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为什么「现象」、「状态」或「事件」有不同的名称?
厄尔尼诺是指赤道太平洋中东部海面温度(SST)异常偏高的现象,即海水异常温暖。“厄尔尼诺”一词来自西班牙语,意思是“厄尔尼诺”。一种说法是,更早的时候,赤道东太平洋沿岸的秘鲁、厄瓜多尔等国渔民出海捕鱼,发现大量死鱼粘在渔船上。高峰期出现在圣诞节前后,即与“厄尔尼诺”相称。这是自然现象,过几年可能还会再来。与这种现象相反的是,这片海域异常低的海温,也就是异常寒冷,被称为拉尼娜现象,意思是小女孩或者“圣女”。
后来人们逐渐认识到,厄尔尼诺和拉尼娜不是简单的海洋现象,而是大气和海洋相互作用的结果,与信风的减弱或加强相呼应,往往伴随着东西太平洋大气压力的跷跷板效应——所谓的南方涛动。在它形成之前,海洋表面以下的次表层海水温度通常先发生变化。
或者说厄尔尼诺拉尼娜现象一旦形成,就会对气候产生重要而深远的影响。简而言之,厄尔尼诺和拉尼娜是全球气候系统年际变化的强烈信号。为了表达方便,下面用厄尔尼诺/拉尼娜来表示这种现象的一般描述。
每次厄尔尼诺现象看似相似,但也有不同。俗话说“年年花相似,年年人不同。”为了准确描述、分析和预测厄尔尼诺或拉尼娜现象,需要建立监测指标体系和具体的量化指标,从中推导出厄尔尼诺/拉尼娜“状态”和厄尔尼诺或拉尼娜“事件”——在海温异常达到数值标准的初始阶段,尚不清楚是昙花一现还是能持续几个月。在这个初始阶段,可以称之为“状态”。当这种现象持续一段特定的时间,它被称为一个“事件”。
2.用什么指标来判断厄尔尼诺/拉尼娜?
什么是大范围持续异常偏暖或异常偏冷?一般来说,海洋的比热容很大,海水温度没有气温变化那么剧烈。高一点或低几摄氏度都不容易,但大范围的异常温暖或寒冷。根据指数,海水温度应该高于或低于0.5摄氏度以上,时间尺度应该持续几个月以上。空范围内东西方向超过几千千米,南北方向超过1000公里。
各国商业和科研机构尚未就此次事件的具体检测指标达成共识。目前我国是根据中国气象局国家气候中心发布的监测信息。就是赤道两侧南北纬5度,西经120度-170度的所谓Nino3.4区(Nino 3.4)。区域平均值是通过月平均海温的距平值计算出来的,这是一个指数,也就是一个月的值,然后就可以看出指数的月变化。
当Nino3.4指数(保留小数点后一位)的3个月移动平均值的绝对值达到或超过0.5摄氏度并持续至少5个月时,判定为厄尔尼诺/拉尼娜事件。比如Nino3.4指数大于等于0.5摄氏度就是厄尔尼诺事件,Nino3.4指数小于等于-0.5摄氏度就是拉尼娜事件。
赛道通常分为尼诺1区、2区、3区、4区。上述3.4区分别是3区和4区的混合区,通过计算这些区的区域平均值可以得到相应的区指数。将四个区合并形成所谓的综合区,得到综合区指数。2016年仲春之前,我国主要采用综合面积指数。晚春过后,经过与世界气象组织的讨论,现在使用的是3.4面积指数。
用什么指标来判断厄尔尼诺/拉尼娜事件,以及它的强度、持续时间和区域类型?一般来说,强度分为峰值强度和累积强度,以指数的月峰值(SST的月最大距平)为峰值强度,0.5摄氏度以上的累积距平为累积强度。事件的强度主要取决于峰值强度。持续时间是从达到0.5摄氏度月距平标准的开始月份到达到标准的最后一个月,为持续期。区域型是指主要发生在太平洋的哪个区域,可分为中央型和东部型(在太平洋中部或东部)。
3.1950年以来,厄尔尼诺/拉尼娜出现的规律是什么?
由于选取的指标区域、定义甚至检测方法的差异,不同国家确定的厄尔尼诺/拉尼娜事件的数量和起止时间是不同的。
根据中国气象局国家气候中心尼诺区3.4指数监测指标体系,自1950年以来,历史上共发生19次厄尔尼诺事件和14次拉尼娜事件。
19次厄尔尼诺事件中,有3次超强事件,分别发生在1982-1983年、1997-1998年和2014-2016年;分别有1个、7个和8个强、中和弱事件。在14次拉尼娜事件中,没有出现超强事件,只有1次强事件,8次中等事件和5次弱事件。从区域类型来看,无论是厄尔尼诺还是拉尼娜,70%左右是东部,30%是中部。
与厄尔尼诺拉尼娜,看似兄妹,但性情却不小。一个“脾气暴躁”,来去匆匆,一个“温顺舒服”,看起来是个好姑娘。
从事件数量来看,厄尔尼诺事件发生了19次,36 &;从事件强度来看,厄尔尼诺偏强,只有3个超级事件,4个强事件,明显强于拉尼娜。从持续时间来看,厄尔尼诺比拉尼娜短,每次厄尔尼诺事件平均持续11.1个月,比每次拉尼娜事件短1.5个月。
4.中国是什么时候开始关注厄尔尼诺/拉尼娜的?
1982-1983年,我国气象部门在气候对外业务交流中开展了国家和省级气候影响评估,并从美国和加拿大的相关世界和北美气候影响评估中注意到厄尔尼诺对气候的影响。我国部分试点省份(如河北省)将1982年和1983年的气候异常直接归因于厄尔尼诺。
中国大约用了10年时间才逐渐开始探索厄尔尼诺/拉尼娜的机理及其对中国气候的影响,并应用于长期预报——现在称为短期气候预报。后来水文部门逐渐开始关注这一海洋大气异常事件。自1995年国家气候中心成立以来,中国气象部门显著加强了该领域的研究,并逐步扩大了该领域的国际研究和业务交流。
基于厄尔尼诺与我国后汛期降水、旱涝的历史统计关系,以及对一些机制的研究,1998年4月初,在水利部和中国气象局联合组织的全国气候趋势预测会议上,基于对前期超级厄尔尼诺事件发生等极端因素的分析, 西北太平洋副热带高压异常偏强,青藏高原冬春积雪异常偏多,成功预测长江中下游汛期降水异常偏多,并及时上报国家防总,受到高度重视
1998年,水利部水资源信息中心成功预测松花江流域汛期降水明显偏多。2010年汛期,基于对厄尔尼诺等异常因素的判断,对该汛期长江中下游多雨、不太安全的台风趋势做出了较为准确的预测。
5.厄尔尼诺/拉尼娜对我国旱涝影响如何?
发生在赤道太平洋中部和东部的厄尔尼诺/拉尼娜现象在冬季达到顶峰。即使从尼诺区3.4以西,厄尔尼诺与中国空的距离也在7000公里以上,时差在半年左右。对我国汛期旱涝有何影响?经过厄尔尼诺/拉尼娜的历史统计,中国的气候与它们有关只是偶然的巧合吗?
为了解释这一点,我们先说气候系统,它包括大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈。除了大气圈和生物圈,水圈主要是海洋,约占地球表面的70%;冰雪圈主要包括极地冰盖、高原和山地的永久或半永久冰川和积雪;岩石圈是陆地的下垫面。它是地球气候系统运动能量的根本来源,但能量可能储存在气候系统的各个圈层中,并在圈层与空之间进行交换,特别是在大气与海洋之间。既有普通的显热交换,又有通过蒸发和凝结沉淀的巨大潜热交换。两者都是流体,可以大范围实现空的能量。
厄尔尼诺/拉尼娜是一种大范围的持续性海表温度异常,不仅直接影响局地海域和周边气候,还通过洋流、大气环流运动等海洋运动对全球气候产生重大影响。通常厄尔尼诺强度越强、持续时间越长,水旱灾害就越严重,影响时间也越长。
大量研究表明,厄尔尼诺/拉尼娜对赤道太平洋周围地区的影响最为重要和直接。通常厄尔尼诺发生时,太平洋东西两侧赤道和低纬度地区气候异常明显,南美沿岸暴雨洪水频发,澳大利亚、印度尼西亚、印度等地易旱。
中国大陆主要位于亚热带和温带。厄尔尼诺通常通过加强副热带高压间接影响中国的降水、旱涝。厄尔尼诺有利于赤道中东太平洋的上升运动,导致大气环流中的Hadley环流加强,有利于西北太平洋副热带高压强度加强,面积增加。通常,厄尔尼诺越强、持续时间越长,其对副热带高压加强的影响就越显著。
统计表明,多数厄尔尼诺影响年,我国易出现南北两条多雨带,其中南方多雨带主要位于长江流域,有时范围大些,可以覆盖淮河流域;北方多雨带多位于华北至东北,但北方多雨带的南北位置和强度,不如南方多雨带稳定。换句话说,就是有的厄尔尼诺影响年,北方雨带不怎么明显,有些雨带在华北北部至东北北部,有些则位于东北南部。这样,在厄尔尼诺影响年,长江流域—特别是长江中下游易发生洪涝。拉尼娜与我国降水和旱涝的对应关系,远不如厄尔尼诺影响年明显,更不是厄尔尼诺事件影响的反相展现,这一点,在后文中再结合本次拉尼娜事件作解释。统计显示,在受厄尔尼诺影响的大部分年份,我国有两条雨带,南方雨带主要位于长江流域,有时范围较大,可覆盖淮河流域。北方雨带多位于华北至东北地区,但其南北位置和强度不如南方稳定。也就是说,有一些厄尔尼诺影响的年份,北方雨带不明显。有的雨带位于华北北部到东北北部,有的雨带位于东北南部。因此,在受厄尔尼诺影响的年份,长江流域,尤其是长江中下游地区,容易发生洪水。拉尼娜与我国降水、旱涝的对应关系远不如受厄尔尼诺影响年份明显,并不是厄尔尼诺影响的逆表现,这一点将在下文中以这次拉尼娜事件来说明。
气候极其复杂。虽然厄尔尼诺/拉尼娜事件对中国的气候、旱涝有重要影响,但其作用目前明显被夸大和妖魔化。似乎所有的异常现象都归咎于厄尔尼诺和拉尼娜,这是不正确的、不全面的、不科学的。
值得注意的是,副热带高压有其自身强度的周期性变化,厄尔尼诺只是其加强的重要原因之一,而非唯一因素。另外,副热带高压虽然强,对我国多降雨有利,但也需要北方冷空气的配合。
再看大气-海洋系统,即使只观测这两个圈,海洋和大气之间的能量传递和转化也有明显的感热交换和更重要的潜热交换。大气和海洋都是流体,可以把能量传递到很远的地方。比如,由于北大西洋洋流的影响,西欧的荷兰纬度与中国最北部黑龙江的漠河纬度大致相同。一月份两地温差20多摄氏度。海洋还具有储存能量的功能,使得冬季赤道中东太平洋海温异常的能量通过水平洋流和垂直运动及能量交换向大气转移并延迟“支付”,可能造成北半球夏季气候异常和旱涝频发。
研究表明,大气对海洋的影响应该滞后至少3-6个月甚至更长。即使厄尔尼诺事件结束,它的影响至少还会持续1-2个季度。
中国夏季降水受西北太平洋副热带高压影响,而中高纬度西风带环流带来的冷空气空空气、印度洋和孟加拉湾相关的西南季风、青藏高原热力作用、西北太平洋台风活动等对中国旱涝也有重要影响。特别是北大西洋和北冰洋等。,在西风带高空大气环流和影响我国的冷空气体活动中起重要作用。此外,虽然西北太平洋的台风活动与厄尔尼诺密切相关,但南半球赤道上空气流的影响也贡献很大,不容忽视。
总之,厄尔尼诺/拉尼娜不是影响我国旱涝的唯一因素,有时甚至不是最重要的因素。每一个厄尔尼诺年都有明显的特点和共性的差异,我国旱涝分布也不完全相同。
▌本文来源:科普进行时
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