华北冬季气温年代际变化特征分析

活动（强度、频次和持续时间）的影响[7-8]。东亚是世界上著名的季风活动区之一。东亚冬季风也有明显的年代际变化。晏红明等通过相关分析方法综合定义了一个东亚冬季风指数。郭其蕴等研究表明东亚冬季风具有年代际变化，1950～1986年为强冬季风年，1987～2004年为弱冬季风年；裴顺强等研究也指出东亚冬季风具有年代际变化，1958～1968、1973～1987年为强年，1988年之后为弱年；雷永荟等分析指出20世纪60年代中期～80年代中期为强冬季风年，80年代中期以后为弱冬季风年。

这些研究表明20世纪80年代中后期为华北冬季气温年代际变化的转折期，也恰好为东亚冬季风强弱年份的转折期。但上述研究是把冬季（当年12月～翌年2月）作为一个整体研究的，因此，笔者在此将冬季细化为12、1、2月，研究华北冬季气温年代际变化与东亚冬季风年代际变化之间的联系及产生这种关系的原因。

1资料和方法

1.1资料选取所选取的资料为：NCAR/NCEP月平均再分析资料，时间1951年12月～2011年2月，资料的水平分辨率为2.5°×2.5°，物理量为海平面气压场、850 hPa风场、500 hPa高度场；国家气象局整编的我国160站华北地区（110°～122°E、34°～41°N ）19个代表站（图1），包括承德、张家口、呼和浩特、北京、天津、石家庄、德州、邢台、安阳、烟台、青岛、潍坊、济南、临沂、荷泽、郑州、长治、太原和临汾的1951～2010年冬季（当年12月～次年2月）平均气温资料。

1.2研究方法采用EOF分解、相关分析、合成分析、t检验等方法探讨华北冬季气温和东亚冬季风的年代际变化之间的联系及原因。

2结果与分析

2.1华北地区冬季气温年代际变化

对1951年12月～2011年2月华北地区12月、1月、2月、冬季平均气温时间序列经过9点平滑和线性趋势（图2）分析发现，1月、2月、冬季平均气温呈上升趋势，其变化的线性趋势系数分别为0.33、0.55、0.29 ℃/10a，但12月份平均气温没有趋势变化。

华北冬季气温具有年代际变化的特征。1、2月在20世纪50、60、70年代处于偏冷期，从80年代中后期开始气温持续升高；且12月平均气温的冷期、暖期与1月、2月冷暖期的年份存在差异，表现为12月在20世纪50年代是暖期，60年代是冷期，70年代～80年代末又转变为暖期，90年代初～90年代末为振荡调整期，21世纪初温度略有回升，但2005年之后温度又开始下降。20世纪50年代和90年代中后期12月份气温年代际变化特征不明显，因此在之后12月份冷暖期的背景环流场讨论中，仅讨论1961～1971年的冷期和1972～1991年的暖期。由此可见，华北地区冬季平均气温大致趋势是1985年之前是偏冷期，1985年之后是偏暖期；20世纪80年代中后期是华北地区冬季气温发生年代际变化的转折点（表1）。

对华北地区12月、1月、2月、冬季平均气温进行EOF分析，发现12月、1月、2月、冬季平均气温第1特征向量的贡献率分别达55.5%、75.2%、88.1%、83.5%，从其空间场（图3a）可以看出，华北地区冬季各月气温变化空间上具有很好的一致性。

从华北地区平均气温EOF分解第1特征向量的时间系数（图3b）可以看出，华北地区1、2月在20世纪50、60、70年代处于偏冷期，从80年代中后期开始为偏暖期；12月平均气温的冷期、暖期与1月、2月冷暖期的年份存在差异，即12月在20世纪50年代是暖期，60年代是冷期，70～90年代又转变为暖期，90年代初～90年代末为振荡调整期，21世纪初温度略有回升，但2005年之后温度又开始下降，这几个时期的平均气温在平均值附近震荡。因此12月在1961～1971年为冷期、1972～1991年为暖期。这与图2用时间序列分析的结果是一致的。

由此可见，华北地区1月、2月在1985年之前是偏冷期，1985年之后是偏暖期。20世纪80年代中后期是华北地区冬季气温年代际变化的转折点。但12月的平均气温年代际变化与1月、2月不同，12月在1971、1991年经历了冷期到暖期、暖期到冷期的震荡。

43卷29期李一鸣等华北冬季气温年代际变化特征分析

2.2大气环流年代际变化特征

2.2.1海平面气压场 。按照华北地区12月、1月、2月、冬季平均气温的年代际变化（表1），在此给出了华北地区12月、1月、2月、冬季冷暖期海平面气压距平合成场差值（暖期距平场减去冷期距平场）及其t检验图（图4）。

在暖期12月份（图4a），50°N以北为负距平，50°N以南为正距平，中高纬度的西风带异常加强，不利于来自北方的冷空气南下，因此，华北地区12月气温偏高；1月份（图4b），贝加尔附近为负距平，贝湖东侧盛行偏西气流，日本海地区为正距平，日本海西侧盛行偏西气流，西风带异常加强，阻碍了来自高纬地区的冷空气向南输送，华北地区1月份气温异常升高；2月份（图4c），东亚地区为显著负距平区，中高纬地区盛行异常偏南气流，不利于高纬冷空气向南输送，致使华北地区2月份气温异常升高；冬季（图4d），贝湖附近为显著负距平区，华北地区受来自中高纬的偏南风控制，冬季气温异常升高，冬季偏暖。

2.2.2500 hPa高度场。

从按照华北地区12月、1月、2月、冬季平均气温的年代际变化（表1）给出的华北地区12月、1月、2月、冬季冷暖期500 hPa高度距平场合成差值及其t检验图（图5）可看出，

在暖期12月份，东亚大槽位置为正距平区，东亚大槽位置偏东，强度偏弱，大气环流的经向度减弱，不利于中高纬地区冷空气南下，因此华北地区12月份偏暖；1月份，东亚大槽地区南部为正距平区，东亚大槽强度南部偏弱，1月份偏暖；2月份，从欧亚大陆到东西伯利亚地区呈现大范围正距平区，东亚大槽位置偏东，强度偏弱，不利于来自北方的冷空气向南输送，华北地区2月份气温异常偏高；冬季，东亚大槽南部地区为正距平区，东亚大槽强度南部偏弱，不利于来自高纬地区的冷空气南下，华北地区冬季气温偏高。

综上所述，华北地区冬季冷期暖期500 hPa高度距平场存在显著差异。经过t检验，在对流层中层，东亚大槽为影响华北地区冬季气温的主要影响系统，主要表现为东亚大槽南部地区为正距平区，东亚大槽强度减弱，不利于高纬地区向南输送冷空气，中低纬地区暖空气异常活跃，华北地区冬季偏暖。

2.3东亚冬季风年代际变化

由于表征东亚冬季风活动的因子比较多，在此主要考虑东亚冬季风变化的季节尺度特征，首先采用了施能等[15-18]定义的东亚冬季风指数来分析东亚冬季风的年代际变化。他将东亚冬季风指数定义为 20°～50 °N （7个纬带） 的110 °E 与160°E 的纬向标准化海平面气压差之和，所得的序列再进行一次标准化处理。选取1951年12月～2011年2月的NCAR/NCEP海平面气压资料，计算得出12月、1月、2月、冬季东亚冬季风指数（图6a）。经过线性处理，1月、2月、冬季东亚冬季风均有减弱的趋势，而12月东亚冬季风强度变化则不明显，基本不变。经过9点平滑，12月、1月、2月东亚冬季风指数具有明显的年代际变化；12月东亚冬季风经历了3个振荡期，1958～1977年东亚冬季风偏弱，1977年之后东亚冬季风偏强，在2006年之后又有所减弱；1月、2月、冬季东亚冬季风指数在1956～1967年偏强，1968～1979年偏弱，1979年之后又有各自的震荡周期，冬季风强度趋于减弱，这与华北地区12月、1月、2月、冬季气温年代际变化的转折期不是很一致。根据前文的分析，华北地区冬季气温的年代际变化与东亚大槽的强度变化有关，因此，在此又选用了表征东亚大槽强度的东亚冬季风指数来研究东亚大槽强度的年代际变化。

崔晓鹏等[19-20]定义东亚冬季风指数的方法为：参照东亚大槽的位置，选定35°～40°N、110°～130°E区域，对500 hPa高度场资料进行标准化，求得区域平均，再经过标准化处理后记为东亚冬季风指数。经过线性处理，1月、2月、冬季东亚冬季风有减弱趋势，而12月东亚冬季风强度基本不变；经过9点平滑，显然1月、2月东亚冬季风指数具有年代际变化，20世纪50年代、60年代、70年代～80年代初东亚冬季风偏强，80年代中后期至今东亚冬季风偏弱（图6b）。这与前文所研究的华北地区冬季1月、2月平均气温的年代际变化相一致。但12月东亚冬季风指数20世纪80年代中期之前偏强、80年代中后期至今偏弱，与前文所研究的华北地区12月气温的年代际变化不太一致。说明影响华北地区冬季12月气温异常升高的因素除了东亚大槽之外，还有其他因素，如海温、北极涛动等。

但总体来说，华北地区1月、2月、冬季气温的年代际变化与东亚冬季风的年代际变化具有一致性，即1985年之前，东亚冬季风偏强，华北地区冬季气温偏低；1985年之后，东亚冬季风偏弱，华北地区冬季气温偏高。东亚冬季风的强度是影响华北地区冬季气温变化的原因之一。但华北地区12月份的平均温度异常的原因还有待进一步研究。

3结论

（1）近60年来华北地区冬季气温变化空间上具有很好的一致性。华北地区冬季1月、2月气温呈现偏暖趋势，1985年之前偏冷、1985年之后偏暖。1985年是华北地区冬季1月、2月气温年代际变化的转折点。但12月份平均气温没有升温趋势，年代际变化的转折点为1971年。

（2）东亚冬季风指数的年代际变化与华北地区冬季气温的年代际变化有一致性。一般说来，东亚冬季风偏强，华北地区偏冷；东亚冬季风偏弱，华北地区偏暖。但东亚冬季风不是影响华北地区冬季气温变化的唯一因素。

（3）近20年来华北地区气温有升高趋势，温度升高的原因不仅与东亚冬季风的强度减弱有关，可能还与海温、北极涛动等因素有关。有关华北地区冬季气温异常的原因还有待进一步更详细的讨论。

参考文献

[1]

孔凡超，史印山，尤凤春，等.华北冬季气温变化及背景场分析[J].气象科学，2007， 35（2）：198-203.

[2] 陈少勇，张燕霞，夏权，等.中国东部冬季气温异常与海表温度异常的关系分析[J].高原气象，2009，28（5）：1181-1188.

[3] 张友姝，王谦谦，钱永甫，等.近50a华北地区冬季气温的时空变化特征[J].南京气象学院学报，2002，25（5）：632-639.

[4] 申红艳，丁裕国，张捷.华北冬季气温年代际变化及大气环流分析[J].气象科学，2010，30（3）：338-343.

[5] 何春，何金海.冬季北极涛动和华北冬季气温变化关系研究[J].南京气象学院学报，2003，26（1）：1-7.

[6] 康丽华，陈文，王林，等.我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系[J].气候与环境研究，2009，14（1）：45-53.

[7] 梁红丽，晏红明，段玮.冬季亚洲大陆的热力差异和中国气候的关系[J].热带气象学报，2010，26（4）：409-420.

[8] 周伟东，孙国武，董广涛，等.中国东部不同气候带近60年冬季最低气温变化特征及环流分析[J].高原气象，2010，29（3）：680-687.

[9] 晏红明，周文，杨辉，等.东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常[J].大气科学学报，2009，32（3）：367-376.

[10] 郭其蕴.东亚冬季风的变化与中国气温异常的关系[J].应用气象学报，1994，5（2）：218-225.

[11] 王振华.东亚冬季风变化若干统计事实[J].气象科技，2009，37（5）：549-555.

[12] 高辉.东亚冬季风指数及其对东亚大气环流异常的表征[J].气象学报，2007，65（2）：272-279.

[13] 裴顺强，李崇银.东亚冬季风及其影响的进一步研究I.东亚冬季风变化及异常的特征[J].气候与环境研究，2007，12（2）：124-136.

[14] 雷永荟，吴洪宝.东亚冬季风异常的空间结构及与海陆热力差异的联系[J].南京气象学院学报，2002，25（2）：145-152.

[15] 施能，鲁建军，朱乾根.东亚冬、夏季风百年强度指数及其气候变化[J].南京气象学院学报，1996，19（2）：168-177.

[16] 施能，朱乾根.东亚冬季风强度指数与夏季500 hPa 环流及我国气候异常的关系[J].热带气象学报，1996，12（1）：26-33.

[17] 施能.近40年东亚冬季风强度的多时间尺度变化特征及其与气候的关系[J].应用气象学报，1996，7（2）：175-182.

[18] 施能，杨永胜.1873～1996年东亚冬、夏季风强度指数及其主要特征[J].南京气象学院学报，1998，21（2）：208-214.

[19] 崔晓鹏，孙照渤.东亚冬季风强度指数及其变化的分析[J].南京气象学院学报，1999，22（3）：321-325.

[20] WANG L，CHEN W.How well do existing indices measure the strength of the East Asian Winter Monsoon[J].Advances in atmospheric sciences， 2010，27（4）： 855-870.

安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（29）：243-244，298

推荐访问:华北 气温 冬季 特征 变化