海南岛9—10月暴雨日数与ENSO的关系研究

张天圣 赵蕾 莫云音 蔡英缨

摘要 利用海南岛18个市县国家气象观测站日降水资料，NCEP/NCAR逐月资料和美国NOAA中心ERSSTV4的逐月海温资料，研究了海南岛秋季暴雨日数与前期海温的关系，结果表明：当前期（7—8月）出现拉尼娜（厄尔尼诺）事件时，西太平洋副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），沃克环流偏强（偏弱），印缅槽偏强（偏弱），热带印度洋、孟加拉湾进入南海偏西风偏强（偏弱），有利于（不利于）海南岛秋季暴雨形成。拉尼娜年时，当海南岛上空低值系统偏强（偏弱），赤道印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强明显（不明显），贝湖附近高压脊偏强（偏弱），则暴雨日数偏多（正常）。厄尔尼诺年时，（1）当海南岛上空高压系统控制，贝湖附近高压脊偏弱，则暴雨日数偏少；（2）当西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，东亚大槽偏强，有短波槽配合，则暴雨日数正常；（3）当沃克环流偏弱不明显，巴士海峡、南海北部对流活动活跃，受低值系统和偏东气流影响，暴雨日数偏多。

关键词 前期海温；暴雨日數；Niño3.4区海温；沃克环流

中图分类号：P426 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-04

长期以来，许多科学研究发现，海洋和大气间有着密切的相互作用，而且这种作用对气候的影响非常明显。在过去的几十年，气象学者就ENSO事件对东亚大气环流和中国区域降水的影响进行了大量研究。张光智等[1]认为赤道中东太平洋海温的异常能够影响南方涛动和Walker环流的变化，从而影响到东亚夏季风环流的变化，在厄尔尼诺当年我国夏季主要雨带偏南，而拉尼娜当年我国夏季主要雨带偏北[2]。李天然等[3]指出冬季发生ENSO事件后，次年华南夏季降水偏少。Huang等[4-5]发现，在厄尔尼诺发展年夏季华南易出现干旱。宗海锋等[6]指出厄尔尼诺（拉尼娜）年，华南盛夏（7—8月）降水偏少（多）。

海南岛秋季特大暴雨存在突发性强，降雨强度异常大，持续过程长等特征，给预报和防洪工作带来极大的困难[7]。在大气环流与外强迫如何影响秋季暴雨的物理机制方面，简茂球等[8]指出海南持续性暴雨天气与热带大气的准双周振荡有关，并结合海温进行了分析；型彩盈[9]认为，热带中东太平洋海温异常影响着海南秋季暴雨的发生发展。可见，ENSO事件与海南岛秋季暴雨发生发展有重要关系。以海温为切入点，分析海温异常如何造成大气环流异常进而影响海南岛秋季暴雨次数，提出概念模型，为秋季暴雨的天气预报提供参考。

1 资料与方法

选用的资料有海南岛18个市县国家气象观测站1981—2017年日降水资料，NCEP/NCAR逐月资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，海表温度资料（SST）选取美国NOAA中心ERSSTV4的逐月资料，水平分辨率为2.0°×2.0°，采用的方法有相关分析、合成分析方法。

2 结果与分析

2.1 9—10月暴雨与海温变化的关系

统计全岛各站达到暴雨日数标准（日降水量≥50 mm）的暴雨日数，再进行全岛平均，得到海南岛9—10月暴雨日数序列。计算暴雨日数序列与春季、夏季、9—10月海温的相关分布，从图1可以看出，春季西太平洋海温为正相关，中、东部太平洋海温为负相关，夏季中东太平洋海温的负相关显著区域明显扩大，9—10月该区域依然存在，赤道太平洋海温呈现出类似拉尼娜事件的分布，进一步计算了夏季（6、7、8月）海温与海南岛暴雨日数的相关性，发现越靠近秋季、赤道中东太平洋海温的相关显著区域越大，7—8月较明显。因此，本研究选取区域较大，延续性较好的前期7—8月中东太平洋海温作为关键区，选取范围为ENSO监测区域Niño3.4区海温（190°～240°E，10°～5°N），以此为切入点研究海温异常是如何通过影响大气环流变化进而形成海南岛9—10月暴雨。

具体做法是根据中国气象局发布的《厄尔尼诺／拉尼娜事件判别方法》国家标准，且7—8月Niño3.4区海温达到厄尔尼诺/拉尼娜事件标准，选出影响海南岛秋季暴雨的厄尔尼诺和拉尼娜年份，即7—8月出现厄尔尼诺和拉尼娜的年份（以下分别简称为厄尔尼诺年和拉尼娜年）。选择海南岛秋季多暴雨年和少暴雨年，将海南岛全省暴雨日数区域平均，然后标准化处理，以±0.8作为标准，定义多暴雨年和少暴雨年，选出多暴雨年和少暴雨年，得到8年拉尼娜年中有5年对应多暴雨年，3年为正常年，9年厄尔尼诺年中有4年对应少暴雨年，4年对应正常年，1年对应多暴雨年。可见，拉尼娜（厄尔尼诺）年容易出现多（少）暴雨年。通过合成分析研究其可能机制，以下分析的大气环流特征均为同期大气环流特征。

2.2 ENSO事件对9—10月暴雨影响的可能机制

从图2中850 hPa距平流场可以看到，拉尼娜年，赤道以北太平洋的风场为反气旋式环流异常，赤道太平洋为偏东风距平，向西延伸至南海附近，说明拉尼娜年赤道太平洋偏东风偏强；赤道印度洋为偏西风距平，向东延伸至南海附近，说明偏西风偏强；与太平洋偏东风汇合，南海对流活动活跃，为海南岛暴雨产生提供有利条件。厄尔尼诺年，赤道太平洋为偏西风距平，说明赤道偏东风偏弱，赤道印度洋为偏东风距平，说明偏西风偏弱。造成对流活动较拉尼娜年减弱，对海南岛暴雨产生抑制作用。从500 hPa高度距平场（图2）可以看出，拉尼娜年，副高偏北，低纬度地区为负距平控制，北高南低的高度距平形式有利于偏东气流携带水汽向海南上空输送，而低空偏东风急流正是后汛期特大暴雨的天气学特征中最显著的强信号。相反，厄尔尼诺年副高偏南，低纬度地区包括海南岛为正距平控制，一方面说明低纬度地区低值系统不活跃，另一方面不利于低空偏东急流的形成。进一步计算了Niño3.4区海温与不同环流指数的关系，7—8月Niño3.4区海温与9—10月西太平洋副高脊线指数、南海副高面积指数、强度指数，印缅槽强度指数的相关系数分别为-0.48、0.49、0.46、0.66，均超过0.01显著性，而与西太平洋副高强度指数、西脊点指数的相关性不高。

从海南岛（110°E，20°N）到赤道中东太平洋（150°W，0°N）斜剖面垂直环流距平合成图可以看到。拉尼娜年，赤道中东太平洋上空对应下沉气流，海南岛上空为上升气流，即沃克环流偏强，而厄尔尼诺年则相反。此外，除了偏东急流，热带印度洋、孟加拉湾进入南海的气流也给海南岛输送大量的水汽，热带印度洋、孟加拉湾到海南岛纬向垂直环流有何不同，从赤道印度洋（90°E，0°N）到海南岛（110°E，20°N）斜剖面垂直环流距平合成可以看到，拉尼娜年，热带印度洋到海南岛垂直剖面为逆时针环流，海南岛上空为辐合上升气流影响，高空偏东风距平，低空为偏西风距平，说明从印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强，厄尔尼诺年则相反。

并非所有拉尼娜年海南岛秋季暴雨日数都偏多，也并非所有厄尔尼诺年海南岛秋季暴雨日数都偏少，这就表明在Niño3.4区海温强信号出现时，同时还有一些细微的信号值得捕捉。因此，进一步对比分析拉尼娜年中秋季暴雨日数偏多（1985、1988、2000、2010、2011年，視为情况A）和正常（1998、1999，2007年，视为情况B），对比分析厄尔尼诺年中秋季暴雨日数偏少（1987、1991、2004、2006年，视为情况C）和正常（1982、1997、2002、2015年，视为情况D），厄尔尼诺年中秋季暴雨日数偏多（2009年，视为情况E）之间的差异性。

从图3中850 hPa流线距平场对比来看，在A情况时，海南岛上空为闭合气旋式环流影响，从热带太平洋，印度洋、孟加拉湾进入南海这支气流偏强，高纬度贝加尔湖附近受反气旋环流控制，说明高压脊偏强，有利于冷空气向南扩散，而在B情况时，海南岛上空为近东西向横槽影响，气旋式环流相对较弱，孟加拉湾南部为气旋性环流，热带印度洋、孟加拉湾进入南海的这支气流偏弱，高纬度贝加尔湖附近高压脊偏弱，不利于冷空气向南扩散，从500 hPa高度距平场对比来看，在A情况时，中南半岛南海北部为负高度距平中心，受低值系统影响，贝加尔湖附近高压脊偏强，在B情况时，海南岛上空没有形成明显负高度距平中心，低值系统偏弱，高纬度贝加尔湖附高压脊偏弱。再分析C和D情况差异。从图4中850 hPa流线距平场中可以看到，在C情况时，中南半岛为反气旋环流控制，海南岛位于反气旋环流中心附近受东北气流距平影响，下沉辐散，而在D情况时，南海东北部和孟加拉湾为反气旋环流控制，西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，相比C情况，有利于辐合上升。从500 hPa高度距平场可以看到，当C情况时，中南半岛包括海南岛为正高度距平中心控制，贝加尔湖附近高压脊偏弱，D情况时，从日本海到我国东部地区东亚大槽偏强，再配合低纬度短波槽共同影响，不容易出现暴雨偏少的情况。

对比分析了A、B、C、D 4种情况，可以看出它们之间的不同环流特征，而E情况（即2009年）则是区别于这4种情况，即厄尔尼诺年，海南岛秋季暴雨反而异常偏多。从图5b为沿赤道纬向垂直剖面环流图，可以看到，赤道110°E附近为下沉气流控制，赤道太平洋为偏西气流，说明沃克环流偏弱。从射出长波辐射（OLR）距平场可以看到，澳大利亚以北到马来西亚一带为正距平，因为沃克环流减弱导致这一带对流活动减弱，但是沃克环流减弱不是很明显，南海大部分海域，巴士海峡为负距平，对流活动较为活跃，而且对比图5a、b可以看出，从-10°S到20°N热带太平洋均为偏西风距平。而图5c只有赤道附近为弱的偏西风，南海中北部、巴士海峡为气旋性环流控制，我国中东部、黄海、东海为反气旋环流控制，海南岛位于气旋环流和反气旋环流之间偏西侧，受低值系统和偏东气流影响，容易产生暴雨天气。从图5中的500 hPa高度距平场可以看到，海南岛上空为北高南低的分布态势，有利于东风急流产生。可见，厄尔尼诺年时，沃克环流有所减弱，但是减弱不明显，不一定会导致秋季暴雨减少，还要考虑其他影响因子，南海低值系统配合偏东气流是相对关键的影响因素。

3 结论

（1）拉尼娜年（厄尔尼诺年），西太平洋副高偏北（偏南），南海副高偏弱（偏强），沃克环流偏强（偏弱），印缅槽偏强（偏弱），热带印度洋、孟加拉湾进入南海偏西风偏强（偏弱），南海对流活动活跃（不活跃），有利于（不利于）海南岛秋季暴雨的形成。

（2）拉尼娜年，当海南岛上空低值系统偏强（偏弱），赤道印度洋、孟加拉湾进入南海气流偏强明显（不明显），贝湖附近高压脊偏强（偏弱），有利于（不利于）冷空气向南扩散，则海南岛9—10月暴雨日数偏多（正常）。

（3）厄尔尼诺年，当海南岛上空高压系统控制，贝湖附近高压脊偏弱，则海南岛9—10月暴雨日数偏少，而当西南地区到中南半岛北部为短波槽影响，海南岛处于槽前，东亚大槽偏强，有短波槽配合，则暴雨日数正常。当沃克环流偏弱不明显，巴士海峡、南海北部对流活动活跃，受低值系统和偏东气流影响，暴雨日数偏多。

参考文献

[1] 张光智，徐祥德，苗秋菊.影响东亚季风环流异常因子的敏感性试验[J].应用气象学报，1996，11（3）：323-324，235-236，327.

[2] 赵振国.中国夏季旱涝及环境场[M].北京：气象出版社，1999.

[3] 李天然，张人禾，温敏.ENSO对中国冬半年降水影响的不对称性及机制分析[J].热带气象学报，2017，33（1）：1-10.

[4] Huang R H， Wu Y F. The influence of ENSO on the summer climate change in China and its mechanism[J]. Advances in Atmospheric Sciences， 1989， 6（1）： 21-32.

[5] 邹力，倪允琪.ENSO对亚洲夏季风异常和我国夏季降水的影响[J].热带气象学报，1997，14（4）：19-27.

[6] 宗海鋒，陈烈庭，张庆云.ENSO与中国夏季降水年际变化关系的不稳定性特征[J].大气科学，2010，34（1）：184-192.

[7] 海南省气象局.海南省天气预报技术手册[M].北京：气象出版社，2013。

[8] 简茂球，张春花.准双周振荡对2010年10月海南持续性暴雨的影响[J].热带气象学报，2013，29（3）：364-373.

[9] 邢彩盈，柯宗建，吴胜安，等.海南秋季暴雨日数异常的环流特征及预测模型构建[J].暴雨灾害，2016，35（3）：203-209.

Study on The Relationship between Rainstorm Days from September to October and ENSO Event in Hainan Province

Zhang Tian-sheng et al（Hainan Meteorological Service Center， Haikou， Hainan 570203）

Abstract Based on the daily precipitation data of 18 meteorological stations in Hainan Island， the monthly data of NCEP / NCAR and ocean temperature data of oisst4 in NOAA center of the United States，The relationship between the number of rainstorm days in autumn in Hainan Island and the SST is studied， The results showed that： When there was a La Nina（El Niño） event in the July and August， the subtropical high was northerly （southerly），the South China Sea subtropical high was weak （strong）， the Walker circulation was stronger （weaker）， India Myanmar trough was strong （weak）， the westerly wind from the tropical Indian Ocean and bay of Bengal into the South China Sea was strong （weak）， which was favorable （unfavorable） to the formation of Rainstorm in Hainan Island from september to october.. In the year of La Nina， when the low value system over Hainan Island was stronger （weaker）， the air flow from the equatorial Indian Ocean and Bay of Bengal into the South China Sea was stronger （not obvious）， and the high pressure ridge near Lake Baikal was stronger （weaker）， the number of rainstorm days was more （normal）. In the year of El Niño， （1） When the high pressure system over Hainan Island was Controlled and the ridge of high pressure near Lake Baikal was weak， the number of rainstorm days was less; （2） When the southwest area to the north of Indochina Peninsula was affected by the short wave trough， Hainan Island was in front of the trough， and the East Asia trough was strong， with the cooperation of the short wave trough， the number of rainstorm days was normal. （3） When the Walker circulation was weak and not obvious， the convective activities in Bashi Strait and the northern South China Sea were active， the number of rainstorm days was more by the low value system and easterly airflow.

Key words Previous SST; Rainstorm days;SST in Niño3.4 area; Walker circulation