厄尔尼诺／拉尼娜事件对青海湖周边地区气候的影响

张慧慧，赵景波，2

（1．陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安710062；2．中国科学院 地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西 西安710075）

ENSO现象是指赤道中、东太平洋海温的冷暖交替异常变化，是大范围海气相互作用的结果，也是全球气候变化的强信号之一。

我国已有许多学者研究ENSO事件对我国气候的影响［1－5］，研究以ENSO 事件与我国各区域气温、降水及旱涝灾害变化的关系为主，同时关注其对西太平洋副热带高气压和台风等的影响，但具体到ENSO事件对青海湖流域气候影响的相关研究仍较少。青海湖流域地处青藏高原东北部，地理坐标为36°15′—38°20′N，97°50′—101°20′E，流域面积29 661km2。其四周为青海南山、日月山和大通山所环绕，是我国东部季风气候区、西北干旱区和西南高寒区的交汇地带，地方性气候显著，且为青海省重要的渔业、畜牧业和旅游业基地，研究ENSO事件对其气候的影响具有重要意义。

1 资料来源与方法

本文降水量和气温数据来源于“中国气象科学数据共享服务网”，由于青海湖流域内气象站点稀少，仅有刚察和天峻2个气象站，因此又选取了距离青海湖较近，且具有一定的代表性的共和站和海晏站的统计资料进行分析。天峻站缺少2009，2010年气象数据，海晏站缺少1961—1975年气象数据。

研究青海湖周边气候变化与ENSO事件关系时，利用2×2列联表，进行X2检验，以确定ENSO事件与该区气候变化的相关性程度和置信水平［6］。

2 1961年来ENSO事件的发生与变化

2．1 1961年来ENSO事件的统计

为了研究ENSO事件对气候变化的影响，需要明确ENSO事件的定义。由于不同学者选取的Niño检测区及所用资料指标的不同，加之，ENSO事件自身发生发展的复杂性，因此目前国内外对ENSO事件的划分无统一标准［7－12］。本文根据中国ENSO监测小组［13］确定的标准，采用赤道东太平洋（10°N—10°S，180°W—90°E）月平均SSTA（平均海面温度异常）≥0．5℃（≤－0．4℃），持续时间6个月，中断时间不超过1个月，定义为一次厄尔尼诺事件（拉尼娜事件）。1961—2009年，有16a发生厄尔尼诺事件，共发生厄尔尼诺事件14次，有13a发生拉尼娜事件，共发生拉尼娜事件11次，其余20a为正常年份（表1—2）。

表1 1961年来的厄尔尼诺事件［13］

表2 1961年来的拉尼娜事件［13］

2．2 1961年来ENSO事件的特征

2．2．1 时间特征 ENSO事件起止时间不同，14次厄尔尼诺事件中，各季节发生的次数及所占比例为：春季6次，占42．9%；夏季5次，占35．7%；秋季3次，占21．4%。11次拉尼娜事件各季节发生的次数及所占比例为：春季4次，占36．4%；夏季3次，占27．3%；秋季3次，占27．3%；冬季仅发生1次，占9．0%。由此可见，ENSO事件发生时间以春季为主，夏秋季次之。ENSO事件持续时间也不尽相同，有的仅几个月，如1962年的拉尼娜事件、1963年和1976年的厄尔尼诺事件等。有的跨2个自然年，有的甚至跨3个自然年。以10a为一个限度，由表1，2可知，90年代以来，厄尔尼诺事件发生次数均达到4次，与60—80年代的2次相比明显增多，可见，90年代以来为厄尔尼诺事件多发期。

2．2．2 强度特征 根据海温距平对ENSO事件强度进行等级量化（表1—2）：强厄尔尼诺（3）、中等厄尔尼诺（2）、弱厄尔尼诺（1）；弱拉尼娜（－1）、中等拉尼娜（－2）、强拉尼娜（－3）；正常年（0）。可以看出，60年代以来ENSO事件的发生具有波动性，波动周期为2～7a。强厄尔尼诺事件有5次，分别是1972，1982—1983，1987，1997，2009年；强拉尼娜事件有5次，分别是1974，1975，1988，1999—2000，2007年。总体而言，厄尔尼诺事件的强度大于拉尼娜事件的强度。

3 青海湖周边地区1961年来降水量变化与ENSO事件关系

3．1 青海湖周边地区1961年来降水量变化

青海湖北部（刚察）1961年来的年均降水量为381．77mm，南部（共和）、西部（天峻）、东部（海晏）的分别为318．90，344．83，397．86mm。研究区年降水量年际变化较大，整体呈现波动上升趋势（图1）。其中北部（5．02mm／10a）、南部（2．00mm／10a）增幅不明显，西部增幅最显著，年均降水量以8．73mm／10a的速率增加。根据多项式拟合趋势线及数据分析可知，研究区域70年代降水量相对偏少，80年代出现明显增加，并达到最高，90年代较80年代略有减少，2000年后降水又继续回升。与70年代相比，80年代年均降水量东部增幅最显著，增加了52．23mm，增幅最小的南部地区也增加了31．20mm。

图1 青海湖周边地区50a来年平均降水量变化

3．2 青海湖周边地区1961年以来降水量的小波分析

利用MHF小波变换对降水变化做多时间尺度的分析，结果如图2a所示，图2a中虚线为负等值线，代表降水偏少，实线为正等值线，代表降水偏多。由图2a可知，不同时间尺度相应的降水结构不同。降水量在10a以下尺度上，周期震荡剧烈，无明显的规律。在25a以上尺度周期震荡趋于平缓，规律比较清晰，经历了少—多—少—多4个循环交替，并且到2010年降水增多等值线仍未闭合，表明降水增多的趋势有可能还将继续。从图2b中可以得出，3个小波方差峰值在3．1，7．1和16．7a尺度上。青海湖周边地区降水变化以3a的周期为最强，是第1主周期。

图2 青海湖周边地区降水量的小波变换系数（a）和小波方差（b）

3．3 青海湖周边地区1961年来降水量变化与ENSO事件关系

利用X2检验［6］对表3中年降水距平数据处理得：北部X2EP＝0．3585，X2LP＝0．6875；南部X2EP＝0．0011，X2LP＝1．2202；西部X2EP＝0．0432，X2LP＝5．1754；东部X2EP＝0．0275，X2LP＝3．0310（式中：E——厄尔尼诺事件；L——拉尼娜事件；P——降水量）。与理论值［6］（X2（0．05，1）＝3．841，X2（0．01，1）＝6．635）相比可知，除拉尼娜事件与西部降水量变化超过显著水平外，青海湖周边其他地区降水量变化与ENSO事件的关系均达不到相关水平。

通过对青海湖西部降水量变化与ENSO事件的关系进行分析得知，西部厄尔尼诺年的多年平均降水量 （350．29mm）比 正 常 年 的 （348．53mm）高1．76mm，而拉尼娜年的多年平均降水量（332．83mm）比正常年的低15．70mm。可见，拉尼娜年西部年降水距平以负距平为主，降水量显著减少，拉尼娜事件与西部降水量变化超过显著水平。

表3 降水量及气温距平变化与ENSO事件年数的关系

4 青海湖周边地区1961年来气温变化与ENSO事件关系

4．1 青海湖周边地区1961年来气温变化

青海湖周边地区1961年来的年平均气温呈波动上升趋势（图3），根据线性拟合，青海湖北部、南部、西部和东部的年平均气温分别以0．032，0．053，0．035，0．049℃／a的速率增加。与全国平均气温增长率0．03℃／a相比［14］，该区域增幅接近或明显高于全国水平，这可能与青藏高原对全球变化的敏感性有关［15］。由多项式拟合结果可知，20世纪60—80年代中期趋势线在平均值以下，年平均气温多为负距平，为相对冷期，80年代后期气温开始转暖。根据有关专家的研究［16－17］，认为1987年是西北地区西中部气候转向暖湿型的突变年。以1987年为界，青海湖北部、南部、西部和东部1988—2010年多年平均气温比1961—1987年多年平均气温分别高0．82，1．37，0．86，0．88℃，远高于全国平均水平（0．35℃）。

图3 青海湖周边地区近50a来年平均气温变化

4．2 青海湖周边地区1961年来气温的小波分析

图4为1961年来年平均气温距平的Morlet小波变换图和小波方差图，图4a中虚线为负等值线，代表气温偏低，实线为正等值线，代表气温偏高。由图4可知，气温在5a以下尺度上，周期震荡剧烈，表现为无明显的规律。随着时间尺度的增加，周期震荡趋于平缓，规律比较清晰。在靠近7a的尺度上，经历了低—高10个循环交替。在29a尺度上，经历了低—高交替，且到2010年气温增高等值线仍未闭合，表明气温增高的趋势有可能还将继续。从图4b中可以得出，3个小波方差峰值3．0，7．4和29．1年尺度上。说明青海湖周边地区的气温变化以29a的周期为最强，是第1主周期，第2，3主周期分别为3a和7a。

图4 青海湖周边地区气温变化的小波变换系数（a）和小波方差（b）图

4．3 青海湖周边地区1961年来气温变化与ENSO事件关系

由表3可知，青海湖周边地区厄尔尼诺年年均温距平以正距平为主，拉尼娜年以负距平为主。利用X2检验［6］对表3年均温距平数据处理得：北部X2ET＝0．115 0，X2LT＝3．932 4；南部X2ET＝2．160 0，X2LT＝1．759 2；西部X2ET＝0．102 5，X2LT＝3．800 6；东部X2ET＝0．009 2，X2LT＝0．028 4 （式中：T——气温）。与理论值相比可知，拉尼娜事件与北部气温变化达到显著水平，与西部气温变化接近显著水平。其他区域气温变化与ENSO事件的关系均达不到相关水平。

通过对青海湖北部及西部气温变化与ENSO事件的关系进行分析得知，北部厄尔尼诺年的多年平均气温（－0．14℃）比正常年的（－0．25℃）高0．11℃，而拉尼娜年的多年平均气温（－0．46℃）比正常年的低0．21℃。西部厄尔尼诺年的多年平均气温（－1．01℃）比正常年的（－1．06℃）高0．05℃，拉尼娜年的多年平均气温（－1．22℃）比正常年的低0．16℃。可见，拉尼娜事件与北部、西部气温变化达到或接近显著水平，且均呈负相关。

5 青海湖周边地区1961年来旱涝灾害与ENSO事件的关系

根据张存杰等［18］的研究可知，Z指数更能够客观反映西北地区旱涝灾害情况。依据他们修订后的Z指数旱涝等级标准［18］，统计得出青海湖周边地区1961年来旱涝灾害与ENSO的关系表（表4）。青海湖周边地区旱涝灾害发生的总概率为47．1%～63．3%，ENSO事件年发生旱涝灾害的总概率为30．6%～36．7%。由表4可知，周边地区厄尔尼诺事件年发生涝灾多于旱灾，拉尼娜事件年发生旱灾偏多。

表4 旱涝灾害与ENSO事件关系

6 青海湖水位变化与降水量的关系

依据资料分析，1961—2009年，青海湖水位总体呈下降趋势［19］，平均每年下降0．071m。2005年来，青海湖水位出现回升，以0．184m／a的速率上升，2009年水位达3 193．69m，恢复到了1992年的水平。49a间个别年份青海湖水位会随着气候变化，补给与蒸发的相互消长，出现回升，连续回升不超过3a。水位增幅最大的为1968，1989，2006年，分别为0．32，0．33，0．36m。水位下降幅度最大的为1979，1980，2002年，分别为0．33，0．34，0．45m。

国内学者研究认为［20］，人类活动耗水量对湖水位影响不大，青海湖水位主要受气温影响，气温升高导致蒸发量增加，进而引起水位下降。而青海湖水位变化量，及布哈河和沙柳河径流量主要受降水影响。将青海湖流域内刚察站和天峻站年降水量数据求平均，得到青海湖流域的降水量变化图（图5）。该图显示，1967，1988，2005年降水出现峰值，这3a过后，湖水位升高。除1979年降水量在连续4a下降之后出现短暂回升外，1978，2001年，即水位显著降低年的上一年，流域降水量均明显降低。可见，水位变化较降水量变化有一定滞后性，水位增长与降低与上一年流域降水量增加与下降有关。

图5 1961年来青海湖流域年降水量的变化

7 结 论

（1）50a来青海湖周边地区降水量呈波动上升趋势，西部增幅最显著，年平均降水量以8．73mm／10a的速率增加。研究区域80年代降水量出现明显增加，并达到最高，90年代略有减少，2000年后降水又继续回升。研究区域年平均气温也呈波动上升趋势，平均气温增长率接近或明显高于全国平均水平，80年代后期青海湖周边区域气候有向着暖湿化方向发展的趋势。

（2）青海湖不同区域降水量、气温变化与ENSO事件的关系不同。拉尼娜事件与西部降水量变化超过显著水平，拉尼娜年降水量显著减少。青海湖周边其他地区降水量变化与ENSO事件的关系达不到相关水平。拉尼娜事件与北部气温变化达到了显著水平，与西部气温变化接近显著水平，均呈负相关。其他区域气温变化与ENSO事件的关系均达不到相关水平。

（3）近50a来，研究区年降水量变化以3．1a左右为第1主周期，年气温变化以29．1a左右为第1主周期。该区湖水主要来自降水，降水对该区湖水位的影响大但存在滞后性。

（4）ENSO事件年发生旱涝灾害的总概率为30．6%～36．7%。青海湖周边地区厄尔尼诺事件年发生涝灾多于旱灾，拉尼娜事件年发生旱灾偏多。

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