韓 雪，陳幸榮，李榮濱

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京100081）

我國冬季氣溫的趨勢變化特征及其影響因子分析

韓 雪，陳幸榮，李榮濱

（國家海洋環(huán)境預(yù)報中心，北京100081）

利用國家氣候中心提供的中國160站逐月氣溫數(shù)據(jù)集、NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)中心提供的大氣環(huán)流數(shù)據(jù)、NOAA提供的全球海表溫度數(shù)據(jù)及美國冰雪中心的海冰數(shù)據(jù)，分析了1951—2011年我國冬季氣溫異常的時空變化特征。應(yīng)用經(jīng)驗正交函數(shù)分解得到中國冬季氣溫變化的兩種典型空間分布型態(tài)-全國一致型和南北相反型，三次樣條函數(shù)擬合結(jié)果表明這兩種分布型態(tài)均具有顯著的趨勢變化特征。同時，分別探討了大氣環(huán)流及外強(qiáng)迫因子的趨勢變化及其對中國冬季氣溫變化趨勢的影響，并綜合分析了影響我國冬季氣溫趨勢變化的海溫（冰）等外強(qiáng)迫因子與東亞大氣環(huán)流系統(tǒng)之間的相互配置及貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，強(qiáng)的熱帶海溫異常變化是影響東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的最主要外強(qiáng)迫因子。當(dāng)熱帶印度洋與赤道中東太平洋海溫同時偏高（低）時，冬季西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO處于正（負(fù)）位相，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），冬季氣溫呈一致偏高（低）變化；當(dāng)熱帶印度洋海溫偏高（低），赤道中東太平洋海溫偏低（高）時，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO指數(shù)為負(fù)（正）位相，西伯利亞高壓偏弱（強(qiáng)）的配置時，冬季氣溫易呈北冷（暖）南暖（冷）趨勢變化。

冬季氣溫；趨勢變化；大氣環(huán)流因子；外強(qiáng)迫因子；三次樣條函數(shù)

1引言

全球氣溫變暖是當(dāng)前全世界關(guān)注的熱點(diǎn)問題，氣溫變化對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們生活有重大影響。在全球氣候變暖的過程中，各地氣溫變化不盡相同。王紹武[1]研究認(rèn)為近百年來，北半球中高緯度的大陸地區(qū)冬季和春季有強(qiáng)烈的增暖趨勢，而中國氣溫變化與全球氣溫變化基本一致。陳隆勛等[2]分析了中國東部1920—2002年的年平均氣溫距平變化，指出中國氣溫在20世紀(jì)40年代和90年代出現(xiàn)了2個暖期，50—60年代出現(xiàn)了相對冷期，其中90年代開始的暖期的增溫已經(jīng)超過40年代。進(jìn)入21世紀(jì)，我國冬季冷空氣活躍、暴雪增多、冬季氣溫呈下降趨勢變化[3]，尤其是2009年以后，我國冬季氣溫持續(xù)偏低。在全球氣候變暖的大背景下，中國冬季氣溫的趨勢變化特征及其影響因子值得我們密切關(guān)注和研究[4]。

我國地處東亞季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)異常對我國天氣氣候的變化有著重要影響，東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱主要影響我國夏半年的雨帶位置，而東亞冬季風(fēng)則主要影響我國冬季氣溫[5]。盡管季風(fēng)系統(tǒng)變異的成因非常復(fù)雜，但不外乎和大氣內(nèi)部或外界強(qiáng)迫的動力過程有關(guān)。就東亞冬季氣溫異常而言，目前的研究多關(guān)注北半球大尺度環(huán)流背景，如極渦[6-8]、西伯利亞高壓[9-11]、歐亞遙相關(guān)型[12-13]和北極濤動（Arctic Oscillation，AO）[14-17]，以及海洋、陸面、冰雪等熱力變化的外強(qiáng)迫作用，如熱帶西太平洋的熱力變化、熱帶太平洋的ENSO循環(huán)、熱帶印度洋海表的溫度熱力狀況、青藏高原、歐亞大陸積雪及北極海冰等外強(qiáng)迫因子[18-22]。許多科學(xué)家研究了AO對北

半球中、高緯地區(qū)的冬季環(huán)流以及東亞氣候異常的影響。近幾十年來AO指數(shù)的變化趨勢是導(dǎo)致北半球冬季變暖的重要原因之一[23]。研究指出AO與東亞冬季風(fēng)有顯著的反位相關(guān)系，并通過西伯利亞高壓的作用來影響東亞冬季風(fēng)，當(dāng)AO處于正位相時，東亞冬季風(fēng)偏弱，我國冬季氣溫偏高[24-28]。作為東亞地區(qū)重要的外強(qiáng)迫因子之一，太平洋關(guān)鍵海域的海表熱力狀況對東亞冬季風(fēng)環(huán)流及東亞氣候異常有著顯著地影響：厄爾尼諾年與拉尼娜年我國溫度的不同類型與北太平洋海溫的不同分布型態(tài)有關(guān)，厄爾尼諾年我國易出現(xiàn)“冷夏暖冬”型[29-31]。東亞冬季風(fēng)與ENSO有著密切的關(guān)系，陶詩言和張慶云[32]認(rèn)為在ENSO暖（冷）期冬季，亞洲地區(qū)整層環(huán)流的相互配合不利于（有利于）寒潮向南爆發(fā)，導(dǎo)致亞洲冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)）。同時，印度洋作為我國西南季風(fēng)的發(fā)源地和流經(jīng)地，其海溫的異常變化對東亞大氣環(huán)流和氣候異常也有著重要作用。熱帶印度洋海溫異常除了對我國夏季降水有重要影響外[33]，其對我國冬季氣溫也有重要指示作用。唐衛(wèi)亞和孫照渤[34]研究表明，熱帶印度洋海溫異常通過引起大氣環(huán)流異常，進(jìn)而影響東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度，當(dāng)熱帶印度洋海溫一致變化時，中國冬季氣溫也呈一致；當(dāng)熱帶印度洋海溫距平呈偶極子正位相型時，東亞冬季風(fēng)偏弱，中國東北部氣溫偏高。大氣環(huán)流的產(chǎn)生歸根到底是由于冷熱源在旋轉(zhuǎn)地球上非均勻分布造成的，除了熱帶海洋的熱力異常狀況外，作為北半球最大的冷源之一的北極氣候變化，必然要對大氣環(huán)流產(chǎn)生重要影響。近年來，北極海冰作為氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其在氣候變化中的重要性日益受到人們關(guān)注。北極海冰對極渦位置和強(qiáng)度、東亞大槽指數(shù)、西太副高、西伯利亞高壓、東亞冬季風(fēng)等大氣環(huán)流因子均有顯著影響[35-37]。

對于中國冬季氣溫變化的模態(tài)及其變化特征的研究愈來愈受到重視，研究發(fā)現(xiàn)，中國冬季氣溫主要表現(xiàn)為全國一致型和南北相反型兩個主要模態(tài)，并具有顯著的年代際尺度和年際尺度變化特征[38-39]。本文在已有研究基礎(chǔ)上，首先分析我國冬季氣溫異常的典型模態(tài)及其趨勢變化特征，利用統(tǒng)計診斷方法探討對我國冬季氣溫異常變化趨勢有顯著影響的關(guān)鍵環(huán)流因子，進(jìn)一步揭示海洋（冰）外強(qiáng)迫因子及環(huán)流因子之間的相互配置對我國冬季氣溫異常趨勢變化的影響，為我國冬季氣溫的短期氣候預(yù)測提供重要依據(jù)。

2資料和方法

文中使用的冬季氣溫資料是國家氣候中心氣候預(yù)測室提供的1951—2011年中國160站逐月氣溫數(shù)據(jù)集，計算當(dāng)年12月—次年2月的平均氣溫作為當(dāng)年的冬季氣溫。大氣環(huán)流場資料是NCEP/ NCAR再分析數(shù)據(jù)中心提供的1951—2011年冬季12、1、2月平均的東亞地區(qū)0°—90°N，40°—180°E范圍內(nèi)的500 hPa的位勢高度場及850 hPa風(fēng)場數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.5°×2.5°。海溫場資料是NOAA提供的全球海表溫度數(shù)據(jù)，水平分辨率為2.0°×2.0°。海冰資料來自于美國雪冰數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Center，NSIDC），數(shù)據(jù)時間范圍自1978年11月—2011年12月，根據(jù)NASA衛(wèi)星SMMR、SSM/I和SSM IS傳感器實(shí)測的衛(wèi)星資料進(jìn)行反演得到北極地區(qū)海冰面積數(shù)據(jù)。本文中所用數(shù)據(jù)的氣候態(tài)為1981—2010年平均值?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，采用經(jīng)驗正交函數(shù)分解（EOF）方法揭示我國冬季氣溫的時空變化特征。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用三次樣條函數(shù)方法對氣候序列進(jìn)行分段曲線擬合的方式，來反映其本身真實(shí)的變化趨勢。

3中國冬季氣溫的主要時空分布特征

將中國160個測站1951—2011年的冬季氣溫距平場進(jìn)行經(jīng)驗正交函數(shù)（EOF）分解，得到中國冬季氣溫距平場的特征向量及其對應(yīng)的時間系數(shù)。特征向量表征了冬季氣溫異常的空間變率分布模態(tài)，其中第一特征向量（EOF1）解釋總方差的62.8%（見圖1a），基本上概括了中國冬季氣溫異常的主要空間分布特征?？梢钥闯?，冬季我國大部地區(qū)基本為一致的正值，即全國一致的增溫或降溫，溫度的變化幅度也為從南向北增加。我們將其代表的氣溫異常分布型式稱為全國一致型。圖1b為標(biāo)準(zhǔn)化的第一特征向量對應(yīng)的時間系數(shù)（SCT1），它代表了一致型氣溫異常分布型隨時間的變化特征。當(dāng)其為負(fù)值時，表征全國大范圍氣溫偏低，并呈現(xiàn)氣溫負(fù)異常由北向南逐漸遞減的變化趨勢；為正值時，

表征全國大范圍地區(qū)氣溫偏高，且北方大部地區(qū)氣溫偏高顯著。從圖中可以看出，全國一致型氣溫異常呈現(xiàn)顯著的趨勢變化特征。通過三次樣條函數(shù)對SCT1進(jìn)行分段擬合的方式，來反映其本身真實(shí)的變化趨勢。圖1b中黑色實(shí)線即為三次樣條函數(shù)擬合的趨勢曲線，可以看出，我國冬季氣溫在20世紀(jì)80年代中期以前主要為負(fù)異常，全國一致偏冷；而80年代中期以后轉(zhuǎn)為正異常，全國冬季氣溫升高趨勢明顯，自1986年開始連續(xù)出現(xiàn)13個暖冬；進(jìn)入21世紀(jì)以后，2004年冬季氣溫開始出現(xiàn)偏冷特征，趨勢曲線呈下降趨勢，2009年以后轉(zhuǎn)為負(fù)異常，冷冬持續(xù)出現(xiàn)。

如圖2a所示，中國冬季氣溫距平場的第2特征向量（EOF 2）的空間分布特征主要表現(xiàn)以40°N為界的北方地區(qū)，包括新疆北部、東北及華北地區(qū)為正值，40°N以南大部地區(qū)為負(fù)值。EOF2解釋了總方差的11.1%，其代表冬季氣溫變化呈南北相反的兩種分布型式，即新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏低時，其他大部地區(qū)氣溫偏高或是新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏高，其他大部地區(qū)氣溫偏低，我們將其代表的氣溫異常分布型式稱為南北相反型。圖2b為進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算的EOF2對應(yīng)的時間系數(shù)（SCT2），黑色實(shí)線為三次樣條函數(shù)擬合的變化趨勢曲線，可以看出，冬季氣溫的南北相反型在20世紀(jì)70年代中期以前為正位相，冬季氣溫呈新疆北部、東北及華北地區(qū)氣溫偏低，40°N以南地區(qū)氣溫偏高；70年代中期至90年代轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫呈北高南低分布特征；進(jìn)入21世紀(jì)以來轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫呈北低南高分布。前兩個特征向量共解釋總方差的73.9%，與朱艷峰等[38]研究分析的中國冬季氣溫變化的空間模態(tài)一致，能夠表征中國冬季氣溫典型的空間分布型態(tài)特征。

圖1 中國冬季氣溫距平場

圖2 中國冬季氣溫距平場

4大氣環(huán)流異常對我國冬季氣溫趨勢變化的影響

AO是冬半年北半球中高緯度地區(qū)大氣環(huán)流尺度最大、最重要的模態(tài)，AO從地面到平流層低層都

存在，接近正壓結(jié)構(gòu)，表征了中緯度西風(fēng)的強(qiáng)度和位置，它的變化對冬季北半球天氣氣候有著十分顯著的影響，AO處于正位相時，東亞冬季風(fēng)偏弱，平均氣溫偏高[24]。同時，研究表明冬季影響和控制亞洲低層的最大和最強(qiáng)的環(huán)流系統(tǒng)是西伯利亞高壓（Siberian High）[10]，因此本文主要分析比較AO、西伯利亞高壓、東亞冬季風(fēng)對我國冬季氣溫的影響。以標(biāo)準(zhǔn)化后的AO指數(shù)記為IAO；西伯利亞高壓強(qiáng)度指數(shù)（Siberian High Index，ISH）定義為標(biāo)準(zhǔn)化的40°—60°N，60°—80°E范圍內(nèi)冬季平均的海平面氣壓；利用施能等[40]定義的東亞冬季風(fēng)指數(shù)（EastAsia Winter Monsoon Index，IEAWM）來表征冬季風(fēng)強(qiáng)弱的變化。

圖3不同指數(shù)與冬季氣溫時間系數(shù)的三次樣條函數(shù)擬合趨勢曲線

圖3a給出的是IAO與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢擬合曲線，由圖可見，IAO具有顯著的趨勢變化特征，其與SCT1具有較一致的變化趨勢，兩者趨勢擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.78，通過了α=0.001顯著性水平，為顯著的正相關(guān)關(guān)系。20世紀(jì)80年代以

前，IAO位于負(fù)位相，對應(yīng)著全國冬季氣溫一致偏低；80年代以后，IAO轉(zhuǎn)為正位相，暖冬持續(xù)出現(xiàn)；2004年以后，IAO轉(zhuǎn)為負(fù)位相，相應(yīng)的冬季氣溫出現(xiàn)下降趨勢特征。IAO與SCT2的趨勢擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為-0.51，通過了α=0.001顯著性水平，兩者的趨勢擬合曲線具有顯著的反位相變化特征。20世紀(jì)80年代以前IAO處于負(fù)位相時，冬季氣溫為北低南高的分布特征；80—90年代IAO處于正位相時，冬季氣溫呈北高南低分布；2004年以來隨著IAO再次轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫亦轉(zhuǎn)為相反位相分布。分析結(jié)果表明，AO對我國冬季氣溫異常的變化趨勢有顯著影響，AO指數(shù)的趨勢變化是冬季氣溫趨勢變化的重要指示信號，當(dāng)AO位于負(fù)位相時，我國冬季氣溫呈偏低趨勢，其中北方地區(qū)氣溫偏低更為顯著；而當(dāng)AO位于正位相時，我國冬季氣溫呈偏高趨勢，北方地區(qū)氣溫偏高顯著。

圖3b給出了ISH與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢擬合曲線，可以看出，ISH的趨勢變化特征顯著，ISH與SCT1的趨勢曲線相關(guān)系數(shù)為-0.41，通過了α= 0.001顯著性水平，為顯著的反相關(guān)關(guān)系。20世紀(jì)60年代中期前ISH偏強(qiáng)，冬季氣溫一致偏冷；60年代中期以后ISH轉(zhuǎn)為負(fù)位相；80年代中期至2004年，ISH呈整體偏弱的趨勢，暖冬持續(xù)出現(xiàn)；2004年以后ISH轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫呈現(xiàn)偏冷特征。ISH與SCT2沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。由此可見，西伯利亞高壓強(qiáng)度對于冬季氣溫一致型的趨勢變化具有重要的指示作用，當(dāng)ISH為正位相，西伯利亞高壓偏強(qiáng)時，冬季氣溫呈偏低趨勢；當(dāng)ISH為負(fù)位相，西伯利亞高壓偏弱時，冬季氣溫偏高。

圖3c為IEAWM與SCT1、SCT2的三次樣條函數(shù)趨勢擬合曲線。IEAWM與SCT1之間的相關(guān)系數(shù)為0.035，兩者沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。從圖中可以看出IEAWM與SCT2具有較好的反位相變化特征，兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.31，通過了α=0.05顯著性水平。20世紀(jì)60—70年代IEAWM處于負(fù)位相時，冬季氣溫為北低南高的分布特征；80—90年代IEAWM處于正位相時，冬季氣溫呈北高南低分布；21世紀(jì)以來隨著IEAWM再次轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫亦轉(zhuǎn)為北低南高的分布特征。這說明，東亞冬季風(fēng)指數(shù)對于冬季氣溫南北型分布的趨勢變化具有較好的指示意義。當(dāng)IEAWM偏強(qiáng)時，我國40°N以北地區(qū)氣溫偏高，以南地區(qū)氣溫呈偏低趨勢；反之亦然。

綜上所述，3種大氣環(huán)流指數(shù)均對冬季氣溫的趨勢變化具有顯著的指示意義。IAO與冬季氣溫一致型變化具有同位相的趨勢變化特征，與冬季氣溫南北型變化具有反位相的趨勢變化特征；而ISH僅與冬季氣溫一致型變化具有顯著的反位相的變化特征；IEAWM與冬季氣溫南北型變化具有較好的反位相變化特征。

5外強(qiáng)迫因子異常對我國冬季氣溫趨勢變化的影響

熱帶海洋作為海氣相互作用最活躍的地區(qū)，下邊界海表面溫度的異常往往會伴隨著大氣環(huán)流的異常，并由低緯傳播到中高緯度地區(qū)，影響中高緯地區(qū)的環(huán)流場。許多已有研究揭示了赤道中東太平洋海溫異常對北半球冬季大氣環(huán)流的影響[32]。從Nino3指數(shù)的趨勢擬合曲線可以看出（圖4a），20世紀(jì)80年代以前，Nino3指數(shù)為負(fù)位相，拉尼娜事件發(fā)生頻繁，對應(yīng)著我國冬季氣溫一致偏低；80年代后直到2007年，Nino3指數(shù)處于正位相，我國冬季氣溫持續(xù)偏暖；之后隨著Nino3指數(shù)轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冷冬頻繁出現(xiàn)。同時，可以看出在20世紀(jì)60、70年代，Nino3為負(fù)位相時，對應(yīng)著SCT2為正位相，我國冬季氣溫呈北低南高趨勢分布；80、90年代，Nino3為正位相時，對應(yīng)著SCT2為負(fù)位相，我國冬季氣溫呈北高南低趨勢分布。Nino3與SCT1、SCT2趨勢擬合曲線的相關(guān)系數(shù)分別為0.69、-0.59，通過了α= 0.001顯著性水平。這說明Nino3區(qū)海溫異常的趨勢變化對冬季氣溫一致型、南北相反型均具有顯著的指示意義，厄爾尼諾期間易出現(xiàn)暖冬，北方地區(qū)顯著偏暖；拉尼娜期間易出現(xiàn)冷冬，北方地區(qū)顯著偏冷。

隨著人們對熱帶印度洋海溫異常的關(guān)注越來越高，本文中我們選取熱帶地區(qū)（-10°S—10°N，50°—100°E）范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的區(qū)域平均海表溫度值表征熱帶印度洋海溫指數(shù)（Tropical Indian Sea Surface Temperature Index，ITIST）。熱帶印度洋海溫指數(shù)ITIST代表了整個熱帶印度洋海盆表面海溫的變化特征。ITIST的三次樣條函數(shù)趨勢擬合曲線表明（圖4b），ITIST與SCT1具有極為顯著的一致變化趨

勢，在20世紀(jì)50年代至70年代期間，ITIST與SCT1均處于負(fù)位相，20世紀(jì)80年代初兩者同時發(fā)生了轉(zhuǎn)折，趨勢線均轉(zhuǎn)為正位相，并呈明顯的上升趨勢，2007年起ITIST開始下降，冷冬頻繁出現(xiàn)。同時，計算了冬季ITIST與SCT1趨勢擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為0.90，通過了α=0.001顯著性水平；冬季ITIST與SCT2趨勢擬合曲線的相關(guān)系數(shù)為-0.22，沒有通過α=0.05顯著性水平。這表明與赤道中東太平洋相比，熱帶印度洋海溫的趨勢變化對我國冬季氣溫的冷暖變化趨勢具有更為顯著的影響，當(dāng)熱帶印度洋海溫偏高時，中國大部地區(qū)冬季氣溫呈偏高趨勢；當(dāng)熱帶印度洋海溫偏低時，中國大部地區(qū)冬季氣溫亦呈偏低趨勢。

圖4 不同指數(shù)和冬季氣溫時間系數(shù)的三次樣條函數(shù)擬合趨勢曲線

近年來，海冰作為氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其在氣候變化中的重要性日益受到人們的關(guān)注，海冰不僅強(qiáng)烈影響北極地區(qū)的天氣和氣候，它的存在和變化對全球氣候都有潛在的重要作用。通過計算當(dāng)年9月份海冰面積月平均數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，9月份海冰面積是北極海冰面積的最小值，在全球氣候變暖、北極海冰逐漸減少的背景下，代表著北極地區(qū)海冰受氣候因素影響而發(fā)生變化的程度。從近30a的9月北極海冰面積的趨勢擬合曲線來看（圖4c），海冰面積在20世紀(jì)80—90年代為正位相，我國冬季持續(xù)出現(xiàn)暖冬；21世紀(jì)轉(zhuǎn)為負(fù)位相，2004年以后海冰面積開始迅速減少，我國冬季氣溫也呈下降趨勢，冷冬頻繁出現(xiàn)，2004、2005、2007、2010及2011

年的全國大部地區(qū)氣溫均較常年偏低；同時，海冰面積的變化趨勢與IAO、IEAWM的變化趨勢也基本一致，這說明北極海冰對北極濤動、東亞冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)有著重要影響，特別是近年來的冬季氣溫偏低，北極海冰的作用不容忽視。

6影響我國冬季氣溫趨勢變化的因子綜合分析

上述分析表明，冬季氣溫異常的趨勢變化除了受到大氣環(huán)流系統(tǒng)的變化影響，海洋（冰）等外強(qiáng)迫因子的趨勢變化對我國冬季氣溫異常變化也起到重要作用。為了進(jìn)一步綜合分析各影響因子的趨勢變化對冬季氣溫異常變化的貢獻(xiàn)率及其相互配置，我們以上述6個影響因子的三次樣條擬合序列作為自變量，分別以時間系數(shù)SCT1、SCT2的三次樣條擬合序列作為因變量，建立冬季氣溫變化趨勢的標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程。用這種方式得到的回歸系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)，已經(jīng)消除了量綱影響，系數(shù)的符號可以解釋各個影響因子之間的配置情況，系數(shù)的大小可以直接解釋各個影響因子對冬季氣溫趨勢變化的貢獻(xiàn)大?。ㄒ姳?）。從表1中可以看出，在冬季氣溫趨勢變化的影響因子配置中，作為外強(qiáng)迫的熱帶印度洋海溫貢獻(xiàn)率最大，其次是赤道中東太平洋海溫。當(dāng)熱帶印度洋與赤道中東太平洋海溫同時偏高（低）時，冬季西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO處于正（負(fù)）位相，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），這種外強(qiáng)迫及大氣環(huán)流因子的變化趨勢是冬季氣溫呈一致偏高（低）變化的影響因子典型配置。而當(dāng)熱帶海洋外強(qiáng)迫因子處于不同位相變化，熱帶印度洋海溫偏高（低），赤道中東太平洋海溫為拉尼娜（厄爾尼諾）狀態(tài)時，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），AO指數(shù)為負(fù)（正）位相，西伯利亞高壓偏弱（強(qiáng)）的配置時，冬季氣溫易呈北冷（暖）南暖（冷）趨勢變化。綜合分析結(jié)果表明，熱帶海溫的異常變化是影響冬季東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的主要外強(qiáng)迫因子，當(dāng)熱帶海洋呈現(xiàn)較強(qiáng)的異常信號時，同樣作為外強(qiáng)迫的北極海冰的貢獻(xiàn)較小，其對東亞環(huán)流及冬季氣溫的影響要弱于熱帶海洋。因此，當(dāng)赤道中東太平洋和熱帶印度洋出現(xiàn)明顯的海溫異常時，可依據(jù)表1中的影響因子配置，對冬季東亞大氣環(huán)流的異常變化做出判斷，從而預(yù)測冬季氣溫的變化趨勢。而當(dāng)熱帶海洋沒有明顯的異常信號時，則主要考慮北極海冰對東亞大氣環(huán)流及冬季氣溫變化的顯著影響。

表1 冬季氣溫異常趨勢變化的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)

7結(jié)論與討論

本文通過統(tǒng)計診斷技術(shù)，分析了中國冬季氣溫的空間分布及趨勢變化特征，在此基礎(chǔ)上分別探討了東亞大氣環(huán)流及海洋（冰）外強(qiáng)迫因子對中國冬季氣溫異常趨勢變化的影響，并綜合分析了影響我國冬季氣溫趨勢變化的影響因子配置及貢獻(xiàn)，上述分析表明：

（1）我國冬季氣溫異常主要呈現(xiàn)兩種典型的空間分布型態(tài)。EOF分解的第1模態(tài)為全國一致型，主要表現(xiàn)為我國大部地區(qū)一致偏暖或偏冷，這種分布型式具有明顯的趨勢變化特征，在20世紀(jì)80年代由負(fù)位相的全國一致偏冷轉(zhuǎn)為正位相的全國一致偏暖，2004年以后又呈下降趨勢；第2模態(tài)為南北相反型，主要表現(xiàn)以40°N為界的北方地區(qū)，包括新疆北部、東北及華北地區(qū)與40°N以南大部地區(qū)相反的空間部分型，在20世紀(jì)70年代中期以前為正位相，冬季氣溫呈北低南高趨勢；70年代中期至90年代轉(zhuǎn)為負(fù)位相，冬季氣溫呈北高南低變化；進(jìn)入21世紀(jì)以來轉(zhuǎn)為正位相，冬季氣溫再次轉(zhuǎn)為北低南高變化趨勢；

（2）AO、西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)等3種大氣環(huán)流因子均對冬季氣溫的兩種典型空間分布型的趨勢變化具有顯著的指示意義。AO與冬季氣溫一致型具有同位相的趨勢變化特征，與冬季氣溫南北型具有反位相的趨勢變化特征；而西伯利亞高壓與冬季氣溫一致型則在AO位相變化的大背景下，具有反位相的變化特征；東亞冬季風(fēng)與冬季氣溫南北型具有較好的反位相變化特征。Nino3指數(shù)與冬季氣溫一致型具有同位相的趨勢變化特征，與冬季氣溫南北型具有反位相的趨勢變化特征；作為外強(qiáng)

迫因子的熱帶印度洋海溫異常與冬季氣溫一致型具有一致的趨勢變化，且較ENSO具有更顯著的指示意義。同時，北極海冰的變化趨勢對冬季氣溫冷暖趨勢及東亞冬季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)亦有著重要影響；

（3）通過構(gòu)建冬季氣溫趨勢變化的標(biāo)準(zhǔn)化回歸方程，綜合分析大氣環(huán)流和外強(qiáng)迫影響因子的相互配置及其對冬季氣溫趨勢變化的貢獻(xiàn)，結(jié)果表明，赤道中東太平洋及熱帶印度洋海溫偏高（低），AO為正（負(fù)）位相、西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)），是冬季氣溫一致偏暖（冷）變化的最典型的因子配置型。而熱帶印度洋海溫偏高（低）、赤道中東太平洋海溫偏低（高）、AO為負(fù)（正）位相、東亞冬季風(fēng)偏弱（強(qiáng)）、西伯利亞高壓強(qiáng)度偏弱（強(qiáng)），則是冬季氣溫呈北低（高）南高（低）變化的最典型因子配置型。綜合分析結(jié)果還顯示，當(dāng)熱帶海洋信號很強(qiáng)時，北極海冰對東亞環(huán)流系統(tǒng)及冬季氣溫冷暖趨勢的作用不及海溫大。由此得到的外強(qiáng)迫因子與大氣環(huán)流因子之間的相互配置及貢獻(xiàn)大小，可以為冬季氣溫的氣候預(yù)測提供可靠依據(jù)，但各因子之間的相互配置影響冬季氣溫空間分布型態(tài)變化的物理機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

本文從統(tǒng)計角度分析了我國冬季氣溫異常的趨勢變化特征、東亞大氣環(huán)流及外強(qiáng)迫因子對冬季氣溫異常趨勢變化的影響，其中對于統(tǒng)計結(jié)果得到的各影響因子的配置和貢獻(xiàn)、外強(qiáng)迫因子和大氣環(huán)流因子之間的相互作用，及其影響冬季氣溫異常的深層次的物理過程和機(jī)制還需要做更進(jìn)一步的探索。

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Variation trend characteristicsand influencing factorsof w inter tem perature in China

HAN Xue,CHEN Xing-rong,LIRong-bin
（NationalMarine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081China）

Based on themonthly air temperature of 160 stations obtained from BCC(Beijing Climate Center),the atmospheric circulation data from NCEP/NCAR reanalysis,the global SST datasets from NOAA and the sea ice data from NSIDC,spatial-temporal variation characteristics of w inter temperature anomalies in China during 1951-2011 are analyzed.Results of EOF show that there are two typical spatial distribution modes of w inter temperature changes in China,i.e.the uniform mode and North-South opposite mode.Cubic spline functions analysis reveals that both the two typicalmodes have significant variation trend.Meanwhile,the influences of atmospheric circulation and external forcing factors on the variation trends of w inter temperature in China are analyzed by using cubic spline functions,and the distribution and each contribution of influence factors are discussed.Results show that stronger anomalies variations of tropical SST are the crucialexternal forcing factors of EastAsia atmospheric circulation and w inter temperature variation in China.When thewarmer(cooler)SSTA appears over tropical Indian Ocean and eastern equatorial Pacific,the w inter Siberia High isweaker(stronger), and AO is in positive(negative)phase,and then the eastAsiaw intermonsoon isweaker(stronger),then thew inter temperature in China iswarmer(cooler);when the SSTA over tropical Indian Ocean iswarmer(cooler)and SSTA over eastern equatorial Pacific is cooler(warmer),and the east Asiaw intermonsoon isweaker(stronger),and AO is in negative(positive)phase,and then w inter Siberia High is weaker(stronger),then the w inter temperature in north China is cooler(warmer)and in south iswarmer(cooler).

w inter temperature in China；variation trend；atmospheric circulation factors；external forcing factors；cubic spline functions

P423.3

A

1003-0239（2015）06-0049-09

2014-10-16

國家海洋環(huán)境預(yù)報中心業(yè)務(wù)發(fā)展基金項目（2013004）

韓雪（1981-），女，助理研究員，博士研究生，主要從事氣候診斷及預(yù)測研究。E-mail:hanx@nmefc.gov.cn

10.11737/j.issn.1003-0239.2015.06.007