厄爾尼諾與南方濤動指數(shù)的研究綜述

王遠澤

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厄爾尼諾與南方濤動指數(shù)的研究綜述

王遠澤

（哈爾濱市第九中學(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150040）

厄爾尼諾和南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）是氣候變化中一個非常重要的物理現(xiàn)象，它具有周期性的變化特征，而且對全球的氣候變化都有顯著的影響。前人開發(fā)出了不同的ENSO指數(shù)來研究和預(yù)測ENSO變化原因和未來的發(fā)展趨勢。但是由于不同類型的ENSO事件的物理機制存在不同，因此目前對ENSO事件的診斷、預(yù)測方面并沒有一個統(tǒng)一的指數(shù)標準。所以ENSO指數(shù)的研究還有很多需要努力的方向，比如大數(shù)據(jù)的搜集和歸納以及一個合理的科學(xué)方法的提出。

厄爾尼諾與南方濤動；ENSO 指數(shù)；災(zāi)害影響；氣候變化

1　引言

厄爾尼諾和南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）作為一種具有顯著年際變化周期（一般周期為4年）的物理學(xué)現(xiàn)象，對全球的氣候變化和人類活動都有非常重要的影響。其中厄爾尼諾（El Ni?o）一詞源于西班牙語，原意為圣嬰，因此又可將其稱為圣嬰現(xiàn)象，與另一現(xiàn)象南方濤動（Southern Oscillation）合稱為厄爾尼諾與南方濤動，簡稱為ENSO。早期在秘魯、厄爾多爾一帶的漁民就發(fā)現(xiàn)了這個ENSO現(xiàn)象，世界四大漁場的秘魯漁場發(fā)生了大量魚類的死亡現(xiàn)象，究其原因為原本帶來大量營養(yǎng)物質(zhì)的寒流突然變暖導(dǎo)致了魚類棲息環(huán)境的變化。這個奇怪的現(xiàn)象也引起了海洋科學(xué)家的重視，通過大量現(xiàn)場調(diào)查研究，他們發(fā)現(xiàn)太平洋東部和中部的熱帶海洋的海水溫度異常的持續(xù)增溫，會使整個世界氣候模式發(fā)生變化。通過影響全球的大氣環(huán)流，ENSO對全球許多地區(qū)的氣溫和降水有顯著的影響，同時改變洋流的流動模式，最終改變了生物的棲息環(huán)境。

為了更方便地對ENSO事件進行研究與預(yù)測，前人擬定了一些ENSO指數(shù)，它能更好地體現(xiàn)其規(guī)律性，方便我們的研究。雖然關(guān)于ENSO的研究持續(xù)了近幾十年并取得了很多成果，但是大多數(shù)的研究都是對某一類型的ENSO事件影響的研究，而對于ENSO指數(shù)的長時間序列研究卻很少[1-2]。研究指數(shù)長期的變化能讓我們更好地抓住ENSO變化的規(guī)律，從而可以更好地預(yù)測未來ENSO的變化。因此本文將從ENSO指數(shù)入手，結(jié)合前人的研究，論述其研究現(xiàn)狀、應(yīng)用、存在問題及發(fā)展等。

2　ENSO指數(shù)的研究現(xiàn)狀

早在1960年就有了對于ENSO指數(shù)的定義：它主要表征東太平洋赤道附近海表面溫度的變化。因此ENSO指數(shù)反映的是太平洋熱帶地區(qū)海表面溫度的變化異常，其中，正向變化為厄爾尼諾現(xiàn)象，負向變化為拉尼娜現(xiàn)象。厄爾尼諾現(xiàn)象是指赤道附近東太平洋水溫反常上升的一種現(xiàn)象，表現(xiàn)為東太平洋明顯變暖，然后拉尼娜現(xiàn)象的發(fā)生常常會緊接著厄爾尼諾現(xiàn)象結(jié)束后發(fā)生，而拉尼娜現(xiàn)象與厄爾尼諾現(xiàn)象完全相反。

通常從海洋學(xué)的角度來講，科學(xué)家們將太平洋熱帶地區(qū)的海區(qū)分成了四個海區(qū)，見圖1，分別稱為NINO 1區(qū)，NINO 2區(qū)，NINO 3區(qū)和NINO 4區(qū)。然后將這四個海區(qū)里面的海表面溫度距平的變化作為依據(jù)來判斷一個ENSO事件。

注：分別為NINO 1區(qū)、NINO 2區(qū)、NINO 3區(qū)、NINO 3.4區(qū)、NINO 4區(qū)。

一般來說，我們通常把NINO 3區(qū)海表面溫度距平在6個月的時間范圍內(nèi)達到0.5 ℃以上定義為一次ENSO事件。也有將NINO 3.4區(qū)（3區(qū)和4區(qū)的中間地帶）海表面溫度距平先進行3個月的滑動平均，然后判斷距平值達到0.5 ℃以上的時間段定義為一次ENSO事件。之后的研究為了更加全面地反映赤道附近中、東太平洋地區(qū)海表面溫度變化整體狀況，還有將所有NINO海區(qū)（NINO 1 + 2 + 3 + 4區(qū)）的海表面溫度距平指數(shù)作為判定ENSO事件的依據(jù)，具體的判定指標如下：第一類為在所有NINO海區(qū)中，海表面溫度距平指數(shù)持續(xù)6個月以上大于等于0.5 ℃（期間可以在個別月份不達到這個要求）為一次ENSO事件；第二類為該區(qū)指數(shù)持續(xù)5個月大于等于0.5 ℃，同時該5個月的指數(shù)之和大于等于4.0 ℃，也定義為一次ENSO事件[3]。

綜上可知，目前前人針對不同的ENSO事件給出了各種定義指數(shù)的標準，但是缺乏統(tǒng)一的檢測指數(shù)，不同的ENSO事件的物理現(xiàn)象存在不同，無法用同一個標準去確定所有的類型。因此，對于ENSO事件的監(jiān)測和預(yù)測還無法得到統(tǒng)一的標準，未來還需要更多的數(shù)據(jù)和方法去解決這個問題。

3　ENSO指數(shù)的應(yīng)用

ENSO現(xiàn)象的發(fā)生，會導(dǎo)致全球許多地區(qū)出現(xiàn)異常天氣變化和海洋中的洋流變化，對一些依靠農(nóng)業(yè)和漁業(yè)的發(fā)展中國家造成嚴重的經(jīng)濟損失，甚至造成人員的傷亡。通過目前對ENSO指數(shù)的研究成果，大致可以分為以下三個方面。

3.1　降水量

以ENSO指數(shù)與我國降水量的相關(guān)性為例：研究結(jié)果表明我國不同地區(qū)的降水量對不同的ENSO指數(shù)的相關(guān)性存在明顯的差異。比如，選擇相關(guān)性較顯著的NINO 1+2和NINO 3為代表指數(shù)，這兩個指數(shù)與我國大部分地區(qū)降水呈明顯的正相關(guān)，表明這兩個指數(shù)對我國降水量有顯著的貢獻。在另一方面，NINO 4指數(shù)與我國大部分地區(qū)呈負相關(guān)性，表明它對降水量有阻礙的作用[4]。

3.2　臺風(fēng)

臺風(fēng)作為一種極端的天氣現(xiàn)象，對亞洲和太平洋地區(qū)很多國家都有極其顯著的影響。很多研究都揭示了西北太平洋臺風(fēng)活動的頻次、路徑和ENSO的關(guān)系[5]。而在另一方面，他們還指出了ENSO與西北太平洋的西北區(qū)和東南區(qū)熱帶風(fēng)暴頻次的關(guān)系并不一樣，說明ENSO和臺風(fēng)存在聯(lián)系的同時還存在不同。

3.3　農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

ENSO能影響全球的氣候變化，進而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害（如低溫冷害、旱澇災(zāi)害等），對農(nóng)作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成產(chǎn)生影響。從全球范圍來看，全球氣溫偏高，陸地平均降水量減少等現(xiàn)象會在厄爾尼諾年發(fā)生；全球氣溫偏低，陸地平均降水量增加等現(xiàn)象會在拉尼娜年發(fā)生；但是，不同季節(jié)和不同類型ENSO對全球氣溫和降水的影響有差異，對農(nóng)作物的影響也不相同，比如全球水稻、小麥和玉米均以減產(chǎn)為主，不同國家和地區(qū)影響各異[6]。

4　目前ENSO指數(shù)存在的問題

最后根據(jù)以上的綜述內(nèi)容，對目前ENSO指數(shù)存在的問題進行小結(jié)：①目前對ENSO事件的診斷和預(yù)測方面并沒有存在一個統(tǒng)一的指數(shù)的標準，還存在的問題有ENSO監(jiān)測指標過多、缺乏一致性等。②目前還不完全清楚ENSO的物理機制，研究發(fā)現(xiàn)對于不同類型的ENSO事件導(dǎo)致的物理現(xiàn)象也不盡相同。③由于不同的ENSO指數(shù)定義的ENSO事件的強度不同，導(dǎo)致分析災(zāi)害的時候相關(guān)性不確定，這也給未來的研究帶來一定困難和不確定性。

5　結(jié)論與展望

對于ENSO指數(shù)的研究，目前還有很大的發(fā)展空間。前人對ENSO的研究主要集中在尋找一種與ENSO現(xiàn)象有強相關(guān)關(guān)系的指數(shù)上，并將其應(yīng)用于對厄爾尼諾現(xiàn)象和與其相關(guān)的氣象災(zāi)害的精準預(yù)測上，以減少其帶來的經(jīng)濟損失。說明目前國際上更需要的是一個公認的對于ENSO事件業(yè)務(wù)監(jiān)測標準，從而減少研究難度。對未來的ENSO指數(shù)研究來說，首先需要大量的數(shù)據(jù)支撐，這樣才具有統(tǒng)計學(xué)意義。然后一個科學(xué)并且合理的分類方法是將這些年來不同ENSO事件進行分類的關(guān)鍵因素。可以參考的方法有很多，比如線性回歸、聚類分析或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等，所以我們還需要做出更大的努力以更好地分析這個重要的物理現(xiàn)象。

［1］龔道溢，王紹武.近百年ENSO對全球陸地及中國降水的影響［J］.科學(xué)通報，1999，44（3）：315.

［2］藍永超，康爾泗，張濟世，等.近50年來ENSO與祁連山區(qū)氣溫降水和出山徑流的對應(yīng)關(guān)系［J］.水科學(xué)進展，2002，13（2）：141-145.

［3］曹璐，孫丞虎，任福民，等.一種綜合監(jiān)測兩類不同分布類型ENSO事件指標的研究［J］.熱帶氣象學(xué)報，2013，29（1）：66-74.

［4］趙亞鋒, 張濟世. ENSO指數(shù)與我國降水延時相關(guān)分析［J］.蘭州交通大學(xué)學(xué)報，2014（3）：31-34.

［5］Saunders M A，Chandler R E，Merchant C J，et al. Atlantic hurri-canes and NW Pacific typhoons ENSO spatial impacts on occur-rence and landfall［J］.Geophys Res Lett，2000，27（8）：1147－1150.

［6］鄭冬曉，楊曉光.ENSO對全球及中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害和糧食產(chǎn)量影響研究進展［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2014，37（4）：90-101.

2095－6835（2018）23－0082－02

P732

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.082

王遠澤（2001—），男，黑龍江哈爾濱人，研究方向為物理學(xué)。

〔編輯：張雅麗〕