引言

淮河流域位于我国东部，介于长江和黄河两大流域之间，地处中纬度、南北气候和沿海向内陆三种过渡带的重叠地区，气候温和，自古以来淮河流域就是我国南北方的一条自然分界线。淮河流域特殊的地理位置、自然气候条件和地形地貌形态决定了该流域旱涝灾害多发。例如，2003、2005和2007年相继隔年发生流域性大洪水，给淮河流域各省造成了巨大的损失，仅2003年流域暴雨就造成约181.7亿元的直接经济损失，受灾人口高达4751.8万人(高辉，2006)。因此，研究淮河流域汛期降水异常的成因，提高其预测水平，对提高科学决策依据具有重要的意义。

众多研究表明，影响淮河流域旱涝的不仅有东亚—太平洋热带环流系统异常(张庆云和陶诗言，1999；张庆云和郭恒，2014；鲍媛媛等，2004；金荣花等，2006；胡娅敏和丁一汇，2009；刘屹岷等，2013)、亚洲中纬度西风带上Rossby波活动异常和亚洲中高纬环流系统(龚振淞等，2004；赵思雄等，2007；桂海林等，2010)等大气内部因子，还有青藏高原积雪(钱永甫等，2003)和ENSO(信忠保和谢志仁，2005；高辉，2006；宗海锋等，2010；陶亦凡等，2011)等外强迫因子。其中ENSO是影响淮河流域旱涝最重要的因素之一(高辉，2006)。

ENSO不同位相对淮河流域的影响差异较大。Huang and Wu(1989)、金祖辉和陶诗言(1999)和赵亮等(2007)研究均表明，在厄尔尼诺(拉尼娜)发展年淮河流域夏季降水偏多(偏少)，而厄尔尼诺衰减年淮河流域夏季降水偏少(偏多)。ENSO与淮河流域汛期降水的关系还存在年代际变化特征。宗海锋等(2010)研究表明，1962—1977年期间厄尔尼诺(拉尼娜)次年江淮流域夏季降水偏少(多)，而1993—2007年期间厄尔尼诺(拉尼娜)次年江淮流域夏季降水偏多(少)。高辉(2006)研究指出淮河流域夏季降水与前期ENSO的对应关系在20世纪70年代中期发生一次明显的突变，在突变前，降水与赤道东太平洋海温为明显的负相关，而在突变后，相关值转为弱正相关；他还指出ENSO对淮河流域夏季降水预测的参考意义正在减弱。

然而，也有研究指出拉尼娜与厄尔尼诺对气候的影响表现出明显的非对称性：Wu et al(2010)研究表明厄尔尼诺和拉尼娜对西北太平洋大气环流异常具有非对称性；Wang et al(2012)研究也认为，受大气环流年代际变化的影响，厄尔尼诺和拉尼娜对长江流域梅雨的影响具有不对称性。

上述研究主要是针对全国160站中淮河流域9个代表站1951—2000年夏季降水进行分析，没有加入2000年以来的资料，也较少分析不同时期厄尔尼诺/拉尼娜对应的东亚夏季风和大气环流的差异。而2000年以来淮河流域汛期降水具有明显的年代际变化，2000—2008年流域降水偏多，而2009年以来转入偏少(图 1)。那么近些年来淮河流域汛期降水与厄尔尼诺/拉尼娜的关系是否发生了变化？如果是，它是什么时间开始转变的，相应地厄尔尼诺/拉尼娜对淮河流域夏季降水预测指示意义又有怎样的变化？相应地东亚夏季风和大气环流是否也发生了转变，转变前后它们之间有何差异呢？厄尔尼诺和拉尼娜对淮河流域夏季降水的影响是否也存在不对称性呢？因此，我们有必要利用淮河流域170个站点数据并加入2000—2015年的资料(包括降水、海温和大气环流)来讨论厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域夏季降水年际变化的稳定性问题，并分析不同时期对应的东亚夏季风和大气环流的异同以及厄尔尼诺和拉尼娜影响的对称性问题，从而达到改进厄尔尼诺/拉尼娜对淮河流域汛期降水预测概念模型的目的，为改善和提高淮河流域汛期旱涝预测提供技术支持。

1 资料和方法

本文利用1961—2015年淮河流域170站逐月降水量，数据由淮河流域气象中心提供。采用美国NCEP再分析资料中1961—2015年逐月位势高度场和风场，分辨率为2.5°×2.5°；同一时段NOAA ERSST的逐月海表面温度资料，分辨率为2°×2°。根据《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》(GB/T 33666—2017；中国气象局，2017)标准，当Niño3.4指数3个月滑动平均值≥0.5℃(≤-0.5℃)，且持续至少5个月，判定为一次厄尔尼诺(拉尼娜)事件。Niño3.4指数是指(5°S~5°N、120°~170°W)范围内海表面温度异常的区域平均值。文中该指数由ERSST海温计算得到。文中不同时段采用的气候态有所差异，如没有特别说明气候态取1981—2010年。汛期(夏季)指的是6—8月。

Wang(1995)研究表明：ENSO事件在当年的春夏季为发展阶段，秋冬季达到成熟阶段，到次年春、夏季为衰减阶段。本文根据Wang(1995)划分的厄尔尼诺/拉尼娜发展阶段和衰减阶段以及《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》(中国气象局，2017)统计的历次厄尔尼诺/拉尼娜事件，1961年以来共发生了11个厄尔尼诺发展年、18个厄尔尼诺衰减年、9个拉尼娜发展年和12个拉尼娜衰减年(表 1)。

2 厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水年际关系的变化 2.1 厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水的相关

为了分析厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水年际关系的稳定性问题，文中采用滑动相关方法，计算1961—2015年淮河流域汛期降水与前期冬季Niño3.4指数的11年滑动相关，滑动相关值记在窗口的第6年，例如1961—1971年相关值记在1966年。由图 2a可见，滑动相关系数的阶段性非常明显，1966—1979年为负相关时段，其中1966—1971和1972—1974年时段的滑动相关系数分别通过了0.05和0.1的显著性水平检验，1980—1992年为正常时段，1993—2010年则转为正相关时段，其中1998—2008年相关系数较为稳定，在0.1显著性水平线附近摆动。用Mann-Kendall(MK)方法(魏凤英，2007)对上述11年滑动相关系数变化进行突变检验，结果显示相关系数在1979年存在一次突变，表明厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水的11年滑动相关在1979年出现明显转折。本文分析结果与宗海锋等(2010)提出的中国夏季降水与前期冬季Niño3区海温的滑动相关关系分为三个阶段1962—1977、1978—1992和1993—2007年的结论基本一致。

基于上面滑动相关的两个较为显著相关时段以及目前所处的时代背景，分别计算了1961—1979年(对应滑动相关时段为1966—1974年)和1993—2015年(对应滑动相关时段为1998—2010年)这两个时段淮河流域汛期降水与前期Niño3.4指数的相关(图 3)。从图 3可看出，1961—1979和1993—2015年这两个时段流域降水与Niño3.4指数的相关曲线为反位相变化，表明这两个时段厄尔尼诺/拉尼娜对淮河流域汛期降水的影响有明显的差异。首先来看1961—1979年(图 3点线)，淮河流域汛期降水与前一年夏秋季和前期冬季Niño3.4指数的相关为负相关，通过了0.05的显著性水平检验，到当年春季明显减弱，到当年夏季转为弱的正相关，表明1961—1979年淮河流域汛期降水与前期秋、冬季Niño3.4指数有明显的负相关。1993—2015年，流域夏季降水与前一年夏、秋季和前期冬季Niño3.4指数的相关为正相关，通过了0.1的显著性水平检验，到当年春季相关系数迅速下降至0附近，到当年夏季转为弱的负相关，表明在1993—2015年时段淮河流域汛期降水与前期秋、冬季Niño3.4指数为明显的正相关。

2.2 不同时期厄尔尼诺/拉尼娜对应淮河流域汛期降水合成

为了更清楚地显示1961—1979和1993—2015年两个不同时段厄尔尼诺/拉尼娜对淮河流域汛期降水的影响，文中用合成方法分析了这两个时段厄尔尼诺/拉尼娜发展阶段和衰减阶段对应流域汛期降水分布特征(图 4，图 5)。

1961—1979年时段(图 4)，厄尔尼诺发展年对应淮河流域汛期降水偏多，其中流域中东部降水偏多20%~80%(图 4a)；厄尔尼诺衰减年对应淮河流域汛期降水偏少，其中流域中南部和西部偏少20% ~50%(图 4b)。从厄尔尼诺发展年与厄尔尼诺衰减年淮河流域汛期降水差值来看，流域大部通过了0.05显著性水平检验(图 4a圆点)，表明1961—1979年厄尔尼诺事件对淮河流域汛期降水有明显的影响。拉尼娜发展年对应淮河流域汛期降水偏少(图 4c)，其中流域中部部分地区偏少20%~50%；拉尼娜衰减年对应流域中东部降水偏多(图 4d)。从拉尼娜发展年与拉尼娜衰减年降水差值来看，只有中部6个站点通过了0.05显著性水平检验(图 4c圆点)，即拉尼娜年对淮河流域汛期降水的影响非常有限。

1993—2015年时段(图 5)，厄尔尼诺发展年对应淮河流域汛期降水偏少(图 5a)，其中东部部分地区偏少20%~30%；厄尔尼诺衰减年流域降水偏多，且大部偏多20%~50%(图 5b)。从厄尔尼诺发展年与其衰减年降水差值来看，流域中部通过了0.05显著性水平检验(图 5a圆点)，表明该时段厄尔尼诺事件对流域中部的影响较为明显。拉尼娜发展年对应流域大部降水偏多；拉尼娜衰减年对应流域北部和中南部降水偏少，而中部降水偏多。对于拉尼娜发展年减去其衰减年，流域只有两个站点通过了显著性水平检验(图 5c圆点)。由此可见，该时段厄尔尼诺事件对淮河流域汛期降水的影响明显大于拉尼娜事件，而拉尼娜事件几乎没有影响。

比较图 4和图 5可见，在1961—1979年时段不论是厄尔尼诺事件还是拉尼娜事件，淮河流域汛期降水通过显著性检验的区域明显大于1993—2015年，说明1961—1979年厄尔尼诺/拉尼娜年对淮河流域汛期降水预测的指示意义明显好于1993—2015年时段。这与高辉(2006)、高辉和王永光(2007)指出1980—2003年期间厄尔尼诺/拉尼娜对淮河流域夏季降水预测的参考意义在减弱的结论相一致。不论是1961—1979年时段还是1993—2015年时段，厄尔尼诺事件对淮河流域的影响较明显，而拉尼娜的影响不明显，即厄尔尼诺和拉尼娜对淮河流域的影响呈现不对称的现象，这也与已有研究结果(Wu et al，2010；Wang et al，2012)一致。

综上所述，1961年以来厄尔尼诺/拉尼娜事件与淮河流域汛期降水的年际关系存在不稳定性，两者11年滑动关系在1979年出现一次突变，1961—1979年两者为明显的负相关，1980—1992年进入正常阶段，1993—2015年转为明显的正相关。1961—1979年厄尔尼诺/拉尼娜事件和1993—2015年厄尔尼诺/拉尼娜事件对淮河流域夏季降水的影响几乎是相反的，而且1993—2015年厄尔尼诺/拉尼娜事件对淮河流域汛期降水预测的指示意义不如1961—1979年时段。厄尔尼诺事件对淮河流域降水的影响明显，而拉尼娜的影响不明显。因此利用厄尔尼诺/拉尼娜预测淮河流域汛期降水时，要考虑到厄尔尼诺/拉尼娜事件与淮河流域降水关系的不稳定性问题，也要考虑到厄尔尼诺和拉尼娜影响的不对称性。

3 不同时期厄尔尼诺/拉尼娜大气环流特征

上述分析表明，不同时期厄尔尼诺/拉尼娜发展阶段和衰减阶段对应淮河流域夏季降水有明显的差异，造成这种差异的原因是大气环流对厄尔尼诺/拉尼娜不同演变阶段的响应不同。下面利用合成分析方法来探讨1961—1979和1993—2015年两个时段厄尔尼诺/拉尼娜发展阶段和衰减阶段的大气环流和水汽输送异常特征。文中不同时段气候均值取该时段平均。

3.1 1961—1979年时段

图 6是1961—1979年厄尔尼诺/拉尼娜年夏季500 hPa高度场和850 hPa风场差值合成。

首先来看厄尔尼诺发展年与其衰减年对应夏季环流差值场，在500 hPa高度差值场上(图 6a)，高纬地区为正距平，欧亚中高纬为“-+-”纬向距平分布，西欧和里海以东的亚洲地区为负距平区，其中贝加尔湖附近通过了0.05显著性水平检验，对应低层从蒙古国到鄂霍次克海为明显的气旋环流(图 6c)，该气旋环流有利于冷空气南下。在我国南海到菲律宾北部海域为明显的负距平区，对应低层为异常气旋环流。在850 hPa风场差值场上，我国台湾及其以东的西太平洋地区为异常反气旋控制(图 6c)，该反气旋西侧的暖湿气流输送到淮河流域。这种环流配置表明厄尔尼诺发展年夏季南北气流在淮河流域上空交汇，有利于淮河流域夏季降水偏多(概率为100%)，而长江中下游和华北降水偏少(概率分别为100%和67%)。厄尔尼诺衰减年则正好相反，我国台湾以东的西太平洋地区为异常气旋环流，该气旋有利于西太平洋副热带高压(简称西太副高)北抬，使得南方水汽输送到华北地区，导致华北地区夏季降水偏多(概率为86%)，而淮河流域和长江中下游受西太副高下沉气流控制，对应降水偏少(概率均为71%)。本文分析结果与Huang and Wu(1989)基于1951—1987年资料研究指出El Niño事件发展阶段对应我国江淮流域夏季降水偏多，而El Niño事件衰减阶段对应我国江淮流域夏季降水偏少的结论是一致的。

对于拉尼娜发展年减去其衰减年，夏季500 hPa高度场和850 hPa风场分布与厄尔尼诺发展年减去其衰减年几乎相反。在500 hPa高度差值场上(图 6b)，极区为负距平分布，欧亚中高纬为“+-+”纬向距平分布，乌拉尔山以西和贝加尔湖附近及其以东地区为正距平区，乌拉尔山地区则为负距平，同时我国东北及日本附近为明显的正距平区，对应低层为明显的异常反气旋环流(图 6d)，不利于冷空气南下，但有利于西太副高偏北。在850hPa风场差值上(图 6d)，我国台湾周围为一个异常气旋，该气旋有利于西太副高北抬，引导南方暖湿气流输送到我国北方地区。这种分布表明拉尼娜发展年，西太副高偏北，华北地区夏季降水偏多(概率为75%)，而淮河流域和长江中下游上空受下沉气流控制，对应降水偏少(概率75%)(金祖辉和陶诗言，1999)。拉尼娜衰减年则相反，我国台湾周围为异常反气旋环流，有利于南方暖湿气流输送到淮河流域，并与北方冷空气在其上空汇合，导致淮河流域夏季降水偏多(概率为80%)，而长江中下游大部降水偏少(概率为80%)。

3.2 1993—2015年时段

图 7是1993—2015年厄尔尼诺(拉尼娜)发展年与其衰减年夏季500 hPa高度场和850 hPa风场差值合成。

首先来看该时段厄尔尼诺发展年减去其衰减年环流差值分布(图 7a，7c)，在500 hPa高度场上，欧亚中高纬除了乌拉尔山以西为正距平外，其他大部地区以负距平为主，我国东北及其周围地区为一个低值区，对应850 hPa风场上为一个异常气旋环流，有利于我国北方盛行偏北气流，并阻止南方暖湿气流北上，使得厄尔尼诺发展年长江中下游及其以北地区汛期降水以偏少(概率为80%)。在我国南方到西太平洋广大地区为明显的负距平，对应850 hPa风场为明显的异常气旋环流，有利于厄尔尼诺发展年我国江南和华南地区汛期降水偏多(概率为67%)。厄尔尼诺衰减年大气环流分布与厄尔尼诺发展年基本相反，欧亚中高纬以正距平为主，其中乌拉尔山地区为正距平中心，有利于冷空气南下，此时西太平洋地区为明显的反气旋异常，引导暖湿气流北上，这样冷暖空气在淮河流域上空汇合，导致其汛期降水偏多(概率为67%)，而华北和长江下游大部降水偏少(概率均为67%)。

该时期拉尼娜发展年减去其衰减年500 hPa高度场差值场上(图 7b)，极区为正距平，欧亚中高纬为“+-+”纬向距平波列，其中俄罗斯中北部为负距平区，乌拉尔山及其以西和俄罗斯东部为正距平区。这种距平分布有利于极区冷空气向低纬地区扩散，并经俄罗斯中北部低槽继续向我国输送。西太平洋地区为明显的正距平，对应850 hPa风场为明显的异常反气旋，其西侧的暖湿气流输送到长江中下游和江淮地区。在850 hPa风场上，我国东北为一个异常气旋，有利于冷空气南下。这样冷暖空气在长江中下游和淮河流域汇合，有利于该地区降水偏多。但统计显示拉尼娜发展年淮河流域汛期降水偏多的概率仅为50%(长江中下游降水偏多概率为75%)，说明拉尼娜发展年对淮河流域降水的指示意义不明确。拉尼娜衰减年大气环流分布与上述相反，南北气流在黄淮上空辐散，对应淮河流域大部夏季降水偏少(图 5d)。统计结果显示拉尼娜衰减年淮河流域汛期降水偏少的概率仅为40%(长江中下游偏少概率为60%)，也说明拉尼娜衰减年对淮河流域降水的指示意义不好。

由上分析可知，两个时段厄尔尼诺发展年和其衰减年夏季亚洲大气环流的响应与淮河流域汛期降水分布相匹配，但1993—2015年拉尼娜发展年和其衰减年夏季亚洲大气环流的响应与淮河流域汛期降水分布并不是很匹配，表明了厄尔尼诺事件对淮河流域汛期降水较明显，而拉尼娜影响不明显，即反映了厄尔尼诺影响和拉尼娜影响的不对称性。

4 结论

根据1961—2015年淮河流域170站降水资料、NCEP再分析资料和ERSST海温资料，利用滑动相关、相关分析、合成分析等方法来探讨厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水年际关系的不稳定性，主要结论如下：

(1) 厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水的年际关系存在着不稳定性，两者11年滑动相关在1979年出现一次突变，1961—1979年两者为明显的负相关，1980—1992年进入正常阶段，1993—2015年转为明显的正相关。1961—1979年厄尔尼诺/拉尼娜事件和1993—2015年厄尔尼诺/拉尼娜事件对淮河流域夏季降水的影响几乎相反。1961—1979年时段厄尔尼诺发展(衰减)年有利于淮河流域汛期降水偏多(少)，拉尼娜发展(衰减)年对应降水偏少(多)。1993—2015年时段厄尔尼诺/拉尼娜事件淮河流域汛期降水分布则相反。1993—2015年厄尔尼诺/拉尼娜事件对淮河流域汛期降水预测的指示意义不如1961—1979年时段。厄尔尼诺和拉尼娜对淮河流域降水的影响呈现不对称的现象，厄尔尼诺事件的影响较明显，而拉尼娜的影响不明显。利用厄尔尼诺/拉尼娜预测淮河流域汛期降水时，要考虑到厄尔尼诺/拉尼娜事件与淮河流域降水关系的不稳定性，也要考虑到厄尔尼诺和拉尼娜影响的非对称性。

(2) 1961—1979年时段厄尔尼诺发展(衰减)年夏季从蒙古国到鄂霍次克海为明显的(反)气旋环流，该(反)气旋有(不)利于冷空气南下；西太平洋地区为异常反气旋(气旋)，有(不)利于南方暖湿气流输送到淮河流域，使得冷暖空气在淮河流域上空汇合(辐散)，导致其降水偏多(少)。拉尼娜发展(衰减)年夏季我国东北到日本一带为明显的正(负)距平，有(不)利于西太副高偏北，淮河流域上空受下沉(上升)气流控制，对应降水偏少(多)。

(3) 1993—2015年厄尔尼诺发展(衰减)年夏季亚洲大气环流分布与1961—1979年几乎相反，我国南海到西太平洋为明显的异常(反)气旋，不(有)利于南方暖湿气流输送到淮河流域，使其降水偏少(多)。该时期拉尼娜年对淮河流域降水的指示意义不明确，相应的大气环流分布与降水不是很匹配。

本文只分析了厄尔尼诺/拉尼娜与淮河流域汛期降水关系的不稳定性，在做汛期降水预测时，不仅要考虑厄尔尼诺/拉尼娜的影响，还要考虑其他因素如高原积雪、中高纬环流异常的影响，同时也要考虑到淮河流域汛期降水自身的气候背景。