海南岛9—10月份暴雨日数与ENSO的关系研究

海南岛9—10月份暴雨日数与ENSO的关系研究

张天圣1,2, ,赵蕾1, ,莫云音1, ,蔡英缨1

1.海南省气象服务中心，海南 海口 570203；

2.海南省南海气象防灾减灾重点实验室， 海南 海口 570203

摘要：利用海南岛18个市县国家气象观测站（18个观测站）日降水资料，NCEP\NCAR逐月资料和美国NOAA中心ERSSTV4的逐月海温资料，研究了海南岛秋季暴雨日数与前期海温的关系，结果表明：春季、夏季、9-10月份中、东部太平洋海温与9—10月份暴雨日数负相关区域逐渐扩大，7、8月份和同期9—10月份相关性较为明显。当前期（7—8月）出现拉尼娜（厄尔尼诺）事件时，西太平洋副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），沃克环流偏强（偏弱），印缅槽偏强（偏弱），热带印度洋、孟加拉湾进入南海偏西风偏强（偏弱），南海对流活动活跃（不活跃），有利于（不利于）海南岛秋季暴雨形成。拉尼娜年时，当海南岛上空低值系统偏强（偏弱），赤道印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强明显（不明显），贝湖附近高压脊偏强（偏弱），有利于（不利于）冷空气向南扩散，则暴雨日数偏多（正常）。厄尔尼诺年时，（1）当海南岛上空高压系统控制，贝湖附近高压脊偏弱，则暴雨日数偏少，（2）当西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，东亚大槽偏强，有短波槽配合，则暴雨日数正常，（3）当沃克环流偏弱不明显，巴士海峡、南海北部对流活动活跃，受低值系统和偏东气流影响，暴雨日数偏多。

关键词： 前期海温，暴雨日数，Niño3.4区海温，沃克环流

1资料与方法

本文选用的资料有海南岛18个市县国家气象观测站（18个观测站）1981—2017年日降水资料，NCEP\NCAR逐月资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，海表温度资料（SST）选取美国NOAA中心ERSSTV4的逐月资料，水平分辨率为2.0°×2.0°，国家气候中心144项环流指数，本文采用的方法有相关分析、合成分析方法。

2结果分析

2.1  9—10月暴雨与海温变化的关系

从图1可以看到，春季西太平洋海温为正相关，中、东部太平洋海温为负相关，但是通过显著性检验的区域都很小，夏季中东太平洋海温的负相关显著区域明显扩大，到9—10月份该区域依然存在，而西太平洋的正相关显著区域相对来说比较小，赤道太平洋海温呈现出类似拉尼娜事件的分布，西太平洋为正相关，中东太平洋为负相关区域。随着时间的推进，赤道中东太平洋的显著正相关区域逐渐扩大，进一步计算了夏季6、7、8月份海温与海南岛暴雨日数的相关性（图略），发现越靠近秋季、赤道中东太平洋海温的相关显著区域越大，7—8月份和同期9—10月份较明显，6月份显著相关性区域比较小，因此，本文选取区域较大，延续性较好的前期7—8月份中东太平洋海温作为关键区，选取范围为ENSO监测区域Niño3.4区海温（190E°—240E°，10S°—5N°），根据以此为切入点来研究探讨海温异常是如何通过影响大气环流变化来进而造成海南岛9—10月暴雨的产生的。

a                     b                         c

图1、9—10月暴雨日数与海温相关系数分布（a：春季，b：夏季，c：9—10月，等值线为相关系数，阴影部分表示通过0.05显著性检验）

2.2  ENSO事件对9-10月份暴雨影响的可能机制

拉尼娜年，赤道以北太平洋的风场为反气旋式环流异常，赤道太平洋为偏东风距平，向西延伸到南海附近，说明拉尼娜年赤道太平洋偏东风偏强，而在阿拉伯海，孟加拉湾为气旋性环流异常，对应赤道印度洋为偏西风距平，向东延伸到南海附近，说明偏西风偏强，与太平洋偏东风汇合，南海对流活动活跃，为海南岛暴雨产生提供有利条件，厄尔尼诺年，赤道太平洋为偏西风距平，说明赤道偏东风偏弱，印度半岛到中南半岛存在反气旋式环流异常，赤道印度洋为偏东风距平，说明偏西风偏弱。造成对流活动较拉尼娜年减弱，对海南岛暴雨产生抑制作用。从射出长波辐射（OLR）距平场也可以看到，拉尼娜年，热带太平洋为正距平控制，而澳大利亚以北到南海均为负距平，说明对流活动比较活跃，厄尔尼诺年，热带太平洋为负距平控制，而澳大利亚以北到南海均为正距平，说明对流活动受到抑制。从500hPa高度距平场可以看到，拉尼娜年，副高偏北，低纬度地区为负距平控制，这种北高南低的高度距平场分布形式有利于偏东气流携带水汽向海南上空输送，而低空偏东风急流正是后汛期特大暴雨的天气学特征中最显著的强信号。厄尔尼诺年则相反，副高偏南，低纬度地区包括海南岛为正距平控制，一方面说明低纬度地区低值系统不活跃，另一方面这种北低南高的高度距平场分布形式不利于低空偏东急流的形成，从200hPa流场距平可以看到，拉尼娜年（厄尔尼诺年）,在我国大部分地区为反气旋（气旋）式环流控制，海南岛位于反气旋环流底部，受偏东（偏西）风距平影响，而在赤道以北太平洋从高纬度到低纬度分别存在反气旋（气旋）环流中心和气旋（反气旋）环流中心，赤道上空为偏西（偏东）风距平。进一步计算了Niño3.4区海温与不同环流指数的关系，7-8月Niño3.4区海温与9-10月西太平洋副高脊线指数、南海副高面积指数、强度指数，印缅槽强度指数的相关系数分别为-0.48、0.49、0.46、0.66，均超过0.01显著性，而与西太平洋副高强度指数、西脊点指数的相关性不高，说明当Niño3.4区海温负（正）异常时，副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），有利于（不利于）低纬偏东气流向南海输送，印缅槽偏强（偏弱），有利于（不利于）低纬偏西风气流向南海输送。

由图2可见，拉尼娜年，赤道中东太平洋上空对应下沉气流，海南岛上空为上升气流，500hPa以下对流层中下层为偏东风距平，400hPa以上高空为偏西风距平构成顺时针纬向环流圈，即沃克环流偏强，而厄尔尼诺年则相反。从图3中可以看到，拉尼娜年，热带印度洋到海南岛垂直剖面为逆时针环流，海南岛上空为辐合上升气流影响，高空偏东风距平,低空为偏西风距平,环流中心高度位于380hPa附近, 说明从印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强，厄尔尼诺年，从热带印度洋到海南岛垂直剖面为顺时针环流，海南岛上空为下沉辐散气流影响，高空偏西风距平，低空为偏东风距平，环流中心高度位于380hPa附近，说明从印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏弱。以上分析可知，拉尼娜年（厄尔尼诺年），西太平洋副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），沃克环流偏强（偏弱），热带太平洋到南海偏东风偏强（偏弱），印缅槽偏强（偏弱），热带印度洋到南海低空偏西风偏强（偏弱），南海附近低空风场辐合偏强（偏弱），对流活动活跃（不活跃），有利于（不利于）海南岛秋季暴雨形成。

a                                  b

图2、 拉尼娜年（a）和厄尔尼诺年（b）沿着（110E°,20N°）到（150W°,0N°）垂直剖面环流距平（阴影部分表示上升运动）

a                            b

图3、拉尼娜年（a）和厄尔尼诺年（b）沿着（90E°, 0N°）到（110E°,20N°）垂直剖面环流距平（阴影部分表示上升运动）

结合相关数据可见，并非所有拉尼娜年海南岛秋季暴雨日数都偏多，也并非所有厄尔尼诺年海南岛秋季暴雨日数都偏少，这就表明在Niño3.4区海温强信号出现时，同时还有一些细微的信号值得我们去捕捉。为了深入认识ENSO事件与海南岛秋季暴雨的关系，我们进一步对比分析拉尼娜年中秋季暴雨日数偏多（1985、1988、2000、2010、2011年，视为情况A）和正常（1998、1999，2007年，视为情况B），对比分析厄尔尼诺年中秋季暴雨日数偏少（1987、1991、2004、2006年，视为情况C）和正常（1982，1997、2002、2015年, 视为情况D），厄尔尼诺年中秋季暴雨日数偏多（2009年, 视为情况E）之间的差异性。

A情况时，海南岛上空为闭合气旋式环流影响，从热带太平洋，印度洋、孟加拉湾进入南海这支气流偏强，高纬度贝加尔湖附近反气旋环流控制，说明高压脊偏强，有利于冷空气向南扩散，而在B情况时，海南岛上空为近东西向横槽影响，气旋式环流相对较弱，孟加拉湾南部为气旋性环流，因此热带印度洋、孟加拉湾进入南海的这支气流偏弱，导致南海附近水汽辐合减弱，高纬度贝加尔湖附近高压脊偏弱，不利于冷空气向南扩散，从500hPa高度距平场对比来看，主要差别是：在A情况时，中南半岛南海北部为负高度距平中心，说明受低值系统影响，贝加尔湖附近高压脊偏强，在B情况时，海南岛上空没有形成明显负高度距平中心，说明低值系统偏弱，热带印度洋为负高度距平达到-5dagpm，高纬度贝加尔湖附近为负距平控制，高压脊偏弱。从整层水汽散度距平对比可以看到，在海南岛上空A情况水汽散度距平值范在-0.3～-0.2·10-4kg/(m2·s)之间，B情况水汽散度距平值范围约在-0.1～0·10-4kg/(m2·s)之间。

C种情况时，中南半岛为反气旋环流控制，海南岛位于反气旋环流中心附近受东北气流距平影响，下沉辐散，而D种情况时,南海东北部和孟加拉湾为反气旋环流控制，西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，相比较C种情况，有利于辐合上升，从500hPa高度距平场可以看到，C种情况时，从东北向西南方向高度距平常表现为+、-、+分布特征，中南半岛包括海南岛为正高度距平中心控制，贝加尔湖附近为负距平，说明高压脊偏弱，D种情况时，从日本海到我国东部地区为负高度距平，说明东亚大槽偏强，再配合低纬度短波槽共同影响，不容易出现暴雨偏少情况。从整层水汽散度距平对比也可以看出，在海南岛上空C情况水汽散度距平值在0.3·10-4kg/(m2·s)以上，D情况水汽散度距平值范围约在-0.2～-0.1·10-4kg/(m2·s)之间。

以上对比分析了A、B、C、D四种情况，可以看出他们之间的不同环流特征，而E种情况（即2009年）则是区别于这四种情况，即厄尔尼诺年，海南岛秋季暴雨反而异常偏多，下面通过分析海温异常和环流异常的配置是如何造成海南岛秋季暴雨偏多的。从沿赤道纬向垂直剖面环流图（图略）可以看到，赤道110E°附近为下沉气流控制，赤道太平洋为偏西气流，说明沃克环流偏弱。从射出长波辐射（OLR）距平场可以看到，澳大利亚以北到马来西亚一带为正距平，因为沃克环流减弱导致这一带对流活动减弱，但是沃克环流减弱不是很明显，南海大部分海域，巴士海峡为负距平，对流活动较为活跃，从-10S°到20N°热带太平洋均为偏西风距平，而只有赤道附近为弱的偏西风，南海中北部、巴士海峡为气旋性环流控制，我国中东部、黄海、东海为反气旋环流控制，海南岛位于气旋环流和反气旋环流之间偏西侧，受低值系统和偏东气流影响，容易产生暴雨天气，从500hPa高度距平场可以看到，南海为负距平控制，我国大部分地区为正距平控制，海南岛上空为北高南低的分布态势，有利于东风急流产生，从整层水汽散度距平对比也可以看出，在海南岛上空水汽散度距平值范围约在-0.3～-0.2·10

-4kg/(m2·s)之间。可见，厄尔尼诺年时，沃克环流有所减弱，但是减弱不明显，不一定能导致秋季暴雨减少，还要考虑其他影响因子，南海低值系统配合偏东气流是相对关键的影响因素。

4 结论

本文利用海南岛18个国家气象观测站逐日降水资料，NCEP\NCAR逐月资料和美国NOAA中心ERSSTV4逐月海温资料，研究了海南岛秋季暴雨日数与ENSO的关系，主要得出以下结论：

（1）春季中、东部太平洋海温与9—10月份暴雨日数为负相关，但是通过显著性检验的区域很小，夏季负相关显著区域明显扩大，到9—10月份该区域依然存在，越靠近秋季、赤道中东太平洋海温的相关显著区域越大，7月份、8月份和同期9—10月份较明显，春季和6月份显著相关性区域相对比较小。

（2）拉尼娜年（厄尔尼诺年），西太平洋副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），沃克环流偏强（偏弱），印缅槽偏强（偏弱），热带印度洋、孟加拉湾进入南海偏西风偏强（偏弱），南海对流活动活跃（不活跃），有利于（不利于）海南岛秋季暴雨形成。

（3）拉尼娜年，当海南岛上空低值系统偏强（偏弱），赤道印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强明显（不明显），贝湖附近高压脊偏强（偏弱），有利于（不利于）冷空气向南扩散，则海南岛9—10月份暴雨日数偏多（正常）。

（4）厄尔尼诺年，当海南岛上空高压系统控制，贝湖附近高压脊偏弱，则海南岛9—10月份暴雨日数偏少，而当西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，东亚大槽偏强，有短波槽配合，则暴雨日数正常。当沃克环流偏弱不明显，巴士海峡、南海北部对流活动活跃，受低值系统和偏东气流影响，暴雨日数偏多。

参考文献：

[1] 李天然，张人禾，温敏。 ENSO 对中国冬半年降水影响的不对称性及机制分析[J]。热带气象学报，2017，33(1): 1-10。

[2]符式红，冯文，赵付竹，近40年海南岛后汛期特大暴雨环流特征[J]。云南大学学报,2017，39(SI): 89-96。