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翻译原文：Chen J, Wen Z, Wu R, et al. Interdecadal changes in the relationship between Southern China winter-spring precipitation and ENSO[J]. Climate Dynamics, 2014, 43(5-6): 1327-1338.

中国华南春冬季降水与ENSO关系的年代际变化

Jiepeng Chen bull; Zhiping Wen bull; Renguang Wu bull;Zesheng Chen bull; Ping Zhao

摘要: 在1953-1973年期间，El Nino 年使中国南部春冬降水异常偏高。La Nina年使其异常偏低。在1974-1994年期间，中国春冬季降水与ENSO的关系比较弱。在1953-1973年，高于正常中国南部春冬降水与赤道中太平洋暖海表面温度相关。有两个异常的垂直环流，其上升支分别在赤道中太平洋和我国的南部，其共同的下沉支在西北太平洋，与低层异常的反气旋相联系。在1974-1994期间，高于正常中国南部降水与印度洋东南部的暖海温相关。也与两个异常的垂直环流有关，其上升支分别在印度洋南部和我国南部，其共同的下沉支在西北太平洋。目前的分析表明：南印度洋海表面温度异常与中国南部春冬降水异常相关。观测到的中国南部春冬降水与ENSO的变化与东南印度洋和太平洋的年代际振荡的调整有关。

关键词： 年际变化 中国华南春冬降水和ENSO的关系 南印度洋的海表面温度

1引言

前人很多研究集中在中国夏季降水上，因为夏季的洪涝和干旱的影响比较大。虽然在中国南部冬季降水仅占全部降水量的10%-15%（Wang and Feng 2011），随着社会经济的发展，人们开始关注冬季的气候和它对农业、制造业、水资源、能源等的影响。对冬季降水的预报是中国气象局十分重要的一项业务。（He et al.2007）。春冬降水异常可能会导致很严重的灾害。举个例子，在2008年1月到2月，我国南方遭遇了前所未见的严重的气候异常 ，气温异常偏低、雨凇和大雪，对交通、通讯和电力输送产生了巨大的冲击。(Gao et al. 2008; Wang et al. 2008a, b; Zhao et al. 2008; Ma 2009; Wen et al. 2009;Zhang et al. 2009; Zhou et al. 2011)。在我国南方，春季降水占年平均降水的30-40%，春季降水的平均值和标准差与夏季十分的接近（Wu et al.2003)。与夏季不同的是在我国东部（包括我国南部)春季的径流量直接反应地区的降水量。（Chen et al.2009）。我国南部是人口密集地也是中国重要的经济区。异常的春冬季节的降水对经济和人们的生活有着很大的影响。因此，理解原因和提高中国南部春冬降水的预报将对社会有很大的益处。

中国南部春冬季降水异常受很多的因素的影响，包括ENSO(Zhanget al. 1996, 1999; Wang et al. 2000; Wu et al. 2003; Zhang and Sumi 2002; Zhou and Wu 2010; Wang and Feng 2011,Sun and Yang 2012)、我国南部海表面温度（Zhou et al.2010)和印度洋（Yang 2009），青藏高原积雪 (Chen and Yan 1979; Chen and Wu 2000; Wu and Kirtman 2007a)或是热力条件(Liu and Wang 2011; Sun and Yang 2012)，和北大西洋振荡（Sun and Yang 2012）。北极振荡或被大西洋振荡都通过对东亚冬季季风（EAWM)的调整对我国南部春冬季降水产生影响。(Liu and Wang 2011; Sun and Yang 2012), the Arctic Oscillation (Yang 2011)。

中国南部春夏季降水与可能在我国南部引起辐合辐散的冷北风和暖西南风有联系。这种低纬度的环流系统会影响我国南部降水。例如太平洋副热带高压(Zhang et al. 1996; Wang et al.2000;Wu et al. 2003) 和孟加拉湾低压槽(Wang et al. 2011; Zong et al. 2012)。这些环流系统可以增强或者减弱中国南部的水汽输送，导致降水的增多或减少。Li et al（2010）指出从孟加拉湾输送的水汽是中国南部春冬季降水的主要来源。西太平洋副热带高压可以作为ENSO对东亚气候影响的媒介(Wang et al. 2000; Huang et al. 2012)。

前人的研究主要集中在不同季节的降水异常。本文考虑春冬降水的异常产生的大的影响。比如：在2011年冬季到春末，中国南部由于持续的严重的干旱，超过9890万公顷的农作物被毁和超过490万公顷的家畜缺少饮用水（Sun and Yang2012）。

Sun and Yang（2012）的研究认为，ENSO影响中国南部冬季到夏季的持续干旱。Wu et al.（2012）研发现在中国南部夏季降水量和赤道印度洋和太平洋的海表面温度的关系存在年代际变化。那么在中国南部ENSO对春冬季降水量的影响存在年代际变化吗？我们的分析认为，在七十年代中期附近，我国南部春冬季降水量和ENSO的关系变弱。在七十年代中期之前的El Nintilde;o年，在中国南部常出现湿的春冬（wet winter-springs）。而在七十年代中期之后，中国南部春冬季降水与ENSO的相关减弱。为什么从七十年代中期中国南部春冬季的降水与ENSO的联系会发生变化？考虑变弱的ENSO的影响什么因素导致在七十年代中期中国南部干的春冬？什么环流与在七十年代前后的干的春冬的相联系？这些问题都会在本文中被提及。

本文的主要目的是研究和理解中国南部春冬季降水和ENSO之间联系的年代际变化。本文的主要结构如下，本文的第二部分主要介绍了本研究所使用的数据、方法和模式。第三部分主要介绍了中国南部春冬季降水与海表面温度和ENSO的关系及其年代际变化。第四部分用有条件的合成分析阐明南印度洋海表面温度异常的影响。第五部分讨论了中国南部春冬季降水与海表面温度的关系的年代际变化的可信度。第六部分为总结与讨论。

2数据，方法和模式

本文采用了国家气候中心从1951年到2011年160个站点的月降水量资料。把中国南部春冬季的降水量定义为22°N~30°N、110°以东的27个站点的平均降水量。这些站点资料从1951年到2010年的春夏季降水量如图一（a）。本文用了NOAA扩展重建的月平均还表面温度，（the NOAA Extend Reconstruction monthly mean SST），水平分辨率为2.5°times;2.5°。也采用了HadISST(Rayner et al.)。月平均风场和垂直运动场来自NCEP-NCAR再分析资料(Kal-nay et al.1996)，水平分辨率为2.5°times;2.5°。月平均太平洋年代际振荡指数来源于北太平洋（20°N以南）的月海表面温度异常。

这对于NCEP-NCAR再分析资料来说可能是不真实的(Yang et al. 2002; Inoue and Matsumoto 2004; Wu et al. 2005)。本文集中研究年际变化，时间尺度为8年或者更长，采用谐波分析避免不可信的年代际变化的关系。这个方法依照Wu et al.（2010,2012）。这个关系通过了相关分析和合成分析，统计资料的可信度采用了t检验。

因为本文集中研究冬季到春季的降水异常，我们构造中国南部平均区域降水指数来考虑春冬季降水异常。由于春季降水量和降水异常持续的时间比冬季长，我们定义12月到5月（DJF-MAM）的月平均降水异常指数。春冬季降水指数与月降水量的相关系数分别为0.51,0.62，0.41,0.35,0.45，and0.51 。通过t检验，都具有99%的可信度。相关系数不大。这也表明无论是春冬季降水异常年还是非异常年都是可以预计的。通过考虑春冬降水量异常指数，与之前的许多研究不同的是本文集中研究降水异常的年份而不是非异常的年份。我们也在找影响降水异常的因素。

CAM4的水平分辨率为1°，月海表面温度来自HadISST数据库。(Rayner et al. 2003)。CAM4.0是第六代NCAR全球气候模式。这种模式通过用户协同过程与化学气候小组和大气模式工作小组的研究得到了提升(Neale et al. 2011)。CAM4是CCSM4（the community climate system model）的一部分，对比与CAM3，这种模式在动力源、分辨率、深对流和云作用方面都有提升。

图1（a）1951-2010年12-5月的不同站点(22°-30°N，110°-122°E，27个站点）与降水量（单位：mm）

图1 (b）21年12-5月nino3.4，nino3，nino4的相关系数

3 中国南部春冬季降水与ENSO的关系的年代际变化

从图1（a）可以看出，中国南部春冬季月降水量大于60mm，长江以北的和中国的西部的月降水量小于60mm。在本文中主要考虑春冬季月降水量大于100mm的地区。从图1（b）是中国南部春冬季降水与NINO3(5°S-5°N,90°-150°W)，NINO3.4(5°S-5°N,170°-120°W)和NINO4(5°S-5°N,160°E-150°W)区域的海表面温度异常的21年的滑动相关。NINO3.4区域的滑动相关在NINO3与NINO4之间。在七十年代中期之前与NINO3和NINIO4的滑动相关性比较好，但是在七十年代末相关性有明显的下降。九十年代末NINO4的相关性较弱。在八十年代末NINO3的相关性有回升。NINO3.4的海表面温度的相关性表现明显的年代际变化。（这些海表面温度来自HadlaySST数据库）。由于海表面温度异常依赖于背景的海表面温度，我们集中研究NINO4海表面温度的相关系数。21年的滑动平均的最大值和最小值分别在1963年和1984年。因此，我们选择1953-1973年和1974-1994年作相关分析和回归分析来解释中国南部春冬降水和赤道中太平洋的海表面温度的关系。对于NINIO4的海表面温度，在1953-1973年的相关系数为 0.56，通过t检验其可信度为99%，在1974-1994年的相关系数为 0.17，通过t检验其可信度低于90%。在1953-1973年间，其中有七年（九年)中国南部春冬季降水高于（低于）正常值，对应正(负）的NINO4海温异常，剩下的五年相反。在1974-1994年，有六年(五年)中国南部春冬季降水高于（低于）正常值，对应正(负）的NINO4海温异常，剩下的十年相反。以上的统计表明在七十年代中期中国南部春冬降水与赤道中太平洋的海表面温度的相关较弱。

图2 （a）1953-1973年12-5月，中国南部春冬季降水与海温异常的回归分析

（b）1974-1994年12-5月，中国南部春冬季降水与海温异常的回归分析

为了理解中国南部春冬季降水与ENSO的关系的年代际变化。如图2是两个时间段的回归分析图。这两个时间段表现明显的不同。首先，在 1953-1973年间有正的海温异常，然而，在1974-1994年相反。其次，在1953-1973年间正的海温异常从中国南海延伸到热带印度洋，然而，在1974-1994年间，除了热带印度洋的东南部，其余地区的海温异常都比较小。在1974-1994年间，在南印度洋的东部有明显的正海温异常，其西部有负的海温异常。这个海温异常的模型类似于Xu和Fan（2012）的印度洋海温异常模型。我们现在将要讨论两者隐含的不同。为了理解中国南部春冬季降水与赤道中太平洋海表面温度和印度洋海表面温度之间的温度，如图3是850hpa和200hpa的风场图，图4是500hpa上垂直风速与中国南部春冬季海温异常的回归分析。如图3(a)(b)，在西北太平洋有一个异常的反气旋，异常的西南风增强了水汽向中国南部的输送(Zhang et al. 1996; Wang et al.2000)。如图3（c)(d)，在西北太平洋有一个异常的气旋。在图3（c）中可以看出，在赤道中太平洋上，赤道的南北侧分别有两个异常的反气旋环流。在图4(a)(b)中，在赤道中太平洋和中国南部有上升运动，在西北太平洋有下沉运动。前人的研究中，在ENSO成熟阶段在西北太平洋有稳定的异常反气旋(Wang et al. 2000, 2003; Wu et al. 2003)。西北太平洋反气旋的发展不仅和赤道中东太平洋的海温异常有关(Wang et al. 2000)，而且与西北太平洋海温异常有关(Wu and Wang 2000)。中太平洋异常的加热导致在西北太平洋上的下沉运动和低层的反环流(Wang et al. 2000; Wu and Wang 2000)。这个低层的反环流通过海气相互作用形成(Wang et al. 2000)。

在南印度洋上有明显的风异常。如图3（a）（c）在1953-1973年间，850hpa上热带地区被一个异常的反气旋控制，在200hpa风辐合。图4（a)在500hpa有下沉运动。相比较而言，如图3（b）（d）在1974-1994年间，在850hpa安排热带地区被一个异常的气旋控制，在200hpa有风辐散。图4（b)在500hpa有上升运动。在5

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