1月相关性最好。在大西洋区域，北部在12月出现了一个小范围显著正相关区，而南部显著区在3个月强度和范围相差不大。综上所述，对于前期冬季海温场的4个关键区，南印度洋中部在前期12月和当年1月最显著，白令海区域在当年1月最显著，南太平洋中部在当年1月最显著，南大西洋西部在3个月里强度差别较小。

图4 塔里木盆地夏季降水与前期冬季各月海温场的相关系数

图5给出了塔里木盆地夏季将会和前期春季海温的相关分布。在印度洋区域主要呈正相关，其中南印度洋中部有一个大范围显著正相关区，相关系数达到0.3以上，通过了0.05的显著性检验，在赤道东印度洋也存在小范围显著正相关区。还可见在地中海地区，有一显著的负相关区，相关系数达到-0.3，也通过了0.05的显著性检验。太平洋地区，在10°～45°N范围内相关性不好，但在45°N以北相关性又逐渐增强，在白令海附近出现了显著正相关区，相关系数超过0.3。在赤道东太平洋，存在显著正相关区，相关系数在0.3以上，其中心区域相关系数超过了0.4。在南太平洋主要呈正相关，中部出现了小片相关系数＞0.3的显著正相关区。在以往的研究中，考虑海温对塔里木盆地地区降水的影响时，大多都只选择印度洋和太平洋地区，较少考虑到大西洋地区，但由上图可以看出，在南大西洋临近阿根廷的区域，有一较大范围的正相关区，中心区域相关系数甚至达到了0.4，因此大西洋与塔里木盆地夏季降水的关系也不容忽视。

图5 塔里木盆地夏季降水与前期春季海温场的相关系数

由图6可以看出，从大体上来看，降水与赤道东太平洋的海温呈正相关，但是关系并不是很稳定，有的年份海温的变化滞后于降水变化，例如1981年，降水自此之后开始减少，而相对应的海温却在增加，直到1983年后海温才开始呈下降趋势。1983年后塔里木盆地夏季降水和赤道东太平洋冬季海温同号率相对很高，可达90%以上。

图6 赤道东太平洋关键区海温与降水去除线性趋势的标准化序列

图7给出了塔里木盆地夏季降水和前期春季海温各月相关分布。在南印度洋海域的显著正相关区域在整个春季一直存在，3月的范围最大，4月、5月明显开始减弱；3月，在赤道印度洋的相关系数超过0.4，通过0.01的显著性检验，但是4月突然消失，5月又重新出现并且强度范围有所增大；赤道东太平洋的显著正相关区域3—5月范围逐渐扩大，而南太平洋中部的区域减弱至消失。南大西洋的显著正相关区域3—4月强度和范围增大，5月减弱。综上所述，对于前期春季海温场的4个关键区，南印度洋中部在3月最显著，赤道印度洋在5月最显著，赤道东太平洋在5月最显著，南大西洋在4月最显著。

3 基于前期海温的塔里木盆地夏季降水预测

图7 塔里木盆地夏季降水与前期春季各月海温场的相关系数

由于前期秋季海温与降水通过显著检验的相关区域较小，因此只着重选取降水和前冬以及前春海温场相关系数＞0.3的8个显著正相关区（表1），去除线性趋势后，降水和海温的相关系数仍能通过0.05的显著性检验，说明二者在年际和年代际关系紧密。基于这8个区域平均的海温作为预测因子，将1961—2005年的降水观测值代入，建立逐步回归方程，结果为：y=4.74x3+12.73x6+13.94x8-416.35。其中x3代表的是春季热带东太平洋关键区海温，x6代表的是冬季白令海关键区海温，x8代表的是冬季南太平洋关键区海温。然后基于预测方程，得出了2006—2015年的降水预测值。所得结果与观测值的距平序列如图8所示，降水观测值和回归拟合值相关系数可达0.66，说明这3个区域的海温可以解释塔里木盆地夏季降水的40%，同号率达90%，为预测打下良好基础。进一步的分析发现，预测值和降水观测值的距平同号率达到了70%，说明该预测方程对塔里木盆地夏季降水具有一定的预测能力。

4 结论

塔里木盆地夏季降水和和前期秋季海温场的相关性不高，只在菲律宾附近海域和南太平洋中部分布有一些小块正相关区，前冬和前春海温与塔里木盆地夏季降水联系紧密，主要表现为正相关关系。

表1 前期各关键区海温和塔里木盆地夏季降水的相关系数

图8 回归拟合值、预测值与观测值距平的年变化

（1）前期冬季海温场的相关性（正相关）在4个大范围区域显著，即：南印度洋中部、南太平洋中部、南大西洋西部，白令海附近，且范围和强度最大依次在次年2月、次年1月、12月、次年1月。

（2）前期春季海温场的相关性（正相关）在4个大范围区域显著，即：南印度洋中部，赤道东印度洋，赤道东太平洋，南大西洋西部，且范围和强度最大依次在3月、5月、5月、4月。综上所述，与塔里木盆地夏季降水呈显著正相关的区域有赤道东印度洋、南印度洋中部、赤道东太平洋、南大西洋西部。

（3）采用1961—2005年前冬和前春海温场的8个关键区作为多元逐步回归方程的预报因子，得到了回归方程y=4.74x3+12.73x6+13.94x8-416.35，求得降水的回归拟合值，其距平与降水观测值的距平同号率达到了90%，相关系数为0.66。将2006—2015年的海温数据带入预测方程，求得降水预测值，其距平与降水观测值的距平同号率达到了70%。因而该预测模型对于塔里木盆地夏季降水的短期气候预测具有一定的借鉴意义。