我国冬季低温异常的物理量特征分析

我国冬季低温异常的物理量特征分析

张智雄 1 尹雯 2 杨迎花 3 罗莎 1

1.云南省德钦县气象局 云南德钦 674500 2.保山市气象局 云南保山 678000 3. 香格里拉市气象局 云南香格里拉 674400

摘要：利用ECMWF的ERA-Interim再分析资料，使用合成差值等方法针对我国1989-2013年低温异常的各物理量场的变化情况进行分析。分析发现：近10多年以来我们经历的冬季温度异常地偏低，尤其是2005年以来，我国的冬季气温明显降低。为分析其原因，我们进一步分析了与温度场互相密切联系的位势高度场、海平面气压场等在寒潮频繁发生时的变化特征，以及和我国北方、中低纬等寒潮频发地区的相关联系。另外，东亚冬季风的年代际增强也对我国的冬季气温变化产生了影响。与此同时，西伯利亚冷高压的明显增强，推动冷空气对我国中东大部分地区的入侵，促使寒潮事件加强，最终发生了一系列的冬季异常低温事件。

关键词：冬季异常低温；地表温度异常；海平面气压；东亚冬季风

21世纪以来，虽然世界各处都在议论着温室效应以及全球变暖此类的话题，可是近十几年以来，我们却经历了很多个冷冬。2008年初的异常低温事件，对我国南方甚至对大半个中国造成了非常严重的影响和损失，低温雨雪、 冰冻灾害导致交通瘫痪、电力、通讯中断、农业林业等损失惨重。对各大重点行业以及人们的生活各个方面影响巨大，这让我们不得不思考，究竟是什么导致了冬季温度如此的偏低，从而导致低温冷害影响甚大，而这种现象又是以怎样的一个趋势在发生发展，本文将试图对这一问题进行分析。

1 地面温度场变化特征分析

地面温度场是表现地面气温变化最直接的物理量，它表征着地面热量的集散和流失，并且将冷暖的变化以一种直观的方式通过温度呈现出来，我们可以从中明显看出所研究的时间尺度内平均温度的变化情况。为了研究分析2005年以来地表温度的变化形式，我们通过对欧亚地区2006-2013年和1998-2005年的地面温度场分布先求取平均场，再将两者的平均场作差，最终得出它们的平均差值场分布情况如图1所示。从我们所得到地面温度平均差值分布图来看，2006-2013年的平均场减去1998-2005年的平均场后，除了新地岛等高纬度地区温度表现为正变化以外，在欧亚大陆中纬度地区，尤其是寒潮关键区（据中央气象台统计资料，95%的冷空气都要经过西伯利亚中部70°-90°E，43°-65°N地区并在那里累积加强，该地区就称为寒潮关键区），从贝加尔湖附近由北向南一直到我国东部沿海地区出现的均是温度场的大范围负值区，其中西伯利亚地区明显降温，体现出在我们所研究的时间层次内该区域地表温度场显示为负变化。说明自2005年以来，我国的大部分地区地表温度并没有完全追随全球气候变暖的趋势，反而与之背道而驰出现了异常的降温变化。而且从2006年开始，中国经历了多个异常低温的冬季，寒潮的爆发次数和持续时间在这个阶段也明显增多，全国范围内爆发了多起灾害性低温事件。

图1 欧亚大陆地区冬季地面温度平均差值场合成分析

（2006-2013减去1998-2005，单位：K）

针对图1所示的地面温度平均差值场来看，中低纬度地区降温明显，也体现出了我们所研究的时段内北半球冬季异常偏冷的情况，结合我们的环流平均以及地表温度平均差值图分析，在年际变化尺度上, 与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动。相比较于我们的地面温度分布可见，高纬和中低纬度呈现出的相反的正负变化与其同时段下的异常环流形势在空间位置有着一定的对应关系。此外，我们所得到的海平面气压的变化差值图也表明研冬季西伯利亚高压在近几年呈增强的趋势，并伴随着亚洲中高纬度地表温度的降温趋势，这均是有利于冷冬出现的。

2东亚冬季风变化特征

东亚冬季风对东亚地区的天气、气候变化有着重要影响，是全球环流系统中不可或缺的组成部分。图2显示的是用2006-2013年与1998-2005年欧亚地区环流风场先单独求出每段年限的U、V风场矢量合成平均，然后得到两个时间段的风场平均后，再用2006-2013年的平均结果与1998-2005年的结果作差，于是得出表征整个过程中大气环流风场的平均差值图如图2所示。可以发现风场环流在高纬度地区以反气旋环流下沉运动为主，中纬地区则以相反的气旋式环流上升运动为主。与此前的位势高度场相对应的环流风场，在北纬50°西西伯利亚地区出现了东风异常带，纬向环流异常明显，北纬30°-45°附近及以南低纬地区还出现了西风环流异常中心。联系寒潮天气的环流形势，其过程中冷锋后地面高压多数属于热力不对称系统，中高纬我国新疆以北地区处于西伯利亚高压前部，从风场环流相对应的西伯利亚高压来看，高压前部有强冷平流，中心区温度平流趋于零，西伯利亚高压始终为冷性，可以用来表示冷空气的强弱，其中心随风场的移动可作为冷空气的移动路径，从而图2更加明显地表示了风场环流下冷空气南侵对我国中高纬西北及新疆以北地区带来的降温影响等。

图2 850hPa欧亚大陆地区冬季环流风场差值合成分析

（2006-2013减去1998-2005，单位：m/s）

此外，通过对我们所研究时间尺度下的风场环流变化进行分析，以及结合此前的850hPa位势高度平均差值场和图2的风场环流平均来分析，我们不难发现地表的水平风场表现出了在中高纬西伯利亚高压地区的反气旋性环流，在低压地区的气旋性环流，而位势高度场和环流风场也呈现出了从下至上的相当正压结构特征，以及高纬地区与中纬度地区相反的变化形式，还有45°N附近出现的异常东风带，相应地在响应着中高纬度冬季风年代际增强的同时也保证了北半球的地转平衡。图3表征的是1998-2013年范围内东亚冬季风指数(IEAWM)的一个变化情况，IEAWM=U300（27.5°-37.5°N，110°-170°E）-U300（50°- 60°N，80°-140°E）式中IEAWM表示东亚冬季风指数，定义为两个关键区域平均300hPa纬向风速的差值。

图3 1998-2013年欧亚大陆东亚冬季风指数变化情况

通过图3对1998-2013年东亚冬季风指数的变化描述可以明显看出，自2006 年开始，东亚冬季风开始增强，到2008-2009年出现了增加过程中的极大值，相对应的2008年我国南方大部分地区爆发了大规模的低温雨雪天气；而东亚冬季风指数随后开始减弱，到2011年又增加到了时间尺度下的一个极值，这一年我国冬季平均气温创下历史新低，全国大范围地区还伴随出现了极端低温事件。 2007、2008、2009及2011年冬季风指数显著性增强，冬季风明显偏强，相应地这几年的冬季中国西北及中东部地区都不同程度地经历了极端低温事件的侵袭。从中我们可以看出东亚冬季风指数一定程度上反应着我国冬季气温的一个大体变化趋势，因为东亚冬季风的增强，会引起西北冷空气活动频繁，最终直接导致东亚地区地表温度的降低。

参考文献：

[1]崔小爱等：我国南方冬季异常低温及大气环流特征[J].《中国资源综合利用》，2013年 第4期 ：51-55.

[2]李勇，何金海，姜爱军，等.冬季西太平洋遥相关型的环流结构特征及其与我国冬季气温和降水的关系［J］.气象科学，2007，23（2）：175-180.

第一作者简介：张智雄（1995年1月—）男，汉族，本科，助理工程师，从事气象预报与服务工作。