冬季亞洲中緯度極端低溫事件與巴倫支—喀拉海異常增暖的關系及聯系機制

李言蹊 陳海山

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/氣象災害教育部重點實驗室，南京 210044

2 南京信息工程大學大氣科學學院，南京 210044

1 引言

北極近地表氣溫的上升幾乎是近幾十年全球增暖的兩倍，這一現象被稱為“北極放大”。大量研究認為極地外熱量、水汽向極輸送（Cai,2005,2006;Graversen,2006;Lu and Cai, 2010;Lee,2014;Ding et al.,2014;Krishnamurti et al.,2015;Li et al.,2019）和北極海—冰—氣相互作用的正反饋（Screen and Simmonds,2010;Serreze and Barry,2011;Serreze et al.,2012）是北極放大的可能原因。

在全球變暖大背景下，20世紀90年代末以來中緯度大陸冬季氣溫卻呈現下降趨勢（Cohen et al.,2014;梁蘇潔等,2014;Kug et al.,2015），歐亞大陸多次受到強寒潮的影響。伴隨冷空氣爆發，遠東地區出現氣溫驟降、冰凍、雨雪（Ding et al.,2008;衛捷等,2008;Gong et al.,2014;Ma et al.,2018;武炳義, 2019）。例如，2016年1月下旬東亞經歷了一次嚴重的極端低溫事件。這股寒潮橫掃中國東部甚至泰國南部，導致東亞地區地表氣溫極低，在越南北部造成冬季降雪。已有學者對于亞洲中緯度寒潮及極端低溫進行了大量研究（Ding,1990;Takaya and Nakamura,2005;張宗婕和錢維宏,2012）。研究認為烏拉爾山附近的高壓脊發展是寒潮中短期過程的關鍵系統，烏拉爾阻塞相增強能夠加強地面冷高壓；而西伯利亞高壓的增強及其向東亞移動是產生和維持寒潮的重要因素（Takaya and Nakamura,2005;王遵婭和丁一匯,2006;Park et al., 2014;譚本馗和陳文, 2014;Shi et al.,2018;李亞飛和任榮彩,2019）。

伴隨北極異常增暖，中緯度的天氣系統也發生深刻了變化。許多學者指出，北極增溫快于中緯度地區，使得副極地西風減弱，環流經向性增大（Francis and Vavrus,2012），羅斯貝波傳播速度變慢（Screen and Simmonds,2014），造成了部分地區更頻繁的阻塞事件和極端天氣事件（Liu et al.,2012; Feng and Wu,2015;Luo et al.,2016;Yao et al.,2017; Ma et al.,2018; 李 牧 原 和 羅德 海,2019）。Kug et al.（2015）基于CMIP5模式結果和觀測數據，發現巴倫支—喀拉海異常增暖明顯超前于東亞降溫；巴倫支—喀拉海異常增暖，通常伴隨其上空反氣旋異常和其下游中緯度槽的加深，在這種環流背景下，烏拉爾阻塞的持續時間變長（Yao et al.,2017），進而在中緯度地區產生持續性冷卻，為東亞嚴冬提供了有利條件。Nakamura et al.（2015）研究表明11月海冰減少會使向上的輻射、感熱和潛熱增加，激發羅斯貝波在極地向上和自極地向中緯度的傳播；東亞氣旋性異常被認為是對巴倫支海海冰減少引起的穩定羅斯貝波的響應，Honda et al.（2009）和武炳義等（1999）的研究也給出了較為一致的結論。

盡管大量研究闡述北極與中緯度之間的聯系，但其機制還存在相當大的不確定性（Barnes and Screen,2015;McCusker et al.,2016;Sun et al.,2016），這可能是低信噪比及缺乏完備的動力理解等原因造成的（Cohen et al.,2014;Overland et al.,2016;Gu et al., 2018）。已有研究表明，西伯利亞高壓增強有利于極端低溫頻發（Gong and Ho,2002;Liu and Zhu,2020），烏拉爾阻塞增強有利于西伯利亞高壓增強（Takaya and Nakamura,2005），而巴倫支—喀拉海異常增暖通常伴隨烏拉爾阻塞正異常（Kug et al.,2015;Luo et al.,2016）。本文擬通過統計和診斷，深入討論巴倫支—喀拉海異常增暖導致亞洲中緯度極端低溫頻發的動力機制，試圖解決以下幾個問題：（1）確定亞洲中緯度極端低溫事件發生頻次與巴倫支—喀拉海異常增暖的關系，通過對溫度進行時間尺度分解后的概率密度分析，發現其季節循環尤其對中緯度前冬的偏冷與巴倫支—喀拉海異常增暖的關聯；（2）揭示巴倫支—喀拉海異常增暖伴隨西伯利亞冷高壓異常的可能機制；（3）進一步通過對熱力學方程的診斷，評估水平溫度平流、垂直運動、非絕熱加熱異常對亞洲中緯度近地面局地溫度變化增強的貢獻，闡述了在巴倫支—喀拉海異常暖年前冬異常偏冷對應的動力學過程。

2 資料和方法

本文所用資料為NCEP-DOE的高斯格點日最高、日平均、日最低2 m氣溫再分析資料；月平均、日平均的風場、位勢高度場的再分析資料，空間分辨率為2.5°×2.5°（Kanamitsu et al.,2002）。為了區分溫度季節內擾動和季節循環成分，我們對日平均2 m氣溫資料用Lanczos濾波方法進行時間尺度90天以下的和90天以上的Laconz濾波（Duchon,1979）。

此外，本文參照世界氣象組織（WMO）世界氣候研究計劃（WCRP）的氣候變率和預測研究項目（CLIVAR）中氣候變化檢測、監測和指數專家組（ETCCDMI）推薦使用的極端天氣氣候事件監測指標（表1）。

表1 極端溫度指數定義Table 1 Definition of extreme temperature indices

為了診斷大氣環流異常對巴倫支—喀拉海異常增暖的響應，量化波動能量的傳播，本文利用Takaya and Nakamura（2001）定義的波活動通量。波活動通量的方向為群速度傳播方向，其輻散、輻合能夠表征波包的源、匯。在β平面、p坐標系中，波活動通量為

其中，ψ′為擾動地轉流函數，即為當年冬季平均與氣候態平均地轉流函數之差；U、V為背景場的緯向風、經向風；|U|為氣候態風場的數值大小，S2為靜力穩定度參數，CUM表示擴展波活動的位相傳播，對于冬季平均可以忽略。

為了診斷溫度平流、垂直運動、非絕熱加熱對于局地溫度變化的貢獻，討論巴倫支—喀拉海異常增暖背景下，亞洲中緯度冬季極端低溫頻發的原因，本文采用p坐標系中的熱力學方程：

其中，Sp=RT/Cp p??T/?p=?T/θ·?θ/?p，只要實際遞減率小于干絕熱遞減率，Sp為正。J是輻射、感熱、潛熱對單位質量流體的加熱率。非絕熱加熱項的計算為熱力學方程中局地溫度變化與溫度平流項、垂直輸送項之差。

3 冬季巴倫支—喀拉海異常增暖與亞洲中緯度極端低溫的關系

已有研究表明，巴倫支—喀拉海附近的異常增暖會使得大氣環流形勢變化導致亞洲中緯度降溫（Kug et al.,2015;Luo et al.,2016;Yao et al.,2017;Ma et al.,2018）。根據Kug et al.（2015），定義巴倫支—喀拉海（70°～80°N，30°～70°E）區域平均并作標準化處理后的2 m氣溫為ARTI（Arctic temperature index）。為了驗證中緯度歐亞大陸極端低溫頻發與巴倫支—喀拉海異常增暖的聯系，對亞洲中緯度的冷晝、冷日、冷夜日數和去趨勢前、后的ARTI進行相關分析（圖1），結果表明，雖然各相關系數數值上存在差異，但在亞洲中緯度的冷晝、冷日、冷夜日數基本與去趨勢前、后ARTI呈現明顯的正相關。即巴倫支—喀拉海異常增暖通常對應亞洲中緯度極端低溫頻發。

圖1 中緯度歐亞大陸冬季（a、b）冷晝、（c、d）冷日、（e、f）冷夜日數與去趨勢前（左列）、去趨勢后（右列）ARTI相關系數空間分布。打黑（綠）點區域通過0.05（0.1）顯著性水平student-t檢驗；黑框表示亞洲中緯度（35°～50°N，50°～130°E）區域Fig.1 Spatial distributions of correlation coefficients between (a, b)TX10P,(c,d)Tave10P,(e,f)TN10Pand ARTI before detrending(left column),ARTI after detrending (right column).Black (green)dotsdenote theregions with significance level at 0.05(0.1) with student-t test.Black box indicates the region of mid-latitude Asia (35°–50°N，50°–130°E)

北極放大這一現象出現于近幾十年，且21世紀以來增暖最為明顯。北極放大雖與自然變率如ENSO（Li et al.,2019）、PDO（Pacific Decadal Oscillation；Trenberth et al.,2014）存在聯系，存在一定的年際變化和年代際變化，但本文更多強調其出現的非線性、不可逆的趨勢對亞洲中緯度冬季氣候影響。故選取1981/1982、1985/1986、1986/1987、1988/1989、1993/1994、1996/1997、1997/1998、2003/2004年為ARTI負異常年（ARTI＜?1），即巴倫支—喀拉海冷異常年；2004/2005、2005/2006、2007/2008、2011/2012、2012/2013、2015/2016、2016/2017、2017/2018年為ARTI正異常年（ARTI>1），即巴倫支—喀拉海暖異常年。

為了診斷亞洲中緯度局地2 m氣溫的變化，給出巴倫支—喀拉海冷、暖異常年份亞洲中緯度區域平均的2 m日平均氣溫冬季的變化曲線（圖2）。不難發現，巴倫支—喀拉海暖異常年亞洲中緯度前冬局地溫度變化明顯大于巴倫支—喀拉海冷異常年亞洲中緯度前冬局地溫度變化，為極端低溫的頻發提供有利條件。

亞洲中緯度冬季溫度的變化可視為季節內擾動疊加在季節循環之上。將時間尺度小于90天的部分視為季節內擾動，將時間尺度大于90天的部分視為季節循環。在巴倫支—喀拉海暖異常年季節循環的振幅明顯大于氣候態（圖2）。將亞洲中緯度冬季日平均溫度距平（圖3a）及其季節循環（圖3b）和季節內擾動（圖3c）進行概率密度分析，在巴倫支—喀拉海暖異常年出現冷日的概率是近40年出現冷日的概率的1.90倍，而季節循環溫度擾動出現小于1979/1980～2018/2019年冬季季節循環溫度擾動達到升序第10個百分位日數的概率是近40年的2.61倍，季節內溫度擾動出現小于1979/1980～2018/2019年冬季季節內溫度擾動達到升序第10個百分位日數的概率是近40年的0.90倍。即在巴倫支—喀拉海暖異常年季節內溫度擾動疊加與更大振幅的季節循環之上，更加有利于極端低溫的發生。

圖2 亞洲中緯度（35°～50°N，50°～130°E）區域平均ARTI負異常年（藍色細線）、ARTI正異常年（紅色細線）、1979/1980年至2018/2019年冬季逐日氣候態（黑色實線）的2 m氣溫；21天滑動平均后ARTI負異常年（藍色粗線）、ARTI正異常年（紅色粗線）8年逐日平均、1979/1980年至2018/2019年冬季逐日氣候態（黑色虛線）的2 m氣溫（K）序列Fig.2 Regional averagetemperatures(units:K)at 2 m height in mid-latitude Asia (35°–50°N，50°–130°E)for the yearsof negative ARTI anomalies(blue thin lines),the years of positive ARTI anomalies(red lines),the daily climate state in winter of 1979/1980–2018/2019(black solid lines);the daily average in the years of negative ARTIanomalies after 21 day moving average(blue thick lines), the daily average in the years of positive ARTI anomalies after 21 day moving average(red thick lines),and the daily climate state in winter of 1979/1980–2018/2019 after 21 day moving average(black dotted lines)

圖3 1979/1980～2018/2019年冬季總體（黑線）、ARTI負異常年（藍線）和ARTI正異常年（紅線）的亞洲中緯度（35°～50°N，50°～130°E）區域平均2 m（a）日平均氣溫、（b）時間尺度大于90天溫度擾動以及（c）時間尺度小于90天溫度擾動距平（單位：K）的概率密度（PDF）分布Fig.3 Probability density distributions(PDF)of regional average for(a)daily average temperature,(b) time scale greater than 90-d temperature disturbance,and(c) time scale less than 90-d temperature disturbance anomalies(K)at 2 m in mid-latitude Asia(35°–50°N，50°–130°E),for the winter of 1979/1980-2018/2019(black lines mean),the years of negative ARTIanomalies(blue lines)and the years of positive ARTI anomalies(red lines)

4 冬季巴倫支—喀拉海異常增暖伴隨東亞極端低溫頻發的可能機制

為了分析環流異常和巴倫支—喀拉海異常增暖的聯系，挑選出ARTI正異常年與ARTI負異常年進行合成差值（圖4）。從合成差值的環流不難發現，巴倫支—喀拉海增暖在靠近巴倫支—喀拉海的洋面最為明顯，向對流層頂方向逐漸減弱，且對應著對流層高層波活動通量輻散，能夠激發一準定常羅斯貝波向東南方向傳播（圖4a），在新地島以西存在一位勢高度正異常，且在300 hPa附近異常達到最大，這種位勢高度正異常為一深厚的暖高壓異常，除了極地近地面地區有淺薄熱低壓異常，幾乎從地面一直延伸到對流層頂；貝加爾湖西南部調整出位勢高度負異常，且在300 hPa附近異常達到最大，這種位勢高度負異常為一深厚的冷低壓異常，從對流層低層700 hPa一直延伸到對流層頂（圖4）。值得注意的是，在貝加爾湖西部有顯著的下沉運動異常（圖4c），近地面西伯利亞的東北風異常增強了冷平流，貝加爾湖附近的低層為冷高壓異常（圖4b）。

圖4 ARTI正異常年與ARTI負異常年（a）300 hPa溫度（等值線，范圍為?1.5 K～1.5 K，間隔為0.5 K）、位勢高度（單位：gpm，填色）、波活動通量（單位：m2 s?2，矢量），（b）2 m溫度（等值線，范圍為?2 K～6 K，間隔為1 K）、海平面氣壓（單位：hPa，填色）、10 m風場（單位：m s?1，矢量），（c）（85°N～35°N，57.5°E～137.5°E）溫度（等值線，范圍為?2 K～12 K，間隔為2 K）、位勢高度（單位：gpm，填色）、垂直速度（單位：m s?1，矢量）合成差值場分布。打黑（灰）點區域通過0.05（0.1）顯著性水平的t檢驗；波活動通量、10 m風場、垂直速度只給出通過0.1顯著性水平t檢驗的矢量Fig.4 The distributions of composite differences (ARTI positive yearsminus ARTI negative years) for (a)temperature (coutours from ?1.5 K to 1.5 K by 0.5-K intervals),geopotential height (units:gpm,shaded),and wave activity flux(units:m2 s?2,vectors)at 300 hPa,(b)temperatureat 2 m (coutour from ?2 K to 6 K by 1-K intervals),sea level pressure(units:hPa,shaded), wind at 10 m(units:m s?1, vector),and (c) temperature from 85°N,57.5°E to 35°N,137.5°E(K,coutour from?2 to 12 by 2),geopotential height(units:gpm,shading),vertical velocity(units:m s?1,vectors).Black(gray)dots denote the regions with significance at the 0.05(0.1)confidence level by t-test.Wave activity flux,wind at 10 m and vertical velocity are only shown significance at the0.1 confidence level with t-test

為了分析巴倫支—喀拉海異常增暖伴隨西伯利亞高壓異常的原因，圖5進行了500 hPa水平風場、溫度平流和垂直速度以及300 hPa和近地面輻散風的合成。不難發現，當巴倫支—喀拉海異常暖時，近地面出現顯著的異常風場輻合（圖5a），伴隨上升運動，對流層頂出現顯著的異常風場輻散（圖5b），在地轉偏向力作用下，在西伯利亞上空出現顯著的異常偏北氣流（Xu et al.,2019）。這種偏北風異常有利于冷平流的增強（圖5c）。根據干空氣狀態方程可得，在等壓面上大氣溫度的降低對應著密度的增加，同等體積的氣體質量增大。由于對流層中高層大氣質量增加，單位截面積氣柱質心偏高，進而增強下沉運動調整氣柱質心（圖5d）。這種下沉運動的異常的有利于中西伯利亞高原、西西伯利亞平原的對流層底氣壓升高（Ding,1990;武炳義等,2011），進而產生向東、向南的異常輻散風（圖5a），使得異常高壓向東向南延伸，即在整個中高緯歐亞大陸對流層低層為一高壓異常（圖4b）。

圖5 ARTI正異常年與ARTI負異常年（a）10 m散度（單位：106 s?1，填色）、散度風（單位：m s?1，矢量）,（b）300 hPa散度（單位：106 s?1，填色）、散度風（單位：m s?1，矢量），（c）500 hPa溫度平流（單位：106 K s?1，填色）、水平風場（單位：m s?1，矢量），（d）500 hPa垂直運動（單位：Pa s?1，填色）、水平風場（單位：m s?1，矢量）合成差值；打黑（灰）點區域通過0.05（0.1）顯著性水平的t檢驗。水平風場只給出通過0.1顯著性水平t檢驗的矢量Fig.5 The distributions of composite differences(ARTI positive years minus ARTI negative years)for(a)divergence(units:106 s?1,shaded),divergent wind (units:m s?1,vectors)at 10 m,(b)divergence(units:106 s?1,shaded),divergent wind (units: m s?1,vectors)at 300 hPa,(c) temperature advection (units:106 K s?1,shaded), horizontal wind fields(units: m s?1,vectors)at 500 hPa,and (d) vertical motion (units:Pa s ?1,shaded), horizontal wind fields(units: m s?1,vectors)at 500 hPa.Black(gray)dots denote the regions with significance at the 0.05(0.1)confidence level by t-test.Horizontal wind fieldsare only shown the significance at the0.1 confidencelevel by t-test

由于亞洲中緯度前冬局地溫度的變化在ARTI正異常年明顯大于ARTI負異常年，而前冬更大的局地溫度變化有利于極端低溫的頻發，又因逐日40年氣候態的亞洲中緯度區域平均2 m氣溫在1月23日達到最小（圖2），利用熱力學方程，從12月1日積分至次年1月23日，積分的計算過程為逐日各項乘以86400秒再求和，比較巴倫支—喀拉海冷、暖異常年水平溫度平流、垂直運動、非絕熱加熱對局地溫度變化貢獻的差異。巴倫支—喀拉海暖異常時，亞洲中緯度近地面前冬局地溫度變化增加，但其原因不盡相同。從850 hPa水平風場（圖6b）和對流層中低層垂直運動（圖7c）異常來看，圖蘭低地和我國東北南部、朝鮮、韓國存在顯著的偏北風異常進而導致更強的冷平流和下沉運動；而受地形作用，我國長江流域以北、蒙古東部異常偏東氣流在垂直方向上主要表現為異常上升運動；準格爾盆地、塔里木盆地主要表現為異常下沉運動。圖蘭低地的近地面下沉異常造成的絕熱增溫異常（圖7c）和非絕熱加熱異常（圖7d）不足以彌補冷平流異常（圖6b、圖7b）對局地大氣的冷卻作用，使得該地區近地面局地溫度變化增大（圖7a）。而中國新疆、蒙古西部主要依靠非絕熱冷卻異常（圖7d）。蒙古中部、我國內蒙古、甘肅、寧夏的主要依靠冷平流異常（圖6b、圖7b）和異常的絕熱上升冷卻（圖6c、圖7c）。蒙古東部、華北、絕熱下沉冷卻主要依靠異常的絕熱上升冷卻（圖6c、圖7c）。我國東北、朝鮮、韓國主要依靠異常的冷平流（圖7b）。

圖6 ARTI正異常年與ARTI負異常年850 hPa前冬54天（a）溫度局地變化積分、（b）水平溫度平流積分、（c）垂直輸送項積分以及（d）非絕熱加熱項積分合成差值場（單位：K，填色）分布；（b）中矢量為平均水平風場。打黑（灰）點區域通過0.05（0.1）顯著性水平t檢驗；水平風場只給出通過0.1顯著性水平t檢驗的矢量；黑框表示亞洲中緯度（35°～50°N，50°～130°E）區域；診斷各項的計算方法見方程（3）Fig.6 The distributions of composite differences(units:K,shaded;ARTI positive years minus ARTI negative years)for(a)integral of local temperaturechanges,(b)integral of horizontal temperatureadvection,(c)integral of vertical transporting,and (d)integral of diabatic heating in thefirst 54 days of winter at 850 hPa,the vectors in(b) mean average horizontal wind fields(units: m s?1).Black(gray)dots denote the regions with significance at the 0.05(0.1)confidence level by t-test.Horizontal wind fields are only shown the significance at the 0.1 confidence level by t-test.Black box indicatesthe region of mid-latitude Asia (35°–50°N,50°–130°E)；The calculation method of diagnosisitemsisshown in equation (3)

為了比較對流層低層巴倫支—喀拉海冷、暖異常年水平溫度平流、垂直運動、非絕熱加熱對亞洲中緯度局地溫度變化作用的差異，將850 hPa前冬54天溫度局地變化、水平溫度平流、垂直輸送項、非絕熱加熱項積分合成差值取亞洲中緯度進行區域平均。總體來看，水平溫度平流與垂直運動項對對流層低層局地溫度變化呈正貢獻，而非絕熱加熱部分抵消了水平溫度平流與垂直運動的貢獻（圖8）。

在亞洲中緯度地區，總體來看，巴倫支—喀拉海暖異常年相較于冷異常年，非絕熱加熱不能完全抵消水平溫度平流和垂直運動對大氣的冷卻作用，使得前冬局地溫度變化增大（圖8）。在亞洲中緯度的不同地區，西伯利亞高壓異常南側東北風導致的異常冷平流、偏東風異常經過地形造成的異常上升運動以及輻射、感熱、潛熱交換造成的異常非絕熱冷卻（圖6、圖7）導致亞洲中緯度近地面溫度季節循環振幅增大（圖2、圖3b），有利于極端低溫頻發。

圖7 ARTI正異常年與ARTI負異常年（35°～50°N）平均前冬54天（a）溫度局地變化積分、（b）水平溫度平流積分、（c）垂直輸送項積分、（d）非絕熱加熱項積分合成差值場（單位：K，填色）分布；（c）中等值線表示平均垂直速度（單位：Pa s?1）。打黑（灰）點區域通過0.05（0.1）顯著性水平t檢驗，水平風場只給出通過0.1顯著性水平t檢驗的矢量；診斷各項的計算方法見方程（3）Fig.7 The distributions of composite differences(units:K,shaded;ARTI positive years minus ARTI negative years)for(a)integral of local temperature changes,(b)integral of horizontal temperature advection,(c)integral of vertical transport,and(d)integral of diabatic heating(K),in the first 54 days of winter averaged along 35°–50°N;the coutoursin (c) mean average vertical velocity (units:Pa s?1).Black (gray)dotsdenotethe regions with significance at the 0.05(0.1)confidence level by t-test.Horizontal wind fields are only shown with significance at the 0.1 confidence level by ttest；Thecalculation method of diagnosisitemsisshown in equation (3)

圖8 ARTI正異常年與ARTI負異常年850 hPa亞洲中緯度（35°～50°N，50°～130°E）區域平均前冬54天溫度局地變化、水平溫度平流、垂直輸送項、非絕熱加熱項積分合成差值，單位：KFig.8 Composite differences(ARTI positive years minus ARTI negative years)of the regional averages with the integrals of local temperature changes,horizontal temperature advection, vertical transport,and diabatic heating in the first 54 days of winter at 850 hPa in mid-latitude Asia (35°–50°N,50°–130°E), units:K

5 結論與討論

本文應用NCEP-DOE再分析資料，運用合成、診斷分析等方法，揭示巴倫支—喀拉海異常增暖伴隨亞洲中緯度極端低溫頻發的可能機制。研究結果表明：

（1）巴倫支—喀拉海異常增暖通常對應亞洲中緯度極端低溫頻發。通過對溫度進行時間尺度分解后的概率密度分析，發現了中緯度季節循環巴倫支—喀拉海暖異常年對應著亞洲中緯度冬季更大振幅的季節循環，進而有利于亞洲中緯度極端低溫發生；

（2）冬季巴倫支—喀拉海異常增暖伴隨西伯利亞高壓異常增強，可能的影響途徑為：當巴倫支—喀拉海異常暖時，近地面出現顯著的異常風場輻合，伴隨上升運動，對流層頂出現顯著的異常風場輻散，在地轉偏向力作用下，在西伯利亞上空出現顯著的異常偏北氣流。這種偏北風異常有利于冷平流的增強，進而增強下沉運動。這種下沉運動的異常的有利于中西伯利亞高原、西西伯利亞平原的對流層底氣壓升高，進而產生向東、向南的異常輻散風，使得異常高壓向東向南延伸，即在整個中高緯歐亞大陸對流層低層為一高壓異常；

（3）在這種異常環流配置下，進一步運用熱力學方程進行診斷，診斷結果表明：巴倫支—喀拉海暖異常年，冷平流異常、穩定層結大氣中異常上升運動及異常的非絕熱冷卻為亞洲中緯度近地面前冬局地溫度變化增大提供了有利條件。西伯利亞高壓異常東側、南側異常的偏北氣流有利于冷平流增強；氣流過地形導致上升運動異常，在穩定層結中使得大氣絕熱冷卻；再通過輻射、感熱、潛熱等作用在中國新疆、蒙古西部出現非絕熱冷卻異常。進而導致巴倫支—喀拉海暖異常年季節循環振幅增大，有利于極端低溫頻發。

目前，我們很難確認巴倫支—喀拉海異常增暖與新地島以西的位勢高度正異常之間的因果關系，科學界也并未得到一致結論（Luo et al.,2016;Overland et al.,2016;McCusker et al.,2016;Sun et al.,2016;武炳義,2018）。北極放大從20世紀90年代后才開始變得明顯，其特征及成因還有待進一步研究；前人研究表明，北極放大是自然變率和人類活動的共同結果，因此預測未來北極放大的變化趨勢仍具有挑戰性（Screen and Simmonds,2010;Lee,2014;Overland et al.,2016）。更有研究表明，亞洲中緯度極端低溫事件所對應的環流異常不僅與北極異常增暖有關，與前期熱帶太平洋海溫異常關系更為密切（Wu,2017），因此，從氣候角度看，亞洲中緯度冬季極端低溫事件為對巴倫支—喀拉海異常增暖的響應亦或是亞洲中緯度冬季極端低溫事件和巴倫支—喀拉海異常增暖均為對太平洋海溫異常的響應，還有待進一步討論。此外，北極海冰、熱帶海溫和歐亞積雪等下墊面異常為亞洲中緯度冬季極端低溫事件提供了可能的季節預測信號（Wang et al.,2000;Peings et al.,2013;Nakamura et al.,2015），探討這些因素無疑是下一階段重點關注的內容。