1961—2016年北疆冷空氣過程變化特征及其環(huán)流指數(shù)分析

張?zhí)?，江遠(yuǎn)安 ，樊 靜 ，劉 精 ，余行杰

（1.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆 烏魯木齊830002；2.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊830002；3.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）

冷空氣過程（包括寒潮、強(qiáng)冷空氣和中等強(qiáng)度冷空氣）是影響我國(guó)最主要的災(zāi)害性天氣，它不僅會(huì)導(dǎo)致人體免疫功能下降、引發(fā)呼吸疾病，同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)、牧業(yè)等造成破壞[1]。隨著中國(guó)地表面氣溫出現(xiàn)明顯的升高趨勢(shì)，尤其是冬季，冷空氣（或寒潮）活動(dòng)發(fā)生了明顯變化[2-3]，全國(guó)大部分地區(qū)寒潮的頻次和強(qiáng)度呈減少趨勢(shì)[4-7]，但這些研究均具有明顯的區(qū)域性。

新疆寒潮具有降溫幅度大、影響范圍廣、受災(zāi)程度大等特點(diǎn)，對(duì)林果安全越冬、春季棉花、林果生長(zhǎng)影響較大[8-9]，因此寒潮天氣過程分析及預(yù)報(bào)研究一直是預(yù)報(bào)員持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域[10]。近些年來，針對(duì)新疆區(qū)域典型寒潮過程個(gè)例的研究較多，重點(diǎn)揭示寒潮天氣過程的形成機(jī)理及預(yù)報(bào)方法[11-14]。2017年中國(guó)氣象局發(fā)布了《冷空氣過程監(jiān)測(cè)指標(biāo)》（QX/393-2017），與之前《寒潮等級(jí)》（GB21987-2008）標(biāo)準(zhǔn)相比，區(qū)別有：①新標(biāo)準(zhǔn)將冷空氣過程分成3級(jí)，分別為中等強(qiáng)度冷空氣、強(qiáng)冷空氣和寒潮，擴(kuò)大了降溫過程的監(jiān)測(cè)范圍；②對(duì)全國(guó)和區(qū)域冷空氣過程的確定，新標(biāo)準(zhǔn)采用了統(tǒng)一臨界值（超過20%站點(diǎn)），舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全國(guó)進(jìn)行分區(qū)且不同區(qū)域采用不一樣的臨界值；③新標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同等級(jí)冷空氣出現(xiàn)的站次計(jì)算區(qū)域冷空氣的等級(jí)，舊標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)寒潮出現(xiàn)的站次對(duì)寒潮進(jìn)行了分級(jí)。羅繼[15]、白松竹[16]用寒潮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新疆、阿勒泰地區(qū)的研究結(jié)果表明寒潮發(fā)生站次總體呈減少趨勢(shì)；劉精[17]用冷空氣過程監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分析了塔里木盆地寒潮過程，整體呈減少趨勢(shì)，單站寒潮的變化存在地區(qū)差異。

以往的冷空氣過程研究中，主要以寒潮為主，中等強(qiáng)度冷空氣或強(qiáng)冷空氣的不利影響雖然不如寒潮，但對(duì)農(nóng)牧林業(yè)等造成的危害也不容忽視。江遠(yuǎn)安[18]對(duì)全疆單站不同等級(jí)冷空氣過程分析結(jié)果表明，北疆冷空氣過程發(fā)生頻次明顯多于南疆，降溫幅度大于南疆。由于北疆地區(qū)是重要的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地，也是冷空氣高發(fā)區(qū)，每年秋季到來年的春季，頻繁活動(dòng)的冷空氣引起強(qiáng)降溫、倒春寒、霜凍，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。因此，在全球氣候變暖背景下，采用《冷空氣過程監(jiān)測(cè)指標(biāo)》（QX/393-2017），分析北疆地區(qū)單站和區(qū)域不同等級(jí)冷空氣的時(shí)空分布特征及變化，并通過相關(guān)分析尋找不同時(shí)期控制和影響北疆地區(qū)冷空氣頻數(shù)的環(huán)流因子，可豐富預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)技術(shù)思路并為防災(zāi)減災(zāi)提供科技支撐。

1 資料和方法

1.1 資料

根據(jù)地理位置和地形特征，選取新疆天山脊線以北的46個(gè)基本氣象站1961—2016年逐日最低氣溫和日平均氣溫資料。1961—2016年88個(gè)北半球大氣環(huán)流特征量資料由國(guó)家氣候中心氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站下載（https://cmdp.ncc-cma.net/cn/index.htm）。

1.2 冷空氣過程的標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《冷空氣過程監(jiān)測(cè)指標(biāo)》（QX/393-2017），監(jiān)測(cè)時(shí)段為全年除6—8月外的所有時(shí)段。單站冷空氣過程：依據(jù)單站降溫幅度和日最低氣溫確定單站冷空氣強(qiáng)度等級(jí)（表1）。

表1 單站冷空氣強(qiáng)度等級(jí)劃分

區(qū)域冷空氣過程：至少連續(xù)2 d且每日監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)≥20%（9站）的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)出現(xiàn)中等及其以上強(qiáng)度的單站冷空氣，則為一次區(qū)域性冷空氣過程。滿足區(qū)域冷空氣過程判定條件的首日為區(qū)域冷空氣過程開始日。依據(jù)某次區(qū)域冷空氣過程中達(dá)到不同強(qiáng)度等級(jí)的單站比率確定冷空氣過程的強(qiáng)度指數(shù)I：

其中，N1為單站出現(xiàn)中等強(qiáng)度冷空氣的站點(diǎn)數(shù)；N2為單站出現(xiàn)強(qiáng)冷空氣的站點(diǎn)數(shù)；N3為單站出現(xiàn)寒潮的站點(diǎn)數(shù)；依據(jù)某次區(qū)域冷空氣過程中的強(qiáng)度指數(shù)和站點(diǎn)比例確定其強(qiáng)度等級(jí)（表2）。

表2 區(qū)域冷空氣強(qiáng)度等級(jí)劃分

1.3 方法

按照冷空氣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算北疆單站和區(qū)域不同等級(jí)冷空氣過程頻次。區(qū)域平均值為區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)的算術(shù)平均；歷年平均值為1961—2016年的平均值。應(yīng)用線性趨勢(shì)估計(jì)、小波分析、M-K突變分析等[20]方法，對(duì)北疆地區(qū)單站和區(qū)域不同等級(jí)冷空氣的變化特征進(jìn)行分析，采用Person相關(guān)系數(shù)[20]法分析逐月寒潮頻數(shù)與88項(xiàng)環(huán)流指數(shù)的相關(guān)性。

2 結(jié)果分析

2.1 單站不同等級(jí)冷空氣過程變化特征

2.1.1 單站年均頻次空間分布特征

1961—2016 年北疆單站中等強(qiáng)度冷空氣發(fā)生頻次最多，年均9.1站次；寒潮次多，年均7.4站次；強(qiáng)冷空氣最少，年均4站次。單站不同等級(jí)冷空氣年均頻次空間分布如圖1。中等強(qiáng)度冷空氣在阿勒泰北部、伊犁河谷東部、烏魯木齊達(dá)坂城、哈密北部等地11站出現(xiàn)頻次較多，年均達(dá)到10次以上；伊犁河谷大部、博州東部、塔城、北疆沿天山一帶共22站出現(xiàn)頻次為8～10次，其余站點(diǎn)年均頻次為6～8次；其中，達(dá)坂城中等強(qiáng)度冷空氣出現(xiàn)頻次最多為14次/a，烏魯木齊最少為6.9次/a。強(qiáng)冷空氣在阿勒泰、塔城及北疆沿天山中段出現(xiàn)頻次較多，年均4～6次；伊犁河谷、博州、烏魯木齊周邊站點(diǎn)出現(xiàn)頻次較少，為2.9～4次；其中，淖毛湖頻次最多為5.6次/a，新源最少為2.9次/a。寒潮在阿勒泰、塔城北部、昌吉蔡家湖、哈密淖毛湖等地高發(fā)，年均頻次為10～16次；伊犁河谷、塔城南部、哈密北部、北疆沿天山部分地區(qū)為5～10次；博州、烏魯木齊周邊為2～5次；其中青河出現(xiàn)頻次最多為15.3次/a，阿拉山口最少為2.4次/a。

利用線性回歸方法討論單站不同等級(jí)冷空氣的年際變化趨勢(shì)，結(jié)果表明：56 a來北疆各站中等強(qiáng)度冷空氣、強(qiáng)冷空氣年頻次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)和減少趨勢(shì)區(qū)域交替分布的格局，且變化趨勢(shì)達(dá)到0.05的顯著性水平檢驗(yàn)的站點(diǎn)較少；寒潮多數(shù)站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)，變化趨勢(shì)通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)的站點(diǎn)明顯多于中等強(qiáng)度冷空氣、強(qiáng)冷空氣。其中，中等強(qiáng)度冷空氣有5站呈顯著減少趨勢(shì)，線性趨勢(shì)系數(shù)在0.37～0.62次/10 a之間，主要位于塔城地區(qū)、北疆沿天山局地；阿勒泰和克拉瑪依2站呈顯著增加趨勢(shì)，增加速率分別為0.25、0.28次/10 a；其余站點(diǎn)變化趨勢(shì)不顯著。強(qiáng)冷空氣僅莫索灣和克拉瑪依2站呈顯著減少趨勢(shì)，減少速率為0.40、0.48次/10 a；富蘊(yùn)、吉木乃2站呈顯著增加趨勢(shì)，增加速率為0.28、0.46次/10 a。寒潮有24站（占52.2%）呈顯著減少趨勢(shì)，減少速率在0.30～1.29次/10 a之間，主要分布在阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)、伊犁河谷、烏魯木齊周邊，寒潮沒有顯著增加的站點(diǎn)。

圖1 1961—2016年北疆單站中等強(qiáng)度冷空氣（a）、強(qiáng)冷空氣（b）、寒潮（c）年均頻次空間分布（單位：次）

2.1.2 單站不同等級(jí)冷空氣月頻次分布

北疆單站不同強(qiáng)度冷空氣月均頻次分布圖（圖2）可以看出，中等強(qiáng)度冷空氣和寒潮發(fā)生頻次明顯高于強(qiáng)冷空氣。單站中等強(qiáng)度冷空氣各月差距不明顯，9月發(fā)生頻次相對(duì)較高，達(dá)22.2站次，占總數(shù)的13.5%；其余月份發(fā)生頻次均在17.4～18.5站次之間。單站強(qiáng)冷空氣9月發(fā)生頻次最高，達(dá)11.8站次，占總數(shù)17%；其次是10月，出現(xiàn)9.5站次，居第二位；2月、3月最少，占比分別為7.9%、7.8%，其余月份差距不大。單站寒潮12月—次年2月發(fā)生站次最多，占比分別為15.5%、16.2%、15.9%；5月寒潮頻次最少，只有4.9站次，僅占3.9%。

從季節(jié)尺度看，寒潮主要集中出現(xiàn)在冬季（12月—次年2月），強(qiáng)冷空氣秋季（9—11月）出現(xiàn)的頻次明顯高于春季和冬季，中等強(qiáng)度冷空氣春季、秋季、冬季出現(xiàn)的頻次相當(dāng)，無明顯季節(jié)差異。

圖2 1961—2016年北疆單站不同強(qiáng)度冷空氣月平均頻次的分布

2.2 北疆區(qū)域不同等級(jí)冷空氣過程變化

2.2.1 區(qū)域冷空氣頻次變化趨勢(shì)

北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程年總頻次變化如圖3。區(qū)域寒潮發(fā)生頻次最多，年均11.9次，較單站寒潮多4.5次；中等強(qiáng)度冷空氣和強(qiáng)冷空氣發(fā)生頻次相當(dāng)，多年平均頻次分別為4.0次、3.7次，其中區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣較單站減少5.1次。

1961年以來，區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣呈弱增加趨勢(shì)，增加速率為0.10次/10 a，未通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)；區(qū)域強(qiáng)冷空氣無顯著變化趨勢(shì)；區(qū)域寒潮呈顯著下降趨勢(shì)，下降速率為0.58次/10 a，通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)（圖3）。區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣偏少時(shí)段為1970—1976年，強(qiáng)冷空氣偏少時(shí)段為1993—1999年，寒潮偏少時(shí)段為1961—1965年、1988—1992年、2004—2009年；區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣偏多時(shí)段為1992—1995年，強(qiáng)冷空偏多時(shí)段為1987—1992年，寒潮偏多時(shí)段為1966—1978年、1996—2000年；各級(jí)冷空氣在2000年以后年際波動(dòng)幅度明顯加大。1961—2016年，北疆區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣頻次最大值為8次，出現(xiàn)在1984年；最小值為 1 次，分別出現(xiàn)在 1974、1981、1982、1996、2013年。區(qū)域強(qiáng)冷空氣頻次最大值為8次，出現(xiàn)在2001年；最小值為0次，分別出現(xiàn)在1964、1994、1997年。區(qū)域寒潮頻次最大值為21次，出現(xiàn)在1966年；最少值為6次，分別出現(xiàn)在1992年和2007年。

2.2.3 區(qū)域冷空氣月頻次變化

北疆區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣主要出現(xiàn)在春末秋初，強(qiáng)冷空氣1月最多，寒潮冬季發(fā)生頻次較高（圖4）。中等強(qiáng)度冷空氣9月最多，占總數(shù)26%，其次是10月，占總數(shù)22%，1、2、3月發(fā)生次數(shù)較少，占比均不足4%。強(qiáng)冷空氣各月差異明顯，其中1月最多，占總數(shù)的16%，10、4、9月分居第二至第四位，占比分別為15%、13%、12%，其余月份占比均低于10%。寒潮12月出現(xiàn)次數(shù)最多，2月次之，1月第三，占比分別為18%、17%、16%；5月和9月次數(shù)較少，占比均不足5%。

2.2.3 區(qū)域冷空氣過程初、終日變化

冷空氣過程初日出現(xiàn)越早（終日越晚）對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成的影響就越大。北疆區(qū)域冷空氣初日無明顯變化趨勢(shì)（圖5），多年平均值是9月11日，最早出現(xiàn)在9月1日，最晚出現(xiàn)在10月8日。56 a來，北疆區(qū)域冷空氣過程初日主要出現(xiàn)在9月，9月上、中、下旬分別占55%、20%、22%，在10月僅出現(xiàn)1次（1982年10月8日）。

圖3 1961—2016年北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程年總頻次年際變化

圖4 北疆不同強(qiáng)度區(qū)域冷空氣月平均頻次的分布

區(qū)域冷空氣終日多年平均是5月4日，最早出現(xiàn)在3月21日，最晚出現(xiàn)在5月31日，呈推后趨勢(shì)（圖5），推遲速率為1.5 d/10 a，未通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。終日時(shí)間跨度較大，主要出現(xiàn)在5月份，約占87%，出現(xiàn)在4月的占11%，出現(xiàn)在3月的僅1次（1964年3月21日）。區(qū)域冷空氣過程初日沒有因?yàn)闅夂蜃兣七t，而終日呈現(xiàn)延后趨勢(shì)，表明低溫事件的影響并未隨氣候變暖而減小，未來春季冷空氣發(fā)生的時(shí)間可能會(huì)更晚，造成的影響可能會(huì)更大。

2.3 不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程周期和突變分析

2.3.1 周期

采用標(biāo)準(zhǔn)Morlet小波變換分析法[20]，對(duì)1961—2016年北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程年頻次的周期變化（圖6）進(jìn)行分析。

圖5 北疆區(qū)域冷空氣初、終日多年變化

北疆區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣過程存在8～9、2～4、17～18 a的變化周期（圖 6a）。8～9 a周期的變化信號(hào)一直存在，20世紀(jì)70年代、80年代信號(hào)最強(qiáng)，90年代后期信號(hào)開始減弱；2～4 a的周期在20世紀(jì)60年代、70年代中期以前以4 a周期為主，2000年以后以2 a的周期為主；17～18 a的高頻周期在20世紀(jì)90年代以前信號(hào)最強(qiáng)，之后逐漸減弱。如圖6b所示，區(qū)域強(qiáng)冷空氣存在 11～12 a、4～6 a、18～19 a的周期變化。11～12 a主周期一直存在且信號(hào)較強(qiáng)；4～6 a的短周期在1985年以前以4 a為主，1986—2005年以6 a為主，2006年以后以5 a為主；18～19 a的高頻周期一直存在，2010年以后信號(hào)開始減弱。圖 6c 表明，區(qū)域寒潮存在 25～26 a、13～14 a、8～9 a、5～6 a的周期。25～26 a的高頻主周期一直存在且信號(hào)較強(qiáng)；13～14 a的周期在20世紀(jì)70年代到2000年信號(hào)最強(qiáng)，2000年以后逐漸減弱；8～9 a的周期在2005年信號(hào)較強(qiáng)，之后信號(hào)減弱逐漸消失；5～6 a的周期在20世紀(jì)80年代到2000年信號(hào)最強(qiáng)，2000年以后信號(hào)減弱。

圖6 1961—2016年北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣年頻次的小波變化

2.3.2 突變

采用Mann-Kendall法[20]對(duì)1961—2016年北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程次數(shù)進(jìn)行了檢驗(yàn)（圖7）。從圖7a可以看出，1961—1976年北疆區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣年際變化幅度大，1977—2016年開始呈上升的趨勢(shì)，期間僅有1994年、1995年UF超過0.05的顯著性水平臨界線，其余年份均未超過；在±0.05的顯著性水平臨界線之間，中等強(qiáng)度冷空氣UF和UB在1965年和1967年出現(xiàn)相交，說明在1965—1967年期間出現(xiàn)突變。圖7b顯示1961—1977年北疆區(qū)域強(qiáng)冷空氣年際變化大，1978年后呈上升趨勢(shì)，1997年開始上升趨勢(shì)更加顯著，并在2010年UF超過0.05的顯著性水平臨界線；在±0.05的顯著水平臨界線之間，強(qiáng)冷空氣過程UF和UB在1977年出現(xiàn)相交，說明在1977年附近出現(xiàn)突變。北疆區(qū)域寒潮過程在1966—1982年上升趨勢(shì)明顯（圖7c），之后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，UF未超過0.05的顯著性水平臨界線；在±0.05的顯著水平臨界線之間，寒潮過程UF和UB在2000年以后出現(xiàn)5次相交，且UF和UB均未超過0.05顯著性水平，說明寒潮未出現(xiàn)突變。

2.4 環(huán)流指數(shù)特征量

北疆地區(qū)冷空氣過程頻次的多少取決于大氣環(huán)流背景及其相互的配置，且這種配置存在季節(jié)差異。為了尋找控制北疆區(qū)域冷空氣的環(huán)流因子，將北疆區(qū)域冷空氣逐月（不包含6—8月）發(fā)生頻次與同期表征不同大氣環(huán)流系統(tǒng)的88項(xiàng)大氣環(huán)流特征量進(jìn)行了相關(guān)分析。

圖7 1961—2016年北疆不同等級(jí)區(qū)域冷空氣過程年總頻次Mann-Kendall曲線

表3列出了與北疆區(qū)域各月冷空氣頻次顯著相關(guān)（通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)）的同期大氣環(huán)流量。88個(gè)環(huán)流特征量中有27個(gè)與北疆區(qū)域不同月份冷空氣頻次顯著相關(guān)，且影響下半年（9—12月）冷空氣的環(huán)流特征量明顯多于上半年（1—5月）。其中，2月顯著相關(guān)的環(huán)流特征量最少，僅有2項(xiàng)；10月最多，達(dá)到9項(xiàng)；12月次多，為8項(xiàng)。27個(gè)顯著相關(guān)的環(huán)流特征量中，斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)出現(xiàn)頻次最高為5次；亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)出現(xiàn)4次；北大西洋—?dú)W洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)、北半球極渦面積指數(shù)、南極濤動(dòng)指數(shù)均出現(xiàn)3次；北極濤動(dòng)、西藏高原指數(shù)-1、歐亞緯向環(huán)流指數(shù)均出現(xiàn)2次，且不同時(shí)間與冷空氣過程的相關(guān)關(guān)系有正有負(fù)；其余環(huán)流特征量出現(xiàn)頻次均為1次，總體正相關(guān)居多。各顯著相關(guān)的大氣環(huán)流特征量與北疆區(qū)域冷空氣頻數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)呈現(xiàn)正相關(guān)的大氣環(huán)流特征量的值大于平均值或呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的大氣環(huán)流特征量的值小于平均值時(shí)，北疆區(qū)域冷空氣頻數(shù)出現(xiàn)增多的概率較大[16]。表3中斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)對(duì)冷空氣的影響在時(shí)間上具有連續(xù)性，分別與 9、10、11、12、1月冷空氣頻次呈正相關(guān)，其中與1月相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.56。陳穎[21]研究結(jié)果指出，斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)正距平對(duì)新疆全區(qū)或者北部氣溫偏低較為有利。該指數(shù)與冷空氣過程顯著正相關(guān)也表明指數(shù)偏高時(shí)，北疆出現(xiàn)冷空氣的概率可能會(huì)增加。

已有研究結(jié)果表明極渦是冬半年北半球最大的系統(tǒng)，而且由于它的活動(dòng)和演變對(duì)中高緯度天氣過程的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生直接的影響[22]，北半球極渦面積大時(shí)，歐亞大陸中高緯度氣溫偏低[23]。如表3所示，與北疆區(qū)域不同時(shí)段冷空氣顯著相關(guān)的環(huán)流特征量中，有7個(gè)與極渦相關(guān)且出現(xiàn)頻次高，分別為亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)（4次）、北半球極渦面積指數(shù)（3次）、北大西洋—?dú)W洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)（3次）、亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)（2次）、太平洋區(qū)極渦面積指數(shù)（2次）、太平洋區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)（1次）、北半球極渦強(qiáng)度指數(shù)（1次）。除北大西洋—?dú)W洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)與冷空氣過程是負(fù)相關(guān)，其余均為正相關(guān)，說明亞洲區(qū)、北半球極渦相關(guān)指數(shù)偏大，新疆冬季氣溫一致偏低[21]，冷空氣發(fā)生概率增大，因此在北疆冷空氣過程監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中需要重點(diǎn)關(guān)注極渦相關(guān)環(huán)流特征量的變化。

南極濤動(dòng)指數(shù)出現(xiàn)3次，分別與4、9、12月冷空氣過程呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.28～0.29之間，南極濤動(dòng)強(qiáng)年不利于東亞冬春兩季冷空氣的活動(dòng)[24]，因此南極濤動(dòng)指數(shù)強(qiáng)年北疆地區(qū)冷空氣出現(xiàn)頻次可能會(huì)減少。

北極濤動(dòng)（AO）、歐亞緯向環(huán)流指數(shù)、西藏高原指數(shù)等對(duì)新疆冬季氣溫變化都具有明顯指示意義[21]。其中，AO指數(shù)的正負(fù)位相和亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)的大小不同易造成新疆冬季平均氣溫區(qū)域性變化，其絕對(duì)值越大，優(yōu)勢(shì)影響越明顯；西藏高原指數(shù)偏高時(shí)，冬季平均氣溫易偏高；歐亞緯向環(huán)流指數(shù)偏大時(shí)，新疆西部、北部區(qū)域冬季平均氣溫易偏高。

表3 與北疆區(qū)域冷空氣過程顯著相關(guān)的大氣環(huán)流特征量（通過0.05的顯著性水平檢驗(yàn)）

3 結(jié)論

（1）北疆單站中等強(qiáng)度冷空氣頻次最多，寒潮次之，強(qiáng)冷空氣最少；單站各級(jí)冷空氣都在北疆北部高發(fā)，其中寒潮空間差異最明顯且有24站減少趨勢(shì)顯著；單站寒潮冬季出現(xiàn)站次最高，秋季強(qiáng)冷空氣最多，中等強(qiáng)度冷空氣季節(jié)差異不明顯。

（2）北疆區(qū)域寒潮發(fā)生頻次最多，中等強(qiáng)度冷空氣、強(qiáng)冷空氣頻次相當(dāng)；區(qū)域寒潮下降速率為0.58次/10 a，中等強(qiáng)度冷空氣增加速率為0.1次/10 a，強(qiáng)冷空氣無明顯變化趨勢(shì)。冷空氣過程初日無明顯變化趨勢(shì)，終日每10 a推后1.5 d，表明在氣候變暖背景下，北疆冷空氣過程初日并無變化，終日呈推后趨勢(shì)，未來春季低溫事件出現(xiàn)的時(shí)間可能會(huì)更晚，造成影響可能會(huì)更大。

（3）中等強(qiáng)度冷空氣過程存在 8～9 a、2～4 a、17～18 a的變化周期并在1965—1967年出現(xiàn)突變；強(qiáng)冷空氣存在 11～12 a、4～6 a、18～19 a的周期變化，在1977 年附近出現(xiàn)突變；寒潮存在 25～26 a、13～14 a、8～9 a、5～6 a的周期，未出現(xiàn)明顯突變。

（4）北疆各月冷空氣與同期27項(xiàng)大氣環(huán)流特征量存在顯著相關(guān)，斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)出現(xiàn)頻次最高為5次，該指數(shù)偏高時(shí)北疆地區(qū)氣溫易偏低；與極渦相關(guān)的指數(shù)有7項(xiàng)，共出現(xiàn)16次，亞洲區(qū)、北半球極渦指數(shù)偏大時(shí)，新疆冬季氣溫偏低，冷空氣頻次增加；南極濤動(dòng)指數(shù)與冷空氣過程呈負(fù)相關(guān)，其強(qiáng)年北疆地區(qū)冷空氣過程頻次減少。

北疆單站中等強(qiáng)度冷空氣頻次明顯高于區(qū)域中等強(qiáng)度冷空氣，單站各級(jí)冷空氣的空間差異明顯?，F(xiàn)有的冷空氣過程監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)主要針對(duì)區(qū)域冷空氣開展，可能會(huì)漏測(cè)局地性低溫事件。后續(xù)需要建立更加細(xì)致的業(yè)務(wù)規(guī)范，提升單站冷空氣過程的監(jiān)測(cè)能力，尤其針對(duì)關(guān)鍵農(nóng)事期開展局地冷空氣過程監(jiān)測(cè)。

通過相關(guān)分析找出了影響北疆地區(qū)冷空氣過程的環(huán)流特征量，其中出現(xiàn)次數(shù)大于2次的環(huán)流因子與前人提出的對(duì)新疆低溫具有明顯指示意義的環(huán)流因子一致性較高，在今后的冷空氣監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中需要重點(diǎn)關(guān)注。但是對(duì)各環(huán)流特征量的相互配置及其相互間物理機(jī)制的研究尚未開展，后續(xù)有待跟進(jìn)。