厄尔尼诺_拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究

厄尔尼诺_拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究 2011 年 6 月 B ulleti n of Soil a nd Wat e r Co nse r vatio n J un. , 2011 厄尔尼诺/ 拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究 试 1 1 ,2验 张 冲, 赵景波 研 ( 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 究 摘 要 : 通过对长江流域近 60 a 来气象和自然灾害资料的搜集和整理 ,从金沙江/ 雅砻江水系 、岷沱 江水系 、上游干流区间 、嘉陵江水系 、乌江水系 、汉江水系 、洞庭湖水系 、鄱阳湖水系和中下游干流区间等 9( ) 个不同的区域研究了厄尔尼诺/ 拉尼娜 El Niño —So ut her n O scillatio n , EN SO事件对长江流域气候的影 响 。通过对降水量 、气温 、自然灾害事件等气候因子与 EN SO 事件的特征进行对比统计得出 , EN SO 事件对长江流域降水量和气温的影响十分显著 。厄尔尼诺事件年大多现为温度升高和降水减少 ,且发 生干旱灾害的概率升高 。拉尼娜事件年一般表现为降水增多 ,洪涝灾害发生率相对增加 。建国 60 a 来长 江两次全流域性特大洪涝灾害都发生在厄尔尼诺事件向强拉尼娜事件转换年 。厄尔尼诺事件对长江流域 气候的影响要强于拉尼娜事件 。2009 —2010 年的 EN SO 事件气象条件与 1998 年发生大洪水时的气象条 件状况极其相似 ,2010 —2011 年和以后强 EN SO 冷暖事件转换年长江发生全流域性大洪水的可能性大 ,一 定要做好气象监测和气象灾害防治 。 关键词 : EN SO ; 长江流域 ; 降水量 ; 温度 ; 气象灾害 + () 中图分类号 : P732 , P461 2 文章编号 : 10002288 X 20110320001206 文献标识码 : A . Effects of El Niño 一 Southern Oscillation Events on Climate in Yangtze River Basin 1 1 ,2Z H A N G Cho ng, Z H A O J i ng2bo ( 1 . Col le ge o f T ou ris m an d Env i ronme nt , S h a an x i N o rm al U ni ve rs i t y , X i’a n , S ha a n x i 710062 , Chi n a; )2. S t ate Key L aboratory of L oess an d Quate rnary Geolog y , Envi ronment al I nsti t ute of Eart h , X i’an , S haan x i 710075 , Chi na Abstract : Ba se d o n t he met eo rolo gical a nd nat ural di sa st er dat a i n t he Ya ngtze rive r ba si n duri ng t he la st 60 ( ) yea r s , we st udie d t he i nf l ue nce of El Ni ño —So ut he r n O scillatio n EN SOeve nt s o n t he cli mat e i n t he ni ne su bba si n s o r regio n s of t he Ya ngtze river ba si n i ncl udi ng J i n shaji ng/ Yalo ngjia ng river , Mi nt uojia ng river , ( up st rea m of Ya ngtze river . St ati stical a nal ysi s of t he relatio n ship s bet wee n cli mat e f acto r s p recipit atio n , ) t e mp e rat ure , nat ural di sa st e r eve nt s et c . a nd t he EN SO eve nt clea rl y sho we d t hat t hey ha d si gnifica nt i m2 p act s o n t he p recipit atio n a nd t e mp erat ure i n Ya ngtze river ba si n . Mo st El Ni no eve nt s o r yea r s were wa r me r a nd drie r wit h a n i ncrea sed p ro ba bilit y of dro ught . Mo st L a Ni na eve nt s o r yea r s we re cooler a nd wet t e r wit h a n i ncrea se d p ro ba bilit y of f loo di ng. The w hole ba si n f loo d di sa st er s happ e ned t wice duri ng t he p a st 60 yea r s , bo t h of w hich occur red i n t he yea r s t ra n siti ng f ro m El Ni no eve nt s to L a Ni na eve nt s. El Ni no ha d mo re si g2 nifica nt a nd st ro nge r i nf l ue nce s o n t he cli mat e t ha n di d L a Ni na . The met eo rolo gical co nditio n s of t he EN SO eve nt duri ng 2009 —2010 wa s si mila r to t ho se of 1998 duri ng w hich a h uge f loo d occur red . D uri ng 2010 - 2011 a nd t he e n sui ng t ra n sitio n f ro m t he El Ni no eve nt to t he L a Ni na eve nt , it i s mo re li kely fo r t he w hole ba si n f loo di ng to occur . Fo r bet t er p rep a redne ss , weat her mo nito ri ng a nd p reve ntio n mea sure s mu st be st re ngt he ne d. Key words : ENSO ; the Yangtze River ba sin ; prec ipitat ion ; temperature ; meteorological disa ster 近年来 ,全球气候变化异常 ,主要表现为极端气 1998 年我国长江流域发 究成为科学界的一大热点 。 象灾害事件的频发 ,因此 ,对极端气象灾害事件的研生全流域性特大洪水 ,其面积之广 ,持续时间之长都 收稿日期 :2010209226 修回日期 :2010211224 ( ) 资助项目 :教育部人文社会科学重大研究项目“西北典型地区水环境”05JJ D770014; 中国科学院黄土与第四纪地质国家重点实验室项目 ( )S KLL Q G0814 () () 作者简介 :张冲 1987 —,男 汉族,陕西省泾阳县人 ,硕士研究生 ,研究方向为环境评价与治理 。E2mail :zhangchongchong @st u. snnu. edu. cn 。 () () 通信作者 :赵景波 1953 —,男 汉族,山东省滕州市人 ,教授 ,博士研究生导师 ,研究方向为第四纪与自然地理 。E2mail :zhaojb @snnu. edu. cn 。 [ 1 ] 是历史上罕见的 。此次大水灾不仅给自然环境造成 的资料统计 。EN SO 事件资料来源于《厄尔尼诺》 ,而且给人们的生产生活带来了不可估量的 极大破坏 专著中的统计数据和“中国气象科学数据共享 服 务 损失 。有研究表明 ,厄尔尼诺/ 拉尼娜事件对太帄洋 网”中收集的全球统一的观测数据 。 副热带高压和东南亚季风环流都有显著的影响 ,且影 1 近 60 a 来 ENSO 事件发生和变化的 响方式 、强度和持续的时间都表现出一定的区域性特 [ 125 ] 特征点。我国多数地区 是 典型 的季 风气 候 区 , EN SO 近 60 a 来 EN SO 事件的确定与统计 正是通过影响季风环流进而影响我国的气候 。前人 1 . 1 虽然对 EN SO 事件进行过不 少研 究 , 但针 对 EN SO 根据前人的研究成果可知 , EN SO 事件的发生总 [ 729 ] 是与全球性的海温变化和气候异常联系在一起。事件对我国长江全流域地区的影响研究较少 。本文 人们往往都选取海温距帄值和气候特征值来作为判定 将对长江流域不同地区降水量 、气温 、旱涝灾害事件 其强弱的 。由于 ENSO 事件在不同区域的表现和 与 EN SO 事件之间的关系进行分析 , 以求对预测该 范围存在差别 ,再加上变化的跨年性特点 ,选用的资料 地区气候变化和气象灾害起到积极的作用 。 在区域和时间上也就存在一定差异 ,所以 ,目前对 EN2本文降雨量和气温数据来源于“中国气象科学数 SO 事件强度的划分依然不太统一 。本文在划分时把 据共享服务网”中公布的长江流域核心气象资料 。其 ( 海温距帄值高于或低于正常值超过 2 个季度 6 个月 中 ,金沙江/ 雅砻江水系 、岷沱江水系 、上游干流区间 、 ) 以上的年份划分为 El Niño 年和 La Nina 年 ,并根据 嘉陵江水系 、乌江水系 、汉江水系 、洞庭湖水系 、鄱阳 海温距 帄 值 的 高 低 将 厄 尔 尼 诺 年 强 弱 程 度 按 照 强湖水系和中下游干流区间的气象数据分别来源于所 () ( ) ( ) ( ) ( 3、中等 2、弱 1, 拉尼娜年按照强 - 3、中 -在地区从 1951 —2009 年的全部 103 个站点的面帄均 ) ( ) ( ) 2、弱 - 1和正常年 0的标准将 EN SO 事件分为 监测资料 ;气象灾害数据来源于《中国三千年气象记 [ 6 ] [ 2 ] 不同 的 等 级 。由 此 可 以 确 定 , 在 统 计 的 59 a 中 录总集》《、中国气象灾害大典》和“中国气象科学 () 1951 —2009 年,有 20 a 为 EN SO 暖事件年 ,有 16 数据共享服务网”中对金沙江/ 雅砻江水系 、岷沱江水 ( a 为 EN SO 冷 事 件 年 , 其 它 的 23 a 为 正 常 年 份 表系 、上游干流区间 、嘉陵江水系 、乌江水系 、汉江水系 、 ) 1 —2。洞庭湖水系 、鄱阳湖水系和中下游干流区间进行描述 表 1 厄尔尼诺事件发生年 El Nio 延续 最强 ñEl Nio延续 最强 ñ 发生年 结束年 等级 发生年 结束年 等级 月数 年月 事件年 月数 年月 事件年 1950 1951 9 1 195101 1951 1991 1992 18 2 199111 1991 1952 1953 12 1 195304 1953 1993 1993 9 2 199311 1993 1957 1958 15 2 195712 1957 —1958 1994 1994 9 2 199411 1994 1963 1963 9 1 196311 1963 1997 1998 15 3 199712 1997 1965 1966 15 2 196512 1965 2002 2003 12 1 200212 2002 —2005 2004 2005 12 1 200501 2004 1972 1972 12 3 197211 1972 1976 1976 9 1 197610 1976 2006 2007 9 1 200612 2006 1982 1983 15 3 198302 1982 —1983 2009 2010 10 3 200912 2009 1986 1987 18 3 198710 1987 表 2 拉尼娜事件发生年 L a Nia 延续 最强 ñ延续 最强 L a Ni na 发生年 结束年 等级 发生年 结束年 等级 月数 年月 事件年月数 年月 事件年 1975 1975 12 - 3 197512 1975 1954 1956 30 - 3 195510 1954 —1956 1984 1985 12 - 1 198501 1984 —1985 1962 1963 9 - 1 196212 1962 1988 1989 12 - 3 198811 1988 1964 1964 9 - 1 196404 1964 1995 1996 12 - 1 199511 1995 1967 1968 15 - 2 196811 1968 1998 2000 21 - 3 200001 1999 —2000 1970 1971 21 - 2 197012 1970 2007 2008 9 - 3 200712 2007 1973 1974 18 - 3 197401 1974 第 3 期 张冲等 :厄尔尼诺/ 拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究 3 1 . 2 近 60 a 来 EN SO 事件发生和变化的特征1 200 湖水系 、鄱阳湖水系大部分地区年降水量可达 mm 以上 ,在 长 江 中 下 游 帄 原 等 地 降 水 量 甚 至 超 过1. 2. 1 近 60 a 来 EN SO 事件发生的概率 在 1951 — ( ) 2009 年的 59 a 中共有 20 个 El Ni ño 年 暖事件年,1 800 mm ,为我国降水最丰富的地区之一 ; 但在长江 () 发生概率为 0 . 34 ;有 16 个 L a Ni na 年 冷事件年,发 上游水系和汉江水系区域降水量普遍在 800 mm 左 生概率为 0 . 27 ;其余的 23 a 为正常年份 。 右 ,有的甚至只有 600 mm 。 2 . 2 降水量与 EN SO 事件之间的关系根据统计这 59 a 中每个季节发生 EN SO 事件的 通过对长江流域地区近 60 a 来降水量和 EN SO次数可知 , 春季 El Ni ño 事件发生 6 次 , 夏季 发生 7 事件强度 6 次多项式拟合获得了两者变化的趋势线次 ,秋季发生 3 次 ,冬季发生 1 次 ;而春季发生 L a Ni2 () 图 2。该趋势线显示除嘉陵江水系以外 ,其它 8 个 na 事件 2 次 ,夏季发生 5 次 ,在秋季发生 5 次 ,冬季没 [ 10 ] 区域的降水量和 EN SO 事件强度存在明显的负相关 有发生。由 此可 以看 出 , EN SO 事 件主 要 发 生 在 关系 ,即 EN SO 事件增强时降水量下降 , EN SO 事件 春夏两季 ,结束于秋冬两季 。 减弱时降水量上升 ,且降水量的变化存在一定的滞后 1 . 2 . 2 滑动趋势线拟合的近 60 a 来 EN SO 事件发 性 。以往的研究表明 , EN SO 暖事件年降水量明显减生的强度特征 为了更好地研究 EN SO 事件发生和 [ 11216 ] 少 。在统计的 20 次 EN SO 暖事件年中 ,有 13 a 变化的特 征 , 本文 对 其强 度进 行 了滑 动趋 势 线 拟 合 降水量偏低 ,剩余年份降水量趋于正常或稍有增加 。 ( ) 图 1。由图 1 表明 ,近 60 a 来 EN SO 事件呈现出起 冷事件年降水量变化趋势不明显 ,16 次 EN SO 冷事 伏波动的特点 ,且 1980 年以后波动趋势更为剧烈 ,厄 件年中有 8 a 降水量稍有增加 , 8 a 趋于正常 。统计 尔尼诺事件在近 60 a 来的发生强度要大于拉尼娜事 的 20 次暖事件之后的下一年有 10 次降水量明显增 件发生强度 ,这主要是气候变暖的影响 ; 厄尔尼诺事 加或达到最高 ,而只有 1966 , 1977 年降水较少 ,其余件的发 生 具 有 一 定 的 周 期 , 大 约 为 2 , 7 a 出 现 1 8 a 为降水正常年份 ,表明暖事件结束之后的下一年 [ 8210 ] 次。厄 尔 尼 诺 事 件 有 1982 —1983 年 , 1997 —降水量常 常增 多 。通 过 进一 步分 析 发 现 , 建 国 60 a 1998 年和 2009 年 3 个 高 峰 , 拉 尼 娜 事 件 的 高 峰 为来长江两次全流域性特大洪涝灾害都发生在厄尔尼 1954 —1955 年 ,2000 年前后和 2007 年 。诺事件向强拉尼娜事件转换年 。如 1954 年发生的全 流域性大洪水是 1953 年的厄尔尼诺事件向 1955 年 强拉尼娜事件转换的年份 , 1998 年发生的全流域性 大洪水也同样是 1997 年的强厄尔 尼诺 事件 向 1999 年强拉尼娜事件转换的年份 。区域性洪水发生在厄 尔尼诺事件年的频率要大于拉尼娜事件年中的频率 , 这主要是受到局部地区降水集中的影响 。 1954 年长江发生的全 流 域性 大洪 水 , 是建 国 以 来最严重的洪涝 灾害 。1998 年 是 继 1954 年以 来 的 图 1 ENSO 事件发生强度与滑动趋势线拟合关系 [ 17218 ] 又一次全流域性大洪水,该次大洪水与 1997 年 爆发的百年来最强的厄尔尼诺事件有密切的关联 ,厄2 长江流域近 60 a 来降水量的变化与 尔尼诺事件过程中不仅带来了强大暖湿空气 ,还使得 ENSO 事件的关系长江流域大部地区 1998 年春都在强大的副热带高压 2 . 1 长江流域近 60 a 来降水量的变化特征 控制之下 ,直到 1998 年春末 ,紧随着厄尔尼诺转换为 拉尼娜事件又迫使应当按期北移的副热带高压在长 通过对长江流域各水系从 1951 —2009 年的气象 江流域与北方南下的冷空气相遇 ,同时 ,在拉尼娜事 数据分析可知 ,金沙江/ 雅砻江水系 、岷沱江水系 、上 件影响下 ,夏季风减弱不能向北移动而使得雨带在长 游干流区间 、嘉陵江水系 、乌江水系 、汉江水系 、洞庭 江流域长期停滞 ,带来了夏 、秋季持续的全流域性大 湖水系 、鄱阳湖水系和中下游干流区间这 9 个 区 域 暴雨 ,引起各水系洪峰在长江干流叠加 ,造成了严重 的洪涝灾害 。根据大洪水发生规律 ,在长江流域的气 59 a来的面帄均降水量呈现出起伏波动的特点 。根 象 、水文特征与 1954 年或 1998 年十分相似时 ,即强 () 据多项式拟合趋势线 图 2,20 世纪 50 ,60 年代降水 厄尔尼诺事件年向拉尼娜事件年转换时 ,长江发生流 偏多 ,只有金沙江/ 雅砻江水系 、乌江水系 、洞庭湖水 域性大洪水的可能性会增加 ,局部的暴雨洪水及其引 系和鄱阳湖水系在 20 世纪 90 年代到 21 世纪初的前 发的洪涝灾害更是不可低估的 。 几年降水量有增多的趋势 ,其余大多数区域降水分配 状况很不均匀且从 70 年代开始至今持续减少 ; 洞庭 图 2 长江流域 9 个区域近 60 a 来降水量变化趋势与 ENSO 事件发生强度的关系 近 60 a 来年均温变化明显 。由多项式拟合结果可以 3 长江流域近 60 a 来年均温与 ENSO 看出 ,除乌江水系 、嘉陵江水系外 ,20 世纪 50 年代到 事件的关系80 年末期趋势线在帄均值以下 ,90 年代初至今趋势 3 . 1 长江流域近 60 a 来气温的变化特征 线在帄均值以上 ,表明 20 世纪 50 —80 年代末温度偏 低 ,90 年代初至今温度较高 ,总体趋势呈现出明显的 () 通过对长江流域气温数据 图 3分析可知 ,该区 第 3 期 张冲等 :厄尔尼诺/ 拉尼娜事件对长江流域气候的影响研究 5 2 个地区的增温幅度 阳湖流域和中下游干流区间这 波动上升 特点 。1998 , 2006 , 2007 和 2009 年 增温 幅 度最大 ,在除乌江水系之外的长江流域其余 8 个区域甚至超过了 1 . 5 ?,2007 年达到了 60 a 来最高的距 都表现出年均温距帄值均接近或超过了 1 ?,其中鄱 帄值 1 . 7 ?。 图 3 长江流域 9 个区域近 60 a 来气温变化趋势与 ENSO 事件发生强度的关系 3 . 2 长江流域气温与 EN SO 之间的关系,且 1980 年以后波动趋势更为剧烈 。 波动变化的特点 () 由 EN SO 事件强度和年均温关系可知 图 3,除 在 60 a 来厄尔尼诺事件发生强度要大于拉尼娜事件 乌江水系外 ,长江流域 8 个地区在气温偏低的 20 世 发生强度 ,这主要是气候变暖的影响 。 () 纪 50 —80 年代末期之间发生的 11 次厄尔尼诺年均2EN SO 事件对长江流域降水量的影响表现 温虽然也在帄均值以下 ,但仍比正常年分略有偏高 ;十分明显 ,特别是在洞庭湖水系和鄱阳湖水系影响最 在气温偏高时期的 20 世纪 90 年代初至今发生的 9为突出 。厄尔尼诺事件常常使降水量明显减少 ,拉尼次厄尔尼诺年中以保持稳定和偏高为主 ,表明 EN SO 娜事件常使长江流域降水量有所增加 ,且都存在一定 事件对长 江 流 域 温 度 的 升 高 起 到 了 一 定 的 推 动 作 滞后性 ,建国 60 a 来长江两次全流域性特大洪涝灾 [ 19220 ] 用。在发生厄尔尼诺事件的 1998 ,2006 ,2007 和 害都发生在厄尔尼诺事件向强拉尼娜事件转换年 。 () 3EN SO 事件对长江流域气温的影响明显 ,强 2009 年气温的增加最为突出 ,年均温距帄也达到了 1 度要大于对降水量的影响 。厄尔尼诺事件常使长江 ?,这与全球变暖趋势相吻合 ,并对气候变暖起到推 动作用 。拉尼娜事件的发生对长江流域各地气温的 流域气温明显升高 ,拉尼娜事件常造成长江地区气温 降低 ,对增温有显著减弱作用 。降低起到了一定的推动作用 ,特别是在发生强拉尼娜 () 4EN SO 事件对长江流域各地高低温灾害作 事件的次 年 , 各 地 气 温 的 降 低 更 为 明 显 , 如 1954 — 用都要大于对洪涝灾害的作用 ,厄尔尼诺年高 、低温 1956 年持续时间长达 3 a 的拉尼娜事件使长江流域 和旱涝灾害发生概率都要大于拉尼娜年灾害发生概 大部地区的年均温明显降低 ,有的甚至偏低达 1 ?以 率 ,对洞庭湖 水系 和 鄱阳 湖水 系 的气 象灾 害 影 响 最 上 ;1974 —1975 年发生强拉尼娜事件也使 1976 年的 强 ,对嘉陵江水系影响最弱是由于四川盆地特殊的气 气温明显偏低 。虽然在 20 世纪 90 年代至今 ,长江流 候条件影响 。域的气候主要以增温为主 ,但拉尼娜事件也使增温的 幅度明显减弱 。如 1999 —2000 年发生的强拉尼娜事 [ 参 考 文 献 ] 件也使 1999 年高达 1 ?以上的正距帄值在 2000 年 [ 1 ] 翟盘茂 ,李晓燕 ,任福民 . 厄尔尼诺 [ M ] . 北京 : 气象出版 明显降低甚至达到了负距帄 ,降温的幅度高达 1 ?甚 社 ,2003 :1223 . 至更多 ;同样 , 2007 年 底的 强拉 尼 娜事 件使 2008 年 [ 2 ] 温克刚 ,翟佑安 . 中国气象灾害大典 [ M ] . 北京 : 气象出 版社 ,2005 :10230 . 初长江流域中上游地区发生了大面积雨雪冰冻灾害 。 Kiladi s G N , Diaz H F. Glo bal climate a no malie s a ssoci2 [ 3 ] 4 长江流域近 60 a 来气象灾害的发生 ated wit h ext reme s in t he so ut her n o scillatio n [ J ] . Cli2 与 ENSO 事件的关系() mate , 1989 2:7912802 . [ 2 ,6 ] 根据历史记载资料统计分析 ,做出了金沙江/ Ropelew ski C F , Halp ert M S. Glo bal and regio nal scale [ 4 ] p recipitatio n pat ter ns a ssociated wit h t he El Niño so ut h2 雅砻江水系 、岷 沱江 水系 、上 游 干 流 区 间 、嘉 陵 江 水 er n o scillatio n [J ] . Mo nt hly Weat her Review , 1987 ,115 系 、乌江水系 、汉江水系 、洞庭湖水系 、鄱阳湖水系和 中下游干流区间 9 个区域气象灾害与 EN SO 事件概 () 8:160621626 . () 率分布 附图 1。结果表明 , EN SO 事件对高低温灾 Rop elew ski C F , Halp ert M S. Precipitatio n pat ter ns [ 5 ] 害作用要大于对洪涝灾害的作用 ,厄尔尼诺年发生气 a ssociated wit h t he high index p ha se of t he so ut her2 象灾害的概率要大于拉尼娜年灾害发生概率 。EN2 () no scillatio n [J ] . Climate , 1989 2:2682284 . SO 事件对高低温灾害影响最严重的是洞庭湖水系和 张德二 . 中国三千年气象记录总集 [ M ] . 江苏 南京 :江苏 [ 6 ] 教育出版社 ,2000 :364723660 . 鄱阳湖水系 ,灾害发生的概率高达 75 %以上 ; 对高低 李晓燕 ,翟盘茂 . 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