華南春季旱澇與海溫的關系

彭窈，譚勇展，彭勁洪，何彬，譚浩宇

（1.清遠市清新區氣象局，廣東清遠 511800；2.廣東普天防雷檢測有限責任公司佛山分公司，廣東佛山 528500；3.英德市氣象局，廣東英德 513000；4.連南縣氣象局，廣東連南 513300）

華南旱澇頻繁，影響因子較多，其中太平洋海溫異常是導致其發生的關鍵［1-4］。熊英等［5］發現西北太平洋海溫持續偏暖易引發冬春連旱，熱帶東太平洋海溫持續偏暖易引發冬春連澇。當春季赤道東太平洋海溫異常偏冷、北太平洋海溫異常偏暖，會形成廣東春季干旱的大氣環流條件［6］。前期太平洋海溫對于華南地區的旱澇變化更是具有重要的預報指示意義，當前冬-春季熱帶中太平洋、北太平洋中部海域的海溫異常增暖時，容易導致華南4—5月出現持續性干旱事件［7］。

諸多學者將華南地區作為一個整體，研究旱澇平均態與海溫的關系，較少討論海溫對華南各地旱澇變化的影響，本研究著重討論海溫與華南各地旱澇的關系。

1 資料與方法

本研究中華南地區包括廣東和廣西，定義春季為3—5月；采用國家氣象信息中心提供的氣象觀測站1961—2021年逐月降水、氣溫資料，剔除氣候資料不連續的站點，最后選取出42個站點。海溫場資料采用NOAA提供的1960—2021年全球月平均海表面溫度（SST V5）數據，網格距為2.0°×2.0°。

利用氣候資料計算華南春季標準化降水蒸散指數（SPEI），用于表征各地旱澇情況。SPEI考慮了水分平衡對干旱的影響，具有溫度敏感性，適用于多種時間尺度和不同的空間地域，能較好地體現華南旱澇特征［8］，也能夠表現出華南干旱和洪澇災害的典型年份，其劃分的旱澇等級見表1。

表1 SPEI的旱澇等級劃分

指標原理和計算方法詳見參考文獻［9-10］。采用相關分析、奇異值分解（SVD）［11-12］分析旱澇與前冬、同期春季海溫的關聯性，再利用2016—2021年前冬海溫場與平均態的差值，檢驗前期海溫異常與華南春季旱澇的關系。

2 結果與分析

2.1 海溫與華南春季旱澇的奇異值分解

將前1年全球冬季海溫距平場與華南春季SPEI場進行SVD分析，所得前4個模態的方差貢獻分別為42.61%、33.69%、4.13%、3.48%。由第1模態異質相關空間分布（圖1a-b）可知，左場前冬海溫距平的分布型（圖1a）與其EOF分解第1模態的空間分布型（圖略）相似，說明采用SVD討論兩者關系是可靠的。由圖1a可以看出，北太平洋中部和南太平洋存在顯著正相關區，熱帶中東太平洋和馬來群島海域存在顯著負相關區，類似拉尼娜分布型；春季SPEI場的相關系數大體呈自東向西遞增態勢（圖1b），雷州半島、廣西西部到南部一帶為正值區，其余地區為負值區，其中約112°E以東負相關系數顯著。由第2模態異質相關空間分布圖（圖1c-d）可知，阿拉斯加灣、赤道太平洋和熱帶大西洋存在顯著正相關區，東太平洋存在顯著負相關區（圖1c）；廣東中部至北部、廣東東南部沿海為正值區，華南其余地區為負值區，其中廣西西部和中南部、雷州半島負相關系數顯著（圖1d）。

圖1 前冬海溫距平場與華南春季SPEI場的SVD異質相關圖第1（a、b）和第2（c、d）模態的海溫場（a、c）和華南春季SPEI（b、d）

將前1年全球春季海溫距平場與華南春季SPEI場進行SVD分析，所得前4個模態的方差貢獻分別為46.94%、31.72%、3.86%、3.30%。由第1模態異質相關空間分布（圖2a-b）可知，北太平洋中部、赤道西太平洋存在顯著正相關區，熱帶中東太平洋、我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸存在顯著負相關區，類似于拉尼娜分布型（圖2a）；華南春季SPEI場的相關系數空間分布（圖2b）與前冬SVD（圖1b）的特征相似，大體呈自東向西遞增態勢，雷州半島南部、廣西西部為正值區，其余地區為負值區，其中約111°E以東負相關系數顯著。由第2模態異質相關空間分布（圖2c-d）可知，印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋存在顯著正相關區（圖2c）；春季SPEI場的相關系數大體呈自東向西遞減態勢，廣西西部和中南部、雷州半島存在顯著負相關區（圖2d）。

前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場的SVD第1、2模態方差貢獻都超過31%，均通過了蒙特卡洛檢驗，說明海溫與華南春季旱澇變化具有持續的顯著關聯性，其余模態方差貢獻明顯減小，本研究不予考慮。兩次SVD的第1模態為主要模態，其中太平洋海溫特征具有相似性，最明顯的是東太平洋海溫在冬春兩季為持續的顯著負相關系數。當前冬-春季熱帶中東太平洋海溫持續異常偏冷時，我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸逐漸異常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐漸異常偏暖時，華南東部春季異常偏旱；反之，華南東部春季異常偏澇，該研究結果與周明森等［7］、伍紅雨等［13］相似。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄爾尼諾）事件有利于華南東部春季偏旱（澇），揭示了太平洋ENSO振蕩對華南東部春季旱澇變化具有持續性的重要影響。北太平洋中部、赤道西太平洋和北美洲西沿岸春季的相關系數大小和范圍較冬季明顯增大，且北太平洋與東太平洋、北美洲西沿岸呈反位相分布，揭示了太平洋年代際振蕩（PDO）對華南東部春季旱澇變化的影響逐漸加強，在PD0“冷相位”（“暖相位”）期間，西太平洋偏暖（冷）、東太平洋偏冷（暖），有利于華南東部春季偏旱（澇）。兩次SVD的第2模態為次要模態，當印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋海溫持續異常偏暖時，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏旱；反之，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏澇。

2.2 近5年前冬海溫與華南春季旱澇關聯性檢驗

統計2017—2021年逐年前冬海溫與多年平均態的溫差、逐年華南春季SPEI值空間分布，再結合旱澇災害實況，對近5年前冬海溫與華南春季旱澇關聯性進行檢驗，以揭示前期海溫對旱澇預測的指示意義。分析發現，2016、2019年冬季海溫與平均態的溫差較小，2017、2020年華南春季全區域旱澇整體不明顯。

2017、2020年冬季（圖3a、圖4a）東太平洋異常偏冷，北太平洋中部異常偏暖，與SVD第1模態前冬海溫場型（圖1a）相似。根據實況，2018年廣東開汛晚，5月6日入汛前廣東降水偏少超30%，各地出現了不同程度的氣象干旱。2018年華南春季平均SPEI值為-0.89，大體呈西高東低型態分布，干旱頻率66.7%、洪澇頻率9.5%，華南中東部大范圍達中旱以上（圖3b），與SVD第1模態SPEI場（圖1b）空間分布特征相似。2020年10月—2021年5月華南發生秋冬春干旱，其中廣東降水減少程度和干旱持續時間為近58年所罕見，粵東受災尤為突出，干旱導致多地生活生產用水困難［13］。2021年華南春季平均SPEI值為-1.34，干旱頻率81%、洪澇頻率0%，除偏北地區正常，華南其余地區達中旱以上，其中華南東部-中部為大范圍重旱（圖4b）。分析認為，前冬海溫異常對華南春季SPEI預測具有可靠性，旱澇預測結果與實況相符。

圖3 2017年冬季溫差（a）和2018年華南春季SPEI（b）空間分布

圖4 2020年冬季溫差（a）和2021年華南春季SPEI（b）空間分布

2018年冬季（圖5a）太平洋大范圍異常偏暖，太平洋偏東存在小范圍偏冷海域，溫差空間分布與SVD第2模態前冬海溫距平場（圖1c）空間分布特征相似。2019年華南春季平均SPEI值1.03，干旱頻率0%、洪澇頻率73.8%，雷州半島、廣西南部為正常，華南其他地區一致偏澇，其中廣東中北部、廣西偏北地區達重澇以上（圖5b），與SVD第2模態SPEI場（圖1d）的正值區（洪澇區）相對應，但并未通過顯著性檢驗，亦未能表現出顯著偏旱區域，進一步說明SVD第2模態為次要模態，對華南春季旱澇預測的指示性較差。

圖5 2018年冬季溫差（a）和2019年華南春季SPEI（b）空間分布

3 結論

1）前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場SVD第1模態為主要模態。當前冬-春季熱帶中東太平洋海溫持續異常偏冷時，我國南海海域、馬來群島海域和北美洲西沿岸逐漸異常偏冷，北太平洋中部、赤道西太平洋逐漸異常偏暖時，華南東部春季異常偏旱；反之，則異常偏澇。前冬-春季太平洋拉尼娜（厄爾尼諾）事件有利于華南東部春季偏旱（澇），即太平洋ENSO振蕩對華南東部春季旱澇變化具有持續性的重要影響。太平洋年代際振蕩（PDO）對華南東部春季旱澇變化的影響逐漸加強，PDO“冷相位”（“暖相位”）期間，西太平洋偏暖（冷）、東太平洋偏冷（暖），有利于華南東部春季偏旱（澇）。

2）前冬、春季海溫距平場分別與華南春季SPEI場的SVD第2模態為次要模態。當印度洋、熱帶太平洋、阿拉斯加灣、熱帶大西洋海溫持續異常偏暖時，廣西西部和中南部、雷州半島春季異常偏旱；反之，則異常偏澇。

3）對近5年前冬海溫與華南春季旱澇關聯性進行檢驗，發現冬季海溫異常年份（2017、2020、2018年）對次年華南春季SPEI場分布的影響與SVD分析結果一致，且SVD第1模態預測結果較優。前冬典型海溫分布特征可用于預測華南春季旱澇年份，其中前冬太平洋對華南春季旱澇事件預測具有重要指示意義。