東北亞地區(qū)冬季氣溫年際變化特征分析

摘要 采用1948—2019年NCEP/NCAR再分析資料分析了東北亞地區(qū)在年際尺度上的冬季氣溫年際變化特征、大氣環(huán)流和海溫因子。結(jié)果表明：在年際時間尺度上，東北亞冬季氣溫具有一致型變化特征和東北—西南反相的變化特征。東北亞冬季氣溫一致型變化主要是北極濤動通過東亞大槽來影響的，北極濤動增強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之削弱（加強），導致冬季氣溫一致升高（降低）。與氣溫東北—西南反相型變化有顯著聯(lián)系的因子是厄爾尼諾，厄爾尼諾主要是通過影響太平洋西部型的強度對東北亞冬季氣溫產(chǎn)生影響。當發(fā)生厄爾尼諾（拉尼娜）時，太平洋西部型處于正（負）位相，中緯度地區(qū)西風氣流增強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（增強），東亞冬季風減弱（增強），東北亞的西南地區(qū)偏暖（冷）；而東北亞的東北地區(qū)受到西風（東風）異常的影響，氣溫偏冷（暖）。

關(guān)鍵詞 年際變化；冬季氣溫；東北亞

中圖分類號：P468.0 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0093-03

東北亞位于亞洲大陸的東北部，主要包括中國的東北、內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部、朝鮮半島、韓國、日本及俄羅斯的部分地區(qū)。研究東北亞地區(qū)冬季溫度的變化有助于更深入地研究全球變暖的本質(zhì)和災害性天氣。東北亞冬季氣溫的變化受環(huán)流、積雪、海溫等因素的影響，各個因子的作用機理也十分復雜[1-5]。

很多研究指出東北亞冬季氣溫變化不但具有年代際變化，也有顯著的年際變化，但影響因子存在差異。AO不斷增強的趨勢，導致近幾十年來歐亞大陸的大部分地區(qū)冬季氣溫偏高[6]。胡秀玲等[7]發(fā)現(xiàn)AO減弱時，西伯利亞高壓會增強，位于日本海附近的低壓減弱，有利于冷空氣南下，導致東北地區(qū)氣溫下降。同時，李勇等[8]研究發(fā)現(xiàn)太平洋西部型（WP）也是影響我國東部地區(qū)冬季溫度變化的因子，WP與東亞冬季風之間有著顯著的負相關(guān)關(guān)系。另外，還有學者研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾是影響東北地區(qū)氣溫南北反相分布的因子[9]。

目前，對東北亞冬季氣溫已有較多的研究成果，基于此，分析東北亞冬季氣溫在年際尺度上的變化特征，探究與其有關(guān)系的因子，并初步探討各個因子與東北亞冬季氣溫變化的相關(guān)性[10]。

1 資料與方法

采用NCEP/NCAR再分析資料1948—2019年的月平均地表氣溫（SAT）、海平面氣壓（SLP）、850 hPa風場、500 hPa高度場，格點為144×73，再分析海溫場資料為高斯格點。月平均AO指數(shù)、WP指數(shù)、NAO指數(shù)、NPO指數(shù)、Nino3.4指數(shù)均來自氣候預報中心。東亞大槽強度指數(shù)IEAT來自國家氣候中心74項環(huán)流指數(shù)。

將東亞冬季風指數(shù)IEAWM定義為冬季東亞東部地區(qū)（110°E～125°E，25°N～50°N）的區(qū)域平均北風距平值。所取冬季均為當年12月至翌年2月的平均值，共計71年，東北亞地區(qū)范圍為（30°N～55°N，110°E～145°E） 。

主要運用經(jīng)驗正交函數(shù)分解法（EOF）、回歸分析、相關(guān)分析等方法，對數(shù)據(jù)進行分析。由于主要研究的是東北亞冬季氣溫的年際變化，所以首先對數(shù)據(jù)進行去線性趨勢的處理。

2 東北亞地區(qū)冬季氣溫特征

EOF的前2個模態(tài)均通過North準則檢驗，第一模態(tài)和第二模態(tài)的解釋方差分別為49.14％、21.52％，2個模態(tài)均具有顯著的特征，將對這2個模態(tài)進行分析比較。

從圖1a中可以看出，東北亞冬季氣溫第一個模態(tài)的主要空間分布特征表現(xiàn)為：東北亞地區(qū)均為一致的正值區(qū)，最大正值區(qū)位于我國的東北，說明冬季氣溫總體上呈現(xiàn)一致型變化。圖1b中可以看到冬季氣溫具有顯著的年際變化特征，其年際周期為5～8年。將這種一致型分布定義為NEA型，第一模態(tài)的標準化時間序列定義為NEA指數(shù)。

從圖1c中可以看出，第二個模態(tài)的主要空間分布特征表現(xiàn)為東北—西南反相分布，其相應(yīng)的時間序列PC2也有明顯的年際變化。將這種東北—西南反相型分布簡稱為NESW型，第二模態(tài)的標準化時間序列定義為NESW指數(shù)。

分別探討這2個模態(tài)的形成原因，找到影響2種模態(tài)的大氣環(huán)流因子和外強迫因子，期望能夠得到各個因子與2種模態(tài)之間的聯(lián)系。

3 東北亞冬季氣溫的年際變化與環(huán)流場的聯(lián)系

3.1 NEA型

將NEA型指數(shù)與海平面氣壓場進行了回歸分析，由圖2a可以看出明顯的AO、NAO遙相關(guān)型，同時東亞大槽的位置也處于回歸系數(shù)較高的區(qū)域。

為得出各個因子與東北亞冬季氣溫的相關(guān)性，將各個因子指數(shù)分別與NEA指數(shù)、NESW指數(shù)進行相關(guān)分析。其中，AO指數(shù)與NEA指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.519，呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；東亞大槽與NEA指數(shù)有較強的反相關(guān)（表1）。

從各層次環(huán)流來看，海平面氣壓場（圖2a）可以看到歐亞大陸的北部地區(qū)與東北亞地區(qū)有明顯的反位相，存在較強的西風氣流，使偏北氣流減弱，進入東北亞的冷空氣減少。在850 hPa風場（圖2b）東北亞以北有較強而且平直的西風氣流，在東北亞地區(qū)來自洋面的東風異常，將洋面的暖濕空氣帶入東北亞地區(qū)，導致冬季氣溫一致偏高。

在NEA型中，北極濤動與東北亞冬季氣溫的聯(lián)系為北極濤動主要通過影響東亞大槽來影響東北亞地區(qū)冬季氣溫。北極濤動增強（減弱），指數(shù)向正（負）位相變化時，西風氣流加強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之減弱（加強），導致冬季氣溫升高（降低）。

3.2 NESW型

從圖3中可以看到，與NESW型可能關(guān)系的主要遙相關(guān)有WP、NPO和SO。WP和NPO2種遙相關(guān)都與NESW型具有較強的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為-0.606、-0.509。

WP與NESW型的聯(lián)系如下：當WP指數(shù)偏高（低）時，中緯度地區(qū)的經(jīng)向氣壓梯度增大（減小），東北亞地區(qū)西風氣流增強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（加強），導致東亞冬季風減弱（加強），不利于（有利于）冷空氣南下，使西南地區(qū)偏暖，同時東北亞的東北地區(qū)受到西風（東風）氣流的影響，使東北地區(qū)偏冷（暖）。

4 海溫與東北亞冬季氣溫的聯(lián)系

將NESW指數(shù)與海溫場進行回歸分析，赤道附近東太平洋海溫處于明顯的負相關(guān)區(qū)域，說明NESW型與厄爾尼諾有關(guān)系，厄爾尼諾主要通過WP的強度來影響。

將NESW指數(shù)與Nino3.4指數(shù)進行超前滯后相關(guān)分析，由圖4可以看出，其中前一年8月至當年3月的NESW指數(shù)與Nino3.4指數(shù)負相關(guān)關(guān)系顯著，表明提前4個月海溫對東北亞冬季氣溫NESW型有預報性。

5 結(jié)論

（1）東北亞冬季氣溫具有一致型變化特征（NEA型）和東北—西南反相的變化特征（NESW型），且時間系數(shù)具有明顯的年際變化特征。

（2）北極濤動通過東亞大槽來影響東北亞地區(qū)冬季氣溫NEA型。北極濤動增強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之減弱（加強），導致冬季氣溫升高（降低）。

（3）與NESW型有顯著聯(lián)系的因子是厄爾尼諾，當發(fā)生厄爾尼諾（拉尼娜）時，WP 處于正（負）位相，中緯度地區(qū)西風氣流增強（減弱），環(huán)流的經(jīng)向性減弱（增強），東亞冬季風減弱（增強），東北亞的西南地區(qū)偏暖（冷）；另一方面，東北亞的東北地區(qū)受到西風（東風）異常的影響，氣溫偏低（高）。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛

Analysis on Interannual Variability of Winter Temperature in Northeast Asia

Song Xiao-xue （Dalian Air Traffic Management Station of China Civil Aviation， Dalian， Liaoning 116033）

Abstract The interannual variation of winter temperature on the interannual scale in Northeast Asia and its possible atmospheric circulation and sea temperature factors were analyzed using NCEP/NCAR reanalysis data from 1948 to 2019. The results show that on the interannual time scale， the winter temperature in Northeast Asia had a consistent change characteristic and a northeast-southwest reverse phase change.The consistent pattern of winter temperature change in Northeast Asia was mainly influenced by the Arctic Oscillation through the East Asian trough. When the Arctic Oscillation strengthens （weakens）， the meridional nature of the circulation weakens （strengthens）， and the East Asian trough weakens （strengthens）， then the northerly airflow weakens （strengthens）， resulting in the consistent increase （decrease） of winter temperature. The factor significantly associated with the northeast-southwest inversion pattern was El Ni?o， which mainly affects the winter temperature in Northeast Asia by affecting the intensity of the Western Pacific pattern. When El Ni?o （La Ni?a） occurs， the Western Pacific pattern was in the positive （negative） phase， and the westerly airflow in the mid-latitude region strengthens （weakens）. Meanwhile， the meridional circulation weakens （strengthens）， and the East Asian winter monsoon weakens （strengthens）， then the southwest of Northeast Asia is warmer （colder）. The northeast of Northeast Asia was affected by the west wind （east wind） anomaly， and the northeast of Northeast Asia was colder （warmer）.

Key words Interannual Variation; Winter Temperature; Northeast area

作者簡介 宋曉雪（1998—），女，遼寧大連人，主要從事民航氣象工作。

收稿日期 2022-11-12