項連東　李旭軍　繆啟龍　馬德栗　劉志濤

摘要 利用我國東北地區(qū)1956～2005年逐日氣溫資料，詳細分析東北地區(qū)氣溫時空變化特征，并利用全球月平均海平面氣壓場（SLP）再分析資料，用奇異值分解（SVD）討論了東北地區(qū)氣溫與同期海陸氣壓指數(shù)的相關關系。結果表明，近50年來我國東北地區(qū)年、四季氣溫波動式上升，平均日最低氣溫的增溫幅度大于平均氣溫和平均日最高氣溫的增幅；冬季氣溫的增幅大于春、夏、秋季，而夏季的增溫幅度最小。

當海陸氣壓指數(shù)大的時候，東北地區(qū)氣溫偏低；當海陸氣壓指數(shù)小的時候，東北地區(qū)氣溫偏高。

關鍵詞 東北地區(qū)；氣溫變化；海陸氣壓指數(shù)；相關關系

中圖分類號 S16 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-190-05

近年來，全球氣候持續(xù)變暖是一個不爭的事實，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第四次評估報告（2007年）指出，最近的100年（1906～2005年）全球平均地表氣溫升高（0.74±0.18）℃，過去50年的升溫率幾乎是過去100年的2倍[1]。專家學者對我國氣溫變化研究發(fā)現(xiàn)，我國大部分地區(qū)有變暖趨勢，氣溫長期變化趨勢與全球變化基本一致，變化幅度和時空特征有明顯區(qū)別；20世紀80年代以來，我國東北、華北、西北等區(qū)域氣溫增幅高于全國平均增幅，增溫最顯著的季節(jié)在冬季和春季，日最低氣溫的增溫比平均氣溫和日最高氣溫更加顯著[2-9]。20世紀70年代末，全球氣溫開始近百年來的第3次突變，我國華北和東北地區(qū)與全球平均氣溫的突變同步[10]；我國增溫主要是從20世紀80年代開始[11]，經(jīng)歷一次顯著的年代際變化[12]。

我國東北地區(qū)處于東亞季風區(qū)內，其冷暖主要取決于冬、夏季風消長。Wu等研究認為冬季北極濤動（AO）可能通過影響冬季西伯利亞高壓來影響東亞季風，進而影響西伯利亞南部及東亞從地表到對流層中層的氣溫[13-14]。廖荃蓀等研究指出極渦活動區(qū)域和東北夏季氣溫變化存在一定相關性[15]。氣候持續(xù)變暖和頻發(fā)的氣候災害對東北地區(qū)居民的生產(chǎn)生活和現(xiàn)代化建設造成嚴重的影響，筆者利用東北地區(qū)氣象臺站1956～2005年氣溫資料，分析近50年東北地區(qū)氣溫時空變化特征，并利用奇異值分解（SVD）分析海、陸氣壓差時間變化特征及其與東北地區(qū)氣溫的關系，研究東北地區(qū)氣候變化及氣候災害的形成與變化。

1 資料與方法

所用氣溫資料來源于國家氣象中心，選取東北地區(qū)（黑龍江、吉林、遼寧三省和內蒙古自治區(qū)東部）100個氣象臺站1956～2005年逐日平均氣溫資料，環(huán)流資料來源于NCEP/NCAR全球月平均海平面氣壓場（SLP）再分析資料，選取時間為1956～2005年，資料水平分辨率為2.5°×2.5°，資料可靠。

奇異值分解（SVD）是一種通用的廣義診斷工具，是分析2個氣象要素場序列之間相關關系的有效方法[16-17]，因此利用SVD分析方法可以揭示海陸氣壓差與東北地區(qū)氣溫的關系。在此利用SVD分析陸地區(qū)域（40°～60°N、80°～120°E）和海洋區(qū)域（40°～60°N、180°E～130°W）氣壓差與東北地區(qū)氣溫的耦合關系。

2 東北地區(qū)氣溫變化特征

2.1 年平均氣溫變化特征 從東北地區(qū)多年平均氣溫的空間分布（圖1a）可以看出，東北地區(qū)平均氣溫由東南至西北依次降低；大興安嶺山區(qū)溫度較低，北部地區(qū)年平均氣溫在-0.4 ℃以下，最低達-4 ℃；東北平原南部年平均氣溫在5 ℃以上，遼東半島渤海灣年平均氣溫最高，達7 ℃以上；平原地區(qū)氣溫高于兩側的山區(qū)，尤其東北平原與大興安嶺之間，明顯的溫度隨山坡高度上升而降低。

年平均氣溫變化趨勢率的空間分布（圖1b）顯示，近50年來東北地區(qū)年平均氣溫呈全面上升趨勢，而選取的100個臺站中，98個臺站通過了α=0.05的顯著性檢驗；林西—巴林左旗—寶國圖—開原—寬甸—集安—通化—松江—延吉一線以東包括整個遼東半島的增溫幅度在0.340 ℃/10a以下，此線以西的廣大區(qū)域年平均氣溫的增溫幅度較大，達0.400 ℃/10a以上，其中黑河增幅達0.674 ℃/10a，是東北地區(qū)年平均氣溫增溫最大的地區(qū)。內蒙古高原和大興安嶺山區(qū)的增溫趨勢也較大，中部東北平原和三江平原的增溫效應相對較弱。50年來東北地區(qū)年平均氣溫的增溫趨勢有明顯的地域差異，即從東南至西北增溫率遞增，西北高原地區(qū)的增溫率大于東南渤海灣一帶，這可能是受渤海海洋的調節(jié)作用影響。

從1956～2005年東北地區(qū)年平均氣溫距平變化（圖2）可以看出，50年來東北地區(qū)年平均氣溫呈上升趨勢，上升幅度為0.327 ℃/10a，通過α=0.05的顯著性檢驗；東北地區(qū)20世紀50 ～80年代年平均氣溫處于相對較低水平，尤其是在60、70年代，負距平居多；而80年代以后氣溫急劇上升且幅度較大，以正距平為主。近50年來東北地區(qū)年平均日最高、日最低氣溫增溫率分別為0.246、0.448 ℃/10a，其中年平均日最低氣溫的增溫率大于年平均氣溫的增溫率，而年平均日最高氣溫的增溫率小于年平均氣溫的增溫率，即近50年來年平均日最低氣溫的增溫對東北地區(qū)年平均氣溫的升高貢獻較大，與孫鳳華等的研究結果[18]一致。

2.2 季平均氣溫變化特征 從1956～2005年東北地區(qū)春、夏、秋、冬季平均氣溫距平變化可以看出，東北地區(qū)春、夏、秋、冬季平均氣溫、平均日最高、最低氣溫均呈上升趨勢，四季平均氣溫變化趨勢率分別為0.311、0.196、0.226和0.547 ℃/10a，平均日最高氣溫變化趨勢率分別為0.302、0.152、0.128和0.400 ℃/10a，平均日最低氣溫變化趨勢率分別為0.536、0.321、0.345和0.707 ℃/10a（表1），且均通過了α=0.05的顯著性檢驗。近50年來東北地區(qū)年、春、夏、秋、冬季平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的增溫幅度有明顯差異，年、四季的最低氣溫增溫幅度大于平均氣溫和最高氣溫的增溫幅度；冬季平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的增幅大于春、夏、秋季的增溫幅度，而夏季的增溫幅度最小；春、夏、秋、冬季最低氣溫的升高對東北地區(qū)平均氣溫的上升貢獻均較大。

3 海陸氣壓指數(shù)的年變化特征

東北氣溫的變化與大氣環(huán)流形勢緊密相聯(lián)，尤其與中、高緯度的天氣系統(tǒng)有密切關系。西伯利亞高壓又稱蒙古高壓、亞洲高壓，是季節(jié)性活動中心，冬季強大的西伯利亞高壓和北太平洋的阿留申低壓決定了強勁的東亞冬季風[19]。侯亞紅等分析了西伯利亞高壓指數(shù)的變化[20-21]；龔道溢等分析了近一百年來西伯利亞高壓的變化情況，認為西伯利亞高壓是影響我國冬季氣溫的一個主要環(huán)流因子，從20世紀60年代以來，西伯利亞高壓的變化與全球冬季氣溫的變化有很好的相關性[22-23]。阿留申低壓位于阿留申群島附近，冬季是一個強大的低壓，而夏季則減弱成為亞洲低壓的一個低槽，是永久性大氣活動中心，影響著我國季風的強弱。施能等對阿留申低壓指數(shù)年際、年代際變化等進行研究，發(fā)現(xiàn)如果西伯利亞高壓與阿留申低壓均加強時，東北地區(qū)更容易受到冷空氣的侵襲，反之亦然[24-26]。

為了進一步分析這2個氣壓系統(tǒng)對東北氣溫變化的影響，選取阿留申區(qū)域（40°～60°N、180°E～130°W）和西伯利亞區(qū)域（40°～60°N、80°～120°E），由這2個區(qū)域的海平面氣壓值差，即阿留申區(qū)域海平面氣壓減去西伯利亞區(qū)域海平面氣壓得到的值，定義為海陸氣壓指數(shù)。并利用奇異值分解分析海、陸氣壓指數(shù)對東北地區(qū)氣溫的影響。由于夏季阿留申低壓很弱，因此該研究主要討論冬、春、秋三季的氣溫與海陸氣壓指數(shù)的關系。

3.1 海陸氣壓指數(shù)的變化特征 研究表明東北地區(qū)氣溫變化在1980年前后發(fā)生突變[10-12]，因此將東北地區(qū)氣溫序列分別以1980年前和后來討論。從春、秋、冬季海陸氣壓指數(shù)、平均氣溫變化趨勢率及其相關系數(shù)在1980年前后變化趨勢率（表2）可以看出，東北地區(qū)氣溫變化與海陸氣壓指數(shù)呈負相關關系，海陸氣壓指數(shù)增大，東北地區(qū)氣溫下降，反之亦然；1980年前，春季、秋季的海陸氣壓指數(shù)變化趨勢率增大，且通過了α=0.05的顯著性檢驗，表明在1980年前，春季、秋季陸地區(qū)域和海洋區(qū)域的氣壓差有所增大，相應的東北地區(qū)氣溫降低，而冬季海陸氣壓指數(shù)有所下降，即海陸氣壓差變小，但下降的幅度不大，且沒有通過置信度檢驗；1980年后，春季、秋季和冬季海陸氣壓指數(shù)下降，且通過α=0.05的顯著性檢驗，表明1980年后，春季、秋季和冬季的氣溫上升；1980年以前，春季、秋季氣溫趨勢率為負，但沒有通過顯著性檢驗，這一時期春季和秋季平均氣溫有所下降，但幅度不大，與此相反，冬季氣溫則有小幅度上升。

3.2 海陸氣壓指數(shù)對東北氣溫影響的空間分布

3.2.1 春季。

從東北地區(qū)春季平均氣溫與所選陸地區(qū)域春季平均氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖3a）可看出，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為95%；其左異類相關圖表明，所選陸地區(qū)域全區(qū)基本上呈正相關性，貝加爾湖以北的區(qū)域相關系數(shù)較大，并通過了α=0.05的顯著性檢驗，中心區(qū)域出現(xiàn)在55°N以北、100°E左右；而右異類相關圖分布表明，東北地區(qū)春季平均氣溫全區(qū)為負相關，中部地區(qū)的負相關性較好，相關系數(shù)全部通過了α=0.05的顯著性檢驗，大興安嶺北部的相關性較小。可見陸地所選區(qū)域春季西伯利亞氣壓與東北地區(qū)春季平均氣溫存在較為顯著的負協(xié)同變化關系，陸地春季氣壓升高，則東北地區(qū)春季氣溫將有所降低，特別在東北中部地區(qū)尤為明顯；反之亦然。

東北地區(qū)春季平均氣溫與所選海洋區(qū)域春季氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖3b）顯示，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為95%；其左異類相關圖表明，所選海洋區(qū)域大部分為正相關，相關系數(shù)整體呈現(xiàn)南高北低的趨勢；而右異類相關圖分布表明，東北地區(qū)春季氣溫全區(qū)呈正相關，中部和北部相關系數(shù)較高，且相關系數(shù)通過了α=0.05顯著性檢驗，南部遼東半島則較小。海洋上阿留申區(qū)域春季氣壓與東北春季平均氣溫存在著一定的正協(xié)同變化關系，阿留申區(qū)域

春季氣壓升高，則東北地區(qū)春季平均氣溫將有所升高，特別在中部的東北平原和內蒙古高原地區(qū)較為明顯；反之亦然。

3.2.2 秋季。從東北地區(qū)秋季平均氣溫與所選陸地區(qū)域秋季氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖4a）可看出，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為91%；其左異類相關圖表明，所選陸地區(qū)域全區(qū)呈負相關性，相關系數(shù)由北向南依次升高，其中心出現(xiàn)在貝加爾湖和巴彥喀什湖之間及貝加爾湖以南區(qū)域，且通過了α=0.05的顯著性檢驗；而右異類相關圖分布表明，東北大部分地區(qū)秋季平均氣溫全部為正相關，相關性較好，相關系數(shù)由北向南依次升高，且通過了α=0.05的顯著性檢驗。內蒙古高原中部、東北平原南部和遼東半島附近相關性最好，相關系數(shù)達0.55以上。可見陸地上所選區(qū)域秋季氣壓與東北秋季平均氣溫在全區(qū)均存在顯著的負協(xié)同變化關系，最顯著的區(qū)域主要集中在東北地區(qū)南部內蒙古、遼寧一帶。西伯利亞地區(qū)秋季平均氣壓升高，則東北地區(qū)全區(qū)秋季平均氣溫將有所降低，南部比北部相對明顯；反之亦然。

東北地區(qū)秋季平均氣溫與所選海洋區(qū)域秋季氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖4b）顯示，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為80%；其左異類相關圖表明，所選海洋區(qū)域大部分為負相關，中心在阿留申群島西南區(qū)域，相關系數(shù)以此為中心向外圍遞增；而右異類相關圖分布表明，東北地區(qū)秋季平均氣溫全區(qū)呈負相關，相關系數(shù)通過了顯著性檢驗，東北平原和三江平原的負相關性大于內蒙古高原和大興安嶺地區(qū)?？梢姾Ｑ笊纤x區(qū)域秋季氣壓與東北秋季平均氣溫存在著一定的正協(xié)同變化關系。海洋氣壓升高，海陸壓差減弱，則東北地區(qū)秋季平均氣溫將有所上升，特別在中部的東北平原、三江平原較為明顯，蒙古高原地區(qū)氣溫變化則較弱；反之亦然。

3.2.3 冬季。

由東北地區(qū)冬季平均氣溫與所選陸地區(qū)域冬季氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖5a）可見，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為95%；其左異類相關圖表明，所選陸地區(qū)域全區(qū)呈負相關性，相關系數(shù)由北向南依次升高，其最大負相關系數(shù)出現(xiàn)在貝加爾湖以北區(qū)域，且通過了α=0.05的顯著性檢驗；而右異類相關圖分布表明，東北大部分地區(qū)冬季平均氣溫為正相關，且相關系數(shù)通過α=0.05的顯著性檢驗。整個東北地區(qū)相關性較好，尤其是東北平原、三江平原、內蒙古高原、遼東半島一帶相關性相對較大?？梢婈懙厣隙久晒鸥邏号c東北冬季平均氣溫存在較為顯著的負協(xié)同變化關系，冬季蒙古高壓降低，使得冬季東北季風減弱，冷空氣不易南進，則整個東北地區(qū)冬季氣溫將有比較明顯的升高；反之亦然。

東北地區(qū)冬季平均氣溫與所選海洋區(qū)域冬季氣壓SVD分解第一對SVD模態(tài)（圖5b）顯示，解釋2個場協(xié)方差平方和的百分比為80%；其左異類相關圖表明，所選海洋區(qū)域為正相關，中心在阿留申群島以西附近，而此區(qū)域正是冬季阿留申低壓所在的位置，相關系數(shù)以此為中心向外圍減小，且通過了α=0.05的顯著性檢驗；而右異類相關圖分布表明，東北地區(qū)冬季平均氣溫全區(qū)呈正相關，相關系數(shù)中部較小，東部和西部較大，顯著性最高的是大興安嶺山區(qū)和東北地區(qū)東南部?？梢姾Ｑ笊纤x區(qū)域冬季氣壓與東北冬季平均氣溫存在一定的正協(xié)同變化關系。海洋上阿留申低氣壓升高，則冬季東北季風將會減弱，東北地區(qū)冬季氣溫將有所升高，中部地區(qū)氣溫變化較弱，而西北和東南地區(qū)變化相對較強；反之亦然。

4 結論

（1）在全球氣候變暖的背景下，近50年來我國東北地區(qū)年、季平均氣溫波動式上升，20世紀90年代后呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。年平均氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫呈全面上升趨勢，其中年平均最低氣溫的增溫幅度最大，增幅為0.448 ℃/10a，年平均最高氣溫的增溫幅度最小，增幅為0.246 ℃/10a，而年平均氣溫的增溫幅度居中，增幅為0.327 ℃/10a，年平均最低氣溫的增溫幅度是年平均最高氣溫增溫幅度的1.8倍。四季最低氣溫的增溫幅度大于平均氣溫和最高氣溫的增溫幅度；冬季平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的增幅大于春、夏、秋季的增溫幅度。

（2）東北地區(qū)增溫幅度有區(qū)域性差異，海拔較高的內蒙

古高原和大興安嶺山區(qū)的年平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫50年來增溫幅度大于遼東半島、渤海灣地區(qū)，東北平原的增溫幅度居中。

（3）20世紀50～80年代，春季和秋季海陸氣壓指數(shù)有所增大，而冬季則有所減小；80年代以后，春、秋、冬季海陸氣壓指數(shù)逐漸下降。與此相對應，50～80年代春季、秋季氣溫有所下降，而冬季氣溫則有小幅度上升；80年代后春、秋、冬季平均氣溫均有升高，且增溫幅度較大。

（4）東北地區(qū)春、秋、冬季年平均氣溫與陸地區(qū)域氣壓呈顯著的負協(xié)同變化關系，而與海上區(qū)域氣壓呈一定的正協(xié)同變化關系，表明近50年來當海陸氣壓指數(shù)大的時候，東北地區(qū)大部分區(qū)域氣溫偏低；當海陸氣壓指數(shù)小的時候，東北地區(qū)大部分區(qū)域氣溫偏高。

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