2011/2012年冬季中國氣溫異常的成因及前兆信號

譚桂容，王騰飛

(1．南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，江蘇南京210044;2．南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇南京210044;3．南京信息工程大學 氣象臺，江蘇 南京210044)

2011/2012年冬季中國氣溫異常的成因及前兆信號

譚桂容1，2，3，王騰飛1，2

(1．南京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，江蘇南京210044;2．南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇南京210044;3．南京信息工程大學 氣象臺，江蘇 南京210044)

0 引言

氣候變暖是當前整個社會都十分關注的問題。冬季氣溫異常，尤其是低溫雨雪冰凍天氣的發生，將給社會經濟和人民生活等帶來不利，甚至可能造成嚴重的災害。2011/2012年冬季，極地寒流橫掃歐亞大陸，北半球遭遇了嚴寒天氣的考驗，許多國家遭受了罕見的低溫和暴雪襲擊，一些地區甚至出現了百年來最低氣溫(http://scitech.people.com.cn)。包括我國在內的東亞各國也經歷了極端天氣的侵襲，這個冬季，全國平均氣溫約為-4.8℃，較常年同期(-3.8℃)偏低1.0℃左右，為1986年以來最低值。與常年同期相比，青藏高原大部和云南氣溫偏高，其中西藏中北部、青海南部、云南中北部和四川西部局部偏高1～2℃，除此之外，全國其他地區氣溫普遍偏低，東北地區、華北北部、西北大部、西南地區東部、華中、華南和華東地區西部偏低1℃以上，內蒙古局部地區偏低超過4℃(http://ncc.cma.gov.cn/)。極端低溫雨雪天氣使我國經濟和社會遭受了嚴重的損失，因此，對此次氣溫異常的成因進行分析，對氣候預測和防災減災都有一定的實際意義。

中高緯度環流異常使得入侵我國的冷空氣活動異常，是導致中國冬季氣溫異常的直接原因。地面西伯利亞高壓是直接影響中國地面氣溫的環流系統。當對流層中層烏拉爾山高壓脊異常偏強(弱)，其下游貝加爾湖南側低槽異常發展(減弱)或東亞大槽異常偏西偏強(偏東偏弱)，低緯度西太平洋副高偏東偏弱(偏西偏強)時，西伯利亞高壓偏強(弱)，對應東亞冬季風偏強(弱)，中國東部低層盛行異常的偏北(南)風，這時中國氣溫異常偏低(高)(任廣成，1993;郭其蘊，1994;龔道溢和王紹武，1999a;武炳義和黃榮輝，1999;侯亞紅等，2007;錢維宏和張瑋瑋，2007;Huang et al.，2007;朱艷鋒，2008;Ding et al.，2008;Wang et al.，2008;譚桂容等，2010)。

另有一些大尺度環流系統如北大西洋濤動或北極濤動與中國冬季氣溫也有較好的關系(龔道溢和王紹武，1999b，2003;武炳義和黃榮輝，1999;范麗軍等，2003;陳文和康麗華，2006;朱艷峰等，2007;Lu et al.，2007;宋潔和李崇銀，2009)。還有下墊面海洋異常及平流層環流異常也與地面氣溫異常有關(Dunkerton，2000;陳佩燕等，2001;Black，2001;Perlwitz and Graf，2001;陳文和黃榮輝，2005;陳文等，2008;陳少勇等，2009，2010;康麗華等，2009;譚桂容等，2010;黃菲和高聰暉，2012)。

中國地面氣溫在20世紀80年代中期前后有一個較為明顯的暖異常突變，即80年代之后的冬季氣溫較之前偏暖(王紹武和龔道溢，2001;譚桂容和王妍，2007;朱艷峰等，2007)。暖背景下各環流系統及其與外強迫之間的關系可能發生改變，譬如:雖然不少研究已經表明La Nina對東亞冬季風的活動有顯著的影響，使冬季風偏強(Li，1990;陶詩言和張慶云，1998;張慶云和王媛，2006;李燦等，2010)，但針對2008年1月雨雪冰凍天氣的分析顯示，北大西洋海溫異?？赡苁窃斐?008年低溫異常的原因(付建建等，2008)，而La Nina事件并不是造成此次持續雨雪冰凍天氣的“罪魁禍首”(李崇銀等，2008;李燦等，2010)。另外，2008年1月是當時自1986年以來氣溫最低的年份，該冬季在中國南方發生的低溫雨雪天氣給交通運輸和人們生活造成了很大的經濟損失(高輝等，2008;陶詩言和衛捷，2008;王東海等，2008;王凌等，2008)，2011/2012年冬季雖為1986年以來最低值，但在我國南方并沒有造成如2007/2008年冬季那樣的冰凍雨雪天氣。

考慮到在暖背景下，環流系統的耦合與關聯的外強迫因子在年際和年代際尺度上存在差異(李崇銀和顧薇，2010)，不同環流因子對中國氣溫影響的范圍可能不同。因此，本文將在對1986年以來暖冬背景下中國地面氣溫異常特征及成因進行探討的基礎上，針對2011/2012年中國冬季氣溫異常，從年際短期氣候預測的角度，分析其異常成因與前兆信號，為更準確地預測中國冬季氣溫異常提供有益的物理依據。

1 資料和方法

主要資料有:國家氣候中心整編的全國160站月平均氣溫數據;逐月西太平洋副高強度、面積等指數以及印緬槽指數等;NCEP/NCAR再分析月平均海平面氣壓場、位勢高度場和U、V風場資料，網格密度均為2.5°×2.5°;美國國家海洋和大氣管理局提供的全球海溫重建資料，網格密度為2°×2°;NOAA氣候預測中心提供的的北極濤動指數、南方濤動指數(SOI，Southern Oscillation Index)及 Nino各區海溫指數等(htt://www.cpc.noaa.gov/data/indices)。所用資料時間長度為1986—2011年，文中冬季均處理為12月及次年1、2月。

本文使用的方法主要有經驗正交函數(EOF，empirical orthogonal function)展開、相關及回歸分析方法，同時進行統計顯著性檢驗。

2 冬季氣溫的主要特征

2.1 冬季氣溫異常的分布特征

EOF方法是氣象診斷分析中常用的方法之一，它可以用主要的幾個時空變化型最大可能地解釋原始數據的方差變化。將1986/1987—2010/2011年的冬季氣溫距平場進行EOF分解，并以時間系數與氣溫距平場進行相關分析，以此可以反映冬季氣溫的主要模態和變化特征(圖1)。其中第一模態(圖1a)反映了我國冬季氣溫大范圍一致偏冷或偏暖變化的特征，其方差貢獻為49.3%，最大的負信號區位于我國中東部地區;第二模態(圖1b)的方差貢獻為19.2%，反映了東北和西南兩個區域反向變化的分布特征，正負信號中心分別位于云南和東北北部地區。前兩個模態解釋了總方差的68.6%，反映了中國冬季氣溫變化的主要特征。與已有的研究相比，第一模態的分布特征與以往的結果類似，但第二模態略有不同，表現為南北反向變化的特征不明顯，而是以東北與西南反向變化的特征為主(陳海山等，2004;朱艷峰等，2007)。

2.2 2011/2012年冬季氣溫特征

2011/2012年冬季氣溫距平如圖2a所示，可見，除西南高原部分地區外，全國大部分地區氣溫較常年偏低，東北東北部部分地區負異常甚至達4℃以上。從氣溫距平的分布形勢看，2011/2012年冬季氣溫具有兩種模態氣溫分布型的特征。將該年冬季氣溫距平分別投影到兩個模態上，得到相應的時間系數分別為17.60(標準化距平為1.98)和7.37(標準化距平為1.33)(圖2b)。可見在兩個模態上的投影都超過了1個標準差的異常，分別對應氣溫總體偏低和東北冷、河套及以南相對暖的分布形勢。但氣溫全國大范圍偏冷的特征更加明顯，所以下文將主要結合冬季氣溫第一模態分布型進行分析。

3 與氣溫變化相聯系的環流特征

圖2 2011/2012年冬季氣溫距平(a;單位:℃)及1986/1987—2010/2011年冬季氣溫EOF前兩個模態的標準化時間系數(b;圖中＜＞內為2011/2012冬季相應值)Fig.2 (a)Temperature anomalies in winter of 2011/2012;(b)normalized time coefficients of the two principal EOF modes of winter temperature in 1986/1987—2010/2011(the corresponding values of winter temperature in 2011/2012 are marked in symbol＜＞)

圖3 冬季氣溫EOF1時間系數對海平面氣壓(a;單位:hPa)、850 hPa風場(c;單位:m/s)、500 hPa位勢高度(e;單位:gpm)的回歸(陰影表示冬季氣溫EOF1時間系數與海平面氣壓、850 hPa風場、500 hPa位勢高度的相關系數通過95%置信水平的顯著性檢驗)及2011/2012年冬季海平面氣壓(b;單位:hPa)、850 hPa風場(d;單位:m/s)、500 hPa位勢高度(f;單位:gpm)距平場Fig.3 Regression coefficients of(a)SLP(hPa)，(c)850 hPa wind(m/s)and(e)500 hPa height(gpm)in winter against EOF1 time series(shaded areas indicate the significance of corresponding correlation coefficients exceeding 95%confidence level)，along with anomalies of(b)SLP(hPa)，(d)850 hPa wind(m/s)and(f)500 hPa height(gpm)in 2011/2012 winter

東亞環流異常是造成冬季氣溫異常的直接原因，這里選取冬季海平面氣壓場(SLP，sea level pressure)、850 hPa風場及500 hPa位勢高度場來研究冬季環流系統特征。圖3給出與冬季氣溫全國一致變化型相聯系的環流及2011/2012年冬季相應變量的距平場。由圖3可見，對應全國一致偏冷的氣溫分布型，在海平面氣壓場上表現為從西伯利亞到我國東部大范圍的顯著正距平(圖3a);850 hPa風場上(圖3c)，烏拉爾山地區為一異常反氣旋，貝加爾湖以東的我國東部自東北至江南地區為顯著的偏北風距平;500 hPa高度場上(圖3e)，在50°N南北呈北正南負的分布，其中正中心在烏拉爾山附近，顯著的負中心在巴爾喀什湖附近。這種高低空環流的配置表明，當中國冬季大范圍偏冷時，500 hPa烏拉爾山阻塞高壓異常偏強或頻發，貝加爾湖南側多低槽活動;地面西伯利亞冷高壓顯著偏強，對應東亞冬季風偏強。對比2011/2012年冬季的氣溫距平和環流特征(圖3b、3d、3f)可見，環流的高低空配置與異常偏冷年類似，說明暖背景下，西伯利亞高壓、東亞冬季風、烏拉爾山阻塞和貝加爾湖南側低槽活動異常仍是引起中國冬季氣溫異常的重要環流因子。

圖4是EOF1時間系數、西伯利亞高壓指數以及東亞冬季風指數的年際變化序列，其中西伯利亞高壓指數ISIB(index of Siberian High)采用朱艷峰等(2007)使用的西伯利亞高壓強度指標，定義為(80～120°E，40 ～60°N)范圍內冬季海平面氣壓的平均值;東亞冬季風指數IEAW(index of East Asia winter monsoon)使用施能(1996)定義的指數，以20～50°N 范圍內每5 個緯度的110°E、160°E 兩個經度上海平面氣壓差之和作為東亞冬季風的指標。從圖4可見，一般當西伯利亞冷高壓和東亞冬季風偏強時，中國冬季將大范圍偏冷。EOF1時間系數和西伯利亞高壓指數、冬季風指數的相關系數分別為0.62 和0.48，分別通過了99%(rα=0.01=0.486 9)和95%(rα=0.05=0.380 9)置信水平的顯著性檢驗。2011/2012年冬季西伯利亞高壓和冬季風是偏強的，其中西伯利亞高壓指數較之多年水平異常偏高(標準化距平值達2.83)，這與2011/2012年冬季中國氣溫為自1986年以來的最低值相對應。

4 與氣溫變化相聯系的海溫特征

4.1 前期海溫特征

海洋的異常變化會通過海氣相互作用導致后期環流異常，進而使得一些地區的天氣氣候發生異常變化，尤其是熱帶海洋，作為重要的熱源，在整個環流系統中起到極為重要的作用。為了尋找造成冬季環流異常的可能前期海洋外強迫因子，在此以氣溫EOF1時間系數對前期夏季6月至同期2月逐月的海溫作相關和回歸分析。如圖5所示，夏季熱帶西印度洋和東太平洋地區均有較為顯著的關聯區域。其中，印度洋海溫關聯區域位于赤道以南的西印度洋地區，在7月和8月均有較為顯著的響應(圖5b、c)。而熱帶東太平洋則在8—10月有較為顯著的負信號區，顯著中心位于赤道以南的區域(圖5c—e)。此外，8、9月北太平洋及12月之后的北大西洋地區也存在較為明顯的響應信號，介于篇幅及預測意義未予分析，下文主要分析7、8月的西印度洋及8—10月東太平洋這兩個地區海溫，研究其對后期冬季環流的影響。

圖4 1986/1987—2010/2011年標準化的冬季氣溫的EOF1時間系數、冬季風指數和西伯利亞高壓指數(圖中＜＞內為2011/2012年冬季相應值)Fig.4 Interannual variation of time coefficients of EOF1 of winter temperature and Siberia High index and winter monsoon index in winter in 1986/1987—2010/2011(the corresponding values of winter in 2011/2012 are marked in symbol＜＞)

考慮到前期熱帶印度洋和東太平洋兩個區域的海溫異常都與中國冬季氣溫有較好的相關關系，且兩者顯著相關出現的時間不是同期的，那么這兩者之間是否有聯系?根據上文相關回歸分析的結果，分別選擇7、8 月西印度洋(40 ～60°E，20°S ～0°)和8—10月東太平洋(120 ～80°W，30°S ～0°)范圍內通過顯著性檢驗的海溫格點，區域平均后作標準化處理，由此得到兩個區域海溫的指數序列。分別以7月印度洋和9月東太平洋海溫指數與Nino區海溫序列及南方濤動指數SOI做超前滯后相關。由圖6a可見，7月熱帶印度洋關鍵區海溫與前期冬季Nino3和Nino3.4區的海溫有顯著的正相關，與SOI有顯著的負相關。這表明前期冬季中東太平洋Nino3和Nino3.4區的海溫異?？蓪е潞笃谙募居《妊蟮暮刈兓?，這與以往對ENSO和印度洋之間相關關系的研究相吻合(吳國雄和孟文，1998;孟文和吳國雄，2000;譚言科等，2004;劉琳等，2006;張福穎等，2008;鄧北勝等，2010)。印度洋海溫與后期秋冬季Nino各區域的海溫及SOI的相關并不顯著，特別是與表征中東太平洋關鍵區Nino1+2區的海溫異常的關系最差;9月東太平洋關鍵區海溫與超前滯后6個月內的Nino各區域海溫都有較顯著的關系，其中與Nino1+2區海溫關系最好，并與同期相關最高(圖6b)。其結果與圖5一致，即秋季中東太平洋海溫異常，尤其是Nino1+2區的海溫變化與中國冬季氣溫有很好的關系。由以上分析，可以認為前期兩關鍵區域的海溫異常與中國冬季氣溫異常的關系存在一定的獨立性。

圖5 冬季氣溫EOF1時間系數對前期6月至次年2月(a—i)逐月海溫回歸(陰影表示冬季氣溫EOF1時間系數與前期6月至次年2月海溫的相關系數通過95%置信水平的顯著性檢驗)Fig.5 Monthly regression coefficients(℃)of SST(a—i)from preceding June to following February against EOF1 time series of winter temperature(shaded areas indicate the significance of corresponding correlation coefficients exceeding 95%confidence level)

圖6 7月印度洋海溫指數(a)及9月東太平洋海溫指數(b)與逐月Nino區海溫指數的相關關系Fig.6 Monthly correlation coefficients of(a)Indian Ocean SST indices in July and(b)Eastern Pacific Ocean SST indices in September with Nino SST indices

4.2 關鍵區海溫與冬季環流的聯系

以下分別以上文兩個區域海溫指數對后期冬季環流場進行相關和回歸分析，以研究它們與后期冬季主要環流系統的關系。由圖7a、7c、7e可見，7月西印度洋關鍵區域海溫與冬季風環流有較好的相關關系?；貧w的正負中心及顯著相關中心的分布類似于圖3，表現為在海平面氣壓場上西伯利亞高壓顯著增強，低層貝加爾湖附近顯著的北風異常，以及500 hPa高度場上烏拉爾山阻塞高壓及貝加爾湖以南低槽活動均顯著增強。這表明，當7月熱帶印度洋海溫異常偏高時，后期在東亞可能出現相關環流系統異常，對應中國冬季地面氣溫偏低，反之亦然。9月東太平洋海溫與后期冬季環流的關系則不同于圖3(圖7b、7d、7f、)。海平面氣壓場上主要表現為在熱帶地區有顯著的相關，而在西伯利亞高壓控制的歐亞大陸及中國東部地區的相關不顯著;850 hPa場上在中國南海地區有弱的偏南風異常;500 hPa高度場上則反映在熱帶地區及青藏高原上有明顯的正相關，鄂霍次克海附近有負的顯著相關區域。上述結果表明，當9月中東太平洋海溫異常偏高(低)時，后期西太平洋副高和印緬槽可能發生異常。西太平洋副高的異常與中國冬季氣溫有密切的關系(朱艷峰等，2007)，印緬槽的異常則與來自印度洋的暖濕氣流活動及相關的水汽輸送有密切的關系，可能是造成中國冬季南方低溫雨雪天氣的重要原因(陶詩言和衛捷，2008)。

圖7 7月印度洋(a，c，e)及9月東太平洋(b，d，f)海溫指數與后期冬季海平面氣壓(a，b;單位:hPa)、850 hPa風場(c，d;單位:m/s)及500 hPa位勢高度(e，f;單位:gpm)的回歸(陰影區表示海溫指數與后期冬季海平面氣壓、850 hPa風場及500 hPa位勢高度的相關系數通過95%置信水平的顯著性檢驗)Fig.7 Regression coefficients of(a，b)SLP(hPa)，(c，d)850 hPa wind(m/s)，(e，f)500 hPa height(gpm)in winter against(a，c，e)Indian ocean SST index in preceding July and(b，d，f)east pacific ocean SST index in preceding September(shaded areas indicate the significance of corresponding correlation coefficients exceeding 95%confidence level)

由上述分析可見，前期熱帶東太平洋和西印度洋對后期大氣環流的影響是不同的。西印度洋海溫異?？赡軙е轮懈呔暥撅L環流系統的異常，而東太平洋海溫異常則主要與后期低緯度的環流系統異常有關。中國冬季地面氣溫異常是兩類環流共同作用的結果，這也能反映兩個關鍵區的海溫異常對中國氣溫的影響存在相對的獨立性。為進一步分析熱帶西印度洋和東太平洋關鍵區海溫與冬季環流系統的關系，將兩個關鍵區海溫指數分別與冬季西伯利亞指數、東亞冬季風指數、西太平洋副熱帶高壓各指數以及印緬槽指數計算相關系數(表1)。

由表1可見，7月、8月熱帶印度洋海溫指數和冬季西伯利亞高壓指數之間的相關都很顯著，分別為0.58和0.63，達到了0.01的信度水平。此外，如前文分析，8—10月的中東太平洋海溫與印緬槽有顯著的相關，以9月中東太平洋海溫與冬季印緬槽指數的相關最高，達到0.62。8—10月中東太平洋關鍵區海溫與西太平洋副高各指數有較高的相關，除副高脊線外，都通過了99% 置信水平的顯著性檢驗。其中以10月中東太平洋海溫與副高的相關最好，其與西太平洋強度、面積、西伸脊點和北界指數的相關系數分別達到0.75、0.71、-0.72和0.45。冬季氣溫EOF1時間系數與前期西印度洋和中東太平洋海溫的相關都較顯著，其中與7月印度洋的相關最高，相關系數達0.52。

表1 熱帶印度洋和東太平洋海溫指數與冬季氣溫EOF1時間系數及冬季各環流指數的相關系數Table 1 Correlation of time coefficients of EOF1 of winter temperature and circulation indices in winter with SST indices of tropicalIndian Ocean and Eastern Pacific Ocean

以上分析表明當西印度洋海溫偏高時，冬季西伯利亞高壓將偏強，有利于冬季風偏強和中國冬季氣溫偏低;當8—10月中東太平洋海溫偏高時，西太平洋副高將偏強偏大偏西、北界位置偏北，印緬槽偏弱，中國氣溫容易偏高，反之亦然(圖8)。這進一步證實前期7—8月印度洋海溫與后期冬季中高緯環流系統的異常密切相關，而8—10月中東太平洋的海溫異常變化則主要與西太副高和印緬槽等系統的異常相聯系。兩者共同作用將導致中國冬季地面氣溫的異常。

4.3 關鍵區海溫異常對2011/2012年冬季氣溫異常的貢獻

圖8 前期印度洋和東太平洋關鍵區海溫與冬季環流及中國氣溫的關系Fig.8 Relations between SSTA in the key regions of Indian Ocean and Eastern Pacific Ocean in the previous phase and circulation systems and temperature anomalies in China in winter

2011/2012年冬季前期逐月海溫距平演變(圖略)與偏冷年情況(圖5)較為吻合，說明印度洋和東太平洋兩個區域的海溫異?？赡芘c該年中國冬季氣溫異常有聯系。利用1986—2010年7月熱帶印度洋、9月熱帶東太平洋海溫指數序列回歸1986/1987—2010/2011年冬季各指數(冬季氣溫EOF1時間系數、ISIB、IEAW、印緬槽指數、西太平洋副高各指數)得到的回歸系數，以及2011年7月熱帶印度洋、9月熱帶東太平洋海溫距平，可計算出2011/2012年冬季各指數的距平值(表2)。對照2011/2012年冬季指數的實際距平值:17.60℃(冬季氣溫EOF1 時間系數)、5.26 hPa(ISIB)、12.89 hPa(IEAW)、-6.87 gpm(印緬槽指數)、-14.47 gpm(西太平洋副高強度)、29.59°E(副高西伸脊點)、-7.75個(副高面積)、-1.84°N(副高北界)、-1.21°N(副高脊線)，可見該年冬季西伯利亞高壓、東亞冬季風、印緬槽偏強，西太平洋副高偏弱偏東，位置偏南、面積偏小。冬季西伯利亞高壓和冬季風偏強主要與印度洋海溫異常偏高相對應，其中7月印度洋的海溫異常值大，且其與西伯利亞高壓和東亞冬季風的相關高，因此2011年7月印度洋海溫變化對2011/2012年冬季的西伯利亞高壓和東亞冬季風偏強的貢獻最大。

2011/2012年冬季印緬槽偏強，西太平洋副高偏弱偏東，位置偏南、面積偏小，主要與2011年8—10月熱帶中東太平洋海溫偏低相對應。其中10月中東太平洋海溫異常值最大，且其與上述各環流指數之間的相關系數最大，因此其對印緬槽及西太平洋副高異常的貢獻最大。此外，雖然8月中東太平洋海溫異常與后期冬季各環流指數的相關略小于10月，但已通過顯著性檢驗，所以從預測的角度仍可以考慮8月中東太平洋的海溫為冬季氣溫預測的強信號。

表2 熱帶印度洋和東太平洋海溫指數對冬季氣溫EOF1時間系數及冬季各環流指數的回歸值Table 2 Regression values of time coefficients of EOF1 of winter temperature and circulation indices in winter with SST indices of tropical Indian Ocean and Eastern Pacific Ocean

5 結論與討論

本文在探討暖冬背景下中國冬季氣溫異常成因及前期強信號因子分析的基礎上，對2011/2012年中國冬季氣溫異常特征及其前期信號進行了分析檢驗，主要得到以下結論:

1)我國冬季氣溫變化有兩個主要模態，第一模態反映了我國冬季氣溫大范圍一致偏冷或偏暖變化的特征;第二模態表現為東北和西南兩個區域反向變化的分布特征。與以往的研究結果相比，冬季變暖以來第二模態表現的南北反向變化的特征不明顯。2011/2012年冬季中國氣溫大范圍偏冷，投影到兩模態上的時間系數均超過1個標準差以上的異常。

2)暖背景下，西伯利亞高壓、東亞冬季風 、烏拉爾山阻高和貝加爾湖南側低槽活動異常仍是引起中國冬季氣溫異常的重要環流因子。當冬季全國一致偏冷(暖)時，對應500 hPa烏拉爾山阻塞和貝加爾湖南側低槽活動異常偏多或偏強(偏少或偏弱)，西伯利亞高壓及東亞冬季風偏強(弱)。2011/2012年冬季高低空環流的配置與異常類似于偏冷年。

3)前期熱帶西印度洋和中東太平洋的海溫異常與后期冬季中國氣溫有顯著的關系。冬季氣溫EOF1時間系數與前期夏季6月至次年冬季2月逐月的海溫相關回歸結果顯示在前期7—8月的印度洋和8—10月中東太平洋上存在顯著的相關區域。前期兩關鍵區域的海溫異常之間的相關弱，反映其與中國冬季氣溫異常的關系存在一定的獨立性。

4)前期7—8月印度洋海溫與后期冬季中高緯環流系統的異常密切相關，而8—10月中東太平洋的海溫異常變化則主要與西太副高和印緬槽等低緯度系統的異常相聯系，中國冬季氣溫異常是兩者共同作用的結果。進一步的分析表明當前期夏季西印度洋海溫偏高時，冬季西伯利亞高壓將偏強，有利于冬季風偏強和中國冬季氣溫偏低;當8—10月中東太平洋海溫偏高時，西太平洋副高將偏強偏大偏西、北界位置偏北，印緬槽偏強，中國氣溫容易偏高，反之亦然。

5)2011/2012年前期印度洋海溫異常偏高，其中7月印度洋的海溫異常值大，且其與西伯利亞高壓和東亞冬季風的相關高，因而2011年7月印度洋海溫變化對2011/2012年冬季的西伯利亞高壓和東亞冬季風偏強的貢獻最大。2011/2012年前期熱帶中東太平洋海溫偏低，其中10月中東太平洋海溫異常值最大，且其與上述各環流指數之間的相關系數最大，因此其對印緬槽、西太平洋副高異常的貢獻最大。

本文統計分析了暖背景下影響中國冬季地面氣溫異常的環流和前期外強迫因子，得到了直接影響中國冬季地面氣溫異常的各環流因子特征及相關聯的前期信號，在對比2011/2012年冬季氣溫成因分析中發現各環流因子與前期信號之間的關系和特征吻合較好。由于中國氣溫異常的年際異常及其與各因子之間的年際關系受到年代際等關系的影響，雖然前期印度洋和中東太平洋海溫異常與后期冬季各環流指數的相關通過了顯著性檢驗，但在預測中仍要關注這種關系的穩定性。

陳海山，朱偉軍，鄧自旺，等.2004.江蘇冬季氣溫的年代際變化及其背景場分析［J］.南京氣象學院學報，27(4):433-442.

陳佩燕，倪允琪，殷永紅.2001.近50年來全球海溫異常對我國東部地區冬季溫度異常影響的診斷研究［J］.熱帶氣象學報，17(4):371-380.

陳少勇，張燕霞，夏權，等.2009.中國東部冬季氣溫異常與海表溫度異常的關系分析［J］.高原氣象，28(5):1181-1188.

陳少勇，夏權，白登元，等.2010.中國東部冬季氣溫異常的主模態與大氣環流的關系［J］.氣象科學，30(1):27-33.

陳文，黃榮輝.2005.北半球冬季準定常行星波的三維傳播及其年際變化［J］.大氣科學，29(1):137-146.

陳文，康麗華.2006.北極濤動與東亞冬季氣候在年際尺度上的聯系:準定常行星波的作用［J］.大氣科學，30(5):863-870.

陳文，顧雷，魏科，等.2008.東亞季風系統的動力過程和準定常行星波活動的研究進展［J］.大氣科學，32(4):950-966.

鄧北勝，劉海濤，丑紀范.2010.ENSO事件期間熱帶印度洋和太平洋地區大尺度海氣相互作用聯系的研究［J］.熱帶氣象學報，26(3):357-363.

范麗軍，李建平，韋志剛，等.2003.北極濤動和南極濤動的年際變化特征［J］.大氣科學，27(3):419-424.

付建建，李雙林，王彥明.2008.前期海洋熱狀況異常影響2008年1月雪災形成的初步研究［J］.氣候與環境研究，13(4):478-490.

高輝，陳麗娟，賈小龍，等.2008.2008年1月我國大范圍低溫雨雪冰凍災害分析 II.成因分析［J］.氣象，34(4):101-106.

龔道溢，王紹武.1999a.西伯利亞高壓的長期變化及全球變暖可能影響的研究［J］.地理學報，54(2):125-133.

龔道溢，王紹武.1999b.大氣環流因子對北半球氣溫變化影響的研究［J］.地理研究，18(1):31-38.

龔道溢，王紹武.2003.近百年北極濤動對中國冬季氣候的影響［J］.地理學報，58(4):559-568.

郭其蘊.1994.東亞冬季風的變化與中國氣溫異常的關系［J］.應用氣象學報，5(2):218-225.

侯亞紅，楊修群，李剛.2007.冬季西伯利亞高壓變化特征及其與中國氣溫的關系［J］.氣象科技，35(5):646-650.

黃菲，高聰暉.2012.東亞冬季氣溫的年際變化特征及其與海溫和海冰異常的關系［J］.中國海洋大學學報:自然科學版，42(9):7-14.

康麗華，陳文，王林，等.2009.我國冬季氣溫的年際變化及其與大氣環流和海溫異常的關系［J］.氣候與環境研究，14(1):45-53.

李燦，張禮平，吳義城，等.2010.南方極端雨雪冰凍過程東亞冬季風環流特征及與EI Nino/La Nina事件的關系［J］.暴雨災害，29(2):142-147.

李崇銀，顧薇.2010.2008年1月烏拉爾阻塞高壓異?；顒拥姆治鲅芯浚跩］.大氣科學，34(5):865-874.

李崇銀，楊輝，顧薇.2008.中國南方雨雪冰凍異常天氣原因的分析［J］.氣候與環境研究，23(2):113-122.

劉琳，于衛東，劉玉國.2006.印度洋dipole事件的年際變化與ENSO事件的聯系［J］.湛江海洋大學學報，26(3):50-55.

孟文，吳國雄.2000.赤道印度洋—太平洋地區海氣系統的齒輪式耦合和ENSO事件II.數值模擬［J］.大氣科學，24(1):15-25.

錢維宏，張瑋瑋.2007.我國近46年來的寒潮時空變化與冬季增暖［J］.大氣科學，31(6):1266-1278.

任廣成.1993.12月烏拉爾山阻塞形勢的建立與亞洲地區大氣環流及蒙古高壓強度變化的關系［J］.大氣科學，17(6):713-720.

施能.1996.近40年東亞冬季風強度的多時間尺度變化特征及其與氣候的關系［J］.應用氣象學報，7(2):175-182.

宋潔，李崇銀.2009.南極濤動和北半球大氣環流異常的聯系［J］.大氣科學，33(4):847-858.

譚桂容，王妍.2007.2006/2007年冬季氣溫特征及其預測［J］.氣象教育與科技，29(4):9-13.

譚桂容，陳海山，孫照渤，等.2010.2008年1月中國低溫與北大西洋濤動和平流層異?；顒拥穆撓担跩］.大氣科學，34(1):175-183.

譚言科，張人禾，何金海，等.2004.熱帶印度洋海溫的年際變化與ENSO［J］.氣象學報，62(6):831-840.

陶詩言，衛捷.2008.2008年1月我國南方嚴重冰雪災害過程分析［J］.氣候與環境研究，13(4):337-350.

陶詩言，張慶云.1998.亞洲冬季風對ENSO現象的響應［J］.大氣科學，22(4):399-407.

王東海，柳崇健，劉英，等.2008.2008年1月中國南方低溫雨雪冰凍天氣特征及其天氣動力學成因的初步分析［J］.氣象學報，66(3):405-422.

王凌，高歌，張強，等.2008.2008年1月我國大范圍低溫雨雪冰凍災害分析I.氣候特征與影響評估［J］.氣象，34(4):95-100.

王紹武，龔道溢.2001.對氣候變暖問題爭議的分析［J］.地理研究，20(2):153-160.

武炳義，黃榮輝.1999.冬季北大西洋濤動極端異常變化與東亞冬季風［J］.大氣科學，23(6):641-651.

吳國雄，孟文.1998.赤道印度洋—太平洋地區海氣系統的齒輪式耦合和ENSO事件I.資料分析［J］.大氣科學，22(4):86-96.

張福穎，郭品文，于群，等.2008.熱帶太平洋與印度洋相互作用的年代際變化［J］.南京氣象學院學報，31(1):68-74.

張慶云，王媛.2006.冬夏東亞季風環流對太平洋熱狀況的響應［J］.氣候與環境研究，11(4):487-498.

朱艷峰.2008.一個適用于描述中國大陸冬季氣溫變化的東亞冬季風指數［J］.氣象學報，66(5):781-788.

朱艷峰，譚桂容，王永光.2007.中國冬季氣溫變化的空間模態及其與大尺度環流異常的聯系［J］.氣候變化研究進展，3(5):266-270.

Black R X.2001.Stratospheric forcing of surface climate in the Arctic oscillation ［J］.J Climate，15:268-277.

Ding Yihui，Wang Zunya，Song Yafang，et al.2008.The unprecedented freezing disaster in January 2008 in southern China and its possible association with the global warming［J］.Acta Meteor Sinica，22(4):538-558.

Dunkerton T J.2000.Midwinter deceleration of the subtropical mesospheric jet and interannual variability of the high latitude flow in UKMO analysis［J］.J Atmos Sci，57:3838-3855.

Huang Ronghui，Chen Jilong，Huang Gang.2007.Characteristics and variations of the East Asian monsoon system and its impacts on climate disasters in China［J］.Adv Atmos Sci，24(2):993-1023.

Li Chongyin.1990.Interaction between anomalous winter monsoon in East Asia and El Nino events［J］.Adv Atmos Sci，7(1):36-46.

Lu Riyu，Li Ying，Dong Buwen.2007.Arctic oscillation and Antarctic oscillation in internal atmospheric variability with an ensemble AGCM simulation ［J］.Adv Atmos Sci，24(1):152-162.

Perlwitz J，Graf H.2001.Troposphere-stratosphere dynamic coupling under strong and weak polar vortex conditions［J］.Geophys Res Lett，28:271-274.

Wang Yafei，Li Yan，Li Pingyun，et al.2008.The large scale circulation of the snow disaster in China in the beginning of 2008［J］.Acta Meteor Sinica，66(5):826-835.

(責任編輯:劉菲)

Causes and precursors of the winter temperature anomaly in China in 2011/2012

TAN Gui-rong1，2，3，WANG Teng-fei1，2
(1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters，NUIST，Nanjing 210044，China;2.School of Atmospheric Sciences，NUIST，Nanjing 210044，China;3.Meteorological Observatory，NUIST，Nanjing 210044，China)

Using the monthly mean temperature data of 160 stations from NCC，the NCEP/NCAR reanalysis data and NOAA global sea surface temperature(SST)data，the causes of winter temperature anomaly and its precursors in 2011/2012 are analyzed on the basis of associated mechanisms since 1986.The results show that the Siberian High，East Asian winter monsoon and the abnormal circulation systems around the Ural Mountains and the region South to the Lake Baikal at 500 hPa are the main circulation systems at high latitudes which exert important impact on the wintertime surface air temperature in China;the circulation systems at low latitudes mainly include the Western Pacific Subtropical High and the India-Burma Trough;the sea surface temperature anomalies(SSTA)of key regions in tropical Indian Ocean and the middle-east equatorial Pacific are closely related to the circulation system variation associated with the winter temperatures in late winter.The July and August SSTA of higher temperature in the western Indian Ocean mainly corresponds to the enforcement of winter circulation anomalies of Siberian High，which makes the winter monsoon stronger and the wintertime air temperature lower in China.August，September and October SSTA of higher temperature over the middle and east equatorial Pacific mainly causes the en-

采用國家氣候中心整理的全國160站月平均氣溫資料、NCEP/NCAR再分析資料及NOAA全球海溫資料，在探討1986年以來中國冬季氣溫異常機理基礎上，對2011/2012年冬季氣溫異常特征及其前兆信號進行分析。結果表明:地面西伯利亞高壓、東亞冬季風及500 hPa烏拉爾山與貝加爾湖南側的異常環流等系統是影響中國冬季氣溫的主要中高緯環流系統，而中低緯環流系統主要包括西太平洋副高環流和印緬槽。前期熱帶印度洋和中東太平洋關鍵區海溫異常與后期冬季氣溫關聯的環流系統有密切的關系:前期夏季7、8月西印度洋海溫偏高時，冬季西伯利亞高壓將偏強，有利于冬季風偏強和中國冬季氣溫偏低;而當8—10月中東太平洋海溫偏高時，西太平洋副高將偏強偏大偏西，北界位置偏北，印緬槽偏強，中國氣溫容易偏高，反之亦然。兩者對后期環流的影響存在一定的獨立性，中國冬季地面氣溫異常是它們共同作用的結果。

冬季氣溫;短期氣候預測;環流異常;印度洋海溫;中東太平洋海溫

譚桂容，王騰飛.2014.2011/2012年冬季中國氣溫異常的成因及前兆信號［J］.大氣科學學報，37(1):65-74.

Tan Gui-rong，Wang Teng-fei.2014.Causes and precursors of the winter temperature anomaly in China in 2011/2012［J］.Trans Atmos Sci，37(1):65-74.(in Chinese)forcement of Western Pacific Subtropical High and India-Burma Trough.The location of Western Pacific Subtropical High is to the west and north，and the India-Burma Trough becomes stronger at the same time，which causes the temperature in China to be warmer，and vice versa.The influences of the SSTA in these two key regions on the subsequent circulation are somehow independent，and the winter surface air temperature anomalies are jointly affected by the two factors.

winter temperature;short-term climate prediction;circulation anomaly;Indian Ocean SST;the middle-east equatorial Pacific SST

2012-12-12;改回日期:2013-03-26

公益性行業(氣象)科研專項(GYHY20080616;GYHY20120617;GYHY201306028);江蘇省高校自然科學研究項目(S5411010001);江蘇省青藍工程

譚桂容，博士，研究員，研究方向為短期氣候異常及其預測，tanguirong@nuist.edu.cn.

P4

A

1674-7097(2014)01-0065-10