東北亞地區冬季氣溫年際變化特征分析

摘要 采用1948—2019年NCEP/NCAR再分析資料分析了東北亞地區在年際尺度上的冬季氣溫年際變化特征、大氣環流和海溫因子。結果表明：在年際時間尺度上，東北亞冬季氣溫具有一致型變化特征和東北—西南反相的變化特征。東北亞冬季氣溫一致型變化主要是北極濤動通過東亞大槽來影響的，北極濤動增強（減弱），環流的經向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之削弱（加強），導致冬季氣溫一致升高（降低）。與氣溫東北—西南反相型變化有顯著聯系的因子是厄爾尼諾，厄爾尼諾主要是通過影響太平洋西部型的強度對東北亞冬季氣溫產生影響。當發生厄爾尼諾（拉尼娜）時，太平洋西部型處于正（負）位相，中緯度地區西風氣流增強（減弱），環流的經向性減弱（增強），東亞冬季風減弱（增強），東北亞的西南地區偏暖（冷）；而東北亞的東北地區受到西風（東風）異常的影響，氣溫偏冷（暖）。

關鍵詞 年際變化；冬季氣溫；東北亞

中圖分類號：P468.0 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0093-03

東北亞位于亞洲大陸的東北部，主要包括中國的東北、內蒙古自治區東北部、朝鮮半島、韓國、日本及俄羅斯的部分地區。研究東北亞地區冬季溫度的變化有助于更深入地研究全球變暖的本質和災害性天氣。東北亞冬季氣溫的變化受環流、積雪、海溫等因素的影響，各個因子的作用機理也十分復雜[1-5]。

很多研究指出東北亞冬季氣溫變化不但具有年代際變化，也有顯著的年際變化，但影響因子存在差異。AO不斷增強的趨勢，導致近幾十年來歐亞大陸的大部分地區冬季氣溫偏高[6]。胡秀玲等[7]發現AO減弱時，西伯利亞高壓會增強，位于日本海附近的低壓減弱，有利于冷空氣南下，導致東北地區氣溫下降。同時，李勇等[8]研究發現太平洋西部型（WP）也是影響我國東部地區冬季溫度變化的因子，WP與東亞冬季風之間有著顯著的負相關關系。另外，還有學者研究發現厄爾尼諾是影響東北地區氣溫南北反相分布的因子[9]。

目前，對東北亞冬季氣溫已有較多的研究成果，基于此，分析東北亞冬季氣溫在年際尺度上的變化特征，探究與其有關系的因子，并初步探討各個因子與東北亞冬季氣溫變化的相關性[10]。

1 資料與方法

采用NCEP/NCAR再分析資料1948—2019年的月平均地表氣溫（SAT）、海平面氣壓（SLP）、850 hPa風場、500 hPa高度場，格點為144×73，再分析海溫場資料為高斯格點。月平均AO指數、WP指數、NAO指數、NPO指數、Nino3.4指數均來自氣候預報中心。東亞大槽強度指數IEAT來自國家氣候中心74項環流指數。

將東亞冬季風指數IEAWM定義為冬季東亞東部地區（110°E～125°E，25°N～50°N）的區域平均北風距平值。所取冬季均為當年12月至翌年2月的平均值，共計71年，東北亞地區范圍為（30°N～55°N，110°E～145°E） 。

主要運用經驗正交函數分解法（EOF）、回歸分析、相關分析等方法，對數據進行分析。由于主要研究的是東北亞冬季氣溫的年際變化，所以首先對數據進行去線性趨勢的處理。

2 東北亞地區冬季氣溫特征

EOF的前2個模態均通過North準則檢驗，第一模態和第二模態的解釋方差分別為49.14％、21.52％，2個模態均具有顯著的特征，將對這2個模態進行分析比較。

從圖1a中可以看出，東北亞冬季氣溫第一個模態的主要空間分布特征表現為：東北亞地區均為一致的正值區，最大正值區位于我國的東北，說明冬季氣溫總體上呈現一致型變化。圖1b中可以看到冬季氣溫具有顯著的年際變化特征，其年際周期為5～8年。將這種一致型分布定義為NEA型，第一模態的標準化時間序列定義為NEA指數。

從圖1c中可以看出，第二個模態的主要空間分布特征表現為東北—西南反相分布，其相應的時間序列PC2也有明顯的年際變化。將這種東北—西南反相型分布簡稱為NESW型，第二模態的標準化時間序列定義為NESW指數。

分別探討這2個模態的形成原因，找到影響2種模態的大氣環流因子和外強迫因子，期望能夠得到各個因子與2種模態之間的聯系。

3 東北亞冬季氣溫的年際變化與環流場的聯系

3.1 NEA型

將NEA型指數與海平面氣壓場進行了回歸分析，由圖2a可以看出明顯的AO、NAO遙相關型，同時東亞大槽的位置也處于回歸系數較高的區域。

為得出各個因子與東北亞冬季氣溫的相關性，將各個因子指數分別與NEA指數、NESW指數進行相關分析。其中，AO指數與NEA指數的相關系數為0.519，呈顯著的正相關關系；東亞大槽與NEA指數有較強的反相關（表1）。

從各層次環流來看，海平面氣壓場（圖2a）可以看到歐亞大陸的北部地區與東北亞地區有明顯的反位相，存在較強的西風氣流，使偏北氣流減弱，進入東北亞的冷空氣減少。在850 hPa風場（圖2b）東北亞以北有較強而且平直的西風氣流，在東北亞地區來自洋面的東風異常，將洋面的暖濕空氣帶入東北亞地區，導致冬季氣溫一致偏高。

在NEA型中，北極濤動與東北亞冬季氣溫的聯系為北極濤動主要通過影響東亞大槽來影響東北亞地區冬季氣溫。北極濤動增強（減弱），指數向正（負）位相變化時，西風氣流加強（減弱），環流的經向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之減弱（加強），導致冬季氣溫升高（降低）。

3.2 NESW型

從圖3中可以看到，與NESW型可能關系的主要遙相關有WP、NPO和SO。WP和NPO2種遙相關都與NESW型具有較強的相關性，相關系數分別為-0.606、-0.509。

WP與NESW型的聯系如下：當WP指數偏高（低）時，中緯度地區的經向氣壓梯度增大（減?。?，東北亞地區西風氣流增強（減弱），環流的經向性減弱（加強），導致東亞冬季風減弱（加強），不利于（有利于）冷空氣南下，使西南地區偏暖，同時東北亞的東北地區受到西風（東風）氣流的影響，使東北地區偏冷（暖）。

4 海溫與東北亞冬季氣溫的聯系

將NESW指數與海溫場進行回歸分析，赤道附近東太平洋海溫處于明顯的負相關區域，說明NESW型與厄爾尼諾有關系，厄爾尼諾主要通過WP的強度來影響。

將NESW指數與Nino3.4指數進行超前滯后相關分析，由圖4可以看出，其中前一年8月至當年3月的NESW指數與Nino3.4指數負相關關系顯著，表明提前4個月海溫對東北亞冬季氣溫NESW型有預報性。

5 結論

（1）東北亞冬季氣溫具有一致型變化特征（NEA型）和東北—西南反相的變化特征（NESW型），且時間系數具有明顯的年際變化特征。

（2）北極濤動通過東亞大槽來影響東北亞地區冬季氣溫NEA型。北極濤動增強（減弱），環流的經向性減弱（加強），東亞大槽減弱（加強），偏北氣流也隨之減弱（加強），導致冬季氣溫升高（降低）。

（3）與NESW型有顯著聯系的因子是厄爾尼諾，當發生厄爾尼諾（拉尼娜）時，WP 處于正（負）位相，中緯度地區西風氣流增強（減弱），環流的經向性減弱（增強），東亞冬季風減弱（增強），東北亞的西南地區偏暖（冷）；另一方面，東北亞的東北地區受到西風（東風）異常的影響，氣溫偏低（高）。

參考文獻

[1] 楊柳妮，武炳義.東亞冬季氣溫的年代際變化及其可能成因分析[J].科學通報，2013，58（26）：2728-2736.

[2] 雷楊娜，孫嫻，樂章燕.中國東部地區冬季氣溫與北極濤動的關系[J].氣象與環境學報，2014，30（4）：42-48.

[3] 林長偉，常曉麗.東北地區近50年來氣溫年際變化趨勢研究[J].安徽農學通報，2017，23（21）：134-135.

[4] 沈志超，任國玉，李嬌，等.中國東北地區冬季氣溫變化特征及其與大氣環流異常的關系[J].氣象與環境學報，2013， 29（1）：47-54.

[5] 姚晨雨，黃乾.東北地區冬季氣溫變化特征研究[J].中國農學通報，2016，32（8）： 154-158.

[6] 康麗華，陳文，魏科.我國冬季氣溫年代際變化及其與大氣環流異常變化的關系[J].氣候與環境研究，2006（3）：330-339.

[7] 胡秀玲，劉宣飛.東北地區冬季氣溫與北極濤動年代際關系研究[J].南京氣象學院學報，2005（5）：66-74.

[8] 李勇，陸日宇，何金海.影響我國冬季溫度的若干氣候因子[J].大氣科學，2007 （3）：505-514.

[9] 楊素英，王謙謙，孫鳳華.中國東北南部冬季氣溫異常及其大氣環流特征變化[J].應用氣象學報，2005（3）：334-344.

[10] North G R， Bell T L， Cahalan R F， et al. Sampling errors in the estimation of empirical orthogonal functions [J]. Monthly Weather Review， 1982， 110（7）： 699-706.

責任編輯：黃艷飛

Analysis on Interannual Variability of Winter Temperature in Northeast Asia

Song Xiao-xue （Dalian Air Traffic Management Station of China Civil Aviation， Dalian， Liaoning 116033）

Abstract The interannual variation of winter temperature on the interannual scale in Northeast Asia and its possible atmospheric circulation and sea temperature factors were analyzed using NCEP/NCAR reanalysis data from 1948 to 2019. The results show that on the interannual time scale， the winter temperature in Northeast Asia had a consistent change characteristic and a northeast-southwest reverse phase change.The consistent pattern of winter temperature change in Northeast Asia was mainly influenced by the Arctic Oscillation through the East Asian trough. When the Arctic Oscillation strengthens （weakens）， the meridional nature of the circulation weakens （strengthens）， and the East Asian trough weakens （strengthens）， then the northerly airflow weakens （strengthens）， resulting in the consistent increase （decrease） of winter temperature. The factor significantly associated with the northeast-southwest inversion pattern was El Ni?o， which mainly affects the winter temperature in Northeast Asia by affecting the intensity of the Western Pacific pattern. When El Ni?o （La Ni?a） occurs， the Western Pacific pattern was in the positive （negative） phase， and the westerly airflow in the mid-latitude region strengthens （weakens）. Meanwhile， the meridional circulation weakens （strengthens）， and the East Asian winter monsoon weakens （strengthens）， then the southwest of Northeast Asia is warmer （colder）. The northeast of Northeast Asia was affected by the west wind （east wind） anomaly， and the northeast of Northeast Asia was colder （warmer）.

Key words Interannual Variation; Winter Temperature; Northeast area

作者簡介 宋曉雪（1998—），女，遼寧大連人，主要從事民航氣象工作。

收稿日期 2022-11-12