郭飛燕 畢 瑋 郭飛龍 王建林

(1. 青島市氣象局 青島 266003; 2. 青島市氣象災(zāi)害防御工程技術(shù)研究中心 青島 266003; 3. 中南林業(yè)科技大學(xué)長(zhǎng)沙 410004)

發(fā)生在熱帶中東太平洋的海溫年際變化異?，F(xiàn)象以及與之伴隨的熱帶太平洋和印度洋東西方向海平面氣壓變化的蹺蹺板現(xiàn)象被合稱為厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(El Ni?o-Southern oscillation, ENSO)( Philander,1990)。大量的觀測(cè)和模擬結(jié)果均表明 ENSO是熱帶太平洋上最顯著的異常信號(hào)(劉秦玉等, 2013), 同時(shí)也被認(rèn)為是年際氣候變化中的最強(qiáng)信號(hào)(董宇佳等,2015)。ENSO對(duì)全球氣候有極大的影響, 其中影響最直接顯著的是冬季北美的氣候異常, 在ENSO發(fā)生時(shí)可以通過(guò)大氣遙相關(guān)波列即太平洋北美型(Pacific North America, PNA)影響赤道外氣候異常, 從而被用作北美冬季氣候預(yù)報(bào)指標(biāo)之一(Alexander et al, 2002)。

盡管 ENSO現(xiàn)象發(fā)生在距離我國(guó)比較遙遠(yuǎn)的赤道中東太平洋, 但它仍然會(huì)通過(guò)大氣環(huán)流影響我國(guó)。ENSO發(fā)生年夏季, 熱帶西太平洋和亞洲上空的東亞-太平洋(EAP)(黃榮輝等, 1988)或太平洋-日本(PJ) (Nitta,1987)遙相關(guān)型會(huì)影響東亞阻塞高壓的年際變化和西北太平洋副熱帶高壓的位置變化(陸日宇等, 1998; 陸日宇, 2001), 從而引起我國(guó)的江淮流域的降水(朱益民等,2007)和氣溫異常, 如1954年和1998年夏季長(zhǎng)江流域的洪災(zāi)。我國(guó)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)中國(guó)夏季降水受 ENSO循環(huán)影響(例如, 金祖輝等, 1999; 龔道溢等, 1999; 陳奕德等, 2005), 而且與 ENSO處于不同的循環(huán)階段有關(guān)(Torrenceet al, 1999; Zhanget al, 1999; Wang, 2002)。

山東省位于北半球中緯度地帶, 正好處于我國(guó)南北方的過(guò)渡區(qū), 地理位置偏東, 地處暖溫帶東亞季風(fēng)區(qū), 受ENSO事件影響很明顯(王常山等, 2013)。孟翠玲等(2007)提出ENSO主要影響山東省的夏秋季降水, 且對(duì)沿海降水量的影響大于對(duì)內(nèi)陸的影響。馬露等(2015b)的研究分析指出, ENSO強(qiáng)度對(duì)山東省氣溫變化影響不顯著, 而與降水量呈顯著負(fù)相關(guān), 且中、強(qiáng)等級(jí) ENSO事件對(duì)降水量的影響更明顯(馬露等,2015a)。這些研究均是建立在ENSO冷暖位相完全反對(duì)稱的基礎(chǔ)上的。但厄爾尼諾和拉尼娜的發(fā)生強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間等特征是不一致的。孫舒悅等(2015)以及楚純潔等(2015)研究均指出ENSO冷暖位相及不同發(fā)展階段等對(duì)中國(guó)的不同區(qū)域、不同季節(jié)的影響程度、方式均有較大的差異。山東境域包括內(nèi)陸和沿海的半島,且多山地丘陵, 這種特殊的地理特征勢(shì)必會(huì)使其在相同的氣候背景影響下表現(xiàn)出不同的地域響應(yīng)。因此本文旨在解決的科學(xué)問(wèn)題是 ENSO的暖位相(厄爾尼諾)和冷位相(拉尼娜)對(duì)山東地區(qū)氣候會(huì)產(chǎn)生怎樣的年際變化影響; ENSO冷暖位相的發(fā)展期和衰減期對(duì)山東地區(qū)氣候年際變化的影響表現(xiàn)為怎樣的空間分布不均勻特征。山東省是中國(guó)的農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、旅游大省, 氣候的異常變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活影響重大。因此細(xì)致探究和分析ENSO對(duì)山東省年際氣候變化的影響具有重要的意義。

1 資料與分析方法

本文使用最新的美國(guó)國(guó)家大氣海洋管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)擴(kuò)充重建海表面溫度(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature, Version 4, ERSST V4)(Huanget al, 2015; Liuet al, 2015), 該資料具有足夠長(zhǎng)的海溫變化數(shù)據(jù)和較準(zhǔn)確的大尺度氣候變化特征。氣象觀測(cè)資料使用了1951年1月至2016年9月中國(guó)160個(gè)站點(diǎn)的月平均氣溫和降水資料。

ENSO是最強(qiáng)年際變化信號(hào), 因此對(duì)本文中所用到的物理量在扣除年循環(huán)的基礎(chǔ)上, 通過(guò)帶通濾波的方式將年際變化信號(hào)之外即季節(jié)變化以下和 9年以上的其它噪聲過(guò)濾掉, 僅保留了 4—108個(gè)月之間的信號(hào)。ENSO有東部和中部型模態(tài), 為了包含所有ENSO事件, 本文采用了國(guó)際上通用的 Nino3.4區(qū)(170°W–120°W, 5°S–5°N)指數(shù)作為判別ENSO事件的關(guān)鍵區(qū)。ENSO事件的挑選標(biāo)準(zhǔn)參考 Lyon等(2006),且與NOAA官網(wǎng)采用的標(biāo)準(zhǔn)一致, 即Nino3.4區(qū)海溫距平3個(gè)月滑動(dòng)平均超過(guò)+/–0.5°C并持續(xù)5個(gè)月以上,就認(rèn)為該年為厄爾尼諾/拉尼娜年。ENSO的冷暖位相具有顯著的不對(duì)稱性, 為了研究?jī)烧邔?duì)山東氣候的影響差異, 本文使用合成分析對(duì)厄爾尼諾和拉尼娜事件進(jìn)行分類研究。本文將厄爾尼諾(拉尼娜)年單站出現(xiàn)降水/氣溫正異常次數(shù)與總的厄爾尼諾(拉尼娜)樣本數(shù)的比值, 作為厄爾尼諾(拉尼娜)降水/氣溫正概率, 反之作為負(fù)概率, 研究不同站點(diǎn)ENSO年降水或氣溫正負(fù)異常出現(xiàn)概率。

2 山東省季節(jié)氣候特征及其年際變化

春夏兩季海洋對(duì)山東省溫度分布的影響占主要地位, 平均溫度場(chǎng)的基本特征呈經(jīng)向分布, 即自東向西逐漸升高。東部的沿海地區(qū)溫度低, 西部的內(nèi)陸地區(qū)溫度高。這是因?yàn)榇合膬杉緝?nèi)陸地區(qū)受太陽(yáng)輻射影響, 溫度上升快, 但沿海地區(qū)受海洋影響, 因此增溫比內(nèi)陸緩慢。春季, 魯西北及魯西南地區(qū)平均氣溫在14°C以上, 而半島地區(qū)則在 12°C以下, 其中膠州灣西部地區(qū)溫度在11°C左右(圖1a)。春季, 山東平均氣溫的東西向溫度梯度最大, 是全年中地域溫差最大的季節(jié), 東西溫差最大可達(dá) 3.5°C以上。夏季, 魯西北和魯西南地區(qū)平均氣溫超過(guò) 26°C, 半島地區(qū)平均氣溫為24°C, 東西地域溫差僅為 2°C左右(圖1b)。秋冬兩季, 山東平均氣溫則轉(zhuǎn)變?yōu)榫曄蚍植? 自南向北溫度逐漸降低(圖1c和1d), 這與于群等(2007)結(jié)果一致。秋季, 隨著蒙古高壓的建立和加強(qiáng), 山東開(kāi)始受極地大陸氣團(tuán)控制, 由緯度影響引起的溫度變化逐漸大于海洋的影響(曹鋼鋒等, 1988), 因此溫度的分布轉(zhuǎn)為緯向型。山東省南部平均氣溫為15°C, 北部為14°C, 是全年中地域溫差最小(1°C)的季節(jié), 但半島東部沿海地區(qū)的 15°C 線要比內(nèi)陸地區(qū)(魯西南)的 15°C線偏北約兩個(gè)緯度(圖1c)。冬季, 魯西北平均氣溫可達(dá)–1.5°C, 魯南和半島南部均在 0°C 線以上, 而魯西南冬季平均氣溫可達(dá)1°C以上, 南北地域溫差為2.5°C。

山東各季節(jié)累計(jì)降水量均呈現(xiàn)南多北少的分布特征, 且夏季魯南季節(jié)累計(jì)降水量最大可達(dá) 520mm以上(圖 2b), 冬季魯西北降水最少在 20mm 以下(圖2d)。春季, 魯南的最大累計(jì)降水量為140mm左右, 魯西北則為 80mm, 南北最大相差 60mm(圖 2a)。山東受暖溫帶季風(fēng)氣候的影響, 年降水量主要集中在夏季, 魯南最大降水量在 520mm 以上, 魯中和半島北部部分地區(qū)降水量?jī)H為 390mm, 南北降水量差高達(dá)130mm(圖2b), 與遲竹萍(2009)結(jié)果基本一致。秋季,山東南部沿岸一帶平均降水量為 150mm左右, 自南向北遞減, 魯西北降水量為 100mm, 南北最大相差50mm(圖2c)。冬季, 山東省內(nèi)降水量很小, 南部累計(jì)降水量在40mm, 魯西北地區(qū)最低為20mm左右(圖2d)。

圖1 山東省四季平均氣溫(等值線, 單位°C)及其年際變化標(biāo)準(zhǔn)差(填色, 單位°C)Fig.1 Seasonal air temperature average and standard deviations of interannual variability in Shandong Province (in °C)

圖2 山東省四季平均累計(jì)降水(等值線, 單位mm)及其年際變化標(biāo)準(zhǔn)差(填色, 單位mm)Fig.2 Seasonal average cumulative and the standard deviations of interannual variation in Shandong Province (in mm)

冬季是一年中山東省氣溫年際變化標(biāo)準(zhǔn)差最顯著的季節(jié), 呈沿海小、內(nèi)陸大的形態(tài), 其中魯西北氣溫的年際變化標(biāo)準(zhǔn)差最大可達(dá)1°C以上, 半島東部和青島沿海地區(qū)也超過(guò) 0.9°C(圖 1d)。本文的結(jié)果與于群等(2007)山東冬季平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)差為 0.96—1.65°C有差別, 這是由于本文研究的僅是年際變化標(biāo)準(zhǔn)差,所以要比總的標(biāo)準(zhǔn)差要小。春季氣溫年際變化標(biāo)準(zhǔn)差自西北向東南逐漸遞減, 魯西北的標(biāo)準(zhǔn)差為 0.8°C,山東南部沿岸地區(qū)的年際變化標(biāo)準(zhǔn)差為0.65°C。秋季氣溫的年際變化最不明顯, 僅山東西部和半島東部有較弱的年際變化。夏季是山東省的主降水季, 也是年際變化最顯著的季節(jié), 其中魯西北和魯南東部以及膠州灣西部的年際變化最為顯著, 年際變化標(biāo)準(zhǔn)差在120mm以上(圖2b)。降水量最少的冬季也是年際變化最不顯著的季節(jié)(圖2d)。春秋兩季年際變化標(biāo)注差分布與平均累計(jì)降水量的分布特征相似, 自南向北減弱。春季時(shí)魯南地區(qū)年際變化標(biāo)準(zhǔn)差為60mm以上(圖 2a), 秋季膠州灣以西年際變化最為顯著, 最大在80mm以上(圖2c)。

3 ENSO冷暖位相背景下山東年際氣候變化特征

從1951到2015年, 熱帶太平洋共發(fā)生14個(gè)厄爾尼諾和13個(gè)拉尼娜(見(jiàn)表1)較強(qiáng)事件, 其中1972、1982、1997、2015年發(fā)生的厄爾尼諾是近65年來(lái)最強(qiáng)的ENSO事件。盡管厄爾尼諾和拉尼娜的發(fā)生頻次大致相同, 但強(qiáng)度卻并不一致。從圖3可知, 厄爾尼諾年 Ni?o3.4區(qū)的海溫異常強(qiáng)度一般要大于拉尼娜年。因此非常有必要對(duì)厄爾尼諾和拉尼娜事件進(jìn)行分類研究。絕大多數(shù)ENSO的冷暖位相(厄爾尼諾、拉尼娜)在春末夏初開(kāi)始發(fā)展, 由于海洋對(duì)氣候的“滯后”效應(yīng), ENSO可通過(guò)影響西北太平洋異常反氣旋, 進(jìn)而影響我國(guó)在其衰減年的氣候(Wanget al,2000)。本文對(duì)表 1中列出的所有厄爾尼諾和拉尼娜事件的發(fā)展年和衰減年分別進(jìn)行研究, 并將ENSO發(fā)展年定義為(0)年, ENSO次年的衰減年定義為(1)年。

表1 1951—2015年期間發(fā)生的厄爾尼諾和拉尼娜事件Tab.1 The El Ni?o and La Ni?a events during 1951—2015

3.1 ENSO對(duì)山東氣溫年際變化的影響

厄爾尼諾發(fā)展年夏季(圖4a), 山東處于華東低溫異常區(qū)的邊緣地帶, 除魯西北外, 山東其它地區(qū)氣溫較常年偏低, 其中魯南南部的氣溫較常年偏低 0.3°C以上, 這可能與厄爾尼諾年西北太平洋副熱帶高壓異常偏弱有關(guān)。秋季時(shí)華東低溫異常區(qū)減弱, 東北低溫異常發(fā)展南擴(kuò), 但山東地區(qū)受其影響變化不明顯,僅威海、煙臺(tái)北部處于東北低溫異常區(qū)的南緣,呈現(xiàn)弱低溫異常現(xiàn)象(圖4b)。厄爾尼諾發(fā)展年冬季(圖4c),魯南、半島西部以及成山頭部分地區(qū)與中國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)一樣屬于暖冬, 較常年偏暖0.2°C左右。厄爾尼諾減弱消失后的衰減年春季(圖略)和夏季(圖 4d), 對(duì)山東地區(qū)的氣溫基本沒(méi)有影響。由此可知, 厄爾尼諾對(duì)山東氣溫的影響主要集中在其發(fā)展年的夏季和冬季, 且以山東南部地區(qū)為主。

圖3 1951年1月至2016年9月的Nino3.4指數(shù)時(shí)間序列Fig.3 Time Series of Nino3.4 index from January 1951 to September 2016

圖4 山東省(垂直色標(biāo))和中國(guó)(水平色標(biāo))厄爾尼諾事件發(fā)展年(0)和衰減年(1)季節(jié)平均氣溫異常合成圖Fig.4 The seasonal average air temperature composites in El Ni?o event in developing phase (0) and decaying phase (1) in Shandong Province (vertical color bar) and most area of China (horizontal color bar)

在拉尼娜的影響下, 夏秋兩季我國(guó)大部地區(qū)尤其東北氣溫均較常年偏高, 山東全省境內(nèi)也是如此。夏季山東南部地區(qū)氣溫偏高明顯, 而秋季西北部氣溫偏高明顯, 最大達(dá)0.3°C以上(圖5a和5b), 這可能與拉尼娜年西北太平洋副熱帶高壓異常偏強(qiáng)有關(guān)。拉尼娜年冬季除華北、東北地區(qū)為暖冬外, 其它地區(qū)為冷冬(圖 5c), 山東地區(qū)冬季(圖 5c)和拉尼娜衰減年春季(圖略)氣溫基本不受拉尼娜的影響。拉尼娜衰減年夏季基本處于衰退階段, 中國(guó)大部尤其是淮河流域南北兩側(cè)為涼夏, 山東地區(qū)氣溫均較常年偏低(最大達(dá)–0.4°C以上)(圖5d)。綜合來(lái)看, 拉尼娜對(duì)山東氣溫的影響主要集中在發(fā)展年的夏秋季以及衰減年的夏季, 與厄爾尼諾相比, 影響范圍廣(幾乎覆蓋山東全省)、強(qiáng)度強(qiáng), 這可能與拉尼娜年副熱帶高壓較偏強(qiáng)偏北有關(guān)系。

鑒于 ENSO對(duì)山東氣溫影響存在顯著的空間分布不均勻性, 本文選取青島和濟(jì)南作為山東的沿海和內(nèi)陸城市代表。圖6是青島和濟(jì)南在不同季節(jié)厄爾尼諾和拉尼娜年出現(xiàn)溫度正異常或負(fù)異常的概率圖。青島在厄爾尼諾夏季出現(xiàn)氣溫正異常的概率為 64%,拉尼娜年夏季出現(xiàn)氣溫負(fù)異常的概率為 68%(圖 6a),均超過(guò)50%的概率,即ENSO冷暖位相對(duì)青島氣溫的影響是反對(duì)稱的。但是對(duì)于濟(jì)南來(lái)說(shuō), 厄爾尼諾/拉尼娜年夏季出現(xiàn)正負(fù)溫度異常的概率均在 50%左右,ENSO對(duì)其影響不明顯。厄爾尼諾年秋季青島和濟(jì)南出現(xiàn)正負(fù)異常概率均在 50%左右, 拉尼娜年秋季兩地出現(xiàn)正異常的概率為77%和70%(圖6b), 由此可知,拉尼娜年秋季山東沿海和內(nèi)陸地區(qū)均較易出現(xiàn)暖秋。厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年青島冬季出現(xiàn)負(fù)/正氣溫異常的概率分別是54%和57%, 然而濟(jì)南在厄爾尼諾和拉尼娜年出現(xiàn)氣溫正異常的概率均超過(guò) 50%, 分別為64%和62%, 也就是說(shuō)ENSO冷暖位相對(duì)濟(jì)南冬季的影響相一致(圖6c)。厄爾尼諾/拉尼娜衰減年夏季, 青島出現(xiàn)氣溫正/負(fù)異常的概率分別是 57%和 77%(圖6d), 也是反對(duì)稱影響。與之不同的是, 濟(jì)南出現(xiàn)氣溫負(fù)異常的概率都超過(guò) 50%, 分別為 57%和 77%,也就是說(shuō)在厄爾尼諾和拉尼娜衰減年夏季濟(jì)南均較易出現(xiàn)涼夏?？偠灾? 厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年和衰減年夏季對(duì)山東南部沿海地區(qū)(以青島為例)氣溫的影響是反對(duì)稱的。但是對(duì)內(nèi)陸地區(qū)(以濟(jì)南為例)而言, 在厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年冬季以及衰減年夏季兩者對(duì)濟(jì)南氣溫的影響是一致的。

圖5 山東省(垂直色標(biāo))和中國(guó)(水平色標(biāo)) 拉尼娜事件發(fā)展年(0)和衰減年(1)季節(jié)平均氣溫異常合成圖Fig.5 The seasonal average air temperature composites in La Ni?a event in developing phase (0) and decaying phase (1) in Shandong Province (vertical color bar) and most area of China (horizontal color bar)

圖6 ENSO發(fā)展年夏(a), 秋(b), 冬(c)和衰減年夏季(d)青島和濟(jì)南出現(xiàn)氣溫正或負(fù)異常概率Fig.6 The percentages of positive or negative air temperature anomalies in Qingdao and Jinan during developing year (0) (a: summer; b:autumn; c: winter) and decaying year (1) (d: summer)

3.2 ENSO對(duì)山東降水年際變化的影響

厄爾尼諾對(duì)中國(guó)降水影響非常明顯, 在其發(fā)展年夏季從西南方向的四川向東北方向的甘肅、陜西、山西、河北、山東、吉林、內(nèi)蒙古均較常年降水偏少,且中西部和東北部各存在一個(gè)降水偏少的極大值區(qū)(圖7a)。山東地區(qū)處于北方降水負(fù)異常大值區(qū)和安徽江蘇降水正異常區(qū)的中間地帶, 因此在山東境內(nèi)降水異常的分布存在顯著不均勻性。魯西北(60mm以上)和山東半島地區(qū)(45mm 以上)降水較常年偏少很多,而魯西南地區(qū)則沒(méi)有明顯的降水異常。從秋季開(kāi)始降水的南澇北旱分布型形成, 且原先夏季北方的降水偏少區(qū)明顯南壓(圖7b)。魯西北和半島北部降水負(fù)異常明顯減弱甚至消失, 但半島南部負(fù)異常開(kāi)始增大,膠州灣附近的降水偏少的幅度大于 60mm, 同時(shí)魯西南也出現(xiàn)降水偏少的情況。冬季由于北方降水很少,厄爾尼諾對(duì)山東地區(qū)幾乎沒(méi)有影響(圖略)。厄爾尼諾衰減年春季(圖 7c), 南北方的降水均偏多, 且在江淮流域降水較常年明顯偏多, 魯西南地區(qū)與半島東部有弱的降水偏多出現(xiàn)。在厄爾尼諾衰減年夏季(圖7d), 受其強(qiáng)海溫異常滯后效應(yīng)的影響, 魯西北和魯西南降水最大偏多 45mm左右, 山東的臨沂南部地區(qū)降水較往年偏少。綜合來(lái)看, 厄爾尼諾對(duì)山東降水的影響主要集中在其發(fā)展年的夏季和秋季, 夏季魯西北降水負(fù)異常顯著, 而秋季半島南部出現(xiàn)明顯的降水偏少現(xiàn)象。

圖7 山東省和中國(guó)厄爾尼諾發(fā)展年(0)和衰減年(1)季節(jié)累計(jì)降水量異常合成圖Fig.7 Seasonal average precipitation composites for El Ni?o events in developing phase (0) and decaying phase (1) in Shandong Province and most area of China

由于厄爾尼諾與拉尼娜自身的顯著不對(duì)稱性,導(dǎo)致兩者對(duì)四季降水的影響不同。拉尼娜對(duì)降水的影響范圍小, 且強(qiáng)度弱。拉尼娜發(fā)展年夏季, 僅半島地區(qū)降水較常年偏多(最大達(dá)50mm以上), 魯西北和魯南則受拉尼娜的影響很小, 幾乎沒(méi)有降水異常(圖8a)。拉尼娜年的秋季, 與厄爾尼諾年較明顯的南澇北旱型完全不同, 中國(guó)絕大部分地區(qū)包含山東基本不受拉尼娜的影響, 沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的降水異常(圖8b)。在拉尼娜達(dá)到峰值的冬季(圖略)和衰減年春季(圖 8c), 長(zhǎng)江以南的華東南地區(qū)較往年偏旱, 其它地區(qū)降水異常不明顯。到了衰減年夏季(圖8d), 僅魯西北部分地區(qū)表現(xiàn)為降水異常偏少(最大達(dá) 40mm 以上)?？傊? 拉尼娜發(fā)展年夏季主要引起山東半島地區(qū)降水偏多, 而在其衰減年夏季魯西北部分地區(qū)較易出現(xiàn)降水偏少的現(xiàn)象。

厄爾尼諾年夏季和秋季青島和濟(jì)南出現(xiàn)降水偏少的概率都超過(guò) 50%, 青島出現(xiàn)降水偏少的概率從夏季的64%增長(zhǎng)為秋季的71%, 濟(jì)南則從夏季的86%減少為64%(圖9a和9b)。拉尼娜年的夏季和秋季對(duì)青島和濟(jì)南降水的影響不明顯。從圖 9c來(lái)看, 厄爾尼諾和拉尼娜衰減年春季, 青島地區(qū)出現(xiàn)降水偏多概率均在50%以上, 分別為57%和69%。但ENSO對(duì)濟(jì)南秋季降水影響不顯著。厄爾尼諾和拉尼娜衰減年夏季(圖9d), 青島出現(xiàn)降水偏少和偏多的概率分別為71%和69%, ENSO冷暖位相對(duì)青島衰減年夏季降水的影響是反對(duì)稱的。濟(jì)南與青島正好相反, 厄爾尼諾衰減年夏季降水往往較常年偏多(62%), 而拉尼娜衰減年往往較常年偏少(64%); 但 ENSO冷暖位相對(duì)濟(jì)南衰減年夏季的影響是反對(duì)稱的。

圖8 山東省和中國(guó)拉尼娜發(fā)展年(0)和衰減年(1)季節(jié)累計(jì)降水量異常合成圖Fig.8 Seasonal average precipitation composites for La Ni?a events in developing phase (0) and decaying phase (1) in Shandong Province and most area of China

圖9 ENSO發(fā)展年夏(a), 秋(b), 衰減年春(c)和衰減年夏(d)季青島和濟(jì)南出現(xiàn)降水正或負(fù)異常概率Fig.9 The percentages of positive or negative precipitation anomalies in Qingdao and Jinan in developing year (0) (a: summer; b:autumn) and decaying year (1) (c: spring; d: summer)

4 結(jié)論

本文采用NOAA ERSST V4近65年(1951年1月至2016年9月)的月平均海表面溫度數(shù)據(jù)以及中國(guó)氣象局氣候中心的中國(guó)降水和氣溫 160站點(diǎn)觀測(cè)資料, 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理分析了山東氣溫和降水的季節(jié)氣候特征及其年際變化。通過(guò)對(duì)65年間發(fā)生的ENSO事件的合成分析, 揭示了厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)展年以及衰減年與山東氣溫和降水年際氣候異常的關(guān)系。結(jié)果表明:

山東省春夏和秋冬季溫度分別呈經(jīng)向和緯向分布, 而降水一年四季都呈南多北少分布; 春季山東平均氣溫的東西向溫度梯度最大, 是全年中地域溫差最大的季節(jié), 東西溫差最大可達(dá) 3.5°C, 秋季則是全年中地域溫差最小(約1°C左右)的季節(jié)。夏季是山東省的主降水季, 魯南最大季節(jié)累計(jì)降水量在 520mm以上, 魯中和半島北部部分地區(qū)降水量?jī)H為 390mm左右, 南北降水量差高達(dá)130mm。全年中魯西北冬季季節(jié)累計(jì)降水量最少(20mm左右)。以上分析結(jié)果與前人的結(jié)果(例如曹鋼鋒等, 1988)基本一致。

在年際變化方面, 冬季是一年中氣溫年際變化最顯著的季節(jié), 其中魯西北的年際變化標(biāo)準(zhǔn)差最大可達(dá)1°C以上, 而秋季氣溫的年際變化最不明顯; 對(duì)降水的年際變化特征來(lái)說(shuō), 夏季魯西北、魯南東部和膠州灣西部地區(qū)的年際變化最大, 季節(jié)累計(jì)降水量變化最大達(dá)120mm以上, 冬季降水年際變化最弱。

ENSO對(duì)山東地區(qū)不同季節(jié)氣溫和降水異常強(qiáng)度的影響非嚴(yán)格反對(duì)稱, 且存在顯著的空間分布不均勻性。拉尼娜對(duì)山東氣溫年際變化的影響要比厄爾尼諾強(qiáng)、且影響范圍要廣, 但是厄爾尼諾對(duì)山東降水年際變化的影響更明顯。厄爾尼諾對(duì)山東氣溫的影響主要集中在其發(fā)展年的夏季和冬季, 且以山東南部地區(qū)為主。拉尼娜對(duì)山東氣溫的影響主要集中在發(fā)展年的夏季和秋季以及衰減年的夏季, 影響范圍幾乎覆蓋山東全省。厄爾尼諾對(duì)降水的影響則主要集中在其發(fā)展年的夏季和秋季, 夏季魯西北降水較常年顯著偏少(降水減少最大達(dá) 60mm以上), 秋季則是半島南部降水較常年顯著減小(膠州灣西部降水偏少60mm以上)。拉尼娜對(duì)降水的影響較厄爾尼諾而言范圍要小, 強(qiáng)度要弱, 主要集中在其發(fā)展年和衰減年的夏季, 發(fā)展年夏季半島地區(qū)多雨, 衰減年夏季魯西北部分地區(qū)少雨。

厄爾尼諾(拉尼娜)發(fā)展年和衰減年夏季山東南部沿海地區(qū)(以青島為例)出現(xiàn)氣溫正(負(fù))異常的概率分別為64%(68%)和57%(77%), 即兩者對(duì)南部沿海地區(qū)氣溫正負(fù)變化的影響是反對(duì)稱的, 但是對(duì)內(nèi)陸地區(qū)(以濟(jì)南為例)而言, 在厄爾尼諾和拉尼娜發(fā)展年冬季氣溫往往偏高(64%和 62%),衰減年夏季氣溫往往偏低(57%和 77%),也就是說(shuō)兩者對(duì)內(nèi)陸地區(qū)的影響是一致變化的。ENSO冷暖位相對(duì)南部沿海和內(nèi)陸地區(qū)夏秋季降水變化的影響不對(duì)稱, 但是對(duì)衰減年夏季降水的影響是反對(duì)稱的: 厄爾尼諾發(fā)展年夏季, 南部沿海和內(nèi)陸地區(qū)出現(xiàn)降水負(fù)異常的概率分別為64%和86%, 秋季為71%和64%, 但拉尼娜年夏秋季沒(méi)有明顯的降水異常出現(xiàn); 厄爾尼諾(拉尼娜)衰減年夏季, 青島降水往往偏少 71%(偏多 69%), 濟(jì)南降水則往往偏多62%(偏少64%)。

通過(guò)本文的研究發(fā)現(xiàn), ENSO不僅對(duì)大范圍地區(qū)有顯著的影響, 對(duì)山東單省亦有分區(qū)指示意義。在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中既可以指導(dǎo)山東省級(jí)和地市級(jí)厄爾尼諾和拉尼娜年氣溫和降水的氣候預(yù)報(bào), 同時(shí)在日常的天氣預(yù)報(bào)中為預(yù)報(bào)員提供氣候背景指導(dǎo), 有利于提高氣溫和降水的預(yù)報(bào)水平, 值得進(jìn)一步分析研究。

于 群, 王 新, 牟 勤等, 2007. 山東冬季氣溫變化的氣候特征和分型. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 38(1):21—27

馬 露, 楊 東, 錢大文, 2015b. ENSO事件對(duì)山東省區(qū)域降水量及干旱指數(shù)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 36(6): 666-673

馬 露, 楊 東, 曾 婷, 2015a. 1961-2012年山東省氣候變化特征及其與 ENSO的關(guān)系. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 31(16):241—249

王常山, 王 慶, 夏艷玲等, 2013. 1961~2011年山東地區(qū)氣溫變化的區(qū)域差異特征及突變分析. 魯東大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 29(4): 353—360, 383

朱益民, 楊修群, 陳曉穎等, 2007. ENSO與中國(guó)夏季年際氣候異常關(guān)系的年代際變化. 熱帶氣象學(xué)報(bào), 23(2): 105—116,doi: 10.3969/j.issn.1004-4965.2007.02.001

劉秦玉, 謝尚平, 鄭小童, 2013. 熱帶海洋-大氣相互作用. 北京: 高等教育出版社

孫舒悅, 任榮彩, 2015. ENSO與印度洋海盆海溫多尺度相互作用及其對(duì)氣候影響的研究進(jìn)展. 氣象科技, 43(5):858—865

陸日宇, 2001. 與華北地區(qū)春季降水量異常關(guān)聯(lián)的大氣環(huán)流異常. 氣候與環(huán)境研究, 6(4): 400—408

陸日宇, 黃榮輝, 1998. 東亞-太平洋遙相關(guān)型波列對(duì)夏季東北亞阻塞高壓年際變化的影響.大氣科學(xué), 22(5): 727—734陳奕德, 張 韌, 蔣國(guó)榮, 2005. 近年來(lái)國(guó)內(nèi)ENSO研究概述.熱帶氣象學(xué)報(bào), 21(6): 634—641

遲竹萍, 2009. 近 45年山東夏季降水時(shí)空分布及變化趨勢(shì)分析. 高原氣象, 28(1): 220—226

金祖輝, 陶詩(shī)言, 1999. ENSO循環(huán)與中國(guó)東部地區(qū)夏季和冬季降水關(guān)系的研究. 大氣科學(xué), 23(6): 663-672

孟翠玲, 徐宗學(xué), 2007. ENSO與山東省降水的關(guān)系. 人民黃河,29(1): 33—35, 42

黃榮輝, 李維京, 1988. 夏季熱帶西太平洋上空的熱源異常對(duì)東亞上空副熱帶高壓的影響及其物理機(jī)制. 大氣科學(xué),12(S1): 107—116

曹鋼鋒, 張善君, 朱官忠等, 1988. 山東天氣分析與預(yù)報(bào). 北京: 氣象出版社

龔道溢, 王紹武, 1999. 近百年ENSO對(duì)全球陸地及中國(guó)降水的影響. 科學(xué)通報(bào), 44(3): 315-320, doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.1999.03.020

董宇佳, 孟祥鳳, 2015. 兩類 ENSO事件分類的研究進(jìn)展. 海洋環(huán)境科學(xué), 34(3): 473—480

楚純潔, 趙景波, 安春華, 2015. 1957—2011年中國(guó)中部不同氣候帶氣候變化及其與 ENSO的關(guān)系. 地域研究與開(kāi)發(fā),34(5): 121—127

Alexander M A, Bladé I, Newman Met al, 2002. The atmospheric bridge: the influence of ENSO teleconnections on air-sea interaction over the global oceans. J Climate,15(16): 2205-2231, doi: 10.1175/1520-0442(2002)015<2205:tabtio>2.0.co;2

Huang B Y, Banzon V F, Freeman Eet al, 2015. Extended reconstructed sea surface temperature version 4 (ERSST.v4):Part I: Upgrades and intercomparisons. J Climate, 28(3):911—930

Liu W, Huang B Y, Thorne P Wet al, 2015. Extended reconstructed sea surface temperature version 4 (ERSST.v4):Part II. Parametric and structural uncertainty estimations. J Climate, 28(3): 931—951, doi: 10.1175/JCLI-D-14-00007.1

Lyon B, Cristi H, Verceles E Ret al, 2006. Seasonal reversal of the ENSO rainfall signal in the philippines. Geophys Res Lett, 33(24): L24710, doi: 10.1029/2006GL028182

Nitta T, 1987. Convective activities in the tropical western Pacific and their impact on the northern hemisphere summer circulation. J Meteor Soc Jpn Ser II, 65(3): 373—390

Philander S G H, 1990. El Ni?o, La Ni?a, and the Southern Oscillation. San Diego, California: Academic Press, 293

Torrence C, Webster P J, 1999. Interdecadal changes in the ENSO—monsoon system. J Climate, 12(8): 2679—2690

Wang B, Wu R G, Fu X H, 2000. Pacific—East Asian teleconnection: how does ENSO affect east Asian climate? J Climate, 13(9): 1517—1536

Wang H J, 2002. The instability of the East Asian summer monsoon—ENSO relations. Adv Atmos Sci, 19(1): 1—11

Zhang R H, Sumi A, Kimoto M, 1999. A diagnostic study of the impact of El Ni?o on the precipitation in China. Adv Atmos Sci, 16(2): 229—241