El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是每隔2~7 a发生在热带中东太平洋的海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）异常变冷或变暖现象，并伴随有对应的大气环流异常，其正位相称为El Niño，对应中东太平洋SST暖异常，反之则称为La Niña（Philander，1983; Neelin et al.，1998; 张人禾等，2003; 任宏利等，2020）。ENSO是热带太平洋最重要的年际尺度海气变率。研究表明，通过调控东亚季风和西北太平洋反气旋强弱，ENSO在其生命史不同阶段都可以对中国东部地区降水产生显著影响，是我国年际尺度降水异常的重要预测因子（黄荣辉等，2003; 陈文等，2018; 任宏利等，2020; 刘海文等，2022; Ren et al.，2023）。通常认为，在El Niño发展年的夏季，我国华北地区降水异常偏少，而江淮流域降水异常偏多（Huang and Wu，1989）; 发展年秋冬季，南方大部地区降水比常年偏多（Gong and Wang，1999）。衰减年的春季，从中国华南向东北延伸都有降水正异常出现（Zhang et al.，1996; Wang et al.，2000）。而在衰减年夏季，降水异常则主要表现为江淮流域降水偏多、华南和华北地区相对偏少的分布特征（刘永强和丁一汇，1995; 金祖辉和陶诗言，1999; Zhang et al.，1999）。

近几十年来，关于ENSO多样性和复杂性的认知不断加深（Ashok et al.，2007; Ren and Jin，2011; Capotondi et al.，2015; Timmermann et al.，2018）。一般认为，依据SST异常空间分布特征的差异，El Niño可以被清晰划分成两种不同的空间类型，即传统意义上SST异常中心位于赤道东太平洋的东部（Eastern Pacific，EP）型和位于赤道中太平洋的中部（Central Pacific，CP）型El Niño。两种空间类型El Niño在峰值振幅、空间模态、时间演变以及主要动力过程等方面都存在明显不同（Ren and Jin，2013; Ren and Wang，2020）。在此基础上，大量研究关注到不同空间类型El Niño对中国降水异常影响的差异（Feng and Li，2011; 袁媛等，2012; Karori et al.，2013; Zhang et al.，2014; 陈文等，2018; 范伶俐等，2018; Liu et al.，2023）。例如，EP型El Niño衰减年春季我国华南地区降水偏多，而CP型El Niño发生时，对应季节该区域降水反而偏少（Feng and Li，2011，2013）。此外，强EP型El Niño在衰减年春季还能与赤道中太平洋海温年循环发生非线性相互作用衍生出新的大气环流异常模态（简称为衍生模态），也将为江淮地区带来额外的降水正异常影响（Zhang et al.，2016; 刘明竑等，2018）。然而，现有关于不同类型El Niño影响降水的理解仍主要立足于单一季节的降水异常空间分布的比较，对降水异常时间上的演变差异还缺乏认识。

通常来说，EP型El Niño的生命史多数相对CP型El Niño更长。相关研究发现，这是因为El Niño事件的时间-空间特征内在相互关联，即ENSO变率在年际尺度上可视为由一个显著的准两年（Quasi-Biennial，QB）模态和一个3~7 a的相对低频（Low-Frequency，LF）模态组合而成，其中QB模态的SST异常中心在赤道相对偏西，而LF模态的中心居于更东侧（Jiang et al.，1995; An and Wang，2000; Xie et al.，2015; Wang and Ren，2017）。基于这一思想，Wang and Ren（2020）提出了同时考虑El Niño的时间-空间特征进行综合分型，可以更准确地解释不同El Niño事件的时空特征演变差异。然而，目前尚缺少基于这种时空演变特征去进一步考察El Niño事件影响的研究，特别是各自影响的动态演变差异，这对于讨论El Niño如何影响不同年份我国雨带的推进和变化特征具有重要意义。因此，本研究将基于时空综合分型的思想重新识别历史上不同类型的El Niño事件，探讨这些时空特征迥异的El Niño事件对中国东部降水、尤其是雨带时空演变的影响是否存在显著差异，以期进一步加深对ENSO气候影响的认识，为我国降水异常预测提供新的思路和参考。

1 资料和方法

本研究所使用的逐月降水资料来自中国国家气象信息中心提供的CN05.1中国地面降水格点数据集（吴佳和高学杰，2013），其他逐月大气变量来自欧洲中期天气预报中心提供的第五代大气再分析资料集（Hersbach et al.，2020）; 所用海表面温度资料为英国哈得来中心提供的逐月平均海表温度（HadISST）资料（Rayner et al.，2003）。所用资料的水平分辨率均统一为1.0°×1.0°，覆盖时间段为1961年1月—2022年12月。所有资料都已各自去除线性趋势。本研究所涉及气候态由研究时段内各月份的多年平均计算得到，异常由逐月变量减去对应气候态得到，并且经过3 mon滑动平均处理以去除季节内变率的干扰。

本研究中El Niño事件依据国家气候中心制定的国家标准《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》进行识别，即当3 mon滑动平均的Niño3.4区域（170°~120°W，5°N~5°S）SST正异常达到或超过0.5℃并持续至少5 mon时间，定义为一次El Niño事件（Ren et al.，2018）。在此基础上，参考Wang and Ren（2020）的方法对所识别El Niño事件进一步进行时空综合分型:即在空间特征上，依据El Niño事件冬季赤道海温异常中心相对于150°W的位置区分其为EP型还是CP型; 同时在时间特征上，通过集合经验模态分解方法（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD; Wu and Huang，2009），即一种自适应的将时间序列分解为具有清晰边界的不同频段信号的方法，分离出Niño3.4指数中的QB模态和LF模态以判断事件主要时间模态构成。本研究中EEMD方法计算过程中添加的白噪声振幅为Niño3.4指数标准差的0.25倍，分离所得第3个本征模显著周期为1.5~3 a，可作为指数表征ENSO的QB模态; 第4和5本征模显著周期在3~7 a，可作为指数表征LF模态。如图1a所示，绝大部分EP El Niño冬季LF模态均强于QB模态，而CP El Niño中则相反（Wang and Ren，2017，2020），但仍有例外的事件存在:2006/2007、2018/2019年事件为QB模态更强的EP El Niño事件，1968/1969、1987/1988、2002/2003年事件为LF模态更强的CP事件。为了简化研究并重点考察两种时空模态造成的影响差异，本研究只关注典型的LF-EP型El Niño事件:1965/1966、1969/1970、1972/1973、1976/1977、1982/1983、1991/1992、1997/1998、2015/2016年，以及QB-CP型El Niño事件:1963/1964、1977/1978、1994/1995、2004/2005、2009/2010年。图1b—e展示了这两类El Niño事件的主要时间-空间特征对比。这两类事件中QB模态的强度和演变基本类似，但LF模态差异明显:在LF-EP型事件中LF模态显著强于QB模态且两者峰值基本重合在冬季，而在QB-CP型事件中LF模态振幅弱于QB模态，且与QB模态的峰值存在明显位相差。这种模态配置上的差异导致LF-EP型事件整体强度强于QB-CP型事件，前者的强度从发展年春季（5月）即开始显著，可维持到次年春末（5月）; 而后者只从发展年夏季（6月）维持到衰减年冬末（2月）。两种事件的峰值均出现在冬季（12月），相应的SST异常空间分布则明显区分为偏向于热带东太平洋（150°W以东）和偏向于中太平洋（150°W以西）。

2 不同时空类型El Niño对中国东部降水影响的差异

为了考察上述不同时空类型El Niño对中国东部降水影响的可能差异，图2和3首先给出了不同类型事件发生时降水异常的合成演变情况。LF-EP型事件发生时，对应较强且持续时间长的El Niño强迫，所引发的降水异常影响也相对较强且稳定。发展年夏季（6—8月）时，异常特征主要表现为黄河下游地区降水负异常以及长江中下游地区降水正异常。从发展年秋季（9月）开始，长江以南地区（30°N以南）出现显著且稳定的整体降水正异常，可一直持续到El Niño衰减年的春季（3月），其后雨带重心逐步向北推进，在春末夏初（7月）到达长江中下游地区。这种雨带演变类似经典的季风降水雨带推进，其中El Niño事件盛期长江以南冬季降水异常偏多、衰减年夏季长江中下游降水异常偏多的特征与经典认知上El Niño对季节平均降水的影响类似（Zhang et al.，1999; 陈文等，2018）。

相较之下，QB-CP型事件发生时我国东部降水异常的强度较弱，并且空间分布特征变化相对频繁（图3）。QB-CP型事件发展年的夏季降水异常显著特征与LF-EP型事件中大致相反，表现为黄河下游-华北部分区域降水异常偏多。发展年秋季（9月）则以长江以南地区的负降水异常为主。盛期冬季，长江以南区域（30°N以南）逐渐出现与LF-EP型事件中类似的显著整体降水正异常，其后雨带中心逐步向北推进，但是其异常中心位置相对偏东，北抬速度也更快。衰减年春末夏初（5月）开始，QB-CP型事件的影响再次与LF-EP型事件中接近相反位相，长江中下游地区转变为负降水异常，而在其南北两侧各分布有显著正降水异常雨带，其中华南区域的雨带在春末夏初比较显著（5—7月），黄河下游-华北区域的雨带在夏季更加显著（6—8月）。通过以上对比可以发现，两种时空类型El Niño对我国东部降水的影响由发展年夏季至衰减年夏季大致存在相反-相同-相反的位相变化，这对于我国东部季风雨带演变的预测有着重要参考意义。

本研究进一步通过正交经验函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解方法获得了上述El Niño事件发生时中国东部降水异常的主成分（Principal Component，PC），如图4所示，El Niño背景下我国东部降水最常出现长江以南整体一致的降水异常型以及雨带集中在长江中下游地区的降水异常型，分别可解释27.6%和18.3%的年际尺度降水变率。通过考察不同事件中这两种异常型的组合和演变情况，可以更加概括描述降水异常雨带演变的主要特征。结果显示，LF-EP型事件中从发展年夏季至衰减年秋初长达5个季节里PC1均为正值，以衰减年春夏季最为明显，与图2中持续近4个季节长江以南稳定的显著降水偏多特征一致，而PC2衰减年春夏经历了由负转正发展，意味着降水异常雨带在此期间逐渐北抬。而QB-CP型事件中，PC1在相同的5个季节里经历了“负-正-负”的振荡，即长江以南降水整体特征反复变化。这一对比强调了两类事件对降水影响的时间尺度差异，这显然与两类事件自身的时间尺度差异存在关联。此外，QB-CP型事件衰减年春夏季PC2由偏正异常转变为显著负异常，结合PC1的变化，降水正异常雨带反而有类似南退特征出现。

3 可能机制

前人的研究已经指出，El Niño对我国降水异常的影响通过调整东亚大尺度环流间接实现，涉及印度洋-暖池以及西北太平洋多种海气相互作用过程（Wang et al.，2000; Xie et al.，2016; Li et al.，2017; 李丽平等，2019; 王黎娟等，2020）。LF-EP和QB-CP两种类型El Niño自身特征空间分布和时间演变显著不同，两者影响我国东部地区降水的可能机制必然也存在差异。图5和图6分别对比了两种类型事件的海洋和大气环流背景以及水汽输送条件的连续演变情况，显然影响我国东部降水的大尺度环流背景在事件不同阶段也表现出动态演变的特征。首先关注发展年，LF-EP型事件发展年夏季，赤道中东太平洋已经有显著SST正异常存在，在其西北侧激发出气旋性环流异常并以Rossby波响应形式向西北传播（Wang et al.，2000）（图5a），最终在我国东部引起气旋性环流异常造成黄河下游水汽减少而长江中下游区域水汽偏多（图6a），导致对应区域呈现“北负南正”降水异常。发展年秋季，El Niño的SST和对流异常更加强盛，海洋性大陆区域（110°~130°E，5°~20°N）的异常Walker环流下沉支迅速发展，其低层为强反气旋性环流异常（图5b），造成长江以南区域水汽输送进一步增多（图6b），带来显著降水正异常。

相较而言，QB-CP型事件发展年夏季其SST异常振幅相对较弱但其中心位置更加偏西，亦能在其西北侧激发出Rossby波形式环流响应（图5f），此时我国东部上空的环流异常形势呈现为反气旋性环流异常（Karori et al.，2013），导致黄河下游水汽增多而长江中下游区域水汽偏少（图6f），因而相关区域降水异常特征也基本与LF-EP型事件中大致相反，为“北正南负”分布。随着SST和对流异常的发展，QB-CP型事件发展年秋季，对流西北侧气旋性环流异常扩张后直接覆盖到我国东部沿海（图5g），阻碍东南洋面水汽向大陆的输送（图6g），整体不利于长江以南降水，尽管从秋到冬环流形势很快发生变化使得降水负异常不显著。

El Niño盛期冬季以及衰减年春季，LF-EP型事件中位于西北太平洋的异常反气旋性环流在局地海气相互作用下进一步发展至峰值阶段（图5c和5d），我国东部在其控制下持续得到来自南部洋面的正异常水汽输送（图6c和6d）。因此与发展年秋季类似，衰减年冬春季长江以南区域仍然稳定呈现降水显著偏多特征。需要指出的是，在衰减年春季赤道太平洋中东部纬向异常西风明显偏向赤道南侧，这是典型的衍生模态特征（图5d），在其影响下异常反气旋性环流可以更加向西向北扩展（Stuecker et al.，2013; 刘明竑等，2018），导致衰减年春季我国东部的异常水汽输送相比于冬季中心位置略有北抬（图6c和6d），并反映在异常雨带推进当中。

QB-CP型事件中盛期冬季海洋性大陆区域也有显著的反气旋性环流异常存在（图5h），与LF-EP型事件中发展年秋季的环流形势非常类似，都是源于异常Walker环流下沉支激发的低层响应。因此，在QB-CP型事件的盛期冬季长江以南区域水汽输送转变为由海洋向大陆异常增多（图6h），降水增加，与LF-EP型事件中同期降水特征相对一致; 又因为QB-CP型事件SST异常中心相对偏西，所引发Walker环流下沉支及反气旋性环流位置与LF-EP型事件中略有差异，降水异常中心也相对偏东偏北。然而，QB-CP型事件中西北太平洋的异常反气旋性环流及相关水汽输送缺乏持续性，在衰减年春季已经减弱变得不显著（图5i和6i）。结合前人研究可推测，这是因为QB-CP型El Niño的SST异常中心位置偏西偏弱，在衰减年春季无法与中太平洋年循环相互作用激发衍生模态（Zhang et al.，2015）; 在西北太平洋也未形成显著SST负异常，无法通过局地海气相互作用激发和维持反气旋性环流（Wang et al.，2000）。因此，QB-CP型事件的衰减年春季我国东部降水异常特征不甚显著。

到了衰减年的夏季，无论是LF-EP还是QB-CP型El Niño事件自身SST正异常都已衰亡甚至转变为负异常。LF-EP型事件中西北太平洋的反气旋性环流异常尚未完全衰亡（图5e），这可能归因于印太暖池的SST电容器效应（Yang et al.，2007; Xie et al.，2016），因而在LF-EP型事件夏季仍然有反气旋式异常水汽从南侧洋面输送到长江中下游地区（图6e），特别是在前夏（6月），该区域仍然表现为显著降水正异常。与之相比，在QB-CP型事件中，同样有反气旋性环流异常将东亚南侧和东侧的水汽输送到黄河下游-华北地区（图5j和6j），造成该区域的显著降水正异常，此外在华南区域也有一些水汽辐合。需要注意的是，与LF-EP型事件中的反气旋性环流异常产生的原因不同，QB-CP型事件中此时的反气旋性环流异常是对赤道中东太平洋显著SST冷异常的响应（图5j），其位置也相对LF-EP型事件中偏北，因而造成的正降水雨带位置也相对北抬。

4 结论与讨论

El Niño对我国降水的影响是对我国气候预测具有重要影响的经典问题，本研究利用高分辨率的历史降水、SST和大气环流数据，基于最新提出的ENSO时空综合分型，考察了不同时空类型El Niño发生时我国东部年际尺度降水的时间-空间演变差异及可能机制，主要结论如下:

1）历史El Niño事件可以综合其时间-空间演变特征，被划分为生命史较长-峰值SST异常中心位于赤道东太平洋的LF-EP型事件和生命史较短-峰值SST异常中心偏于赤道中太平洋的QB-CP型事件。不同类型事件中ENSO时空双模态的演变存在显著差异，LF-EP型事件演变中LF模态占据主导地位，而QB-CP型事件中LF模态处于转相阶段，QB模态占据主导地位。

2）LF-EP型事件中我国东部降水异常响应持续显著且位置相对稳定，QB-CP型事件中则变化更加频繁。LF-EP型事件从发展年秋季至衰减年夏季，长江以南区域持续存在显著正降水异常并表现出缓慢北抬特征。在QB-CP型事件发展年夏秋季，我国东部降水异常与LF-EP型事件中接近相反，长江以南地区降水偏少; 盛期冬春季，QB-CP型事件对我国东部降水异常影响与LF-EP型事件中相似，也表现为长江以南地区降水偏多。而在QB-CP型事件衰减年夏季，降水异常特征主要表现为长江中下游地区降水偏少，其南北两侧分别存在显著的降水正异常。

3）两种类型事件对我国东部降水影响的差异与它们对东亚大尺度水汽输送的调制差别有关。发展年夏秋季，由于SST和对流异常中心纬向位置的偏移，不同类型事件激发的西北太平洋反气旋性环流异常作用位置存在差异。盛期冬季，两种类型事件相关的异常Walker环流下沉支引发的反气旋性水汽输送位置相对一致。而在衰减年春夏季，LF-EP型事件可以通过西北太平洋局地海气相互作用、与年循环非线性相互作用以及印度-太平洋暖池电容器效应等方式进一步发展和维持西北太平洋的反气旋性水汽输送。QB-CP型事件中相应机制作用不显著，但该类型事件在衰减年夏季事件已经转变为显著的La Niña异常，也能激发相应的反气旋性环流异常影响我国降水。

本研究综合了SST异常的时间和空间特征对El Niño事件进行分类。尽管从空间型上看，所得两类事件与传统仅按空间特征分得的EP和CP型事件类似，但一些传统上被分为EP或CP型的事件，如2006/2007和2002/2003年事件，由于时间尺度上的区分又被进一步挑出。与直接按EP和CP分类考察降水影响的结果相比，本研究的结果更能强调不同类型事件造成的降水异常雨带演变频率的差异。例如，前人研究中El Niño事件衰减阶段不同季节对应的降水异常效应基本都表现为CP型时华南地区降水偏少而EP型时偏多，只是显著性有所差异（Feng and Li，2011，2013; 袁媛等，2012）。而本研究的结果显示出，QB-CP型El Niño发生时，异常降水雨带实际是从长江以南形成并逐渐南退，期间华南地区降水经历了偏少-偏多-偏少的反复变化; 但在LF-EP事件发生时降水异常则稳定偏多。这种影响时间尺度上的差异在仅基于ENSO空间型差别研究其气候影响问题时往往被忽略，说明了基于时空综合分型方法研究El Niño事件对我国气候影响的意义和重要性。尽管ENSO的空间模态和时间尺度在一定程度上存在内在联系，但LF/QB频率和EP/CP空间结构并不是简单一一对应。目前，本文只讨论了LF-EP和QB-CP型El Niño这两类时空特征差异十分显著事件的影响。事实上，ENSO的多样性和复杂性远不止于此。例如，本研究排除了一些时空模态特征模糊无法归类的El Niño事件，而La Niña事件分型和影响的不确定性更大（Takahashi et al.，2011; Chen et al.，2015），甚至存在一些生命史中不同时空特征交替出现的混合型事件（Ren et al.，2018; Huang et al.，2022）。这些很大程度上归因于两类ENSO时空模态的演变是共存且独立的，其不同组合方式造成了每一次ENSO事件的时空特征均不尽相同，很难对所有事件做出本质差异的分类（Wang and Ren，2020）。因此，未来可能需要在积累足够历史事件样本量且发展出有效模拟两类ENSO时空模态及其影响的气候模式的基础上，不仅仅是采用逐事件分析的方式，更需要从两类ENSO时空模态影响组合的角度去进一步解读和预测ENSO事件对东亚降水异常演变的影响。

参考文献