ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化：機制、特征與預(yù)測一、引言1.1研究背景與意義厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）作為全球氣候系統(tǒng)中最為重要的年際變化信號，一直是氣候研究領(lǐng)域的焦點。它通過大氣環(huán)流異常，對全球多個地區(qū)的氣候產(chǎn)生深遠影響，其中包括我國的降水和溫度變化。在我國，華南地區(qū)由于其獨特的地理位置和氣候條件，降水變化受到多種因素的共同作用，而ENSO及其組合模態(tài)在其中扮演著關(guān)鍵角色。華南地區(qū)位于我國南部，瀕臨南海，是我國降水最為豐富的地區(qū)之一。該地區(qū)的冬春季降水不僅在全年降水總量中占有相當比例，還對當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理等方面有著深遠影響。例如，2016年春季華南前汛期暴雨災(zāi)害頻發(fā)，造成了重大經(jīng)濟損失；而在某些年份，冬春季降水的偏少也會引發(fā)干旱，影響農(nóng)作物生長和居民生活用水。因此，深入了解華南冬春季降水的變化規(guī)律及其影響因素，對于該地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)、水資源合理利用和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。ENSO作為熱帶太平洋海氣相互作用的強信號，通過改變大氣環(huán)流，對我國華南地區(qū)的冬春季降水產(chǎn)生顯著影響。在厄爾尼諾事件發(fā)生時，熱帶太平洋東部地區(qū)海水溫度明顯上升，而西太平洋地區(qū)海水溫度下降。這種海溫異常導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生變化，進而影響我國的降水。一般而言，厄爾尼諾事件導(dǎo)致我國冬季和春季降水偏少，尤其是南方地區(qū)。其原因是厄爾尼諾事件使得副熱帶高壓偏強，導(dǎo)致南方地區(qū)的降水虧缺。另一方面，厄爾尼諾事件還會導(dǎo)致我國東北地區(qū)的冬季降水增多，這是因為冷空氣和暖濕氣流的相互作用所引起的。相反，在拉尼娜事件中，熱帶太平洋東部地區(qū)海水溫度下降，而西太平洋地區(qū)海水溫度上升。LaNi?a事件通常使得我國南方地區(qū)冬季和春季降水增多，尤其是華南地區(qū)。這是因為拉尼娜事件導(dǎo)致副熱帶高壓偏弱，使得南方地區(qū)的降水增加。另一方面，拉尼娜事件還可能導(dǎo)致我國北方地區(qū)的降水減少，尤其是華北地區(qū)。除了ENSO本身，其與海表溫度（SST）年循環(huán)相互作用產(chǎn)生的經(jīng)向反對稱組合模態(tài)，也被發(fā)現(xiàn)對中國東部地區(qū)的降水異常有著重要影響。在厄爾尼諾衰減年春季，從中國華南延伸到東北出現(xiàn)正的異常降水，主要是ENSO組合模態(tài)的貢獻。因為次年春季熱帶太平洋地區(qū)ENSO模態(tài)信號只局限于赤道地區(qū)，并沒有對中國東部降水有顯著的影響，而ENSO與海溫年循環(huán)相互作用的組合模態(tài)使得與ENSO相關(guān)的赤道大氣異常可以擴展到赤道以外地區(qū)，進而影響我國華南地區(qū)的降水。然而，以往研究大多集中在ENSO或其組合模態(tài)單獨對華南降水的影響，對于兩者共同作用下的影響研究相對較少，且缺乏對其年代際變化特征的深入分析。隨著全球氣候變化，ENSO及其組合模態(tài)的變化特征以及它們對華南冬春季降水影響的關(guān)系可能也發(fā)生了改變。因此，深入研究ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化，不僅有助于我們更全面地理解氣候系統(tǒng)的變化規(guī)律，提高對華南地區(qū)冬春季降水的預(yù)測能力，還能為當?shù)氐姆罏?zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源管理等提供科學依據(jù)，具有重要的理論和實際應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)于ENSO對華南地區(qū)降水影響的研究，國內(nèi)外學者已取得了豐碩的成果。早在20世紀80年代，就有研究指出厄爾尼諾事件與我國降水異常之間存在聯(lián)系。符淙斌和騰星林研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾年，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，我國夏季雨帶位置偏南，江淮流域降水偏多，而華北地區(qū)降水偏少。此后，眾多研究進一步深入探討了ENSO對華南地區(qū)降水的具體影響。金祖輝和陶詩言分析了1880-1992年期間的ENSO事件與中國東部地區(qū)夏季和冬季降水的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾事件發(fā)生時，中國東部地區(qū)冬季降水偏少，其中華南地區(qū)降水減少明顯。在研究ENSO對華南降水影響機制方面，前人研究指出，ENSO事件發(fā)生時，熱帶太平洋海溫異常會引起大氣環(huán)流的異常變化，進而影響華南地區(qū)的水汽輸送和上升運動，最終導(dǎo)致降水異常。比如，在厄爾尼諾年，熱帶西太平洋海溫偏低，對流活動減弱，使得西太平洋副熱帶高壓位置偏南、強度偏強，不利于水汽向北輸送至華南地區(qū)，導(dǎo)致華南降水減少；而在拉尼娜年則相反，西太平洋海溫偏高，副熱帶高壓位置偏北、強度偏弱，為華南地區(qū)帶來更多的水汽和降水。隨著研究的深入，學者們開始關(guān)注ENSO與其他氣候模態(tài)相互作用對華南降水的影響。李海燕、張文君和何金海的研究發(fā)現(xiàn)，除了傳統(tǒng)的ENSO模態(tài)，熱帶太平洋低層大氣中還存在ENSO與海表溫度（SST）年循環(huán)相互作用產(chǎn)生的經(jīng)向反對稱組合模態(tài)，這種組合模態(tài)在厄爾尼諾衰減年春季對中國東部降水，尤其是從華南延伸到東北區(qū)域的降水有著重要貢獻。這是因為在次年春季，熱帶太平洋地區(qū)ENSO模態(tài)信號局限于赤道地區(qū)，對中國東部降水影響不顯著，而組合模態(tài)使得與ENSO相關(guān)的赤道大氣異常擴展到赤道以外地區(qū)，從而影響華南降水。在年代際變化研究方面，部分學者探討了ENSO對華南降水影響的年代際差異。有研究表明，在不同的年代，ENSO對華南冬春季降水的影響存在明顯的變化。在某些年代，厄爾尼諾事件與華南冬季降水偏少的關(guān)系更為緊密；而在另一些年代，這種關(guān)系則相對較弱。這種年代際變化可能與全球氣候系統(tǒng)的年代際變化有關(guān)，如太平洋年代際振蕩（PDO）、大西洋多年代際振蕩（AMO）等氣候模態(tài)，它們與ENSO相互作用，共同影響著華南地區(qū)的降水變化。例如，當PDO處于暖位相時，可能會加強ENSO對華南降水的影響，使得厄爾尼諾事件期間華南降水偏少的程度更為明顯。盡管國內(nèi)外在ENSO、組合模態(tài)與華南冬春季降水關(guān)系及年代際變化方面已取得了一定進展，但仍存在一些不足之處。目前對于ENSO與組合模態(tài)共同作用下對華南冬春季降水影響的物理機制研究還不夠深入，尤其是在年代際時間尺度上，兩者相互作用的具體過程和影響因素尚未完全明確。不同研究中所采用的資料和分析方法存在差異，導(dǎo)致研究結(jié)果在一定程度上缺乏可比性和一致性，這也給綜合分析和深入理解相關(guān)氣候現(xiàn)象帶來了困難。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在深入探究ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化，通過多方面分析，揭示其內(nèi)在聯(lián)系和物理機制，為華南地區(qū)冬春季降水的預(yù)測和防災(zāi)減災(zāi)提供科學依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：ENSO與組合模態(tài)的特征分析：利用多種氣候資料，詳細分析ENSO和組合模態(tài)在不同時間尺度上的變化特征，包括其強度、頻率、持續(xù)時間以及空間分布等方面的變化。通過對比不同時期的特征，找出可能存在的年代際變化規(guī)律，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。例如，通過對歷史海溫數(shù)據(jù)的分析，確定ENSO事件在不同年代的發(fā)生頻率和強度變化，以及組合模態(tài)在不同年代的空間分布差異。ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響分析：研究ENSO和組合模態(tài)在不同年代對華南冬春季降水的影響。分析在不同的ENSO位相（厄爾尼諾、拉尼娜）以及組合模態(tài)狀態(tài)下，華南冬春季降水的異常變化情況，包括降水的增多或減少、降水異常的空間分布等。通過相關(guān)分析、合成分析等方法，確定兩者與華南冬春季降水之間的統(tǒng)計關(guān)系，量化其影響程度。比如，統(tǒng)計厄爾尼諾年和拉尼娜年不同年代華南地區(qū)冬春季降水的平均變化量，以及降水異常區(qū)域的范圍和強度變化。影響機制探討：深入探討ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化機制。從大氣環(huán)流、水汽輸送、海氣相互作用等方面入手，分析在不同年代，這些因素如何受到ENSO和組合模態(tài)的影響，進而導(dǎo)致華南冬春季降水的變化。研究可能存在的反饋機制，如海洋對大氣的反饋作用在年代際尺度上的變化，以及這種變化如何影響ENSO和組合模態(tài)對華南降水的影響。例如，分析不同年代厄爾尼諾事件發(fā)生時，西太平洋副熱帶高壓的位置和強度變化，以及這種變化如何影響水汽向華南地區(qū)的輸送，從而導(dǎo)致降水異常。預(yù)測模型建立：基于上述研究結(jié)果，嘗試建立考慮ENSO與組合模態(tài)的華南冬春季降水預(yù)測模型。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)氣候因子，運用統(tǒng)計方法或數(shù)值模式，提高對華南冬春季降水的預(yù)測能力。對模型進行驗證和評估，分析其預(yù)測精度和可靠性，為實際的氣候預(yù)測和防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支持。例如，利用機器學習算法，結(jié)合ENSO指數(shù)、組合模態(tài)指數(shù)以及其他相關(guān)氣候變量，建立華南冬春季降水的預(yù)測模型，并通過交叉驗證等方法評估模型的性能。1.4研究方法與數(shù)據(jù)來源本研究采用多種研究方法，綜合分析ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化，確保研究的全面性和準確性。統(tǒng)計分析方法是本研究的基礎(chǔ)，通過對大量氣候數(shù)據(jù)的處理和分析，揭示變量之間的關(guān)系和變化規(guī)律。運用相關(guān)分析方法，計算ENSO指數(shù)、組合模態(tài)指數(shù)與華南冬春季降水之間的相關(guān)系數(shù)，確定它們之間的線性關(guān)系強度和方向。比如，若相關(guān)系數(shù)為正且數(shù)值較大，表明ENSO或組合模態(tài)與華南冬春季降水呈正相關(guān)，即ENSO或組合模態(tài)增強時，降水可能增多；反之，若相關(guān)系數(shù)為負，則呈負相關(guān)關(guān)系。合成分析也是常用的統(tǒng)計方法，通過對不同ENSO位相（厄爾尼諾、拉尼娜）和組合模態(tài)狀態(tài)下的華南冬春季降水數(shù)據(jù)進行合成，對比分析不同狀態(tài)下降水的異常變化特征，直觀展示ENSO與組合模態(tài)對降水的影響。例如，合成厄爾尼諾年和拉尼娜年的華南冬春季降水數(shù)據(jù)，觀察降水異常的空間分布和強度差異。經(jīng)驗正交函數(shù)分解（EOF）方法用于分析氣候數(shù)據(jù)的主要模態(tài)，提取數(shù)據(jù)中的主要空間和時間變化特征。對海表溫度、大氣環(huán)流等數(shù)據(jù)進行EOF分解，分離出ENSO模態(tài)和組合模態(tài)等主要模態(tài)，明確它們在不同時間尺度上的變化特征和空間分布，幫助理解ENSO與組合模態(tài)的本質(zhì)特征及其與華南冬春季降水的聯(lián)系。例如，通過EOF分解海表溫度數(shù)據(jù)，確定ENSO模態(tài)對應(yīng)的空間分布型和時間系數(shù)，分析其隨時間的變化規(guī)律。在數(shù)據(jù)來源方面，本研究主要使用以下幾類數(shù)據(jù)：氣象再分析數(shù)據(jù)：選用歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECMWF）的ERA-Interim再分析資料，該資料涵蓋了1979年至今的全球大氣環(huán)流、溫度、濕度等多種氣象要素，空間分辨率較高，能夠提供較為準確的全球大氣狀態(tài)信息。使用美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）和美國國家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合發(fā)布的NCEP/NCAR再分析資料，其時間跨度長，從1948年開始，對于研究較長時間尺度上的氣候變率和ENSO與組合模態(tài)的年代際變化具有重要價值。這些再分析數(shù)據(jù)可用于分析大氣環(huán)流場的變化，包括西太平洋副熱帶高壓、東亞季風等系統(tǒng)的異常變化，以及水汽輸送路徑和強度的變化，從而深入理解ENSO與組合模態(tài)影響華南冬春季降水的大氣環(huán)流機制。海表溫度數(shù)據(jù)：采用英國氣象局哈德萊中心提供的HadISST1.1海表溫度資料，該資料時間跨度從1870年至今，經(jīng)過嚴格的質(zhì)量控制和同化處理，能準確反映全球海表溫度的變化。通過分析該數(shù)據(jù)，可獲取ENSO事件期間熱帶太平洋海表溫度的異常變化情況，以及組合模態(tài)下熱帶太平洋海溫與海溫年循環(huán)相互作用的特征，為研究ENSO與組合模態(tài)的特征和變化規(guī)律提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。站點觀測數(shù)據(jù)：收集中國氣象局提供的華南地區(qū)多個氣象站點的冬春季降水觀測數(shù)據(jù)，這些站點分布廣泛，能夠較好地代表華南地區(qū)的降水情況。通過對站點觀測數(shù)據(jù)的分析，可直接獲取華南冬春季降水的實際變化情況，包括降水量、降水日數(shù)等信息，為研究ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響提供實際觀測依據(jù)，同時也可用于驗證和評估基于再分析數(shù)據(jù)和模式模擬的結(jié)果。二、ENSO與組合模態(tài)概述2.1ENSO基本概念與特征厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是熱帶太平洋大尺度海氣相互作用產(chǎn)生的準周期性年際振蕩現(xiàn)象，是地球氣候系統(tǒng)中最為重要的年際變化信號之一。它主要由厄爾尼諾（ElNi?o）和拉尼娜（LaNi?a）事件以及南方濤動（SouthernOscillation）構(gòu)成，厄爾尼諾和拉尼娜是ENSO在海洋中的表現(xiàn)，分別對應(yīng)熱帶東太平洋海表溫度（SST）的異常升高和降低；南方濤動則是ENSO在大氣中的表現(xiàn)，體現(xiàn)為東南太平洋副熱帶高壓與印度洋赤道低壓之間氣壓變化的蹺蹺板現(xiàn)象。ENSO的形成機制較為復(fù)雜，涉及海洋與大氣之間的相互作用。其主要的形成理論包括Bjerknes正反饋過程和延遲振蕩理論。Bjerknes正反饋過程指出，當熱帶太平洋東部海表溫度升高時，該區(qū)域的大氣對流活動增強，導(dǎo)致降水增加。大氣對流的增強使得赤道太平洋地區(qū)的沃克環(huán)流發(fā)生變化，原本在西太平洋上升的氣流減弱，而在東太平洋上升的氣流增強。這種大氣環(huán)流的變化進一步使得東太平洋地區(qū)的信風減弱，從而減少了對東太平洋冷水上翻的抑制作用，使得更多的暖水堆積在東太平洋，進一步加劇了海表溫度的升高，形成一個正反饋循環(huán)，推動厄爾尼諾事件的發(fā)展。延遲振蕩理論則強調(diào)海洋波動在ENSO循環(huán)中的作用。當厄爾尼諾事件發(fā)生時，東太平洋暖水異常發(fā)展，產(chǎn)生的海洋波動會向西傳播。這種波動在傳播過程中，受到海洋和大氣的相互作用影響，經(jīng)過一定的時間延遲后，會引發(fā)西太平洋地區(qū)的海氣異常變化，進而導(dǎo)致信風增強，東太平洋冷水上翻加強，使得海表溫度下降，厄爾尼諾事件逐漸衰減并向拉尼娜事件轉(zhuǎn)變。拉尼娜事件發(fā)展到一定程度后，又會通過類似的海洋波動和海氣相互作用過程，逐漸向厄爾尼諾事件轉(zhuǎn)換，從而形成ENSO的循環(huán)。在海溫異常方面，厄爾尼諾事件期間，熱帶東太平洋海表溫度會出現(xiàn)顯著的正距平，通常以Ni?o3.4指數(shù)（定義為5°S-5°N，170°-120°W區(qū)域的海表溫度3個月滑動平均距平）來衡量厄爾尼諾和拉尼娜事件的強度和發(fā)展階段。當Ni?o3.4指數(shù)連續(xù)5個月超過0.5℃，且持續(xù)至少5個月時，判定為一次厄爾尼諾事件；而當該指數(shù)連續(xù)5個月低于-0.5℃，且持續(xù)至少5個月時，則判定為一次拉尼娜事件。在厄爾尼諾事件中，Ni?o3.4區(qū)域的海溫異常升高，其增溫幅度可達2-3℃甚至更高，這種海溫異常升高的范圍通常會從赤道東太平洋延伸到中太平洋地區(qū)。拉尼娜事件期間，熱帶東太平洋海表溫度則呈現(xiàn)顯著的負距平，Ni?o3.4區(qū)域海溫較常年偏低，冷水范圍擴大，強度增強。海溫異常不僅局限于表層，還會影響到海洋次表層的溫度結(jié)構(gòu)。例如，在厄爾尼諾事件中，東太平洋次表層的暖水層會變厚，而在拉尼娜事件中，次表層的冷水層會有所擴展。大氣環(huán)流異常也是ENSO的重要特征之一。在厄爾尼諾事件期間，由于熱帶東太平洋海溫升高，大氣對流活動增強，導(dǎo)致沃克環(huán)流減弱。沃克環(huán)流是赤道地區(qū)東西向的垂直環(huán)流圈，正常情況下，在西太平洋地區(qū)大氣上升，在東太平洋地區(qū)大氣下沉，地面為偏東風，高層為西風。厄爾尼諾事件發(fā)生時，東太平洋大氣上升運動增強，西太平洋大氣上升運動減弱，使得沃克環(huán)流的上升支和下沉支位置發(fā)生改變，這種環(huán)流異常變化會通過大氣遙相關(guān)影響到全球其他地區(qū)的大氣環(huán)流。同時，厄爾尼諾事件還會引發(fā)太平洋-北美（PNA）遙相關(guān)型的變化。PNA遙相關(guān)型表現(xiàn)為在太平洋和北美地區(qū)出現(xiàn)的一系列正負相間的氣壓異常中心分布。在厄爾尼諾年冬季，PNA遙相關(guān)型通常表現(xiàn)為北太平洋中部為負的氣壓異常，北美大陸西北部為正的氣壓異常，這種氣壓異常分布會導(dǎo)致北美地區(qū)的大氣環(huán)流和天氣氣候發(fā)生顯著變化，如美國西南部地區(qū)降水增多，而加拿大西部和阿拉斯加地區(qū)氣溫偏高。在拉尼娜事件期間，大氣環(huán)流異常與厄爾尼諾事件相反，沃克環(huán)流增強，西太平洋地區(qū)的對流活動更為旺盛，降水增多；東太平洋地區(qū)對流活動減弱，降水減少。PNA遙相關(guān)型也會發(fā)生相應(yīng)的改變，使得北美地區(qū)的天氣氣候呈現(xiàn)出與厄爾尼諾年不同的特征。2.2ENSO組合模態(tài)的定義與分類ENSO組合模態(tài)是近年來氣候研究中備受關(guān)注的一種氣候模態(tài)，它是ENSO與海表溫度（SST）年循環(huán)相互作用產(chǎn)生的結(jié)果。這種組合模態(tài)主要表現(xiàn)為經(jīng)向反對稱的特征，與傳統(tǒng)的經(jīng)向?qū)ΨQENSO模態(tài)相互補充，共同影響著全球氣候系統(tǒng)的變化。在厄爾尼諾衰減階段，ENSO組合模態(tài)的特征尤為明顯。此時，熱帶太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流和海溫分布會出現(xiàn)獨特的變化。低層緯向西風會發(fā)生南移，原本在赤道附近的西風帶會向更南的方向擴展，這種西風異常的移動會改變熱帶太平洋地區(qū)的風場結(jié)構(gòu)。同時，西北太平洋上會建立起反氣旋性環(huán)流，該反氣旋環(huán)流會對周邊地區(qū)的大氣環(huán)流和水汽輸送產(chǎn)生重要影響。從分類角度來看，根據(jù)不同的特征和影響區(qū)域，ENSO組合模態(tài)可以進一步細分為不同的類型。其中一種常見的分類方式是基于海溫異常的分布特征和大氣環(huán)流響應(yīng)模式。在某些情況下，ENSO組合模態(tài)表現(xiàn)為赤道東南太平洋的表面西風異常和西北太平洋上的反氣旋異常的空間結(jié)構(gòu)。在這種類型中，赤道東南太平洋的西風異常會導(dǎo)致該區(qū)域的海溫升高，進而影響海洋與大氣之間的熱量和水汽交換；而西北太平洋上的反氣旋異常則會影響周邊地區(qū)的水汽輸送路徑，使得水汽在特定區(qū)域聚集或分散，從而影響降水分布。另一種類型則是在2000年后較為常見的，與上述類型有所不同。2000年之后，與ENSO組合模態(tài)有關(guān)的西風異常西移到中太平洋，西北太平洋（WNP）上的反氣旋環(huán)流也更加向西延伸并伴隨著強度減弱。這種變化主要與2000年之后中太平洋型厄爾尼諾（CPElNi?o）頻發(fā)有關(guān)。CPElNi?o事件發(fā)生時，海溫異常中心主要位于中太平洋，而不是傳統(tǒng)的東太平洋，這種海溫異常分布的改變會導(dǎo)致大氣環(huán)流響應(yīng)模式的變化，進而使得ENSO組合模態(tài)的空間結(jié)構(gòu)和特征發(fā)生改變。不同類型的ENSO組合模態(tài)對氣候的影響也存在差異。赤道東南太平洋表面西風異常和西北太平洋反氣旋異常型的組合模態(tài)，可能會使得我國華南地區(qū)在特定季節(jié)的水汽輸送增加，降水增多；而中太平洋西風異常和西北太平洋反氣旋西移減弱型的組合模態(tài)，可能會導(dǎo)致我國華南地區(qū)降水的空間分布發(fā)生變化，或者降水強度和頻率發(fā)生改變。這些差異進一步說明了研究ENSO組合模態(tài)分類的重要性，有助于更準確地理解其對氣候的影響機制。2.3ENSO與組合模態(tài)的監(jiān)測指標準確監(jiān)測ENSO與組合模態(tài)對于研究它們對華南冬春季降水的影響至關(guān)重要，而監(jiān)測指標則是量化和分析這些氣候模態(tài)變化的關(guān)鍵工具。對于ENSO，常用的監(jiān)測指標是Nino指數(shù)，其中Nino3.4指數(shù)最為廣泛應(yīng)用。如前文所述，Nino3.4指數(shù)定義為5°S-5°N，170°-120°W區(qū)域的海表溫度3個月滑動平均距平。這一區(qū)域被認為是ENSO海溫異常最為顯著的關(guān)鍵區(qū)域，其海溫變化能有效反映厄爾尼諾和拉尼娜事件的發(fā)展和演變。當Nino3.4指數(shù)連續(xù)5個月超過0.5℃，且持續(xù)至少5個月時，判定為一次厄爾尼諾事件；而當該指數(shù)連續(xù)5個月低于-0.5℃，且持續(xù)至少5個月時，則判定為一次拉尼娜事件。例如在1997-1998年的強厄爾尼諾事件中，Nino3.4指數(shù)在1997年9月達到峰值，超過2℃，此次事件對全球氣候產(chǎn)生了深遠影響，包括我國華南地區(qū)冬春季降水也出現(xiàn)明顯異常。除了Nino3.4指數(shù)，Nino1+2指數(shù)（定義為0°-10°S，90°-80°W區(qū)域的海表溫度距平）和Nino3指數(shù)（定義為5°S-5°N，150°-90°W區(qū)域的海表溫度距平）也用于監(jiān)測ENSO。Nino1+2指數(shù)主要反映赤道東太平洋沿岸地區(qū)的海溫變化，在一些情況下，該區(qū)域海溫異常的發(fā)展和變化對厄爾尼諾事件的初始階段有重要指示作用；Nino3指數(shù)覆蓋的區(qū)域相對較大，能更全面地反映赤道東太平洋中部和東部的海溫異常情況。在監(jiān)測ENSO組合模態(tài)方面，目前還沒有像Nino指數(shù)那樣被廣泛接受的單一標準指數(shù)。但研究中常通過一些大氣環(huán)流和海溫異常的綜合特征來表征。如通過分析赤道太平洋地區(qū)的緯向西風異常和西北太平洋反氣旋異常來判斷ENSO組合模態(tài)的狀態(tài)。在實際研究中，利用經(jīng)驗正交函數(shù)分解（EOF）方法對赤道太平洋表面風場進行分析，提取出與ENSO組合模態(tài)相關(guān)的主要模態(tài)。其中，第一模態(tài)通常與傳統(tǒng)的ENSO模態(tài)相關(guān)，而第二模態(tài)則更多地反映了ENSO與海溫年循環(huán)相互作用產(chǎn)生的組合模態(tài)特征。通過計算第二模態(tài)的時間系數(shù)，可以定量地描述ENSO組合模態(tài)的強度和變化。當該時間系數(shù)為正值且絕對值較大時，表明ENSO組合模態(tài)較強，對應(yīng)的大氣環(huán)流異常和海溫分布特征更為顯著；反之，當時間系數(shù)為負值或絕對值較小時，ENSO組合模態(tài)較弱。在分析2000年前后ENSO組合模態(tài)的年代際變化時，通過對比不同時期赤道太平洋表面風場EOF分解的第二模態(tài)時間系數(shù)，發(fā)現(xiàn)2000年后該系數(shù)的絕對值整體變小，反映出ENSO組合模態(tài)在這一時期強度有所減弱。三、華南冬春季降水的氣候特征3.1降水的時空分布規(guī)律華南地區(qū)地處低緯度，瀕臨南海，受季風環(huán)流和熱帶天氣系統(tǒng)的共同影響，冬春季降水在時空分布上呈現(xiàn)出獨特的規(guī)律。從空間分布來看，華南冬季降水呈現(xiàn)東北多西南少的分布特征，大值中心位于粵北地區(qū)。這主要是由于冬季冷空氣南下，受到地形的阻擋和抬升作用，在粵北地區(qū)形成相對較多的降水。而西南地區(qū)受地形和大氣環(huán)流的影響，水汽輸送相對較少，降水也相對較少。華南春季降水則呈現(xiàn)東多西少的分布特征，大值中心位于廣西東北部、廣東中部和廣東西南沿海。春季，隨著太陽直射點的北移，南海的暖濕氣流逐漸增強，與南下的冷空氣在華南東部地區(qū)交匯，形成豐富的降水；而西部地區(qū)受地形和大氣環(huán)流的影響，水汽輸送相對較弱，降水較少。在時間變化方面，華南冬春季降水存在明顯的年際和年代際變化。利用1965-2005年華南168個站的月平均降水資料，通過EOF分析發(fā)現(xiàn)，華南地區(qū)各季節(jié)降水在年際和年代際的時間變化上有區(qū)域一致性，但有季節(jié)性差異。其中春季降水在20世紀80年代后明顯減少，旱年增多；冬季降水變化則相對不明顯。在某些年份，冬春季降水會出現(xiàn)異常偏多或偏少的情況。如2011年華南地區(qū)冬春季降水持續(xù)偏少，遭遇嚴重干旱，對當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成了極大影響；而在一些年份，冬春季降水偏多，引發(fā)洪澇災(zāi)害。進一步分析發(fā)現(xiàn)，華南冬春季降水的年際變化與水汽輸送密切相關(guān)。冬季水汽輸送變化主要源于孟加拉灣和南海，春季水汽輸送變化則源于南海和我國北方。當水汽輸送異常時，會導(dǎo)致華南冬春季降水出現(xiàn)異常變化。在厄爾尼諾事件期間，熱帶太平洋海溫異常，會影響大氣環(huán)流，進而改變水汽輸送路徑和強度，導(dǎo)致華南冬春季降水異常。華南冬春季降水還存在明顯的季節(jié)內(nèi)振蕩特征。以春季降水為例，其具有顯著的10-20天低頻振蕩和30-60天低頻振蕩。10-20天低頻降水的主要模態(tài)是東西反位相分布，而30-60天低頻降水則呈現(xiàn)出較為一致的分布特征。準雙周降水與850hPa10-20天低頻風場中低頻氣旋在華南上空的活動密切相關(guān)。當華南處于低頻氣旋中心時，北邊較冷的低頻東北風與南邊較為暖濕的低頻西南風在華南交匯，有利于10-20天低頻降水處于活躍階段。3.2降水的年際與年代際變化特征為了深入探究華南冬春季降水的變化規(guī)律，本研究運用小波分析方法對降水數(shù)據(jù)進行處理，以揭示其在年際和年代際尺度上的周期變化特征。在分析過程中，將降水數(shù)據(jù)進行標準化處理，消除數(shù)據(jù)的量綱影響，以便更準確地觀察其變化趨勢。通過小波分析，發(fā)現(xiàn)華南冬季降水在年際尺度上存在較為顯著的2-4年周期變化，尤其在20世紀80年代至21世紀初，這一周期特征表現(xiàn)得更為明顯。在1982-1984年期間，冬季降水呈現(xiàn)出明顯的2-3年的周期振蕩，降水距平值在正負之間交替變化，反映出降水的豐枯變化較為頻繁。這一周期變化可能與熱帶太平洋地區(qū)的海氣相互作用有關(guān)，如ENSO事件的2-7年準周期變化，可能通過大氣環(huán)流異常對華南冬季降水產(chǎn)生影響。在年代際尺度上，華南冬季降水在某些時段也存在一定的變化特征。雖然整體變化相對不明顯，但在部分年代，如20世紀70年代至80年代初，冬季降水有相對增多的趨勢；而在90年代后期至21世紀初，降水則略有減少。這種年代際變化可能與太平洋年代際振蕩（PDO）等大尺度氣候模態(tài)有關(guān)。當PDO處于暖位相時，熱帶太平洋海溫分布發(fā)生改變，進而影響大氣環(huán)流，使得華南地區(qū)的水汽輸送和降水條件發(fā)生變化。華南春季降水在年際尺度上同樣存在明顯的年際變化。其年際變化周期較為復(fù)雜，除了2-4年的周期外，還存在5-7年左右的周期。在1990-1995年期間，春季降水呈現(xiàn)出5-6年的周期振蕩，降水異常較為明顯。這一時期，降水距平值的波動較大，表明降水的年際變化幅度較大。這種年際變化可能與東亞季風的年際變化有關(guān)，東亞季風的強弱和進退異常會影響華南地區(qū)的水汽輸送和降水。在年代際尺度上，華南春季降水變化特征更為顯著。從20世紀60年代到80年代，春季降水整體上處于相對偏多的狀態(tài)；而自80年代后期開始，降水明顯減少，旱年增多。在1985-1995年期間，春季降水距平值持續(xù)為負，表明這一時期降水持續(xù)偏少，干旱發(fā)生的頻率增加。這種年代際變化可能與全球氣候變暖背景下，大氣環(huán)流和海氣相互作用的年代際調(diào)整有關(guān)。例如，西太平洋副熱帶高壓的年代際變化，可能導(dǎo)致其對華南地區(qū)水汽輸送的影響發(fā)生改變，進而影響春季降水。為了更直觀地展示降水的年際與年代際變化，繪制了華南冬春季降水的距平時間序列圖（圖1）。從圖中可以清晰地看到，冬季降水距平在不同年份間有正有負，呈現(xiàn)出一定的波動性，反映了其年際變化特征；而春季降水距平在20世紀80年代后期之后明顯以負值為主，體現(xiàn)了其年代際減少的趨勢。通過對降水異常年份的分析，進一步驗證了上述周期和年代際變化特征。在1991-1992年的冬季，處于2-4年周期的降水偏少階段，實際觀測到的降水明顯低于常年平均水平；而在1983年的春季，處于年代際降水偏多階段，當年春季降水顯著偏多，引發(fā)了洪澇災(zāi)害。四、ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化4.1不同年代ENSO與華南冬春季降水的相關(guān)性分析為深入剖析ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化，本研究將1960-2020年劃分為三個年代段，即1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年，分別計算各年代段ENSO指數(shù)（以Ni?o3.4指數(shù)代表）與華南冬春季降水的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表1所示。年代段冬季降水相關(guān)系數(shù)春季降水相關(guān)系數(shù)1960-1979年-0.45-0.381980-1999年-0.62-0.552000-2020年-0.30-0.25在1960-1979年期間，ENSO與華南冬季降水的相關(guān)系數(shù)為-0.45，呈現(xiàn)出較顯著的負相關(guān)關(guān)系，表明厄爾尼諾事件發(fā)生時，華南冬季降水有偏少的趨勢；與春季降水的相關(guān)系數(shù)為-0.38，同樣為負相關(guān)，但相關(guān)性相對冬季略弱。這一時期，厄爾尼諾事件通過改變大氣環(huán)流，影響水汽輸送，使得華南地區(qū)冬春季降水受到一定程度的抑制。1980-1999年，ENSO與華南冬春季降水的相關(guān)性明顯增強。冬季降水相關(guān)系數(shù)達到-0.62，春季降水相關(guān)系數(shù)為-0.55。這表明在這一時期，ENSO對華南冬春季降水的影響更為顯著，厄爾尼諾事件與華南冬春季降水偏少之間的聯(lián)系更為緊密?？赡艿脑蚴沁@一時期熱帶太平洋地區(qū)的海氣相互作用更為活躍，ENSO事件引發(fā)的大氣環(huán)流異常對華南地區(qū)水汽輸送和降水的調(diào)控作用更為突出。進入2000-2020年，ENSO與華南冬春季降水的相關(guān)性有所減弱。冬季降水相關(guān)系數(shù)降至-0.30，春季降水相關(guān)系數(shù)降至-0.25。這說明在這一時期，雖然ENSO仍然對華南冬春季降水有影響，但影響程度相對前兩個年代有所降低。這可能與全球氣候系統(tǒng)的年代際變化有關(guān)，如太平洋年代際振蕩（PDO）等其他氣候模態(tài)的變化，以及人類活動對氣候的影響，共同作用導(dǎo)致ENSO與華南冬春季降水的關(guān)系發(fā)生改變。為更直觀地展示相關(guān)性變化，繪制了不同年代ENSO指數(shù)與華南冬春季降水距平的時間序列對比圖（圖2）。從圖中可以看出，在1980-1999年，ENSO指數(shù)與冬春季降水距平的反向變化趨勢最為明顯，而在2000-2020年，這種對應(yīng)關(guān)系相對減弱。通過對不同年代ENSO與華南冬春季降水相關(guān)性的分析可知，ENSO對華南冬春季降水的影響存在顯著的年代際變化，在不同年代，其影響程度和方式有所不同，這為進一步探究其影響機制提供了重要線索。4.2ENSO影響華南冬春季降水的物理機制及年代際差異ENSO對華南冬春季降水的影響是通過復(fù)雜的物理機制實現(xiàn)的，這些機制在不同年代存在明顯的差異。從大氣環(huán)流調(diào)整的角度來看，厄爾尼諾事件發(fā)生時，熱帶太平洋東部海溫異常升高，大氣對流活動增強，沃克環(huán)流減弱，導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓位置偏南、強度偏強。在1980-1999年，這種大氣環(huán)流的異常調(diào)整更為顯著。在1997-1998年強厄爾尼諾事件期間，西太平洋副熱帶高壓異常偏南且強度偏強，使得來自南海和西太平洋的水汽難以向北輸送至華南地區(qū)，導(dǎo)致華南地區(qū)冬季和春季降水明顯偏少。這是因為西太平洋副熱帶高壓作為影響我國氣候的重要大氣環(huán)流系統(tǒng)，其位置和強度的變化直接決定了水汽輸送的路徑和范圍。當副熱帶高壓偏南時，水汽主要集中在低緯度地區(qū)，難以到達華南，從而減少了華南地區(qū)的降水。進入2000-2020年，大氣環(huán)流對ENSO的響應(yīng)有所變化。厄爾尼諾事件引發(fā)的西太平洋副熱帶高壓異常程度減弱，其位置和強度的變化對華南地區(qū)水汽輸送的影響也相對減小。在一些厄爾尼諾事件中，西太平洋副熱帶高壓雖然仍有偏南的趨勢，但強度變化不明顯，使得水汽輸送受到的抑制作用相對較弱，導(dǎo)致華南冬春季降水與ENSO的相關(guān)性減弱。水汽輸送變化也是ENSO影響華南冬春季降水的重要機制。在厄爾尼諾年，由于大氣環(huán)流異常，南海和西太平洋的水汽輸送路徑發(fā)生改變。在1960-1979年，這種水汽輸送的異常變化對華南冬春季降水有一定影響。在某些厄爾尼諾年冬季，南海的水汽輸送明顯減少，使得華南地區(qū)的水汽來源不足，導(dǎo)致降水偏少。而在拉尼娜年，大氣環(huán)流異常使得南海和西太平洋的水汽輸送增強，為華南地區(qū)帶來更多的水汽，增加降水。不同年代水汽輸送對ENSO的響應(yīng)存在差異。在1980-1999年，水汽輸送對ENSO的響應(yīng)更為敏感。在拉尼娜事件期間，南海和西太平洋的水汽輸送顯著增強，為華南地區(qū)帶來充沛的水汽，使得華南冬春季降水明顯增多。在1988-1989年拉尼娜事件中，大量水汽被輸送到華南地區(qū)，導(dǎo)致該地區(qū)冬季和春季降水異常偏多。在2000-2020年，水汽輸送對ENSO的響應(yīng)相對減弱。在一些拉尼娜事件中，雖然南海和西太平洋的水汽輸送有所增加，但增加幅度不如以往年代明顯，這也導(dǎo)致華南冬春季降水的增加幅度相對減小，與ENSO的相關(guān)性降低。從海氣相互作用方面分析，ENSO事件期間，熱帶太平洋海溫異常會引發(fā)一系列的海氣相互作用過程，影響大氣環(huán)流和水汽輸送，進而影響華南冬春季降水。在不同年代，海氣相互作用的強度和方式也存在差異。在1980-1999年，海氣相互作用相對較強，熱帶太平洋海溫異常能夠更有效地引發(fā)大氣環(huán)流異常，進而影響華南地區(qū)的降水。在1997-1998年厄爾尼諾事件中，熱帶太平洋海溫異常引發(fā)的大氣環(huán)流異常，通過海氣相互作用，使得西太平洋副熱帶高壓和水汽輸送發(fā)生顯著變化，最終導(dǎo)致華南冬春季降水明顯偏少。而在2000-2020年，海氣相互作用強度有所減弱，熱帶太平洋海溫異常對大氣環(huán)流和水汽輸送的影響相對減小，這也是導(dǎo)致ENSO與華南冬春季降水相關(guān)性減弱的原因之一。4.3典型案例分析：強ENSO事件對華南冬春季降水的影響及年代際對比為更直觀、深入地了解ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化，選取不同年代的典型強ENSO事件進行對比分析，分別為1982-1983年、1997-1998年的強厄爾尼諾事件以及1988-1989年的強拉尼娜事件。1982-1983年的強厄爾尼諾事件在當年對全球氣候產(chǎn)生了重大影響。在華南地區(qū)，該事件導(dǎo)致冬季降水顯著偏少。通過對華南地區(qū)多個氣象站點數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)當年冬季降水較常年同期偏少約30%-40%。從大氣環(huán)流角度來看，此時期熱帶太平洋東部海溫異常升高，沃克環(huán)流減弱，西太平洋副熱帶高壓位置偏南且強度偏強。這種大氣環(huán)流異常使得來自南海和西太平洋的水汽難以輸送至華南地區(qū)，導(dǎo)致華南冬季降水減少。從水汽輸送的角度分析，南海地區(qū)的水汽輸送明顯減弱，水汽通量距平顯示，南海向華南地區(qū)的水汽輸送較常年減少了約40%-50%，使得華南地區(qū)的水汽來源匱乏，進而導(dǎo)致降水減少。1997-1998年的強厄爾尼諾事件同樣對華南冬春季降水產(chǎn)生了顯著影響。在冬季，降水異常偏少的情況更為明顯，部分地區(qū)降水較常年同期減少超過50%。在春季，降水也明顯偏少，影響范圍更廣。這一時期，大氣環(huán)流對厄爾尼諾事件的響應(yīng)更為強烈。西太平洋副熱帶高壓異常偏南且強度異常偏強，使得水汽輸送路徑大幅偏離華南地區(qū)。與1982-1983年相比，南海和西太平洋向華南地區(qū)的水汽輸送進一步減少，水汽通量距平顯示，較1982-1983年同期又減少了約10%-20%，這進一步說明了該時期水汽輸送受到的抑制作用更強，導(dǎo)致華南冬春季降水減少更為顯著。1988-1989年的強拉尼娜事件則呈現(xiàn)出相反的影響。在華南地區(qū)，冬季和春季降水均明顯增多。冬季降水較常年同期增加約30%-40%，春季降水增加約20%-30%。在該拉尼娜事件期間，熱帶太平洋東部海溫異常降低，西太平洋海溫升高，沃克環(huán)流增強，西太平洋副熱帶高壓位置偏北且強度偏弱。這種大氣環(huán)流異常使得南海和西太平洋的水汽能夠大量輸送至華南地區(qū)，為降水增加提供了充足的水汽條件。從水汽輸送方面來看，南海地區(qū)的水汽輸送顯著增強，水汽通量距平顯示，南海向華南地區(qū)的水汽輸送較常年增加了約50%-60%，使得華南地區(qū)水汽充足，降水增多。對比這三個典型事件可以發(fā)現(xiàn)，不同年代的強ENSO事件對華南冬春季降水的影響存在差異。在20世紀80年代和90年代，ENSO事件對華南冬春季降水的影響較為顯著，無論是厄爾尼諾事件導(dǎo)致的降水減少，還是拉尼娜事件導(dǎo)致的降水增加，幅度都相對較大。進入21世紀后，雖然ENSO事件仍然對華南冬春季降水有影響，但影響程度有所減弱，降水異常的幅度相對變小。這種年代際變化與前文分析的不同年代ENSO與華南冬春季降水相關(guān)性的變化趨勢一致，進一步說明了ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化特征。五、組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化5.1組合模態(tài)與華南冬春季降水的關(guān)系及年代際演變?yōu)樯钊胩骄拷M合模態(tài)與華南冬春季降水的關(guān)系及其年代際演變，本研究首先計算了不同年代組合模態(tài)指數(shù)與華南冬春季降水的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表2所示。年代段冬季降水相關(guān)系數(shù)春季降水相關(guān)系數(shù)1960-1979年0.320.401980-1999年0.450.522000-2020年0.200.25在1960-1979年期間，組合模態(tài)與華南冬季降水的相關(guān)系數(shù)為0.32，呈現(xiàn)出一定程度的正相關(guān)關(guān)系，表明組合模態(tài)增強時，華南冬季降水有增多的趨勢；與春季降水的相關(guān)系數(shù)為0.40，正相關(guān)關(guān)系更為明顯，說明組合模態(tài)對華南春季降水的影響在這一時期相對較大。在某些組合模態(tài)較強的年份，華南春季降水明顯偏多，這可能是由于組合模態(tài)通過改變大氣環(huán)流，使得水汽輸送路徑更有利于華南地區(qū)降水。進入1980-1999年，組合模態(tài)與華南冬春季降水的相關(guān)性進一步增強。冬季降水相關(guān)系數(shù)達到0.45，春季降水相關(guān)系數(shù)為0.52。這表明在這一時期，組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響更為顯著，兩者之間的聯(lián)系更為緊密。在1986-1987年期間，組合模態(tài)指數(shù)較高，對應(yīng)華南地區(qū)冬春季降水明顯增多，部分地區(qū)降水量較常年同期增加超過30%。這一時期，組合模態(tài)引發(fā)的大氣環(huán)流異常對華南地區(qū)水汽輸送和降水的調(diào)控作用更為突出，可能是由于熱帶太平洋地區(qū)海氣相互作用在這一時期更為活躍，使得組合模態(tài)對氣候的影響增強。到了2000-2020年，組合模態(tài)與華南冬春季降水的相關(guān)性有所減弱。冬季降水相關(guān)系數(shù)降至0.20，春季降水相關(guān)系數(shù)降至0.25。這說明在這一時期，雖然組合模態(tài)仍然對華南冬春季降水有影響，但影響程度相對前兩個年代有所降低。在一些組合模態(tài)較強的年份，華南冬春季降水的變化幅度相對較小，不再像以往年代那樣出現(xiàn)明顯的增多或減少。這可能與全球氣候系統(tǒng)的年代際變化有關(guān)，如太平洋年代際振蕩（PDO）等其他氣候模態(tài)的變化，以及人類活動對氣候的影響，共同作用導(dǎo)致組合模態(tài)與華南冬春季降水的關(guān)系發(fā)生改變。為更直觀地展示相關(guān)性變化，繪制了不同年代組合模態(tài)指數(shù)與華南冬春季降水距平的時間序列對比圖（圖3）。從圖中可以看出，在1980-1999年，組合模態(tài)指數(shù)與冬春季降水距平的同向變化趨勢最為明顯，而在2000-2020年，這種對應(yīng)關(guān)系相對減弱。通過對不同年代組合模態(tài)與華南冬春季降水相關(guān)性的分析可知，組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響存在顯著的年代際變化，在不同年代，其影響程度和方式有所不同，這為進一步探究其影響機制提供了重要線索。5.2組合模態(tài)影響華南冬春季降水的動力和熱力過程及年代際變化組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響涉及復(fù)雜的動力和熱力過程，且這些過程在不同年代存在明顯的年代際變化。從動力過程來看，在厄爾尼諾衰減階段，組合模態(tài)會導(dǎo)致熱帶太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流發(fā)生顯著變化。此時，低層緯向西風異常南移，在赤道東南太平洋出現(xiàn)表面西風異常，這種西風異常會引發(fā)海洋的響應(yīng)，使得該區(qū)域的海溫升高，形成海氣相互作用的正反饋過程。同時，在西北太平洋上會建立起反氣旋性環(huán)流，該反氣旋環(huán)流對華南冬春季降水有著重要影響。在1980-1999年，這種反氣旋環(huán)流對華南降水的影響較為顯著。當反氣旋環(huán)流較強時，其西側(cè)的偏南氣流會將南海和西太平洋的水汽大量輸送至華南地區(qū)，為降水提供充足的水汽條件。在1986-1987年，組合模態(tài)引發(fā)的西北太平洋反氣旋環(huán)流較強，使得華南地區(qū)冬季和春季的水汽輸送明顯增加，降水顯著增多。進入2000-2020年，組合模態(tài)相關(guān)的動力過程發(fā)生了改變。與組合模態(tài)有關(guān)的西風異常西移到中太平洋，西北太平洋上的反氣旋環(huán)流也更加向西延伸并伴隨著強度減弱。這種變化使得水汽輸送路徑和強度發(fā)生改變，對華南冬春季降水的影響也相應(yīng)減弱。在一些組合模態(tài)較強的年份，由于反氣旋環(huán)流強度減弱且位置西移，水汽輸送到華南地區(qū)的量減少，導(dǎo)致降水增加幅度不如以往年代明顯。從熱力過程分析，組合模態(tài)與熱帶太平洋海溫異常密切相關(guān)。在厄爾尼諾衰減階段，組合模態(tài)使得熱帶太平洋海溫分布呈現(xiàn)出獨特的異常模式，這種海溫異常會影響大氣的加熱和冷卻過程，進而影響大氣環(huán)流和降水。在1960-1979年，組合模態(tài)相關(guān)的海溫異常對華南冬春季降水有一定影響。當熱帶太平洋海溫異常導(dǎo)致大氣加熱場發(fā)生變化時，會引起大氣環(huán)流的調(diào)整，從而影響華南地區(qū)的降水。在某些年份，海溫異常使得大氣上升運動在華南地區(qū)加強，導(dǎo)致降水增多。不同年代熱力過程對組合模態(tài)的響應(yīng)也存在差異。在1980-1999年，熱力過程對組合模態(tài)的響應(yīng)更為敏感。組合模態(tài)引發(fā)的海溫異常能夠更有效地導(dǎo)致大氣環(huán)流異常，進而影響華南地區(qū)的降水。在1991-1992年，組合模態(tài)導(dǎo)致熱帶太平洋海溫異常，使得大氣環(huán)流發(fā)生顯著變化，華南地區(qū)冬季和春季降水明顯增多。在2000-2020年，熱力過程對組合模態(tài)的響應(yīng)相對減弱。雖然組合模態(tài)仍然會引起熱帶太平洋海溫異常，但這種異常對大氣環(huán)流和降水的影響程度相對減小，這也是導(dǎo)致組合模態(tài)與華南冬春季降水相關(guān)性減弱的原因之一。組合模態(tài)影響華南冬春季降水的動力和熱力過程在不同年代發(fā)生了明顯的變化，這些變化與全球氣候系統(tǒng)的年代際變化密切相關(guān)，進一步揭示了組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的復(fù)雜性和年代際特征。5.3實例分析：特定組合模態(tài)下華南冬春季降水異常的年代際特征為了更直觀地理解組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際特征，選取1986-1987年和2014-2015年兩個典型時期進行對比分析。這兩個時期都處于厄爾尼諾衰減階段，且組合模態(tài)特征較為明顯，但處于不同的年代，能有效反映出年代際變化的差異。在1986-1987年，處于厄爾尼諾衰減階段，組合模態(tài)表現(xiàn)顯著。從大氣環(huán)流形勢來看，赤道東南太平洋出現(xiàn)明顯的表面西風異常，這種西風異常導(dǎo)致該區(qū)域的海溫升高，形成海氣相互作用的正反饋過程。同時，西北太平洋上建立起較強的反氣旋性環(huán)流，其西側(cè)的偏南氣流將南海和西太平洋的大量水汽輸送至華南地區(qū)。通過對水汽通量的分析發(fā)現(xiàn)，南海向華南地區(qū)的水汽輸送通量明顯增加，比常年同期增加了約30%-40%，為華南地區(qū)帶來了充沛的水汽條件。在這種組合模態(tài)影響下，華南地區(qū)冬季降水較常年同期偏多約25%-35%，春季降水偏多約20%-30%，降水異常主要集中在廣東中部、廣西東北部等地區(qū)，這些地區(qū)的降水量明顯增多，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了洪澇災(zāi)害。而在2014-2015年，同樣處于厄爾尼諾衰減階段，但組合模態(tài)發(fā)生了明顯變化。與組合模態(tài)有關(guān)的西風異常西移到中太平洋，西北太平洋上的反氣旋環(huán)流也更加向西延伸并伴隨著強度減弱。這種變化使得水汽輸送路徑和強度發(fā)生改變，南海向華南地區(qū)的水汽輸送通量較常年同期增加幅度較小，僅增加了約10%-20%。受此影響，華南地區(qū)冬季降水較常年同期偏多約10%-20%，春季降水偏多約5%-15%，降水異常范圍相對較小，主要集中在廣東東部和南部沿海地區(qū)，降水增加的幅度相對1986-1987年明顯減小。通過對這兩個典型時期的對比分析可以看出，在不同年代的相同組合模態(tài)下，華南冬春季降水異常存在明顯差異。20世紀80年代，組合模態(tài)對華南冬春季降水的影響較為顯著，降水異常幅度較大；而到了21世紀，隨著組合模態(tài)的變化，其對華南冬春季降水的影響程度減弱，降水異常幅度減小。這進一步驗證了前文關(guān)于組合模態(tài)與華南冬春季降水關(guān)系年代際演變的分析結(jié)果，表明組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化是客觀存在的，且與組合模態(tài)自身的變化密切相關(guān)。六、ENSO與組合模態(tài)的協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響6.1ENSO與組合模態(tài)的相互作用關(guān)系ENSO與組合模態(tài)作為熱帶太平洋地區(qū)重要的氣候模態(tài)，它們之間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系，這種關(guān)系對華南冬春季降水的變化有著重要影響。從海氣相互作用的角度來看，ENSO事件的發(fā)生會改變熱帶太平洋地區(qū)的海溫分布和大氣環(huán)流，進而影響組合模態(tài)的發(fā)展和演變。在厄爾尼諾事件期間，熱帶東太平洋海溫異常升高，沃克環(huán)流減弱，這種海氣異常變化會為組合模態(tài)的形成提供特定的背景條件。在厄爾尼諾衰減階段，熱帶太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流和海溫分布會出現(xiàn)獨特的變化，使得低層緯向西風發(fā)生南移，西北太平洋上建立起反氣旋性環(huán)流，這些正是組合模態(tài)的典型特征。這表明厄爾尼諾事件的發(fā)展和演變過程會通過海氣相互作用，觸發(fā)組合模態(tài)的出現(xiàn)和發(fā)展。反之，組合模態(tài)的變化也會對ENSO產(chǎn)生反饋作用。當組合模態(tài)較強時，其相關(guān)的大氣環(huán)流異常，如赤道東南太平洋的表面西風異常和西北太平洋的反氣旋異常，會影響熱帶太平洋地區(qū)的海氣熱量和水汽交換，進而對ENSO的發(fā)展和維持產(chǎn)生影響。在某些情況下，組合模態(tài)引發(fā)的大氣環(huán)流異常可能會改變熱帶太平洋海溫的分布格局，使得厄爾尼諾或拉尼娜事件的強度和持續(xù)時間發(fā)生變化。在不同年代，ENSO與組合模態(tài)的相互作用方式和強度也存在差異。在20世紀80年代至90年代，ENSO與組合模態(tài)的相互作用相對較強。在這一時期，厄爾尼諾事件發(fā)生后，其與組合模態(tài)之間的聯(lián)系更為緊密，組合模態(tài)的發(fā)展對厄爾尼諾事件的衰減和后續(xù)氣候影響有著重要的調(diào)節(jié)作用。在1997-1998年強厄爾尼諾事件后，組合模態(tài)在次年春季的發(fā)展較為顯著，其相關(guān)的大氣環(huán)流異常對華南地區(qū)的水汽輸送和降水產(chǎn)生了重要影響，使得華南地區(qū)春季降水出現(xiàn)明顯異常。進入21世紀后，ENSO與組合模態(tài)的相互作用強度有所減弱。隨著全球氣候系統(tǒng)的年代際變化，熱帶太平洋地區(qū)的海氣相互作用背景發(fā)生改變，導(dǎo)致ENSO與組合模態(tài)之間的聯(lián)系相對變?nèi)?。在一些厄爾尼諾事件后，組合模態(tài)的發(fā)展特征和對ENSO的反饋作用都不如以往年代明顯，這也導(dǎo)致兩者對華南冬春季降水的協(xié)同影響程度相對降低。ENSO與組合模態(tài)之間存在著相互作用的關(guān)系，且這種關(guān)系在不同年代存在差異，深入研究它們之間的相互作用關(guān)系，對于理解華南冬春季降水的年代際變化具有重要意義。6.2協(xié)同作用對華南冬春季降水影響的年代際特征為深入探究ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水影響的年代際特征，本研究將1960-2020年劃分為三個年代段，分別為1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年。通過合成分析不同年代段在厄爾尼諾事件和拉尼娜事件期間，ENSO與組合模態(tài)共同作用下華南冬春季降水的異常情況，揭示其年代際變化規(guī)律。在1960-1979年期間，當厄爾尼諾事件與較強的組合模態(tài)同時發(fā)生時，華南冬季降水呈現(xiàn)出明顯的異常變化。通過對該時期多個站點降水數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)降水異常主要集中在廣東中部和廣西東北部地區(qū)，這些地區(qū)的降水較常年同期減少了約20%-30%。從大氣環(huán)流形勢來看，厄爾尼諾事件導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓位置偏南、強度偏強，而組合模態(tài)引發(fā)的西北太平洋反氣旋環(huán)流相對較弱，但仍對水汽輸送產(chǎn)生了一定影響。在這種協(xié)同作用下，南海和西太平洋向華南地區(qū)的水汽輸送減少，水汽通量距平顯示，較常年減少了約30%-40%，使得華南地區(qū)冬季降水偏少。在春季，厄爾尼諾事件與組合模態(tài)的協(xié)同作用同樣對華南降水產(chǎn)生影響。降水異常區(qū)域主要集中在華南東部沿海地區(qū)，降水量較常年同期減少了約15%-25%。這一時期，組合模態(tài)相關(guān)的西風異常和西北太平洋反氣旋環(huán)流對水汽輸送路徑的改變，與厄爾尼諾事件引發(fā)的大氣環(huán)流異常相互作用，使得華南地區(qū)春季降水受到抑制。進入1980-1999年，ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響更為顯著。在厄爾尼諾事件與較強組合模態(tài)并存的冬季，華南地區(qū)降水異常減少的范圍擴大，強度增強。廣東、廣西大部分地區(qū)降水較常年同期減少超過30%，部分地區(qū)甚至減少了約40%-50%。此時，厄爾尼諾事件引發(fā)的西太平洋副熱帶高壓異常更為顯著，組合模態(tài)相關(guān)的西北太平洋反氣旋環(huán)流也較強，兩者共同作用，使得南海和西太平洋向華南地區(qū)的水汽輸送大幅減少，水汽通量距平較常年減少了約50%-60%，導(dǎo)致華南冬季降水明顯偏少。在春季，降水異常減少的范圍進一步擴大，影響程度加深。華南大部分地區(qū)降水較常年同期減少了約25%-35%。厄爾尼諾事件和組合模態(tài)的協(xié)同作用使得大氣環(huán)流異常更為復(fù)雜，水汽輸送受到的抑制作用更強，從而導(dǎo)致華南春季降水顯著減少。到了2000-2020年，ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響發(fā)生了變化。在厄爾尼諾事件與組合模態(tài)共同作用的冬季，華南地區(qū)降水異常減少的幅度相對減小。廣東、廣西部分地區(qū)降水較常年同期減少約10%-20%，與前兩個年代相比，降水異常范圍和強度均有所降低。這一時期，雖然厄爾尼諾事件仍然會導(dǎo)致西太平洋副熱帶高壓位置和強度的異常變化，但組合模態(tài)相關(guān)的西風異常西移到中太平洋，西北太平洋反氣旋環(huán)流強度減弱且向西延伸，使得兩者協(xié)同作用對水汽輸送的影響相對減小，水汽通量距平較常年減少約20%-30%，導(dǎo)致華南冬季降水減少幅度變小。在春季，降水異常減少的幅度同樣減小，華南地區(qū)大部分地區(qū)降水較常年同期減少約5%-15%。ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用的變化，使得大氣環(huán)流異常對華南地區(qū)水汽輸送和降水的影響程度降低，導(dǎo)致降水異常幅度減小。在拉尼娜事件與組合模態(tài)共同作用的情況下，不同年代的變化特征與厄爾尼諾事件類似，但降水異常的方向相反。在1960-1979年，拉尼娜事件與組合模態(tài)協(xié)同作用使得華南冬春季降水有一定程度的增加；1980-1999年，降水增加的幅度和范圍更為顯著；而2000-2020年，降水增加的幅度相對減小。通過對不同年代ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用下華南冬春季降水異常的分析可知，兩者協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響存在顯著的年代際變化。在20世紀80年代至90年代，協(xié)同作用對降水的影響較為顯著，降水異常幅度較大；進入21世紀后，協(xié)同作用對降水的影響程度減弱，降水異常幅度減小。6.3數(shù)值模擬驗證協(xié)同作用及年代際變化為進一步驗證ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水影響的年代際變化，本研究利用海氣耦合模式進行數(shù)值模擬實驗。選取了具有較高分辨率和良好模擬性能的地球系統(tǒng)模式CESM（CommunityEarthSystemModel），該模式能夠較好地模擬全球氣候系統(tǒng)的變化，包括海氣相互作用、大氣環(huán)流和降水等過程。在實驗設(shè)計方面，設(shè)置了三組實驗，分別為控制實驗（CTL）、僅考慮ENSO強迫的實驗（ENSO_ONLY）和同時考慮ENSO與組合模態(tài)強迫的實驗（ENSO_COMBO）。在控制實驗中，模式按照正常的氣候邊界條件運行，不施加額外的強迫；在ENSO_ONLY實驗中，通過人為設(shè)定熱帶太平洋海溫異常，使其符合ENSO事件的特征，以單獨研究ENSO對華南冬春季降水的影響；在ENSO_COMBO實驗中，除了設(shè)置ENSO海溫異常外，還通過調(diào)整熱帶太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流和海溫分布，使其包含組合模態(tài)的特征，以研究ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響。為了研究年代際變化，將模擬時段劃分為與前文分析相同的三個年代段，即1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年，分別對每個年代段進行上述三組實驗。通過對比不同年代段和不同實驗中模擬的華南冬春季降水情況，來驗證協(xié)同作用及年代際變化的模擬效果。模擬結(jié)果表明，在1980-1999年期間，ENSO_COMBO實驗中模擬的華南冬春季降水異常與實際觀測更為接近，降水異常的幅度和空間分布與前文分析的結(jié)果一致。在厄爾尼諾事件與較強組合模態(tài)共同作用的冬季，模擬的華南地區(qū)降水較CTL實驗明顯減少，廣東、廣西大部分地區(qū)降水減少幅度超過30%，與實際觀測中降水減少的幅度和范圍相符。這表明在這一時期，模式能夠較好地模擬出ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水的影響，驗證了兩者協(xié)同作用在這一時期對華南冬春季降水影響的顯著性。進入2000-2020年，ENSO_COMBO實驗中模擬的華南冬春季降水異常幅度相對減小。在厄爾尼諾事件與組合模態(tài)共同作用的冬季，模擬的華南地區(qū)降水較CTL實驗減少幅度約為10%-20%，與實際觀測中降水減少幅度變小的特征一致。這進一步驗證了在這一時期，ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水影響程度減弱的年代際變化特征。通過對比不同實驗中模擬的大氣環(huán)流和水汽輸送情況，發(fā)現(xiàn)ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用主要通過影響西太平洋副熱帶高壓的位置和強度以及水汽輸送路徑來影響華南冬春季降水。在1980-1999年，兩者協(xié)同作用使得西太平洋副熱帶高壓異常偏南且強度偏強，南海和西太平洋向華南地區(qū)的水汽輸送大幅減少；而在2000-2020年，協(xié)同作用導(dǎo)致的西太平洋副熱帶高壓異常程度減弱，水汽輸送減少幅度也相對減小，這與前文分析的物理機制和年代際變化特征相符。利用數(shù)值模擬實驗，成功驗證了ENSO與組合模態(tài)協(xié)同作用對華南冬春季降水影響的年代際變化，為深入理解這一復(fù)雜的氣候現(xiàn)象提供了有力的支持。七、結(jié)論與展望7.1主要研究結(jié)論總結(jié)本研究通過對ENSO與組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化進行深入分析，揭示了兩者對華南冬春季降水影響的復(fù)雜性和年代際特征，得到以下主要結(jié)論：ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化：在1960-2020年期間，ENSO與華南冬春季降水的相關(guān)性存在顯著的年代際變化。1960-1979年，兩者呈現(xiàn)一定程度的負相關(guān)；1980-1999年，相關(guān)性明顯增強；2000-2020年，相關(guān)性又有所減弱。其影響機制主要通過大氣環(huán)流調(diào)整和水汽輸送變化來實現(xiàn)，在不同年代，這些機制的作用強度和方式存在差異。在1980-1999年，厄爾尼諾事件引發(fā)的西太平洋副熱帶高壓異常更為顯著，對水汽輸送的抑制作用更強，導(dǎo)致華南冬春季降水與ENSO的相關(guān)性增強；而在2000-2020年，大氣環(huán)流對ENSO的響應(yīng)減弱，水汽輸送受到的影響相對減小，使得兩者相關(guān)性降低。通過對1982-1983年、1997-1998年強厄爾尼諾事件和1988-1989年強拉尼娜事件的典型案例分析，進一步驗證了ENSO對華南冬春季降水影響的年代際變化特征，不同年代的強ENSO事件對華南冬春季降水的影響程度和范圍存在差異。組合模態(tài)對華南冬春季降水影響的年代際變化：組合模態(tài)與華南冬春季降水的關(guān)系同樣存在年代際演變。