引言

华东地区自然环境条件优越，人口密集，是我国重要的农业生产基地，也是我国经济文化发达地区之一。已有的研究指出，随着全球气候变暖，华东地区降水量有增加的趋势，但是华东汛期降水过程推后，会造成春季雨量减少，导致春季干旱发生^[1-2]。2011年春季长江中下游地区发生严重干旱，且干旱维持时间长，波及范围广，使得该地区的农业和渔业遭受重创，造成了巨大经济损失^[3]；而到了6月，长江中下游地区降水量较常年同期明显偏多，使得长江流域发生旱涝急转^[4-5]。因此，研究华东地区春季降水异常的成因，对华东地区的民生和社会经济具有重要意义。

众所周知，厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation，ENSO)是热带太平洋海气耦合系统中最强的年际变化信号^[6-7]，常会导致全球气候异常，也是导致东亚季风异常和我国旱涝发生的重要因素。ENSO以“遥相关”的方式通过大气环流作用于东亚季风系统的各个部分，影响天气气候异常^[8-9]。当El Niño达到冬季成熟期时，东亚冬季风被异常反气旋西北侧的西南风削弱，而夏季风则在次年夏季得到加强^[10]。在El Niño发展期，西太平洋副热带高压偏弱，西南气流北上偏弱，导致我国北方降水偏少^[11]；在El Niño衰减期，我国江南北部等地区降水偏多，往往产生严重洪涝^[12-14]。另外，也有研究揭示了ENSO通过影响大气环流进而间接影响我国南方降水^[15-17]。

东亚季风降水与ENSO循环的各个阶段密切相关，许多研究分析了El Niño和La Niña(拉尼娜)信号对我国夏季降水的影响^[18]。金祖辉等^[19]指出，El Niño期间长江以南地区多雨，以北地区少雨；但是La Niña期间降水的异常特征不清楚。Zhang等^[20]发现，在冬季El Niño期间华南地区降水偏多，El Niño对东亚冬季风的影响显著，但是La Niña的影响不显著。综上所述，由于气候系统中存在的非线性变化特征，El Niño和La Niña事件并非完全相反，而是表现出明显的不对称性^[21-22]。通常来说，厄尔尼诺的海面温度(以下简称“海温”；sea surface temperature, SST)异常中心强度是高于La Niña的海温异常的^[23]。从空间结构上，与El Niño相比，La Niña现象成熟期的海温异常中心更偏向西。它们的持续时间甚至存在明显的不对称性：El Niño现象在其成熟阶段后的第2个夏季趋于迅速衰减，而La Niña海温异常通常持续更长时间^[24]，这种不对称性还体现在对ENSO的气候响应上^[25]。例如，Li等^[26]研究了ENSO与中南半岛降水的联系，发现La Niña对春季降水的影响比El Niño的影响更强。因此，ENSO的非线性变化给区域气候预测带来了巨大挑战。本文根据1958—2019年华东地区降水资料、海温资料以及日本55 a再分析(the Japanese 55-year Reanalysis，JRA-55)资料，分析了ENSO的非对称性效应对华东地区春季降水的影响，以期为华东地区春季降水预测提供依据。

1 资料与方法

使用的资料包括：(1)降水资料为东英吉利大学气候研究中心(Climatic Research Unit at the University of East Anglia)提供的分辨率为0.5°×0.5°的逐月降水数据，相关数据取自https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg/cru_ts_4.04；研究区域为华东地区107.5°~125.0°E、25°~35°N(图 1红色框范围)。(2)逐月海温数据来源于英国气象局哈得来中心，分辨率为1°×1°，相关数据取自https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadisst/data/download.html。(3)日本气象厅提供的55 a再分析数据集，要素包括高度场、风场等，其分辨率为1.25°×1.25°，相关数据取自https://jra.kishou.go.jp/JRA-55/index_en.html。(4)为了表述ENSO的不同阶段和强度，采用美国气候预测中心(Climate Prediction Center of the United States)提供的海洋尼诺指数(the Oceanic Niño Index，ONI)，相关数据取自http://origin.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI_v5.php。ONI是指Niño3.4地区(5°N~5°S，120°W~170°W)海平面温度距平。ONI的阀值是0.5 ℃和-0.5 ℃(连续5个月超过0.5 ℃预示着El Niño，连续5个月低于-0.5 ℃预示着La Niña)。文中，春季所指为1958—2019年的3—5月。

研究中使用的方法包括相关分析、合成分析等常用统计方法和诊断分析方法，使用的检验方法主要为t检验。本文的合成分析年份是根据ONI进行选择，选取了10个最强的El Niño事件和10个最强的La Niña事件(ONI的绝对值大于1)，表 1给出了相应的衰减年份。文中合成变量的异常值是通过距平场计算，去除了62 a的平均状态。为了避免气候变化的可能影响，如全球变暖，统计计算中删除了所有数据的长期趋势。衰减年份的选择基于前一个冬季的ONI，例如，1958年是根据1957年12月—1958年2月的ONI选择结果。

2 华东地区春季降水与ENSO的关系

为了分析华东春季降水和ENSO之间的关系，将华东地区(107.5°~125.0°E、25°~35°N)进行区域平均，来表征华东地区的春季降水变化。由1958—2019年华东地区春季降水时间序列(图 2)可以看出，华东地区春季降水呈现较为明显的年际变化，但是在20世纪90年代后期，春季降水呈现减少的趋势。有研究指出，华东地区的降水可能和热带中、东太平洋海温的异常变化有关^[27-28]。由图 2可知，华东降水和ONI呈显著的正相关关系，相关系数r达到0.48，显著性水平p小于0.001。

进一步验证华东春季降水与太平洋海温的关系，给出了华东春季降水与太平洋前冬、春季海温的相关分布。由图 3可知，华东地区春季降水与前冬中东太平洋区域的海温存在显著正相关，相关系数在0.4以上(图 3a)，并且这种相关能够持续至春季(图 3b)，但相关系数明显减弱。也就是说，ENSO是影响华东春季降水的重要强迫信号，暖ENSO事件衰减年，春季华东地区降水偏多；冷ENSO事件衰减年，春季华东地区降水偏少。

值得注意的是，华东春季降水与ENSO之间的关系表现出明显的不对称性。对于ONI大于0的年份，即暖ENSO事件阶段，冬季ONI主要与江苏、浙江和江西等省份的春季降水量呈显著正相关关系(图 4a)。然而，在ONI小于0的年份，即冷ENSO事件阶段，这种显著正相关向西转移到江西和湖南(图 4b)，并且在江苏和浙江的正相关性明显减弱。这意味着，与暖ENSO事件相比，冷ENSO事件对华东春季降水的影响范围在向西移动。上述分析表明，ENSO与华东春季降水存在密切联系，但是降水对ENSO的响应存在非对称性，这对华东地区的降水预测具有重要意义。

3 春季东亚大气环流对ENSO的响应

为了进一步探讨ENSO对春季降水影响的非对称效应，根据合成分析，对在春季衰减期冷、暖ENSO的分布特征进行检查。在暖ENSO事件中，正异常海温覆盖了热带东太平洋，并延伸到太平洋中部(图 5a)。相反，在冷ENSO事件中，负异常海温主要分布在热带中太平洋，甚至延伸到热带西太平洋(图 5b)。这意味着，与暖ENSO事件相比，冷ENSO在春季衰退期间海温异常中心是向西移动的。这种冷、暖两类ENSO事件成熟阶段的不对称性对气候的影响存在差异。例如：陈文^[29]指出，La Niña对东亚冬季风循环的影响与El Niño大致相反，但其影响不如El Niño的影响显著；李天然等^[30]认为，华南冬半年降水对ENSO信号存在不对称响应。

冷ENSO事件时，海温异常的西移表明：在冷ENSO衰变的春季，大气环流的响应可能向西移动。为了验证这一假设，图 6给出了不同情况下850 hPa的流函数和旋转风异常分布情况。在暖ENSO春季衰减期，旋转风场在北太平洋西部表现出明显的异常低层反气旋，流函数异常中心位于菲律宾群岛以东(图 6a)，华东处于异常西南风场的边缘。与此相反，在冷ENSO春季衰减期，北太平洋西部有一个强烈的异常低层气旋(图 6b)。更重要的是，流函数异常中心向西移动，穿过菲律宾群岛，异常风场相应向西延伸。在这种情况下，华东地区受到异常东北风的影响。

如前所述，低层大气的环流异常在水汽输送中起着决定性作用。在暖ENSO事件的春季衰退期，异常增强的西南风将过多的水分从南海输送到我国东南部(图 7a)。伴随着异常水汽通量，东海至我国东部地区出现明显的水汽辐合。由垂直运动分析(图 8a)可知，赤道东太平洋持续偏高的海温使得对流增强，加热异常会激发出罗斯贝波，使其西侧出现西北太平洋异常反气旋，而在我国华东地区呈现上升运动。结合图 7a中西南风带来的水汽输送，对于华东地区，显著的水汽辐合从华南地区一直延伸至江苏南部，并且伴随上升运动，将有利于浙江、江苏和福建等沿海省份的春季降水发生。与之相反，在冷ENSO事件的春季衰退期，异常东北风阻碍了水汽向华东的输送(图 7b)。西北太平洋地区是显著的上升运动(图 8b)，对比图 8a来说，整个区域明显向西移动，而相应的我国东南部是下沉运动，并且下沉区域西移。在这种情况下，与暖ENSO事件相比，异常水汽通量场以及下沉运动均表现出向西移动，显著的水汽辐散区主要位于浙江、江西和湖南等省份，并伴随着下沉运动，将导致这些地区春季降水不足。

4 结论与讨论

在人口稠密、以农业为基础的华东地区，春季降水异常对当地人民的生计和社会经济至关重要。因此，本文主要研究华东春季降水及其对ENSO的非对称响应。总体而言，ENSO在其春季衰变期与大气环流密切相关。例如，温暖的ENSO海温异常(即厄尔尼诺事件)在衰变的春季激发了北太平洋西部的异常低层反气旋，增强了西南风，反之亦然。因此，ENSO对华东春季降水有明显影响。

然而，ENSO事件中存在不对称，这将对大气造成不对称影响。通常情况下，暖ENSO事件中的异常暖海温从发展期到衰退阶段都存在于热带东太平洋。在暖ENSO春季衰减期，北太平洋西部菲律宾群岛以东形成了一个异常的低层反气旋。增强的西南风为华东地区带来过多的水汽，导致江苏、浙江和江西北部出现异常水汽辐合。相反，冷ENSO事件中的异常冷海温略微向西延伸，特别是在衰减春季，海温异常中心明显向西移动，这导致异常低层气旋在北太平洋西部向西移动。由此产生的异常东北风场相应向西移动，造成江西、湖南春季出现异常水汽散度。因此，华东春季降水异常对于冷ENSO事件的响应，呈现向西移动。通过分析进一步证实，华东春季降水对ENSO的响应表现出明显的不对称性。具体而言，在暖ENSO事件衰退春季，江苏、浙江和江西北部降水偏多，而江西和湖南在冷ENSO事件衰退春季通常会出现降水偏少现象。

在本研究中，强调了ENSO对华东春季降水的不对称影响，春季降水对暖、冷ENSO海温异常的响应存在明显差异，这对华东地区的季节性预测至关重要。这些结果将有助于认识华东春季降水异常的规律，但对大气环流异常的机理研究尚不深入，今后需要继续开展研究，以便进一步揭示其变化规律和物理机制。