1961—2018年安慶市氣候變化及其與厄爾尼諾/拉尼娜的相關性分析

張麗 徐朋飛 吳義紅 陳緒財

摘 要：該文基于安慶市1961—2018年降水和氣溫數(shù)據(jù)以及Ni？o3.4指數(shù)，采用線性傾向估計、M-K突變檢驗及相關性檢驗等方法，分析了安慶市多年氣候變化特征及安慶地區(qū)氣溫和降水與厄爾尼諾/拉尼娜事件的相關性。結果表明，厄/拉事件有一定的周期性，東部型多于中部型，且東部型厄爾尼諾事件在增多;安慶市年降水量呈增多的趨勢，年平均氣溫明顯升高，且有突變發(fā)生;降水對厄/拉事件的響應大于氣溫，且響應具有滯后性;厄/拉事件衰減年比發(fā)展年更易出現(xiàn)降水和氣溫異常，其中厄爾尼諾衰減年汛期的降水量異常以偏多為主，拉尼娜衰減年以偏少為主。

關鍵詞：厄爾尼諾/拉尼娜;氣候變化;M-K檢驗;相關性;滯后性

中圖分類號 P461.2文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）22-0149-06

厄爾尼諾-南方濤動（El Ni？o—Southern Oscillation，ENSO）是熱帶太平洋最顯著的海氣耦合信號，暖、冷位相分別表現(xiàn)為厄爾尼諾事件和拉尼娜事件[1]。ENSO通過大氣環(huán)流以“遙相關”的形式影響東亞季風系統(tǒng)的每個成員，并由此間接影響著中國的氣候異常[2]。近年來，關于厄爾尼諾事件與氣候關系的研究逐漸成為了研究的熱點問題，很多研究都發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾事件對我國旱澇災害有著重要的影響[3-9]。1998年和2010年夏季長江流域均發(fā)生了明顯的洪澇災害，王欽等[10]通過對比分析發(fā)現(xiàn)，這2年是厄爾尼諾事件的次年（衰亡位相），都出現(xiàn)了大氣環(huán)流異常，造成了洪澇災害，但是2次過程厄爾尼諾類型不同，發(fā)生機制也有不同。黃榮輝[11]研究了夏季東亞大氣環(huán)流異常遙相關及相應的物理機制，結果顯示，厄爾尼諾事件對我國旱澇分布的影響與其所處的階段有關。李煜[12]等采用相關性檢驗方法探討了長江中下游地區(qū)氣溫和降水對中部型和東部型2類厄爾尼諾/拉尼娜事件的響應，結果表明，中部型厄爾尼諾事件對降水的影響中心在長江中下游南部，而東部型拉尼娜事件對降水的影響主要集中在北部地區(qū)，并且厄/拉事件對氣溫和降水影響的時滯效應顯著。各個省市對于厄爾尼諾事件和拉尼娜事件也開展了很多研究，如山東[13]、廣東[14]、浙江[15-16]、安徽[17-18]、陜西等地[19-20]，取得了一定的研究成果。

安慶市位于安徽省西南部，亞熱帶季風性濕潤氣候，地處長江下游北岸，皖河入江處，西北靠大別山主峰，其地理位置、自然氣候條件和地形特點決定了該地區(qū)氣象災害多發(fā)。厄爾尼諾和拉尼娜事件是迄今為止對全球氣候異常影響最為顯著的信號，歷史上著名的厄爾尼諾年安慶市均發(fā)生過許多暴雨洪澇、高溫和干旱等極端自然災害。尤其是2014—2016年，赤道中東太平洋發(fā)生了1次超強厄爾尼諾事件，峰值出現(xiàn)在2015年11月，一直持續(xù)到2016年5月。2016年安慶市汛期降水量達到了建站以來的歷史第1位，各個市縣年降水量較常年異常偏多30%～70%，春、夏、秋3季降水量均較常年明顯偏多，梅汛期內(nèi)暴雨頻發(fā)。其中6月30日傍晚至7月6日，全市出現(xiàn)了歷史最強的持續(xù)性暴雨、大暴雨天氣，此次過程造成了嚴重的災害，全市共269.8萬人受災，因災死亡7人，農(nóng)作物受災面積20.57萬hm2，絕收6.61萬hm2，直接經(jīng)濟損失達74.9億元。因此，提高對厄爾尼諾/拉尼娜的認識，研究安慶市降水與厄爾尼諾/拉尼娜的關系，提高汛期預報預測水平，對于提高科學決策依據(jù)具有重要的意義。

1 資料與方法

首先，依據(jù)中國氣象局2017年新發(fā)布的《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》（QT/T370-2017）判定2類厄/拉事件，并分別確定東部型和中部型事件，當Ni？o3.4指數(shù)3個月滑動平均值≥0.5℃（≤-0.5℃）且持續(xù)至少5個月，判定為1次厄爾尼諾（拉尼娜）事件。Ni？o3.4指數(shù)是指（5°S～5°N、120°～170°W）范圍內(nèi)海表面溫度異常的區(qū)域平均值，本文該指數(shù)由ERSST海溫計算得到。文中不同時段采用的氣候態(tài)為1981—2010年。采用線性傾向估計和Mann—Kendall（M—K）檢驗方法，分析安慶市1961—2017年氣溫和降水的變化趨勢及突變情況;通過相關性分析，判別該地區(qū)降水和氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜事件（后文簡稱為厄/拉事件）的相關性以及滯后性。由于安慶市大部分氣象觀測站建站均在1960年以后，所以本文統(tǒng)計的厄爾尼諾和拉尼娜事件從1960年開始。文中汛期指的是6—8月（夏季），年、汛期降水量和氣溫均指安慶市8個國家基本氣象站平均值。

2 結果與分析

2.1 厄爾尼諾/拉尼娜事件的判定與分類 根據(jù)判定方法，1961—2018年共出現(xiàn)厄爾尼諾事件17次，拉尼娜事件12次，統(tǒng)計結果見表1和表2。從表1和表2可以看出，厄爾尼諾事件的峰值基本出現(xiàn)在秋季和冬季，夏季僅有1次;拉尼娜事件的峰值大部分出現(xiàn)在冬季，僅有2次出現(xiàn)在深秋。也就是說大部分ENSO事件的發(fā)展階段為當年的春、夏季，秋冬季達到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段，這與Wang（1995）[21]的研究結果相吻合。此外，厄/拉事件的發(fā)生具有一定的周期性，每2—7年至少會發(fā)生1次厄爾尼諾和1次拉尼娜事件，并且厄爾尼諾與拉尼娜事件大體上是交替出現(xiàn)的。1961—1998年間的12次厄爾尼諾事件只有3次中部型，2000—2016年間的5次厄爾尼諾事件就有3次是中部型，這說明厄爾尼諾事件類型可能有明顯的向中部型轉變的趨勢，對于拉尼娜事件這種轉變并不明顯。從持續(xù)時間來看，厄爾尼諾事件的維持時間最長達19個月，超強厄爾尼諾事件3次，持續(xù)時間均超過12個月;拉尼娜事件的維持時間最長達24個月，其中超強拉尼娜事件僅有1次，持續(xù)時間為8個月;厄/拉事件均以東部型居多。

2.2 安慶地區(qū)氣候變化特征

2.2.1 年降水量 1961—2018年安慶市年降水量總體呈增多的趨勢，平均每10年降水量增加34.97mm，與長江流域及全國降水量整體下降的趨勢相反[22-23]。從降水量逐年變化曲線和M—K檢驗結果（圖2b）可知，安慶地區(qū)年降水量的變化具有明顯的階段性，其中1961—1968年呈下降的趨勢，并且年降水量均低于常年值，安慶處于枯水期;1969—1975年年降水量逐年增加，而后至1999年波動幅度較小，圍繞常年值小幅震蕩，變化趨勢不明顯，進入21世紀后，年降水量呈先減少后增加的趨勢，并且通過0.05顯著性檢驗。從M-K檢驗可以看到，UF和UB出現(xiàn)4個交點，將1961—2018年降水數(shù)據(jù)分成4段分別進行M-K檢驗，最終發(fā)現(xiàn)1965、1972年為突變年份。

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圖1 1961—2018年安慶市年降水量線性趨勢（a）和M—K檢驗（b）

2.2.2 年平均氣溫 由圖2可知，1961—2018年間安慶年平均氣溫線性變化趨勢明顯，平均每10年氣溫上升0.15℃，小于全國近50年0.22℃/10a的氣溫增幅[24]。由M—K檢驗結果（圖2b）可知，1961—1972年年平均氣溫略有下降，而后保持平穩(wěn)狀態(tài)，波動很小，1997年開始升高，其中1997—2005年達到0.05顯著性水平，表明上升趨勢十分顯著，根據(jù)UF和UB曲線交點的位置，可以判定安慶年平均氣溫的增暖是一種突變，具體是從2004年開始的。

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圖2 1961—2018年安慶市年平均氣溫線性趨勢（a）和M—K檢驗（b）

2.3 年降水量和平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜的相關性與滯后性 將1961—2017年月平均氣溫及降水量序列與同期的Ni？o3.4指數(shù)進行相關性檢驗，并且進行滯后效應分析，即分別對滯后1—5個月進行相關性分析，得到的結果見圖3。從圖3可以看出，降水量與Ni？o3.4指數(shù)以正相關為主，其中與11月降水量相關性最好，無論是當月相關系數(shù)還是前期滯后1—5個月的相關系數(shù)均達到0.1顯著性水平，其次與4月、7月降水量相關性較好，4月Ni？o3.4指數(shù)與降水量相關系數(shù)從當月至滯后3個月均達到0.1顯著性水平，Ni？o3.4指數(shù)與11月當月降水量相關性并不好，但是與滯后2—5個月相關系數(shù)達到0.1顯著性水平;負相關僅有3個月達到0.1顯著性水平，出現(xiàn)在9月，Ni？o3.4指數(shù)與9月降水量及前期指數(shù)滯后1—2月相關系數(shù)達到0.1顯著性水平。平均氣溫與Ni？o3.4指數(shù)負相關月數(shù)多于正相關月數(shù)，但是所有負相關月均未達到顯著性水平，其中7、8、9月Ni？o3.4指數(shù)與當月平均氣溫負相關性最好，6、7、8月Ni？o3.4指數(shù)與延遲1月的月平均氣溫也有顯著的負相關性，延遲時間越長、相關性越差，當延遲達到5個月時，僅有1個月份相關性達到顯著性水平。從平均值來看，降水滯后2個月相關性最大，氣溫滯后4個月相關性最大。有研究指出，厄爾尼諾/拉尼娜事件對長江流域的氣候變化的影響存在滯后效應[25-26]，本研究結果也印證了這一結論。

2.4 汛期降水量和平均氣溫變化與前冬季厄爾尼諾/拉尼娜的滑動相關分析 為了分析厄/拉事件與安慶市汛期降水量和平均氣溫的年際關系的穩(wěn)定性，采用滑動相關方法，計算1961—2018年安慶市汛期降水量和平均氣溫與前冬季Ni？o3.4指數(shù)的10年滑動相關，滑動相關值記錄在窗口的第10年，例如1961—1970年相關值記錄在1970年，詳見圖4。從圖4可以看到，汛期降水量與厄爾尼諾/拉尼娜的滑動相關系數(shù)有明顯的階段性，其中1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年為正相關階段，1995—2005年為負相關時段，其中1985年、1999年、1988—1991年時段和2016—2018年時段的滑動相關系數(shù)通過了0.1的顯著性水平檢驗其中2015—2018年時段通過了0.05的顯著性水平檢驗。汛期平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜的相關性較差，未達到顯著性水平，但是也有一定的階段性，其中，1970—1988年以負相關為主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年為正相關。

用Mann—Kendall（M—K）方法對上述汛期降水量和平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜10年滑動相關系數(shù)進行突變檢驗，結果顯示（圖5），汛期降水量與尼諾指數(shù)的相關系數(shù)在1974年發(fā)生了一次突變，表明厄爾尼諾/拉尼娜與安慶市汛期降水的10年滑動相關系數(shù)在1974年存在明顯轉折;汛期平均氣溫與尼諾指數(shù)的相關系數(shù)在1982年發(fā)生了一次突變。

2.5 厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年和衰減年汛期降水量和平均氣溫的異常性 ENSO事件的發(fā)展階段為當年的春、夏季，在秋冬季達到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段，據(jù)此統(tǒng)計出厄爾尼諾/拉尼娜事件發(fā)展年和衰減年，見表3，將厄爾尼諾/拉尼娜發(fā)展年和衰減年對應的汛期降水量距平比和平均氣溫距平列為表4，其中定義汛期降水量偏多或偏少20%以內(nèi)為正常年份，超過20%成為異常年份，汛期平均氣溫偏高或偏低0.5℃以上為異常年份。可以看到無論是厄爾尼諾還是拉尼娜事件，衰減年汛期降水量和平均氣溫的異常年份多于發(fā)展年，并且厄爾尼諾衰減年汛期降水量異常主要以偏多為主，易出現(xiàn)洪澇，汛期平均氣溫東部型厄爾尼諾以偏低為主，而中部型多數(shù)年份為偏高;拉尼娜衰減年汛期降水量異常主要以偏少為主。

3 結論與討論

（1）大部分厄/拉事件春、夏季為發(fā)展階段，在秋、冬季達到成熟階段，次年春、夏季為衰減階段;厄/拉事件的發(fā)生具有一定的周期性，周期大約為2—7年，并且兩者具有不對稱性;東部型厄/拉事件多于中部型，且近年來中部型厄爾尼諾事件明顯增多，拉尼娜事件并不具有這一特點。

（2）1961—2018年安慶地區(qū)氣候變化特征為降水量呈增多的趨勢，并且階段性變化明顯，氣溫明顯升高，降水量和氣溫的變化率分別為0.15℃/10a、34.97mm/10a;降水和氣溫均發(fā)生了突變現(xiàn)象，其中降水量突變年份為1965、1972年，氣溫突變出現(xiàn)在2004年。

（3）整個時間序列內(nèi)，安慶地區(qū)降水和氣溫對厄/拉事件具有不同的響應，其中降水的響應要大于氣溫，響應具有一定的滯后性，從平均情況來看，降水和氣溫對厄/拉事件分別在滯后2個月和4個月達到最大。

（4）厄爾尼諾/拉尼娜與安慶地區(qū)汛期降水和平均氣溫的年際關系存在著不穩(wěn)定和階段性，不穩(wěn)定性表現(xiàn)為兩者10年滑動相關分別在1974年和1982年出現(xiàn)1次突變;階段性表現(xiàn)為厄爾尼諾/拉尼娜與安慶地區(qū)汛期降水在1970—1978年、1983—1994年以及2015—2018年為正相關階段，1995—2005年為負相關時段，汛期平均氣溫與厄爾尼諾/拉尼娜在1970—1988年以負相關為主，1995—1999年、2004—2008年以及2011—2014年為正相關。

（5）厄/拉事件的衰減年易出現(xiàn)汛期降水量和平均氣溫異常，其中，厄爾尼諾衰減年汛期降水量異常主要以偏多為主，而汛期平均氣溫對不同類型厄爾尼諾的響應有所不同，東部型厄爾尼諾以偏低為主，中部型多數(shù)年份為偏高;拉尼娜衰減年汛期降水量異常主要以偏少為主。

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