山東春季極端低溫與前冬北大西洋海溫的關(guān)系

徐瑋平，孟祥新，顧偉宗，伯忠凱

(1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250031；2.山東省氣候中心，山東 濟(jì)南 250031； 3.山東省氣象局大氣探測(cè)技術(shù)保障中心， 山東 濟(jì)南 250031)

引 言

全球氣候變暖背景下[1]，極端高溫事件明顯增多，極端低溫事件明顯減少，但極端低溫的變化更劇烈[2-3]。極端低溫事件對(duì)于經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)生活等有較大影響，因此引起較多關(guān)注[4-6]。

對(duì)于我國而言，極端低溫事件呈現(xiàn)出顯著減少趨勢(shì)，表現(xiàn)為冷夜、冷晝?nèi)諗?shù)顯著減少；而暖夜、暖晝?nèi)諗?shù)明顯增多[7-10]。年極端低溫強(qiáng)度整體表現(xiàn)為由東南向西北降低的空間分布特征[11]。我國東部地區(qū)春季極端低溫事件發(fā)生頻率增多、強(qiáng)度增強(qiáng)[12]，西北地區(qū)年極端低溫強(qiáng)度明顯減弱[13]，東北、華北以及青藏高原地區(qū)極端低溫事件發(fā)生頻次明顯減少[14-18]。

區(qū)域氣候異常是大氣環(huán)流異常作用的結(jié)果，華北地區(qū)冬季氣溫異常與低頻環(huán)流聯(lián)系密切[19]；巴倫支海-喀拉海異常增暖導(dǎo)致的烏拉爾山附近出現(xiàn)位勢(shì)高度正異常，使我國北方極端低溫事件頻發(fā)[20]。另外有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)北大西洋濤動(dòng)(North Atlantic Oscillation, NAO)為正(負(fù))位相時(shí)，我國北方氣溫偏高(低)[21]；NAO也可以通過影響對(duì)流層緯向風(fēng)，產(chǎn)生較厚的云層，再通過自身的云輻射作用進(jìn)一步導(dǎo)致對(duì)流層低層的降溫[22]；當(dāng)北極濤動(dòng)(Arctic Oscillation, AO)為負(fù)位相且西伯利亞高壓強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，北方冬季冷日頻次增加[23]。此外，北極海冰顯著減少導(dǎo)致歐亞大陸阻塞環(huán)流形勢(shì)頻繁，地表氣溫明顯變冷、極端低溫事件頻發(fā)[24-25]。

海洋是大氣最主要的能量來源，海洋通過感熱和潛熱等方式向高層大氣吸收或釋放能量。研究表明，中國冬季氣溫與太平洋年代際振蕩(Pacific Decadal Oscillation, PDO)密切相關(guān)[26]。El Nio強(qiáng)度的年代際變化可以通過平流層極渦對(duì)中緯度極端低溫事件產(chǎn)生影響[27]，而2008年我國南方大范圍低溫與La Nia強(qiáng)度密切相關(guān)[28-29]。北大西洋“馬蹄型”海溫模態(tài)通過歐亞波列，使得華北地區(qū)上空氣旋式異常加強(qiáng)，導(dǎo)致華北初春低溫增強(qiáng)[30]。

春季是農(nóng)作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵季節(jié)，也是冷空氣活動(dòng)頻繁的時(shí)期，因此系統(tǒng)地研究春季極端低溫事件對(duì)于氣候?yàn)檗r(nóng)服務(wù)具有一定的指導(dǎo)意義。考慮到海溫的慢變特性及大氣對(duì)海溫變化的響應(yīng)往往有滯后效應(yīng)，可以尋找山東春季極端低溫海溫前兆信號(hào)，以期為山東春季氣溫預(yù)測(cè)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資 料

使用的資料：(1)國家氣候中心提供的1961—2018年春季(3—5月)山東省122個(gè)國家級(jí)氣象觀測(cè)站日最低氣溫資料。(2)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)提供的1979—2018年ERA-Interim逐月再分析資料[31]，要素包括高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、三維風(fēng)場(chǎng)，空間分辨率為0.75°×0.75°，垂直方向?yàn)?000、925、850、700、500、300和200 hPa共7個(gè)層次；另外將上述氣象要素1981—2010年平均值作為氣候態(tài)。(3)英國哈德萊中心(Hadley Center)提供的1871—2018年逐月全球海溫資料[32]，水平分辨率為1°×1°。

本文附圖涉及的地圖基于國家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2016)1594號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。

1.2 方 法

采用百分位法[33]將1961—2018年春季山東地區(qū)逐站日最低氣溫24 h降溫幅度進(jìn)行降序排列，取第90百分位值作為極端低溫事件閾值，如果該日的降溫幅度超過極端低溫事件閾值，則認(rèn)定該日出現(xiàn)一次極端低溫事件。另外使用世界氣象組織WMO(World Meteorological Organization)推薦的極端最低氣溫、冷夜日數(shù)(表1)兩個(gè)極端低溫指數(shù)對(duì)山東春季極端低溫的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析。

采用集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Ensemble empirical mode decomposition, EEMD)方法[34]分析山東春季極端低溫時(shí)間變化特征；然后通過合成和回歸等方法揭示山東春季極端低溫與大氣環(huán)流異常關(guān)系；采用TN波作用通量(Takaya and Nakamura wave activity flux, TNF)[35]描述北大西洋羅斯貝波能量頻散特征；最后通過經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)(EOF)展開、回歸、相關(guān)等方法探究前冬北大西洋海溫模態(tài)與山東春季極端低溫的關(guān)系。

表1 極端低溫指數(shù)定義Tab.1 Definition of extremely low temperature index

2 結(jié)果與分析

2.1 極端低溫時(shí)空分布特征

從山東春季冷夜閾值[圖1(a)]可以看出，冷夜閾值南北分布差異明顯，高值區(qū)位于魯南和半島沿海部分地區(qū)，平均閾值在0 ℃以上；其他大部分地區(qū)為-3～0 ℃。從極端低溫事件閾值[圖1(b)]可以看出，魯西北、魯中山區(qū)和魯西南的部分地區(qū)極端低溫事件閾值最低，平均閾值大約在-6 ℃以下；其他大部地區(qū)為-6～-3 ℃。

圖1 山東春季冷夜(a)和極端低溫事件(b)閾值空間分布(單位：℃)Fig.1 Spatial distribution of cold night (a) and extremely low temperature event (b) thresholds in spring in Shandong (Unit: ℃)

分別用1961—2018年逐站冷夜日數(shù)和極端低溫事件發(fā)生日數(shù)除以總?cè)諗?shù)得到逐站冷夜和極端低溫事件發(fā)生頻率。山東春季極端最低氣溫[圖2(a)]分布不均。魯西北和魯中北部的部分地區(qū)極端最低氣溫低于-15 ℃；魯西南和半島沿海的部分地區(qū)極端最低氣溫較高，大約為-10～-5 ℃，其他地區(qū)為-15～-10 ℃。冷夜發(fā)生頻率[圖2(b)]顯示，除個(gè)別站點(diǎn)外，全省大部地區(qū)都在10%以上，冷夜發(fā)生頻率不是很高。極端低溫事件發(fā)生頻率[圖2(c)]顯示，全省極端低溫事件發(fā)生頻率分布不均，其中魯西北、魯中北部、魯南和半島沿海地區(qū)都在45%以上，其他地區(qū)在45%以下。

從春季山東區(qū)域平均冷夜發(fā)生頻率標(biāo)準(zhǔn)化距平[圖3(a)]可以看出，冷夜發(fā)生頻率整體呈現(xiàn)出波動(dòng)降低的趨勢(shì)，其中在20世紀(jì)60年代至90年代初期，冷夜發(fā)生頻率較高；20世紀(jì)90年代初期以后，冷夜發(fā)生頻率較低，呈現(xiàn)出明顯的年代際變化。從春季山東區(qū)域平均極端低溫事件發(fā)生頻率標(biāo)準(zhǔn)化距平[圖3(b)]可以看出，極端低溫事件在20世紀(jì)60年代至70年代發(fā)生頻率較低，之后呈波動(dòng)升高趨勢(shì)，尤其是21世紀(jì)以后極端低溫事件頻繁發(fā)生。因春季冷暖空氣活動(dòng)頻繁，下文從日最低氣溫24 h降溫幅度定義的極端低溫事件發(fā)生頻率研究山東春季極端低溫特征及其大氣環(huán)流異常特征。

圖3 1961—2018年春季山東區(qū)域平均冷夜(a)和極端低溫事件(b)發(fā)生頻率的標(biāo)準(zhǔn)化距平及其9 a滑動(dòng)平均Fig.3 The standardized anomaly of cold night (a) and extremely low temperature events (b) regional average occurrence frequency in spring in Shandong from 1961 to 2018 and their 9-year moving average

利用EEMD方法對(duì)1961—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列進(jìn)行分解得到4個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(intrinsic mode function, IMF)分量和趨勢(shì)分量(residua, RES)(圖4)，4個(gè)IMF分量反映了山東春季極端低溫事件從高頻到低頻時(shí)間尺度的變化特征，趨勢(shì)分量表示極端低溫事件隨時(shí)間變化的整體演變趨勢(shì)。

結(jié)合表2和圖4可以看出，IMF1分量的準(zhǔn)3 a周期方差貢獻(xiàn)率最大，達(dá)39.6%，振蕩信號(hào)比較明顯， 20世紀(jì)60年代至80年代、21世紀(jì)以后振幅明顯高于其他時(shí)段；IMF2分量的準(zhǔn)6 a周期方差貢獻(xiàn)率約15.0%，其在20世紀(jì)80年代振幅相對(duì)較??；IMF3分量的準(zhǔn)19 a周期振蕩方差貢獻(xiàn)率約6.4%，20世紀(jì)60年代、80年代和21世紀(jì)以后振幅明顯較??；IMF4分量的準(zhǔn)29 a周期振蕩方差貢獻(xiàn)率約8.5%，極端低溫事件發(fā)生頻率振幅在20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初處于偏小狀態(tài)；趨勢(shì)項(xiàng)分量的方差貢獻(xiàn)率為30.4%，極端低溫事件發(fā)生頻率整體呈緩慢持續(xù)增加趨勢(shì)。

表2 山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列各IMF分量的周期和方差貢獻(xiàn)率Tab.2 The period and variance contribution rate of IMF components of occurrence frequency series of extremely low temperature event in spring in Shandong

圖4 基于EEMD的1961—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列趨勢(shì)分解Fig.4 Trend decomposition of occurrence frequency series of extremely low temperature events in spring in Shandong from 1961 to 2018 based on EEMD

另外針對(duì)各個(gè)IMF開展白噪聲顯著性檢驗(yàn)，分析其顯著性及周期T(圖5)，其中IMF4通過了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)，其他未通過，因此IMF4分量最為顯著，即準(zhǔn)29 a周期振蕩最為顯著。

圖5 基于EEMD的1961—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列IMF分量的顯著性檢驗(yàn)Fig.5 Significance test of IMF components of the occurence frequency series of extremely low temperature events in spring in Shandong from 1961 to 2018 based on EEMD

為進(jìn)一步探討山東春季極端低溫事件年際、年代際振蕩的變化特征，采用IMF1和IMF2相加構(gòu)造年際變化序列，IMF3、IMF4和趨勢(shì)項(xiàng)相加構(gòu)造年代際變化序列。圖6表明，極端低溫事件發(fā)生頻率在年際尺度上整體呈現(xiàn)出增加與減少相間的特征；在年代際尺度上整體表現(xiàn)出20世紀(jì)60年代開始明顯上升，后期呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)， 20世紀(jì)70年代中期至80年代中期呈緩慢上升趨勢(shì)，后期呈明顯下降趨勢(shì)， 20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)極端低溫事件發(fā)生頻率又呈上升趨勢(shì)。

圖6 1961—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率年際與年代際變化Fig.6 Inter-annual and inter-decadal variations of occurrence frequency of extremely low temperature events in spring in Shandong from 1961 to 2018

2.2 極端低溫事件與大氣環(huán)流異常

2.2.1 異常環(huán)流型

大氣環(huán)流異?？梢灾苯訉?dǎo)致區(qū)域尺度甚至全球尺度極端事件的頻繁發(fā)生[36-37]。根據(jù)圖6選取典型極端低溫年(21世紀(jì)年際變化上升段，極端低溫事件發(fā)生頻率大于0的年份：2002、2004、2007、2008、2010和2012年)進(jìn)行合成分析。圖7為典型極端低溫年春季500 hPa位勢(shì)高度的距平場(chǎng)和氣候態(tài)。可以看出，在中高緯上空存在 “+-+-+”波列，其中格陵蘭島、巴爾喀什湖地區(qū)和日本半島以東洋面存在明顯的正距平，烏拉爾山和貝加爾湖地區(qū)存在明顯的負(fù)距平；格陵蘭島上空的正距平使脊北抬加強(qiáng)；烏拉爾山地區(qū)上空的負(fù)距平使槽偏東；同時(shí)貝加爾湖上空的負(fù)距平使槽偏西，呈現(xiàn)出波長(zhǎng)增大的趨勢(shì)。整個(gè)北極和北大西洋中緯度地區(qū)構(gòu)成的模態(tài)類似于北半球冬季的AO負(fù)位相和NAO負(fù)位相，有利于極區(qū)冷空氣南下，導(dǎo)致氣溫偏低[38-40]。另外山東地區(qū)上空存在明顯的負(fù)距平，使得槽異常加強(qiáng)，受槽后西北氣流控制，導(dǎo)致山東春季氣溫下降。

為進(jìn)一步探討山東春季極端低溫事件與大氣環(huán)流異常的關(guān)系，用1979—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率回歸同期500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)和850 hPa溫度距平場(chǎng)?；貧w的500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)[圖8(a)]上大西洋地區(qū)從低緯到高緯呈現(xiàn)出“-+-”的分布形態(tài)，其中從格陵蘭島到歐洲西部地區(qū)表現(xiàn)為負(fù)距平，呈東西帶狀分布，大西洋中緯度洋面為正距平，低緯度洋面為負(fù)距平；中高緯歐亞大陸上空存在著一個(gè)近似為“-+-+”的波列結(jié)構(gòu)，該波列結(jié)構(gòu)類似于歐亞型遙相關(guān)，與圖7相似，其中兩個(gè)顯著的負(fù)距平中心分別位于歐洲西部和貝加爾湖地區(qū)，兩個(gè)正距平中心分別位于巴爾喀什湖地區(qū)和日本島以東洋面，并均通過α=0.1的顯著性檢驗(yàn)。受上游貝加爾湖高度場(chǎng)負(fù)異常影響，山東地區(qū)溫度下降明顯，極端低溫事件頻發(fā)。另外，回歸的850 hPa溫度距平場(chǎng)[圖8(b)]上中高緯歐亞大陸大部分地區(qū)存在負(fù)距平，且貝加爾湖地區(qū)通過了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)，山東地區(qū)也存在較明顯的負(fù)距平。

2.2.2 中高緯波作用通量分布及傳播特征

為探究中高緯大氣環(huán)流異常與山東春季極端低溫事件的相關(guān)關(guān)系，采用波作用通量來分析準(zhǔn)定常波的活動(dòng)。圖9為典型極端低溫年200 hPa TNF的水平分量(TNX)和500 hPa TNF的垂直分量(TNZ)。其中TNZ表示低層異常強(qiáng)迫導(dǎo)致波能量向高層傳輸，TNZ為正值(負(fù)值)時(shí)表示能量從低層(高層)到高層(低層)向上(向下)傳輸。

從圖9(a)可以看出，200 hPa格陵蘭島以南的北大西洋為水平波作用通量輻散的關(guān)鍵區(qū)，200 hPa波作用通量從北大西洋洋面自西向東傳播，從該關(guān)鍵區(qū)分別向偏南、偏北兩個(gè)方向輻散，其中向偏北方向輻散的一支傳播路徑更加連續(xù)，沿著歐洲西部經(jīng)過巴爾喀什湖、貝加爾湖傳播至山東地區(qū)，山東地區(qū)上空存在明顯的波作用通量輻合，使得上空的氣旋式環(huán)流異常加強(qiáng)，導(dǎo)致冷空氣加強(qiáng)影響山東地區(qū)，造成極端低溫事件頻發(fā)；向偏南方向傳播的一支路徑并不明顯。另外，從500 hPa TNZ[圖9(b)]可以發(fā)現(xiàn)，格陵蘭島南端的北大西洋亦是垂直波作用通量傳輸?shù)年P(guān)鍵區(qū)，該關(guān)鍵區(qū)由于異常強(qiáng)迫作用導(dǎo)致低層的能量向上傳輸，傳輸?shù)礁邔拥哪芰肯蛲忸l散，有利于山東地區(qū)春季極端低溫的維持和加強(qiáng)。

2.3 前冬北大西洋海溫與山東春季極端低溫事件的關(guān)系

研究表明北大西洋海溫可以影響北半球大氣環(huán)流，進(jìn)而影響東亞氣候[41-42]，另外還有研究指出，北大西洋海溫異常很大程度受NAO影響[43-44]。為揭示山東春季極端低溫事件與前冬北大西洋海溫模態(tài)的關(guān)系，用1979—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列回歸前冬北大西洋海溫距平場(chǎng)(圖10)，可以發(fā)現(xiàn)回歸的海溫距平場(chǎng)在北大西洋上從低緯到高緯表現(xiàn)為“-+-”的“三極子”分布形態(tài)，北美東海岸(70°W—20°W，20°N—40°N)地區(qū)為正距平，南北兩側(cè)為負(fù)距平，格陵蘭島以東洋面為正距平，對(duì)應(yīng)關(guān)鍵區(qū)通過了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)。

采用EOF對(duì)1979—2018年前冬北大西洋海溫標(biāo)準(zhǔn)化距平場(chǎng)進(jìn)行分析(圖11)，前兩個(gè)模態(tài)均通過NORTH準(zhǔn)則[45]，具有顯著性差異。第一模態(tài)貢獻(xiàn)率為26.8%，其空間型表現(xiàn)為“全區(qū)一致型”，類似于北大西洋年代際振蕩(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)模態(tài)[46]。對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，年代際特征明顯，表現(xiàn)為1995年以前大多為正值，表明北大西洋海溫呈現(xiàn)出一致降低的趨勢(shì)；而在1995年以后，時(shí)間系數(shù)由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，表明北大西洋海溫主要以升高趨勢(shì)為主。

第二模態(tài)方差貢獻(xiàn)率為15.1%，空間型表現(xiàn)為從北向南“-+-”的“三極子”型，其分布形態(tài)與山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列回歸的前冬北大西洋海溫距平場(chǎng)(圖10)相似，其中大約在北美東海岸(70°W—20°W，20°N—40°N)地區(qū)為正距平，在格陵蘭島以東洋面對(duì)應(yīng)顯著的正距平，其余地區(qū)海溫主要以負(fù)距平為主。第二模態(tài)時(shí)間系數(shù)序列整體呈現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì)，也通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，2011年為海溫距平最低值，之后呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，表明北美東海岸海溫主要呈升高趨勢(shì)，而其兩側(cè)的海溫呈顯著降低趨勢(shì)，海溫差越來越大。

圖7 山東春季典型極端低溫年500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)(彩色填色區(qū))和氣候態(tài)(等值線)合成(單位：dagpm)Fig.7 The composite of anomaly field (color shaded areas) and climatic state (isoline) of 500 hPa geopotential height in the typical extreme low temperature years in spring in Shandong (Unit: dagpm)

圖8 1979—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列回歸的同期500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)(a，單位：dagpm)和850 hPa溫度距平場(chǎng)(b，單位：℃)[打點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^α=0.1的顯著性檢驗(yàn)(下同)；細(xì)線方框?yàn)?14°E以東的山東地區(qū)(下同)]Fig.8 Regression of the 500 hPa geopotential height anomaly field (a, Unit: dagpm) and 850 hPa temperature anomaly field (b, Unit: ℃) on occurrence frequency series of extremely low temperature events in spring in Shandong from 1979 to 2018(the dotted areas passing the 0.1 significance test (the same as below);the rectangle with fine line for location of Shandong to the east of 114°E (the same as below))

圖9 山東春季典型極端低溫年北大西洋與歐亞大陸200 hPa波作用通量水平分量(箭頭，單位：m2·s2)及其散度(彩色填色區(qū)，單位：10-5 m·s-2)(a)及500 hPa波作用通量垂直分量(b，彩色填色區(qū)，單位：m2·s2)合成[粗線方框?yàn)殛P(guān)鍵區(qū)(下同)]Fig.9 The composites of horizontal components of wave activity flux at 200 hPa (arrow, Unit: m2·s2) and its divergence (color shaded area, Units: 10-5 m·s-2) (a) and vertical components of wave activity flux at 500 hPa (b, color shaded area, Unit: m2·s2) over the North Atlantic and Eurasia in the typical extreme low temperature years in spring in Shandong(the rectangle with thick line for key area (the same as below))

圖10 1979—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列回歸的前冬北大西洋海溫距平場(chǎng)(單位：℃)Fig.10 Regression of the North Atlantic SST anomaly field in preceding winter on occurrence frequency series of extremely low temperature events in spring in Shandong from 1979 to 2018 (Unit: ℃)

圖11 1979—2018年前冬北大西洋海溫標(biāo)準(zhǔn)化距平場(chǎng)EOF分析第一(a、c)、第二模態(tài)(b、d)的空間型(a、b)及時(shí)間系數(shù)(c，d)Fig.11 The spatial patterns (a, b) and time coefficients (c, d) of the first (a, c) and second (b, d) modes of EOF analysis of standardized anomaly field of North Atlantic SST in the preceding winter during 1979-2018

為探討前冬北大西洋海溫與山東春季極端低溫的關(guān)系，選取前冬北大西洋海溫標(biāo)準(zhǔn)化距平場(chǎng) EOF分解后的第一(PC1)和第二(PC2)模態(tài)的時(shí)間系數(shù)分別與山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率序列(圖12)進(jìn)行相關(guān)分析。其中PC2與山東春季極端降溫序列相關(guān)系數(shù)r=0.34，且通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，但PC1與極端降溫的相關(guān)性不明顯。上述分析表明，前冬北大西洋海溫“三極子”模態(tài)與山東春季極端低溫具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)該海溫模態(tài)異常激發(fā)出歐亞波列，導(dǎo)致貝加爾湖地區(qū)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)負(fù)異常，貝加爾湖附近的槽加深加強(qiáng)，山東春季氣溫下降，極端低溫事件頻繁發(fā)生。

圖12 1979—2018年山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率標(biāo)準(zhǔn)化距平年際變化和PC1(a)、PC2(b)Fig.12 The inter-annual variation of standardized anomaly of occurrence frequency of extremely low temperature events in spring in Shandong and PC1 (a), PC2 (b) during 1979-2018

3 結(jié) 論

(1)1961—2018年日最低氣溫24 h降溫幅度定義的極端低溫事件發(fā)生頻率可以更好地反映山東春季極端低溫特征。山東春季極端低溫事件發(fā)生頻率具有明顯的多尺度時(shí)間變化特征，年際振蕩特征明顯；在年代際尺度上整體表現(xiàn)出從20世紀(jì)60年代開始明顯上升，后期呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代中期至80年代中期呈緩慢上升趨勢(shì)，后期呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)極端低溫事件發(fā)生頻率又呈上升趨勢(shì)。

(2)山東春季典型極端低溫年500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)上中高緯存在明顯的波列結(jié)構(gòu)，山東上空存在明顯的負(fù)距平，受槽后西北氣流控制，導(dǎo)致山東地區(qū)氣溫下降。由于格陵蘭島以南的北大西洋異常強(qiáng)迫作用，導(dǎo)致低層的能量向上傳輸，傳輸?shù)礁邔幽芰肯蛲忸l散，有利于山東春季極端低溫的維持和加強(qiáng)。

(3)前冬北大西洋海溫“三極子”模態(tài)與山東春季極端低溫具有顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)海溫模態(tài)異常激發(fā)出歐亞波列，500 hPa貝加爾湖附近槽加深加強(qiáng)，受槽后冷空氣影響，山東春季氣溫下降，極端低溫事件頻繁發(fā)生。