#气候监测# 【ENSO-148 特别期:关于拉尼娜事件的Q&A】

最近赤道中东太平洋又出现了持续显著偏冷,表明有一次拉尼娜事件正在发展。这会和近期四川盆地北部、陕西与山西大部的强降雨有关么?而在近期的寒潮影响下,全国大部气温都显著偏低;又有传言:“拉尼娜事件导致今年冬季为数十年一遇寒冬”,这是否有依据?

如果需要一个简短结论,那就是:
【这次四川盆地北部、陕西大部与山西的强降雨较大程度和拉尼娜事件的发展有关。近期的寒潮和拉尼娜事件没有直接关联;而在冬季,拉尼娜事件在一定程度上会倾向我国冬季总体偏冷和南方偏干燥,但不能只用该因子作为气候预测依据;而“数十年一遇寒冬”更是无有效凭据。】

这次我也会对拉尼娜事件的一些相关内容,作一些简要的Q&A.

Q1: 什么是拉尼娜事件?
A1: 拉尼娜事件,是指【赤道中东太平洋区域的海表温度持续、显著偏冷的气候现象】。

其中,“持续”代表时间上至少要维持5个月;而“显著偏冷”,是赤道中东太平洋指较常年平均偏低0.5°C以上。

在当前实际监测中,“常年平均”多采用1981-2010年的平均(未来会逐步调整为1991-2020年平均),而“赤道中东太平洋”多选用经纬度上,5°S-5°N,170°W-120°W划定的地区(被称作【Nino3.4区(参见图1)】,这个名词将在后面用到),以该区域平均海表温度的异常作为监测标准。

在词源上,拉尼娜一词来自西班牙语“La Niña”,字面意为“小女孩”,这很可能是与用作赤道中东太平洋显著偏暖的厄尔尼诺事件“El Niño”(意为“圣
婴”/“小男孩”)分野相对。

厄尔尼诺事件和拉尼娜事件,其实是同一类现象的两面,分别代表了赤道中东太平洋海区持续显著偏暖与偏冷的情形(图2)。

Q2:为什么会出现拉尼娜事件?
A2:由于这个问题涉及了气候学与海洋学不少专业知识,考虑到理解难度,这里仅做一些简要、不完全严谨的概述。

在通常情形下,赤道两侧是盛行信风,总体以东风为主,它将东太平洋海表较暖的海水向西太平洋输送。而为了补偿表层海水的缺失,在东太平洋地区会有深处的冷水向表层补充,而西太平洋多获得的海水也会堆积并向下沉,在海表以下回流到东太平洋,构成一个循环。

因此在通常的情形下,东太平洋海表会失去暖水而有冷水补充,海温较低;而西太平洋海表会得到暖水,海温较高且盛行上升运动与对流云活动(图3左)。

但维系这个循环的很多过程,如海表面的信风,也存在明显变化。如果信风突然减弱,上述循环变弱,东太平洋暖水向西输送会减少而海温偏高,反之西太平洋海温偏低,此时对流活动移动到中太平洋一带,这就是厄尔尼诺事件(图3中)。

反之,当信风较常态进一步增强,东太平洋表层暖水被进一步向西输送,东太平洋变得偏冷,此时海表附近的空气受冷却下沉,在海表处聚集形成高压;气压梯度力将导致从东太平洋向西吹拂的信风进一步增强,西太平洋海温变得偏高,会继续增强这一循环,形成正反馈。这就是拉尼娜事件的情形(图3右)。

不过,拉尼娜事件不会因为上述正反馈过程而无限增强,也有不少大气与海洋过程会抑制其增强(由于涉及较专业知识,这里不展开叙述),这使得事件发展会有限制,并在一定时段后减弱结束。

Q3: 拉尼娜事件频率有多高?
A3: 在1950年至今的71年中,共发生了16次拉尼娜事件(图4),平均约4-5年一次,相比同期21次的厄尔尼诺事件,频率略低。

但其中,又分为持续时间短(6-12个月)的高频事件,和持续时间较长(1-2年)的低频事件,这71年里,总共有15年10个月处在拉尼娜状态。因而,拉尼娜事件也并非少见,而其与厄尔尼诺事件总共占了一半以上时间,真正的“中性状态”并不是很多。

Q4: 拉尼娜事件发生在热带太平洋,为什么还能对我国气候产生影响?
A4: 因为拉尼娜事件,不是简单的热带太平洋区域气候异常。

前文已经提及,由于热带太平洋的面积之广与较高的海温,拉尼娜事件通过影响到热带太平洋海表温度,影响到海表之上大气的温度和对流活动。对流活动的变化,会导致对流云形成过程中,水汽凝结并释放热量(被称作潜热)的多寡,而潜热是大气运动重要的能量源。

因而,拉尼娜事件可引起相当大范围大气环流异常,甚至通过激发波长极长的大气波动,超越热带地区的囹圄束缚,影响到热带以外的广阔天地。此外,它还能影响到热带太平洋以外海区的海温,这也会进一步导致各地大气环流与气候的异常(图5)。

实际上,厄尔尼诺/拉尼娜事件,是季节到数年的时间范围内,影响力最强的自然气候因子。

但需要注意,由于我国并非位于赤道太平洋沿岸,受厄尔尼诺/拉尼娜的影响也是相对间接,不如同印度尼西亚、秘鲁等直接影响区明显。讨论厄尔尼诺/拉尼娜事件对我国的影响时需要注意这一点。

Q5: 近期四川盆地北部、甘肃东部、陕西与山西大部、河北中部和辽宁等地出现了罕见的强降雨。在这个季节降雨如此偏北且偏多,是否有即将正式形成的拉尼娜事件影响呢?
A5: 正在形成的拉尼娜事件是一大重要的成因,但不是全部。

图6是1951年以来,所有拉尼娜事件发展的秋季年降雨量异常的合成结果。可以看到,有拉尼娜事件发展的秋季,四川盆地、陕西、山西等地降雨的确明显偏多。

这主要与拉尼娜事件发展下,赤道西太平洋一侧马来群岛区域海温上升导致对流活动增强,通过增强的哈德莱环流(Hadley Cell)加强了副热带地区的下沉气流,导致了副热带高压出现增强;此外赤道太平洋信风的增强,也对副热带高压增强有一定作用。而增强的副热带高压将海洋的水汽深入输送向更内陆的四川盆地和更偏北的华北地区,造成了当地降雨的偏多。

但导致副热带高压增强的原因,不只是拉尼娜事件的发展。中高纬度西风带内的槽与脊异常,甚至高纬度地区的海冰积雪异常,都会影响到副热带高压的强度与位置。图7给出了一个本次持续强降雨的概念性解释。

Q6: 所以,拉尼娜事件会造成我国冬季怎样的气候异常?近期的寒潮和偏冷和拉尼娜事件有关么?“数十年一遇的寒冬”会发生么?
A6: 简要回答:【一定程度上,会倾向我国冬季总体偏冷且南方大部偏干燥。但近期的寒潮和气温偏低是短期天气过程,和拉尼娜这类气候异常没有直接明显关联;至于“数十年一遇寒冬”,没有任何显著有力依据。】

这个问题,已有相当多的气候学研究人员做过统计和具体机制研究。

如果简单地从统计学上做相关分析,图8-9的结果表明,拉尼娜事件更倾向于全国大部冬季偏冷,降水偏少。

但这两张图也显示出,其对不少地区冬季气温相关系数未通过0.10显著性检验,这表明拉尼娜事件对我国冬季气候影响并非很显著。在拉尼娜事件期,我国也有不少暖冬事件发生,如1998-99年、2016-17年等。综合其他气候因子,如北极海冰、中高纬度海温异常、陆地积雪等对我国气候的影响,综合考虑才能更好地分析我国冬季气候趋势;仅凭拉尼娜现象这一条,断定极端寒冷的冬季发生是没有任何显著依据。

至于“数十年一遇的寒冬”,这已是属于极端气候事件,不仅要考虑季节平均的气候因子,还需要考虑时间更短的一些天气气候过程,这不是拉尼娜事件能简单判定。此外,在过去百年间全球显著变暖的气候背景基础下,要出现“数十年一遇的寒冬”,也已是非常困难。

Q7: 有分析认为2007-08年冬季南方的持续低温雨雪冰冻灾害,是由同期的拉尼娜事件引起。这是否有依据?

A7: 有部分贡献,但远非最重要、最直接的原因。
2008年雨雪冰冻灾害持续了约1个月,这在气象学上被称作延伸期-低频过程事件,它的持续时间较普通的天气过程(数日)长,但又较短期气候过程(数月)短。此时,主要影响数月到数年的拉尼娜事件,成为了一个背景因素,它让冬季风偏强,冷空气会更容易持续入侵南方。

但要形成持续雨雪冰冻灾害,需要稳定的暖湿气流与冷空气的输送交锋,这种维持一个月时长的异常大气环流,需要其他大气过程,如中高纬度西风带内部较稳定的扰动,热带地区的大气振荡过程等,作为直接且最重要的因素。这类因素的起源就较为独立于拉尼娜事件,包括极地海冰的异常,中高纬度海洋的海温异常,甚至大气层内部的扰动发展。

于是,在分析雨雪冰冻灾害这类冬季内极端事件时,不仅需要考虑诸如拉尼娜等“相对长期”的气候因子作为背景因素,同时要考虑更短期、但影响更直接更显著的天气、气候因子与过程。

参考链接:
中国国家气候中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgc
美国气候预测中心-厄尔尼诺/拉尼娜监测
https://t.cn/A6bSjHgf

图1: 最近一周的全球海表温度异常,其中暖(冷)色调代表偏高(低),红色方框即Nino3.4区域。可以看到,以Nino3.4区域为代表的赤道中东太平洋有显著冷异常,表明了拉尼娜事件的发展。图片来源:https://t.cn/A6MYTMC2

图2: 厄尔尼诺(左)/拉尼娜(右)事件下海温异常,其中红(蓝)色代表海温偏高(低)。图片来源:https://t.cn/A6bSjHgV

图3: 正常年份(左)、厄尔尼诺年(中)、拉尼娜年(右)的热带太平洋海洋与大气情形。表层暖(冷)色代表暖(冷)海表温度,白色箭头代表海面信风,黑色箭头代表高空大气运动。图片来源:
https://t.cn/A6bSjHg6

图4: 1950年以来的拉尼娜事件(冷事件)列表。图片来源:https://t.cn/A6bSjHgM

图5: 拉尼娜事件在北半球冬季(上部)、夏季(下部)造成的气候异常。图片来源:https://t.cn/A6bSjHgi

图6: 1951年以来有拉尼娜事件发展的秋季(9-11月),全国降水量距平(偏离均值的程度)百分率(左侧)和降雨偏多的概率(右侧)。

图7: 本次河南、陕西、山西等地异常偏强的秋雨形成原因简要机制。其中拉尼娜事件造成了较显著的影响。图片来源:国家气候中心

图8: 1981-2014年,同时期Nino3.4区海温对冬季(12-2月)我国(左)和全球(右)表面温度的相关系数。颜色从浅到深的界限,分别为通过0.1,0.05,0.01,0.001显著性检验的阈值。
图9: 同图8,但为同期降水量相关系数。
图6与图8-9来源:https://t.cn/A6bSjHgI

#今年冬季将形成拉尼娜事件# #今年冬天会有多冷#

F92材质传动轴焊接工艺
随着农业自动化生产水平的不断提高,大型农用机械的需求量不断加大,对农业机械重要传动受力部件所使用钢材的综合机械性能提出了新要求,常用的普通碳素结构钢已无法满足要求。中碳合金钢具有优良的塑性、韧性及综合机械性能,可满足传动受力部件的综合机械性能要求。但中碳合金钢的含碳量偏高,且含有各种不同的微量元素,导致其焊接性能不理想。为保证传动受力部件焊接工艺,同时降低生产成本,对中碳合金钢中的F92焊接性能进行研究分析,总结焊接参数,优化焊接工艺。
焊接材料及试验方法
焊接试验用材料为中国山东莱钢生产的F92热轧圆钢,交货状态为调质。圆钢直径140 mm。
国际焊接协会的碳当量计算公式为:Ceq=C + l/6Mn+1/5(Cr+Mo+V)+1/15(Ni+Cu)。当 Ceq>0.60% 时,钢材的硬倾向较强,可焊接性能较差焊接过程中容易出现冷裂纹现象,需采取焊前高温预热和严格的焊接工艺措施。
根据公式计算得出,F92钢材的碳当量值Ceq=0.713%,焊接性能十分差,特别是在调质状态下焊接时’热影响区的冷裂纹倾向表现更为突出,所以要选择合适的焊接材料、优化的焊接参数、合理可行的焊接工艺。
焊接材料为大西洋焊材公司CHE857Cr(J857Cr) 低氢钠型药皮的低合金钢高强度焊条焊条,其化学成分及机械性能分。圆钢对接焊的接头加工形式及焊缝焊接顺序。焊接前,对接头处进行煤油清理,保证焊接处无污染物,同时进行轴向固定,防止焊接变形。焊条直径为3.2 mm,采用ZX7-315直流手工焊机,根据不同温度下F92的机械性能与不同预热温度条件下F92焊接裂纹试验结果,确定焊接母材预热温度达到120 t以上时,其抗拉强度可以达到实际产品值,同时焊接焊缝处表面与断裂处无裂纹。按照焊接工艺优化试验参数要求
按照国家焊接标准CB2650-2655-89规定,分别对焊接式样进行冲击、弯曲、抗拉机械性能试验,焊缝的机械性能。对比国家标准焊接母材的抗拉、屈服、焊缝冲击参数均满足技术要求,且在弯头直径3倍样本厚度,弯曲角度大于120°完好无损。
热输人量与层间温度提升,焊缝的延伸率显著提升,根据材料马氏体与贝氏体相互转换原理,贝氏体在焊缝中的比例增大时可以提高产品韧性;综合考虑焊接的抗拉、屈服、焊缝冲击 整体参数,选择序号3,4,7,8的焊接工艺参数对产品进行标准化生产。
实践及试验结果表明,此焊接方法可用于大型农用机械的F92材质传动轴焊接,满足农业机械重 要传动受力部件所用钢材的综合机械性能指标,降低 生产成本与采购成本,加快中国农业自动化的发展速度。
F92含碳当量过高,焊接时热影响区易出现冷热裂纹,焊接硬倾向性较大。为避免冷裂纹的产生, 预热温度必须大于120 T。随着F92热输人量与层间温度的提升,焊缝延伸率显著提升,其原因为贝氏体在焊缝中比例增大。研究确定优化的焊接工艺参 数,有利于保证产品的焊接质量,提升商品的品牌知名度。

Happy birthday YiBo !!!
Sinh nhật vui vẻ Vương Nhất Bác của tôi

Mới đó mà đã thêm một tuổi nữa rồi. Nhất Bảo 24 tuổi của mọi người sang tuổi mới nhất định phải vui vẻ nha.
Chúc cậu mãi mãi là một thiếu niên dám nghĩ dám làm, dũng cảm mà yêu. Chúc cậu mọi sự điều suôn sẻ!
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