ENSO（El Niño/Southern Oscillation）是预兆世界性气候异常最强的信号，也是影响我国气候异常的一个主要物理因素（刘永强和丁一汇，1992；邹力和倪允琪，1997；杨义文等，1998；朱乾根和徐建军，1998；金祖辉和陶诗言，1999；Wu et al., 2003；高辉和王永光，2007；宗海锋等，2008）。自20世纪70年代以来，ENSO对我国气候的影响及相关机制逐渐引起我国气象学者的关注。陈烈庭(1977, 1982)通过分析El Niñ o对我国夏季降水的影响以及他们之间联系，揭示出El Niño是通过Walker环流、Hadley环流以及西太平洋副热带高压对我国夏季降水产生滞后影响，并指出海温变化超前约3~5个月。王绍武和朱宏（1985）指出东亚夏季低温与El Niñ o事件存在密切联系，同时还指出他们之间的联系可能与西北太平洋的海温降低有关。Huang and Wu（1989）研究发现在ENSO发展阶段夏季江淮流域多雨而衰减阶段夏季江淮流域少雨，并指出了热带西太平洋海温异常导致菲律宾附近对流活动异常并造成夏季西太平洋副热带高压南北位置发生异常是ENSO影响我国夏季气候变化的物理机制。刘永强和丁一汇（1995）发现ENSO发生的当年我国以少雨、低温为主，而次年情况正好相反。陈文（2002）发现El Niñ o事件能显著影响东亚冬、夏季风循环并对其后的夏季降水造成影响，La Niña事件的影响与El Niño事件的影响大致相反，但不如El Niño显著。并指出这种影响时通过与El Niño或La Niña事件有关的海温异常来实现的。孙旭光和杨修群（2005）也发现El Niño不同发展阶段东亚冬、夏季风存在显著的异常特征。此外，不同类型（如中部型和东部型）的ENSO其影响存在明显差异（Peng et al., 2011；Xu et al., 2013）。

后来的研究进一步认识到ENSO现象不仅仅是El Niño事件，而且是包括El Niño和La Niña事件的一种循环，其平均周期约为3~5年，并称之为ENSO循环。然而，实际上不同的ENSO循环过程存在很大差别（Capotondi et al., 2015），具体表现在El Niño（La Niña）事件发展、演变的时间以及衰亡速度、增温（降温）开始区域很不一致。由美国气候预测中心制作的1950年以来历史El Niño/La Niña事件集（Historical El Niño/La Niña episodes）可以清楚地看到，各ENSO事件的位相转换期存在很大差异。ENSO循环周期短的年份，El Niño（La Niña）事件衰减非常迅速，基本上在春末夏初就已转成La Niña（El Niño）事件；周期长的年份变化比较缓慢，一般到盛夏仍处于正（负）海温距平；更有的El Niño（La Niña）一直维持，持续时间可达1年或以上；还有的El Niño与La Niña的转换期全年海温距平都很小，处于中性状态。这清楚地表明El Niño（La Niña）发展、维持和转变过程的多样性和复杂性。此外，不同ENSO循环所对应的海洋热状况以及大气环流异常分布特征也很不一样。Zhang et al.（1996）通过对1986/87和1991/92两次El Niñ o事件期间东亚季风环流诊断分析发现，在El Niño事件成熟期东亚沿岸对流层低层有异常偏南风出现，由于前者成熟期在次年夏季故而导致东亚夏季风加强，而后者成熟期出现在冬季，故而东亚东亚冬季风减弱。尽管他们关注的El Niño事件成熟期，实际上其研究结果也反映了El Niño事件持续时间对亚洲季风的影响。杨辉和李崇银（2005）揭示不同持续时间的El Niñ o事件发展演变期间，对流层低层风场和对流层高层的速度势场的距平有极显著差异。李琰等（2009）的数值实验结果则显示长江流域降水距平有随El Niño持续时间的缩短而减小的趋势。但总的来说，过去的研究多是从我国汛期降水对冬季ENSO盛期海温的时间遥响应特征及机理方面探讨ENSO对我国气候异常的影响，而针对不同ENSO季节演变类型与我国降水由冬至秋季节演变的联系特征及物理过程的探讨的较少。显然，不同ENSO季节演变类型其海温及环流系统的异常分布和演变特征不同，其所造成的气候影响也必然存在一定的差异。因此，若能提取出ENSO季节演变的主要模态和类型，并找到各模态和类型背景下我国降水异常分布和季节演变特征以及他们之间联系的关键环节，无疑会有助于增进对我国雨带季节演变规律的了解，同时也有助于我国季节降水尤其是汛期夏季降水预测结果的改善和提高。

因此，本文的目的在于从ENSO循环复杂的El Niño与La Niña维持发展和相互转变的长期过程中提取一些重要模态，了解各模态时空变化的特征，及其与中国降水和东亚季风的关系，探讨他们之间联系的可能物理过程。

本文所用月平均海温和大气环流资料分别取自NOAA（美国国家海洋大气局）提供的第3b版本的扩展重建海表温度资料（Smith et al., 2008）以及NCEP/NCAR再分析资料。此外，本文还使用了国家气候中心提供的中国160个台站月平均降水资料和74项大气环流指数，以及NOAA气候预测中心制作的1950年以来历史El Niño/La Niña事件集（Historical El Niño/La Niña episodes）。

本文研究时段为1951~2014年，文中冬季为前1年12月至当年2月、春季为3~5月、夏季为6~8月、秋季为9~11月。

为找出ENSO季节演变的主要模态，本文使用了扩展经验正交函数（EEOF）分析方法分析了太平洋（106°E~98°W，30°S~38°N，网格距为4°× 4°，共计132个格点）冬季、春季、夏季和秋季海温标准化距平场，在进行EEOF分析之前对各季海温进行了线性趋势扣除处理（原始数据减去其线性趋势，线性趋势的计算方法，详见魏凤英（2007）），以消弱太平洋海温线性趋势变化对EEOF结果带来的影响。此外，本文还使用了合成分析以及相关分析等方法进一步分析了与ENSO季节演变主要模态相关的海温、大气环流以及降水异常分布及演变。

图 1为太平洋冬、春、夏和秋季海温标准化距平演变的前两个EEOF模态的空间分布及标准化时间系数。前两个模态的解释方差分别为27.7%和18.7%，North检验（North et al., 1982）表明这两个模态之间以及与其他模态均能有效分离开。其他模态的解释方差与之相比要小很多（≤8.1%），并且North检验表明他们之间无法有效分离。因此，本文主要针对前两个主模态展开分析和讨论。通过下面的分析，可以看到这两个模态实际就是ENSO季节演变的两个主要模态。

图 1 1951~2014年（a, b）冬、（c, d）春、（e, f）夏、（g, h）秋季的太平洋标准化海温距平EEOF分析第一模态（EEOF1，左列）和第二模态（EEOF2，右列）的空间分布及其（i, j）标准化时间系数。（a–h）中的粗实线表示零线 Figure 1 Spatial distributions and corresponding (i, j) normalized time coefficients of the first mode (EEOF1, left column) and second mode (EEOF2, right column) of the EEOF (extended empirical orthogonal function) analysis of standardized SST anomalies in (a, b) winter, (c, d) spring, (e, f) summer, and (g, h) autumn over the Pacific during 1951-2014. Thick solid lines represent the zero lines in (a–h)

模态1各季的空间分布显示，无论是冬季（图 1a），春季（图 1c），还是夏季（图 1e）和秋季（图 1g）赤道中东太平洋地区始终为正的海温异常控制，而赤道西太平洋暖池区以及西风漂流区一直为负的海温异常控制。由冬季至秋季，太平洋海温异常分布始终表现为典型的El Niño盛期海温异常分布的特征。因此这一模态代表的是一类El Niño或La Niña由冬季持续至秋季的ENSO季节演变类型。我们称这一模态正、负位相对应的海温异常季节演变类型分别为El Niño持续型和La Niña持续型。模态1（图 1i）的时间系数表明，该模态不仅具有明显的年际变化特征，还表现出有明显的年代际变化特征，1970年代中期至1990年代末期，正指数发生频繁且强度偏强，而负指数发生少且强度较弱。正是在这一时期，ENSO与中国东南部冬季降水相关进入偏弱期（Li and Ma, 2012）。进入21世纪，负指数发生频繁且强度偏强，而正指数发生偏少且强度较弱。若以1个标准差为标准，将时间系数大于1个标准差的视为El Niño持续型的典型年份，共有10年；将时间系数小于负的1个标准差的视为La Niña持续型的典型年份，共有9年（见表 1）。

表 1(Table 1)

表 1 4种ENSO季节演变类型的典型年份 Table 1 Typical years for the four seasonal evolution types of ENSO 类型 年份 总年数 El Niño持续型 1957、1958、1965、1969、1982、1983、1987、1992、1993、1997 10 修正后的El Niño持续型 1953、1958、1969、1987 4 La Niña持续型 1955、1956、1971、1974、1975、1999、2000、2008、2011 9 修正后的La Niña持续型 1955、1956、1971、1974、1975、1985、1999、2000、2008、2011 10 La Niña转El Niño型 1951、1957、1965、1972、1974、1976、1982、1997、2006、2008、2009 11 修正后的La Niña转El Niño型 1951、1965、1968、1972、1976、1997、2006、2009 8 El Niño转La Niña型 1958、1970、1973、1983、1988、1992、1995、1998、2007、2010 10 修正后的El Niño转La Niña型 1954、1964、1970、1973、1983、1988、1995、1998、2007、2010 10

表 1 4种ENSO季节演变类型的典型年份 Table 1 Typical years for the four seasonal evolution types of ENSO

模态2各季的空间分布显示，冬季（图 1b）赤道中东太平洋为负的海温异常控制，而赤道西太平洋暖池区和西风漂流区为正的海温异常控制。太平洋海温异常分布呈现为典型的La Niña盛期的海温异常分布特征。春季（图 1d）太平洋海温正、负异常强度明显减弱，意味着La Niña的衰减。夏季（图 1f）赤道中东太平洋海温距平符号发生翻转，转为正的海温距平控制，赤道西太平洋暖池区也由正海温距平转为负的海温距平，表明El Niño已经开始发展。而到了秋季（图 1h），赤道中东太平洋正的海温异常强度进一步加强，而赤道西太平洋暖池区和西风漂流区也完全转为负的海温距平控制，呈现为典型的El Niño盛期的海温距平分布特征。因此，该模态反映的是一类太平洋海温异常分布由冬季La Niña分布型到秋季转为El Niño分布型或由冬季El Niño分布型到秋季转为La Niña分布型的ENSO季节演变类型。我们称该模态的正、负位相对应的海温异常季节演变类型分别为La Niña转El Niño型和El Niño转La Niña型。模态2（图 1j）的时间系数表明，该模态的年际变化特征尤为突出，但年代际变化特征不太显著。同样以1个标准差为标准，将时间系数大于1个标准差的视为La Niña转El Niño型的典型年份，共有11年；将时间系数小于负的1个标准差的视为El Niño转La Niña型的典型年份，共有10年（见表 1）。

以上太平洋海温季节演变模态是EEOF分析的结果，同美国气候预测中心基于Niño3.4区海温距平指数制作的1950年以来历史El Niño/La Niña事件集比较，可以看到他们之间有相当的一致性。一般El Niño持续型，Niño3.4区海温距平指数始终高于0℃，并且有10个月以上维持在0.5℃以上。La Niña持续型，Niño3.4区海温距平指数始终低于0℃，并且有10个月以上维持在-0.5℃以下。La Niña转El Niño型和El Niño转La Niña型的转变期一般都出现在冬末至初夏期间。

为了确定每年ENSO季节演变所属类型，我们还逐年计算了冬、春、夏、秋季太平洋标准化海温距平扩展场与EEOF1和EEOF2空间场的相关系数（图 2）。假定相关系数绝对值大的模态即为该年的ENSO季节演变模态，而具体类型由相关系数符号确定。考虑到空间相关系数主要突出的是两个场的相似程度，但对关键区海温异常强度反映能力存在不足，我们根据美国气候预测中心制作的1950年以来的历史El Niño/La Niña事件集对前面EEOF模态的时间系数以及此处类型划分结果进行了修正。修正后得到的最终分型结果是：El Niño持续型典型年份共4年，约占6.3%；La Niña持续型典型年份共10年，约占15.6%；El Niño转La Niña型典型年份共10年，约占总年数的15.6%；La Niña转El Niño型典型年份共8年，占12.5%（见表 1）。其中，El Niño持续型典型年出现次数明显少于La Niña持续型典型年，并且主要出现在1980年代及以前。La Niña转El Niño型典型年和El Niño转La Niña型典型年的发生频次大致相当。

图 2 1951~2014年冬、春、夏、秋季太平洋标准化海温距平场（已扣除线性趋势）与EEOF1（柱状）、EEOF2（曲线）空间场的相关系数 Figure 2 Correlation coefficients between the standardized SST anomalies (linear trend removed) and the spatial fields of EEOF1 (bars) and EEOF2 (line) in winter, spring, summer, and autumn over the Pacific during 1951-2014

图 3是根据修正后的分型结果以及美国气候预测中心提供的Niño3.4海温距平指数，合成得到的前一年9月至当年12月Niño3.4区海温距平指数的时间演变曲线。由图 3a可以看出，无论是El Niño持续型还是La Niña持续型，Niño3.4区海温距平的演变均展示出其显著的持续性特征。而La Niña转El Niño型以及El Niño转La Niña型（图 3b）的演变曲线也清楚地显示出ENSO两种不同位相在春季发生转变这一显著特征。

图 3 1951~2014年不同ENSO季节演变类型前一年9月至当年12月Niño3.4区海温距平指数的时间演变：（a）El Niño持续型和La Niña持续型；（b）La Niña转El Niño型和El Niño转La Niña型 Figure 3 Temporal evolutions of Niño 3.4 SST anomaly index from September of the previous year to December of the same year for different seasonal evolution types of ENSO during 1951-2014: (a) El Niño persisting and La Niña persisting; (b) La Niña switching to El Niño and El Niño switching to La Niña

综上所述，无论是太平洋海温的季节演变模态，还是Niño3.4区海温距平指数的时间变化均表明ENSO存在两种主要季节演变模态，包含4种主要季节演变类型：El Niño持续型、La Niña持续型、El Niño转La Niña型和La Niña转El Niño型。我们下面关于降水以及环流异常特征及演变的讨论主要基于以上4种ENSO季节演变类型，期望能够从中发现不同ENSO季节演模态和类型影响我国东部季节降水异常分布及演变特征以及他们之间联系的物理过程。

我们从复杂的ENSO季节演变过程中提取了ENSO季节演变的2个主要模态和4种类型。本节将进一步考察不同ENSO季节演变模态和类型对应的我国东部各季降水异常分布及演变的特征，并结合1951~1990年四季的中国气候灾害分布图集（中国科学院大气物理研究所等, 1997）探讨其与我国东部旱涝分布的关系。

图 4给出的是模态1中El Niño持续型和La Niña持续型对应的中国东部各季降水距平百分率及其时间系数与中国东部各季降水的相关系数分布。可以看出，El Niño持续型（图 4a）：冬季我国东部华南地区、长江与黄河之间的东部和东北中部地区降水异常偏多。这些多雨区的西侧从北到南大部分地区降水偏少，西北、西南地区往往出现干旱。呈现“东多西少”的降水异常分布特征。春季降水分布仍是“东多西少”，江南地区除华南降水仍偏多外，江南北部降水由偏少转为偏多，往往提前入汛。夏季东亚季风雨带的位置持续比常年同期明显偏南，长江流域梅雨期持续时间偏长，降水异常偏多，往往出现梅涝。华北和东北部分地区降水也明显偏多，黄淮地区降水偏少，如1969年夏季（中国科学院大气物理研究所等，1997）。秋季，雨带继续比常年同期偏南，江南地区再次出现降水明显偏多。因此，在El Niño持续型的气候背景下，我国东部各季降水比常年同期明显偏多，并呈现“东多西少”的分布特征。

图 4 1951~2014年EEOF1中（a）El Niño持续型和（b）La Niña持续型中国东部各季降水标准化距平合成及（c）EEOF1的时间系数与中国东部各季降水的相关系数分布。阴影区为降水标准化距平或相关系数超过90%信度水平的区域。粗实线表示零线 Figure 4 Composites of standardized seasonal rainfall anomalies in eastern China corresponding to types (a) El Niño persisting and (b) La Niña persisting of EEOF1 and (c) correlation coefficients between time coefficients of EEOF1 and seasonal rainfall over eastern China. Shaded areas represent the standardized rainfall anomalies or correlation coefficients above 90% confidence level. Thick solid lines represent the zero lines

La Niña持续型（图 4b），与图 4a比较可以发现，本型各季降水距平的分布与El Niñ o持续型的非常相似，只是符号相反，呈现“东少西多”的降水分布特征。并且大部雨区降水距平的强度比El Niño持续型的要弱得多。冬季除从四川经河套至内蒙古东部和东北部分地区降水偏多外，我国东部从北到南大部地区降水都偏少，尤其是河北、山东和华南一些地区，往往出现旱情。春季除我国西南地区降水偏多外，其余大部分地区降水继续偏少，主要少雨区仍在东南沿海和内蒙古、东北等地区，容易出现旱情。夏季东亚季风雨带位置持续比常年同期明显偏北。梅雨期主要雨带在长江以北，长江以南各省尤其是两湖地区梅雨期偏短，降水异常偏少。盛夏华北降水偏多，往往出现“南旱北涝”，如1971年夏季（中国科学院大气物理研究所等，1997）。秋季雨带仍然比常年偏北，在西北东部、黄淮和江淮一带降水明显偏多，其南北两侧江南北部和内蒙古一些地区降水偏少。也就是说，在La Niña持续性的气候背景下，我国东部各季降水距平的分布和变化与El Niño持续型的影响之间是完全相反的表现。

图 5为模态2中La Niña转El Niño型和El Niño转La Niña型对应的中国东部各季降水距平百分率及其时间系数与中国东部各季降水的相关分布。La Niña转El Niño型（图 5a）的冬季，在La Niñ a的影响下，除河套、山西和东北南部一带降水明显偏多外，我国东部其余大部分地区降水却异常偏少。主要少雨区在江南大部地区、内蒙古和黄淮流域。春季江南少雨区北移至江淮流域，黄河以北地区降水也明显偏少。初夏梅雨期仍受La Niña的滞后影响，东亚夏季风雨带比常年同期偏北，淮河流域和东南沿海降水偏多，长江流域降水明显偏少，往往出现干旱。后期盛夏转受El Niño的影响，东亚夏季风雨带偏南，造成黄淮地区多雨，华北少雨，如1965年和1972年夏季（中国科学院大气物理研究所等，1997）。秋季在El Niño的影响下，雨带比同期偏南，江南和华南降水异常偏多，而长江流域以北大部地区降水明显偏少。

图 5 同图 4，但为EEOF2中的（a）La Niña转El Niño型、（b）El Niño转La Niña型中国东部各季降水标准化距平合成，（c）EEOF2的时间系数与中国东部各季降水的相关系数分布 Figure 5 As in Fig. 4, but for composites of standardized seasonal rainfall anomalies in eastern China corresponding to types (a) La Niña switching to El Niño, (b) El Niño switching to La Niña of EEOF2, (c) correlation coefficients between time coefficients of EEOF2 and seasonal rainfall over eastern China

El Niño转La Niña型（图 5b）与图 5a相比较，同样可以看出，本型各季降水距平的分布与La Niñ a转El Niño的情况也基本相反。冬季在El Niño的影响下，江南大部地区和内蒙古一带降水异常偏多。长江与黄河之间西部和东北部分地区降水偏少。春季江南多雨区北移到长江中下游附近。初夏梅雨期受El Niño的滞后影响，东亚夏季风雨带偏南，江南北部尤其是两湖地区降水异常偏多，往往出现洪涝。盛夏转受La Niña的影响，东亚夏季风雨带迅速北跳到华北至东北南部一带，降水异常偏多，如1954年、1983年和1998年夏季（中国科学院大气物理研究所等，1997）。秋季在La Niña的影响下，在华北中北部和环渤海地区降水偏多，其南侧大部分地区降水偏少，尤其是江淮和江南中部地区降水异常偏少，往往出现秋旱。

另外，我们还计算了图 1中各模态的时间系数与我国东部各季降水的相关（图 4c和图 5c）。其中他们的正时间系数分别对应于El Niño持续型和El Niño转La Niña，而负时间系数分别对应于La Niña持续型和La Niña转El Niño。可以看出，各模态下我国东部降水距平季节演变的主要特征与上述图 4a、4b和图 5a、5b的情况十分一致，这也进一步证实了前面ENSO各模态降水异常分布的合成结果具有相当的代表性。合成和相关分析结果也清楚地表明，El Niño持续型与La Niña持续型之间以及La Niña转El Niño型与El Niño转La Niña型之间我国东部各季降水异常分布和演变呈相反的趋势。

通过以上分析我们发现，不仅El Niño事件与La Niña事件对我国旱涝的影响有显著不同，而且他们之间相互转变的过程中，不同的模态和类型与我国四季降水的关系也是有明显差异的，尤其是在El Niño和La Niña盛期冬季及之后的夏、秋季。也就是说同是El Niño事件次年的夏季，El Niño持续型的气候背景有助于我国夏季风雨带位置始终比常年同期偏南，长时间徘徊在长江流域附近，致使该地区的降水异常偏多。秋季江南降水亦异常偏多。而El Niño转La Niña型前期受El Niño的滞后影响，有助于夏季风雨带偏南，而后期转受La Niña的影响雨带偏北，形成南北两条雨带。致使梅雨期江南北部、盛夏华北到东北南部一带降水异常偏多。秋季江南降水异常偏少。同样，同是La Niña事件次年的夏季，La Niña持续型有助于夏季风雨带位置始终比常年同期偏北，梅雨期长江以北地区降水偏多。盛夏华北地区降水异常偏多。江南地区始终降水异常偏少，呈现“南旱北涝”的降水分布特征。秋季江南地区降水异常偏少。而La Niña转El Niño型前期受La Niña的滞后影响，有助于夏季风雨带位置偏北，后期转受El Niño的影响，夏季风雨带偏南。造成淮河流域和东南沿海地区降水异常偏多，长江中上游和华北地区降水异常偏少。秋季江南降水异常偏多。与El Niño转La Niña型呈完全相反的变化趋势。但在冬、春季同是El Niño事件或同是La Niña事件，不同模态对我国东部降水的影响具有一定的共同特征。即El Niño（La Niña）事件的冬、春季我国江南、华南降水都是偏多（偏少）。因此，利用ENSO信号做我国东部季节降水尤其是夏、秋季降水的气候预测时，不能只着眼于前期冬季El Niño或La Niña信号，还要考虑其未来演变的可能模态和类型。

上一节探讨了不同ENSO季节演变模态和类型与我国东部各季降水异常分布的关系以及差异。现在我们来分析与ENSO各模态相关的一些环流系统的配置和演变的特征，包括与ENSO各模态相关的北方涛动在菲律宾群岛附近和东北太平洋的两个大气活动中心（Chen, 1984），赤道太平洋的异常西风和东风以及对我国降水异常分布有直接影响的西太平洋副热带高压（以下简称副高）和东亚中高纬度的一些环流系统。为此，我们合成得到了ENSO各模态和类型对应的冬、春、夏和秋季850 hPa风场距平和500 hPa位势高度及其距平分布（图 6~9）。另外，为了确切地了解不同模态与副高活动的联系，我们还合成得到了副高强度指数、副高北界指数以及副高西伸脊点指数（均作了3月滑动平均处理）的演变曲线（图 10）。

图 6 EEOF1中El Niño持续型对应的各季节（a）850 hPa风场距平和（b）500 hPa位势高度（等值线，单位：gpm）及其标准化距平（阴影）。图b中打点区域为位势高度标准化距平超过90%信度水平的区域，红色线为气候平均的5860 gpm等值线 Figure 6 Spatial distributions of seasonal (a) 850-hPa wind anomalies and (b) 500-hPa geopotential height (contours, units: gpm) and its standardized anomalies (shaded) for the El Niño persisting type of EEOF1. In Fig. b, dotted areas represent the standardized geopotential height anomalies above 90% confidence level, the red lines are the climatological 5860-gpm contours

图 7 同图 6，但为EEOF1中La Niña持续型 Figure 7 As in Fig. 6, but for the La Niña persisting type of EEOF1

图 8 同图 6，但为模态2中La Niña转El Niño型 Figure 8 As in Fig. 6, but for the La Niña switching to El Niño type of EEOF2

图 9 同图 6，但为模态2中El Niño转La Niña型 Figure 9 As in Fig. 6, but for the El Niño switching to La Niña type of EEOF2

图 10 四种ENSO季节演变类型对应的副高（a）强度指数（单位：gpm）、（b）北界指数（单位：latitudes）和（c）西伸脊点（单位：longitudes）的时间演变 Figure 10 Temporal evolutions of the (a) intensity indexes (units: gpm), (b) northern edge indexes (units: latitudes), and (c) westward ridge point (WRP, units: longitudes) of the western Pacific subtropical high (WPSH) for different seasonal evolution types of ENSO

图 6是EEOF1中El Niño持续型对应的各季节850 hPa风场距平（图 6a）和500 hPa位势高度及其距平（图 6b）。可以看出，在低层850 hPa层上，冬季菲律宾群岛附近和北太平洋地区东北部和分别处在异常反气旋和强异常气旋的控制。赤道地区，中东太平洋盛行异常西风，印度尼西亚和赤道印度洋盛行异常东风。这都是冬季El Niño盛期对流层低层典型的环流特征。其后春、夏和秋季这一环流形势始终维持，只是中心位置和强度有所变化，表明该年El Niño事件一直持续。在El Niño持续型的气候背景下，冬季500 hPa的环流特征为东亚大槽偏弱偏东，贝加尔湖高压脊也偏弱。北方冷空气势力不强，活动路径偏北偏东。低层850 hPa层上，我国东部沿岸地区为异常偏南风，表明东亚冬季风偏弱。低纬地区，副高强度偏强，位置偏西、偏北（图 10）。南方暖湿空气向北输送异常充分。这是造成El Niño持续年冬季我国中东部大部分地区降水比常年偏多，并呈现“东多西少”分布的重要原因。春季欧亚中高纬度为明显的两槽一脊环流型。欧洲槽比常年明显偏强，而东亚槽偏弱偏东，贝加尔湖以西为弱高压脊控制。影响我国的冷空气多是从西路东移，先影响我国北方，后南下影响我国南方。低纬地区，副高与冬季一样强度偏强，位置偏西和偏北（图 10）。El Niño持续年春季我国江南和华南降水偏多，同副高西北侧强盛的西南暖湿气流与北方南下的冷空气在该区交汇有密切关系。夏季的环流形势与典型的梅雨流型相似，中高纬度在东北亚沿岸维持有一稳定的阻塞高压，乌拉尔山附近有强高压脊维持，西风带锋区偏南。低纬地区，副高各月持续偏强，但位置转变为偏西偏南（图 10）。这是El Niño持续年夏季造成雨带始终徘徊在长江流域附近和往往出现梅涝的主要原因。秋季亚洲中纬度地区，东亚槽北缩，里海附近为深槽区，西风带形成“东高—西低”的环流形势，影响我国的冷空气势力不是很强。低纬地区，副高与夏季的一样为强度偏强，位置偏西、偏南（图 10）。北方冷空气与南方暖湿空气在江南交汇。这是El Niño持续年秋季我国江南降水异常偏多的重要原因。

图 7是EEOF1中La Niña持续型对应的各季850 hPa风场距平（图 7a）和500 hPa位势高度及其距平图（图 7b）。在低层850 hPa层上各季东北太平洋都是异常反气旋而菲律宾群岛附近为异常气旋环流。赤道中东太平洋盛行异常东风，印度尼西亚和赤道印度洋盛行异常西风。表明该年La Niña事件一直持续。在La Niña持续型的气候背景下，在500 hPa层上，冬季中高纬度东亚大槽和贝加尔湖高压脊明显偏强，环流经向度较大。我国北方有较强冷空气沿东亚大槽槽后西北气流南侵。低层850 hPa层上，我国东部沿海地区从华北到华南沿海为很强的异常北风控制，表明东亚冬季风异常偏强。低纬地区，副高强度偏弱，位置偏东、偏南（图 10），输向我国南方的暖湿空气异常偏弱。这是造成La Niña持续年冬季我国东部大部分地区降水偏少，并呈“东南少—西北多”分布的主要原因。春季，欧亚中高纬地区呈两槽一脊环流型，欧洲槽偏强，东亚槽位置略偏东，两槽之间的高压脊也较明显。我国北方大部分地区处于脊前西北气流控制下，冷空气活动比较活跃。低纬地区，副高与冬季的一样，强度偏弱，位置偏东、偏南（图 10）。不利于暖湿空气向我国输送，从而导致我国东部大部分地区降水偏少。夏季欧亚中高纬地区，欧洲和东亚分别有阻塞高压出现，乌拉尔山附近为低压槽，并且形势稳定。西风带较为平直，冷空气活动势力不强。低纬地区，副高强度仍然偏弱，但位置转变为偏北、偏东（图 10）。江南大部分地区受副高控制，北方冷空气与西南暖湿气流在长江流域以北交汇。这是La Niña持续年造成主要雨带出现在长江流域以北和往往发生“南旱北涝”的主要原因。秋季欧亚中高纬环流呈两槽一脊型。欧洲槽较弱，东亚槽和贝加尔湖高压脊比较明显，亚洲中高纬度锋区呈西北—东南走向，冷空气活动势力略偏强。低纬地区，副高与夏季的一样为强度偏弱，位置偏北、偏东（图 10）。我国南方部分地区为大陆高压控制。这是形成La Niña持续年秋季我国东部黄淮和江淮降水偏多，其南、北两侧降水偏少的主要原因。

图 8是EEOF2中La Niña转El Niño型对应的各季节850 hPa风场距平（图 8a）和500 hPa位势高度及其距平（图 8b）。可以看出，冬、春季北太平洋和赤道太平洋的环流均为典型的La Niña流型。夏季东北太平洋已由异常反气旋转变为异常气旋，其南侧赤道中东太平洋地区由异常东风转为异常西风，即已变成El Niño的环流特征，使赤道东太平洋海温降低。但有意思的是西部菲律宾群岛附近的异常气旋及其南侧的异常西风并没有转变。这表明冬季的La Niña事件虽然一般在春季已经结束，但其对西北太平洋环流的影响到夏季仍然存在。秋季整个北太平洋和赤道地区的环流都呈现出El Niño流型。在La Niña转El Niño型的气候背景下，500 hPa层上冬季欧亚地区中高纬度的环流与La Niña持续型冬季的形势相近，东亚大槽和贝加尔湖高压脊明显，经向气流偏强，亚冬季风偏强。低纬地区，副高强度偏弱，位置偏东、偏南（图 10）。南方的暖湿气流异常偏弱。从而造成La Niña转El Niño型冬季我国东部大部分地区降水偏少。春季欧亚中高纬度地区呈两槽一脊环流型，欧洲槽和东亚槽强度均偏强，其间西西伯利亚地区高压脊也偏强，环流经向度较大。亚洲西风带呈现“西高—东低”的环流分布形势，我国北方受单一西北气流控制，这是造成La Niña转El Niño型春季我国北方大部分地区少雨的重要原因。低纬地区，副高强度仍偏弱，位置仍偏东偏南（图 10），这也是导致我国东部大部分地区降水偏少的重要原因。夏季中高纬地区欧洲和东亚分别有阻塞高压维持，形势稳定。贝加尔湖西侧为高压脊，我国东北为低压槽区，华北长时间处于槽后单一的冷气流中。低纬地区，受冬季La Niña的滞后影响，副高梅雨期强度偏弱，位置偏东、偏南（图 10）。低层850 hPa西太平洋热带辐合带（ITCZ）异常活跃，从我国南海经菲律宾群岛向东一直伸展到160°E以东地区。亚洲沿岸从南向北呈异常“气旋—反气旋—气旋”的波列分布。长江流域降水偏少。盛夏，副高仍偏弱，位置转为偏西、偏南（图 10）。北方冷空气与南方暖湿气流在黄淮地区交绥致雨，而华北少雨。这是造成La Niña转El Niño型夏季我国东部往往长江流域和华北地区出现干旱而江淮、黄淮流域发生洪涝的主要原因。秋季，中高纬度500 hPa的环流形势与常年相近，但贝加尔湖西侧的高压脊和东亚槽明显偏强，我国北方受西北气流控制。低纬地区，由于转受El Niño的影响，副高位置变为偏西、偏南（图 10）。南方暖湿空气向北输送偏弱，主要降水出现在江南地区。这是造成La Niña转El Niño型秋季我国东部降水呈现“南多—北少”分布的重要原因。

图 9是EEOF2中El Niño转La Niña型对应的各季节850 hPa风场距平（图 9a）和500 hPa位势高度及其距平（图 9b）。低层850 hPa层上，冬、春季北太平洋和赤道太平洋地区的环流均为典型的El Niño流型。夏季东北太平洋已由异常气旋转为异常反气旋，其南侧赤道中东太平洋已由异常西风变为异常东风，即已转成La Niña的环流特征，使赤道东太平洋的海温下降。但西部菲律宾群岛附近的异常反气旋及其南侧的赤道异常东风不仅没有转变，似乎还有所加强。这再次清楚地表明，前期冬季的El Niño事件虽然在春季已经结束，但对西北太平洋的环流到夏季仍然具有明显的影响。秋季整个北太平洋和赤道地区的环流呈现La Niña的流型特征。在El Niño转La Niña气候背景的影响下，500 hPa层上，冬季中高纬环流与El Niño持续型冬季的形势相近，东亚大槽明显偏北、偏东，东亚冬季风偏弱。低纬地区，副高强度偏强，位置偏西、偏北（图 10），暖湿空气向北输送充分，有利于我国东部尤其是江南地区降水异常偏多。春季欧亚中高纬地区呈一脊一槽的环流形势。乌拉尔山附近为强高压脊控制，东亚为宽广低压槽控制。来自极地的冷空气沿脊前的西北气流南下，引导冷空气影响我国东部地区。低纬地区，副高异常偏强，位置偏西、偏北（图 10），西南暖湿气流活跃。这是造成我国黄淮、江淮东部降水异常偏多的主要原因。夏季欧亚中高纬度的环流与双阻型的梅雨环流形势相近。乌拉尔山和东亚沿岸地区各为一个稳定的阻塞高压，两高压之间为低压槽区。从我国东北到长江流域有东北—西南向的低槽维持。低纬地区受El Niño的滞后影响，副高梅雨期强度偏强，位置偏西（图 10）。低层850 hPa层上，西太平洋ITCZ不活跃，东亚沿岸从南向北呈现“反气旋—气旋—反气旋”的波列分布。这是造成El Niño转La Niña型梅雨期长江流域往往出现洪涝的重要原因。盛夏由于转受La Niña的影响副高强度虽然仍偏强，但位置偏北、偏西（图 10），雨带北移到华北至东北南部一带。秋季欧亚中高纬度环流呈两槽一脊型，东欧和东亚沿海为低槽区，两槽之间为宽广的高压脊区。冷空气活动较为频繁，但路径偏北，主要影响我国北方地区，给内蒙古、华北中北部以及东北地区带来明显降水。低纬地区副高仍是偏强，位置偏北和偏西（图 10）。并且南支槽位于印度北部，向我国输送的水汽通道更为偏北，从而造成我国南方大部分地区干旱少雨，而北方降水明显偏多。

以上分析证实，不同ENSO季节演变模态和类型对亚太地区环流的变异有很大影响，尤其是与副高活动和中高纬度经向和纬向环流的变化有非常密切的联系。他们对我国雨带分布和演变有重要影响。并且ENSO的影响有很长时间的时滞效应，El Niño和La Niña一般都在冬季达到鼎盛，但它一直到夏季不仅仍有影响，而且影响还非常显著。

由上分析可知，不同ENSO季节演变模态（也即ENSO循环）通过影响副高活动以及中高纬度经向/纬向环流变化进而影响我国东部的雨带分布及演变。那么ENSO循环是通过怎样的过程与副高活动以及中高纬经向/纬向环流变化相联系进而影响我国雨带分布及演变的呢？为了探讨这一问题，我们对亚太地区（60°E~90°W，50°S~50°N）四季（冬、春、夏、秋）1000 hPa与500 hPa等压面间厚度（Z₁₀₀₀⁵⁰⁰）的距平场进行EOF分析。同样，为了削弱Z₁₀₀₀⁵⁰⁰线性趋势变化对EOF结果的影响，各季节的Z₁₀₀₀⁵⁰⁰均先经过线性趋势扣除处理，然后再进行EOF分析。

图 11为1951~2014年亚太地区四季（冬、春、夏、秋）Z₁₀₀₀⁵⁰⁰距平序列（时间长度为256个季节）的EOF第1模态（EOF1）的空间分布及其时间系数以及Niño3.4区海温距平指数，其中EOF1的时间系数经过了标准化处理。该模态的解释方差占总解释方差的21.9%，North检验表明该模态可以和其他模态有效分离。模态正（负）位相时期，亚太地区Z₁₀₀₀⁵⁰⁰在低纬度地区减少（增加），尤其是赤道中东太平洋和西印度洋两个地区。而在中纬度地区厚度增加（减少）。南北向的温度梯度明显减弱（加强），有助于亚太地区出现以经向（纬向）环流为主导的型式。该模态的正、负位相的空间分布特征分别与La Niña和El Niño盛期冬季合成的Z₁₀₀₀⁵⁰⁰距平图极为相似（Zong, 2014），只是前者为Z₁₀₀₀⁵⁰⁰季节序列分析所得结果，而后者为ENSO盛期（冬季）合成结果。模态1的时间系数与Niño3.4区海温距平指数演变非常一致，二者同期相关系数高达-0.80，远远超过99.9%的信度水平。这种高相关性无疑表明，亚太地区中高纬地区经向环流和纬向环流相互转换的模态，其实就是ENSO循环中大气环流部分演变特征的具体表现，是构成ENSO循环的重要组成部分，是赤道中东太平洋海温异常驱动的结果。图 11低峰期（高峰期）密集时期，意味着La Niña（El Niño）持续，而该时期模态1一直处于强的负（正）位相。这表明La Niña（El Niño）持续型年份，不仅冬季盛期而且其他季节亚太地区都是盛行经向（纬向）为主导的环流。图 11低峰期向高峰期（高峰期向低峰期）转换期，意味着这一时期发生了La Niña向El Niño（El Niño向La Niña）的转换，而模态1也发生了由正位相向负位相（负位相向正位相）的转换。这一现象表明La Niña转El Niño（El Niño转La Niña）型的年份，亚太地区将出现大气环流从经向向纬向（从纬向向经向）环流的转换。Zong（2014）的研究指出，Hadley环流是联系ENSO循环和亚太地区经向/纬向环流的关键纽带。在El Niño背景下，Hadley环流增强，由赤道向中高纬地区的西风角动量输送增强，从而有利于亚太地区纬向环流增强，结果导致中高纬冷空气南侵活动减弱，有利于我国东部降水增多，而在La Niña背景下，Hadley环流减弱，由热带向中高纬地区的西风角动量输送减弱，不利于中高纬地区纬向环流发展，使得亚太地区经向环流增强，进而造成中高纬冷空气南侵活动增强，不利于我国东部尤其是北方地区降水发生。

图 11 1951~2014年亚太地区四季平均的1000 hPa至500 hPa等压面间的厚度距平场（已扣除线性趋势）的EOF第1模态的（a）空间分布及（b）标准化时间系数（细实线）以及Niño3.4区海温距平指数（粗实线）。图a中的粗实线表示零线，图b中的虚线分别表示±0.5℃标准差刻度线 Figure 11 (a) Spatial distribution of EOF1 of four seasons averaged Z500 1000 (thickness between 1000 hPa and 500 hPa) anomalies over Asia-Pacific region during 1951-2014 and (b) corresponding normalized time coefficients (thin solid line) and normalized Niño 3.4 SST anomalies index (thick solid line). Thick solid lines in Fig. a represent the zero lines, dash lines in Fig. b represent ±0.5℃ standardized deviation

由图 11还可以看到，La Niña（El Niño）背景下，在东南太平洋和东北太平洋有一对相对于赤道对称的厚度正（负）距平区，而在热带印度洋和西北太平洋为厚度负距平区。这里正距平对应异常反气旋，负距平对应异常气旋。这种分布是南方涛动和北方涛动极端正（负）指数时期的典型环流型式。其中西北太平洋的异常气旋或反气旋是ENSO直接与副高和我国降水联系的一个重要环流系统。因此，La Niña（El Niño）时期，由于西太平洋这一异常气旋（反气旋）的存在，一般是导致副高偏弱、偏东（偏强、偏西），副高西北侧水汽输送减少（增加），有利于我国东部降水偏少（偏多）。但另一方面，副热带高压的活动除受ENSO影响外，还受到副高本身季节性南北变动的制约，尤其是其南北位置。平均而言，副高的脊线位置，冬春季在15°N以南，初夏季节性北跳至15°N~25°N之间，盛夏脊线移至25°N~30°N。因此，副高特征在ENSO不同的季节演变模态和类型中有很大不同。La Niña（El Niño）持续型，由于菲律宾群岛附近低层为气旋（反气旋）性异常环流系统的存在（图 6、7），各季副高都偏弱、偏东（偏强、偏西）。脊线位置冬春季偏南（偏北），夏秋季转为偏北（偏南）（图 10）。而La Niña转El Niño型，冬春季和夏季的梅雨期受La Niña影响，热带和副热带地区对流层中层位势高度减小，菲律宾群岛附近低层气旋性异常环流存在（图 8），导致副高偏弱、偏东和偏南（图 10）。盛夏和秋季转受El Niño影响，由于大气环流对海温的响应的滞后性，副高逐渐西伸并加强，但强度到10月才能偏强（图 10）。El Niño转La Niña型，冬春季受El Niño影响，热带和副热带地区对流层中层位势高度增强，菲律宾群岛附近低层反气旋性异常环流系统存在（图 9），导致副高为偏强、偏西和偏北（图 10）。夏季的梅雨期受El Niñ o的滞后影响，副高继续维持偏西和偏北。盛夏和秋季转受La Niña影响，副高逐渐转为偏西、偏南，但强度也到10月以后才转为偏弱。也就是说，在El Niño（La Niña）期间一般副高是加强西伸（减弱东移）。另一方面是，在El Niño背景下，受赤道中东太平洋海温增暖的影响，赤道中东太平洋对流活动加强，同时赤道西太平洋和赤道东印度洋附近地区对流活动受到抑制，下沉活动加强，导致赤道地区的Walker环流减弱（陈烈庭，1977）。赤道西太平洋和赤道东印度洋附近异常下沉活动加强，也有利于菲律宾附近反气旋性环流中心建立和发展，进而有利于副高加强西伸。相反，La Niñ a背景下，赤道地区Walker环流加强，赤道西太平洋和赤道东印度洋附近异常上升活动加强，有利于菲律宾附近气旋性环流中心建立和发展，进而导致副高减弱位置偏东。另外，也有研究指出，El Niño发展（减弱）期，西太平洋暖池区热状况偏冷（偏暖），菲律宾周围的对流活动偏弱（偏强），也有利于夏季副高偏南（偏北）（Huang and Wu, 1989）。ENSO事件盛期，菲律宾地区的异常反气旋是局地海气相互作用以及赤道中太平洋增暖遥强迫的影响下得以形成和维持（Wang et al., 2000）。

综上所述，副高强度和位置变化以及中高纬经向环流和纬向环流的调整是决定我国东部降水异常分布的最直接因素。而菲律宾气旋（反气旋）和赤道Walker环流以及北半球Hadely环流分别是联系ENSO与副高以及东亚地区西风带经向环流和纬向环流的重要纽带。不同ENSO季节循环模态，由于其热力驱动过程不同，造成北半球Hadley环流和赤道Walker环流响应和调整明显不同，进而导致其对应的副高强度和位置变化、东亚地区西风带经向和纬向环流调整出现明显差异，最终造成其所对应的中国东部降水分布及其季节演变特征明显不同。

本文利用NOAA扩展重建海表温度资料、NCEP/ NCAR再分析资料、美国气候预测中心制作历史El Niño/La Niña事件集，以及中国160站降水资料和74项大气环流指数等资料，采用EEOF分析、相关分析和合成分析等方法，分析了太平洋海温季节变化的主导模态及其时空变化的特征。并探讨了各模态对应的中国东部降水异常分布特征，分析了与之相联系的亚太地区大气环流以及副高各指数的时间演变特征，同时讨论了ENSO各模态与我国东部降水异常分布联系的可能物理过程。结果表明：

（1）ENSO循环中El Niño和La Niña发生、发展和相互转变的过程是一种多态现象。ENSO季节演变存在两个主要模态4种类型：El Niño持续型和La Niña持续型，以及La Niña转El Niño型和El Niño转La Niña型。

（2）不同模态和类型的ENSO季节演变过程我国降水距平的分布和强度都有明显差异。El Niño持续型，冬、春季我国东部普遍多雨，雨带冬季主要出现在华南，春季北移至长江流域；夏季东亚季风雨带比常年同期偏南，长江流域附近降水异常偏多，往往发生洪涝。而黄淮地区降水异常偏少，易出现干旱；秋季江南降水异常偏多。La Niña持续型冬季降水距平的分布基本相反，且降水强度也弱得多。El Niño转La Niña型，冬、春季我国东部降水距平的分布与El Niño持续型有一定的相似性，其演变也是冬季华南降水偏多，春季主要雨区北移到长江流域；夏季的梅雨期受El Niño的滞后影响，东亚夏季风雨带偏南，两湖地区降水异常偏多；盛夏和秋季转受La Niña影响，华北中部和环渤海地区降水异常偏多，江淮和江南地区降水偏少。La Niña转El Niño型的情况基本相反。因此，在利用ENSO信号做我国降水的气候预测时，不能只着眼于前期冬季El Niño或La Niña事件，还应考虑其未来演变所属的可能模态和类型。

（3）ENSO循环与副高的活动和东亚西风带经向和纬向环流调整有非常密切的联系。不同ENSO季节演变模态和类型对应的副高以及东亚西风带经向环流和纬向环流特征存在明显差异。在El Niño（La Niña）持续型的气候背景下，各季西太平洋副热带高压都偏强、偏西（偏弱、偏东），北界位置冬、春季偏北（偏南），夏秋季转为偏南（偏北）。而在La Niña转El Niño（El Niño转La Niña）背景下，冬春季和初夏梅雨期受La Niña（El Niño）影响，一般副高偏弱、偏东和偏南（偏强、偏西和偏北），盛夏和秋季转受El Niño（La Niña）影响，副高转为偏南和偏西，但强度仍为偏弱（偏北和偏西，但强度仍为偏强）。另外，与东亚西风带环流的关系，El Niño（La Niña）时期，为盛行纬向（经向）环流，尤其是冬季东亚冬季风异常偏弱（偏强）。

（4）西太平洋菲律宾群岛附近的异常气旋或反气旋和赤道Walker环流以及北半球Hadley环流分别是联系ENSO与副高活动以及东亚西风带经向和纬向环流的重要环节。不同ENSO季节循环模态之间热力驱动过程差异，导致赤道Walker环流和北半球Hadley环流响应不同，进而造成副高强度和位置变化、东亚地区西风带经向和纬向环流调整出现明显差异，并最终造成中国东部降水分布及其季节演变特征明显不同。

以上我们仅探讨了ENSO季节演变前两个主要模态（4种类型）和我国东部降水的年际关系特征，以及他们之间联系的物理过程。ENSO季节演变其他模态和类型，一方面由于他们的解释方差较小，另一方面他们与我国降水年际异常之间的联系较为复杂，将另文加以讨论。当然，除了本文所强调的菲律宾附近的异常气旋或反气旋、Walker环流和Hadley环流外，副高活动以及东亚西风带经向和纬向环流调整还受到了上游异常环流调整等大气环流内部动力过程活动及其自身的季节演变进程的影响。此外，除ENSO外，其他外强迫因子（如高原积雪、欧亚雪盖、北大西洋、印度洋和太平洋地区一些关键区的海温）也会对副高以及东亚西风带经向和纬向环流产生影响。但对这些内容探讨超出了本文的研究范围。另外，宗海锋和陈烈庭（2013）的研究结果显示，梅涝型和南涝北旱型的夏季风雨带季内变化模态往往分别出现在El Niño和La Niña持续年，而梅旱型和伏旱型的夏季风雨带季内变化模态往往分别出现在La Niña转El Niño年和El Niño转La Niña年。这些结果也与本文的研究结果相一致。这些工作都表明在利用ENSO信号做我国降水的气候预测时，有必要考虑其未来演变所属的可能模态和类型。不同ENSO季节演变类型的成因如何？其前兆信号怎样？这些问题对于我国降水的气候预测而言具有重要意义。但本文目前尚不能回答这些问题，我们将在后续工作中对这些问题展开探讨。