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摘 要：基于1951—2018年中国160标准站月降水量资料和同时段的Nino3.4区月平均海表温度资料，采用滑动相关分析和统计分析等方法，对中国夏季总降水量和前期Nino3.4区海温关系进行相关性分析。分析结果显示，二者的相关性有明显的阶段性，整体趋势为先下降又上升，在20世纪70年代中期两者的相关性最弱。在1954—1974年，前冬Nino3.4区SSTA预测夏季总降水量距平符号同号率在66.7%以上的站数有59站，呈区域性分布于西北、华北、淮河及江南地区;1973—1993年，同样同号率的站点数变为26站，且较为分散，无区域性特点;而在1998—2018年，站数又增加为41站，主要分布于黄淮流域、华北地区以及长江中下游。所以，在进行夏季降水预报业务时，当引入ENSO作为一个预报因子时，也必须考虑年代际的影响。
关键词：ENSO 中国夏季降水 STP SSTA
中图分类号：P45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0117-04
中国地形复杂，影响气候的因素众多。中国夏季总降水量受东亚夏季风（EASM）的调控作用，而EASM的一个重要特点就是具有显著的多尺度变化，因而中国的夏季降水也表现出多尺度、区域差异大等复杂的特点，从而导致各种旱涝灾害频发[1]。因此，对于我国夏季总降水量的研究一直是气候预测的一个重要难点。李崇银[2]认为ENSO作为热带海气作用最重要的年代变化因子，它的发生、发展及衰减会使东亚大气环流出现异常，进而影响我国夏季降水。早在20世纪30年代，涂长望[3]就开创了ENSO对EASM的影响研究，以后该问题便被中国气象学者所重视和研究。金祖辉和陶诗言[4]研究发现ENSO的循环过程与中国夏季降水具有密切关系，薛峰和刘长征[5]研究了ENSO强度与中国夏季总降水量的关系，发现中等强度的ENSO年，中国夏季北方多雨，而强ENSO年长江多雨。同时ENSO与中国夏季降水之间具有不稳定性[6]，袁媛[7]认为不同分布位置的厄尔尼诺对我国夏季总降水量的影响强度不同。大量学者研究了ENSO强度、位置等对我国夏季降水的变化，但是少有ENSO年代际及其爆发前的3个季节对我国夏季降水的影响，所以本文从年代际和ENSO爆发前的3个季节入手，简单分析其对我国夏季降水的影响，以便于在汛期气候预报中作为参考因素。
1 资料与方法
1.1 资料来源
1.1.1 降水资料
中国气象局（CMA）气象信息中心整编的1951—2018年中国160个标准台站的月平均降水量观测资料。
1.1.2 海温资料
海温资料为美国气候预测中心网站提供的Nino3.4区月平均海表温度資料，研究时段为1951—2018年，共68年。
1.2 处理方法
1.2.1 滑动相关分析
1.2.2 站点资料处理
为分析中国夏季降水的地域性及其变化，需要把不规则站点降水资料转换成规则网格点数据，以便画出等值线进行更直观的分析。本文选用的是MATLAB中的griddata函数把站点数据插值成水平分辨率为0.2°×0.2°的规则网格数据。
2 ENSO对中国夏季降水指示意义的变化
2.1 Nino3.4区海温（SST）与夏季降水量（STP）相关性的变化
2.1.1 二者关系在3个独立时段下的不同
选取1951—1971（时段1）、1975—1995（时段2）和1998—2018（时段3）3个时间长度均为21年的时间段，分析3个时段前秋至前春逐月Nino3.4区海表温度与夏季160标准站降水的相关性，并应用t检验标准统计达到95%置信度（作为达到显著相关的临界）的站数。
由图1可见，3个时段所对应的曲线之间有很大差异，并且各曲线走势也有所不同。Nino3.4区海温与夏季降水达到显著相关的站数在第一时段最多（共107站），在第二个时段最少（共64站），时段2的曲线在秋冬季与其他两条曲线的差异最为明显。
时段1曲线在冬季时对应较多的相关性站数，即在1951—1971年时段内前冬海温对夏季降水的相关性比较强。由时段2曲线可以看出，曲线走势为先波动后稳定再上升趋势，即表明在1975—1995年时段内，前春相对于前冬和前秋有较好的相关性。时段3曲线大致前秋前冬稳定前春急速下降，即在1998—2018年时段内，前秋相关性最好。
综上所示，在20世纪50～60年代，Nino3.4区海温与中国夏季总降水量有很好的对应关系;在20世纪70～90年代中期，两者的对应关系有了很大程度的减弱;而在近20年，两者的关系又有了增强的趋势。并且，在3个独立的时段内，前秋至前春3个季节的海温与降水的关系也发生了变化，对应关系最强的季节分别为：前冬—前春—前秋。
2.1.2 SST和STP的滑动相关分析
为更好地分析Nino3.4区前冬至前春海表温度与中国夏季降水的关系变化，采用滑动相关方法，将1951—2018年160标准站各个站点夏季总降水量与前秋、前冬和前春Nino3.4区海温资料做滑动窗口为21年的滑动相关分析，并统计每次滑动中相关系数达到显著的站点数。 图2给出了每21年滑动的利用前秋、前冬和前春Nino3.4区海温与夏季160站降水达到显著相关的站点变化。可得：前秋和前冬所对应的曲线差异不大，都呈现出先下降又上升的趋势。前春曲线与另两条曲线在前期有较大的差异，在后期差异逐渐减小，总体表现出先上升后下降又稍上升的趋势。
在每一个时段都观察3条曲线中最大的显著相关站数（即max（前秋，前冬，前春）），最大值曲线的最低点大致在“1980—2000”刻度处，表明此时段前后，3个季节海表温度与夏季降水的对应关系最弱。最大值曲线有两个峰值点，分别位于“1958—1978”和“1968—1988”处，但其分别对应前秋和前春曲线;表明在1958—1978区间段前后，前秋的海表温度对夏季降水有较强的对应关系;在1968—1988区间段前后，前春的海表温度对夏季降水有较强的对应关系。分析最大值曲线的组成变化，可以看出在近几十年，前秋曲线高于其他两条曲线，表明在该时段内前秋海表温度与夏季总降水量的对应关系最强，与上一节得出的结论较为一致。
由前春曲线的走势可见，在20世纪70年代左右的时段，前春海表温度对夏季降水有较好的指示意义，其他时段均不如前秋和前冬。前秋和前冬曲线走势大致相同，在1951—2018年整个时间段的前期和后期对夏季降水有比较好的指示意义。3条曲线在20世纪70—80年代均有很大程度的降低，其指示意义较弱，分析可能是20世纪70年代中期海温、EASM及地球环流都发生了巨大变化从而影响到了SST与STP的关系。
综上所述，Nino3.4区的SST对中国夏季降水的指示意义，由前期的很强变为中期的很弱，而近几十年又有增强趋势，且较为明显。不同时段内，3个季节的海表温度对夏季降水的指示意义程度均有不同，即随时间有明显的阶段性。在19世纪70年代中期前后，3个季节的指示意义几乎没有应用价值。所以，在进行夏季降水预报业务时，当引入ENSO作为一个预报因子时，也必须考虑年代际的影响。
2.2 Nino3.4区海温对中国夏季降水距平的可预测性变化
讨论不同季节Nino3.4区海温对中国夏季总降水量距平可预测性的影响。规定在某一研究时段内，若Nino3.4区海温距平（SSTA）与某站夏季降水距平同号（指正负号）年份占研究年份的2/3以上（包括2/3）或1/3以下（包括1/3），则认为ENSO对该站降水有预测意义[9]。
2.2.1 距平预测的滑动分析
计算在1951—2018年内滑动窗口为21年的利用不同季节Nino3.4区海温距平对160标准站中降水距平符号预测同号率达到66.7%的站点数。
图3给出了每21年滑动的利用前秋、前冬和前春Nino3.4区海温距平预测夏季总降水量距平符号的准确率在66.7%及以上的站数数走向图。该图与图2差别不大，对于前春曲线，其对降水距平符号的预测能力也是在1951—2018年整个时段的中期达到最强。
近20多年，SSTA对夏季降水距平符号的预测能力，从站数上看虽有所增加，但是对应站点的年代变化从图中得不出结论。为了探讨这一问题，下面以前冬季节下的Nino3.4区海温在1954—1974、1973—1993、1998—2018三个特殊时段内对夏季降水距平符号的同号率达到66.7%的站点分布图，以探究ENSO对夏季总降水量预测指示意义的区域性变化。
2.2.2 距平预测的区域性变化
图4为前冬Nino3.4区SSTA与夏季总降水量距平符同号率在66.7%以上的站点位置图。对比看出，在1954—1974年和1998—2018年两个时段内，两图中站点较多且相对集中，呈区域性分布;1973—1993年时段，站点密度大幅度降低，而且比较分散，无法进行区域性降水分析。
第一研究时段，圆点的个数远多于方点，即同号预测站数（43站）远多于异号站数（16站），由此看出，第一时段内前冬Nino3.4区海温距平符号对中国大部分地区的夏季总降水量距平符号预测为同号，且西北东部和华北地区的站点分布更为密集。说明，前冬海温对这些地区的夏季总降水量有较强的预测指示意义。观察圆点的分布，其主要集中在黄淮地区，且异号预测站集中，表明该地区这些测站的夏季降水与前冬海温距平异号的概率超过了66.7%，两者的对应关系较强。
第二个研究时段，有预测意义的站点较少，且较为分散，不利于探究海温预测夏季降水的区域性。而到第三研究时段时，有预测意义的站点显著增加。观察图4（c）中站点的分布，并与图4（a）对比发现，虽然站点数有所减少，但却发生了显著的区域性变化，甚至在有些地区由原先的异号预测变成了同号预测。预测依然以同号预测为主，主要集中在黄淮流域和华北地区，而黄淮流域在第一研究时段为异号预测，即随着年代的变化海温距平对该地区的夏季降水距平的预测发生了相反的变化。与前两个研究时段相比，海温数据和降水两者的相关性有所增加。
3 结论
本文对Nino3.4区海温和中国夏季降水进行了滑动相关性分析，并根据不同季节研究其对夏季降水的指导意义，得出结论：（1）ENSO与中国夏季降水的关系具有显著的年代际变化。两者关系在20世纪70年代末发生了转变，对中国的夏季降水的指示意义作用下降，在90年代又开始持续增强。（2）不同季节的Nino3.4区海温对中国夏季降水的指示意义强弱也有所不同：20世纪50年代和60年代，前秋和前冬海温对夏季降水的指示意义较强;20世纪70年代和80年代，前春对夏季降水的指示意义高于前秋和前冬;20世纪90年代至今，前秋和前冬海温对夏季降水的指示意义增强。（3）1951—2018年间的前期和后期，降水距平符号预测同号率在66.7%及以上的站点位置分布密集，对于夏季降水有区域性指导意义。所以，在进行夏季降水预报业务时，当引入ENSO作为一个预报因子时，也必须考虑年代际的影响。
参考文献
[1] 王遵娅.中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D].中国科学院研究院，2017.
[2] 李崇银.关于ENSO本质的进一步研究[J].气候与环境研究，2002，7（2）：160-173.
[3] 涂长望.中国天气与世界大气的浪动及其长期预告中国夏季旱涝的应用[J].气象杂志，1937，13（11）：647-697.
[4] 金祖辉，陶诗言.ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究[J].大气科学，1992，23（6）：663-672.
[5] 薛峰，刘长征.中等强度ENSO对中国东部夏季降水的影响及其与强ENSO的对比分析[J].科学通报，2007，52（23）：2798-2805.
[6] 宗海峰，陈烈庭，张庆云.ENSO与中国夏季降水年際变化关系的不稳定性特征[J].大气科学，2010，34（1）：174-192.
[7] 袁媛，杨辉，李崇银.不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响[J].气象学报，2012，70（3）：467-478.
[8] 林学椿.统计天气预报中相关系数的不稳定性问题[J].大气科学，1978（2）：55-63.
[9] 高辉，王永光.ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究[J].气象学报，2007，65（1）：131-137.
关键词：ENSO 中国夏季降水 STP SSTA
中图分类号：P45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0117-04
中国地形复杂，影响气候的因素众多。中国夏季总降水量受东亚夏季风（EASM）的调控作用，而EASM的一个重要特点就是具有显著的多尺度变化，因而中国的夏季降水也表现出多尺度、区域差异大等复杂的特点，从而导致各种旱涝灾害频发[1]。因此，对于我国夏季总降水量的研究一直是气候预测的一个重要难点。李崇银[2]认为ENSO作为热带海气作用最重要的年代变化因子，它的发生、发展及衰减会使东亚大气环流出现异常，进而影响我国夏季降水。早在20世纪30年代，涂长望[3]就开创了ENSO对EASM的影响研究，以后该问题便被中国气象学者所重视和研究。金祖辉和陶诗言[4]研究发现ENSO的循环过程与中国夏季降水具有密切关系，薛峰和刘长征[5]研究了ENSO强度与中国夏季总降水量的关系，发现中等强度的ENSO年，中国夏季北方多雨，而强ENSO年长江多雨。同时ENSO与中国夏季降水之间具有不稳定性[6]，袁媛[7]认为不同分布位置的厄尔尼诺对我国夏季总降水量的影响强度不同。大量学者研究了ENSO强度、位置等对我国夏季降水的变化，但是少有ENSO年代际及其爆发前的3个季节对我国夏季降水的影响，所以本文从年代际和ENSO爆发前的3个季节入手，简单分析其对我国夏季降水的影响，以便于在汛期气候预报中作为参考因素。
1 资料与方法
1.1 资料来源
1.1.1 降水资料
中国气象局（CMA）气象信息中心整编的1951—2018年中国160个标准台站的月平均降水量观测资料。
1.1.2 海温资料
海温资料为美国气候预测中心网站提供的Nino3.4区月平均海表温度資料，研究时段为1951—2018年，共68年。
1.2 处理方法
1.2.1 滑动相关分析
1.2.2 站点资料处理
为分析中国夏季降水的地域性及其变化，需要把不规则站点降水资料转换成规则网格点数据，以便画出等值线进行更直观的分析。本文选用的是MATLAB中的griddata函数把站点数据插值成水平分辨率为0.2°×0.2°的规则网格数据。
2 ENSO对中国夏季降水指示意义的变化
2.1 Nino3.4区海温（SST）与夏季降水量（STP）相关性的变化
2.1.1 二者关系在3个独立时段下的不同
选取1951—1971（时段1）、1975—1995（时段2）和1998—2018（时段3）3个时间长度均为21年的时间段，分析3个时段前秋至前春逐月Nino3.4区海表温度与夏季160标准站降水的相关性，并应用t检验标准统计达到95%置信度（作为达到显著相关的临界）的站数。
由图1可见，3个时段所对应的曲线之间有很大差异，并且各曲线走势也有所不同。Nino3.4区海温与夏季降水达到显著相关的站数在第一时段最多（共107站），在第二个时段最少（共64站），时段2的曲线在秋冬季与其他两条曲线的差异最为明显。
时段1曲线在冬季时对应较多的相关性站数，即在1951—1971年时段内前冬海温对夏季降水的相关性比较强。由时段2曲线可以看出，曲线走势为先波动后稳定再上升趋势，即表明在1975—1995年时段内，前春相对于前冬和前秋有较好的相关性。时段3曲线大致前秋前冬稳定前春急速下降，即在1998—2018年时段内，前秋相关性最好。
综上所示，在20世纪50～60年代，Nino3.4区海温与中国夏季总降水量有很好的对应关系;在20世纪70～90年代中期，两者的对应关系有了很大程度的减弱;而在近20年，两者的关系又有了增强的趋势。并且，在3个独立的时段内，前秋至前春3个季节的海温与降水的关系也发生了变化，对应关系最强的季节分别为：前冬—前春—前秋。
2.1.2 SST和STP的滑动相关分析
为更好地分析Nino3.4区前冬至前春海表温度与中国夏季降水的关系变化，采用滑动相关方法，将1951—2018年160标准站各个站点夏季总降水量与前秋、前冬和前春Nino3.4区海温资料做滑动窗口为21年的滑动相关分析，并统计每次滑动中相关系数达到显著的站点数。 图2给出了每21年滑动的利用前秋、前冬和前春Nino3.4区海温与夏季160站降水达到显著相关的站点变化。可得：前秋和前冬所对应的曲线差异不大，都呈现出先下降又上升的趋势。前春曲线与另两条曲线在前期有较大的差异，在后期差异逐渐减小，总体表现出先上升后下降又稍上升的趋势。
在每一个时段都观察3条曲线中最大的显著相关站数（即max（前秋，前冬，前春）），最大值曲线的最低点大致在“1980—2000”刻度处，表明此时段前后，3个季节海表温度与夏季降水的对应关系最弱。最大值曲线有两个峰值点，分别位于“1958—1978”和“1968—1988”处，但其分别对应前秋和前春曲线;表明在1958—1978区间段前后，前秋的海表温度对夏季降水有较强的对应关系;在1968—1988区间段前后，前春的海表温度对夏季降水有较强的对应关系。分析最大值曲线的组成变化，可以看出在近几十年，前秋曲线高于其他两条曲线，表明在该时段内前秋海表温度与夏季总降水量的对应关系最强，与上一节得出的结论较为一致。
由前春曲线的走势可见，在20世纪70年代左右的时段，前春海表温度对夏季降水有较好的指示意义，其他时段均不如前秋和前冬。前秋和前冬曲线走势大致相同，在1951—2018年整个时间段的前期和后期对夏季降水有比较好的指示意义。3条曲线在20世纪70—80年代均有很大程度的降低，其指示意义较弱，分析可能是20世纪70年代中期海温、EASM及地球环流都发生了巨大变化从而影响到了SST与STP的关系。
综上所述，Nino3.4区的SST对中国夏季降水的指示意义，由前期的很强变为中期的很弱，而近几十年又有增强趋势，且较为明显。不同时段内，3个季节的海表温度对夏季降水的指示意义程度均有不同，即随时间有明显的阶段性。在19世纪70年代中期前后，3个季节的指示意义几乎没有应用价值。所以，在进行夏季降水预报业务时，当引入ENSO作为一个预报因子时，也必须考虑年代际的影响。
2.2 Nino3.4区海温对中国夏季降水距平的可预测性变化
讨论不同季节Nino3.4区海温对中国夏季总降水量距平可预测性的影响。规定在某一研究时段内，若Nino3.4区海温距平（SSTA）与某站夏季降水距平同号（指正负号）年份占研究年份的2/3以上（包括2/3）或1/3以下（包括1/3），则认为ENSO对该站降水有预测意义[9]。
2.2.1 距平预测的滑动分析
计算在1951—2018年内滑动窗口为21年的利用不同季节Nino3.4区海温距平对160标准站中降水距平符号预测同号率达到66.7%的站点数。
图3给出了每21年滑动的利用前秋、前冬和前春Nino3.4区海温距平预测夏季总降水量距平符号的准确率在66.7%及以上的站数数走向图。该图与图2差别不大，对于前春曲线，其对降水距平符号的预测能力也是在1951—2018年整个时段的中期达到最强。
近20多年，SSTA对夏季降水距平符号的预测能力，从站数上看虽有所增加，但是对应站点的年代变化从图中得不出结论。为了探讨这一问题，下面以前冬季节下的Nino3.4区海温在1954—1974、1973—1993、1998—2018三个特殊时段内对夏季降水距平符号的同号率达到66.7%的站点分布图，以探究ENSO对夏季总降水量预测指示意义的区域性变化。
2.2.2 距平预测的区域性变化
图4为前冬Nino3.4区SSTA与夏季总降水量距平符同号率在66.7%以上的站点位置图。对比看出，在1954—1974年和1998—2018年两个时段内，两图中站点较多且相对集中，呈区域性分布;1973—1993年时段，站点密度大幅度降低，而且比较分散，无法进行区域性降水分析。
第一研究时段，圆点的个数远多于方点，即同号预测站数（43站）远多于异号站数（16站），由此看出，第一时段内前冬Nino3.4区海温距平符号对中国大部分地区的夏季总降水量距平符号预测为同号，且西北东部和华北地区的站点分布更为密集。说明，前冬海温对这些地区的夏季总降水量有较强的预测指示意义。观察圆点的分布，其主要集中在黄淮地区，且异号预测站集中，表明该地区这些测站的夏季降水与前冬海温距平异号的概率超过了66.7%，两者的对应关系较强。
第二个研究时段，有预测意义的站点较少，且较为分散，不利于探究海温预测夏季降水的区域性。而到第三研究时段时，有预测意义的站点显著增加。观察图4（c）中站点的分布，并与图4（a）对比发现，虽然站点数有所减少，但却发生了显著的区域性变化，甚至在有些地区由原先的异号预测变成了同号预测。预测依然以同号预测为主，主要集中在黄淮流域和华北地区，而黄淮流域在第一研究时段为异号预测，即随着年代的变化海温距平对该地区的夏季降水距平的预测发生了相反的变化。与前两个研究时段相比，海温数据和降水两者的相关性有所增加。
3 结论
本文对Nino3.4区海温和中国夏季降水进行了滑动相关性分析，并根据不同季节研究其对夏季降水的指导意义，得出结论：（1）ENSO与中国夏季降水的关系具有显著的年代际变化。两者关系在20世纪70年代末发生了转变，对中国的夏季降水的指示意义作用下降，在90年代又开始持续增强。（2）不同季节的Nino3.4区海温对中国夏季降水的指示意义强弱也有所不同：20世纪50年代和60年代，前秋和前冬海温对夏季降水的指示意义较强;20世纪70年代和80年代，前春对夏季降水的指示意义高于前秋和前冬;20世纪90年代至今，前秋和前冬海温对夏季降水的指示意义增强。（3）1951—2018年间的前期和后期，降水距平符号预测同号率在66.7%及以上的站点位置分布密集，对于夏季降水有区域性指导意义。所以，在进行夏季降水预报业务时，当引入ENSO作为一个预报因子时，也必须考虑年代际的影响。
参考文献
[1] 王遵娅.中国夏季降水的气候变率及其可能机制研究[D].中国科学院研究院，2017.
[2] 李崇银.关于ENSO本质的进一步研究[J].气候与环境研究，2002，7（2）：160-173.
[3] 涂长望.中国天气与世界大气的浪动及其长期预告中国夏季旱涝的应用[J].气象杂志，1937，13（11）：647-697.
[4] 金祖辉，陶诗言.ENSO循环与中国东部地区夏季和冬季降水关系的研究[J].大气科学，1992，23（6）：663-672.
[5] 薛峰，刘长征.中等强度ENSO对中国东部夏季降水的影响及其与强ENSO的对比分析[J].科学通报，2007，52（23）：2798-2805.
[6] 宗海峰，陈烈庭，张庆云.ENSO与中国夏季降水年際变化关系的不稳定性特征[J].大气科学，2010，34（1）：174-192.
[7] 袁媛，杨辉，李崇银.不同分布型厄尔尼诺事件及对中国次年夏季降水的可能影响[J].气象学报，2012，70（3）：467-478.
[8] 林学椿.统计天气预报中相关系数的不稳定性问题[J].大气科学，1978（2）：55-63.
[9] 高辉，王永光.ENSO对中国夏季降水可预测性变化的研究[J].气象学报，2007，65（1）：131-137.