ENSO与东亚季风关系的年代际变化

ENSO与东亚季风关系的年代际变化

王鹏

中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局 300399

摘要：利用NCEP/NCAR 1981-2010年的风场和高度场的再分析资料和Hadley中心的海温资料，采用了李建平等定义的东亚夏季风指数，运用统计分析方法，分析了1981-2010共30年间东亚夏季风与ENSO关系的年代际的变化。结果表明ENSO与东亚夏季风关系呈稳健态势，即ENSO与东亚夏季风的关系不会随着年代际位相的变化而变化。在1981-1997年PDO冷位相期间，赤道中东太平洋海温为正异常，ENSO 与东亚夏季风呈正相关关系，El Nino期间，东亚夏季风强，La Nina期间，东亚季风弱。在1998-2010年PDO暖位相期间，该正相关关系仍然存在。进一步分析发现，ENSO与其他大尺度环境条件的关系也并不随年代际位相变化而变化。

关键词：ENSO；年代际变化；东亚夏季风；相关关系

引言

亚洲季风对大气环流和气候变化起到重要重用。东亚季风是亚洲季风系统中的重要组成部分。东亚季风的变化不仅会影响东亚地区的天气和气候，其对副热带及热带地区行星尺度的大气环流也起到重要的影响，继而影响次年夏季的天气和气候，因而会对农作物的生长产生很大的影响。东亚季风还具有不稳定的特点，比如有时候夏季风来得早，退得迟，从而引发洪涝和旱灾，使人们的生产和生活受到影响。

本文用东亚夏季风指数来表征东亚夏季风的强度，由于东亚夏季风既受到纬度方向上的海陆热力差异之间的影响，而且不同的年代际位相场会使ENSO事件的活动特点产生很大的差异。因为李建平等定义的夏季风指数考虑了季节变化和年际变化，所以本文采用李建平等定义的东亚夏季风指数作为东亚夏季风强度的标准，并结合Hadley中心提供的海表温度资料，以及美国气候预测中心（CPC）提供的ENSO强度指数，利用相关等方法主要分析了1981-2010年30年间东亚季风与ENSO关系的年代际变化，并探讨了东亚季风与ENSO之间关系年代际变化的一些可能成因。

1.主要资料

（1）海温资料选取为Hadley中心提供的全球月平均海温资料，水平分辨率为1.0°1.0°，时间尺度为1981-2010年。（2）美国气候预测中心（CPC）提供的NINO3.4区1981-2010年的ENSO指数。（3）高度场和风场资料为NCAR/NECP再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，垂直分辨率为2.5°×2.5°。本文的季节采取的是针对于北半球，冬季指前年12月至当年2月，春季指当年3月至5月，夏季指当年6月到8月。

2.东亚夏季风指数与ENSO指数关系的年代际变化

2.1 1981-2010年中东太平洋海域位相

季风形成的主要影响因素就是大陆和海洋之间的热力差异，因为海水的热容量大并且上层和下层之间可以相互交换，而对于陆地来说，它的热量小。所以在夏季，太阳辐射强，陆地由于热容量小，所以温度很快就会升上去，而对于海洋来说，温度升高就会慢得多，因此，海洋和大陆之间就会产生热力的差异，大陆对于海洋来说是热的，而海洋对于大陆来说就是冷的；到了冬季的时候，正好和夏季是相反的情况，因为冬季太阳辐射会变弱，由于陆地的热容量小，降温就会降得非常快，而海洋的热容量大，所以它降温就会降得慢，此时，陆地对于海洋来说是冷的，而海洋对于陆地就相当于一个热源。由于海陆之间产生了热力差异，因此就会形成季风。因为海陆热力差异对季风的影响非常重要，因此海温距平的变化就会对季风的形成与强弱影响很大。鉴于有研究表明20世纪末气候上出现了一次突变。本文比较了1981-1997年期间和1998-2010年期间两段时间的海温距平。如图1所示，在1981-1997年期间，赤道及其中东太平洋海温距平为正，达到0.3左右，呈现出PDO的暖位相状态。而在1998-2010期间，赤道及其中东太平洋海温距平为负，达到-0.3左右，呈现出PDO的冷位相状态。由此，1981-2010期间呈现了一个由PDO暖位相向冷位相的转变。由此，两个不同的年代际位相，ENSO与东亚夏季风的关系在不同的年代际位相如何？

图1（a）1981-1997年平均海温距平图 （b）1998-2010年平均海温距平图

2.2东亚夏季风指数与ENSO指数的相关关系

东亚夏季风指数与ENSO强度指数从1981-2010年的年代际关系如图2所示。从图2中可以看出，总体来说，1981-2010整个三十年间，东亚夏季风指数与ENSO强度指数成正相关关系，并且相关关系很好，通过了信度为95％的显著性检验。其中1981-1997年，东亚夏季风指数与NESO强度指数也是成正相关关系，并且通过了信度为90％的显著性检验。在这17年当中，发生了6次ElNino事件，4次LaNina事件，并且在1982-1983，1997-1998发生了非常强的ElNino的事件。

图2 1981-2010年东亚夏季风指数与ENSO指数相关关系的年代际变化

观察1998-2010年可以发现，东亚夏季风指数与ENSO强度指数依旧呈现正相关关系，也通过了信度为90％的显著性检验。在这13年中发生了4次ElNino事件，5次LaNina事件，并且可以注意到，当发生强ElNino或强LaNina现象时，东亚夏季风指数很大，当ENSO指数很小的时候，季风指数也对应减小。那么究竟是什么原因导致两个年代之间的东亚夏季风指数和ENSO强度指数呈现正相关的稳健关系就是本文所要探讨的重点。

通过前面的分析可知ENSO指数与东亚夏季风指数之间有着稳健的关系。同时单独看东亚夏季风指数的图也可以发现，如图3所示，前后两个年代之间东亚夏季风的强度基本没有发生变化，夏季风的强度稳定。

图3 1981-2010年东亚夏季风强度指数

同时本文采用了线性回归分析的方法，对ENSO强度指数和东亚夏季风强度指数进行了一元线性回归并对相关系数进行了回归分析。

图4 1981-2010年ENSO强度指数与东亚夏季风指数一元线性回归分析

结果由图4可以发现，其中横轴为ENSO强度指数，纵轴为东亚夏季风指数，东亚夏季风指数与ENSO强度指数拟合出一条斜率为正的直线，可以说明东亚夏季风指数与ENSO指数在年代际上呈现出很好的正相关关系，进而验证了图一关系的正确性，并进而说明ENSO与东亚夏季风的异常变化会对对方产生极其重要的影响。

3.结语

通过以上的分析，我们可以看出虽然处于不同的年代际背景下，但是ENSO与东亚夏季风的关系不随着年代际变化。当年代处于暖位相的情况下，ENSO与东亚夏季风正相关，其中东亚夏季风指数与海温距平正相关，与500hPa高度场负相关，与850hPa风场正相关，ENSO指数与500hPa高度场负相关，与850hPa风场正相关。当ENSO发展比较强的时候，尤其是ElNino强盛的时候，会导致赤道及中东太平洋附近海温异常变暖，因为ENSO指数与高度场负相关，所以此时西太平洋副热带高压会变得异常大，就会导致东亚地区气压梯度力加大，此时更有利于气流的辐合，因此，东亚夏季风会加强。

参考文献

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[5] 陶诗言、朱文妹、赵卫,1988,论梅雨的年际变异,大气科学(特刊),13-21.

作者简介：王鹏（1993.09），男，汉族，天津市人，本科，助理工程师，从事气象工作。