韓榮青 石 柳 袁 媛

國家氣候中心，中國氣象局氣候研究開放實驗室，北京 100081

提 要： 2020/2021年冬季，我國氣候“前冬冷干、后冬暖濕”特征明顯，冷、暖兩個階段氣溫振幅極大，多地觀測氣溫分別打破了建站以來的最低、最高紀(jì)錄。前冬(2020年12月1日至2021年1月10日)，全國大部地區(qū)氣溫偏低、降水偏少，而后冬(2021年1月13日至2月28日)，全國大部地區(qū)轉(zhuǎn)入明顯偏暖期，且2月上旬開始我國北方地區(qū)降水增多，暖濕特征明顯。分析發(fā)現(xiàn)，烏拉爾山阻塞高壓、西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)強度、極地冷空氣主體位置以及西北太平洋副熱帶高壓的強度和位置等均發(fā)生了轉(zhuǎn)折性變化，這是導(dǎo)致我國冬季氣候由冷干轉(zhuǎn)為暖濕的直接原因。進一步分析表明：事件配合北極冰偏少和北大西洋中緯度暖流，符合啟動前冬“暖北極、冷歐亞”效應(yīng)的條件，導(dǎo)致前冬歐亞中高緯經(jīng)向環(huán)流偏強、烏拉爾山阻塞高壓發(fā)展、及西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)偏強，致使我國出現(xiàn)干冷型氣候；而后冬，北極平流層發(fā)生爆發(fā)性增溫事件，導(dǎo)致北極濤動持續(xù)負位相，極渦主體偏向西半球，但同時烏拉爾山阻塞高壓崩潰，東亞冬季風(fēng)轉(zhuǎn)弱，我國大范圍回暖增溫。

引 言

西伯利亞高壓強度、烏拉爾山阻塞高壓(以下簡稱阻高)、東亞冬季風(fēng)強度，分別從海平面氣壓、對流層中層高度場、對流層中層風(fēng)場切變角度，對歐亞大陸冬季中高緯冷空氣系統(tǒng)南下勢力進行了描述，對中國冬季氣候冷暖有很好的指示意義(朱乾根，1990；Wen et al,2000;朱艷峰，2008；黃榮輝等，2014)。東亞冬季風(fēng)偏強年，對流層中低層烏拉爾山阻高和西伯利亞近地面高壓偏強，高壓脊前偏北氣流有利于引導(dǎo)中高緯度冷空氣南下，導(dǎo)致我國中東部大部分地區(qū)氣溫偏低，易發(fā)生強降溫、強降雪、寒潮及冰凍雨雪等天氣氣候災(zāi)害(郭其蘊，1994；Zhang et al,1997；陳文等，2013a；丁一匯等，2008)。而在東亞冬季風(fēng)異常偏弱年，烏拉爾山阻高和西伯利亞高壓均偏弱，冷空氣被低壓系統(tǒng)“囚禁”在中高緯度不能南下，我國易出現(xiàn)暖冬(丁婷等，2017)。

東亞冬季風(fēng)強度的年際變化也受到中高緯度氣候異常的影響。秋季北極海冰融化的多少對東亞冬季風(fēng)有重要影響，尤其是秋、冬季喀拉海至巴倫支海海區(qū)海冰(BKS)面積變化與東亞冬季風(fēng)強度存在密切的關(guān)系(武炳義等，1999)。但是，2000年以來秋季北極海冰持續(xù)偏少，其對東亞冬季風(fēng)的影響存在一定的不確定性。進一步研究表明，秋、冬季BKS異常偏少，配合前期夏季北極大氣環(huán)流厚度偶極模態(tài)負位相時，易導(dǎo)致冬季西伯利亞高壓偏強，而在偶極模態(tài)正位相時，冬季西伯利亞高壓則偏弱(Wu et al,2016；武炳義，2018)。另一方面，北大西洋暖流(在中低緯度稱為墨西哥灣暖流)是全球已知流速最快、最強的暖洋流，也是最主要的向北極輸送熱量的洋流。近幾年冬季曾觀測到北極氣溫在一天內(nèi)升溫30℃以上，例如2015年12月30日，北極氣溫在一夜之間從-35℃上升到1℃。許多研究表明，秋、冬季北大西洋暖流偏強，會導(dǎo)致北極海冰偏少。前冬北大西洋中緯度暖海溫異常會激發(fā)北大西洋東部低壓、俄羅斯西部高壓(烏拉爾山阻高)的大氣長波，導(dǎo)致北極出現(xiàn)暖高壓，并與南側(cè)烏拉爾山阻高連成一體，形成異常偏強、位置偏北的高壓，其脊前偏北氣流將極地冷空氣直接輸送到歐亞中緯度，最終導(dǎo)致暖北極冷歐亞效應(yīng)(李崇銀和顧薇，2010；Sato et al,2014;Luo et al,2016a；2016b；Chen et al,2019)，這期間，西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)指數(shù)均表現(xiàn)出偏強的特征。這些研究更加強調(diào)了北大西洋暖流對東亞冬季風(fēng)偏強的重要作用，而北極海冰偏少起到了放大暖北極冷歐亞的效應(yīng)。北大西洋暖流偏強時，在北大西洋中緯度表現(xiàn)出異常偏暖的海表溫度，其異常暖海溫可以從前期盛夏持續(xù)到隨后的冬季(Chen et al,2019)。

2020/2021年冬季，我國氣溫總體偏高，但屬于前冬冷、后冬暖的冷暖轉(zhuǎn)折年份，冷、暖階段氣溫振幅極大，多地區(qū)氣溫打破了建站以來最低和最高紀(jì)錄；全國降水總體偏少，呈現(xiàn)北方偏多、南方偏少的特點，北方降水主要發(fā)生在后冬轉(zhuǎn)暖時期，因此2020/2021年冬季氣候特點可以概括為“前冬冷干、后冬暖濕”。我國氣候為什么呈現(xiàn)如此“冷干”與“暖濕”兩個極端異常？哪些機制或因素起到主導(dǎo)作用？外強迫(海溫、海冰等)和大氣環(huán)流影響系統(tǒng)如何配置導(dǎo)致我國“前冬冷干、后冬暖濕”氣候？本文將針對以上問題展開分析，并試圖揭示我國前后冬氣候“冷干”轉(zhuǎn)向“暖濕”的可能原因，為今后的氣候預(yù)測服務(wù)工作提供參考。

1 資料和方法

本文使用的資料主要有：

(1)國家氣象信息中心整編的“中國地面基本氣象要素日值數(shù)據(jù)集(v3.0)”的逐日氣溫和降水觀測資料，包含了中國2 474個基本、基準(zhǔn)和一般氣象站1951年1月以來的氣溫、降水的日值數(shù)據(jù)，并在逐日數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算得到逐月和季節(jié)平均的數(shù)據(jù)；(2)大氣環(huán)流資料為NCEP/NCAR提供的逐日、逐月再分析資料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率為2.5°×2.5°；(3)海溫觀測資料為NOAA提供的全球逐月海溫資料OISST v2(Reynolds et al，2007)，水平分辨率為1°×1°；大氣環(huán)流和海溫資料長度均為1948年1月至2020年2月；(4)北極海冰資料為美國冰雪數(shù)據(jù)中心(NSIDC)提供的北極海冰覆蓋范圍數(shù)據(jù)(Parkinson,2014)；(5)北極濤動(AO)逐月和逐日標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)來自美國CPC/NCEP(https:∥www.cpc.ncep.noaa.gov/)。

文中部分圖形出自國家氣候中心開發(fā)的“氣象災(zāi)害影響評估系統(tǒng)”“氣候與氣候變化監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)”。氣候常年值為1981—2010年的平均值，冬季指的是當(dāng)年12月至次年2月，例如2020/2021年冬季為2020年12月至2021年2月。

2 2020/2021年冬季我國氣候異常特征

2020/2021年冬季，全國平均氣溫為-2.5℃，較常年同期(-3.35℃)偏高0.9℃，為1961年以來第九高值(圖1a)。從氣溫距平空間分布(圖1b)可以看出，除東北部分地區(qū)、內(nèi)蒙古東北部、新疆北部、西南地區(qū)東南部局部、海南等地氣溫較常年同期偏低0.5～2℃外，全國其余大部地區(qū)的氣溫接近常年同期或偏高，尤其我國中東部大部和西南地區(qū)大部氣溫偏高1℃以上。

根據(jù)國家氣候中心冷空氣監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)(王遵婭等，2017)，2020/2021年冬季共有9次冷空氣過程影響我國，冷空氣累積日數(shù)為30 d(表1)，次數(shù)接近常年同期(10.7次)。其中，一般性冷空氣過程1次，強冷空氣過程3次，全國型強冷空氣過程和寒潮合計5次。2021年1月6—8日的全國型寒潮過程，影響范圍大，低溫極端性強，北京、河北、山東、山西等省(直轄市)50余個國家級氣象觀測站的最低氣溫達到或突破建站以來最低紀(jì)錄，其中北京大部分地區(qū)最低氣溫在-24～-18℃，南郊觀象臺達-19.6℃，為1951年以來第三低。

2020/2021年冬季，氣溫起伏大，前冬異常偏冷，后冬異常偏暖。冬季我國逐月氣溫距平圖表明，12月，除東北北部、西藏、西南地區(qū)西部和南部及東南沿海部分地區(qū)偏暖外，全國其余大部地區(qū)氣溫較常年同期偏低，其中內(nèi)蒙古中西部、新疆北部和貴州等地氣溫偏低2～4℃，局部偏低4～8℃(圖2a)；1月，西藏、西南地區(qū)西部、中東部大部偏暖，而內(nèi)蒙古東部、東北大部、新疆北部、西北地區(qū)中部、西南東部和華南沿海氣溫偏低(圖2b)；2月，除東北北部、內(nèi)蒙古東北部局部氣溫偏低外，全國其余大部地區(qū)氣溫明顯偏高(圖2c)。2月全國平均氣溫為1.23℃，較常年同期(-1.7℃)偏高2.93℃，位列1951年以來歷史同期第一高。期間，全國超過25%的市(縣)日最高氣溫突破2月歷史極值，主要出現(xiàn)在華北、黃淮、江淮、江漢和西北地區(qū)東部。

圖1 1960/1961—2020/2021年冬季全國 平均氣溫歷年變化(a)及2020/2021年 冬季全國氣溫距平分布(b)Fig.1 Time series of winter mean temperature over China during 1960/1961-2020/2021 (a) and distribution of temperature anomalies in China in winter 2020/2021 (b)

從全國平均氣溫的逐日演變也可以看出，2020/2021年冬季全國平均氣溫的階段性變化顯著。2020年12月1日至2021年1月10日，全國總體偏冷，偏冷時段累計41 d，其中2021年1月6—8日達到冬季氣溫最低階段，最低日平均氣溫距平達到-4.4℃；但1月12日以后全國迅速回暖，累計偏暖時段為48 d，其中2月下旬達到偏暖最高階段，最高日均氣溫距平達到5.6℃(圖2d)。由此可見，偏冷期和偏暖期日平均氣溫變化均具有很大振幅，冷、暖極端性特征都很明顯。

圖3是2020/2021年冬季偏冷時段(2020年12月1日至2021年1月10日)和偏暖時段(2021年1月13日至2月28日)平均的氣溫距平空間分布(未包括的2021年1月11—12日是我國冷暖氣候轉(zhuǎn)折的過渡期，因此沒有分在偏冷和偏暖時段內(nèi))。偏冷時段，除東北北部、西藏、西南地區(qū)西部氣溫偏高外，全國其余大部地區(qū)氣溫偏低，其中西北地區(qū)大部、內(nèi)蒙古中部和西部、華北北部和西部、西南地區(qū)東部等地氣溫偏低2～4℃，局部偏低4～8℃(圖3a)；偏暖時段，除東北北部、內(nèi)蒙古東北部局部、西南部分地區(qū)氣溫接近常年到偏低外，全國其余大部均偏暖，其中內(nèi)蒙古西部、華北西部、黃淮、江淮、江南中部和東部、華南北部氣溫偏高4～6℃(圖3b)。

表1 2020/2021年冬季冷空氣過程Table 1 Cold air events in China in winter 2020/2021

2020年冬季，全國平均降水量為31.2 mm，較常年同期(41.9 mm)偏少25.5%，自2009年以來最少(圖4a)。從空間分布來看，內(nèi)蒙古東部、東北大部、華北中南部、黃淮、江漢、西北地區(qū)東部部分地區(qū)、新疆北部和西部局部、西南地區(qū)東部等地降水較常年同期偏多，其中華北南部、黃淮、西北東部局地等地偏多1倍以上；全國其余大部地區(qū)降水較常年同期偏少2～5成，其中新疆東部、青海南部、西藏東部和西南部、云南大部，以及江南東部和華南東部的部分地區(qū)偏少5成以上(圖4b)。

圖2 2020年12月(a)、2021年1月(b)和2月(c)全國氣溫距平分布，及(d)2020/2021年 冬季全國平均氣溫、全國平均氣溫距平和全國平均氣溫常年值的逐日變化Fig.2 Distribution of temperature anomalies of China in December 2020 (a), January 2021 (b), February 2021 (c); and daily variation of mean temperature and its anomalies in China during winter 2020/2021, and the climate mean (d)

圖3 2020/2021年冬季偏冷期(a，2020年12月1日至2021年1月10日)和 偏暖期(b，2021年1月13日至2月28日)全國氣溫距平空間分布Fig.3 Spatial distribution of temperature anomalies seperately during colder (a, 1 December 2020 to 10 January 2021) and warmer (b, 13 January to 28 February 2021) periods in China in winter 2020/2021

冬季降水呈前期偏少后期偏多的特點。與常年同期相比，2020年12月，除西北地區(qū)中東部、西南北部部分地區(qū)降水偏多外，全國其余大部地區(qū)降水偏少(圖5a)；2021年1月，降水異常偏多的區(qū)域主要在我國東北地區(qū)，內(nèi)蒙古東部和西南地區(qū)北部部分地區(qū)，其余大部地區(qū)降水明顯偏少，其中內(nèi)蒙古東北部、東北大部偏多1倍以上(圖5b)；2021年2月，降水偏多范圍較前期明顯增大，東北大部、內(nèi)蒙古中東部、華北大部、黃淮、江漢、西北地區(qū)東部、新疆北部和西部、西南地區(qū)東部和南部、江南西部和華南西部等地降水偏多，其中華北中南部、黃淮大部、西北地區(qū)東部部分地區(qū)和西南東南部等地偏多2倍以上，我國其余地區(qū)降水偏少2～5成，部分地區(qū)偏少5成以上(圖5c)。從全國平均降水的逐日變化來看，截止2021年2月7日，2020年12月和2021年1月全國降水總體處于偏少階段，2021年2月8日以后主要發(fā)生兩次強降水過程，分別是2月8—12日和25—28日，降水較常年同期偏多(圖5d)。

圖4 同圖1，但為降水量距平百分率Fig.4 Same asFig.1, but for precipitation anomaly percentage

3 2020/2021年冬季北半球大氣環(huán)流異常特征

3.1 北半球大尺度環(huán)流

鑒于2020/2021年冬季我國氣候呈“前冬冷干、后冬暖濕”的特點，下面將針對前冬(2020年12月1日至2021年1月10日)和后冬(2021年1月13日至2月28日)兩個時段的環(huán)流異常進行分析。

前冬時段平均的北半球500 hPa高度及其距平場顯示(圖6a)，中高緯度烏拉爾山阻高偏強，其與巴倫支海至喀拉海的高壓連通，西伯利亞至遠東地區(qū)為低壓槽區(qū)，極地冷氣團(高度負距平區(qū)域)主體偏在東半球，低緯度地區(qū)西太副高面積偏大、西伸脊點偏西，印緬槽偏弱。同期850 hPa風(fēng)場距平上(圖6c)，北極巴倫支海至喀拉海一帶的北風(fēng)距平南下直通中國大陸深處，中國南海至菲律賓附近的異常氣旋加強了北風(fēng)距平在中國南方的盛行，這種環(huán)流形勢有利于偏強的烏拉爾山阻高將極地冷空氣直接輸送到中國大陸，從而導(dǎo)致大陸東側(cè)為北風(fēng)異常，同時強大的西太副高主體位于菲律賓以東，其外圍水汽吹向日本以東海域，從而造成了前冬我國干冷型氣候。

圖5 同圖2，但為降水量距平百分率Fig.5 Same asFig.2, but for precipitation anomaly percentage

圖6 2020年冬季偏冷期(a，c)和偏暖期(b，d)平均500 hPa高度場(等高線，單位：gpm)和 距平場(填色)(a，b；紅色等值線表示5 880 gpm，藍色線表示氣候平均的5 880 gpm) 及850 hPa風(fēng)場距平(c，d)Fig.6 The 500 hPa geopotential height (contour， unit: gpm) and anomalies (colored) (a, b; red and blue contours denote separately the real time and climatology of 5 880 gpm geopotential height) and 850 hPa wind anomalies (c, d) during the colder (a, c) and warmer (b, d) periods, in winter 2020/2021

在后冬時段，影響我國的大氣環(huán)流出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折。北半球500 hPa高度及其距平場顯示(圖6b)，烏拉爾山為高度場負距平，極地冷空氣缺乏高壓脊前偏北氣流的動力輸送而不能到達較低緯度，極地冷氣團部分偏在西半球，西太副高較前期明顯面積縮小、西伸脊點東移。同期850 hPa風(fēng)場距平場上(圖6d)，歐亞中高緯度至我國北方東部地區(qū)盛行南風(fēng)異常，中國南海至菲律賓依然為異常氣旋環(huán)流，大陸東部沿海和近海為東風(fēng)(向岸風(fēng))異常，這種環(huán)流異常形勢得影響我國的冷空氣勢力偏弱，同時輸送到東北和華北地區(qū)的水汽充沛，從而造成了后冬我國暖濕型氣候。

值得注意的是，2021年1月5日開始北極地區(qū)平流層經(jīng)歷了一次偏移型(Charlton and Polvani, 2007)爆發(fā)性增溫過程，而研究發(fā)現(xiàn)北半球平流層爆發(fā)性增溫平均每10年發(fā)生約6次(Kidston et al,2015)。2021年1月中旬開始，平流層爆發(fā)性增溫信號下傳至對流層，并導(dǎo)致AO持續(xù)負位相。對流層極渦主體偏向西半球，導(dǎo)致北美大部遭受極寒天氣；而極渦的另一部分偏在西西伯利亞，導(dǎo)致烏拉爾山阻高崩潰(圖6b)，西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)強度由此轉(zhuǎn)弱，我國轉(zhuǎn)為緯向型環(huán)流和高壓脊控制，大部地區(qū)氣溫迅速回升，且轉(zhuǎn)為異常偏高。這次北半球環(huán)流形勢和東西半球氣溫的轉(zhuǎn)折與Kidston et al(2015)描述的研究結(jié)果一致，針對此次平流層爆發(fā)性增溫詳細的過程分析和氣候影響將另文分析。

3.2 東亞冬季風(fēng)活動特征及影響

2004年冬季以來，東亞冬季風(fēng)(朱艷峰，2008)和西伯利亞高壓均開始轉(zhuǎn)強(Wang and Chen, 2014)。在2020/2021年冬季，西伯利亞高壓標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)為-0.03，接近常年同期。但是，不同東亞冬季風(fēng)指數(shù)表達的冬季風(fēng)強度不同，朱艷峰(2008)用對流層中層緯向風(fēng)切變表示的東亞冬季風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)為-0.53(圖7中東亞冬季風(fēng)指數(shù)-Zhu)，較常年同期偏弱；而Wen et al(2000)使用對流層低層?xùn)|亞東部經(jīng)向風(fēng)表示的東亞冬季風(fēng)指數(shù)為1.88(圖7中東亞冬季風(fēng)指數(shù)-Chen)，較常年異常偏強。

圖7 1960/1961—2020/2021年冬季東亞冬季風(fēng)強度(Zhu指數(shù):折線，Chen指數(shù):白色柱狀) 和西伯利亞高壓強度(黑色柱狀)標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)歷年變化Fig.7 Variation of standardized East Asian winter monsoon index (curve: Zhu index; white bar: Chen index) and Siberian high intensity index (black bar graph) during winter 1960/1961-2020/2021

2020/2021年冬季東亞冬季風(fēng)逐候變化很好地說明了前后冬我國氣溫的轉(zhuǎn)折變化(圖8)。東亞冬季風(fēng)指數(shù)(Zhu指數(shù)，圖8a；逐候Chen指數(shù)有類似變化，圖略)和西伯利亞高壓(圖8b)逐候?qū)崨r監(jiān)測可見，兩者總體均在前冬強于氣候平均，在1月第3候開始總體較常年平均偏弱，與冬季氣溫的轉(zhuǎn)折變化一致。

除了東亞冬季風(fēng)異常以外，AO的異常表明極地冷空南下氣活動的強度，當(dāng)AO為正位相時，極地冷空氣主要在北極地區(qū)活動，歐亞大陸偏暖為主，當(dāng)AO為負位相時，極地冷空氣易分裂南下，對北半球中低緯度地區(qū)影響較大(陳文和康麗華，2006；陳文等，2013a；2013b)。2020/2021年冬季AO標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)為-1.5，為1960/1961年冬季以來歷史第七低值，也是近10年的最低值，即AO表現(xiàn)為異常偏強的負位相(圖9)。AO逐日變化表明，冬季大部分時段，AO都處于負位相，僅在2月中旬以后轉(zhuǎn)為正位相(圖10)，AO在冬季累計負位相時間長達75 d，歷史少見。

圖8 2020/2021年冬季東亞冬季風(fēng)強度指數(shù) (a，Zhu指數(shù))和西伯利亞高壓強度指數(shù)(b)逐候演變 (方框柱狀：氣候態(tài)，黑色柱狀：實況)Fig.8 Pentad variation of East Asian winter monsoon intensity index (a, Zhu index) and Siberian high intensity index (b) in winter 2020/2021 (box histogram: climatology， black histogram: observation)

圖9 1960/1961—2020/2021年 冬季AO標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)歷年變化Fig.9 Annual variation of standardized AO index in winter 1960/1961-2020/2021

圖10 2020/2021年冬季AO指數(shù)逐日演變Fig.10 Daily variation of standardized AO index in winter 2020/2021

4 2020/2021年冬季前期東亞冬季風(fēng)異常偏強的可能原因

4.1 中等強度的事件

4.2 秋季北極海冰異常偏少

另一方面，已有研究表明，9月北極海冰偏少有利于冬季西伯利亞高壓偏強，兩者相關(guān)系數(shù)低于-0.45，可通過0.05的顯著性水平檢驗(Wu and Wang,2002;Wu et al,2011)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，9月海冰偏少對冬季西伯利亞高壓的影響還依賴于前期夏季北極地區(qū)的大氣環(huán)流型，即夏季北極偶極子風(fēng)場模態(tài)(Arctic dipole wind pattern,即AD模態(tài))。如果9月北極海冰偏少，同時夏季北極地區(qū)表現(xiàn)出顯著的AD模態(tài)負位相(即北極上空低層風(fēng)場為反氣旋異常，海平面氣壓正距平，而巴倫支?！８浇鼮闅庑惓?，海平面氣壓負距平)，那么冬季西伯利亞高壓偏強的概率更高(Wu et al,2016)。2020年夏季監(jiān)測顯示，北極地區(qū)大氣環(huán)流表現(xiàn)出典型的AD負位相(圖13b)，其模態(tài)指數(shù)也達到歷史最低值。因此，2020年秋季北極海冰異常偏少疊加前期夏季典型AD負位相是導(dǎo)致2020/2021年冬季前期西伯利亞高壓持續(xù)偏強的重要原因。

圖11 2020/2021年冬季全球海溫距平場Fig.11 Distribution of sea surface temperature (SST) anomalies in winter 2020/2021

圖12 2018年1月至2021年3月指數(shù)和南方濤動指數(shù)(SOI)逐月演變Fig.12 Monthly variation of index and standardized Southern Oscillation index (SOI) from January 2018 to March 2021

盡管ENSO事件、北大西洋暖流、北極冰偏少這些外強迫因子的相互作用過程目前還沒有完全研究清楚，但它們的協(xié)同作用對2020/2021年前冬東亞冬季風(fēng)偏強的重要影響是毋庸置疑的。

5 結(jié)論與討論

利用多種觀測和再分析資料，本文詳細分析了2020/2021年冬季我國主要氣候特征、大尺度大氣環(huán)流異常、東亞冬季風(fēng)活動特征及可能的外強迫因子，得到以下結(jié)論：

(1)2020/2021年冬季，全國平均氣溫為-2.5℃，較常年同期偏高0.9℃，為1961年以來第九高值。期間，我國氣候呈“前冬冷干、后冬暖濕”特征，偏冷期和偏暖期氣溫起伏大，冷暖極端性明顯。從全國平均氣溫和降水的逐日演變來看，前冬(2020年12月1日至2021年1月10日)全國大部偏冷降水偏少，兩個偏冷中心分別分布在內(nèi)蒙古中西部到西北地區(qū)大部、以貴州為中心的西南地區(qū)東部到華南西部；期間發(fā)生了2次全國型寒潮天氣和1次全國性強冷空氣過程，尤其在1月6—8日期間，我國北方大部、西南地區(qū)東部和華南西部等地遭受極寒天氣，多地日最低氣溫打破紀(jì)錄。而后冬(2021年1月13日至2月28日)明顯轉(zhuǎn)暖，其中2月下旬達到偏暖最高階段，內(nèi)蒙古中西部、華北西部、西北北部為暖中心；2月全國平均氣溫也為1951年以來冬季最高，多地日最高氣溫突破歷史極值；偏暖期間，華北、東北、西北地區(qū)東部、西南地區(qū)東部和華南西部等地降水明顯偏多，其中華北中南部、黃淮、西北地區(qū)東部和西南地區(qū)東南部等地偏多2倍以上。

圖13 (a)1979—2020年9月北極海冰范圍歷史序列 (引自https:∥nsidc.org/arcticseaicenews/， 虛線表示線性趨勢)， 及(b)2020年夏季北半球海平面氣壓 距平空間分布Fig.13 (a) Average monthly Arctic Sea ice extent in September 1979-2020 (cited from https:∥nsidc.org/arcticseaicenews/, with the dashed line indicating the linear trend), and (b) distribution of sea level pressure anomaly in the Northern Hemisphere in summer (June-July-August) 2020

(2)2020/2021年冬季，東亞冬季風(fēng)前冬偏強、后冬偏弱，冬季風(fēng)季節(jié)內(nèi)強弱轉(zhuǎn)換階段性特征顯著。前冬，AO呈負位相，極地冷氣團偏在東半球，烏拉爾山阻塞高壓異常偏強，西伯利亞高壓和東亞冬季風(fēng)偏強，歐亞中高緯以經(jīng)向環(huán)流為主，南海至菲律賓對流層低層受異常氣旋控制，環(huán)流形勢有利于極地冷空氣沿烏拉爾山阻高脊前氣流直接南下影響我國。同時，西太副高異常偏強、西伸脊點偏西，但副高主體位于菲律賓以東，其西北部外圍的南風(fēng)異常將水汽吹向日本南側(cè)及其以東洋面，而我國大陸及東側(cè)海面盛行北風(fēng)異常、水汽條件偏差，由此導(dǎo)致前冬我國大部地區(qū)氣候干冷。而后冬，受平流層1月初的爆發(fā)性增溫影響，AO持續(xù)負位相，但北極冷氣團主體偏到西半球，歐亞中高緯轉(zhuǎn)為緯向環(huán)流，前冬影響我國的環(huán)流系統(tǒng)異常發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致后冬我國主要呈暖濕型氣候。

平流層和對流層大氣是地球氣候系統(tǒng)中的重要組成部分，在北半球冬季，兩者的動力耦合十分密切(黃榮輝等，2018；呂達仁等，2009；Baldwin et al，2009)。在冬季，對流層大氣動力過程耦合于平流層環(huán)極地西風(fēng)急流流速的波動。當(dāng)平流層西風(fēng)急流增速時，會引起對流層急流向極地偏移，極地冷氣團向北極收縮；反之，當(dāng)平流層繞極地西風(fēng)急流減弱時，對流層急流向赤道偏移，極地冷氣團發(fā)生位置偏移或分裂并向南爆發(fā)，進而對地面天氣造成影響，北歐和美國東部極端低溫發(fā)生的可能性更高(Kidston et al, 2015)。2021年1月初發(fā)生了一次平流層爆發(fā)性增溫事件，1月下旬平流層信號下傳至對流層，并對對流層AO負位相的持續(xù)起到了重要作用。2020/2021年冬季AO負位相累計天數(shù)長達75 d，歷史少見。另一方面，2020/2021年冬季前期AO負位相期間，對流層極渦偏在東半球，導(dǎo)致我國大部氣溫偏低；而后期AO負位相時，極渦主體偏在西半球，造成北美極寒。AO負位相期間極渦偏移的具體物理機制及平流層爆發(fā)性增溫的詳細過程和可能的氣候影響值得進一步分析研究。