ENSO事件作为全球海气相互作用的最强信号,其分类及气候影响一直是国内外学者研究的重点(巢纪平,1993;Ashok et al.,2007;Kug et al.,2009;张文君等,2018)。由于海表温度异常中心位置的不同所引起的热带对流加热场、热带外区域大气环流异常和相应的气候效应有着显著的差异,因此,目前国际上的一些研究多是依据海温异常的空间分布对ENSO事件进行分型(Kao and Yu,2009;秦坚肇和王亚非,2014;李丽平等,2015)。有研究表明, Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o3指数对于EP型ENSO事件具有最佳监测能力,而Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o 4指数对CP型ENSO事件的监测能力较强(曹璐,2011)。

有关ENSO对中国降水影响差异的研究已有众多,且由于个例选取的差异,不同研究的结果也不尽相同（张礼平等，2012；王欢和李栋梁，2019）。Karori et al.(2013)研究指出,两类ENSO事件对长江流域及华南地区夏季降水的影响存在非对称的特征:长江流域的降水与CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a和EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o呈显著正相关;而华南地区的降水异常则与CP型(EP型)El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件呈显著正(负)相关。Feng et al.(2011)讨论了两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o衰减阶段我国降水的差异,表明EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o使得我国夏季江南降水偏多,江淮流域降水偏少;CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o的次年夏季,长江、黄淮流域降水偏多,江南、华南降水偏少。袁媛等(2012)根据最大海温正距平所在位置将El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o分为三类,指出东部型、中部型和混合型的厄尔尼诺分别对应了次年夏季中国可能出现的典型Ⅲ类、Ⅱ类和Ⅰ类雨型。周建琴等(2017)认为两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发展年沃克环流上升支的有无及其位置的差异,使得中国夏季降水在东北和华北呈几乎呈相反分布,江淮流域降水一致偏少。Cao et al.(2017)指出,在印度季风与西北太平洋异常反气旋的共同作用下,两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o衰减年雨季的降水量异常较平均增加了30％,且传统型ENSO衰减阶段对雨季降水量的影响大于ENSO Modoki对雨季降水量的影响。

越来越多的研究表明,西北太平洋的大尺度异常反气旋是传递El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o对东亚夏季降水影响的关键因子(Wang et al.,2000;杨辉和李崇银,2005;郭栋等,2016;Li et al.,2017)。那么,这些理论是否适用于两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件的研究呢?以往涉及到La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a与中国降水的研究或是侧重于ENSO的位相转换(赵树云等,2017;Zhang et al.,2018),或是未将夏季作为研究时段(徐康,2013;李海燕等,2016),对于东部及中部型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o及La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件与次年夏季中国降水的相关的各要素场进行同时对比讨论的相对较少。西北太平洋异常反气旋在两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件中有何差异,它是怎样形成和维持的?两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a背景下与中国夏季降水异常有关的可能关键系统是什么?如何对夏季降水产生影响?本文拟通过对比两类ENSO事件背景下与我国夏季降水相关的各要素场及相应东亚大气环流的差异,以期探究造成这种气候差异的可能成因,加深对ENSO事件与我国气候异常关系的了解,为短期气候预测提供参考。

1 资料和方法

使用国家气象信息中心提供的全国160站逐月降水资料及74项环流指数,HadISST月平均海温资料,NCEP/NCAR提供的全球月平均再分析资料,包括:位势高度场、三维风场、比湿场、OLR等,资料水平分辨率为2.5°×2.5°,共17层,比湿场为8层,OLR为1层。所用资料时间长度均为1961—2016年,OLR的时间长度为1979—2016年。主要采用合成分析,t检验等统计类方法。

2 ENSO事件的分型及中国东部夏季降水异常特征

美国海洋大气局气候预测中心将ONI(厄尔尼诺指数,Oceanic Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o Index)大于等于0.5℃(小于等于-0.5℃)持续5个月以上定义为一次El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件,据此标准挑选出1961—2016年间发生的18次厄尔尼诺事件和15次拉尼娜事件(表1)。值得注意的是,由于1970—1972、1998—2001年期间的拉尼娜事件持续时间较长,分别将其看作是2次事件(1970、1971年)及3次事件(1998、1999、2000年)。

通过比较盛期时Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o3、Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o4指数标准化强度振幅相对大小来判定ENSO事件类型的方法能较好地反映ENSO事件盛期时的不同海温分布型。而通过观察各ENSO事件发生时的逐月海温异常演变(图略)发现,有些ENSO事件在发展到盛期前的海温分布呈现为EP型,而当事件发展到盛期时的海温分布又呈现为CP型(如1973年的El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件和1987年的La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件),即仅依据事件盛期时的海温分布来对ENSO事件进行分类可能会将一些混合型事件归类到研究个例中,从而对研究结果产生影响。

因此,本文在参考Kug et al.(2009)对El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件分型与袁媛和晏红明(2012)对于La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件分型方法的基础上,补充考虑发展期(8—10月)两指数的相对大小,从而对事件进行分型,最终分型结论与Yeh et al.(2009)和Feng et al.(2015)的研究结论基本一致。比较发展期(8—10月)及成熟期(12月—次年2月)去趋势且标准化的Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o3、Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o4指数绝对值的相对大小,若发展期及成熟期的Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o3绝对值均大于(小于) Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o4绝对值,则定义为一次EP(CP)型事件;否则定义为混合型事件(暂不讨论)。剔除了1969、1979、1987、1991年的4次El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件及1970、1973、1988、1999、2007年的5次La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件,最终选取了7个EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件:1963、1965、1972、1976、1982、1997、2015年;6个EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件:1964、1967、1971、1984、1995、2005年;7个CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件:1968、1977、1994、2002、2004、2006、2009年;7个CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件:1975、1983、1998、2000、2008、2010、2011年。

为了解ENSO背景下中国东部夏季降水异常的分布情况,图1给出了合成的两类ENSO事件次年夏季中国降水距平百分率分布,可见,EP型事件夏季降水由北至南呈三极型反相分布(EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o为“+-+”,EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a则为“-+-”);EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季,降水的两个正异常中心分别位于华北、黄淮北部和长江中游,负异常中心则位于黄淮南部江淮东部,EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件次年夏季降水除江南南部至华南地区仍为降水正异常外,其分布则几乎与EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o相反。CP型事件夏季降水由北至南则呈偶极型反相分布(CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o为“+-”,CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a则为“-+”);即CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季,降水正异常中心位于黄淮北部江淮江汉,负异常中心则位于江南中西部,而CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a次年夏季的降水异常与之相反。

充足的水汽及一致的上升运动是降水发生的有利条件。因此,图2给出了两类ENSO事件衰减年夏季相应的850 hPa水汽通量及水汽通量散度,图3为经向风及垂直风场沿降水异常中心(116°E)的高度-纬度剖面,可见,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发生后次年夏季,低层有偏南风异常,江汉、江淮南部低层为弱下沉运动,高层为上升运动,华北地区为一致的上升运动;除江淮东部的小部分地区外,江汉至华北均为水汽辐合区,水汽来源于孟加拉湾、南海及西太平洋,充足的水汽配合上升运动,形成了有利的降水条件;EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a发生后次年夏季,低层有较弱的偏北风异常,黄淮江淮地区高层下沉低层上升,且为水汽辐合区,降水条件较好,对应降水正异常区;华北地区虽处于水汽辐合区,但区域内是较为一致的下沉运动,即垂直运动条件与水汽条件不匹配,不利于该地区降水的发生。CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发生后次年夏季,除华北北部及华南南部的少部分区域为水汽辐散区外,整个中国东部地区基本处于水汽辐合区,因此降水的发生与否主要由垂直运动条件决定。由图3可见,长江黄河流域以南低层为偏南风异常,以北则为偏北风异常,两河流域之间为一致的上升运动,来自

图1 EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a)、CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(b)、EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c)、CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(d)次年夏季降水距平百分率分布(单位:％;打点区域表示通过置信水平为90％的显著性检验)

图2 EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a)、CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(b)、EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c)、CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(d)次年夏季850 hPa水汽通量距平场(箭矢;单位:kg·m^-1·s^-1)和水汽通量散度距平场(阴影区;单位:10^-2 kg·m^-2·s^-1)

高纬、南海及西太平洋的水汽在该地区汇合,使得两河流域之间降水偏多;华北地区主要为下沉运动,且部分区域为水汽辐散区,不利于降水的发生。CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a发生后次年夏季,低层以北风异常为主,长江以南为一致的水汽辐合区,长江以北主要为水汽辐散区;两河流域之间的垂直运动以下沉为主,水汽辐散,降水条件较差;江南中西部华南一带为水汽辐合区,同时为垂直运动上升区,有利于该地区降水的发生。

由以上分析可知,ENSO事件衰减年夏季相应的水汽及垂直运动条件与降水异常的分布(图1)有着较好的对应关系,那么,与两类ENSO事件次年夏季中国降水异常分布对应的大气环流有什么特征?有何关键系统作用?通过何种途径对中国夏季降水产生影响?下文将针对上述问题进行讨论。

3 两类ENSO事件大气环流特征对比

已有研究表明,南亚高压(魏维等,2012)和西太副高(朱玉先和喻世华,1997)对我国夏季降水异常的分布有明显影响。张玲和智协飞(2010)指出,当南亚高压和西太副高纬向异常重叠(分离)时,长江中下游盛夏降水异常偏多(少),华南盛夏降水异常偏少(多)。为研究与夏季降水密切相关的东亚大气环流背景,图4给出了两类ENSO事件次年夏季相应200 hPa及500 hPa位势高度距平场的分布。

EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发生后的次年夏季,南亚高压与西太副高纬向位置较气候场略重叠。高层南亚高压偏强偏东,中高纬两脊一槽;中层西太副高位置略偏南,有利于水汽向长江流域输送;中纬度贝加尔湖东部槽加深,西部脊及鄂海脊加强,中纬度经向环流加强,利于北方冷空气向南输送,与南来暖湿气流交汇于江淮西南、江南北部;EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a发生后次年夏季,高层南亚高压偏弱偏东,位置偏南;中层西太副高更弱范围更小,即南亚高压与西太副高异常分离,华南降水偏多,长江中下游降水偏少(图1c),这一结论与张玲和智协飞(2010)的研究结论一致;CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发生后次年夏季,南亚高压偏强偏东,西太副高较强范围更大并明显西伸,西太副高对我国的影响区域相对于EP型暖事件更为偏北;中纬度贝湖上空脊加强,利于北方冷空气向南输送,使得长江黄河流域之间降水偏多;CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a发生后次年夏季,高层南亚高压偏弱偏东;中层中纬度有低槽,西太副高偏弱范围相对偏小,但明显强于EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件,表明西太副高影响范围相对华南地区略偏北,即西太副高的位置及强度使得水汽可以

图3 EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a)、CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(b)、EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c)、CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(d)次年夏季经向风分量异常及垂直风场异常沿116°E的纬度高度剖面(箭矢表示风向;深、浅阴影区分别表示上升、下沉运动,单位:m·s^-1)

输送至江南中东部。

西太副高是影响东亚夏季风及东亚夏季降水的一个重要系统(黄士松,1963；陶诗言,1963),由以上分析可知,两类ENSO事件次年夏季副高明显不同,因此进一步对西太副高的4个特征指数,即面积指数、强度指数、脊线位置和西伸脊点随时间的演变进行定量分析(图5)。

总体看来,两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件衰减阶段副高的面积及强度指数均强(弱)于气候平均场,且西伸脊点的位置较气候平均场更为偏西(东),脊线位置与气候平均场相差不大。CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件夏季副高的强度及面积均明显强于EP型,并呈逐月递增趋势,EP型则逐月递减,但CP型西伸脊点位置不及EP型偏西,6—7月副高位置略偏北,8月则明显北抬,比气候平均偏北;而EP型衰减年夏季副高的强度及面积强于气候平均,但呈逐月递减趋势,位置偏西,脊线位置无明显南撤北抬,与气候平均场相近。从副高特征指数的角度可以认为,对于El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件,CP型副高强于EP型。这部分解释了两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季雨带位置的差异。CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件衰减年夏季副高呈逐月偏强的趋势,而EP型则呈逐月偏弱,这可能与EP型事件次年7、8月热带气旋的增多有关。EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件的面积及强度指数呈逐月递减,CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a呈现6—7月递减,7—8月递增的趋势,6、7月EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a副高强于CP型,8月则为CP型强于EP型。EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a脊线位置6~7月与气候场相近,8月较气候场偏南,6~7月西伸脊点较气候平均偏东,8月略偏西;CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a夏季脊线位置明显较气候平均偏北,西伸脊点位置较EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a偏东。

为何在两类ENSO事件衰减年,副高强度和位置的变化有如此显著的差异呢?有研究表明,在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o的盛期及随后的春夏季,对流层低层西北太平

图4 合成的次年夏季200 hPa(a、c、e、g)和500 hPa(b、d、f、h)位势高度距平场(阴影区,单位:gpm;黑色实线和灰色虚线分别表示气候平均和各类事件合成的12520、5880 gpm等值线;打点区域表示通过置信水平为90％的显著性检验):(a、b)EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件;(c、d)EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件;(e、f)CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件;(g、h)CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件

洋地区经常出现异常反气旋环流(Huang and Wu,1989)。它是连接太平洋海表温度和东亚的关键系统,对厄尔尼诺衰退年的夏季风以及水汽输送有重要影响(Zhang and Sumi,2002)。参照Wang et al.(2000)和Xie et al.(2016)的方法,定义标准化的西北太平洋(120°～150°E,10°～20°N)区域平均的海平面气压作为海平面气压指数,图6为4类事件合成的标准化海平面气压指数。

由图6可见,在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件发展年的秋冬季至次年夏季,西北太平洋上均有一异常反气旋维持。在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件发展过程中,EP型事件异常反气旋的强度明显强于CP型事件,并且从El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发展年的10月一直维持至衰减年6月,而CP型则仅从发展年的11月维持至衰减年的5月。可见,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件西北太平洋异常反气旋的强度和持续时间均明显强于CP型。作为El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o影响中国降水的关键系统,西北太平洋异常反气旋是如何形成维持的,为何有上述差异?异常反气旋在两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a

图5 ENSO事件次年夏季西太副高面积指数(a)、强度指数(b)、脊线位置(c)和西伸脊点(d)的时间演变(黑色虚线代表气候平均,深灰实(虚)线代表EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件,浅灰实(虚)线代表CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件)

图6 西北太平洋(10°～20°N,120°～150°E)标准化海平面气压指数的时间演变(深灰实(虚)线为EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件,浅灰实(虚)线为CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件;0(1)表示发展(衰减)年)

事件中并无明显体现,那么,La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件影响降水的关键系统是什么?下文将参考前人研究,对此做出详细分析。

4 两类ENSO背景下大气环流的关键系统及可能成因分析

由两类ENSO盛期至衰减期合成的850 hPa异常风场(图7)可见,两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发展年的冬季至衰减年的夏季,西北太平洋上均有异常反气旋的形成和维持;而在两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a发生期间,西北太平洋主要受一异常气旋的控制。具体看来,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发展年的冬季(图7a)至次年春季(图7e),西北太平洋异常反气旋主要位于30°N左右,强度有所减弱但位置更为西伸;到了衰减年夏季(图7i),20°N以南的热带西北太平洋为异常反气旋控制,而副热带太平洋上则有一较强的异常气旋,使得我国的黄淮南部江淮东部地区位于异常反气旋的西北部及异常气旋西南部,处于异常西风的辐散区,不利于降水的发生。EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季副热带西北太平洋的这一异常气旋, 一定程度上使得副高的强

图7 EP型(a、c、e、g、i、k)和CP型(b、d、f、h、j、l)El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a、b、e、f、i、j)、La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c、d、g、h、k、l)的冬季(a、b、c、d)、春季(e、f、g、h)、次年夏季(i、j、k、l)的850 hPa风场距平(箭矢,单位:m·s^-1;绿色箭头表示通过置信水平为90％的显著性检验)和海表温度距平(阴影区,单位:℃;打点区域表示通过置信水平为90％的显著性检验)

度有所减弱,这就解释了为何EP型事件副高弱于CP型,但相应的西北太平洋异常反气旋却比CP型事件强。而CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发展年的冬季(图7b),在日本海以东45°N及菲律宾以东10°N有两个异常反气旋生成,副热带西北太平洋无明显环流;衰减年春季(图7f),西北太平洋反气旋主要位于20°N左右,强度较弱;到了衰减年夏季(图7j),异常反气旋则位于副热带太平洋上,范围较大,强度有所增强,使得20°N以南的热带太平洋处于该反气旋的底部,为异常东风,因此20°N以南区域的异常反气旋较EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件弱(图6)。两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a衰减年的夏季,热带太平洋至我国东南部为异常气旋控制。

EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a由冬(图7c)至春(图7g),西北太平洋的异常气旋的始终强度较弱,且位置也由热带北移至副热带;而到了衰减年的夏季(图7k),热带西北太平洋主要为西风异常,这一较弱的异常气旋则西移至我国东南部。CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a由冬(图7d)至春(图7h),西北太平洋上的异常气旋始终位于日本海以东30°N的洋面上,且位置有所西移,强度也强于同期的EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a;到了衰减年夏季(图7l),异常气旋向西南移至热带西北太平至我国东南部,范围较大、强度较强,使得我国东部为异常东北风为主。

由此可见,ENSO事件衰减年夏季西太副高的强度及位置差异可能与西北太平洋异常气旋及异常反气旋这两个关键系统有关。目前国际上关于El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件后西北太平洋异常反气旋的形成及维持主要有海温异常的延续效应、印度洋电容器效应及风-蒸发-海温正反馈效应等观点,那么,这些观点是否能解释两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋的差异及La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件异常气旋的形成维持呢?下文将依次从这几个观点的角度进行讨论。

黄荣辉和张人禾(1997)认为,由于厄尔尼诺期间热带西太平洋海温持续性异常偏低,使得减弱的对流持续到夏季,由此造成了西北太平洋异常反气旋一直维持到夏季。由两类ENSO事件期间赤道地区的海温演变(图8)可见,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件的发展过程中,除小部分区域外,赤道西太平洋(120°～150°E)冷海温基本能维持至衰减年夏季,持续时间明显较CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件长,强度也更为强;由相应OLR异常随时间的演变(图9)也可以看出,EP型El

图8 EP型(a、c)和CP型(b、d)El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a、b)、La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c、d)赤道地区(5°S～5°N)海温距平的时间-经度剖面(单位:℃;0(1)表示发展(衰减)年)

图9 EP型(a、c)和CP型(b、d)El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件(a、b)、La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件(c、d)北半球赤道地区(0°～10°N)OLR距平的时间演变(单位:W·m^-2;0(1)表示发展(衰减)年)

Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件赤道西北太平洋减弱的对流能从发展年的8月维持至衰减年6月,而CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件的减弱对流不及EP型弱,且基本从发展年的11月维持至衰减年5月下旬,这就使得EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件西北太平洋异常反气旋的强度和持续事件均强于CP型(图6),同时,这也部分解释了EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件西太副高的西伸脊点较CP型偏西的原因。

对于EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件,赤道西太平洋海温异常经历了暖-冷-暖-冷的过程(图8c),由相应的OLR异常(图9c)可知,发展年的8月至次年2月及5—8月,热带西北太平洋上均有对流活动出现;而CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件在发展过程中,赤道西太平洋几乎为一致的暖异常,因此相应的对流活动(图9d)也一直较为活跃。因此CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件在西北太平洋产生的异常气旋要强于EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件,即赤道西太平洋持续性的暖海温异常,可能是造成La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件衰减年夏季热带西北太平洋至我国东南部出现气旋型异常的原因。

另一种观点则认为,西北太平洋异常反气旋的维持可能与印度洋电容器效应引起的正反馈有关(Yang et al.,2007;Wu et al.,2010;Xie et al.,2016)。在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o发生时,印度洋通过“充电”效应,将El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o信号储存,衰减阶段则产生“放电”效应,使得次年夏季热带印度洋异常增暖(Du et al.,2009),激发出东传的大气Kelvin波,在西北太平洋产生反气旋涡度,因此西北太平洋异常反气旋能一直维持至夏季(Yang et al.,2007;Xie et al.,2009)。这一物理机制主要受热带印度洋海温影响,IOBM(Indian Ocean Basin Mode,印度洋全区一致海温模态)指数表示热带印度洋(40°～110°E，20°S～20°N)区域平均的海表面温度距平(Yuan et al.,2012)。在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件中的IOBM指数明显高(低)于同期的气候平均(图10),且在El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件的整个发展阶段,EP型IOBM指数均高于CP型。因此,这一机制也能够一定程度上说明El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件衰减年EP型异常反气旋强于CP型的原因(图6),而在两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件过程中,IOBM指数均低于气候平均且几乎重合,因此这一理论无法解释两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件衰减年夏季异常气旋形成的差异。

Wang et al.(2000)提出了风-蒸发-海温正反馈效应,即厄尔尼诺发生后,南印度洋和西北太平洋产生了两个异常反气旋,西北太平洋异常反气旋东侧的偏南气流与东北信风叠加,产生异常冷中心,该反气旋西侧的西南风削弱了东北信风,产生异常暖中

图10 IOBM指数的时间演变(深灰实(虚)线为EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件,浅灰实(虚)线为CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件,黑虚线为气候平均;0(1)表示发展(衰减)年)

心,海温的偶极子模态加强了反气旋南侧东风,形成正反馈机制。从两类ENSO事件衰减年夏季西北太平洋850 hPa风场距平及海温距平(图7)可以看出,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季,西北太平洋有异常负海温距平出现,并且异常反气旋东南部的东北风异常与东北信风叠加,在该处产生了冷海温异常;而CP型主要为正海温距平控制,仅在30°N附近出现海温负距平,从风场来看,负海温距平刚好位于CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋的中心。因此依据这一理论,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件发生后,西北太平洋的异常反气旋较CP型更易维持,且位置更为偏南。即EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件衰减年夏季西北太平洋的异常反气旋强于CP型,这一结论在20°N以南的赤道西北太平洋是成立的(图6和图7)。而CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件发生后,由于西北太平洋主要为正海温距平,异常反气旋不易维持,但从冷海温异常位置及风场异常的角度考虑,CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋的位置较EP型更为偏北,这部分解释了CP型副高相较EP型更为偏北的原因。

综上所述,推测两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件主要通过赤道印度洋海盆的增暖、赤道西太平洋冷海温的持续以及西北太平洋的风-蒸发-海温反馈等共同作用来影响衰减年夏季西北太平洋异常反气旋,从而影响西太副高,进一步影响降水异常的分布。两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件则可能通过赤道西太平洋暖海温的持续来影响西北太平洋的异常气旋,从而对西太副高产生影响。

5 结论和讨论

1)两类ENSO事件夏季降水异常的空间分布有以下的特点:EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件衰减年夏季,中国东部降水在华北及黄淮北部,黄淮南部江淮东部,长江中游呈现“正负正”(“负正负”)的三极型反相分布。CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o(La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a)事件降水则在黄淮北部江淮江汉和江南中西部呈“正负”(“负正”)偶极型反相分布。

2)总体而言,两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件衰减年夏季西太副高和南亚高压均强于气候平均,两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件则弱于气候平均。两类ENSO事件在大气环流场的差异主要体现在西太副高的位置及范围上。EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季副高的强度和面积呈逐月递减,位置偏西,无明显南撤北抬;CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季副高的面积更大、强度更强,并呈逐月递增的趋势,但位置不及EP型偏西。EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a副高强度逐月递减,副高位置总体偏南偏西;CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a副高强度呈先增后减的趋势,脊线位置明显较气候平均偏北,但西伸脊点位置较EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a偏东。

3)两类El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件期间西北太平洋上存在异常反气旋,与CP型相比,EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋的强度更强,持续时间更长,但位置不及CP型偏北,这与CP型副高的强度更强位置更偏北的结论不完全相符,可能与EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件次年夏季副热带西北太平洋上有一异常气旋的存在有关;而两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件期间,热带西北太平至我国东南部为异常气旋控制,且CP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a的异常气旋在范围和强度上均强于EP型La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件。

4)赤道西太平洋持续性冷海温异常及印度洋电容器效应均可部分解释EP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋强度更强及持续时间更长且西太副高更为偏西的原因,风-蒸发-海温反馈理论则一定程度解释了CP型El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件异常反气旋及副高位置较EP型更为偏北。而两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件期间西北太平洋异常气旋的产生则可能与赤道西太平洋持续的暖海温异常导致对流活动加强有关。

需要说明的是,目前国际上对于El Ni$\tilde{\mathrm{n}}$o事件衰减阶段西北太平洋异常反气旋的形成和维持机制已有了较多的讨论和研究,对于两类La Ni$\tilde{\mathrm{n}}$a事件衰减阶段西北太平洋异常气旋是如何形成和维持的,本文仅给出可能原因之一,对于其机制和原理仍然需要进一步的研究和验证。

参考文献