1. 引言
晋城位于山西省东南角，东枕太行，西望黄河，南临中原。地形以山地丘陵为主，盆地及山间宽谷相间，复杂的地形地貌使得晋城与同纬度的华北平原相比，呈现出独特的气候特征。研究 [1] [2] [3] 表明，山西水资源缺乏，一方面降水总量少，另一方面降水多集中于夏季，多以暴雨形式出现，给工农业生产等带来严重危害。在全球气候变暖和中国北方干旱化的背景下，日益严重的干旱化已成为山西经济社会发展的主要自然灾害。许多学者对我国华北地区及山西的旱涝规律进行了大量研究，陈烈庭 [4] 根据华北地区各测站降水年际变化大小的分布特点和旱涝的一致性，大致将华北降水异常分为8个区：冀北山地、河北平原西区、河北平原东区、黄河下游、黄淮平原、黄河河套、黄土高原和渭河区，并指出华北各区降水年际变化的差异是很大的。郭媛媛等 [5] [6] 分析了山西夏季降水异常特征与赤道东太平洋海温异常特征的关系。张祎玮 [7] 等分析山西降水受地形影响很大，山区较多，盆地较少；近56年，山西年平均降水在1967年发生了显著的气候突变，从相对偏涝跃变为相对偏旱，夏季降水在1977年出现了显著的气候突变，从相对偏涝跃变为相对偏旱；并提出夏季降水减少是造成年降水减少的主要因素。目前对于晋城旱涝变化规律及异常成因的分析还很少。
近年来，厄尔尼诺事件对中国气候变化的影响、赤道东太平洋海温异常与中国降水及旱涝的关联等问题受到研究工作者的广泛关注，并取得了较为丰富的研究成果 [8] - [14] 。于润玲等 [15] 指出ENSO对于华北地区夏季降水有明显影响。李芬等 [16] 指出山西旱涝对EI Nino的响应较明显，尤其夏季旱涝等级对EI Nino的响应最明显。姚彩霞等 [17] 探讨了厄尔尼诺事件与山西省气候和山西省春秋典型旱涝的关系，张润英 [18] 等分析了忻州夏季降水与厄尔尼诺事件之间存在的关系，张红英等 [19] 分析的是厄尔尼诺事件对山西长治的影响，主要分析了厄尔尼诺事件对长治年降水量及年代际变化特征的影响。针对厄尔尼诺事件对晋城夏季降水旱涝变化规律的相关研究目前还是空白，笔者研究厄尔尼诺事件对1961年以来晋城夏季降水的变化影响，为晋城夏季降水气候预测提供背景信息和科学依据，为指导农业生产、防灾减灾建设和充分合理利用该区的气候资源提供理论依据。
2. 资料来源与研究方法
2.1. 资料来源
根据晋城5个气象观测站自建站以来至2018年12月的月平均降水资料，考虑到资料的完整性，选取1961~2018年有观测记录的5个台站50a的夏季(6~8月)降水资料；厄尔尼诺事件参照2017年2月中国气象局颁布气象行业标准《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》 (QT/T370-2017)及国家气候中心《全球海洋监测预测简报》 (29~34期)；采用1981~2010年30年统计量作为气候标准值。
2.2. 研究方法
将晋城5个气象观测站1961~2018年的夏季(6~8月)降水距平资料作为统计因子，统计并分析厄尔尼诺事件当年的降水距平百分率Pa及其分布特征，采用分解法分别统计厄尔尼诺事件开始年和结束年的降水距平百分率Pa及其分布特征；再根据旱涝等级的划分标准，先将1961~2018年间晋城夏季划分为干旱年和涝年，再分解为厄尔尼诺事件开始年和结束年，分析厄尔尼诺事件年与晋城地区夏季历史旱涝的相关性。
2.3. 厄尔尼诺事件的确定与划分
厄尔尼诺事件是赤道中、东太平洋海表温度异常(SSTA)出现大范围偏暖、且强度和持续时间达到一定条件的现象，是热带海气相互作用的产物。为了规范厄尔尼诺/拉尼娜事件的判别标准，2017年2月中国气象局颁布气象行业标准《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》 (QT/T370-2017)，定义赤道中、东太平洋海面温度距平(SSTA)中心位于赤道东太平洋，称为东部型(或东太平洋型)厄尔尼诺事件；SSTA中心位于赤道中太平洋，称为中部型(或中太平洋型、暖池型、日界线型)厄尔尼诺事件。依照上述判别标准得到1961年以来的厄尔尼诺事件的起始时间、结束时间及强度序列年表(见表1)。并根据事件峰值强度绝对值来确定厄尔尼诺事件的强度，划分为弱、中等、强、超强4个等级。
Table 1. El Nino years since 1961
表1. 1961年以来发生的厄尔尼诺事件
3. 厄尔尼诺(ENSO)事件特征分析
3.1. 厄尔尼诺(ENSO)事件时间特征
根据表1及国家气候中心《全球海洋监测预测简报》监测结果统计，1961~2018年，赤道太平洋共发生18次厄尔尼诺事件，发生的概率为31.0%，从表1看出，ENSO事件发生时间不尽相同，18次厄尔尼诺事件中，春季发生的共6次，占总数的35.3%；夏季发生的共5次，占总数的29.4%；秋季发生的共7次，占总数的38.9%；冬季没有发生。
据国家气候中心气候监测，赤道中东太平洋已经在2018年9月进入厄尔尼诺状态，且2018年9月至2019年1月，赤道中东太平洋达到一次厄尔尼诺事件标准。年初以来，热带太平洋大部海表温度持续偏高。2019年4月第1候和第2候Niño3.4区海温指数分别为0.74℃和0.78℃。目前，赤道中东太平洋厄尔尼诺维持。
3.2. 厄尔尼诺(ENSO)事件变化规律及强度特征
采用统计分析方法对厄尔尼诺强度变化、频率进行趋势分析，2~5年发生1次，发生概率为29.3%。超强厄尔尼诺事件有3次，分别发生在1982~1983年、1997~1998年、2014~2016年，其中2014~2016年的厄尔尼诺最为严重，厄尔尼诺海温指数为2.8℃，超强厄尔尼诺事件均为东部型。强厄尔尼诺事件1次，发生在1972~1973年，也为东部型。中等强度的厄尔尼诺事件6次，其中东部型3次，中部型3次。从表1中分析厄尔尼诺事件年代变化规律看，发生频率无明显变化，但尼诺事件强度呈增强趋势。
4. 厄尔尼诺(ENSO)事件与晋城夏季降水之间的关系
4.1. 晋城夏季降水量变化特征
通过对1961~2018年晋城5个气象观测站年降水量资料的整理，取算术平均法计算出区域夏季降水量：5个气象站夏季降水量取算术平均值作为区域逐年夏季降水量。历年平均值为5个气象观测站气候标准值的算术平均值。
Figure 1. Change of summer precipitation from 1961 to 2018 in Jincheng
图1. 1961~2018年晋城地区夏季降水量年际变化
通过图1发现，晋城地区近58年来夏季降水量呈现下降趋势。从空间分布看：夏季多年平均降水量最大值出现在陵川县，为354.2 mm，最小值出现在沁水县，为316.7 mm，空间呈现由东到西递减。夏季平均降水量最大值出现在1982年，为526.7 mm，除此以外，1971年夏季降水量500.5，也超过500 mm，夏季平均降水量最小值出现在1965和1997年，降水量分别为148.1和110.9 mm。由图2分析可见，20世纪60~70年代晋城地区夏季降水量明显高于历年平均值(316.3 mm)，80年代开始低于历年平均值，从90年代~21世纪初有所增加，但近年来又出现减少的趋势。总体来说，从上世纪70年代开始，晋城地区降水量呈减少趋势。
Figure 2. Change of summer precipitation in different ages
图2. 晋城地区不同年代夏季降水量变化
4.2. 1961~2018年晋城夏季降水的旱涝情况
有多种指标可应用于站点旱涝的确定和区域旱涝级别的判别。本文采用气候学上常用的降水距平百分率Pa来表示晋城夏季旱涝程度。降水距平百分率Pa是指某时段的降水量与常年同期降水量相比的百分率。
其中
为某时段降水量，
多年同期降水量，取1981~2010年30年气候平均值。并按通用的标准，定义降水距平百分率Pa ≥ 50%为大涝，25% ≤ Pa < 50%偏涝，−25% < Pa < 25%正常，−50% < Pa ≤ −25%偏旱，Pa ≤ −50%大旱。统计分析(图3) 58年来晋城夏季平均降水量，平均降水量负距平的年数为31年，正距平的年数为27年，降水偏少的年份大于偏多的年份。按照偏涝(旱)等级的年份划分晋城夏涝(旱)年，其中大旱年份有2个，分别为1965和1997；旱年有8个，分别为1969、1983、1985、1986、1991、2001、2009、2015；大涝的年份有5个，分别为1966、1971、1980、1982、2003；偏涝的年份有9个，分别为1962、1963、1973、1976、1988、1995、1996、1998、2016；涝年概率为 24.1%，旱年概率为17.2%，正常年份概率为 58.6%，说明晋城地区涝年多于旱年。
4.3. 厄尔尼诺事件晋城夏季降水及旱涝关系分析
1981~2015年间厄尔尼诺事件有18次，开始年数为18年，结束年数为17年，2019年为持续年。本研究在研究厄尔尼诺与晋城地区夏季降水关系时，将厄尔尼诺峰值期出现年作为厄尔尼诺事件年，并将厄尔尼诺事件分解为开始年和结束年来统计分析与晋城地区夏季降水的关系，统计厄尔尼诺事件时，厄尔尼诺事件跨三个的年份占3次，事件年与开始年重合的年份占10年，与结束年重合的年份占4年。
Figure 3. Change of the anomalies of annual precipitation
图3. 1961~2018年夏季降水量距平百分比
4.3.1. 厄尔尼诺当年晋城夏季降水及旱涝关系分析
从表2看，在厄尔尼诺事件当年，晋城地区夏季降水偏少的年数为11年，几率为64.7%，偏多的年数为6年，偏多几率为35.2%。按旱涝标准衡量，属于大旱的年数有2年，几率为11.8%；属于偏旱的年数有4年，几率为23.5%；属于大涝的年数有1年，几率为5.9%；偏涝的年数有2年，几率为11.8%；正常年份为9年，几率为52.9%。即涝年概率为17.6%，旱年概率为35.3%，正常年份概率为52.9%。
Table 2. The anomalies of annual precipitation in El Nino years since 1961
表2. 1961年以来厄尔尼诺事件当年晋城夏季降水距平百分率
4.3.2. 厄尔尼诺开始年晋城夏季降水及旱涝关系分析
由图4分析可知，厄尔尼诺开始年晋城地区夏季降水偏少的年数为12年，几率为66.7%，偏多的年数为6年，偏多几率为33.3%；中等强度及以上的厄尔尼诺开始年，除1982年以外，其它年份均偏少，几率为90.0%。
按旱涝标准衡量，厄尔尼诺开始年晋城地区夏季属于大旱的年数有2年，几率为11.8%；属于偏旱的年数有3年，几率为17.6%；属于大涝的年数有1年，几率为5.9%；偏涝的年数有2年，几率为11.8%；正常年份为9年，几率为52.9%。即涝年概率为17.6%，旱年概率为29.4%，正常年份概率为52.9%。
中等强度及以上的厄尔尼诺开始年，属于大旱的年数有2年，几率为20%；属于偏旱的年数有3年，几率为30%；属于大涝的年数有1年，几率为10%；正常年份为4年，几率为40%。即涝年概率为10%，旱年概率为50%，正常年份概率为40%。
Figure 4. Relationship between the change of the anomalies of annual precipitation and the beginning of El Nino event
图4. 厄尔尼诺开始年厄尔尼诺事件等级与区域降水量相关关系图
4.3.3. 厄尔尼诺结束年晋城夏季降水及旱涝关系分析
由图5分析可知，厄尔尼诺结束年晋城地区夏季降水偏少的年数为6年，几率为35.2%，偏多的年数为11年，偏多几率为64.7%。中等强度及以上的厄尔尼诺结束年，除1982年以外，其它年份均偏多，几率为90.0%。
Figure 5. Relationship between the change of the anomalies of annual precipitation and the end of El Nino event
图5. 厄尔尼诺结束年厄尔尼诺事件等级与区域降水量相关关系图
按旱涝标准衡量，厄尔尼诺结束年晋城地区夏季无大旱年，偏旱的年数有1年，几率为5.9%；属于大涝的年数有5年，几率为29.4%；偏涝的年数有2年，几率为11.8%；正常年份为8年，几率为47.1%。即涝年概率为41.2%，旱年概率为5.9%，正常年份概率为47.1%。
中等强度及以上的厄尔尼诺结束年，偏旱的年数有1年，几率为10%；属于大涝的年数有3年，几率为30%；偏涝的年数有4年，几率为40%；正常年份为2年，几率为20%。即涝年概率为70%，旱年概率为10%，正常年份概率为20%。
综上分析表明：厄尔尼诺事件对晋城夏季降水影响较大，中等强度及以上的厄尔尼诺事件对晋城夏季降水影响更明显，表现为厄尔尼诺事件开始年份及当年大多对应晋城夏季干旱，厄尔尼诺事件结束年份对应正常或偏涝；中等强度及以上的厄尔尼诺事件出现旱涝的几率更高。晋城历史上的2次大旱(1965、1997)均出现在厄尔中等或强厄尔尼诺开始年及当年，厄尔尼诺开始年及当年，旱年概率为29.4%，正常年份概率为52.9%，中等或强厄尔尼诺开始年及当年，旱年概率为50%，正常年份概率为40%；厄尔尼诺结束年，即涝年概率为41.2%，旱年概率为5.9%，正常年份概率为47.1%；中等或强厄尔尼诺结束年，涝年概率为70%，旱年概率为10%，正常年份概率为20%。
5. 结论与讨论
1) 本研究通过对历史上出现的El Nino事件统计发现，1961~2018年共有11次El Nino事件，2~5年发生1次，发生概率为29.3%，中等及以上强度的El Nino事件发生概率为17.2%；超强厄尔尼诺事件均为东部型；从El Nino事件年代变化规律看，发生频率无明显变化，但尼诺事件强度呈增强趋势。
2) 利用晋城5个气象观测站1961~2018年夏季(6~8月)降水量资料，分析厄尔尼诺事件当年、开始年和结束年，晋城夏季降水与常年降水差异状况。结果表明：厄尔尼诺事件对晋城夏季降水影响较大，中等强度及以上的厄尔尼诺事件对晋城夏季降水影响更明显，表现为厄尔尼诺事件开始年份及当年大多对应晋城夏季干旱，厄尔尼诺事件结束年份对应正常或偏涝；中等强度及以上的厄尔尼诺事件出现旱涝的几率更高；厄尔尼诺事件开始年及持续年，对应的夏季降水概率基本一致，都是以偏旱为主。
3) 本研究所用的资料为最新年代资料，研究结果能够更准确地反映出厄尔尼诺事件对晋城市夏季降水的影响程度。统计表明，晋城夏季降水占全年降水的55.2%，此结论可用于厄尔尼诺事件发生年份晋城夏季降水趋势预测，冬季、春季和秋季的降水特征未涉及到，因此全年降水趋势预测的不确定性较大，另外，晋城地区地形以山地丘陵为主，盆地及山间宽谷相间，所辖各县(市)地形差异较大，大气候背景下也可能有小气候事件，该研究有一定的局限性，有待于进一步向全年和不同季节以及研究更个体化，精细化，为晋城防汛抗旱提供更准确的科学依据。
NOTES
*第一作者。