煙臺異常冷暖冬季環流特征及其與大氣阻塞的聯系

黃顯婷，隋揚

1.煙臺市福山區氣象局；2.煙臺市萊州市人民政府

一、引言

近幾十年來全球氣候變暖，特別是在冬季，發生極端天氣事件的頻率和強度明顯增加。許多學者研究發現，在中高緯度地區的持續性大尺度環流異常系統阻塞高壓，它的建立與崩潰常常會伴隨著大范圍的天氣與氣候異常，它的活動與我國許多災害性天氣密切相關[1-3]。因此，研究北半球中高緯度環流異常特征對了解煙臺地區冬季天氣和氣候有重要意義。

煙臺市處于山東半島東北部，屬溫帶季風性氣候，在全球氣候變暖的背景下，區域響應特征明顯[4]。現在煙臺市短期氣候預測業務，是在省局以及國家氣候中心指導預報的基礎上，根據本區域的氣候特征做出的訂正預報；因而分析了解本區域氣候異常特征及其成因能為煙臺市預報和預測工作提供了相關的依據。本文主要針對煙臺市冬季氣溫演變特征、異常冷暖年與中高緯度環流背景進行分析，為冬季氣溫異常預測提供預測依據[5]。

二、資料與計算方法

本文研究資料時間段選取為1980—2017年冬季（冬季：12月至翌年2月；如1980年冬季指1980年12月/1981年1-2月）共38年，數據來自（1）歐洲中期天氣預報中心提供的再分析數據集：北半球500hPa逐日高度場、地面2m溫度；（2）煙臺市11個氣象觀測站提供的平均氣溫觀測資料。對于各物理量的逐日距平場定義為該日的數值均減去該日的多年平均值。通過計算得到共38年的冬季數據；本文定義異常冷暖年為冬季平均氣溫距平絕對值≥1.0℃，0.5℃≤冬季平均氣溫距平絕對值<1.0℃為典型冷暖年。

阻塞高壓挑選方法來自Tibaldi等（1990）的經典的一維阻塞指數（以下簡稱為TM指數），其定義如下：

式子中：φn=80°N+?;φ0=60°N+?;φs=40°N+?;

GHGS和GHGN分別代表500hPa南北向的位勢高度梯度，?=-4°、0°和4°當任意經度上至少有一個值滿足GHGS>0,GHGN

三、煙臺冬季平均氣溫變化特征以及中高緯度阻塞特征分析

（一）全球變暖趨勢下煙臺冬季氣溫變化特征

通過計算得到煙臺1980—2017年共38年的冬季平均氣溫，通過三年滑動平均，圖1黑色虛線表示：圖中可知煙臺冬季氣溫整體呈增暖的趨勢，且具有一定的階段性特征。80年代中期前氣溫偏低，80年代中期到2015年前后呈相對偏暖，稱為相對暖期，其中2008年至2011年明顯偏冷。通過滑動t檢驗，顯示1986年前后的冬季平均氣溫有顯著差異，突變后比突變前平均上升了1.5℃以上，進一步反映出煙臺冬季氣溫80年代中期后增暖十分顯著。上述結果與中國冬季氣溫在1984年前后發生突變的研究結論大致相同。

圖1 煙臺冬季氣溫距平逐年變化

其中相對暖期中有12年為負距平值，占39%，正距平為20年，占61%。煙臺異常冷冬頻數為2年，異常暖冬出現在次數為6年。以上數據說明在全球變暖的背景下，煙臺冬季氣溫在80年代中期后明顯變暖，且出現異常暖冬頻率較高。

（二）去除全球變暖趨勢下煙臺冬季氣溫變化特征

為更好地了解煙臺冬季氣溫變化特征，圖2為去除趨勢后煙臺冬季氣溫變化。根據冷暖冬季定義劃分可知：異常暖年出現了4年，1998年（1.9℃），2001年（1.9℃），2003年（1.1℃），2006年（1.7℃）；典型暖年出現了8年，1988年（0.9℃），1991年（0.9℃），1992年（0.8℃），1994年（0.9℃），1997年（0.7℃），2008年（0.6℃），2013年（0.6℃）2016年（0.9℃）；異常冷年出現了8年，1980年（-1.6℃），1983年（-1.2℃），1984年（-1.0℃），1985年（-1.5℃），2010年（-1.4℃），2011年（-1.3℃），2012年（-1.9℃），2017年（-1.1℃）；典型冷年出現了4年，1999年（-0.6℃），2004年（-0.6℃），2005年（-0.7℃），2009年（-0.9℃）。

圖2 去除趨勢后煙臺冬季氣溫距平變化

由統計可知，出現異常冷冬的年數總體多于異常暖冬的年數，但在相對年期間，它們出現的年數一樣，均為4年。而異常暖冬和典型暖冬均出現在相對暖期。

四、煙臺冬季冷暖年大氣環流與阻塞特征

（一）煙臺冬季冷暖年聯系的環流結構

異常暖冬在500hPa平均環流場上（未展示圖）主要表現為：在極地呈單極渦，烏拉爾山區域的脊偏弱位置偏西，歐亞大陸中高低緯呈緯向型發展。高度距平場呈南正北負分布，歐洲北部為負低壓，而整個亞洲地區被暖高壓控制，其正距平中心位于西伯利亞附近，煙臺處在高壓控制范圍內，極地的冷空氣受高壓阻擋難以南下，而低緯地區暖空氣相對活躍，這種環流結構下有利于冬季氣溫持續偏高。

異常冷冬年北半球500hPa平均高度場上，整個極地中高緯主要表現為單極渦，其中心位置位于巴倫支海極區上空呈經向分布，位于烏拉爾山區域有明顯高脊區，且強度比常年偏強，歐亞大陸為深厚的經向環流控制，在亞洲東岸形成較深的東亞大槽；高度距平場呈西北正東南負的分布，正中心位于烏拉爾山附近；亞洲東部受負低壓控制，煙臺處于負距平區域內。這種環流結構，中高緯度高壓較常年偏強，冬季風強，中高緯度大氣高壓將極地冷空氣分裂南下，煙臺冬季長時間處在東亞大槽前的西北氣流中，使整個冬季氣溫異常偏低。

（二）異常冷暖冬季下中高緯度阻塞特征

為了進一步說明中高緯度大氣阻塞與煙臺異常冷暖冬季的聯系，這里對比討論異常冷暖冬季中阻塞的特征。由表1統計發現煙臺冬季冷年中中高緯度發生大氣阻塞的事件頻率遠高于暖年中的阻塞事件數，冷冬中發生的阻塞是暖冬中發生阻塞事件數約1.7倍。其中，冷冬中烏拉爾山阻塞共發生了13次，貝加爾湖阻塞發生了12次；暖冬中烏拉爾山阻塞發了9次，貝加爾湖阻塞發生了6次。（見表1）

表1 異常冷暖冬季下烏拉爾山阻塞和貝加爾湖阻塞統計情況

五、結論

1980—2017年煙臺冬季氣溫存在著明顯的階段性和年際變化特征，煙臺冬季氣溫整體呈上升趨勢，從20世紀80年代中期（1986年）發生突變，之前氣溫以負距平為主，80年代中期后增暖趨勢明顯，除了2008年至2011年氣溫相對較低外。去除趨勢后，煙臺冬季出現異常與典型冷暖冬季之和的頻次一樣，而80年代中期后出現暖冬的頻次遠高于出現冷冬的頻次。

煙臺冬季異常暖年，北半球500hPa高度場，在烏拉爾山為負低壓中心，亞洲大陸為暖高壓控制，正距平中心位于西伯利亞附近，煙臺處在暖高壓控制下，這種環流結構不利于極地冷空氣分裂南下影響煙臺；而異常冷冬高度距平場呈西北正東南負的分布，烏拉爾山處為強于常年的高壓中心，亞洲大陸上空為負低壓，煙臺地區處在負低壓控制下，這種環流結構下有利于阻塞環流將極地冷空氣分裂南下，在低壓中心配置條件下將冷空氣輸送到煙臺。

煙臺冬季異常冷年中發生大氣阻塞的頻率高于異常暖年中的中高緯度發生大氣阻塞的頻率；暖冬中發生烏拉爾山阻塞的次數高于發生貝加爾湖阻塞的次數，冷冬年中發生烏拉爾山阻塞的頻次與貝加爾湖阻塞出現的頻次相當。