近56年山西季节旱涝对ENSO事件的响应*

李 芬，张祎玮，乔云红

（1.山西省预警信息发布中心，山西太原030002；2.南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京210044；3.山西省气象局，山西太原030002）

近56年山西季节旱涝对ENSO事件的响应*

李 芬1，张祎玮2，乔云红3

（1.山西省预警信息发布中心，山西太原030002；2.南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京210044；3.山西省气象局，山西太原030002）

应用山西1958-2013年38个站点的逐月降水资料和南方涛动指数（SOI），采用线性趋势及相关分析法研究了山西旱涝对ENSO事件的响应，结果如下所示。近56年来，EINino和La Nina事件各发生13次；有76.9%的La Nina事件和61.5%的EINino事件在冬季达到最强；ENSO事件具有2～7年的周期特征。山西旱涝对EINino的响应相对明显，EINino年，旱年多，EINino次年，涝年多，所占年份比例均为41.2%；春季旱涝对EINino（次年春季旱涝对La Nina）的响应相对显著，EINino年，春涝多，La Nina次年，春旱多，所占比例均为52.9%；夏季旱涝对EINino（次年夏季旱涝对La Nina）的响应相对显著，EINino年，夏旱多，La Nina次年，夏涝多，所占比例分别为47.1%和41.2%；秋季旱涝对ENSO的响应相对显著，La Nina年，秋涝多，EINino年，秋旱多，所占比例分别为43.5%和47.1%；ENSO事件对次年冬季旱涝等级的反映明显，La Nina次年，冬涝多，EINino次年，冬旱多，所占比例分别为43.4%和41.2%。SOI与同期旱涝指数的相关系数全省为正值且北大南小，SOI正值，北部降水偏多，SOI负值，北部降水偏少；SOI与滞后1个月旱涝指数的相关系数除西北局部外全省均为正值，大值区位于北中部，SOI正值，次月北中部降水易偏多，SOI为负值，次月北中部降水易偏少；SOI与滞后2个月的旱涝指数的相关系数全省为正相关，分布为西大东小，SOI正值，未来第2个月西部降水易偏多，SOI负值，未来第2个月西部降水易偏少；SOI与滞后3个月的旱涝指数的相关系数不同区域对SOI的响应不同，相关系数在-0.43～0.33，正相关大值区位于中南部广大地区，负相关大值区位于北部局部地区。

ENSO；SOI；洪涝灾害；旱涝等级；山西

ENSO（EINino-Southern Oscillation）是厄尔尼诺与南方涛动合称的英文缩写，是一种全球尺度的海洋-大气相互耦合影响事件［1］，反映的是全球尺度的气候振荡，其中厄尔尼诺（EI Nino）是ENSO暖事件，拉尼娜（La Nina）是ENSO冷事件。ENSO的发生往往会引起全球性气候异常，造成严重的旱涝和低温冰冻灾害［2-4］。ENSO事件虽然仅发生在赤道太平洋上，但其发生往往会引起全球性气候异常，被认为是年际尺度最显著的气候信号之一，这种观点已成为国内外学者的共识［5-7］。1970年代开始，ENSO现象变得越来越频繁，造成的影响也越来越严重，对多个地区甚至全球范围的天气造成不同程度影响，从干旱、风暴到洪水，因地而异［8-11］。研究表明，ENSO事件对太平洋副热带高压和东亚季风环流都有显著的影响，且影响方式、强度和持续的时间表现出一定的区域性特点［12-16］；ENSO是通过影响上述两个系统，进而对中国从沿海到内陆的气候产生不同程度的影响［17-20］，ENSO对我国不同区域影响的程度、方式和结果均有较大差异［21-23］。山西地形复杂，山地、丘陵占到国土面积的三分之二。受地理因素、太阳辐射和季风环流的共同影响，年内各季降水分布极不均匀，形成了四季分明、光照充足、雨热同步的气候特点，是气候变化的敏感区和脆弱区。但以往对山西旱涝的研究主要以分析春、夏季干旱的时空变化特征为主，在这些相关研究中主要侧重于对春、夏季干旱的演变规律及其对农业的影响［24-28］，但关于山西旱涝的成因研究较少，特别是山西旱涝究竟对ENSO事件有何响应，至今尚不清楚。旱涝灾害是最严重的气象灾害，旱涝灾害主要是由降水异常引起，进行旱涝灾害规律及其成因的研究对于减轻旱涝损失，促进农业生产持续稳定发展具有重要的现实意义。

1 数据、指标与方法

1.1 数据

气象数据为1958-2013年质量较高且完整的山西38个气象站点的月降水量；南方涛动指数SOI（southern oscillation index）从美国气候预测中心网站（http：／／www.cpc.ncep.noaa.gov／data）获得，是美国气候预测中心（American National Climate Prediction，CPC）发布的两次标准化的序列［29］。站点分布见图1。

图1 本文所选站点空间分布

1.2 指标

（1）旱涝等级根据累计频率［30-31］将山西年及四季的旱涝分别定义为7个等级（表1）。

（2）ENSO事件的强度根据文献［32-34］中的定义，将连续EINino／La Nina年记为一次EINino／La Nina事件；ENSO事件的区域为Nino综合区，即Nino 1＋2＋3＋4区。

表1 旱涝等级划分表

（3）ENSO事件的等级：分别对ENSO冷、暖事件的南方涛动指数之和∑SOI进行标准化，大致将0.5个σ作为一个等级，得到ENSO冷事件和暖事件的海气强度指标，将强、中等和弱拉尼娜年强度等级分别定量为-3、-2和-1，将强、中等和弱厄尔尼诺年的强度等级定量为3、2和1级，非ENSO事件年的强度等级定量为0（表2）。

1.3 方法

采用线性滑动趋势和多项式滑动趋势，分析了近56年山西旱涝等级及其与ENSO事件之间的联系；采用相关分析法对SOI与山西旱涝的相关性进行了研究。

2 ENSO事件及其与山西旱涝等级的联系

1958-2013发生的厄尔尼诺／拉尼娜事件的时间特征（表2）表明，1958-2013年，发生EINino和La Nina事件各13次，16年为正常年份。EINino事件，春季达到最强时2次，夏季最强1次，秋季最强2次，冬季最强为8次（61.5%）。La Nina事件，秋季达到最强时3次，冬季达到最强时10次（76.9%）。ENSO事件发生的最强季节主要在冬季，其次是秋季。

由近56年ENSO事件的发生强度可知（图2），EINino事件的发生强度相对更强。ENSO事件的发生具有2～7年的周期特点，EINino发生强度高峰期为1980-1981年、1984-1985年、1989-1990年、1995-1996年；La Nina发生强度高峰期是1968-1969年、1973-1974年、1997-1998年。

图2 1958-2013年ENSO事件的发生强度

2.1 ENSO事件与山西年季旱涝等级的联系

由近56年山西年季旱涝等级和ENSO强度的分析可知（图3），1970年代前偏涝，1980年代到2005年前为逐渐偏旱，2005年后转偏涝，近年来偏涝的趋势剧增。ENSO事件强度等级则具有明显的年代际特征，1950年代EINino较强，1970年代La Nina较强，1980-1990年代EINino较强，2001年以来逐渐转为La Nina较强时段。统计表明，La Nina年，涝年3次，偏涝年6次，正常年份10次，偏旱年2次，旱和大旱年各1次；EINino年，大涝年2次，偏涝年1次，正常年份7次，偏旱年1次，旱年4次，大旱年2次。La Nina年，涝年多，占39.1%；EI Nino年，旱年多，占41.2%。

表2 ENSO事件年的强度等级定量表

图3 1958-2013年ENSO事件强度与年际旱涝等级

为了研究山西年际旱涝对ENSO的响应，本文研究了ENSO次年的山西年季旱涝等级的变化。La Nina次年，大涝年2次，偏涝年3次，正常年份9次，偏旱年2次，旱年5次，大旱年2次；EINino次年，涝年3次，偏涝年4次，正常年份7次，偏旱年2次，大旱年1次。La Nina次年，旱年多，占39.1%；EINino次年，涝年多，占41.2%。

分析表明，山西旱涝等级对EINino的响应较明显，EINino年，旱年多，EI Nino次年，涝年多，所占年份比例均为41.2%。

2.2 ENSO事件与山西春季旱涝等级的联系

由近56年山西春季旱涝等级和ENSO强度的分析可知（图4），春季旱涝等级和ENSO事件趋势线为反向特征，1970年代春季偏旱，对应La Nina多发期，1980-1990年代中期偏涝，对应EINino多发期。La Nina年，大涝年1次，涝年有1次，偏涝年有3次，正常年份有8次，偏旱年有5次，旱年4次，大旱年1次；EINino年，大涝年有2次，涝年有4次，偏涝年有3次，正常年份有7次，大旱年1次。La Nina年，春季旱年多，占43.5%；EINino年，涝年多，占52.9%。

图4 1958-2013年ENSO事件强度与春季旱涝等级

本文分析了ENSO次年的春季旱涝等级变化。La Nina次年，大涝年1次，涝年2次，偏涝年3次，正常年份8次，偏旱年4次，旱年3次，大旱年2次；EINino次年，大涝年2次，涝年2次，偏涝年2次，正常年份8次，偏旱年1次，旱年2次。La Nina次年，春季旱年多，占52.9%；EI Nino次年，涝年多，占35.3%。

分析表明，春季旱涝等级对EINino的响应明显，次年春季旱涝等级对La Nina的响应显著，EI Nino年，春季涝年多，La Nina次年，春季旱年多，所占年份比例均为52.9%。

2.3 ENSO事件与山西夏季旱涝等级的联系

由近56年山西夏季旱涝等级和ENSO强度的分析可知（图5），1960年代前期和21世纪近年来偏涝明显，其余时段旱涝等级变化平稳。La Nina年，大涝年有1次，涝年有4次，偏涝有4次，正常有8次，偏旱有3次，旱年3次；EINino年，大涝年有1次，偏涝有1次，正常有7次，偏旱有3次，旱年2次、大旱3次。La Nina年，涝年多，占39.1%，EINino年，旱年多，占47.1%。

图5 1958-2013年ENSO事件强度与夏季旱涝等级

本文分析了ENSO次年的夏季旱涝等级变化。La Nina次年，夏季涝年4次，偏涝年1次，正常年份9次，偏旱年2次，旱年5次，大旱年2次；EINino次年，大涝年2次，涝年2次，偏涝年2次，正常年份6次，偏旱年3次，旱年1次。La Nina次年，夏季旱年多，占39.1%；EI Nino次年，涝年多，占41.2%。

分析表明，夏季旱涝等级对EINino的响应最明显，次年夏季旱涝等级对La Nina的响应次之，EINino年，夏季旱年多，La Nina次年，夏季涝年多，所占比例分别为47.1%和41.2%。

2.4 ENSO事件与山西秋季旱涝等级的联系

由近56年山西秋季旱涝等级和ENSO事件强度的分析可知（图6），1960年代和2001年以来偏涝，90年代偏旱。La Nina年大涝年1次，涝年5次，偏涝年4次，正常年份10次，偏旱年有3次，旱年1次，大旱年1次；EINino年，涝年有1次，偏涝年2次，正常年份6次，偏旱年4次，旱年2次，大旱年2次。La Nina年，涝年多，占43.5%；EINino年，旱年多，占47.1%。

图6 1958-2013年ENSO事件强度与秋季旱涝等级

为了研究山西秋季旱涝对ENSO的响应，本文分析了ENSO次年的秋季旱涝等级变化。La Nina次年，大涝年1次，涝年3次，偏涝年3次，正常年份10次，偏旱年4次，旱年1次，大旱年1次；EINino次年，大涝年1次，涝年2次，偏涝年2次，正常年份8次，偏旱年1次，旱年1次，大旱年2次。La Nina次年和EINino次年，均为涝年偏多，所占比例分别为30.4%和占29.4%。

分析表明，秋季旱涝等级对EINino和La Nina的响应相对明显，次年秋季旱涝等级变化对ENSO的响应相对较弱。

2.5 ENSO事件与山西冬季旱涝等级的联系

近56年山西冬季旱涝等级和ENSO事件强度的分析可知（图7），冬季旱涝等级和ENSO事件趋势线两者变化大部分时段为同向。La Nina年，大涝年2次，涝年1次，偏涝年4次，正常年份9次，偏旱年4次，旱年1次，大旱年2次；EINino年，涝年有2次，偏涝年有3次，正常年份有7次，偏旱年有2次，旱年2次，大旱年1次。La Nina年和EINino年，冬季旱涝年份都一样多，所占比例分别为30.4%和29.4%。

图7 1958-2013年ENSO事件强度与冬季旱涝等级

本文分析了ENSO次年的冬季旱涝等级变化。La Nina次年，大涝年3次，涝年3次，偏涝年4次，正常年份6次，偏旱年5次，旱年2次；EI Nino次年，涝年1次，偏涝年1次，正常年份8次，偏旱年3次，旱年1次，大旱年3次。La Nina次年，冬季涝年多，占43.4%；EINino次年，旱年多，占41.2%。

分析表明，ENSO事件对冬季旱涝等级年份的反映并不明显，无论La Nina年还是EI Nino年，冬季旱涝等级年份分布都一致。次年冬季旱涝等级对EINino的响应最明显。

3 山西旱涝指数与SOI的相关性研究

SOI是法属玻利尼西亚的塔希堤（Tahiti）岛与澳大利亚的达尔文（Darwin）站的海平面气压差，是监测ENSO的常规指数，也是ENSO事件的传统指标，其计算方法多种，目前，通用的是美国气候预测中心发布的两次标准化的序列，即对Tahiti与Darwin两站海平面气压先分别标准化，相减后再标准化的值。为了与之对应，本文对所选38站1958-2013年逐月降水量根据表1所示的旱涝等级划分后再进行标准化，新建的标准化序列（定义为旱涝指数）与SOI进行相关性研究。

从56年来SOI与同期旱涝指数的相关分析中发现（图8a），山西全省为正相关区（超过0.05信度，下同），相关系数大致为北大南小，特别是在北部、中西部和北中部出现了相关系数达0.7以上的区域（最大0.82），相关系数最小的地区，位于东南部。当SOI为正值时，北部大部分地区月降水偏多，SOI为负值时，北部大部分地区月降水偏少。表明SOI的变化主要对山西中北部降水有明显的影响。

图8 1958-2013年SOI与同期旱涝指数的相关系数

56年来SOI与滞后1个月的旱涝指数的相关发现（图8b），大部分地区为正相关区，大值区主要位于北中部（最大0.44），但在西北地区出现了相关系数为负值的相关区域，但其值不大。说明当SOI为负值时，次月北中部地区月降水易偏少，当SOI为正值，次月北中部地区月降水易偏多。表明SOI的变化对次月北中部月降水有明显的影响。

56年来SOI与滞后2个月的旱涝指数的相关分析中发现（图8c），山西全省为正相关区，分布为西大东小，最大值位于中西部（最大值0.47），说明当SOI为负值时，未来第2个月西部月降水易偏少，当SOI为正值时，未来第2个月西部月降水易偏多。表明SOI的变化对次月西部月降水有明显的影响。

从56年来SOI与滞后3个月的旱涝指数的相关分析发现（图8d），不同区域对SOI变化的响应不同，相关系数在-0.43～0.33，正相关区大于负相关区，负相关大值区主要位于北部局部地区，正相关区主要位于中南部广大地区。说明当SOI为负值时，未来第3个月北部局部地区月降水易偏少，中南部地区月降水易偏多，SOI为正值时，未来第3个月北部局部月降水易偏多，中南部月降水易偏少。

4 结论与讨论

（1）1958-2013年，共发生EINino和La Nina事件各13次，EINino发生的强度要大于La Nina的发生强度；有76.9%的La Nina事件和61.5%的EINino事件在冬季达到最强，秋季也是ENSO事件达到最强的多发季节；ENSO事件的发生具有明显的周期特点，其波动周期为2～7年，EINino发生强度高峰期分别为1980-1981年、1984-1985年、1989-1990年、1995-1996年，La Nina事件发生强度高峰期分别是1968-1969年、1973-1974年、1997-1998年。

（2）山西旱涝对EINino的响应较明显，EINino年，旱年多，EINino次年，涝年多，所占年份比例均为41.2%。春季旱涝对EINino的响应明显，次年春季旱涝等级对La Nina的响应显著，EI Nino年，春季涝年多，La Nina次年，春季旱年多，所占年份比例均为52.9%。夏季旱涝等级对EINino的响应最明显，次年夏季旱涝等级对La Nina的响应次之，EI Nino年，夏季旱年多，La Nina次年，夏季涝年多，所占比例分别为47.1%和41.2%。秋季旱涝等级对EINino和La Nina的响应相对明显，La Nina年，涝年多，占43.5%；EINino年，旱年多，占47.1%，次年秋季旱涝等级变化对ENSO的响应相对较弱。ENSO事件对冬季旱涝等级年份的反映并不明显，次年冬季旱涝等级对EINino的响应最明显，La Nina次年，冬季涝年多，占43.4%；EI Nino次年，旱年多，占41.2%。

（3）1958-2013年，SOI与同期旱涝指数的相关分析表明，相关系数全省为正值且北大南小，SOI的变化主要对山西中北部降水有明显的影响，SOI正值时，北部大部分地区月降水偏多，SOI负值时，北部大部分地区月降水偏少；SOI与滞后1个月的旱涝指数的相关发现，除西北局部地区外，相关系数全省均为正值，大值区主要位于北中部，SOI的变化对次月北中部月降水有明显的影响，SOI为负值时，次月北中部地区月降水易偏少，当SOI为正值，次月北中部地区月降水易偏多；56年来SOI与滞后2个月的旱涝指数的相关发现，全省为正相关区，分布为西大东小，SOI的变化对滞后2个月西部月降水有明显的影响，SOI为负值时，未来第2个月西部月降水易偏少，SOI为正值时，未来第2个月西部月降水易偏多；SOI与滞后3个月的旱涝指数的相关发现表明，不同区域对SOI变化的响应不同，相关系数在-0.43～0.33，负相关大值区位于北部局部地区，正相关区主要位于中南部广大地区，SOI为负值时，未来第3个月北部局部地区月降水易偏少，中南部地区月降水易偏多，SOI为正值时，未来第3个月北部局部月降水易偏多，中南部月降水易偏少。

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Response of Shanxi’s Seasonal Droughts＆Floods to ENSO Events in Latest 56 years

Li Fen1，Zhang Yiwei2，Qiao Yunhong3
（1.Early Warning Information Release Center of Shanxi Province，Taiyuan 030002，China；2.College of Applied Meteorology，Nanjing University of Information Science＆Technology，Nanjing 210044，China；3．ShanxiMeteorological Bureau，Taiyuan 030002，China）

Based on each month’s rainfall data of 38 meteorological stations in Shanxi Province from 1958 to 2013 and the Southern Oscillation Index（SOI）from 1958 to 2013，using trend analysis and correlation analysis methods，the response of Shanxi’s droughts＆floods to ENSO events is analyzed.The results show：（1）In recent 56 years，therewere 13 EINino events and 13 La Nina events.The strongest ENSO events appear usually atwinter（76.9%La Nina events and 61.5%EINino events）.ENSO events have obvious cycles，fluctuating from 2 to 7 years.（2）Shanxi’s droughts＆floods have clear responses to ENSO events.In EINino year，drought frequency（41.2%）is higher than flood frequency.In the year after EINino，flood frequency（41.2%）is higher than drought frequency.In EINino year，spring flood frequency（52.9%）is higher than drought frequency.In the year after La Nina，spring drought frequency（52.9%）is higher than flood frequency.In EINino year，summer drought frequency（47.1%）is higher than flood frequency.In the year after La Nina，summer flood frequency（41.2%）is higher than drought frequency.In La Nina year，autumn flood frequency（43.5%）is higher than drought frequency.In EINino year，autumn drought frequency（47.1%）is higher than flood frequency.In the year after La Nina，winter flood frequency（43.4%）is higher than drought frequency.In the year after EINino，winter drought frequency（41.2%）is higher than flood frequency.（3）Through correlation analysis of SOIwith drought＆flood index，we find that correlation coefficients of SOIwith the same period drought＆flood index over Shanxi province are positive（coefficients of the north are bigger than the south），if SOI is positive（negative），rainfall of the north has the trend of beingmore（less）.SOIhas positive correlation with the drought＆flood index onemonth later overmost areas of Shanxi province except in local areas of the northwest region（high value area is located in north central），if SOI is positive（negative），nextmouth’s rainfall of the north central has the trend of beingmore（less）.SOIhas positive correlation with the drought＆flood index twomonths later over Shanxi province（coefficients of thewest are bigger than the east），if SOI is positive（negative），next secondmouth’s rainfall of the west has the trend of beingmore（less）.The correlation coefficients of SOIwith the drought＆flood index threemonths later are different in various regions；the range is from-0.43 to 0.33（high positive value area is located in south central，high negative value appears in local area of north）.

ENSO；SOI；flood；drought＆flood grades；Shanxi

X43；P434.4

A

1000-811X（2015）04-0085-06

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.017

李芬，张祎玮，乔云红.近56年山西季节旱涝对ENSO事件的响应［J］.灾害学，2015，30（4）：85-90.［Li Fen，Zhang Yiwei，Qiao Yunhong.Response of Shanxi’s SeasonalDroughts＆Floods to ENSO Events in latest56 years［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：85-90.］*

2015-03-30 修回日期：2015-05-16

山西省气象科研项目（SXKYBQH20147828）；山西省科技攻关项目（20130312012）

李芬（1964-），女，山西汾阳人，高级工程师，主要从事全球变化与区域气候变化研究.E-mail：lifen1964＠sina.com