韓 雪，陳幸榮，李榮濱

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

我國(guó)冬季氣溫的趨勢(shì)變化特征及其影響因子分析

韓 雪，陳幸榮，李榮濱

（國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京100081）

利用國(guó)家氣候中心提供的中國(guó)160站逐月氣溫?cái)?shù)據(jù)集、NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)中心提供的大氣環(huán)流數(shù)據(jù)、NOAA提供的全球海表溫度數(shù)據(jù)及美國(guó)冰雪中心的海冰數(shù)據(jù)，分析了1951—2011年我國(guó)冬季氣溫異常的時(shí)空變化特征。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解得到中國(guó)冬季氣溫變化的兩種典型空間分布型態(tài)-全國(guó)一致型和南北相反型，三次樣條函數(shù)擬合結(jié)果表明這兩種分布型態(tài)均具有顯著的趨勢(shì)變化特征。同時(shí)，分別探討了大氣環(huán)流及外強(qiáng)迫因子的趨勢(shì)變化及其對(duì)中國(guó)冬季氣溫變化趨勢(shì)的影響，并綜合分析了影響我國(guó)冬季氣溫趨勢(shì)變化的海溫（冰）等外強(qiáng)迫因子與東亞大氣環(huán)流系統(tǒng)之間的相互配置及貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，強(qiáng)的熱帶海溫異常變化是影響東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的最主要外強(qiáng)迫因子。當(dāng)熱帶印度洋與赤道中東太平洋海溫同時(shí)偏高（低）時(shí)，冬季西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO處于正（負(fù)）位相，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），冬季氣溫呈一致偏高（低）變化；當(dāng)熱帶印度洋海溫偏高（低），赤道中東太平洋海溫偏低（高）時(shí)，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO指數(shù)為負(fù)（正）位相，西伯利亞高壓偏弱（強(qiáng)）的配置時(shí)，冬季氣溫易呈北冷（暖）南暖（冷）趨勢(shì)變化。

冬季氣溫；趨勢(shì)變化；大氣環(huán)流因子；外強(qiáng)迫因子；三次樣條函數(shù)

1引言

全球氣溫變暖是當(dāng)前全世界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，氣溫變化對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活有重大影響。在全球氣候變暖的過(guò)程中，各地氣溫變化不盡相同。王紹武[1]研究認(rèn)為近百年來(lái)，北半球中高緯度的大陸地區(qū)冬季和春季有強(qiáng)烈的增暖趨勢(shì)，而中國(guó)氣溫變化與全球氣溫變化基本一致。陳隆勛等[2]分析了中國(guó)東部1920—2002年的年平均氣溫距平變化，指出中國(guó)氣溫在20世紀(jì)40年代和90年代出現(xiàn)了2個(gè)暖期，50—60年代出現(xiàn)了相對(duì)冷期，其中90年代開始的暖期的增溫已經(jīng)超過(guò)40年代。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)冬季冷空氣活躍、暴雪增多、冬季氣溫呈下降趨勢(shì)變化[3]，尤其是2009年以后，我國(guó)冬季氣溫持續(xù)偏低。在全球氣候變暖的大背景下，中國(guó)冬季氣溫的趨勢(shì)變化特征及其影響因子值得我們密切關(guān)注和研究[4]。

我國(guó)地處東亞季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)異常對(duì)我國(guó)天氣氣候的變化有著重要影響，東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱主要影響我國(guó)夏半年的雨帶位置，而東亞冬季風(fēng)則主要影響我國(guó)冬季氣溫[5]。盡管季風(fēng)系統(tǒng)變異的成因非常復(fù)雜，但不外乎和大氣內(nèi)部或外界強(qiáng)迫的動(dòng)力過(guò)程有關(guān)。就東亞冬季氣溫異常而言，目前的研究多關(guān)注北半球大尺度環(huán)流背景，如極渦[6-8]、西伯利亞高壓[9-11]、歐亞遙相關(guān)型[12-13]和北極濤動(dòng)（Arctic Oscillation，AO）[14-17]，以及海洋、陸面、冰雪等熱力變化的外強(qiáng)迫作用，如熱帶西太平洋的熱力變化、熱帶太平洋的ENSO循環(huán)、熱帶印度洋海表的溫度熱力狀況、青藏高原、歐亞大陸積雪及北極海冰等外強(qiáng)迫因子[18-22]。許多科學(xué)家研究了AO對(duì)北

半球中、高緯地區(qū)的冬季環(huán)流以及東亞氣候異常的影響。近幾十年來(lái)AO指數(shù)的變化趨勢(shì)是導(dǎo)致北半球冬季變暖的重要原因之一[23]。研究指出AO與東亞冬季風(fēng)有顯著的反位相關(guān)系，并通過(guò)西伯利亞高壓的作用來(lái)影響東亞冬季風(fēng)，當(dāng)AO處于正位相時(shí)，東亞冬季風(fēng)偏弱，我國(guó)冬季氣溫偏高[24-28]。作為東亞地區(qū)重要的外強(qiáng)迫因子之一，太平洋關(guān)鍵海域的海表熱力狀況對(duì)東亞冬季風(fēng)環(huán)流及東亞氣候異常有著顯著地影響：厄爾尼諾年與拉尼娜年我國(guó)溫度的不同類型與北太平洋海溫的不同分布型態(tài)有關(guān)，厄爾尼諾年我國(guó)易出現(xiàn)“冷夏暖冬”型[29-31]。東亞冬季風(fēng)與ENSO有著密切的關(guān)系，陶詩(shī)言和張慶云[32]認(rèn)為在ENSO暖（冷）期冬季，亞洲地區(qū)整層環(huán)流的相互配合不利于（有利于）寒潮向南爆發(fā)，導(dǎo)致亞洲冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)）。同時(shí)，印度洋作為我國(guó)西南季風(fēng)的發(fā)源地和流經(jīng)地，其海溫的異常變化對(duì)東亞大氣環(huán)流和氣候異常也有著重要作用。熱帶印度洋海溫異常除了對(duì)我國(guó)夏季降水有重要影響外[33]，其對(duì)我國(guó)冬季氣溫也有重要指示作用。唐衛(wèi)亞和孫照渤[34]研究表明，熱帶印度洋海溫異常通過(guò)引起大氣環(huán)流異常，進(jìn)而影響東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度，當(dāng)熱帶印度洋海溫一致變化時(shí)，中國(guó)冬季氣溫也呈一致；當(dāng)熱帶印度洋海溫距平呈偶極子正位相型時(shí)，東亞冬季風(fēng)偏弱，中國(guó)東北部氣溫偏高。大氣環(huán)流的產(chǎn)生歸根到底是由于冷熱源在旋轉(zhuǎn)地球上非均勻分布造成的，除了熱帶海洋的熱力異常狀況外，作為北半球最大的冷源之一的北極氣候變化，必然要對(duì)大氣環(huán)流產(chǎn)生重要影響。近年來(lái)，北極海冰作為氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其在氣候變化中的重要性日益受到人們關(guān)注。北極海冰對(duì)極渦位置和強(qiáng)度、東亞大槽指數(shù)、西太副高、西伯利亞高壓、東亞冬季風(fēng)等大氣環(huán)流因子均有顯著影響[35-37]。

對(duì)于中國(guó)冬季氣溫變化的模態(tài)及其變化特征的研究愈來(lái)愈受到重視，研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)冬季氣溫主要表現(xiàn)為全國(guó)一致型和南北相反型兩個(gè)主要模態(tài)，并具有顯著的年代際尺度和年際尺度變化特征[38-39]。本文在已有研究基礎(chǔ)上，首先分析我國(guó)冬季氣溫異常的典型模態(tài)及其趨勢(shì)變化特征，利用統(tǒng)計(jì)診斷方法探討對(duì)我國(guó)冬季氣溫異常變化趨勢(shì)有顯著影響的關(guān)鍵環(huán)流因子，進(jìn)一步揭示海洋（冰）外強(qiáng)迫因子及環(huán)流因子之間的相互配置對(duì)我國(guó)冬季氣溫異常趨勢(shì)變化的影響，為我國(guó)冬季氣溫的短期氣候預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)。

2資料和方法

文中使用的冬季氣溫資料是國(guó)家氣候中心氣候預(yù)測(cè)室提供的1951—2011年中國(guó)160站逐月氣溫?cái)?shù)據(jù)集，計(jì)算當(dāng)年12月—次年2月的平均氣溫作為當(dāng)年的冬季氣溫。大氣環(huán)流場(chǎng)資料是NCEP/ NCAR再分析數(shù)據(jù)中心提供的1951—2011年冬季12、1、2月平均的東亞地區(qū)0°—90°N，40°—180°E范圍內(nèi)的500 hPa的位勢(shì)高度場(chǎng)及850 hPa風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.5°×2.5°。海溫場(chǎng)資料是NOAA提供的全球海表溫度數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.0°×2.0°。海冰資料來(lái)自于美國(guó)雪冰數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Center，NSIDC），數(shù)據(jù)時(shí)間范圍自1978年11月—2011年12月，根據(jù)NASA衛(wèi)星SMMR、SSM/I和SSM IS傳感器實(shí)測(cè)的衛(wèi)星資料進(jìn)行反演得到北極地區(qū)海冰面積數(shù)據(jù)。本文中所用數(shù)據(jù)的氣候態(tài)為1981—2010年平均值?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，采用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）方法揭示我國(guó)冬季氣溫的時(shí)空變化特征。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用三次樣條函數(shù)方法對(duì)氣候序列進(jìn)行分段曲線擬合的方式，來(lái)反映其本身真實(shí)的變化趨勢(shì)。

3中國(guó)冬季氣溫的主要時(shí)空分布特征

將中國(guó)160個(gè)測(cè)站1951—2011年的冬季氣溫距平場(chǎng)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分解，得到中國(guó)冬季氣溫距平場(chǎng)的特征向量及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)。特征向量表征了冬季氣溫異常的空間變率分布模態(tài)，其中第一特征向量（EOF1）解釋總方差的62.8%（見(jiàn)圖1a），基本上概括了中國(guó)冬季氣溫異常的主要空間分布特征?？梢钥闯?，冬季我國(guó)大部地區(qū)基本為一致的正值，即全國(guó)一致的增溫或降溫，溫度的變化幅度也為從南向北增加。我們將其代表的氣溫異常分布型式稱為全國(guó)一致型。圖1b為標(biāo)準(zhǔn)化的第一特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)（SCT1），它代表了一致型氣溫異常分布型隨時(shí)間的變化特征。當(dāng)其為負(fù)值時(shí)，表征全國(guó)大范圍氣溫偏低，并呈現(xiàn)氣溫負(fù)異常由北向南逐漸遞減的變化趨勢(shì)；為正值時(shí)，

表征全國(guó)大范圍地區(qū)氣溫偏高，且北方大部地區(qū)氣溫偏高顯著。從圖中可以看出，全國(guó)一致型氣溫異常呈現(xiàn)顯著的趨勢(shì)變化特征。通過(guò)三次樣條函數(shù)對(duì)SCT1進(jìn)行分段擬合的方式，來(lái)反映其本身真實(shí)的變化趨勢(shì)。圖1b中黑色實(shí)線即為三次樣條函數(shù)擬合的趨勢(shì)曲線，可以看出，我國(guó)冬季氣溫在20世紀(jì)80年代中期以前主要為負(fù)異常，全國(guó)一致偏冷；而80年代中期以后轉(zhuǎn)為正異常，全國(guó)冬季氣溫升高趨勢(shì)明顯，自1986年開始連續(xù)出現(xiàn)13個(gè)暖冬；進(jìn)入21世紀(jì)以后，2004年冬季氣溫開始出現(xiàn)偏冷特征，趨勢(shì)曲線呈下降趨勢(shì)，2009年以后轉(zhuǎn)為負(fù)異常，冷冬持續(xù)出現(xiàn)。

如圖2a所示，中國(guó)冬季氣溫距平場(chǎng)的第2特征向量（EOF 2）的空間分布特征主要表現(xiàn)以40°N為界的北方地區(qū)，包括新疆北部、東北及華北地區(qū)為正值，40°N以南大部地區(qū)為負(fù)值。EOF2解釋了總方差的11.1%，其代表冬季氣溫變化呈南北相反的兩種分布型式，即新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏低時(shí)，其他大部地區(qū)氣溫偏高或是新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏高，其他大部地區(qū)氣溫偏低，我們將其代表的氣溫異常分布型式稱為南北相反型。圖2b為進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的EOF2對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)（SCT2），黑色實(shí)線為三次樣條函數(shù)擬合的變化趨勢(shì)曲線，可以看出，冬季氣溫的南北相反型在20世紀(jì)70年代中期以前為正位相，冬季氣溫呈新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏低，40°N以南地區(qū)氣溫偏高；70年代中期至90年代轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫呈北高南低分布特征；進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫呈北低南高分布。前兩個(gè)特征向量共解釋總方差的73.9%，與朱艷峰等[38]研究分析的中國(guó)冬季氣溫變化的空間模態(tài)一致，能夠表征中國(guó)冬季氣溫典型的空間分布型態(tài)特征。

圖1 中國(guó)冬季氣溫距平場(chǎng)

圖2 中國(guó)冬季氣溫距平場(chǎng)

4大氣環(huán)流異常對(duì)我國(guó)冬季氣溫趨勢(shì)變化的影響

AO是冬半年北半球中高緯度地區(qū)大氣環(huán)流尺度最大、最重要的模態(tài)，AO從地面到平流層低層都

存在，接近正壓結(jié)構(gòu)，表征了中緯度西風(fēng)的強(qiáng)度和位置，它的變化對(duì)冬季北半球天氣氣候有著十分顯著的影響，AO處于正位相時(shí)，東亞冬季風(fēng)偏弱，平均氣溫偏高[24]。同時(shí)，研究表明冬季影響和控制亞洲低層的最大和最強(qiáng)的環(huán)流系統(tǒng)是西伯利亞高壓（Siberian High）[10]，因此本文主要分析比較AO、西伯利亞高壓、東亞冬季風(fēng)對(duì)我國(guó)冬季氣溫的影響。以標(biāo)準(zhǔn)化后的AO指數(shù)記為IAO；西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)（Siberian High Index，ISH）定義為標(biāo)準(zhǔn)化的40°—60°N，60°—80°E范圍內(nèi)冬季平均的海平面氣壓；利用施能等[40]定義的東亞冬季風(fēng)指數(shù)（EastAsia Winter Monsoon Index，IEAWM）來(lái)表征冬季風(fēng)強(qiáng)弱的變化。

圖3不同指數(shù)與冬季氣溫時(shí)間系數(shù)的三次樣條函數(shù)擬合趨勢(shì)曲線

圖3a給出的是IAO與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢(shì)擬合曲線，由圖可見(jiàn)，IAO具有顯著的趨勢(shì)變化特征，其與SCT1具有較一致的變化趨勢(shì)，兩者趨勢(shì)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.78，通過(guò)了α=0.001顯著性水平，為顯著的正相關(guān)關(guān)系。20世紀(jì)80年代以

前，IAO位于負(fù)位相，對(duì)應(yīng)著全國(guó)冬季氣溫一致偏低；80年代以后，IAO轉(zhuǎn)為正位相，暖冬持續(xù)出現(xiàn)；2004年以后，IAO轉(zhuǎn)為負(fù)位相，相應(yīng)的冬季氣溫出現(xiàn)下降趨勢(shì)特征。IAO與SCT2的趨勢(shì)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為-0.51，通過(guò)了α=0.001顯著性水平，兩者的趨勢(shì)擬合曲線具有顯著的反位相變化特征。20世紀(jì)80年代以前IAO處于負(fù)位相時(shí)，冬季氣溫為北低南高的分布特征；80—90年代IAO處于正位相時(shí)，冬季氣溫呈北高南低分布；2004年以來(lái)隨著IAO再次轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫亦轉(zhuǎn)為相反位相分布。分析結(jié)果表明，AO對(duì)我國(guó)冬季氣溫異常的變化趨勢(shì)有顯著影響，AO指數(shù)的趨勢(shì)變化是冬季氣溫趨勢(shì)變化的重要指示信號(hào)，當(dāng)AO位于負(fù)位相時(shí)，我國(guó)冬季氣溫呈偏低趨勢(shì)，其中北方地區(qū)氣溫偏低更為顯著；而當(dāng)AO位于正位相時(shí)，我國(guó)冬季氣溫呈偏高趨勢(shì)，北方地區(qū)氣溫偏高顯著。

圖3b給出了ISH與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢(shì)擬合曲線，可以看出，ISH的趨勢(shì)變化特征顯著，ISH與SCT1的趨勢(shì)曲線相關(guān)系數(shù)為-0.41，通過(guò)了α= 0.001顯著性水平，為顯著的反相關(guān)關(guān)系。20世紀(jì)60年代中期前ISH偏強(qiáng)，冬季氣溫一致偏冷；60年代中期以后ISH轉(zhuǎn)為負(fù)位相；80年代中期至2004年，ISH呈整體偏弱的趨勢(shì)，暖冬持續(xù)出現(xiàn)；2004年以后ISH轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫呈現(xiàn)偏冷特征。ISH與SCT2沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。由此可見(jiàn)，西伯利亞高壓強(qiáng)度對(duì)于冬季氣溫一致型的趨勢(shì)變化具有重要的指示作用，當(dāng)ISH為正位相，西伯利亞高壓偏強(qiáng)時(shí)，冬季氣溫呈偏低趨勢(shì)；當(dāng)ISH為負(fù)位相，西伯利亞高壓偏弱時(shí)，冬季氣溫偏高。

圖3c為IEAWM與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢(shì)擬合曲線。IEAWM與SCT1之間的相關(guān)系數(shù)為0.035，兩者沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。從圖中可以看出IEAWM與SCT2具有較好的反位相變化特征，兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.31，通過(guò)了α=0.05顯著性水平。20世紀(jì)60—70年代IEAWM處于負(fù)位相時(shí)，冬季氣溫為北低南高的分布特征；80—90年代IEAWM處于正位相時(shí)，冬季氣溫呈北高南低分布；21世紀(jì)以來(lái)隨著IEAWM再次轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫亦轉(zhuǎn)為北低南高的分布特征。這說(shuō)明，東亞冬季風(fēng)指數(shù)對(duì)于冬季氣溫南北型分布的趨勢(shì)變化具有較好的指示意義。當(dāng)IEAWM偏強(qiáng)時(shí)，我國(guó)40°N以北地區(qū)氣溫偏高，以南地區(qū)氣溫呈偏低趨勢(shì)；反之亦然。

綜上所述，3種大氣環(huán)流指數(shù)均對(duì)冬季氣溫的趨勢(shì)變化具有顯著的指示意義。IAO與冬季氣溫一致型變化具有同位相的趨勢(shì)變化特征，與冬季氣溫南北型變化具有反位相的趨勢(shì)變化特征；而ISH僅與冬季氣溫一致型變化具有顯著的反位相的變化特征；IEAWM與冬季氣溫南北型變化具有較好的反位相變化特征。

5外強(qiáng)迫因子異常對(duì)我國(guó)冬季氣溫趨勢(shì)變化的影響

熱帶海洋作為海氣相互作用最活躍的地區(qū)，下邊界海表面溫度的異常往往會(huì)伴隨著大氣環(huán)流的異常，并由低緯傳播到中高緯度地區(qū)，影響中高緯地區(qū)的環(huán)流場(chǎng)。許多已有研究揭示了赤道中東太平洋海溫異常對(duì)北半球冬季大氣環(huán)流的影響[32]。從Nino3指數(shù)的趨勢(shì)擬合曲線可以看出（圖4a），20世紀(jì)80年代以前，Nino3指數(shù)為負(fù)位相，拉尼娜事件發(fā)生頻繁，對(duì)應(yīng)著我國(guó)冬季氣溫一致偏低；80年代后直到2007年，Nino3指數(shù)處于正位相，我國(guó)冬季氣溫持續(xù)偏暖；之后隨著Nino3指數(shù)轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冷冬頻繁出現(xiàn)。同時(shí)，可以看出在20世紀(jì)60、70年代，Nino3為負(fù)位相時(shí)，對(duì)應(yīng)著SCT2為正位相，我國(guó)冬季氣溫呈北低南高趨勢(shì)分布；80、90年代，Nino3為正位相時(shí)，對(duì)應(yīng)著SCT2為負(fù)位相，我國(guó)冬季氣溫呈北高南低趨勢(shì)分布。Nino3與SCT1、SCT2趨勢(shì)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)分別為0.69、-0.59，通過(guò)了α= 0.001顯著性水平。這說(shuō)明Nino3區(qū)海溫異常的趨勢(shì)變化對(duì)冬季氣溫一致型、南北相反型均具有顯著的指示意義，厄爾尼諾期間易出現(xiàn)暖冬，北方地區(qū)顯著偏暖；拉尼娜期間易出現(xiàn)冷冬，北方地區(qū)顯著偏冷。

隨著人們對(duì)熱帶印度洋海溫異常的關(guān)注越來(lái)越高，本文中我們選取熱帶地區(qū)（-10°S—10°N，50°—100°E）范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的區(qū)域平均海表溫度值表征熱帶印度洋海溫指數(shù)（Tropical Indian Sea Surface Temperature Index，ITIST）。熱帶印度洋海溫指數(shù)ITIST代表了整個(gè)熱帶印度洋海盆表面海溫的變化特征。ITIST的三次樣條函數(shù)趨勢(shì)擬合曲線表明（圖4b），ITIST與SCT1具有極為顯著的一致變化趨

勢(shì)，在20世紀(jì)50年代至70年代期間，ITIST與SCT1均處于負(fù)位相，20世紀(jì)80年代初兩者同時(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)折，趨勢(shì)線均轉(zhuǎn)為正位相，并呈明顯的上升趨勢(shì)，2007年起ITIST開始下降，冷冬頻繁出現(xiàn)。同時(shí)，計(jì)算了冬季ITIST與SCT1趨勢(shì)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.90，通過(guò)了α=0.001顯著性水平；冬季ITIST與SCT2趨勢(shì)擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為-0.22，沒(méi)有通過(guò)α=0.05顯著性水平。這表明與赤道中東太平洋相比，熱帶印度洋海溫的趨勢(shì)變化對(duì)我國(guó)冬季氣溫的冷暖變化趨勢(shì)具有更為顯著的影響，當(dāng)熱帶印度洋海溫偏高時(shí)，中國(guó)大部地區(qū)冬季氣溫呈偏高趨勢(shì)；當(dāng)熱帶印度洋海溫偏低時(shí)，中國(guó)大部地區(qū)冬季氣溫亦呈偏低趨勢(shì)。

圖4 不同指數(shù)和冬季氣溫時(shí)間系數(shù)的三次樣條函數(shù)擬合趨勢(shì)曲線

近年來(lái)，海冰作為氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其在氣候變化中的重要性日益受到人們的關(guān)注，海冰不僅強(qiáng)烈影響北極地區(qū)的天氣和氣候，它的存在和變化對(duì)全球氣候都有潛在的重要作用。通過(guò)計(jì)算當(dāng)年9月份海冰面積月平均數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，9月份海冰面積是北極海冰面積的最小值，在全球氣候變暖、北極海冰逐漸減少的背景下，代表著北極地區(qū)海冰受氣候因素影響而發(fā)生變化的程度。從近30a的9月北極海冰面積的趨勢(shì)擬合曲線來(lái)看（圖4c），海冰面積在20世紀(jì)80—90年代為正位相，我國(guó)冬季持續(xù)出現(xiàn)暖冬；21世紀(jì)轉(zhuǎn)為負(fù)位相，2004年以后海冰面積開始迅速減少，我國(guó)冬季氣溫也呈下降趨勢(shì)，冷冬頻繁出現(xiàn)，2004、2005、2007、2010及2011

年的全國(guó)大部地區(qū)氣溫均較常年偏低；同時(shí)，海冰面積的變化趨勢(shì)與IAO、IEAWM的變化趨勢(shì)也基本一致，這說(shuō)明北極海冰對(duì)北極濤動(dòng)、東亞冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)有著重要影響，特別是近年來(lái)的冬季氣溫偏低，北極海冰的作用不容忽視。

6影響我國(guó)冬季氣溫趨勢(shì)變化的因子綜合分析

上述分析表明，冬季氣溫異常的趨勢(shì)變化除了受到大氣環(huán)流系統(tǒng)的變化影響，海洋（冰）等外強(qiáng)迫因子的趨勢(shì)變化對(duì)我國(guó)冬季氣溫異常變化也起到重要作用。為了進(jìn)一步綜合分析各影響因子的趨勢(shì)變化對(duì)冬季氣溫異常變化的貢獻(xiàn)率及其相互配置，我們以上述6個(gè)影響因子的三次樣條擬合序列作為自變量，分別以時(shí)間系數(shù)SCT1、SCT2的三次樣條擬合序列作為因變量，建立冬季氣溫變化趨勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程。用這種方式得到的回歸系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)，已經(jīng)消除了量綱影響，系數(shù)的符號(hào)可以解釋各個(gè)影響因子之間的配置情況，系數(shù)的大小可以直接解釋各個(gè)影響因子對(duì)冬季氣溫趨勢(shì)變化的貢獻(xiàn)大?。ㄒ?jiàn)表1）。從表1中可以看出，在冬季氣溫趨勢(shì)變化的影響因子配置中，作為外強(qiáng)迫的熱帶印度洋海溫貢獻(xiàn)率最大，其次是赤道中東太平洋海溫。當(dāng)熱帶印度洋與赤道中東太平洋海溫同時(shí)偏高（低）時(shí)，冬季西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO處于正（負(fù)）位相，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），這種外強(qiáng)迫及大氣環(huán)流因子的變化趨勢(shì)是冬季氣溫呈一致偏高（低）變化的影響因子典型配置。而當(dāng)熱帶海洋外強(qiáng)迫因子處于不同位相變化，熱帶印度洋海溫偏高（低），赤道中東太平洋海溫為拉尼娜（厄爾尼諾）狀態(tài)時(shí)，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO指數(shù)為負(fù)（正）位相，西伯利亞高壓偏弱（強(qiáng)）的配置時(shí)，冬季氣溫易呈北冷（暖）南暖（冷）趨勢(shì)變化。綜合分析結(jié)果表明，熱帶海溫的異常變化是影響冬季東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的主要外強(qiáng)迫因子，當(dāng)熱帶海洋呈現(xiàn)較強(qiáng)的異常信號(hào)時(shí)，同樣作為外強(qiáng)迫的北極海冰的貢獻(xiàn)較小，其對(duì)東亞環(huán)流及冬季氣溫的影響要弱于熱帶海洋。因此，當(dāng)赤道中東太平洋和熱帶印度洋出現(xiàn)明顯的海溫異常時(shí)，可依據(jù)表1中的影響因子配置，對(duì)冬季東亞大氣環(huán)流的異常變化做出判斷，從而預(yù)測(cè)冬季氣溫的變化趨勢(shì)。而當(dāng)熱帶海洋沒(méi)有明顯的異常信號(hào)時(shí)，則主要考慮北極海冰對(duì)東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的顯著影響。

表1 冬季氣溫異常趨勢(shì)變化的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)

7結(jié)論與討論

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)，分析了中國(guó)冬季氣溫的空間分布及趨勢(shì)變化特征，在此基礎(chǔ)上分別探討了東亞大氣環(huán)流及海洋（冰）外強(qiáng)迫因子對(duì)中國(guó)冬季氣溫異常趨勢(shì)變化的影響，并綜合分析了影響我國(guó)冬季氣溫趨勢(shì)變化的影響因子配置及貢獻(xiàn)，上述分析表明：

（1）我國(guó)冬季氣溫異常主要呈現(xiàn)兩種典型的空間分布型態(tài)。EOF分解的第1模態(tài)為全國(guó)一致型，主要表現(xiàn)為我國(guó)大部地區(qū)一致偏暖或偏冷，這種分布型式具有明顯的趨勢(shì)變化特征，在20世紀(jì)80年代由負(fù)位相的全國(guó)一致偏冷轉(zhuǎn)為正位相的全國(guó)一致偏暖，2004年以后又呈下降趨勢(shì)；第2模態(tài)為南北相反型，主要表現(xiàn)以40°N為界的北方地區(qū)，包括新疆北部、東北及華北地區(qū)與40°N以南大部地區(qū)相反的空間部分型，在20世紀(jì)70年代中期以前為正位相，冬季氣溫呈北低南高趨勢(shì)；70年代中期至90年代轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫呈北高南低變化；進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫再次轉(zhuǎn)為北低南高變化趨勢(shì)；

（2）AO、西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)等3種大氣環(huán)流因子均對(duì)冬季氣溫的兩種典型空間分布型的趨勢(shì)變化具有顯著的指示意義。AO與冬季氣溫一致型具有同位相的趨勢(shì)變化特征，與冬季氣溫南北型具有反位相的趨勢(shì)變化特征；而西伯利亞高壓與冬季氣溫一致型則在AO位相變化的大背景下，具有反位相的變化特征；東亞冬季風(fēng)與冬季氣溫南北型具有較好的反位相變化特征。Nino3指數(shù)與冬季氣溫一致型具有同位相的趨勢(shì)變化特征，與冬季氣溫南北型具有反位相的趨勢(shì)變化特征；作為外強(qiáng)

迫因子的熱帶印度洋海溫異常與冬季氣溫一致型具有一致的趨勢(shì)變化，且較ENSO具有更顯著的指示意義。同時(shí)，北極海冰的變化趨勢(shì)對(duì)冬季氣溫冷暖趨勢(shì)及東亞冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)亦有著重要影響；

（3）通過(guò)構(gòu)建冬季氣溫趨勢(shì)變化的標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程，綜合分析大氣環(huán)流和外強(qiáng)迫影響因子的相互配置及其對(duì)冬季氣溫趨勢(shì)變化的貢獻(xiàn)，結(jié)果表明，赤道中東太平洋及熱帶印度洋海溫偏高（低），AO為正（負(fù)）位相、西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)），是冬季氣溫一致偏暖（冷）變化的最典型的因子配置型。而熱帶印度洋海溫偏高（低）、赤道中東太平洋海溫偏低（高）、AO為負(fù)（正）位相、東亞冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)）、西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），則是冬季氣溫呈北低（高）南高（低）變化的最典型因子配置型。綜合分析結(jié)果還顯示，當(dāng)熱帶海洋信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，北極海冰對(duì)東亞環(huán)流系統(tǒng)及冬季氣溫冷暖趨勢(shì)的作用不及海溫大。由此得到的外強(qiáng)迫因子與大氣環(huán)流因子之間的相互配置及貢獻(xiàn)大小，可以為冬季氣溫的氣候預(yù)測(cè)提供可靠依據(jù)，但各因子之間的相互配置影響冬季氣溫空間分布型態(tài)變化的物理機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

本文從統(tǒng)計(jì)角度分析了我國(guó)冬季氣溫異常的趨勢(shì)變化特征、東亞大氣環(huán)流及外強(qiáng)迫因子對(duì)冬季氣溫異常趨勢(shì)變化的影響，其中對(duì)于統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到的各影響因子的配置和貢獻(xiàn)、外強(qiáng)迫因子和大氣環(huán)流因子之間的相互作用，及其影響冬季氣溫異常的深層次的物理過(guò)程和機(jī)制還需要做更進(jìn)一步的探索。

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Variation trend characteristicsand influencing factorsof w inter tem perature in China

HAN Xue,CHEN Xing-rong,LIRong-bin
（NationalMarine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081China）

Based on themonthly air temperature of 160 stations obtained from BCC(Beijing Climate Center),the atmospheric circulation data from NCEP/NCAR reanalysis,the global SST datasets from NOAA and the sea ice data from NSIDC,spatial-temporal variation characteristics of w inter temperature anomalies in China during 1951-2011 are analyzed.Results of EOF show that there are two typical spatial distribution modes of w inter temperature changes in China,i.e.the uniform mode and North-South opposite mode.Cubic spline functions analysis reveals that both the two typicalmodes have significant variation trend.Meanwhile,the influences of atmospheric circulation and external forcing factors on the variation trends of w inter temperature in China are analyzed by using cubic spline functions,and the distribution and each contribution of influence factors are discussed.Results show that stronger anomalies variations of tropical SST are the crucialexternal forcing factors of EastAsia atmospheric circulation and w inter temperature variation in China.When thewarmer(cooler)SSTA appears over tropical Indian Ocean and eastern equatorial Pacific,the w inter Siberia High isweaker(stronger), and AO is in positive(negative)phase,and then the eastAsiaw intermonsoon isweaker(stronger),then thew inter temperature in China iswarmer(cooler);when the SSTA over tropical Indian Ocean iswarmer(cooler)and SSTA over eastern equatorial Pacific is cooler(warmer),and the east Asiaw intermonsoon isweaker(stronger),and AO is in negative(positive)phase,and then w inter Siberia High is weaker(stronger),then the w inter temperature in north China is cooler(warmer)and in south iswarmer(cooler).

w inter temperature in China；variation trend；atmospheric circulation factors；external forcing factors；cubic spline functions

P423.3

A

1003-0239（2015）06-0049-09

2014-10-16

國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心業(yè)務(wù)發(fā)展基金項(xiàng)目（2013004）

韓雪（1981-），女，助理研究員，博士研究生，主要從事氣候診斷及預(yù)測(cè)研究。E-mail:hanx@nmefc.gov.cn

10.11737/j.issn.1003-0239.2015.06.007