无线传感器网络在野外测量中的方案
在工业测量领域，往往需要长时间、大范围、多通道的数据测量系统。而在野外环境监测领域，由于环境条件的特殊情况，经常使监测系统因为电源、长距离布线等因素的存在而难以有效部署。而无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性，特别适合于工业领域的野外测量。
本文将介绍一个部署在我国南部某沿海城市的无线传感器网络案例，该系统经过少量修改后可以满足许多工业测量的需求。
该城市存在大量山地地貌，城市居民人口众多，要求土地必须保持较高的利用率，因此大量建筑和道路都位于山区附近。该地区降雨量常年偏高，尤其在每年夏季的梅雨季节，会出现大量的降水。不稳定的山地地貌在受到雨水侵蚀后，容易发生山体滑坡，对居民生命财产安全构成巨大的威胁。
当地有关部门尝试部署过多套有线方式的监测网络以对山体滑坡进行监测和预警，但是由于监测区域往往为人迹罕至的山间，缺乏道路，野外布线、电源供给等都受到限制，使得有线系统部署起来非常困难。此外有线方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集数据，需要专人定时前往监测点下载数据，系统得不到实时数据，灵活性较差。
对此，在与地理监测专家进行多次交流，并进行数次实地考察后，Crossbow公司提出了基于无线传感器网络的山体滑坡监测全套无线解决方案。
基本测量原理
山体滑坡的监测主要依靠两种传感器的作用：液位传感器和倾角传感器。在山体容易发生危险的区域，沿着山势走向竖直设置多个孔洞，如图1所示。每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器，在不同深度部署数个倾角传感器。由于该地区的山体滑坡现象主要是由雨水侵蚀产生的，因此地下水位深度是标识山体滑坡危险度的第一指标。该数据由部署在孔洞最下端的液位传感器采集并由无线网络发送。
通过倾角传感器可以监测山体的运动状况，山体往往由多层土壤或岩石组成，不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同，其运动速度不同。发生这种现象时部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据，如图2所示。在无线网络获取到各个倾角传感器的数据后，通过数据融合处理，专业人员就可以据此判断出山体滑坡的趋势和强度，并判断其威胁性大小。
系统整体架构如图3所示，Crossbow用于此项目的产品包括新型Mote节点IRIS、MDA300数据采集板、Stargate基站;MoteWorksTM软件环境包括Xmesh协议栈(IEEE802.15.4兼容)、Xserver中间件及MoteWeb可视化管理平台。
传感器节点探测出的数据通过Xmesh无线多跳自组的网络传输给基站，或通过中继Mote传输给基站。Mote是无线传感器网络的基本节点，由处理器和RF芯片组成，它的体积较小，所以称之为“尘埃(Mote)”。基站则是用来沟通无线传感器网络与已有的IP网络的网关设备。
基站将这些数据传输到中心服务器，通过Xserver中间件解析后，用户可以通过IT系统应用软件进行监控;同时数据接口完全兼容于客户的原有信息管理系统，用户能够灵活地将新的传感器数据加入原有的信息管理系统，从而通过IP网络实时监控物理世界信息。
在实际部署时，Crossbow采用了分层网络的架构。每个目标监测区域内的无线传感器节点组成一个子网，子网内的节点依靠Xmesh无线多跳自组织协议，通过多跳的方式把数据传递给Stargate基站。基站在进行数据预处理后，通过GPRS网络远距离把数据发送回中心服务器，如图4所示。
每个目标监测区域大概由10～20个节点构成(依具体情况有所调整)，整个项目由数个监测区域构成，由于Crossbow的Xserver中间件服务器的强大功能，系统构成灵活可调(包括子网数目和网内节点数目)。相邻节点之间的距离约为20～100m，数据采集间隔也可以由中心服务器灵活控制,在旱季可以调整为每24小时采集并传递一次数据，从而节省能量并避免大量的冗余数据。而在雨季危险期，其采集间隔可以密集至2分钟一次，从而保证实时监测预警功能。
系统支持双向数据传输，所有数据汇集到基站，连接至上层IT系统进行数据整合，方便管理和查询。
传感器节点
每个传感器节点包含液位传感器与倾角传感器元件、IRIS无线传感器网络节点、MDA300数据采集板和电池组。
MDA300提供8个ADC通道、8个数字通道以及I2C接口用于外接各类传感器。在本项目中倾角传感器电压输出为0~5V，通过MDA300预留的电阻分压网络很容易接至MDA300提供的0~2.5V ADC接口。液位传感器则为4~20mA电流输出，通过外接电池组模拟理想电压源，再使用电阻分压网络124?赘电阻即可将4～20mA转换为ADC可以采集的0~2.5V电压信号。
MDA300被配置为1个液位传感器通道和6个倾角传感器通道。
中继Mote
中继Mote的硬件结构和Mote完全一样，只是没有连接传感器。与普通Mote不同，中继Mote不是由电池供电，而是通过有线形式供电，始终保持在工作状态来保证全网的通信效率。中继Mote将来自节点的数据通过Mesh网络传输到基站。当一个Mote出现故障，与之相关的其他Mote会自动重新选择路由。在这个Mote的故障排除后，会重新加入到Mesh网络中继续工作。
基站
基站由一个Stargate网关和一个Mote组成。Stargate网关包含Intel PXA255主处理器、Intel SA1111协处理器、64MB RAM、32MB FLASH以及51针接口、PCMCIA接口、CF接口。
在工业测量领域，往往需要长时间、大范围、多通道的数据测量系统。而在野外环境监测领域，由于环境条件的特殊情况，经常使监测系统因为电源、长距离布线等因素的存在而难以有效部署。而无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性，特别适合于工业领域的野外测量。
本文将介绍一个部署在我国南部某沿海城市的无线传感器网络案例，该系统经过少量修改后可以满足许多工业测量的需求。
该城市存在大量山地地貌，城市居民人口众多，要求土地必须保持较高的利用率，因此大量建筑和道路都位于山区附近。该地区降雨量常年偏高，尤其在每年夏季的梅雨季节，会出现大量的降水。不稳定的山地地貌在受到雨水侵蚀后，容易发生山体滑坡，对居民生命财产安全构成巨大的威胁。
当地有关部门尝试部署过多套有线方式的监测网络以对山体滑坡进行监测和预警，但是由于监测区域往往为人迹罕至的山间，缺乏道路，野外布线、电源供给等都受到限制，使得有线系统部署起来非常困难。此外有线方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集数据，需要专人定时前往监测点下载数据，系统得不到实时数据，灵活性较差。
对此，在与地理监测专家进行多次交流，并进行数次实地考察后，Crossbow公司提出了基于无线传感器网络的山体滑坡监测全套无线解决方案。
基本测量原理
山体滑坡的监测主要依靠两种传感器的作用：液位传感器和倾角传感器。在山体容易发生危险的区域，沿着山势走向竖直设置多个孔洞，如图1所示。每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器，在不同深度部署数个倾角传感器。由于该地区的山体滑坡现象主要是由雨水侵蚀产生的，因此地下水位深度是标识山体滑坡危险度的第一指标。该数据由部署在孔洞最下端的液位传感器采集并由无线网络发送。
通过倾角传感器可以监测山体的运动状况，山体往往由多层土壤或岩石组成，不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同，其运动速度不同。发生这种现象时部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据，如图2所示。在无线网络获取到各个倾角传感器的数据后，通过数据融合处理，专业人员就可以据此判断出山体滑坡的趋势和强度，并判断其威胁性大小。
系统整体架构如图3所示，Crossbow用于此项目的产品包括新型Mote节点IRIS、MDA300数据采集板、Stargate基站;MoteWorksTM软件环境包括Xmesh协议栈(IEEE802.15.4兼容)、Xserver中间件及MoteWeb可视化管理平台。
传感器节点探测出的数据通过Xmesh无线多跳自组的网络传输给基站，或通过中继Mote传输给基站。Mote是无线传感器网络的基本节点，由处理器和RF芯片组成，它的体积较小，所以称之为“尘埃(Mote)”。基站则是用来沟通无线传感器网络与已有的IP网络的网关设备。
基站将这些数据传输到中心服务器，通过Xserver中间件解析后，用户可以通过IT系统应用软件进行监控;同时数据接口完全兼容于客户的原有信息管理系统，用户能够灵活地将新的传感器数据加入原有的信息管理系统，从而通过IP网络实时监控物理世界信息。
在实际部署时，Crossbow采用了分层网络的架构。每个目标监测区域内的无线传感器节点组成一个子网，子网内的节点依靠Xmesh无线多跳自组织协议，通过多跳的方式把数据传递给Stargate基站。基站在进行数据预处理后，通过GPRS网络远距离把数据发送回中心服务器，如图4所示。
每个目标监测区域大概由10～20个节点构成(依具体情况有所调整)，整个项目由数个监测区域构成，由于Crossbow的Xserver中间件服务器的强大功能，系统构成灵活可调(包括子网数目和网内节点数目)。相邻节点之间的距离约为20～100m，数据采集间隔也可以由中心服务器灵活控制,在旱季可以调整为每24小时采集并传递一次数据，从而节省能量并避免大量的冗余数据。而在雨季危险期，其采集间隔可以密集至2分钟一次，从而保证实时监测预警功能。
系统支持双向数据传输，所有数据汇集到基站，连接至上层IT系统进行数据整合，方便管理和查询。
传感器节点
每个传感器节点包含液位传感器与倾角传感器元件、IRIS无线传感器网络节点、MDA300数据采集板和电池组。
MDA300提供8个ADC通道、8个数字通道以及I2C接口用于外接各类传感器。在本项目中倾角传感器电压输出为0~5V，通过MDA300预留的电阻分压网络很容易接至MDA300提供的0~2.5V ADC接口。液位传感器则为4~20mA电流输出，通过外接电池组模拟理想电压源，再使用电阻分压网络124?赘电阻即可将4～20mA转换为ADC可以采集的0~2.5V电压信号。
MDA300被配置为1个液位传感器通道和6个倾角传感器通道。
中继Mote
中继Mote的硬件结构和Mote完全一样，只是没有连接传感器。与普通Mote不同，中继Mote不是由电池供电，而是通过有线形式供电，始终保持在工作状态来保证全网的通信效率。中继Mote将来自节点的数据通过Mesh网络传输到基站。当一个Mote出现故障，与之相关的其他Mote会自动重新选择路由。在这个Mote的故障排除后，会重新加入到Mesh网络中继续工作。
基站
基站由一个Stargate网关和一个Mote组成。Stargate网关包含Intel PXA255主处理器、Intel SA1111协处理器、64MB RAM、32MB FLASH以及51针接口、PCMCIA接口、CF接口。
#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#
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#
#敏感肌究竟应该如何改善#
年轻的时候不懂事，执着于最彻底的皮肤清洁，从而损坏了皮肤屏障，把一个好好的皮肤硬是折腾成了敏感肌。最彻底的皮肤清洁，就是不能忍受自己有一丁点的死皮，非常执着于去角质，按照一周一次的频率，同时配合一些超强清洁去油的洗面奶。
这下好了，我是混合肌，平时不会有干皮起皮的烦恼，这下到了秋冬，就明显感受到皮肤干痒，容易发热，脸颊部容易起皮，两侧颧部容易泛红血丝。然后我又开始了敏感肌的护理之路。首先，肯定是再也不去角质了，敏感肌的角质层都薄，角质层可以说皮肤的保护屏障，即使会出现起皮，也采用补水的方式让其抚平，而不是一味的去除。
在洗面奶的选择上，也不再去选择超强清洁去油的洗面奶，而是会去选择氨基酸保湿的洗面奶，而且洗脸的次数也会控制。一般休假的时候，我就不洗脸，或者最多清水洗脸。而工作日，也要保证洗面奶洗脸至多两次，不然就又会影响皮肤的角质层，导致泛红和红血丝的出现。
然后就是护肤品的选择上，用了这么多年，我始终认为雅漾和玉泽两个品牌对敏感期肌性价比很高。雅漾或者玉泽最普通的保湿霜，常年家里备着，除了夏天，春秋冬季节都得用，有时候在晚上睡觉的时候，也会涂上厚厚的一层，基本上敏感肌不会出现太大的问题。这两种产品都是比较天然的成分，添加剂比较少。
即使是婴儿的湿疹皮炎，也可以使用。
精华方面，我特别偏爱那种一半是油，一半是乳的。我觉得油脂在夜间可以很好的修复敏感肌，让皮肤得到充分的滋润，所以我喜欢娇韵诗的黄金双萃精华和娇兰的双效精华。
然后就是气候和湿度的影响，作为一名敏感肌，我很庆幸自己生活在南方，南方的湿度大，虽然例如黄梅天这种天气衣服都晒不干，但是这种湿度对敏感肌具有保护作用。我每次去北方城市，真是刚一出火车站，就感觉自己的皮肤瞬间紧绷起来，去北方城市，除了要携带大量的保湿霜，还需要携带加湿器。
综上，对于我来说，敏感肌最主要的就是少清洁，减少角质层的流失；多保湿，可以从气候的湿度、护肤品等方面多重保湿，基本上可以获得一个稳定的皮肤。
年轻的时候不懂事，执着于最彻底的皮肤清洁，从而损坏了皮肤屏障，把一个好好的皮肤硬是折腾成了敏感肌。最彻底的皮肤清洁，就是不能忍受自己有一丁点的死皮，非常执着于去角质，按照一周一次的频率，同时配合一些超强清洁去油的洗面奶。
这下好了，我是混合肌，平时不会有干皮起皮的烦恼，这下到了秋冬，就明显感受到皮肤干痒，容易发热，脸颊部容易起皮，两侧颧部容易泛红血丝。然后我又开始了敏感肌的护理之路。首先，肯定是再也不去角质了，敏感肌的角质层都薄，角质层可以说皮肤的保护屏障，即使会出现起皮，也采用补水的方式让其抚平，而不是一味的去除。
在洗面奶的选择上，也不再去选择超强清洁去油的洗面奶，而是会去选择氨基酸保湿的洗面奶，而且洗脸的次数也会控制。一般休假的时候，我就不洗脸，或者最多清水洗脸。而工作日，也要保证洗面奶洗脸至多两次，不然就又会影响皮肤的角质层，导致泛红和红血丝的出现。
然后就是护肤品的选择上，用了这么多年，我始终认为雅漾和玉泽两个品牌对敏感期肌性价比很高。雅漾或者玉泽最普通的保湿霜，常年家里备着，除了夏天，春秋冬季节都得用，有时候在晚上睡觉的时候，也会涂上厚厚的一层，基本上敏感肌不会出现太大的问题。这两种产品都是比较天然的成分，添加剂比较少。
即使是婴儿的湿疹皮炎，也可以使用。
精华方面，我特别偏爱那种一半是油，一半是乳的。我觉得油脂在夜间可以很好的修复敏感肌，让皮肤得到充分的滋润，所以我喜欢娇韵诗的黄金双萃精华和娇兰的双效精华。
然后就是气候和湿度的影响，作为一名敏感肌，我很庆幸自己生活在南方，南方的湿度大，虽然例如黄梅天这种天气衣服都晒不干，但是这种湿度对敏感肌具有保护作用。我每次去北方城市，真是刚一出火车站，就感觉自己的皮肤瞬间紧绷起来，去北方城市，除了要携带大量的保湿霜，还需要携带加湿器。
综上，对于我来说，敏感肌最主要的就是少清洁，减少角质层的流失；多保湿，可以从气候的湿度、护肤品等方面多重保湿，基本上可以获得一个稳定的皮肤。
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