华南春季旱涝与海温的关系

彭窈，谭勇展，彭劲洪，何彬，谭浩宇

（1.清远市清新区气象局，广东清远 511800；2.广东普天防雷检测有限责任公司佛山分公司，广东佛山 528500；3.英德市气象局，广东英德 513000；4.连南县气象局，广东连南 513300）

华南旱涝频繁，影响因子较多，其中太平洋海温异常是导致其发生的关键［1-4］。熊英等［5］发现西北太平洋海温持续偏暖易引发冬春连旱，热带东太平洋海温持续偏暖易引发冬春连涝。当春季赤道东太平洋海温异常偏冷、北太平洋海温异常偏暖，会形成广东春季干旱的大气环流条件［6］。前期太平洋海温对于华南地区的旱涝变化更是具有重要的预报指示意义，当前冬-春季热带中太平洋、北太平洋中部海域的海温异常增暖时，容易导致华南4—5月出现持续性干旱事件［7］。

诸多学者将华南地区作为一个整体，研究旱涝平均态与海温的关系，较少讨论海温对华南各地旱涝变化的影响，本研究着重讨论海温与华南各地旱涝的关系。

1 资料与方法

本研究中华南地区包括广东和广西，定义春季为3—5月；采用国家气象信息中心提供的气象观测站1961—2021年逐月降水、气温资料，剔除气候资料不连续的站点，最后选取出42个站点。海温场资料采用NOAA提供的1960—2021年全球月平均海表面温度（SST V5）数据，网格距为2.0°×2.0°。

利用气候资料计算华南春季标准化降水蒸散指数（SPEI），用于表征各地旱涝情况。SPEI考虑了水分平衡对干旱的影响，具有温度敏感性，适用于多种时间尺度和不同的空间地域，能较好地体现华南旱涝特征［8］，也能够表现出华南干旱和洪涝灾害的典型年份，其划分的旱涝等级见表1。

表1 SPEI的旱涝等级划分

指标原理和计算方法详见参考文献［9-10］。采用相关分析、奇异值分解（SVD）［11-12］分析旱涝与前冬、同期春季海温的关联性，再利用2016—2021年前冬海温场与平均态的差值，检验前期海温异常与华南春季旱涝的关系。

2 结果与分析

2.1 海温与华南春季旱涝的奇异值分解

将前1年全球冬季海温距平场与华南春季SPEI场进行SVD分析，所得前4个模态的方差贡献分别为42.61%、33.69%、4.13%、3.48%。由第1模态异质相关空间分布（图1a-b）可知，左场前冬海温距平的分布型（图1a）与其EOF分解第1模态的空间分布型（图略）相似，说明采用SVD讨论两者关系是可靠的。由图1a可以看出，北太平洋中部和南太平洋存在显著正相关区，热带中东太平洋和马来群岛海域存在显著负相关区，类似拉尼娜分布型；春季SPEI场的相关系数大体呈自东向西递增态势（图1b），雷州半岛、广西西部到南部一带为正值区，其余地区为负值区，其中约112°E以东负相关系数显著。由第2模态异质相关空间分布图（图1c-d）可知，阿拉斯加湾、赤道太平洋和热带大西洋存在显著正相关区，东太平洋存在显著负相关区（图1c）；广东中部至北部、广东东南部沿海为正值区，华南其余地区为负值区，其中广西西部和中南部、雷州半岛负相关系数显著（图1d）。

图1 前冬海温距平场与华南春季SPEI场的SVD异质相关图第1（a、b）和第2（c、d）模态的海温场（a、c）和华南春季SPEI（b、d）

将前1年全球春季海温距平场与华南春季SPEI场进行SVD分析，所得前4个模态的方差贡献分别为46.94%、31.72%、3.86%、3.30%。由第1模态异质相关空间分布（图2a-b）可知，北太平洋中部、赤道西太平洋存在显著正相关区，热带中东太平洋、我国南海海域、马来群岛海域和北美洲西沿岸存在显著负相关区，类似于拉尼娜分布型（图2a）；华南春季SPEI场的相关系数空间分布（图2b）与前冬SVD（图1b）的特征相似，大体呈自东向西递增态势，雷州半岛南部、广西西部为正值区，其余地区为负值区，其中约111°E以东负相关系数显著。由第2模态异质相关空间分布（图2c-d）可知，印度洋、热带太平洋、阿拉斯加湾、热带大西洋存在显著正相关区（图2c）；春季SPEI场的相关系数大体呈自东向西递减态势，广西西部和中南部、雷州半岛存在显著负相关区（图2d）。

前冬、春季海温距平场分别与华南春季SPEI场的SVD第1、2模态方差贡献都超过31%，均通过了蒙特卡洛检验，说明海温与华南春季旱涝变化具有持续的显著关联性，其余模态方差贡献明显减小，本研究不予考虑。两次SVD的第1模态为主要模态，其中太平洋海温特征具有相似性，最明显的是东太平洋海温在冬春两季为持续的显著负相关系数。当前冬-春季热带中东太平洋海温持续异常偏冷时，我国南海海域、马来群岛海域和北美洲西沿岸逐渐异常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐渐异常偏暖时，华南东部春季异常偏旱；反之，华南东部春季异常偏涝，该研究结果与周明森等［7］、伍红雨等［13］相似。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄尔尼诺）事件有利于华南东部春季偏旱（涝），揭示了太平洋ENSO振荡对华南东部春季旱涝变化具有持续性的重要影响。北太平洋中部、赤道西太平洋和北美洲西沿岸春季的相关系数大小和范围较冬季明显增大，且北太平洋与东太平洋、北美洲西沿岸呈反位相分布，揭示了太平洋年代际振荡（PDO）对华南东部春季旱涝变化的影响逐渐加强，在PD0“冷相位”（“暖相位”）期间，西太平洋偏暖（冷）、东太平洋偏冷（暖），有利于华南东部春季偏旱（涝）。两次SVD的第2模态为次要模态，当印度洋、热带太平洋、阿拉斯加湾、热带大西洋海温持续异常偏暖时，广西西部和中南部、雷州半岛春季异常偏旱；反之，广西西部和中南部、雷州半岛春季异常偏涝。

2.2 近5年前冬海温与华南春季旱涝关联性检验

统计2017—2021年逐年前冬海温与多年平均态的温差、逐年华南春季SPEI值空间分布，再结合旱涝灾害实况，对近5年前冬海温与华南春季旱涝关联性进行检验，以揭示前期海温对旱涝预测的指示意义。分析发现，2016、2019年冬季海温与平均态的温差较小，2017、2020年华南春季全区域旱涝整体不明显。

2017、2020年冬季（图3a、图4a）东太平洋异常偏冷，北太平洋中部异常偏暖，与SVD第1模态前冬海温场型（图1a）相似。根据实况，2018年广东开汛晚，5月6日入汛前广东降水偏少超30%，各地出现了不同程度的气象干旱。2018年华南春季平均SPEI值为-0.89，大体呈西高东低型态分布，干旱频率66.7%、洪涝频率9.5%，华南中东部大范围达中旱以上（图3b），与SVD第1模态SPEI场（图1b）空间分布特征相似。2020年10月—2021年5月华南发生秋冬春干旱，其中广东降水减少程度和干旱持续时间为近58年所罕见，粤东受灾尤为突出，干旱导致多地生活生产用水困难［13］。2021年华南春季平均SPEI值为-1.34，干旱频率81%、洪涝频率0%，除偏北地区正常，华南其余地区达中旱以上，其中华南东部-中部为大范围重旱（图4b）。分析认为，前冬海温异常对华南春季SPEI预测具有可靠性，旱涝预测结果与实况相符。

图3 2017年冬季温差（a）和2018年华南春季SPEI（b）空间分布

图4 2020年冬季温差（a）和2021年华南春季SPEI（b）空间分布

2018年冬季（图5a）太平洋大范围异常偏暖，太平洋偏东存在小范围偏冷海域，温差空间分布与SVD第2模态前冬海温距平场（图1c）空间分布特征相似。2019年华南春季平均SPEI值1.03，干旱频率0%、洪涝频率73.8%，雷州半岛、广西南部为正常，华南其他地区一致偏涝，其中广东中北部、广西偏北地区达重涝以上（图5b），与SVD第2模态SPEI场（图1d）的正值区（洪涝区）相对应，但并未通过显著性检验，亦未能表现出显著偏旱区域，进一步说明SVD第2模态为次要模态，对华南春季旱涝预测的指示性较差。

图5 2018年冬季温差（a）和2019年华南春季SPEI（b）空间分布

3 结论

1）前冬、春季海温距平场分别与华南春季SPEI场SVD第1模态为主要模态。当前冬-春季热带中东太平洋海温持续异常偏冷时，我国南海海域、马来群岛海域和北美洲西沿岸逐渐异常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐渐异常偏暖时，华南东部春季异常偏旱；反之，则异常偏涝。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄尔尼诺）事件有利于华南东部春季偏旱（涝），即太平洋ENSO振荡对华南东部春季旱涝变化具有持续性的重要影响。太平洋年代际振荡（PDO）对华南东部春季旱涝变化的影响逐渐加强，PDO“冷相位”（“暖相位”）期间，西太平洋偏暖（冷）、东太平洋偏冷（暖），有利于华南东部春季偏旱（涝）。

2）前冬、春季海温距平场分别与华南春季SPEI场的SVD第2模态为次要模态。当印度洋、热带太平洋、阿拉斯加湾、热带大西洋海温持续异常偏暖时，广西西部和中南部、雷州半岛春季异常偏旱；反之，则异常偏涝。

3）对近5年前冬海温与华南春季旱涝关联性进行检验，发现冬季海温异常年份（2017、2020、2018年）对次年华南春季SPEI场分布的影响与SVD分析结果一致，且SVD第1模态预测结果较优。前冬典型海温分布特征可用于预测华南春季旱涝年份，其中前冬太平洋对华南春季旱涝事件预测具有重要指示意义。