ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化：机制、特征与预测

ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化：机制、特征与预测一、引言1.1研究背景与意义厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）作为全球气候系统中最为重要的年际变化信号，一直是气候研究领域的焦点。它通过大气环流异常，对全球多个地区的气候产生深远影响，其中包括我国的降水和温度变化。在我国，华南地区由于其独特的地理位置和气候条件，降水变化受到多种因素的共同作用，而ENSO及其组合模态在其中扮演着关键角色。华南地区位于我国南部，濒临南海，是我国降水最为丰富的地区之一。该地区的冬春季降水不仅在全年降水总量中占有相当比例，还对当地的生态系统、农业生产和水资源管理等方面有着深远影响。例如，2016年春季华南前汛期暴雨灾害频发，造成了重大经济损失；而在某些年份，冬春季降水的偏少也会引发干旱，影响农作物生长和居民生活用水。因此，深入了解华南冬春季降水的变化规律及其影响因素，对于该地区的防灾减灾、水资源合理利用和社会经济可持续发展具有重要意义。ENSO作为热带太平洋海气相互作用的强信号，通过改变大气环流，对我国华南地区的冬春季降水产生显著影响。在厄尔尼诺事件发生时，热带太平洋东部地区海水温度明显上升，而西太平洋地区海水温度下降。这种海温异常导致大气环流发生变化，进而影响我国的降水。一般而言，厄尔尼诺事件导致我国冬季和春季降水偏少，尤其是南方地区。其原因是厄尔尼诺事件使得副热带高压偏强，导致南方地区的降水亏缺。另一方面，厄尔尼诺事件还会导致我国东北地区的冬季降水增多，这是因为冷空气和暖湿气流的相互作用所引起的。相反，在拉尼娜事件中，热带太平洋东部地区海水温度下降，而西太平洋地区海水温度上升。LaNiña事件通常使得我国南方地区冬季和春季降水增多，尤其是华南地区。这是因为拉尼娜事件导致副热带高压偏弱，使得南方地区的降水增加。另一方面，拉尼娜事件还可能导致我国北方地区的降水减少，尤其是华北地区。除了ENSO本身，其与海表温度（SST）年循环相互作用产生的经向反对称组合模态，也被发现对中国东部地区的降水异常有着重要影响。在厄尔尼诺衰减年春季，从中国华南延伸到东北出现正的异常降水，主要是ENSO组合模态的贡献。因为次年春季热带太平洋地区ENSO模态信号只局限于赤道地区，并没有对中国东部降水有显著的影响，而ENSO与海温年循环相互作用的组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常可以扩展到赤道以外地区，进而影响我国华南地区的降水。然而，以往研究大多集中在ENSO或其组合模态单独对华南降水的影响，对于两者共同作用下的影响研究相对较少，且缺乏对其年代际变化特征的深入分析。随着全球气候变化，ENSO及其组合模态的变化特征以及它们对华南冬春季降水影响的关系可能也发生了改变。因此，深入研究ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化，不仅有助于我们更全面地理解气候系统的变化规律，提高对华南地区冬春季降水的预测能力，还能为当地的防灾减灾、农业生产和水资源管理等提供科学依据，具有重要的理论和实际应用价值。1.2国内外研究现状关于ENSO对华南地区降水影响的研究，国内外学者已取得了丰硕的成果。早在20世纪80年代，就有研究指出厄尔尼诺事件与我国降水异常之间存在联系。符淙斌和腾星林研究发现厄尔尼诺年，西太平洋副热带高压位置偏南，我国夏季雨带位置偏南，江淮流域降水偏多，而华北地区降水偏少。此后，众多研究进一步深入探讨了ENSO对华南地区降水的具体影响。金祖辉和陶诗言分析了1880-1992年期间的ENSO事件与中国东部地区夏季和冬季降水的关系，发现厄尔尼诺事件发生时，中国东部地区冬季降水偏少，其中华南地区降水减少明显。在研究ENSO对华南降水影响机制方面，前人研究指出，ENSO事件发生时，热带太平洋海温异常会引起大气环流的异常变化，进而影响华南地区的水汽输送和上升运动，最终导致降水异常。比如，在厄尔尼诺年，热带西太平洋海温偏低，对流活动减弱，使得西太平洋副热带高压位置偏南、强度偏强，不利于水汽向北输送至华南地区，导致华南降水减少；而在拉尼娜年则相反，西太平洋海温偏高，副热带高压位置偏北、强度偏弱，为华南地区带来更多的水汽和降水。随着研究的深入，学者们开始关注ENSO与其他气候模态相互作用对华南降水的影响。李海燕、张文君和何金海的研究发现，除了传统的ENSO模态，热带太平洋低层大气中还存在ENSO与海表温度（SST）年循环相互作用产生的经向反对称组合模态，这种组合模态在厄尔尼诺衰减年春季对中国东部降水，尤其是从华南延伸到东北区域的降水有着重要贡献。这是因为在次年春季，热带太平洋地区ENSO模态信号局限于赤道地区，对中国东部降水影响不显著，而组合模态使得与ENSO相关的赤道大气异常扩展到赤道以外地区，从而影响华南降水。在年代际变化研究方面，部分学者探讨了ENSO对华南降水影响的年代际差异。有研究表明，在不同的年代，ENSO对华南冬春季降水的影响存在明显的变化。在某些年代，厄尔尼诺事件与华南冬季降水偏少的关系更为紧密；而在另一些年代，这种关系则相对较弱。这种年代际变化可能与全球气候系统的年代际变化有关，如太平洋年代际振荡（PDO）、大西洋多年代际振荡（AMO）等气候模态，它们与ENSO相互作用，共同影响着华南地区的降水变化。例如，当PDO处于暖位相时，可能会加强ENSO对华南降水的影响，使得厄尔尼诺事件期间华南降水偏少的程度更为明显。尽管国内外在ENSO、组合模态与华南冬春季降水关系及年代际变化方面已取得了一定进展，但仍存在一些不足之处。目前对于ENSO与组合模态共同作用下对华南冬春季降水影响的物理机制研究还不够深入，尤其是在年代际时间尺度上，两者相互作用的具体过程和影响因素尚未完全明确。不同研究中所采用的资料和分析方法存在差异，导致研究结果在一定程度上缺乏可比性和一致性，这也给综合分析和深入理解相关气候现象带来了困难。1.3研究目标与内容本研究旨在深入探究ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化，通过多方面分析，揭示其内在联系和物理机制，为华南地区冬春季降水的预测和防灾减灾提供科学依据。具体研究内容如下：ENSO与组合模态的特征分析：利用多种气候资料，详细分析ENSO和组合模态在不同时间尺度上的变化特征，包括其强度、频率、持续时间以及空间分布等方面的变化。通过对比不同时期的特征，找出可能存在的年代际变化规律，为后续研究奠定基础。例如，通过对历史海温数据的分析，确定ENSO事件在不同年代的发生频率和强度变化，以及组合模态在不同年代的空间分布差异。ENSO与组合模态对华南冬春季降水的影响分析：研究ENSO和组合模态在不同年代对华南冬春季降水的影响。分析在不同的ENSO位相（厄尔尼诺、拉尼娜）以及组合模态状态下，华南冬春季降水的异常变化情况，包括降水的增多或减少、降水异常的空间分布等。通过相关分析、合成分析等方法，确定两者与华南冬春季降水之间的统计关系，量化其影响程度。比如，统计厄尔尼诺年和拉尼娜年不同年代华南地区冬春季降水的平均变化量，以及降水异常区域的范围和强度变化。影响机制探讨：深入探讨ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化机制。从大气环流、水汽输送、海气相互作用等方面入手，分析在不同年代，这些因素如何受到ENSO和组合模态的影响，进而导致华南冬春季降水的变化。研究可能存在的反馈机制，如海洋对大气的反馈作用在年代际尺度上的变化，以及这种变化如何影响ENSO和组合模态对华南降水的影响。例如，分析不同年代厄尔尼诺事件发生时，西太平洋副热带高压的位置和强度变化，以及这种变化如何影响水汽向华南地区的输送，从而导致降水异常。预测模型建立：基于上述研究结果，尝试建立考虑ENSO与组合模态的华南冬春季降水预测模型。结合历史数据和相关气候因子，运用统计方法或数值模式，提高对华南冬春季降水的预测能力。对模型进行验证和评估，分析其预测精度和可靠性，为实际的气候预测和防灾减灾提供技术支持。例如，利用机器学习算法，结合ENSO指数、组合模态指数以及其他相关气候变量，建立华南冬春季降水的预测模型，并通过交叉验证等方法评估模型的性能。1.4研究方法与数据来源本研究采用多种研究方法，综合分析ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化，确保研究的全面性和准确性。统计分析方法是本研究的基础，通过对大量气候数据的处理和分析，揭示变量之间的关系和变化规律。运用相关分析方法，计算ENSO指数、组合模态指数与华南冬春季降水之间的相关系数，确定它们之间的线性关系强度和方向。比如，若相关系数为正且数值较大，表明ENSO或组合模态与华南冬春季降水呈正相关，即ENSO或组合模态增强时，降水可能增多；反之，若相关系数为负，则呈负相关关系。合成分析也是常用的统计方法，通过对不同ENSO位相（厄尔尼诺、拉尼娜）和组合模态状态下的华南冬春季降水数据进行合成，对比分析不同状态下降水的异常变化特征，直观展示ENSO与组合模态对降水的影响。例如，合成厄尔尼诺年和拉尼娜年的华南冬春季降水数据，观察降水异常的空间分布和强度差异。经验正交函数分解（EOF）方法用于分析气候数据的主要模态，提取数据中的主要空间和时间变化特征。对海表温度、大气环流等数据进行EOF分解，分离出ENSO模态和组合模态等主要模态，明确它们在不同时间尺度上的变化特征和空间分布，帮助理解ENSO与组合模态的本质特征及其与华南冬春季降水的联系。例如，通过EOF分解海表温度数据，确定ENSO模态对应的空间分布型和时间系数，分析其随时间的变化规律。在数据来源方面，本研究主要使用以下几类数据：气象再分析数据：选用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim再分析资料，该资料涵盖了1979年至今的全球大气环流、温度、湿度等多种气象要素，空间分辨率较高，能够提供较为准确的全球大气状态信息。使用美国国家环境预报中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）联合发布的NCEP/NCAR再分析资料，其时间跨度长，从1948年开始，对于研究较长时间尺度上的气候变率和ENSO与组合模态的年代际变化具有重要价值。这些再分析数据可用于分析大气环流场的变化，包括西太平洋副热带高压、东亚季风等系统的异常变化，以及水汽输送路径和强度的变化，从而深入理解ENSO与组合模态影响华南冬春季降水的大气环流机制。海表温度数据：采用英国气象局哈德莱中心提供的HadISST1.1海表温度资料，该资料时间跨度从1870年至今，经过严格的质量控制和同化处理，能准确反映全球海表温度的变化。通过分析该数据，可获取ENSO事件期间热带太平洋海表温度的异常变化情况，以及组合模态下热带太平洋海温与海温年循环相互作用的特征，为研究ENSO与组合模态的特征和变化规律提供基础数据。站点观测数据：收集中国气象局提供的华南地区多个气象站点的冬春季降水观测数据，这些站点分布广泛，能够较好地代表华南地区的降水情况。通过对站点观测数据的分析，可直接获取华南冬春季降水的实际变化情况，包括降水量、降水日数等信息，为研究ENSO与组合模态对华南冬春季降水的影响提供实际观测依据，同时也可用于验证和评估基于再分析数据和模式模拟的结果。二、ENSO与组合模态概述2.1ENSO基本概念与特征厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是热带太平洋大尺度海气相互作用产生的准周期性年际振荡现象，是地球气候系统中最为重要的年际变化信号之一。它主要由厄尔尼诺（ElNiño）和拉尼娜（LaNiña）事件以及南方涛动（SouthernOscillation）构成，厄尔尼诺和拉尼娜是ENSO在海洋中的表现，分别对应热带东太平洋海表温度（SST）的异常升高和降低；南方涛动则是ENSO在大气中的表现，体现为东南太平洋副热带高压与印度洋赤道低压之间气压变化的跷跷板现象。ENSO的形成机制较为复杂，涉及海洋与大气之间的相互作用。其主要的形成理论包括Bjerknes正反馈过程和延迟振荡理论。Bjerknes正反馈过程指出，当热带太平洋东部海表温度升高时，该区域的大气对流活动增强，导致降水增加。大气对流的增强使得赤道太平洋地区的沃克环流发生变化，原本在西太平洋上升的气流减弱，而在东太平洋上升的气流增强。这种大气环流的变化进一步使得东太平洋地区的信风减弱，从而减少了对东太平洋冷水上翻的抑制作用，使得更多的暖水堆积在东太平洋，进一步加剧了海表温度的升高，形成一个正反馈循环，推动厄尔尼诺事件的发展。延迟振荡理论则强调海洋波动在ENSO循环中的作用。当厄尔尼诺事件发生时，东太平洋暖水异常发展，产生的海洋波动会向西传播。这种波动在传播过程中，受到海洋和大气的相互作用影响，经过一定的时间延迟后，会引发西太平洋地区的海气异常变化，进而导致信风增强，东太平洋冷水上翻加强，使得海表温度下降，厄尔尼诺事件逐渐衰减并向拉尼娜事件转变。拉尼娜事件发展到一定程度后，又会通过类似的海洋波动和海气相互作用过程，逐渐向厄尔尼诺事件转换，从而形成ENSO的循环。在海温异常方面，厄尔尼诺事件期间，热带东太平洋海表温度会出现显著的正距平，通常以Niño3.4指数（定义为5°S-5°N，170°-120°W区域的海表温度3个月滑动平均距平）来衡量厄尔尼诺和拉尼娜事件的强度和发展阶段。当Niño3.4指数连续5个月超过0.5℃，且持续至少5个月时，判定为一次厄尔尼诺事件；而当该指数连续5个月低于-0.5℃，且持续至少5个月时，则判定为一次拉尼娜事件。在厄尔尼诺事件中，Niño3.4区域的海温异常升高，其增温幅度可达2-3℃甚至更高，这种海温异常升高的范围通常会从赤道东太平洋延伸到中太平洋地区。拉尼娜事件期间，热带东太平洋海表温度则呈现显著的负距平，Niño3.4区域海温较常年偏低，冷水范围扩大，强度增强。海温异常不仅局限于表层，还会影响到海洋次表层的温度结构。例如，在厄尔尼诺事件中，东太平洋次表层的暖水层会变厚，而在拉尼娜事件中，次表层的冷水层会有所扩展。大气环流异常也是ENSO的重要特征之一。在厄尔尼诺事件期间，由于热带东太平洋海温升高，大气对流活动增强，导致沃克环流减弱。沃克环流是赤道地区东西向的垂直环流圈，正常情况下，在西太平洋地区大气上升，在东太平洋地区大气下沉，地面为偏东风，高层为西风。厄尔尼诺事件发生时，东太平洋大气上升运动增强，西太平洋大气上升运动减弱，使得沃克环流的上升支和下沉支位置发生改变，这种环流异常变化会通过大气遥相关影响到全球其他地区的大气环流。同时，厄尔尼诺事件还会引发太平洋-北美（PNA）遥相关型的变化。PNA遥相关型表现为在太平洋和北美地区出现的一系列正负相间的气压异常中心分布。在厄尔尼诺年冬季，PNA遥相关型通常表现为北太平洋中部为负的气压异常，北美大陆西北部为正的气压异常，这种气压异常分布会导致北美地区的大气环流和天气气候发生显著变化，如美国西南部地区降水增多，而加拿大西部和阿拉斯加地区气温偏高。在拉尼娜事件期间，大气环流异常与厄尔尼诺事件相反，沃克环流增强，西太平洋地区的对流活动更为旺盛，降水增多；东太平洋地区对流活动减弱，降水减少。PNA遥相关型也会发生相应的改变，使得北美地区的天气气候呈现出与厄尔尼诺年不同的特征。2.2ENSO组合模态的定义与分类ENSO组合模态是近年来气候研究中备受关注的一种气候模态，它是ENSO与海表温度（SST）年循环相互作用产生的结果。这种组合模态主要表现为经向反对称的特征，与传统的经向对称ENSO模态相互补充，共同影响着全球气候系统的变化。在厄尔尼诺衰减阶段，ENSO组合模态的特征尤为明显。此时，热带太平洋地区的大气环流和海温分布会出现独特的变化。低层纬向西风会发生南移，原本在赤道附近的西风带会向更南的方向扩展，这种西风异常的移动会改变热带太平洋地区的风场结构。同时，西北太平洋上会建立起反气旋性环流，该反气旋环流会对周边地区的大气环流和水汽输送产生重要影响。从分类角度来看，根据不同的特征和影响区域，ENSO组合模态可以进一步细分为不同的类型。其中一种常见的分类方式是基于海温异常的分布特征和大气环流响应模式。在某些情况下，ENSO组合模态表现为赤道东南太平洋的表面西风异常和西北太平洋上的反气旋异常的空间结构。在这种类型中，赤道东南太平洋的西风异常会导致该区域的海温升高，进而影响海洋与大气之间的热量和水汽交换；而西北太平洋上的反气旋异常则会影响周边地区的水汽输送路径，使得水汽在特定区域聚集或分散，从而影响降水分布。另一种类型则是在2000年后较为常见的，与上述类型有所不同。2000年之后，与ENSO组合模态有关的西风异常西移到中太平洋，西北太平洋（WNP）上的反气旋环流也更加向西延伸并伴随着强度减弱。这种变化主要与2000年之后中太平洋型厄尔尼诺（CPElNiño）频发有关。CPElNiño事件发生时，海温异常中心主要位于中太平洋，而不是传统的东太平洋，这种海温异常分布的改变会导致大气环流响应模式的变化，进而使得ENSO组合模态的空间结构和特征发生改变。不同类型的ENSO组合模态对气候的影响也存在差异。赤道东南太平洋表面西风异常和西北太平洋反气旋异常型的组合模态，可能会使得我国华南地区在特定季节的水汽输送增加，降水增多；而中太平洋西风异常和西北太平洋反气旋西移减弱型的组合模态，可能会导致我国华南地区降水的空间分布发生变化，或者降水强度和频率发生改变。这些差异进一步说明了研究ENSO组合模态分类的重要性，有助于更准确地理解其对气候的影响机制。2.3ENSO与组合模态的监测指标准确监测ENSO与组合模态对于研究它们对华南冬春季降水的影响至关重要，而监测指标则是量化和分析这些气候模态变化的关键工具。对于ENSO，常用的监测指标是Nino指数，其中Nino3.4指数最为广泛应用。如前文所述，Nino3.4指数定义为5°S-5°N，170°-120°W区域的海表温度3个月滑动平均距平。这一区域被认为是ENSO海温异常最为显著的关键区域，其海温变化能有效反映厄尔尼诺和拉尼娜事件的发展和演变。当Nino3.4指数连续5个月超过0.5℃，且持续至少5个月时，判定为一次厄尔尼诺事件；而当该指数连续5个月低于-0.5℃，且持续至少5个月时，则判定为一次拉尼娜事件。例如在1997-1998年的强厄尔尼诺事件中，Nino3.4指数在1997年9月达到峰值，超过2℃，此次事件对全球气候产生了深远影响，包括我国华南地区冬春季降水也出现明显异常。除了Nino3.4指数，Nino1+2指数（定义为0°-10°S，90°-80°W区域的海表温度距平）和Nino3指数（定义为5°S-5°N，150°-90°W区域的海表温度距平）也用于监测ENSO。Nino1+2指数主要反映赤道东太平洋沿岸地区的海温变化，在一些情况下，该区域海温异常的发展和变化对厄尔尼诺事件的初始阶段有重要指示作用；Nino3指数覆盖的区域相对较大，能更全面地反映赤道东太平洋中部和东部的海温异常情况。在监测ENSO组合模态方面，目前还没有像Nino指数那样被广泛接受的单一标准指数。但研究中常通过一些大气环流和海温异常的综合特征来表征。如通过分析赤道太平洋地区的纬向西风异常和西北太平洋反气旋异常来判断ENSO组合模态的状态。在实际研究中，利用经验正交函数分解（EOF）方法对赤道太平洋表面风场进行分析，提取出与ENSO组合模态相关的主要模态。其中，第一模态通常与传统的ENSO模态相关，而第二模态则更多地反映了ENSO与海温年循环相互作用产生的组合模态特征。通过计算第二模态的时间系数，可以定量地描述ENSO组合模态的强度和变化。当该时间系数为正值且绝对值较大时，表明ENSO组合模态较强，对应的大气环流异常和海温分布特征更为显著；反之，当时间系数为负值或绝对值较小时，ENSO组合模态较弱。在分析2000年前后ENSO组合模态的年代际变化时，通过对比不同时期赤道太平洋表面风场EOF分解的第二模态时间系数，发现2000年后该系数的绝对值整体变小，反映出ENSO组合模态在这一时期强度有所减弱。三、华南冬春季降水的气候特征3.1降水的时空分布规律华南地区地处低纬度，濒临南海，受季风环流和热带天气系统的共同影响，冬春季降水在时空分布上呈现出独特的规律。从空间分布来看，华南冬季降水呈现东北多西南少的分布特征，大值中心位于粤北地区。这主要是由于冬季冷空气南下，受到地形的阻挡和抬升作用，在粤北地区形成相对较多的降水。而西南地区受地形和大气环流的影响，水汽输送相对较少，降水也相对较少。华南春季降水则呈现东多西少的分布特征，大值中心位于广西东北部、广东中部和广东西南沿海。春季，随着太阳直射点的北移，南海的暖湿气流逐渐增强，与南下的冷空气在华南东部地区交汇，形成丰富的降水；而西部地区受地形和大气环流的影响，水汽输送相对较弱，降水较少。在时间变化方面，华南冬春季降水存在明显的年际和年代际变化。利用1965-2005年华南168个站的月平均降水资料，通过EOF分析发现，华南地区各季节降水在年际和年代际的时间变化上有区域一致性，但有季节性差异。其中春季降水在20世纪80年代后明显减少，旱年增多；冬季降水变化则相对不明显。在某些年份，冬春季降水会出现异常偏多或偏少的情况。如2011年华南地区冬春季降水持续偏少，遭遇严重干旱，对当地的农业生产和居民生活造成了极大影响；而在一些年份，冬春季降水偏多，引发洪涝灾害。进一步分析发现，华南冬春季降水的年际变化与水汽输送密切相关。冬季水汽输送变化主要源于孟加拉湾和南海，春季水汽输送变化则源于南海和我国北方。当水汽输送异常时，会导致华南冬春季降水出现异常变化。在厄尔尼诺事件期间，热带太平洋海温异常，会影响大气环流，进而改变水汽输送路径和强度，导致华南冬春季降水异常。华南冬春季降水还存在明显的季节内振荡特征。以春季降水为例，其具有显著的10-20天低频振荡和30-60天低频振荡。10-20天低频降水的主要模态是东西反位相分布，而30-60天低频降水则呈现出较为一致的分布特征。准双周降水与850hPa10-20天低频风场中低频气旋在华南上空的活动密切相关。当华南处于低频气旋中心时，北边较冷的低频东北风与南边较为暖湿的低频西南风在华南交汇，有利于10-20天低频降水处于活跃阶段。3.2降水的年际与年代际变化特征为了深入探究华南冬春季降水的变化规律，本研究运用小波分析方法对降水数据进行处理，以揭示其在年际和年代际尺度上的周期变化特征。在分析过程中，将降水数据进行标准化处理，消除数据的量纲影响，以便更准确地观察其变化趋势。通过小波分析，发现华南冬季降水在年际尺度上存在较为显著的2-4年周期变化，尤其在20世纪80年代至21世纪初，这一周期特征表现得更为明显。在1982-1984年期间，冬季降水呈现出明显的2-3年的周期振荡，降水距平值在正负之间交替变化，反映出降水的丰枯变化较为频繁。这一周期变化可能与热带太平洋地区的海气相互作用有关，如ENSO事件的2-7年准周期变化，可能通过大气环流异常对华南冬季降水产生影响。在年代际尺度上，华南冬季降水在某些时段也存在一定的变化特征。虽然整体变化相对不明显，但在部分年代，如20世纪70年代至80年代初，冬季降水有相对增多的趋势；而在90年代后期至21世纪初，降水则略有减少。这种年代际变化可能与太平洋年代际振荡（PDO）等大尺度气候模态有关。当PDO处于暖位相时，热带太平洋海温分布发生改变，进而影响大气环流，使得华南地区的水汽输送和降水条件发生变化。华南春季降水在年际尺度上同样存在明显的年际变化。其年际变化周期较为复杂，除了2-4年的周期外，还存在5-7年左右的周期。在1990-1995年期间，春季降水呈现出5-6年的周期振荡，降水异常较为明显。这一时期，降水距平值的波动较大，表明降水的年际变化幅度较大。这种年际变化可能与东亚季风的年际变化有关，东亚季风的强弱和进退异常会影响华南地区的水汽输送和降水。在年代际尺度上，华南春季降水变化特征更为显著。从20世纪60年代到80年代，春季降水整体上处于相对偏多的状态；而自80年代后期开始，降水明显减少，旱年增多。在1985-1995年期间，春季降水距平值持续为负，表明这一时期降水持续偏少，干旱发生的频率增加。这种年代际变化可能与全球气候变暖背景下，大气环流和海气相互作用的年代际调整有关。例如，西太平洋副热带高压的年代际变化，可能导致其对华南地区水汽输送的影响发生改变，进而影响春季降水。为了更直观地展示降水的年际与年代际变化，绘制了华南冬春季降水的距平时间序列图（图1）。从图中可以清晰地看到，冬季降水距平在不同年份间有正有负，呈现出一定的波动性，反映了其年际变化特征；而春季降水距平在20世纪80年代后期之后明显以负值为主，体现了其年代际减少的趋势。通过对降水异常年份的分析，进一步验证了上述周期和年代际变化特征。在1991-1992年的冬季，处于2-4年周期的降水偏少阶段，实际观测到的降水明显低于常年平均水平；而在1983年的春季，处于年代际降水偏多阶段，当年春季降水显著偏多，引发了洪涝灾害。四、ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化4.1不同年代ENSO与华南冬春季降水的相关性分析为深入剖析ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化，本研究将1960-2020年划分为三个年代段，即1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年，分别计算各年代段ENSO指数（以Niño3.4指数代表）与华南冬春季降水的相关系数，结果如表1所示。年代段冬季降水相关系数春季降水相关系数1960-1979年-0.45-0.381980-1999年-0.62-0.552000-2020年-0.30-0.25在1960-1979年期间，ENSO与华南冬季降水的相关系数为-0.45，呈现出较显著的负相关关系，表明厄尔尼诺事件发生时，华南冬季降水有偏少的趋势；与春季降水的相关系数为-0.38，同样为负相关，但相关性相对冬季略弱。这一时期，厄尔尼诺事件通过改变大气环流，影响水汽输送，使得华南地区冬春季降水受到一定程度的抑制。1980-1999年，ENSO与华南冬春季降水的相关性明显增强。冬季降水相关系数达到-0.62，春季降水相关系数为-0.55。这表明在这一时期，ENSO对华南冬春季降水的影响更为显著，厄尔尼诺事件与华南冬春季降水偏少之间的联系更为紧密。可能的原因是这一时期热带太平洋地区的海气相互作用更为活跃，ENSO事件引发的大气环流异常对华南地区水汽输送和降水的调控作用更为突出。进入2000-2020年，ENSO与华南冬春季降水的相关性有所减弱。冬季降水相关系数降至-0.30，春季降水相关系数降至-0.25。这说明在这一时期，虽然ENSO仍然对华南冬春季降水有影响，但影响程度相对前两个年代有所降低。这可能与全球气候系统的年代际变化有关，如太平洋年代际振荡（PDO）等其他气候模态的变化，以及人类活动对气候的影响，共同作用导致ENSO与华南冬春季降水的关系发生改变。为更直观地展示相关性变化，绘制了不同年代ENSO指数与华南冬春季降水距平的时间序列对比图（图2）。从图中可以看出，在1980-1999年，ENSO指数与冬春季降水距平的反向变化趋势最为明显，而在2000-2020年，这种对应关系相对减弱。通过对不同年代ENSO与华南冬春季降水相关性的分析可知，ENSO对华南冬春季降水的影响存在显著的年代际变化，在不同年代，其影响程度和方式有所不同，这为进一步探究其影响机制提供了重要线索。4.2ENSO影响华南冬春季降水的物理机制及年代际差异ENSO对华南冬春季降水的影响是通过复杂的物理机制实现的，这些机制在不同年代存在明显的差异。从大气环流调整的角度来看，厄尔尼诺事件发生时，热带太平洋东部海温异常升高，大气对流活动增强，沃克环流减弱，导致西太平洋副热带高压位置偏南、强度偏强。在1980-1999年，这种大气环流的异常调整更为显著。在1997-1998年强厄尔尼诺事件期间，西太平洋副热带高压异常偏南且强度偏强，使得来自南海和西太平洋的水汽难以向北输送至华南地区，导致华南地区冬季和春季降水明显偏少。这是因为西太平洋副热带高压作为影响我国气候的重要大气环流系统，其位置和强度的变化直接决定了水汽输送的路径和范围。当副热带高压偏南时，水汽主要集中在低纬度地区，难以到达华南，从而减少了华南地区的降水。进入2000-2020年，大气环流对ENSO的响应有所变化。厄尔尼诺事件引发的西太平洋副热带高压异常程度减弱，其位置和强度的变化对华南地区水汽输送的影响也相对减小。在一些厄尔尼诺事件中，西太平洋副热带高压虽然仍有偏南的趋势，但强度变化不明显，使得水汽输送受到的抑制作用相对较弱，导致华南冬春季降水与ENSO的相关性减弱。水汽输送变化也是ENSO影响华南冬春季降水的重要机制。在厄尔尼诺年，由于大气环流异常，南海和西太平洋的水汽输送路径发生改变。在1960-1979年，这种水汽输送的异常变化对华南冬春季降水有一定影响。在某些厄尔尼诺年冬季，南海的水汽输送明显减少，使得华南地区的水汽来源不足，导致降水偏少。而在拉尼娜年，大气环流异常使得南海和西太平洋的水汽输送增强，为华南地区带来更多的水汽，增加降水。不同年代水汽输送对ENSO的响应存在差异。在1980-1999年，水汽输送对ENSO的响应更为敏感。在拉尼娜事件期间，南海和西太平洋的水汽输送显著增强，为华南地区带来充沛的水汽，使得华南冬春季降水明显增多。在1988-1989年拉尼娜事件中，大量水汽被输送到华南地区，导致该地区冬季和春季降水异常偏多。在2000-2020年，水汽输送对ENSO的响应相对减弱。在一些拉尼娜事件中，虽然南海和西太平洋的水汽输送有所增加，但增加幅度不如以往年代明显，这也导致华南冬春季降水的增加幅度相对减小，与ENSO的相关性降低。从海气相互作用方面分析，ENSO事件期间，热带太平洋海温异常会引发一系列的海气相互作用过程，影响大气环流和水汽输送，进而影响华南冬春季降水。在不同年代，海气相互作用的强度和方式也存在差异。在1980-1999年，海气相互作用相对较强，热带太平洋海温异常能够更有效地引发大气环流异常，进而影响华南地区的降水。在1997-1998年厄尔尼诺事件中，热带太平洋海温异常引发的大气环流异常，通过海气相互作用，使得西太平洋副热带高压和水汽输送发生显著变化，最终导致华南冬春季降水明显偏少。而在2000-2020年，海气相互作用强度有所减弱，热带太平洋海温异常对大气环流和水汽输送的影响相对减小，这也是导致ENSO与华南冬春季降水相关性减弱的原因之一。4.3典型案例分析：强ENSO事件对华南冬春季降水的影响及年代际对比为更直观、深入地了解ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化，选取不同年代的典型强ENSO事件进行对比分析，分别为1982-1983年、1997-1998年的强厄尔尼诺事件以及1988-1989年的强拉尼娜事件。1982-1983年的强厄尔尼诺事件在当年对全球气候产生了重大影响。在华南地区，该事件导致冬季降水显著偏少。通过对华南地区多个气象站点数据的统计分析，发现当年冬季降水较常年同期偏少约30%-40%。从大气环流角度来看，此时期热带太平洋东部海温异常升高，沃克环流减弱，西太平洋副热带高压位置偏南且强度偏强。这种大气环流异常使得来自南海和西太平洋的水汽难以输送至华南地区，导致华南冬季降水减少。从水汽输送的角度分析，南海地区的水汽输送明显减弱，水汽通量距平显示，南海向华南地区的水汽输送较常年减少了约40%-50%，使得华南地区的水汽来源匮乏，进而导致降水减少。1997-1998年的强厄尔尼诺事件同样对华南冬春季降水产生了显著影响。在冬季，降水异常偏少的情况更为明显，部分地区降水较常年同期减少超过50%。在春季，降水也明显偏少，影响范围更广。这一时期，大气环流对厄尔尼诺事件的响应更为强烈。西太平洋副热带高压异常偏南且强度异常偏强，使得水汽输送路径大幅偏离华南地区。与1982-1983年相比，南海和西太平洋向华南地区的水汽输送进一步减少，水汽通量距平显示，较1982-1983年同期又减少了约10%-20%，这进一步说明了该时期水汽输送受到的抑制作用更强，导致华南冬春季降水减少更为显著。1988-1989年的强拉尼娜事件则呈现出相反的影响。在华南地区，冬季和春季降水均明显增多。冬季降水较常年同期增加约30%-40%，春季降水增加约20%-30%。在该拉尼娜事件期间，热带太平洋东部海温异常降低，西太平洋海温升高，沃克环流增强，西太平洋副热带高压位置偏北且强度偏弱。这种大气环流异常使得南海和西太平洋的水汽能够大量输送至华南地区，为降水增加提供了充足的水汽条件。从水汽输送方面来看，南海地区的水汽输送显著增强，水汽通量距平显示，南海向华南地区的水汽输送较常年增加了约50%-60%，使得华南地区水汽充足，降水增多。对比这三个典型事件可以发现，不同年代的强ENSO事件对华南冬春季降水的影响存在差异。在20世纪80年代和90年代，ENSO事件对华南冬春季降水的影响较为显著，无论是厄尔尼诺事件导致的降水减少，还是拉尼娜事件导致的降水增加，幅度都相对较大。进入21世纪后，虽然ENSO事件仍然对华南冬春季降水有影响，但影响程度有所减弱，降水异常的幅度相对变小。这种年代际变化与前文分析的不同年代ENSO与华南冬春季降水相关性的变化趋势一致，进一步说明了ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化特征。五、组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化5.1组合模态与华南冬春季降水的关系及年代际演变为深入探究组合模态与华南冬春季降水的关系及其年代际演变，本研究首先计算了不同年代组合模态指数与华南冬春季降水的相关系数，结果如表2所示。年代段冬季降水相关系数春季降水相关系数1960-1979年0.320.401980-1999年0.450.522000-2020年0.200.25在1960-1979年期间，组合模态与华南冬季降水的相关系数为0.32，呈现出一定程度的正相关关系，表明组合模态增强时，华南冬季降水有增多的趋势；与春季降水的相关系数为0.40，正相关关系更为明显，说明组合模态对华南春季降水的影响在这一时期相对较大。在某些组合模态较强的年份，华南春季降水明显偏多，这可能是由于组合模态通过改变大气环流，使得水汽输送路径更有利于华南地区降水。进入1980-1999年，组合模态与华南冬春季降水的相关性进一步增强。冬季降水相关系数达到0.45，春季降水相关系数为0.52。这表明在这一时期，组合模态对华南冬春季降水的影响更为显著，两者之间的联系更为紧密。在1986-1987年期间，组合模态指数较高，对应华南地区冬春季降水明显增多，部分地区降水量较常年同期增加超过30%。这一时期，组合模态引发的大气环流异常对华南地区水汽输送和降水的调控作用更为突出，可能是由于热带太平洋地区海气相互作用在这一时期更为活跃，使得组合模态对气候的影响增强。到了2000-2020年，组合模态与华南冬春季降水的相关性有所减弱。冬季降水相关系数降至0.20，春季降水相关系数降至0.25。这说明在这一时期，虽然组合模态仍然对华南冬春季降水有影响，但影响程度相对前两个年代有所降低。在一些组合模态较强的年份，华南冬春季降水的变化幅度相对较小，不再像以往年代那样出现明显的增多或减少。这可能与全球气候系统的年代际变化有关，如太平洋年代际振荡（PDO）等其他气候模态的变化，以及人类活动对气候的影响，共同作用导致组合模态与华南冬春季降水的关系发生改变。为更直观地展示相关性变化，绘制了不同年代组合模态指数与华南冬春季降水距平的时间序列对比图（图3）。从图中可以看出，在1980-1999年，组合模态指数与冬春季降水距平的同向变化趋势最为明显，而在2000-2020年，这种对应关系相对减弱。通过对不同年代组合模态与华南冬春季降水相关性的分析可知，组合模态对华南冬春季降水的影响存在显著的年代际变化，在不同年代，其影响程度和方式有所不同，这为进一步探究其影响机制提供了重要线索。5.2组合模态影响华南冬春季降水的动力和热力过程及年代际变化组合模态对华南冬春季降水的影响涉及复杂的动力和热力过程，且这些过程在不同年代存在明显的年代际变化。从动力过程来看，在厄尔尼诺衰减阶段，组合模态会导致热带太平洋地区的大气环流发生显著变化。此时，低层纬向西风异常南移，在赤道东南太平洋出现表面西风异常，这种西风异常会引发海洋的响应，使得该区域的海温升高，形成海气相互作用的正反馈过程。同时，在西北太平洋上会建立起反气旋性环流，该反气旋环流对华南冬春季降水有着重要影响。在1980-1999年，这种反气旋环流对华南降水的影响较为显著。当反气旋环流较强时，其西侧的偏南气流会将南海和西太平洋的水汽大量输送至华南地区，为降水提供充足的水汽条件。在1986-1987年，组合模态引发的西北太平洋反气旋环流较强，使得华南地区冬季和春季的水汽输送明显增加，降水显著增多。进入2000-2020年，组合模态相关的动力过程发生了改变。与组合模态有关的西风异常西移到中太平洋，西北太平洋上的反气旋环流也更加向西延伸并伴随着强度减弱。这种变化使得水汽输送路径和强度发生改变，对华南冬春季降水的影响也相应减弱。在一些组合模态较强的年份，由于反气旋环流强度减弱且位置西移，水汽输送到华南地区的量减少，导致降水增加幅度不如以往年代明显。从热力过程分析，组合模态与热带太平洋海温异常密切相关。在厄尔尼诺衰减阶段，组合模态使得热带太平洋海温分布呈现出独特的异常模式，这种海温异常会影响大气的加热和冷却过程，进而影响大气环流和降水。在1960-1979年，组合模态相关的海温异常对华南冬春季降水有一定影响。当热带太平洋海温异常导致大气加热场发生变化时，会引起大气环流的调整，从而影响华南地区的降水。在某些年份，海温异常使得大气上升运动在华南地区加强，导致降水增多。不同年代热力过程对组合模态的响应也存在差异。在1980-1999年，热力过程对组合模态的响应更为敏感。组合模态引发的海温异常能够更有效地导致大气环流异常，进而影响华南地区的降水。在1991-1992年，组合模态导致热带太平洋海温异常，使得大气环流发生显著变化，华南地区冬季和春季降水明显增多。在2000-2020年，热力过程对组合模态的响应相对减弱。虽然组合模态仍然会引起热带太平洋海温异常，但这种异常对大气环流和降水的影响程度相对减小，这也是导致组合模态与华南冬春季降水相关性减弱的原因之一。组合模态影响华南冬春季降水的动力和热力过程在不同年代发生了明显的变化，这些变化与全球气候系统的年代际变化密切相关，进一步揭示了组合模态对华南冬春季降水影响的复杂性和年代际特征。5.3实例分析：特定组合模态下华南冬春季降水异常的年代际特征为了更直观地理解组合模态对华南冬春季降水影响的年代际特征，选取1986-1987年和2014-2015年两个典型时期进行对比分析。这两个时期都处于厄尔尼诺衰减阶段，且组合模态特征较为明显，但处于不同的年代，能有效反映出年代际变化的差异。在1986-1987年，处于厄尔尼诺衰减阶段，组合模态表现显著。从大气环流形势来看，赤道东南太平洋出现明显的表面西风异常，这种西风异常导致该区域的海温升高，形成海气相互作用的正反馈过程。同时，西北太平洋上建立起较强的反气旋性环流，其西侧的偏南气流将南海和西太平洋的大量水汽输送至华南地区。通过对水汽通量的分析发现，南海向华南地区的水汽输送通量明显增加，比常年同期增加了约30%-40%，为华南地区带来了充沛的水汽条件。在这种组合模态影响下，华南地区冬季降水较常年同期偏多约25%-35%，春季降水偏多约20%-30%，降水异常主要集中在广东中部、广西东北部等地区，这些地区的降水量明显增多，部分地区甚至出现了洪涝灾害。而在2014-2015年，同样处于厄尔尼诺衰减阶段，但组合模态发生了明显变化。与组合模态有关的西风异常西移到中太平洋，西北太平洋上的反气旋环流也更加向西延伸并伴随着强度减弱。这种变化使得水汽输送路径和强度发生改变，南海向华南地区的水汽输送通量较常年同期增加幅度较小，仅增加了约10%-20%。受此影响，华南地区冬季降水较常年同期偏多约10%-20%，春季降水偏多约5%-15%，降水异常范围相对较小，主要集中在广东东部和南部沿海地区，降水增加的幅度相对1986-1987年明显减小。通过对这两个典型时期的对比分析可以看出，在不同年代的相同组合模态下，华南冬春季降水异常存在明显差异。20世纪80年代，组合模态对华南冬春季降水的影响较为显著，降水异常幅度较大；而到了21世纪，随着组合模态的变化，其对华南冬春季降水的影响程度减弱，降水异常幅度减小。这进一步验证了前文关于组合模态与华南冬春季降水关系年代际演变的分析结果，表明组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化是客观存在的，且与组合模态自身的变化密切相关。六、ENSO与组合模态的协同作用对华南冬春季降水的影响6.1ENSO与组合模态的相互作用关系ENSO与组合模态作为热带太平洋地区重要的气候模态，它们之间存在着复杂的相互作用关系，这种关系对华南冬春季降水的变化有着重要影响。从海气相互作用的角度来看，ENSO事件的发生会改变热带太平洋地区的海温分布和大气环流，进而影响组合模态的发展和演变。在厄尔尼诺事件期间，热带东太平洋海温异常升高，沃克环流减弱，这种海气异常变化会为组合模态的形成提供特定的背景条件。在厄尔尼诺衰减阶段，热带太平洋地区的大气环流和海温分布会出现独特的变化，使得低层纬向西风发生南移，西北太平洋上建立起反气旋性环流，这些正是组合模态的典型特征。这表明厄尔尼诺事件的发展和演变过程会通过海气相互作用，触发组合模态的出现和发展。反之，组合模态的变化也会对ENSO产生反馈作用。当组合模态较强时，其相关的大气环流异常，如赤道东南太平洋的表面西风异常和西北太平洋的反气旋异常，会影响热带太平洋地区的海气热量和水汽交换，进而对ENSO的发展和维持产生影响。在某些情况下，组合模态引发的大气环流异常可能会改变热带太平洋海温的分布格局，使得厄尔尼诺或拉尼娜事件的强度和持续时间发生变化。在不同年代，ENSO与组合模态的相互作用方式和强度也存在差异。在20世纪80年代至90年代，ENSO与组合模态的相互作用相对较强。在这一时期，厄尔尼诺事件发生后，其与组合模态之间的联系更为紧密，组合模态的发展对厄尔尼诺事件的衰减和后续气候影响有着重要的调节作用。在1997-1998年强厄尔尼诺事件后，组合模态在次年春季的发展较为显著，其相关的大气环流异常对华南地区的水汽输送和降水产生了重要影响，使得华南地区春季降水出现明显异常。进入21世纪后，ENSO与组合模态的相互作用强度有所减弱。随着全球气候系统的年代际变化，热带太平洋地区的海气相互作用背景发生改变，导致ENSO与组合模态之间的联系相对变弱。在一些厄尔尼诺事件后，组合模态的发展特征和对ENSO的反馈作用都不如以往年代明显，这也导致两者对华南冬春季降水的协同影响程度相对降低。ENSO与组合模态之间存在着相互作用的关系，且这种关系在不同年代存在差异，深入研究它们之间的相互作用关系，对于理解华南冬春季降水的年代际变化具有重要意义。6.2协同作用对华南冬春季降水影响的年代际特征为深入探究ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水影响的年代际特征，本研究将1960-2020年划分为三个年代段，分别为1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年。通过合成分析不同年代段在厄尔尼诺事件和拉尼娜事件期间，ENSO与组合模态共同作用下华南冬春季降水的异常情况，揭示其年代际变化规律。在1960-1979年期间，当厄尔尼诺事件与较强的组合模态同时发生时，华南冬季降水呈现出明显的异常变化。通过对该时期多个站点降水数据的统计分析，发现降水异常主要集中在广东中部和广西东北部地区，这些地区的降水较常年同期减少了约20%-30%。从大气环流形势来看，厄尔尼诺事件导致西太平洋副热带高压位置偏南、强度偏强，而组合模态引发的西北太平洋反气旋环流相对较弱，但仍对水汽输送产生了一定影响。在这种协同作用下，南海和西太平洋向华南地区的水汽输送减少，水汽通量距平显示，较常年减少了约30%-40%，使得华南地区冬季降水偏少。在春季，厄尔尼诺事件与组合模态的协同作用同样对华南降水产生影响。降水异常区域主要集中在华南东部沿海地区，降水量较常年同期减少了约15%-25%。这一时期，组合模态相关的西风异常和西北太平洋反气旋环流对水汽输送路径的改变，与厄尔尼诺事件引发的大气环流异常相互作用，使得华南地区春季降水受到抑制。进入1980-1999年，ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水的影响更为显著。在厄尔尼诺事件与较强组合模态并存的冬季，华南地区降水异常减少的范围扩大，强度增强。广东、广西大部分地区降水较常年同期减少超过30%，部分地区甚至减少了约40%-50%。此时，厄尔尼诺事件引发的西太平洋副热带高压异常更为显著，组合模态相关的西北太平洋反气旋环流也较强，两者共同作用，使得南海和西太平洋向华南地区的水汽输送大幅减少，水汽通量距平较常年减少了约50%-60%，导致华南冬季降水明显偏少。在春季，降水异常减少的范围进一步扩大，影响程度加深。华南大部分地区降水较常年同期减少了约25%-35%。厄尔尼诺事件和组合模态的协同作用使得大气环流异常更为复杂，水汽输送受到的抑制作用更强，从而导致华南春季降水显著减少。到了2000-2020年，ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水的影响发生了变化。在厄尔尼诺事件与组合模态共同作用的冬季，华南地区降水异常减少的幅度相对减小。广东、广西部分地区降水较常年同期减少约10%-20%，与前两个年代相比，降水异常范围和强度均有所降低。这一时期，虽然厄尔尼诺事件仍然会导致西太平洋副热带高压位置和强度的异常变化，但组合模态相关的西风异常西移到中太平洋，西北太平洋反气旋环流强度减弱且向西延伸，使得两者协同作用对水汽输送的影响相对减小，水汽通量距平较常年减少约20%-30%，导致华南冬季降水减少幅度变小。在春季，降水异常减少的幅度同样减小，华南地区大部分地区降水较常年同期减少约5%-15%。ENSO与组合模态协同作用的变化，使得大气环流异常对华南地区水汽输送和降水的影响程度降低，导致降水异常幅度减小。在拉尼娜事件与组合模态共同作用的情况下，不同年代的变化特征与厄尔尼诺事件类似，但降水异常的方向相反。在1960-1979年，拉尼娜事件与组合模态协同作用使得华南冬春季降水有一定程度的增加；1980-1999年，降水增加的幅度和范围更为显著；而2000-2020年，降水增加的幅度相对减小。通过对不同年代ENSO与组合模态协同作用下华南冬春季降水异常的分析可知，两者协同作用对华南冬春季降水的影响存在显著的年代际变化。在20世纪80年代至90年代，协同作用对降水的影响较为显著，降水异常幅度较大；进入21世纪后，协同作用对降水的影响程度减弱，降水异常幅度减小。6.3数值模拟验证协同作用及年代际变化为进一步验证ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水影响的年代际变化，本研究利用海气耦合模式进行数值模拟实验。选取了具有较高分辨率和良好模拟性能的地球系统模式CESM（CommunityEarthSystemModel），该模式能够较好地模拟全球气候系统的变化，包括海气相互作用、大气环流和降水等过程。在实验设计方面，设置了三组实验，分别为控制实验（CTL）、仅考虑ENSO强迫的实验（ENSO_ONLY）和同时考虑ENSO与组合模态强迫的实验（ENSO_COMBO）。在控制实验中，模式按照正常的气候边界条件运行，不施加额外的强迫；在ENSO_ONLY实验中，通过人为设定热带太平洋海温异常，使其符合ENSO事件的特征，以单独研究ENSO对华南冬春季降水的影响；在ENSO_COMBO实验中，除了设置ENSO海温异常外，还通过调整热带太平洋地区的大气环流和海温分布，使其包含组合模态的特征，以研究ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水的影响。为了研究年代际变化，将模拟时段划分为与前文分析相同的三个年代段，即1960-1979年、1980-1999年和2000-2020年，分别对每个年代段进行上述三组实验。通过对比不同年代段和不同实验中模拟的华南冬春季降水情况，来验证协同作用及年代际变化的模拟效果。模拟结果表明，在1980-1999年期间，ENSO_COMBO实验中模拟的华南冬春季降水异常与实际观测更为接近，降水异常的幅度和空间分布与前文分析的结果一致。在厄尔尼诺事件与较强组合模态共同作用的冬季，模拟的华南地区降水较CTL实验明显减少，广东、广西大部分地区降水减少幅度超过30%，与实际观测中降水减少的幅度和范围相符。这表明在这一时期，模式能够较好地模拟出ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水的影响，验证了两者协同作用在这一时期对华南冬春季降水影响的显著性。进入2000-2020年，ENSO_COMBO实验中模拟的华南冬春季降水异常幅度相对减小。在厄尔尼诺事件与组合模态共同作用的冬季，模拟的华南地区降水较CTL实验减少幅度约为10%-20%，与实际观测中降水减少幅度变小的特征一致。这进一步验证了在这一时期，ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水影响程度减弱的年代际变化特征。通过对比不同实验中模拟的大气环流和水汽输送情况，发现ENSO与组合模态协同作用主要通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度以及水汽输送路径来影响华南冬春季降水。在1980-1999年，两者协同作用使得西太平洋副热带高压异常偏南且强度偏强，南海和西太平洋向华南地区的水汽输送大幅减少；而在2000-2020年，协同作用导致的西太平洋副热带高压异常程度减弱，水汽输送减少幅度也相对减小，这与前文分析的物理机制和年代际变化特征相符。利用数值模拟实验，成功验证了ENSO与组合模态协同作用对华南冬春季降水影响的年代际变化，为深入理解这一复杂的气候现象提供了有力的支持。七、结论与展望7.1主要研究结论总结本研究通过对ENSO与组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化进行深入分析，揭示了两者对华南冬春季降水影响的复杂性和年代际特征，得到以下主要结论：ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化：在1960-2020年期间，ENSO与华南冬春季降水的相关性存在显著的年代际变化。1960-1979年，两者呈现一定程度的负相关；1980-1999年，相关性明显增强；2000-2020年，相关性又有所减弱。其影响机制主要通过大气环流调整和水汽输送变化来实现，在不同年代，这些机制的作用强度和方式存在差异。在1980-1999年，厄尔尼诺事件引发的西太平洋副热带高压异常更为显著，对水汽输送的抑制作用更强，导致华南冬春季降水与ENSO的相关性增强；而在2000-2020年，大气环流对ENSO的响应减弱，水汽输送受到的影响相对减小，使得两者相关性降低。通过对1982-1983年、1997-1998年强厄尔尼诺事件和1988-1989年强拉尼娜事件的典型案例分析，进一步验证了ENSO对华南冬春季降水影响的年代际变化特征，不同年代的强ENSO事件对华南冬春季降水的影响程度和范围存在差异。组合模态对华南冬春季降水影响的年代际变化：组合模态与华南冬春季降水的关系同样存在年代际演变。