气候研究十步曲（四）：蝴蝶效应续集从太平洋水温到沃克环流

1、报告正文1、厄尔尼诺导致海洋和大气异常变化位于南美洲的秘鲁渔场是世界四大渔场之一，水产资源丰富。因秘鲁沿岸盛行东南信风，从南美大陆吹向太平洋，使得表层海水离岸而去，海洋深层的冷水上翻，形成秘鲁寒流，带来海底丰富的营养盐类，为鱼虾提供了充足的饵料。图 1、东南信风下生成秘鲁寒流资料来源：互联网， 整理而在个别年份，东南信风异常减弱，秘鲁沿岸冷海水上翻偏少，海水温度升高，鱼类因为环境的突然变化而大量死亡。此时发生的正是厄尔尼诺现象。因此，厄尔尼诺的显著影响就是造成秘鲁寒流的减弱。除了影响海洋，厄尔尼诺的出现还同时伴随着大气异常活动。这是因为厄尔尼诺是海洋和大气相互作用的结果。气象上，将二者合称为“

2、厄尔尼诺-南方涛动”（El Nio -Southern Oscillation, ENSO）。ENSO 的前半部分“厄尔尼诺”，代表赤道地区海洋温度的变化。即，赤道西太平洋表层海温的降低，和中东太平洋表层海温的升高。后半部分“南方涛动”则是与之相对应的大气活动。厄尔尼诺气候下，中国南方夏季降雨偏多。1998 厄尔尼诺年夏季，长江流域、嫩江和松花江流域发生了特大洪水。2015 厄尔尼诺年夏季，江淮和江南东北部等地降雨偏多 2 成至 1 倍。ENSO 通过干扰大气活动实现对全球气候的影响。所以有必要了解正常气候和厄尔尼诺发生时的大气活动，以帮助我们全面分析当前气候情况、判断气候趋势。2、南方涛动：

3、赤道太平洋东西两岸气压一高一低首先，我们需要了解赤道地区常年存在的南方涛动现象。这是掌握热带大气活动的前提。南方涛动是一个气压跷跷板现象。这个大型跷跷板的一端在印度尼西亚的大块区域，另一端则位于赤道地区的中东部太平洋。英国科学家 Sir Gilbert Walker 发现太平洋东岸的气压高时，西岸的气压低，像是跷跷板效应。即，赤道太平洋西岸和东岸的气压总是一高一低。如图 2 所示，在上侧图片，赤道太平洋东岸的气压高（深红色），高于左侧西岸（白色）。东西岸气压差使得风从东岸吹向西岸，如长箭头所示，这是正常气候下的低空风向表现。而在下侧图片，赤道左侧太平洋西岸的气压高（红色），高于右侧东岸（白色）

4、，东风力度减弱，这通常伴随着厄尔尼诺现象。图 2、太平洋两侧气压变化的跷跷板效应资料来源：NOAA， 整理南方涛动和厄尔尼诺之间存在着密切联系。科学家发现，厄尔尼诺下，赤道中东部太平洋海温变暖时，南方涛动现象会出现相应改变，即赤道西部气压升高，东部气压降低。因此有必要掌握南方涛动的具体变化。3、厄尔尼诺下沃克环流逆转，目前沃克环流与正常气候一致、正常情况下，大气表现为沃克环流的正常运转正常情况下，赤道低空常年盛行偏东风。赤道东太平洋的信风（赤道信风，Trade Winds）把东部赤道太平洋的表层暖水吹向西太平洋。于是，西部太平洋的热水越来越多，热量不断积蓄，海温上升，空气因此受热膨胀上升，气压

5、降低。东部太平洋的表层海水被吹走，下部的冷海水因此抬升。在东部太平洋形成了巨大的冷水区域，秘鲁渔场正是由此产生。此处空气受冷下沉，气压升高。在低空，赤道地区太平洋东岸这端的气压“跷跷板”高高翘起，空气便由此向西移动。高空风向则正与之相反，体现了大气环流的循环特征。因此，正常情况下，如图 3 所示，赤道太平洋地区的大气环流表现为：低空盛行偏东风，赤道西太平洋盛行上升气流，高空盛行偏西风，赤道东太平洋气流盛行下沉气流。这也是我们常说的沃克环流。图 3、正常气候下的大气活动资料来源：NOAA， 整理图 4、正常气候下，赤道地区大气活动过程赤道太平洋低空盛行偏东风 暖水西移 西部太平洋海温升高，气压降

6、低 东部太平洋海温下降，气压升高 气压跷跷板东端翘起，偏东风增强 资料来源： 整理西风爆发现象出现 赤道偏东信风减弱 暖水东移，厄尔尼诺形成 中东部海温升高，气压降低 西部海温下降，气压升高 气压跷跷板西端翘起，偏西风增强 赤道偏东信风进一步被削弱 、厄尔尼诺下，大气活动表现为沃克环流逆转厄尔尼诺的成因目前尚未形成定论，不过普遍认为厄尔尼诺的前兆是西风爆发现象的出现。西风爆发现象是在热带印度洋-太平洋上空存在的一种剧烈的风场异常现象，这种异常现象以西风为主，即赤道表面西风突然增大。西风爆发后，会使得赤道信风减弱。之后，西太平洋原先堆积的大量暖海水迅速向东扩展，导致西太平洋海温降低，赤道东太平洋

7、海温上升，厄尔尼诺现象由此形成。西部的暖水向东跑路，移动至中东部太平洋。导致热带中东部太平洋空气受热膨胀上升，气压降低。赤道西太平洋的水温下降，空气受冷下沉，气压升高。原来气压“跷跷板”下落的西端突然上升，风向因此改变。低空的西风逐渐发力，偏东的赤道信风也就由此进一步被削弱，有时甚至还会被偏西风完全抵消。因此，厄尔尼诺时期，如图 5 所示，赤道太平洋地区的大气环流表现为沃克环流的逆转：赤道西太平洋地区的空气反常下沉，东太平洋地区的空气反常上升，赤道地区太平洋低空盛行偏西风，高空为偏东风。图 5、厄尔尼诺下的大气活动，沃克环流逆转资料来源：NOAA， 整理图 6、厄尔尼诺下的赤道信风削弱进程资料

8、来源：NOAA， 整理、2020 年 5 月，沃克环流正常，SOI 指数表明目前为中性气候2020 年 5 月，高空盛行西风，低空盛行东风，沃克环流运转正常根据赤道地区的高低空风向图，当下沃克环流表现为：赤道地区高空盛行偏西风（图 7），低空盛行偏东风（图 8）。与正常情况时的大气活动表现一致。图 7、5 月，赤道地区高空盛行西风（2020 年 4 月 24 日-5 月 23 日）资料来源：NOAA， 整理图 8、5 月，赤道地区低空盛行东风（2020 年 4 月 24 日-5 月 23 日）资料来源：NOAA， 整理2020 年 4 月，SOI 指数扭负为正，气压指数与正常气候一致目前主要以

9、南方涛动指数（Southern Oscillation Index, SOI）对大气状况进行量化分析。SOI 指数衡量的是希提站和达尔文站的气压差，以希提站代表东南太平洋，以达尔文站代表印度洋和西太平洋（图 9）。图 9、南方涛动指数的气压站分布资料来源：NOAA， 整理若 SOI 持续为负，说明赤道地区太平洋西部气压升高，太平洋东部气压降低，对应于厄尔尼诺时的大气异常表现。不过，SOI 是基于两个单独的站点的气压值，这意味着它可能受到短期（如每日或每周）的波动因素的影响，而这些波动可能与ENSO 事件无关。此外，目前对于 SOI 的阈值尚未有明确界定。因此，SOI 为负的持续时间对于判断厄尔

10、尼诺更有效。历史上 1997/1998 年度和 2015/2016 年度的厄尔尼诺发生期间，SOI 分别连续 11、 10 个月为负值。而 2020 年 1、2、3 和 4 月的 SOI 分别为 0.2、-0.1、-0.1 和 0.2， SOI 持续为负的时间仅有两月，4 月 SOI 指数已经扭转为正，因此大气指数说明目前为中性气候。表 1、1997/1998 年、2015/2016 年、2019 年和 2020 年 SOI 指数对比SOI 指数1997 年1998 年2015 年2016 年2019 年2020 年1 月0.5-2.7-0.8-2.20.00.22 月1.7-2.00.2-2

11、.0-1.4-0.13 月-0.4-2.4-0.7-0.1-0.3-0.14 月-0.6-1.40.0-1.20.10.25 月-1.30.3-0.70.4-0.46 月-1.41.0-0.60.6-0.57 月-0.81.2-1.10.4-0.48 月-1.41.2-1.40.7-0.19 月-1.41.0-1.61.2-1.2资料来源：NOAA， 整理4、厄尔尼诺发生时期，中国南部地区降水增多、正常气候对应中国南方炎夏，厄尔尼诺下为凉夏厄尔尼诺对世界气候影响最显著的地区是热带，对热带以外地区的气候也会产生不同程度的影响。下图为 2015 年厄尔尼诺对全球天气气候灾害的影响。图 10、201

12、5 年的超强厄尔尼诺对世界天气气候的影响资料来源：中国气象局， 整理虽然中国并不位于厄尔尼诺的中心区，而是位于它的边缘地区，但厄尔尼诺作为影响气候变化的强信号，是影响中国气候变化的主要因素之一。正常气候下，受夏季风和副热带高压的影响，夏季中国南方高温少雨，为炎夏。如下图所示，2013 年和 2017 年的 Nino 3.4 指数位于-0.5+0.5之间，为正常气候。2013、2017 年的 7 月，南方气温接近往常年份，或明显偏高。而在厄尔尼诺年的夏季，中国南方降水偏多，为凉夏。Nino 3.4 指数连续超过阈值 0.5的年份为 2015 年和 2019 年，说明这两年发生了厄尔尼诺现象。当年

13、 7月，中国南方降雨偏多，气温偏低。2012年1月2012年3月2012年5月2012年7月2012年9月2012年11月2013年1月2013年3月2013年5月2013年7月2013年9月2013年11月2014年1月2014年3月2014年5月2014年7月2014年9月2014年11月2015年1月2015年3月2015年5月2015年7月2015年9月2015年11月2016年1月2016年3月2016年5月2016年7月2016年9月2016年11月2017年1月2017年3月2017年5月2017年7月2017年9月2017年11月2018年1月2018年3月2018年5月201

14、8年7月2018年9月2018年11月2019年1月2019年3月2019年5月2019年7月2019年9月2019年11月2020年1月2020年3月2020年5月2020年7月2020年9月预计行业点评报告图 11、2012 年至今 Nino 3.4 指数与中国不同年份 7 月温度2015 年 7 月全国气温距平（）2019 年 7 月全国气温距平（）3.02.52.01.51.00.50.0-0.5-1.0厄尔尼诺正常状态拉尼娜Nino 3.4 距平水温（）2013 年 7 月全国气温距平（）2017 年 7 月全国气温距平（）资料来源：NOAA，中国气象局，兴业证券经济与金融研究院整理

15、请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明- 9 -、沃克环流逆转，干扰副高偏南，使中国夏季雨带长期位于南方厄尔尼诺时期，中国夏季副热带高压位置偏南，降雨北少南多厄尔尼诺发生后，赤道西太平洋对流活动减弱，气压升高。当年夏季，主要影响中国气候的副热带高压往往偏南，雨带持续位于南方，对应降雨偏多。黄荣辉等学者（2019）发现，当菲律宾周围热带西太平洋上空对流活动减弱时，西太平洋副热带高压偏南。此时，长江流域梅雨强，经常发生洪涝灾害（图 12 的下图）。图 12、厄尔尼诺下，副高偏南，中国南方凉夏资料来源：从 Rossby 波能量频散理论到准定常行星波动力学研究的发展， 整理对比正常年份和厄尔尼诺年副高

16、脊线的维度位置，厄尔尼诺年的夏季，副高普遍较往年偏南。如图 13，2009-2019 年有三年发生了厄尔尼诺事件，分别为 2009 年、2015 年和 2019 年，这三年副高位置都偏南，纬度位置低于 2001-2019 年的副高夏季平均纬度值。图 13、2009-2019 年的厄尔尼诺年份副高都偏南VALUEVALUEVALUE3530252015102009年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年6月副高脊线维度位置7月副高脊线维度位置8月副高脊线维度位置资料来源：中国气象局， 整理注：图中虚线为 2001-2019 年夏季副高平均纬度值夏季副高脊

17、线维度位置正常气候下，夏季受多种因素影响，副高较少概率位置偏南不过，由于大气系统非常复杂，某些正常气候时期，夏季副高位置也会偏南。2014 年夏季为中性气候，但受前期赤道中东太平洋海温的升高影响，当年 7月下旬-8 月，热带西太平洋上升活动减弱（图 14 右图红框内），中国气象局定义为厄尔尼诺状态。因此中国副高偏南，当年中国南方降雨明显偏多，气温降低。（崔童等，2015）图 14、2014 年夏季为厄尔尼诺状态，赤道西太平洋对流活动受抑制，南方降雨偏多，2014 年夏季降雨距平2014 年 7 月 21 日-8 月 31 日 OLR 距平图资料来源：2014 年夏季我国气候异常及成因简析，中国

18、气象局， 整理注：左图为 2014 年夏季降雨距平，该值越大说明降水偏多。右图为 2014 年 7 月 21 日-8 月 31 日 OLR 距平图，该值越大，说明气流上升活动受抑制，气流盛行下沉运动，该值越小说明气流上升运动活跃。2017 年夏季为中性气候，副高位置偏南，汛期南方地区降雨偏多。但同时副高异常偏西（图 15 右图，5880 线以内区域），面积大，长期控制南方大部。在副高区内，天气晴朗，因此南方各地不在汛期阶段时，夏季高温，且持续高温时间超过雨季。（郑志海，2018）副热带高压图 15、2017 年夏季南方降雨偏多，但当年副高异常西伸，南方多地长期位于副高区内，高温少雨2017 年

19、 7 月气温距平2017 年 7 月 500hPa 高度场资料来源：中国气象局， 整理注：左图为 2017 年 7 月气温距平图；右图为 2017 年 7 月 500hPa 高度场，5880 线以内为副热带高压。结论是，厄尔尼诺下，热带西太平洋气流上升活动减弱，影响副高偏南，中国夏季雨带停留在南方，降雨偏多。、厄尔尼诺对应南方凉夏，7 月空调内销增速下滑，零售占比下降正常气候下，7 月空调内销同比正增长，厄尔尼诺下则为负增长正常气候下，7 月中国南方“出梅”，高温少雨，空调内销量往往同比增长；而在厄尔尼诺影响下，7 月中国南方凉夏，内销下滑明显：厄尔尼诺：2015 年 7 月，空调内销 150

20、3 万台，同比-17%；2019 年 7 月，空调内销 2264 万台，同比-3%中性气候：2013 年 7 月，空调内销 1709 万台，同比+16%；2017 年 7 月，空调内销 2668 万台，同比+42%图 16、对比不同气候类型下，空调内销增速1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月 11月 12月140%120%100%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%2013年（中性气候） 2015年（厄尔尼诺）2017年（中性气候） 2019年（厄尔尼诺）资料来源：产业在线， 整理相比正常气候时期，厄尔尼诺下 Q3 空调出货占比少2013 年和 2017 年，夏季南方高温，7 月空调出货量占比最高，此外Q3 零售占比明显高于厄尔尼诺年。图 17、零售量月度分布，上两图凉夏和下两图炎夏的对比14.1%13.0%11.3%13.6%11.0%9.2%7.2%5.2% 5.0%4.0%4.5%1.9%Q3 占比：24%中怡康：2019年零售量出货月度分布中怡康：2015年零售量出货月度分布16%14%12%10%8%6%4%2%0%1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8