鑽石舞台

寫在前面

天氣和氣候最突出的一個方面是其可變性。這種變化存在於許多時間和空間尺度上，從小規模的現象，如局地雷暴和龍捲風，到更大規模的特徵，如鋒面和風暴，再到更長時間的特徵，例如乾旱和洪水，以及季節、年、幾十年甚至世紀時間尺度上的波動。這些較長時間尺度波動的天氣和氣候現象包括異常炎熱和乾燥的夏季、異常寒冷和多雪的冬季、連續的一系列異常溫和或異常寒冷的冬季，甚至是一個溫和的冬季接着一個嚴冬。一般而言，較長時間尺度的現象通常與大氣環流的變化有關，大氣環流的運動範圍遠大於特定受其影響的區域。有時，這些持續的環流特徵同時出現在南北半球甚至全球範圍內看似無關的部分區域，並導致世界各地的異常天氣和氣候。

在過去幾十年中，科學家們發現了諸如厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）、印度洋偶極子（IOD）、馬登-朱利安震盪（MJO）等與全球氣候模式息息相關的大氣—洋流現象。本文作為天氣首次覆蓋報告，對全球主要的大氣-洋流異常現象進行了簡要的介紹，並對它們近期的表現進行回溯，也對未來可能的發展狀況進行展望。附錄中包含了全球農作物生長日曆與生長分布圖，供讀者查閱。在後續的研究里，我們將以雙周報的形式呈現對天氣的更新情況。

厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）

在大約3-7年的周期內，熱帶太平洋會發生海水溫度變暖、變冷或中性的周期性循環，且某一狀態可持續數月到三年，通常在春夏季發展，並在冬季達到峰值，這一周期性現象被稱為厄爾尼諾—南方濤動（ENSO）。ENSO是低緯度的海-氣相互作用現象，在海洋方面表現為厄爾尼諾與拉尼娜的轉變，在大氣方面表現為南方濤動。厄爾尼諾和拉尼娜在ENSO周期中代表着相反的極端。厄爾尼諾代表ENSO周期的暖期，有時被稱為太平洋暖期；拉尼娜代表ENSO周期的冷期，有時被稱為太平洋冷期。在這兩個階段之間是第三個階段，稱為ENSO中性。厄爾尼諾和拉尼娜事件，會在世界很多區域引起極端的天氣（比如洪水和乾旱）。依靠農業和漁業的發展中國家，尤其是太平洋沿岸的國家，所受影響最大。

「厄爾尼諾」（EI NINO）在西班牙語中代表「聖嬰」，在氣象學中是指與赤道太平洋中部和中東部海面溫度周期性變暖有關的大規模海洋-大氣氣候現象。在南美洲西海岸、南太平洋東部，自南向北流動着一股著名的秘魯寒流，每年的11月至次年的3月正是南半球的夏季，南半球海域水溫普遍升高，向西流動的赤道暖流得到加強。恰逢此時，全球的氣壓帶和風帶向南移動，東北信風越過赤道受到南半球自偏向力的作用，向左偏轉成西北季風。西北季風不但削弱了秘魯西海岸的離岸風——東南信風，使秘魯寒流冷水上泛減弱甚至消失，而且吹拂着水溫較高的赤道暖流南下，使秘魯寒流的水溫反常升高。這股悄然而至、不固定的洋流被稱為「厄爾尼諾暖流」。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）對於此現象的認定標準為：當赤道太平洋中東部3個月平均海面溫度偏差（SST Anomaly）超過0.5攝氏度（在5°N-5°S；170°W-120°W）時，厄爾尼諾事件發生。

「拉尼娜」（LA NINA）在西班牙語中代表「小女孩」，與厄爾尼諾相反，拉尼娜事件在氣象學中則被描述為赤道太平洋東部和中部海表溫度大範圍持續異常變冷的現象，也稱為反厄爾尼諾。東南信風將表面被太陽曬熱的海水吹向太平洋西部，致使西部比東部海平面增高將近60厘米，西部海水溫度增高，氣壓下降，潮濕空氣積累形成颱風和熱帶風暴，東部底層海水上翻，致使東部太平洋海水變冷。NOAA對於此現象的認定標準為：當赤道太平洋中東部3個月平均海面溫度偏差（SST Anomaly）小於-0.5攝氏度時，拉尼娜事件發生。

在冬季（以北半球為參照），厄爾尼諾事件使得東亞、南亞、東北亞、北美西海岸、澳大利亞東南部以及巴西東部氣溫偏高，同時東南亞大部分地區和非洲南部可能會發生乾旱。赤道太平洋地區將出現偏暖濕潤的情況（大氣中水分充足，並不代表降雨多）。北美南部（墨西哥灣）、中國江淮地區，巴西南部則可能出現低溫濕潤的情況。在夏季，印度大部分地區、東南亞地區、澳洲東部會出現乾旱，澳洲以東的海平面寒冷乾燥，西赤道太平洋部分地區較濕潤，南美西部和東部氣溫偏高。

拉尼娜現象則反之，在冬季，東南亞地區、澳洲北部、西太平洋中北部以及巴西北部較為濕潤。東北亞、北美西北部沿岸及非洲西部和巴西東南部氣溫偏低，天氣寒冷。中國江淮地區較為乾燥，美國南部（墨西哥灣）地區將出現溫暖乾燥的情況。赤道太平洋將出現寒冷乾燥的情況，而非洲南部則更可能出現寒冷濕潤的情況。在夏季（北半球），非洲西部、亞洲南部大部分地區和南美西部沿海將較冷。東南亞將較為濕潤，澳洲東北部及其東部洋面將更溫暖。西赤道太平洋和南美洲東南部將更加乾燥，而美洲中部將偏冷和濕潤。

下圖展示了近期太平洋地區與年度NINO指數監測區域SSTA（Sea Surface Temperature Anomaly）的情況，可以看到，近期海水溫度處於偏冷狀態，可以作為判斷當前處於拉尼娜周期的初始依據。從四大NINO指數的監測區域來看，過去一年，NINO指數監測海域的海平面溫度距平均為負值，且已連續多月顯著低於-0.5℃。根據NOAA的標準，我們大致可以判斷過去一年在熱帶太平洋的廣大區域經歷了拉尼娜事件。

從南方濤動指數（SOI）30天移動平均值來看，過去兩年裡出現過四輪峰值，分別在21年1月、21年7月、22年6月以及22年11月。通常SOI持續正值高於+7通常表示拉尼娜，而持續負值低於−7通常表示厄爾尼諾。值介於+7和−7則表示中性。SOI指數的波動印證了拉尼娜現象在21-23年間持續，但從最新的走勢來看，似乎當前正處於本輪拉尼娜的末期。

事實上，今年出現了21世紀以來首次「三峰」拉尼娜事件，拉尼娜對南美和北美的氣候影響較為直接，對我國的影響總體上為間接影響。在我國，今年秋季以來，除東北地區西部和南部、華北西南部、西南地區東部以及山東東部、江蘇南部等地氣溫較常年同期偏低以外，全國其餘大部地區均接近常年同期或偏高。秋季以來，全國平均降水量70.9毫米，較常年同期偏少9.9%，為1961年以來歷史同期第七低，呈現暖干氣候特徵。今年冬天，我國會大概率經歷一個寒冬。在美洲，今年冬季（北半球），巴西南部及阿根廷偏乾旱，巴西北部降水更多；11月至1月期間幾乎整個美國本土出現高於平均氣溫水平的模式，南部平原更乾燥，西北部的雨雪更多。在歐洲，今年冬天歐洲將比往年溫暖，但12月可能會有寒潮。

根據多國氣象局的監測，赤道太平洋中東部的海水溫度較正常更冷的情況至少持續到明年第一季度。儘管NOAA和澳大利亞氣象局（BoM）的預測結果因模型的設定有所差異，但全球範圍內多數機構都一致認為未來數月拉尼娜現象呈現持續減弱態勢，預計ENSO將在明年一季度後回歸中性，但此消彼長，6-8月厄爾尼諾發生的概率將會提升。

馬登—朱利安震盪（MJO）

馬登－朱利安振盪（Madden Julian Oscillation, MJO）是指熱帶赤道地區的顯著對流與顯著無對流的區塊在北半球冬季主要以周期約30-90天的速度向東前進的現象，是大氣振盪的一種。該現象夏冬季節強度沒有明顯差異，但是有明顯的年際變化，可發生在一年內任何時期。MJO效應在印度洋和赤道西太平洋區域最為明顯，該現象主要影響大氣的雲量、風向和風速等，從而影響降雨和信風帶。同時也影響全球主要季風模式的時間、發展和強度，因此對它的觀測一定程度上可以預測某一地區降雨、雷暴等天氣的發生概率。

此外，MJO對全球的颱風活動具有調製作用。MJO處於對流活躍位相或活躍位相通過時（後文有MJO相位圖解釋）有利於熱帶氣旋（Tropical Cyclone，TC）形成、頻數增多和增強，並且TC增強區域隨着MJO向東運動而東移；對流抑制位相會導致TC活動減少。這種調製存在遙相關影響，如印度洋MJO對流加強時，北大西洋上TC活動頻率增加，強度迅速提升的可能性也增加。

最後，MJO也可能與ENSO相互作用。當ENSO暖位相（偏厄爾尼諾）發展強盛時，沃克環流減弱，位於赤道東印度洋-西太平洋暖池的大尺度上升氣流減弱，不利於該區域對流的發展，MJO活動偏弱。而當ENSO冷位相（偏拉尼娜）發展強盛時，沃克環流加強，位於赤道東印度洋-西太平洋暖池的大尺度上升氣流加強，有利於該區域對流的發展，MJO活動異常活躍。

MJO運動軌跡與強弱多採用空間相位圖呈現，其一般自西向東移動，相位圖中整個赤道附近的區域被分成了8個區，分別為：1區-非洲大陸、2區-阿拉伯海、3區-孟加拉灣、4區-南海、5區-菲律賓東部洋面、6區-西太平洋、7區-中東太平洋、8區-大西洋。

相位圖的坐標分別是RMM1、RMM2，這是兩種數學方法，其數值可用來刻畫MJO的強度。它們結合了大氣中不同雲層的雲量和雲層間的風速，以提供MJO強度和位置的測量。當某一指數點在中心圈內時，MJO被認為偏弱。在這個圓圈之外時，則被認為偏強。指數點通常會隨着MJO從西向東移動而逆時針方向移動。從上圖左側相位圖可以看到，MJO在12月上旬走弱後，近期在3區與4區活躍（藍紫色線條從圓圈內部向圈外移動）。

因為MJO與風、雲和降雨的變化有關。大多數熱帶降雨來自較強的雷暴，這些雷暴的頂部非常冷。具有「冷穹頂」的雷暴僅發出低水平的長波輻射。因此，還可以通過監測向外長波輻射（OLR）來確定某一地區的雲量，進而測量該地區MJO的強度。

OLR的全球監測圖突出顯示了或多雲或少雲的地區，單位是瓦特/平方米 （W/m²）。在右圖中，負值（藍色陰影）表示高於正常雲量，而正值（棕色陰影）表示低於正常雲量。OLR值是由溫度和雲的狀況決定的，但由於熱帶地區溫度變化較小，因此OLR值主要取決於雲的狀況，即反映熱帶主要的對流區和下沉區。簡言之，OLR圖是一張數值化的雲圖，它的低值區是主要的對流區，對流系統可一直向上發展到對流層頂，此時處於降水較多的情況。相反，在信風區或副熱帶高壓所控制的氣流下沉區，OLR值較高，則處于晴朗乾旱的情況。

從右圖可以看出，近期OLR值在印度洋中南部區域偏低，與相位圖可以得出一樣的結論，即MJO近期在印度洋區域較活躍。

綜上，過去三個月里，衡量MJO的RMM指數由弱到強，在持續兩個月後再轉弱。整體來看，全年MJO出現多個周期，發生時間無明顯規律，強弱與周期均有不同，但差異並不大。近期MJO在印度洋區域（2區與3區）走強，可能會迎來強對流天氣，這將有利於熱帶氣旋在該區域形成。未來MJO會向4區移動，彼時澳大利亞北部地區可能迎來降雨天氣。

印度洋偶極子（IOD）

印度洋的東部和西部海平面之間的溫度差異存在着不斷的變化，該現象被稱之為印度洋偶極子（IOD）。IOD有3-5年的准周期，通常在 5 月或 6 月左右開始，在 8 月至 10 月之間達到高峰，然後在春末季風到達南半球時迅速衰減。IOD會影響印度洋周邊國家甚至全球氣候，是導致周邊地區降雨模式變化的重要因素之一。

IOD對氣候的影響主要分為正相位和負相位兩種。當IOD處於正相位時，沿着赤道的西風減弱，使得溫暖的海水轉向非洲。西風的變化也使得涼爽的海水從東部深海上升。這在熱帶印度洋上形成了溫差——東部海水水溫比正常海水水溫低，西部海水水溫比正常海水水溫高。反之，當IOD處於負相位時，西風沿着赤道加強，使溫暖的海水集中在澳大利亞附近。這就造成了東部的海水水溫比正常海水水溫高，西部的海水水溫比正常海水水溫低。

一般來說，IOD正相位會使得澳大利亞西北部大氣中的水分比正常情況下要少，導致澳大利亞和亞洲部分地區在冬季和春季降雨量減少，同時氣溫高於正常水平；而非洲的部分地區則會因此產生較大的降溫，降雨量增多。IOD負相位通常會導致澳大利亞和亞洲部分地區的冬春季降雨量高於平均水平，氣溫降低；使非洲部分地區降雨量減少，氣溫高於正常水平。

由IOD引起的印度洋海平面海溫異常狀態通常用印度洋偶極子指數來描述。它被定義為熱帶西印度洋（50° E~70°E,10°S~10°N）和赤道東南印度洋（90° E~110°E,10° S~0°）的平均海平面溫度距平之差。其中，IOD指數持續大於+0.4°C時表明處於IOD正相位階段，持續小於-0.4°C時表明處於IOD負相位階段，持續維持在-0.4°C和+0.4°C之間時則表明處於IOD中性階段。

自6月初以來，IOD指數從原來的中性範圍下降，突破IOD負相位閾值(即-0.4℃)，並持續發展，最終於6月-11月中形成了IOD負相位。

在IOD負相位的影響下，馬來西亞、印尼等東南亞國家進入雨季。一方面，充沛的降雨有助於東南亞地區水稻的種植；但另一方面，過量的降水和洪澇災害對於棕櫚油生產和收穫的影響使得原本就處於產量淡季的棕櫚油產量雪上加霜。但通過與往年情況相比來看，今年的棕櫚油產量仍然處在一個相對正常的波動範圍內。12月以來，IOD 指數值連續五周處於中性範圍內，標誌IOD負相位事件已經結束，未來東南亞地區的降水將會減少，強降雨對於棕櫚油產量的影響有望在12月得到一定的緩解。

隨着12月IOD負相位轉為中性狀態，未來澳大利亞地區的降水將會減少，乾燥的天氣有助於小麥、大麥和油菜籽的收穫，並有助於避免冬季作物質量的下降，同時乾燥的氣候也有利於高粱的種植。而在印度洋西側的非洲地區在IOD負相位的影響下出現較嚴重的乾旱氣候，使得小麥和大麥的生長條件十分惡劣的問題將在12月份IOD回歸中性，非洲地區出現降雨後才得到初步緩解，但乾旱問題仍然較為嚴峻。

從多個機構對未來IOD指數走勢的預測可以看出，明年1月-5月期間，IOD指數都將維持在中性範圍內（在-0.4°C和+0.4°C之間），處於IOD中性階段，對各區域氣候的影響都會逐步減弱。但從長遠來看，在全球變暖的背景可能會誘發極端 IOD的增多，這將可能導致極端氣候事件頻發。因此，IOD對氣候預測具有重要意義，進一步加強對IOD的研究是極其重要的，這有助於提前部署救災工作，挽救更多的生命和財產。

熱帶氣旋

熱帶氣旋（Tropical Cyclone, TC），是生成於熱帶或副熱帶洋面上，具有有組織的對流和確定的氣旋性環流的非鋒面性的天氣尺度的渦旋的統稱，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統。在北半球，熱帶氣旋中的氣流繞中心呈逆時針方向旋轉，在南半球則相反。

熱帶氣旋生命周期可大致分為生成、發展、成熟、消亡4個階段，未登陸的熱帶氣旋可能維持2至4周直到脫離熱帶海域，登陸的熱帶氣旋通常在登陸後48小時內快速消亡。熱帶氣旋常見於西太平洋及其臨近海域（颱風）、大西洋和東北太平洋（颶風）以及印度洋和南太平洋。從全球各地歷年熱帶風暴發生的情況看，北半球發生的次數多於南半球。其中北半球熱帶氣旋主要發生在7-10月，這幾個月出現的總數占全年總數的68％，其中尤以8月為最盛期，其次是9月，1-4月出現次數較少，2月最少；南半球主要發生於1-3月，以1月份最多，7-9月份極少。

北太平洋西部是颱風最多、最強大的區域（占全球的1/3以上），7-10月為盛期，約2/3的強颱風，年平均30個左右。其中西北太平洋海域出現的颱風，有1/4左右會在我國登陸，每年平均7個；登陸時間多在7-9月，在這3個月中登陸的颱風占3／4，最早登陸可出現在5月初，最晚為12月初；登陸的地區幾乎遍及我國整個沿海地區，主要集中在浙江以南沿海，其中登陸次數最多的是廣東沿海，約占1／3，其次是台灣、海南、福建、浙江。

美國聯合颱風警報中心採用薩菲爾-辛普森颶風風力等級分級法，以一分鐘平均風速作為持續風速來區分熱帶氣旋等級；中國氣象局國家氣象中心（中央氣象台）同樣將熱帶氣旋劃分為六個等級 ，分別為熱帶低壓、熱帶風暴、強熱帶風暴、颱風、強颱風和超強颱風六個級別；日本氣象廳將熱帶氣旋劃分為四個等級，最高「颱風」等級再細化為三種不同的強度。

2022年上半年全球共有29個熱帶氣旋生成（中心風力達8級及以上），其中，北半球海域8個，包括：西北太平洋3個、東北太平洋3個、北大西洋和北印度洋各1個；南半球海域21個，包括：西南印度洋11個、澳大利亞附近海域5個，南太平洋5個。

西南印度洋區域熱帶氣旋活躍，今年上半年總計生成11個，主要集中在1月下旬至2月下旬，這一時期先後有6個熱帶氣旋生成（「安娜」、「巴齊雷」、「克利夫」、「杜馬科」、「埃姆納蒂」和「費賽爾」）。

7月-11月全球共有56個熱帶氣旋生成，其中熱帶氣旋生成頻率最高的月份為9月，共生成18個熱帶氣旋[1]。11月，全球海域共有6個熱帶氣旋生成和活動，其中西北太平洋有3個（「尼格」、「榕樹」和「山貓」，其中「尼格」為10月27日生成，11月3日登陸廣東珠海市；「榕樹」為10月31日生成，11月1日停止編號），北大西洋共有3個熱帶氣旋活動，分別是「莉薩」、「馬丁」和「妮科爾」，其中「莉薩」和「妮科爾」分別登陸伯利茲和美國。與常年同期相比，全球生成氣旋個數偏少，西北太平洋登陸個數較常年平均偏少。但整體強度大，造成的災害嚴重。

[1] 註：因監測月份時間範圍部分有重合，數據統計可能稍有偏差。

NOAA與ECMWF數據均顯示，未來一周內，印度洋地區有可能將形成熱帶風暴。同時，從過去一周的海平面平均溫度可以看出，熱帶氣旋活動高發區域的海平面溫度較高，也為熱帶氣旋的產生提供了條件。此外，我們在MJO一節中提到MJO的增強同樣會有利於熱帶氣旋的形成，而近期MJO也在印度洋區域活躍，兩者實現了相互印證。

未來一周，在印度洋中部會形成一個熱帶氣旋，根據氣象預測，它的運動路徑大概率會穩定在印度洋中部洋面，並不會登陸東南亞或澳大利亞，因此它對於陸地帶來的直接降雨影響有限。上右圖是印度洋和東南亞區域的降雨分布圖和等壓線分布情況，圖片中左下方的氣旋中心為低壓中心，降雨量大，預計東南亞大部降雨量也較大，但從等壓線的分布情況來看，氣旋中心周圍等壓線分布並不密集，也沒有形成明顯的低壓槽，因此該氣旋對此輪東南亞的降雨可能並沒有直接影響，我們更傾向於認為東南亞此輪降雨是該地區熱帶雨林氣候或熱帶季風氣候的直接影響。

整體來看，由於全球變暖，熱帶氣旋發生的次數在1991年至2021年期間有所增加。未來熱帶氣旋的活動還與中國近海的顯著變暖和垂直風切變的減弱有關。近幾年來我國東部海域變暖趨勢顯著，這將給過境的熱帶氣旋提供更多潛在的能量，從而增加登陸我國熱帶氣旋的強度和存在時間，並有利於其向中高緯度地區發展。未來我國沿海尤其是北方沿海地區的熱帶氣旋暴露度將更高，從而很可能面臨更嚴峻的熱帶氣旋災害風險。

附錄一：全球農作物生長日曆

附錄二：全球農作物生長分布

參考文獻

[1] 陳大可，連濤，2020，《厄爾尼諾-南方濤動研究新進展》，《科學通報》第5期。

[2] 馮麗妃，2022，《30年洋流記錄顯示熱帶氣旋在增強》，《中國科學報》第1期。

[3] 姜繼蘭等，2021，《印度洋偶極子研究進展回顧》《地球科學進展》，第6期。

[4] 龍雨青等，2022，《ENSO對MJO傳播特徵演變的影響》，《熱帶氣象學報》第3期。

[5] 王皘等，2022，《2022年1—6月全球熱帶氣旋活動概況及特徵分析》，《氣象研究與應用》第3期。

[6] Bo PANG., et al., 2016, 「Impacts of Two Types of El Nino on the MJO during Boreal Winter」, Advances in Atmospheric Sciences, Vol. 33(08), PP979-986.

[7] Cai W., et al., 2020, 「Opposite response of strong and moderate positive Indian Ocean Dipole to global warming」, Nature Climate Change.

[8] Dickson M., et al., 2021, 「Rainfall responses to El Nino and positive Indian Ocean Dipole events during 1951–2015」, Atmospheric and Oceanic Science Letters, Vol 14(06), PP43-49.

[9] Jaimes B., et al., 2015, 「Enthalpy and Momentum Fluxes during Hurricane Earl Relative to Underlying Ocean Features」, Monthly Weather Review, Vol. 143(1) , PP111-131.

[10] Song Yang., et al., 2018, 「El Nino–Southern Oscillation and its impact in the changing climate」, National Science Review, Vol. 5(06), PP840-857.

[11] You Min Tang., et al., 2018, 「Progress in ENSO prediction and predictability study」, National Science Review, Vol. 5(06), PP826-839.

重要聲明