基于延时相关性的我国降水对ENSO事件响应分析

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恩索(ENSO)是厄尔尼诺(El Nino)和南方涛动(Southern Oscillation)的总称,它是海气相互作用的最强信号,对气候变化的观测和研究有着不可替代的作用。ENSO循环对全球气候变化有着重要影响,ENSO循环的异常会引起洪水、干旱、台风带来的极端天气现象发生,给人民的生命和财产安全带来威胁。我国位于太平洋西海岸的东亚地区,气候变化受ENSO循环影响显著,我国气候变化对太平洋地区的海陆循环异常的响应明显,研究ENSO事件发生对我国气候变化的影响有着重要意义。本文首先以1961年1月到2011年12月期间,我国范围内(72°E-136°E,18°N-54°N)9216(72×128)组格点的地面降水月平均数据为研究对象,通过M-K检验、小波变换分析等方法对其时间序列进行分析,分析结果显示:我国降水以70年代中期为界呈现先减少后稳定伴随小幅度增加的趋势,70年代中期为我国降水量最少点;我国降水1961年-2011年间的2-3年尺度周期性明显,1995年之前30年尺度大周期存在但却不显著。EOF分析结果显示,我国降水量变化呈现由西北到西南递增,变化趋势统一,地域分布明显。分别选择通过海面气压差、海表温度差、综合变量指数定义的ENSO指数, SOI、Nino3.4和Nino4、MEI为研究对象,分析其时间序列,结果显示:变化趋势检验方面,SOI为持续减少,Nino3.4为先减少后稳定,Nino4为先减少后小幅度增加,MEI为先小幅度减少后小幅度增加的趋势;周期分析发现,SOI周期主要为2年,Nino3.4周期主要为2-4年,Nino4周期主要为5年,MEI周期主要为3或5年,ENSO各指数在1-6年尺度的周期都具有显著性,且Nino3.4及Nino4长周期不明显。将四种ENSO指数分别与我国9216组格点月降水序列进行0-12个月尺度的延时相关分析,并记录相关系数最大值,填回格点并绘图。结果显示,与我国降水序列相关系数由大到小的ENSO指数分别为Nino3.4、Nino4、MEI、SOI,其中Nino3.4和Nino4所有格点都通过了0.05水平的显著性检验。经过上述时间序列分析,并结合前人研究成果,选择Nino3.4为ENSO代表指数,记录延时相关性最大时延时月数并作图。结果显示,我国降水相对于Nino3.4响应最大相应延时时间分布大致可以分为西南、中部和我国大部分地区三个区域。按照海洋尼诺指数将ENSO事件发生时海温强度分为极弱、弱、中等、强、极强共5个等级,选择1961年1月到2011年12月期间强度为中等强度以上冷、暖事件为研究对象,分析我国降水量在ENSO事件发生延迟响应月份后的增减情况。在ENSO暖事件发生期间,我国降水变化主要表现为以秦岭-淮河为界,在北方地区降水量多为少于常年同期降水量或降水变化量稳定,南方地区降水量多为多于常年同期降水量。降水量变化以强度影响为主,其次为爆发时间,事件持续时间对降水变化量影响不明显。冷事件发生期间,我国北方地区降水受影响为减少或稳定为主,南方地区降水变化不统一。事件持续时间对于事件对我国降水量变化并不明显,事件爆发时间对于我国降水变化影响较大。降水变化幅度分析结果显示,西北地区降水变化幅度受ENSO事件影响最大,其次分别为东北地区、华北地区、华中地区和华东地区,东南地区和西南地区受ENSO事件影响较小。
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