《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》國家標準發布

2020-12-04 中國氣象局

  回顧2014年至2016年這次超強厄爾尼諾事件整體過程,人們不難發現,在它何時形成、何時結束的問題上,中國、美國、日本、澳大利亞等受其影響的各主要國家各執一詞。原來,在國際上,儘管對於厄爾尼諾/拉尼娜事件的總體認識比較一致,但具體判別標準卻始終存在分歧。針對國內尚缺乏統一的厄爾尼諾/拉尼娜事件判別標準的現狀,為了規範判別標準,促進氣候業務和相關研究工作的開展,國家氣候中心牽頭,通過總結國內外現有厄爾尼諾/拉尼娜事件監測指數,並吸收該領域的最新研究成果,制定《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》國家標準。

  厄爾尼諾/拉尼娜現象指的是熱帶太平洋海表溫度異常上升/下降的著名氣候現象,其名稱起源於西班牙語,意為「小男孩/小女孩」。2014年至2016年發生的超強厄爾尼諾事件具有「生命史長、累計強度大、峰值強度高」這三個重要特點,是20世紀以來最強的厄爾尼諾事件之一。此次厄爾尼諾事件是全球氣候異常變化的重要因素之一。包括我國在內的多個國家都經歷了嚴重的洪澇災害或旱災,導致多國糧食嚴重減產,人民生命財產安全受損。《厄爾尼諾/拉尼娜事件判別方法》國家標準(以下簡稱標準)的制定,有助於我們更好地認識此氣候現象。

  科學認定海溫指數選區

  據負責標準文本編寫,制定厄爾尼諾/拉尼娜事件監測指標和判別方法,執筆編制說明的項目負責人、國家氣候中心氣候研究開放實驗室研究員任宏利博士介紹,國際主流標準以NINO3.4區或者NINO3區海表溫度距平指數作為基本監測指標來設計業務方案和標準,例如美國以NINO3.4指數(ININO3.4)3個月滑動平均絕對值超過0.5℃、至少連續5個月即認定為厄爾尼諾/拉尼娜事件發生。美國氣候預報中心每月發布業務監測產品,在國際上應用廣泛。

  中國氣象局國家氣候中心在業務上主要以NINO Z區(亦稱NINO綜合區,即NINO1+2區、NINO3區和NINO4區海溫指數按照所對應三個海區的面積加權平均得到)的海溫距平指數作為判定厄爾尼諾/拉尼娜事件的依據。但該指數表徵了熱帶太平洋海溫異常變化的整體情況,無法對近30年發生愈發頻繁且業界廣為關注的兩類厄爾尼諾/拉尼娜現象(海溫異常中心分別位於赤道中、東太平洋)進行刻畫,不利於診斷、歸因和預測。「簡言之,就是NINO Z選取範圍太過廣大,並且不能詳細分析厄爾尼諾/拉尼娜東部型和中部型的差異,而這種差異對我國氣候預測是至關重要的。」任宏利說。

  一個最明顯的例子是,歷史上長江流域的大水年(1969年、1983年、1987年、1991年和1998年)都發生在厄爾尼諾的次年,但歷史上一些弱事件(如1970年代後期)在NINO Z指標中無法監測到。

  區分東部型和中部型

  鑑於NINO Z區的這些缺點,新出爐的標準採用了國際通用的 ININO3.4來判別事件的發生、強度、持續時間等,用東部型指數(IEP)和中部型指數(ICP)來判定事件的類型。首先,ININO3.4的3個月滑動平均絕對值達到或超過0.5℃、持續至少5個月,判定為一次厄爾尼諾/拉尼娜事件(指數≥0.5℃為厄爾尼諾事件;指數≤-0.5℃為拉尼娜事件);以ININO3.4滿足事件判定的時間為持續時間;在事件過程中,ININO3.4的3個月滑動平均絕對值達到最大的時間和數值分別定義為事件的峰值時間和峰值強度。然後,用IEP和ICP來判定事件的類型:事件過程中IEP的絕對值達到或超過0.5℃且持續至少3個月的類型判定為東部型事件;事件過程中ICP的絕對值達到或超過0.5℃且持續至少3個月的類型判定為中部型事件;若一次事件中同時包含上述兩種情況、存在兩種類型間的轉換,則將事件峰值所在類型定義為事件主體類型,另一種為非主體類型,整個事件的類型以事件主體類型為準。

  這樣的考慮,在判定事件發生的同時兼顧了區分東部型和中部型事件,可全面監測到每一次厄爾尼諾和拉尼娜事件,基本不會出現事件遺漏。

  據任宏利介紹,這樣的判斷對於我國氣候預測具有重要意義。當東部型厄爾尼諾發生時,從當年秋季到次年夏季,我國東部地區都有顯著的降水異常,降水異常的區域在不同的季節有變化。但是當中部型厄爾尼諾發生時,我國大部分地區與厄爾尼諾的關係並不顯著、季節差異性大。因為新標準中的指標組能夠全面監測到所有厄爾尼諾/拉尼娜事件,尤其沒有遺漏東部型事件,它對事件的監測結果與中國氣候異常對應關係好於其他指標。

  標準一方面採用ININO3.4來表徵厄爾尼諾/拉尼娜事件的判別、強度和持續時間,與國際接軌;另一方面考慮到不同類型的厄爾尼諾對我國氣候的影響差異,引入了東部型指數和中部型指數,用以區分厄爾尼諾/拉尼娜的類型差別以及轉換和傳播特徵,體現出該標準的科學性和自主性。

  業務應用性強

  標準出臺後,需要進行業務應用。這就要求標準意義明確,計算方便,操作相對簡單。因而,項目組在制定標準的時候充分考慮了可操作性。

  據任宏利介紹,利用ININO3.4判別事件的發生和強度等,可與國際科研業務主流慣例實現接軌,能夠抓住厄爾尼諾/拉尼娜發展和位相變化的動力學機制核心區域,強化中東太平洋海溫的指示價值。而利用IEP和ICP來判別東部型和中部型事件,是標準的一大特色。直接利用業務上監測的NINO3區和NINO4區海溫指數,通過簡單的數學變換,即可得到IEP和ICP,定義簡單、適於業務監測使用。圍繞其建立厄爾尼諾/拉尼娜事件監測標準具有很好的適用性,業務可操作性強。

  更為重要的是,用IEP和ICP可以衡量出兩類事件對中國氣候不同的影響關係。就中國東部地區夏季降水而言,ICP所反映的中部型影響與IEP所反映的東部型影響都很明顯,且基本上影響相反。例如,中部型會導致華北-西北東部地區多雨、長江流域少雨,東部型則使得華北-西北地區東部少雨、長江流域多雨。相比之下,NINO3.4區介於東部型和中部型之間,其海溫異常的影響也是介於兩種類型指數影響之間,即無論是正負影響區的振幅都明顯弱於IEP和ICP的影響。這充分說明,從氣候影響來看,採用IEP和ICP作為監測指標來判別事件,要比單純用ININO3.4對我國氣候異常更具有指示意義。

  (來源:《中國氣象報》2017年6月20日三版 責任編輯:張林)

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