今年,会是最热的一年么?
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之前我们讲过厄尔尼诺和拉尼娜跟中国异常气候的关系,两者及其大气影响,合称ENSO循环,从20000公里外就可以影响中国是南涝北旱还是北涝南旱。
在经历了三年拉尼娜之后,按国家气候中心的预测,今年很可能是厄尔尼诺年。
今年1月至3月Nino3.4指数平均值为-0.4℃
已高于-0.5℃拉尼娜阈值
因此“三重”拉尼娜在2023年春季之前结束▼
如果我们比较去年10月、今年1月、4月
会发现赤道东太平洋确实在从拉尼娜转向厄尔尼诺▼
ENSO作为一个非常庞大的模型,从一种状态转向另一种状态是非常复杂的,而当前这个过渡阶段就是一个绝佳的案例,能让我们认识到其中的细节和复杂性。今天我们就来仔细讲讲今年的厄尔尼诺。
厄尔尼诺对我国的影响
众所周知,“厄尔尼诺”是指赤道中东太平洋表层水温持续且显著偏暖,“拉尼娜”则是持续且显著偏冷。
东太平洋海水相比年均值显著升温,即厄尔尼诺现象
(图:NOAA Climate.gov)▼
东太平洋海水相比年均值显著降温,即拉尼娜现象
(图:NOAA Climate.gov)▼
偏暖还是偏冷,需要一个基准,也就是“常年平均值”,一般用1981-2010年或1991-2020年的数据。选取5°S-5°N,170°W-120°W这个范围的平均海表温度,作为检测冷暖的标准,这里也被称为Nino3.4区,非常重要,后边我们还会提到。
Nino3.4区位置示意▼
而所谓“持续偏暖”,往往要维持6-24个月。
比如“厄尔尼诺”在第一年的北半球夏天发展壮大,到了冬天达到他的顶峰,之后不断衰减,在第二年的春夏季结束,但也有可能维持2-3年。
如果看今年的情况,5月初,世界气象组织表示拉尼娜在持续三年后已经结束,热带太平洋处于中性状态,预计在5-8月,ENSO从中性转向厄尔尼诺的可能性会不断提高,从60%到80%,是大概率事件了。
拉尼娜前脚刚走,厄尔尼诺就马不停蹄地赶来了
(图:WMO)▼
拉尼娜正在退去
(2023年1月初至2023年3月初热带太平洋的海面温度)
(图:climate.gov)▼
这种转变绝不是无缘无故的,在“中性状态”下,赤道两侧的盛行信风会把东太平洋的表层暖水吹向西太平洋,从而在西边形成一个暖池,在东边形成一个冷舌,东边为了补偿表层海水的缺失,深处的冷水会向上补充,从而形成西暖冬冷的局面。
这种冷暖局面导致西太平洋大气上升,东太平洋大气下沉,组成了一个海洋-大气相互作用的环流圈。
中性状态下的环流模式
(图:UNEP)▼
但如果信风这个原动力出于某种原因突然且持续减弱,怠工了,就会导致向西输送的暖水变少,暖水集中在中东太平洋,整个环流的范围也向东收缩,并导致信风进一步减弱,形成正反馈,厄尔尼诺由此形成。
厄尔尼诺下的环流模式
(图:UNEP)▼
厄尔尼诺作为全球最显著的海温异常信号,会在数年内逐渐影响热带海域和全球气候,对不同地区的影响可能有很长的时差。
菲律宾、印尼、秘鲁就属于受厄尔尼诺影响最严重的地区,中国离得稍微远一点,但厄尔尼诺会深刻影响东亚季风,从而改变我国的晴雨冷暖。
横屏-厄尔尼诺影响下的降水规律▼
比如,在厄尔尼诺发展壮大的夏天,西太平洋副热带高压和夏季风的雨带都会相对靠南,而且东北低涡会比较活跃,就导致我国南方与东北的降雨偏多,而华北、中原的降雨偏少。
夏季型厄尔尼诺往往代表华南和东北降水偏多
华北和中部降水偏少▼
厄尔尼诺发展期夏季气温距平▼
而在冬天的厄尔尼诺鼎盛期,通常会导致东亚大槽和西北冷空气偏弱,我国除青藏高原之外的大多数地方会更加温暖。但厄尔尼诺和暖冬的相关性较小,不能完全说“厄尔尼诺年就一定是暖冬”。
厄尔尼诺事件鼎盛期冬季的气温距平▼
到了第二年夏天,厄尔尼诺已经逐渐衰退,但此时对中国的影响反而最加猛烈,热带太平洋虽然没那么热了,但热带印度洋受其影响,水温仍然比较高。
从地图上看,热带印度洋其实比热带太平洋离中国南方更近。水温偏高直接导致海水蒸发量变多,输送到我国的水汽也就变多了,同时还会通过多条路径激发出异常稳定、靠南的副热带高压,将水汽源源不断引导向长江流域,在四川盆地到长江一线形成长时间降水,甚至引发洪涝灾害。
强弩之末的厄尔尼诺也不可小觑
(横屏,参考:张人禾,2017)▼
厄尔尼诺事件衰减期夏季
我国和周边区域陆地降水距平百分比▼
建国以来长江流域三次最大的洪涝灾害:1954年特大洪水、1998年特大洪水、2020年特大洪水,都出现在厄尔尼诺次年的夏季,真的是不可不防。
今年厄尔尼诺的特殊性
但我们也不用过于担心,厄尔尼诺每次都有所不同,具体到今年这次,我们会发现其发育得并不那么顺利。
这是5月中旬的全球海表“距平温度”,黄色红色是偏暖,蓝色是偏冷。
可一眼看到,太平洋北部及东部有明显偏暖
(图:NOAA)▼
放大看,这个范围(下图绿框)就是“赤道中东太平洋”,东太平洋的南美沿海已经热得发黄了,看上去妥妥的厄尔尼诺,但更重要的是这个区域(橙色框),也就是Nino3.4区,这里的变暖趋势还不明显,说明厄尔尼诺还没发展起来,在中太平洋遭遇了“某种阻击”。
今年的Nino3.4区,看起来似乎离厄尔尼诺还有点距离▼
这个中太平洋非常重要,是厄尔尼诺能否完全发育的关键战场。
这张图,是五月中旬赤道太平洋海温的垂直剖面,东西跨度相当于从科隆群岛到所罗门群岛。
上为当前赤道太平洋地区海温距平的深度-经度剖面图
下为温度距离平均值
(图:NOAA)▼
西太平洋的暖水层有一部分已经转移到东部,其温跃层显著加深直接阻止了下面冷水的补偿,加速东太平洋的增暖,温度已经比平均值高了3-5℃。
但与此同时,我们会发现在160°W附近的温度线突然变得陡峭,这条线越平缓,就表示东西温差越小,厄尔尼诺越强,越陡峭则厄尔尼诺越弱,所以中太平洋明显还不够暖,说明暖水主体没有进一步东移,这直接阻碍了厄尔尼诺事件的进一步发展壮大。
在160°W附近,暖水层的向东移动似乎动力不足
(图:NOAA)▼
这背后的主要原因还是那个原动力——信风,信风减弱会导致东太平洋变暖,但中太平洋这一带的信风却意外的加强了,风应力传导至温跃层,阻碍了暖水层向东转移的过程,相当于东边的工友已经罢工了,中间的工友还在加班儿,向西送温暖这活儿,你不干我干。
连信风也在“卷”了,主打的就是东暖西送
(5月15日15:00近地面)▼
为什么会出现这种状况?我们把目光拉到靠北的北美西海岸,此时的赤道东太平洋在变暖,但北美西海岸却在变冷,还一路向西延伸到赤道中太平洋。
一方面给这里降温,一方面形成了一个局部高压,本来这里的信风是要罢工的,又被这个北美因素鞭策了一把,开始打卡上班儿送温暖,果然一切责任全在北美方面。
这个北美因素,是有些反骨在身上的▼
所以,从海洋次表层热力和动力学角度来判断,5月份赤道东太平洋虽然变暖,但是对中太平洋影响不大;在6-7月份,由于中太平洋一阻碍,厄尔尼诺事件的发展速度可能明显放缓。
毕竟,要成长为一个完整的厄尔尼诺,除了表层水温偏高,还需要“信风显著减弱”、“温跃层和沃克环流向东转移”这两个重要标志,目前这俩还不具备,所以这次厄尔尼诺应该不会那么顺利——虽然会在夏季形成,但发展速度应该会比预期要慢。
根据NMME气候模式的预测
Nino3.4海温很可能在几个月内攀升到厄尔尼诺以上的阈值
具体情况如何还有待观测
(图:NOAA)▼
今年会是最热的一年?
如果我们归纳对比最近50年内的厄尔尼诺事件,会发现有春季和夏季两款类型,前者在春季就发育完全,后者就要晚很多,今年这次就明显属于发育比较晚、位置偏东的类型。
(a)1997、(b) 夏季发展型厄尔尼诺事件、
(c)2015和 (d) 今年(2023年)3-4月
向外辐射长波(填色)、200hPa速度势(等值线)
和850hPa风场(矢量)距平对比▼
对于这种偏晚偏东的厄尔尼诺,容易导致“西太副高”偏东偏弱,在其影响下,今年夏季前期将主要是“南涝北旱”的趋势,南方将有更多更长时间的降水,北方则是高温热浪;但到了后期,雨带还是会向北扩展到华北和东北南部。
东部型、中部型厄尔尼诺事件的影响模型
(底图:shutterstock)▼
厄尔尼诺发展早型和晚型的海温异常(填色)
与700hPa风场异常(矢量)
在6-9月逐月和6-9月平均对比▼
不过,厄尔尼诺事件只是影响我国气象的要素之一,如果要全面分析,还得考虑极地海冰、中高纬度海温、青藏高原积雪等一大堆问题。
气象变化纷繁复杂,要多因素综合分析
(图:nsidc)▼
很多媒体在引用世界气象组织报告的时候说,在厄尔尼诺的推动下,2023年可能是有记录以来最热的一年。这个说法靠谱么?
首先需要指出,在数年范围内,厄尔尼诺-拉尼娜对全球平均气温的影响大约是0.1-0.2℃这个振幅,但在一百多年里,全球气温其实呈现出一种“进两步退一步”,不断叠加的升温节奏,站在前辈高温的基础上,如果这次厄尔尼诺发展壮大,确实可能一代更比一代热,刷新1880年以来的最高均温。
1950年以来全球均温逐月变化图
可看出厄尔尼诺事件的确会助推短期的全球均温升高
(图:NOAA)▼
但具体到不同区域、不同时段,差别还是挺大的。
比如我国长江流域,要想重现去年三峰拉尼娜期间的极端高温,概率就极低,今年南方的重点反而是防洪。华北和西北地区则需要防范高温热浪。而且这些预测也要综合几个月后太平洋的观测数据,才能更加准确。
去年三峰拉尼娜造成太平洋西部海温集体偏高
给长江地区带来的高温和干旱也令不少人记忆犹新
(图:NASA)▼
如今,虽然我们对ENSO相关的海洋-大气相互作用有了更深的理解,但面对更辽阔的海域和天空,ENSO也只是其中一个子项,其他的天气系统也同样重要,他们彼此咬合相互作用,构成了我们人类生存环境的底层地理逻辑。
参考资料:
张人禾, 闵庆烨, 苏京志. 2017. 厄尔尼诺对东亚大气环流和中国降水年际变异的影响: 西北太平洋异常反气旋的作用.中国科学:地球科学,47:544–553, doi: 10.1360/N072016-00268
袁媛, 杨辉, 李崇银. 2012. 不同分布型El Niño事件及对我国次年夏
季降水的可能影响. 气象学报, 70: 467–478
李春晖, 李霞, 刘燕, 等. 2016. 春季和夏季爆发型ENSO 事件对夏季中国降水的影响 [J]. 气候与环境研究,21 (3):258−268. Li Chunhui, Li Xia, Liu Yan, et al. 2016. Impact of spring and summer onset type ENSO on summer precipitation in China [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 21
(3): 258−268, doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2015.15133
Wen, N., Liu, Z., &Li, L. (2019) Direct ENSO impact on East Asian summer precipitation in the developing summer. Climate Dynamics, 52, 6799–6815
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