張曉玉，田曉瑞

（中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，國家林業(yè)局森林保護學(xué)重點開放性實驗室，北京 100091）

1 引言

厄爾尼諾（El Ni?o）現(xiàn)象指在海洋和大氣相互作用失去平衡后，赤道東太平洋海水表面溫度異常升高，海面溫度（SST）正距平（即海面溫度與其氣候標(biāo)準(zhǔn)值的差值為正數(shù)）至少持續(xù)3個季，且至少1個季以上距平值超過0.5℃[1]。在赤道中、東太平洋表層地區(qū)，海水大規(guī)模持續(xù)（半年以上）異常偏冷的現(xiàn)象為反厄爾尼諾（anti-El Ni?o）或拉尼娜（La Ni?a）現(xiàn)象。在熱帶東南亞與熱帶西太平洋到印度洋地區(qū)，大氣中海平面氣壓場存在著一種“蹺蹺板”式的反相關(guān)變化的現(xiàn)象稱為南方濤動（Southern Oscillation），是中赤道太平洋海平面大氣壓力的周期性變化。大氣和海洋中的這兩種現(xiàn)象存在著內(nèi)在聯(lián)系，實質(zhì)上是同一現(xiàn)象在兩種不同介質(zhì)中的反應(yīng)，并把厄爾尼諾（或拉尼娜）和南方濤動現(xiàn)象合稱為“恩索”（ENSO）。厄爾尼諾就是ENSO循環(huán)的暖事件，拉尼娜則是指ENSO循環(huán)的冷事件。

ENSO事件分為東部型和中部型，其依據(jù)為從發(fā)生到盛期時最大海溫正距平所在的不同位置。從發(fā)生到盛期時最大海溫距平中心位于東太平洋（160°W～100°E，10°N～10°S）被稱為東部型，其產(chǎn)生機制與赤道太平洋變溫層的變異有關(guān)；從發(fā)生到盛期時最大海溫距平中心位于中太平洋（160°E～120°W，10°N～10°S）則稱為中部型，其產(chǎn)生機制對變溫層變異不敏感[2]。根據(jù)ENSO 的周期、振幅、發(fā)生時間、相關(guān)區(qū)域海溫資料等指標(biāo)對ENSO 事件進行分類，按照持續(xù)時間分為持續(xù)2 a以上和持續(xù)2 a以下的[3]；按發(fā)生季節(jié)分為明顯增溫開始于1-6 月和7-12 月兩類[4]；以正SSTA（Sea Surface Temperature Anomaly）（海面溫度與其氣候標(biāo)準(zhǔn)值的差）首先出現(xiàn)的區(qū)域及其傳播特征分為西部型、駐波型和東部型[5]；根據(jù)厄爾尼諾事件發(fā)展達到盛期時海溫距平的分布特點分為東部型、中部型和混合型[6]。依據(jù)厄爾尼諾/拉尼娜事件的定義，1950—2016年共發(fā)生厄爾尼諾事件19次，其中弱、中等、強和超強事件分別為8 次（1951.08-1952.01；1963.07-1964.01；1968.10-1970.02；1976.09 - 1977.02；1977.09 - 1978.02；1979.09 - 1980.01；2004.07 - 2005.01；2006.08 -2007.01）、7 次（1957.04 - 1958.07；1965.05 -1966.05；1986.08 - 1988.02；1991.05 - 1992.06；1994.09 - 1995.03；2002.05 - 2003.03；2009.06 -2010.04）、1 次（1972.05-1973.03）和3 次（1982.04-1983.06；1997.04-1998.04；2014.10-2016.04）；拉尼娜14 次，其中弱、中等和強事件分別為5 次（1964.05-1965.01；1984.10-1985.06；1995.09-1996.03；2000.10-2001.02；2011.08-2012.03）、8 次（1950.01-1951.02；1954.07-1956.04；1970.07-1972.01；1973.06 - 1974.06；1975.04 - 1976.04；1998.07 - 2000.06；2007.08 - 2008.05；2010.06 -2011.05）和1次（1988.05-1989.05）。

一般來說，當(dāng)發(fā)生厄爾尼諾事件時，會給全球各地區(qū)帶來不同的影響：印度尼西亞、澳大利亞、南亞的印度、非洲的東南部以及巴西的東北部易發(fā)生干旱，北美洲和南美洲西海岸降雨增多[7]；在中、高緯度地區(qū)，如日本東部、朝鮮，冬季容易出現(xiàn)暖冬[8]。Dai等用經(jīng)驗正交函數(shù)分析表明厄爾尼諾與降水和地表溫度的年際變化具近似一階的線性變化趨勢，自20 世紀80 年代初由于ENSO 引起的降水減少以及全球變暖，使得全球非常潮濕的地區(qū)（PDSI=13.0 并且PDSI＞4.00 為極端濕潤，其中PDSI 為帕爾默干旱指數(shù)）的面積略有下降[9]。Guadalupe等通過采用多元ENSO指數(shù)（MEI（Multivariate ENSO Index）），研究2000-2001 年平均MEI 值與火災(zāi)發(fā)生的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)安第斯山脈地區(qū)ENSO的強度與燃燒面積呈正相關(guān)[10]。Moy等研究表明，ENSO事件頻率的增加會導(dǎo)致夏季干旱增加和頻繁的火險天氣，導(dǎo)致厄瓜多爾南部地區(qū)火行為的增加[11]。婆羅洲每年都有火災(zāi)活動，厄爾尼諾引起的干旱擴大了火活動的范圍和程度。Sloan 等使用全球區(qū)域覆蓋數(shù)據(jù)（GCA）和月火災(zāi)頻率模型發(fā)現(xiàn)，婆羅洲極端火災(zāi)事件常伴隨厄爾尼諾事件發(fā)生，頻繁的厄爾尼諾[12]和西太平洋地區(qū)降水的下降[13]，加劇了季節(jié)性干旱，導(dǎo)致印度尼西亞極端火險天數(shù)增加三倍[14]。

Kitzberger 根據(jù)北美西部樹木火疤重建的野火年表、海面溫度距平（SST）和太平洋十年振動（PDO）研究多世紀氣候模式與火的同步性，發(fā)現(xiàn)ENSO和PDO是火燒高頻變化的主要驅(qū)動因子[15]。在南美洲南部，Holz 等通過子波相干模式發(fā)現(xiàn)高頻率火災(zāi)活動與ENSO 有很強的關(guān)聯(lián)性[16]。根據(jù)奇異譜分析（SSA）和演化光譜相干分析（SCA）方法，Kitzberge 發(fā)現(xiàn)重大火災(zāi)發(fā)生在厄爾尼諾與拉尼娜過渡期[17]。厄爾尼諾事件導(dǎo)致西南太平洋地區(qū)水汽異常，并與澳大利亞東部地區(qū)的干旱和災(zāi)難性野火有關(guān)[18-19]。在巴西亞馬遜地區(qū)厄爾尼諾引起的森林火災(zāi)面積是正常年份的13倍[20]。王明玉等通過對黑龍江省1980-1999 年森林火災(zāi)數(shù)據(jù)、NINO3.4 指數(shù)和SOI 指數(shù)進行譜分析，發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾年火災(zāi)面積、次數(shù)會異常增高[21]。田曉瑞等定性描述了厄爾尼諾引起的暖冬和干旱會導(dǎo)致我國春季火災(zāi)嚴重[22]。萬里鵬等研究表明拉尼娜出現(xiàn)后，春季（4-6 月）的火險趨勢偏低的概率大，偏高的概率很小[23]。

張艷平發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象對森林火災(zāi)年際活動的影響是顯著的，厄爾尼諾年及次年森林火災(zāi)過火面積有顯著增加趨勢[24]。例如，1970年，美國加利福尼亞州森林火災(zāi)發(fā)生在厄爾尼諾期間，過火面積2000萬hm2。1983年，中等強度厄爾尼諾導(dǎo)致的異常氣候，使印度尼西亞東加里曼丹發(fā)生特大森林火災(zāi)，過火面積360萬hm2。1987年，我國大興安嶺的特大森林火災(zāi)發(fā)生在厄爾尼諾事件期間，過火面積133萬hm2。1994年，中等強度等級的厄爾尼諾事件導(dǎo)致澳大利亞新南威爾士州發(fā)生干旱并發(fā)生特大森林火災(zāi)，過火面積100 萬hm2。1997-1998年的厄爾尼諾事件是20 世紀遭遇的最極端的天氣事件，使印度尼西亞經(jīng)歷了嚴重的干旱，導(dǎo)致了大規(guī)模的森林火災(zāi)，過火面積456多萬hm2[25]，澳大利亞也發(fā)生特大森林火災(zāi)，過火面積150 萬hm2。美國西南部的森林火災(zāi)異常也常與ENSO 事件有關(guān)[26]。2003年，厄爾尼諾事件期間，美國加利福尼亞州南部發(fā)生特大森林火災(zāi)，過火面積30萬hm2。Samir通過對1979-2009年熱帶太平洋海溫對降水影響的研究，發(fā)現(xiàn)SST與哥倫比亞降水之間呈現(xiàn)很大的耦合強度，厄爾尼諾期間哥倫比亞的北部，中部和西部降水顯著減少[27]。2016年為超強厄爾尼諾年，加拿大麥克默里堡發(fā)生森林火災(zāi)，過火面積58.2萬hm2。墨西哥大多數(shù)森林火災(zāi)是由ENSO事件引起的天氣條件異常而引起的[28]?？偟膩碚f，厄爾尼諾是引起全球森林大火的主要原因之一。

2 厄爾尼諾/拉尼娜對我國森林火險天氣的影響

影響森林火險的氣象因子包括溫度、降水、相對濕度和風(fēng)速等。這些因子對林火發(fā)生和蔓延有重要影響。厄爾尼諾/拉尼娜對溫度和降水等氣象條件產(chǎn)生影響，影響可燃物干燥度，尤其是對死可燃物有直接影響，從而間接影響我國森林火災(zāi)的發(fā)生。從全球范圍來看，在厄爾尼諾年份，全球氣溫偏高，陸地平均年降水量減少，導(dǎo)致氣候干燥；拉尼娜年份則全球氣溫偏低，陸地平均年降水量增加[29]。ENSO 作為熱帶海洋和大氣異?，F(xiàn)象以及氣候變率的強烈信號，對中國氣候有重要影響。目前的研究主要集中在不同尺度上厄爾尼諾和拉尼娜對氣溫和降水的影響。

2.1 厄爾尼諾/拉尼娜對氣溫的影響

在厄爾尼諾年份，中國大部分地區(qū)冬春季氣溫偏高，夏秋季氣溫偏低；拉尼娜年份，則情況相反。自20 世紀90 年代以來，隨著全球變暖，厄爾尼諾現(xiàn)象變得極為頻繁。1960-2010年共發(fā)生16起厄爾尼諾事件，強度顯著增加。厄爾尼諾事件發(fā)生后，我國常常出現(xiàn)暖冬氣候[30]。由于我國的氣候變化受諸多因素影響，厄爾尼諾對我國氣溫的影響具有明顯的差異性。

中國的氣溫變化與全球總趨勢是一致的。20世紀我國氣溫上升了0.4～0.5 ℃，略低于全球平均的0.6 ℃，呈現(xiàn)出明顯變暖的趨勢[31-32]。1950-2008 年，東北地區(qū)的氣溫呈升高趨勢，增溫幅度0.6 ℃/10 a[33]，厄爾尼諾當(dāng)年及次年，東北地區(qū)夏季通常出現(xiàn)高溫，而拉尼娜次年氣溫偏低[34]。

厄爾尼諾現(xiàn)象與我國南方地區(qū)溫度變化的相關(guān)性較顯著。我國南方地區(qū)在厄爾尼諾年份出現(xiàn)明顯的暖異常，溫度偏暖超過1 ℃；在拉尼娜年份，溫度最大偏低1 ℃[35]。ENSO 對華北地區(qū)溫度異常也存在影響，華北地區(qū)在厄爾尼諾年份溫度呈現(xiàn)負異常，強度在-0.7 ℃以上[36]，影響區(qū)域主要是集中在安徽、河南一帶。對于黃淮地區(qū)，厄爾尼諾年份的冬季氣溫以偏暖為主，偏冷情況較少；拉尼娜年份的冬季氣溫以冷冬和正常為主，暖冬發(fā)生頻率較小[37]。

2.2 厄爾尼諾/拉尼娜對降水的影響

ENSO 對我國夏季降水的影響具有明顯的區(qū)域差異，東部地區(qū)相關(guān)性顯著。1960-2016年，東亞季風(fēng)趨于減弱，降水呈現(xiàn)出南多北少趨勢[38]。在厄爾尼諾年份，我國降水以偏少為主，從次年冬季開始以多雨為主[39]。厄爾尼諾年份春季和夏季，我國東部地區(qū)和華北地區(qū)降水偏少，夏季南方地區(qū)降水偏多；秋季到次年夏季，南方地區(qū)降水增多，長江中段冬季降水偏少[40]。2015 年是歷史上最強的厄爾尼諾年份。受厄爾尼諾的影響，長江流域及其以南地區(qū)降水偏多20%～100%，而華北至東北地區(qū)降水明顯偏少20%～50%，夏季降水總體呈現(xiàn)“北少南多”的分布型[41]，特別是河套地區(qū)、內(nèi)蒙古中部和環(huán)渤海灣地區(qū)降水明顯減少超過20%，而山東，河南，河北夏季干旱嚴重[42]。

ENSO 事件對華北地區(qū)的影響尤為顯著。在厄爾尼諾年份，我國華北地區(qū)夏季降水，普遍較正常年份偏少30 mm 以上[43]；在拉尼娜年份，降水量有增加趨勢。長江流域及長江以南地區(qū)厄爾尼諾年降水偏少，常常發(fā)生干旱，次年夏季長江流域和江南北部地區(qū)降水偏多,而江淮流域降水偏少；拉尼娜年份則情況相反[44-45]。由于厄爾尼諾事件的影響，1965-1998 年東北地區(qū)降水年均減少0.27 mm，已成為我國干旱化顯著的地區(qū)之一[46]。

2.3 厄爾尼諾/拉尼娜對干濕變化的影響

ENSO 事件引起的異常降水會導(dǎo)致氣候干濕變率發(fā)生變化[47-48]，當(dāng)發(fā)生超強厄爾尼諾事件時，其對中國氣候干濕變率的影響可能擴大為年代尺度。在厄爾尼諾年份，中國大部分地區(qū)偏干，特別是華北地區(qū)偏干，長江以南和西北地區(qū)偏濕，而長江中下游地區(qū)處于干濕過渡帶，干濕變化不明顯；拉尼娜年份則情況相反[49]。我國春夏季降水對ENSO 的響應(yīng)特征與ENSO 事件盛期前后兩年的我國各地干濕狀況響應(yīng)特征基本一致。1980-2010年間，中國氣候干濕的年代際變化與ENSO事件的狀態(tài)變化及全球變暖密切相關(guān)[49]。

3 厄爾尼諾/拉尼娜對我國森林火險和火災(zāi)的影響

氣候是影響林火動態(tài)的重要因子，氣象條件是引發(fā)森林火災(zāi)的決定性因素。天氣干燥是引發(fā)森林火災(zāi)的關(guān)鍵因素，溫度和降水改變可燃物的物理性質(zhì)，影響火天氣。厄爾尼諾事件引起的氣候變化會導(dǎo)致林火發(fā)生頻度、過火面積、火間隔期等林火參數(shù)發(fā)生變化。ENSO當(dāng)年及次年，黑龍江省森林火災(zāi)面積常常增加。20世紀90 年代以來，由于全球溫度明顯增加，“厄爾尼諾”和“拉尼娜”事件引起的氣候異常，加重了中高緯度地區(qū)森林火災(zāi)。我國不同地區(qū)氣候條件差異較大。因此，有必要基于區(qū)域尺度研究厄爾尼諾/拉尼娜事件對火險期東北（4-6 月與9-10月）、華北（11-5月）、西南（11-5月）和南方林區(qū)（12-5月）森林火險和火災(zāi)的影響。

3.1 厄爾尼諾/拉尼娜對東北林區(qū)的影響

ENSO 事件與森林火災(zāi)面積和次數(shù)的相關(guān)性顯著，而拉尼娜對森林火災(zāi)的影響較厄爾尼諾的影響要小[50]。在厄爾尼諾年份，火災(zāi)面積和火災(zāi)次數(shù)會異常增高；在拉尼娜年份，火災(zāi)面積和火災(zāi)次數(shù)與SOI（南方濤動）指數(shù)變化趨勢大體一致，SOI與火災(zāi)次數(shù)和火災(zāi)面積呈正相關(guān)，即SOI指數(shù)升高（降低），火災(zāi)面積和火災(zāi)次數(shù)隨之增加（減少）[51]。厄爾尼諾事件引起的極端干旱，導(dǎo)致極端火險天氣，易發(fā)生森林大火。根據(jù)1950-2016 年我國東北林區(qū)森林大火與厄爾尼諾/拉尼娜事件的統(tǒng)計（表1），84%以上的特大森林火災(zāi)發(fā)生在厄爾尼諾期間，19 起特大森林火災(zāi)（過火面積＞1000 hm2）中只有3起發(fā)生在拉尼娜事件期間。從火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國特大森林火災(zāi)都發(fā)生在東北內(nèi)蒙古林區(qū)，多起過火面積超過20 萬hm2的森林火災(zāi)與厄爾尼諾現(xiàn)象有關(guān)，如1987年大興安嶺特大森林火災(zāi)。1986-1987 年為厄爾尼諾年份，1986年冬季中國北方氣溫偏高2 ℃以上，1987年春季降水較少，可燃物干燥，導(dǎo)致森林大火的發(fā)生，火強度高難以控制。2002 年厄爾尼諾事件導(dǎo)致大興安嶺林區(qū)持續(xù)高溫干旱，降水總量較歷年同期減少80%以上，氣溫偏高2 ℃左右，可燃物干燥，發(fā)生了建國以來最嚴重的夏季森林火災(zāi)，過火面積1.38萬hm2。在厄爾尼諾年份，出現(xiàn)重大森林火災(zāi)的可能性大。

表1 1950-2016年東北林區(qū)森林大火與厄爾尼諾/拉尼娜事件

3.2 厄爾尼諾/拉尼娜對西南林區(qū)的影響

西南林區(qū)是我國受森林火災(zāi)危害嚴重的主要區(qū)域之一（表2）。森林火災(zāi)集中分布在云南東部和西北部、貴州東南部和廣西大部分地區(qū)[52]。西南地區(qū)在厄爾尼諾年份和拉尼娜年份中都會出現(xiàn)干旱，但厄爾尼諾年份爆發(fā)旱災(zāi)的概率比拉尼娜年份高。四川盆地和若爾蓋高原在厄爾尼諾年份易發(fā)生干旱，拉尼娜年份明顯偏少[53]。2010 年中等強度厄爾尼諾事件引起的干旱，導(dǎo)致四川省雅江發(fā)生重大森林火災(zāi)，過火面積1154.3 hm2。云貴高原、橫斷山地及廣西丘陵在厄爾尼諾年份也易發(fā)生干旱。

表2 1950-2016年西南林區(qū)森林大火與厄爾尼諾/拉尼娜事件

3.3 厄爾尼諾/拉尼娜對南方林區(qū)的影響

在厄爾尼諾年份和拉尼娜次年份，南方林區(qū)的降水整體上以偏少為主，春季和夏季受到的影響最大。春季是火險期，該區(qū)域重大森林火災(zāi)都發(fā)生在春季。2003 年受拉尼娜事件的影響，南方林區(qū)降水較少，森林火災(zāi)顯著增加。浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西等6 省（區(qū)）發(fā)生森林火災(zāi)5000 多起，占全國森林火災(zāi)次數(shù)的一半。1999 年，廣東發(fā)生重大森林火災(zāi)，過火面積1105.17 hm2。2007 年，受中等強度拉尼娜事件的影響，湖南連續(xù)干旱少雨，火災(zāi)發(fā)生前連續(xù)未降雨長達9 天，連續(xù)7 日高火險天氣，風(fēng)速大，濕度低，可燃物干燥，發(fā)生重大森林火災(zāi)，過火面積311.5 hm2（表3）。

表3 1950-2016年南方林區(qū)森林大火與厄爾尼諾/拉尼娜事件

3.4 厄爾尼諾/拉尼娜對華北林區(qū)的影響

華北林區(qū)在厄爾尼諾年易發(fā)生干旱，在拉尼娜年易發(fā)生洪澇[54]。1950 年以來，華北林區(qū)出現(xiàn)暖干化趨勢。厄爾尼諾引起的高溫和干旱天氣導(dǎo)致華北林區(qū)春季的火災(zāi)嚴重[55]。2014 年，受超強厄爾尼諾影響，華北地區(qū)春冬連旱，多處發(fā)生森林火災(zāi)；如山東威海發(fā)生森林火災(zāi)，過火面積約47 hm2。2016 年，超強厄爾尼諾事件導(dǎo)致山東省高溫干旱，降水減少79%，溫度偏高1.9 ℃。山東沂山林場發(fā)生森林火災(zāi)，過火面積約41 hm2（表4）。

表4 1950-2016年我國華北林區(qū)森林大火與厄爾尼諾/拉尼娜事件

4 結(jié)論與展望

厄爾尼諾/拉尼娜事件對全球的氣候有顯著影響，也導(dǎo)致熱帶和亞熱帶一些區(qū)域的森林火災(zāi)顯著增加。ENSO 通過大氣環(huán)流的變化影響我國的氣候，對我國東北、西南、華北和南方林區(qū)的影響顯著。

不同階段的ENSO 事件對于我國的氣候和火險氣象因子的影響有所差異。厄爾尼諾次年東北地區(qū)夏季通常出現(xiàn)高溫，降水減少，拉尼娜次年氣溫偏低，降水增多，厄爾尼諾當(dāng)年及次年該地區(qū)森林火災(zāi)明顯增加。西南地區(qū)在厄爾尼諾年份和拉尼娜年份都會出現(xiàn)干旱，火險高于常年。長江以南地區(qū)在厄爾尼諾年份偏濕，而拉尼娜年份則情況相反。南方林區(qū)在厄爾尼諾年份森林火災(zāi)減少，而在拉尼娜年份森林火災(zāi)增加。華北地區(qū)在厄爾尼諾年份易發(fā)生干旱春季火災(zāi)比常年嚴重。

過去對ENSO 和林火的研究主要是基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)和相關(guān)性分析等簡單的數(shù)理統(tǒng)計方法開展的研究。今后將著重把數(shù)理統(tǒng)計方法和GIS技術(shù)相結(jié)合，分析厄爾尼諾/拉尼娜事件與林火的空間關(guān)系。我國大部分研究是區(qū)域尺度上的研究，隨著全球觀測數(shù)據(jù)的豐富，國家尺度或全球尺度上的研究將逐漸增多。林火動態(tài)的變化不僅受ENSO事件的影響，也會受到PDO（太平洋十年振動）指數(shù)、北極震蕩指數(shù)（AO）和南極震蕩指數(shù)（AAO）等指數(shù)變化的影響，在全球尺度上綜合分析影響氣候和植被變化的各種因素，將提高對極端氣候事件影響預(yù)測的準(zhǔn)確性。