引言

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的环流系统之一，也是东亚冬季气候异常的重要影响因子。它不但对东亚地区局地的天气和气候有着重要影响，还可以对热带和热带外行星尺度的环流产生影响(Chang et al, 1982)。东亚冬季风的一个最明显特征就是冬季大气低层盛行的东北风，而东北风的出现主要与西伯利亚和蒙古地区低层冷高压形成的反气旋性环流有关(Ding, 1994), 具有建立过程迅速、向南推进速度快以及风力强等显著特点。冬季风活动是造成东亚地区低温冷害、冰冻雨雪以及大风等灾害性天气气候事件的关键因素。

2005年之后，东亚冬季风开始由弱转强，连续7年表现出偏强的特征。而2013/2014年冬季，东亚冬季风强度突然由强转弱。与之相对应，我国冬季平均气温-2.9℃，较常年同期偏高0.5℃。季内，东亚冬季风季节内变化特征显著，而我国气温也呈现明显的阶段性变化特征，前冬暖(吕梦瑶等，2014；赖芬芬等, 2014)、后冬冷(杨寅, 2014)。由此可见，2013/2014年我国冬季气温异常可能与东亚冬季风异常特征有着密切的联系。那么2013/2014年东亚冬季风强度突然转弱的原因是什么？什么又是造成我国气温阶段性变化的主要原因呢？本文将针对以上问题展开分析，并揭示其可能的成因。

1 资料

本文主要使用了国家气候中心的“气候系统监测-诊断-预测-评估系统”提供的资料和产品、1948—2014年美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)提供的2.5°×2.5°水平分辨率的逐日再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的IMS海冰积雪范围数据集(Helfrich et al，2007)。中国地区的气温、降水资料来源于中国气象局国家气象信息中心整编的中国地区台站观测气候数据集。本文使用的各要素的气候平均值为1981—2010年平均值。

2 2013/2014年冬季我国气温异常特征 2.1 全国冬季平均气温为近5年来最高

2013/2014年冬季(2013年12月1日至2014年2月28日，下同)全国平均气温-2.9℃，较常年同期(-3.4℃)偏高0.5℃，为近5年来最高(图 1)。从空间分布看，除新疆局部、黑龙江大部、华南大部、云南东部等地气温偏低0.5~2℃外，全国其余大部气温接近常年或偏高0.5~1℃，其中青海西南部、西藏中北部、甘肃中部、内蒙古大部、辽宁大部、华北大部等地偏高1~2℃，部分地区2℃以上(图 2)。其中，华南气温偏低而华北气温偏高。华南平均气温12.7℃，较常年(13.7℃)偏低1℃，为1997年来第四低值；华北平均气温-2.6℃，较常年(-3.8℃)偏高1.2℃，为1961年来第五高值。

2.2 季内前冬暖、后冬冷

季内，我国气温阶段性变化显著，前冬暖、后冬冷。2013年12月和2014年1月全国平均气温分别为-2.8℃和-3.4℃，分别较常年同期(-3.2℃和-5.0℃)偏高0.4和1.6℃，其中1月全国平均气温是1961年以来历史同期第二高值，仅低于2002年。而到了2月，全国平均气温为-2.3℃，较常年同期(-1.7℃)偏低0.6℃。

从空间分布看，2013年12月，全国总体呈现“北暖南冷”分布，其中新疆北部、内蒙古东北部和东北西北部等地气温偏高2~4℃，局地偏高4℃以上(图 3a)。2014年1月，除黑龙江大部、海南南部等地局地偏低1~4℃以外，全国其余大部地区气温接近常年同期或偏高(图 3b)。而到了2月，全国大部气温转为偏低，其中新疆北部和东北地区北部偏低2℃以上(图 3c)。

2.3 季内出现两次显著低温过程

虽然冬季全国平均气温偏高，但是季内还是出现了两次显著的低温过程，第一次出现在2013年12月的中下旬，第二次出现在2014年2月7—18日(图 4)。其中第二次低温过程更加显著，过程期间全国平均气温为-4.8℃，较常年同期(-1.7℃)偏低3.1℃，为1961年来第八低。除四川西北部、云南西北部偏高1~2℃外，全国大范围普遍偏低1~4℃，其中新疆北部、东北地区北部、中部和南部大部地区偏低4℃以上(图 4c)。

3 2013/2014年冬季我国气温异常的可能成因

首先，我们看一下2013/2014年东亚冬季风活动特征，本文计算了东亚冬季风指数(East Asia winter monsoon, EAWM；朱艳峰，2008)和西伯利亚高压指数(SH)，二者的具体定义为：

$ \begin{array}{*{20}{l}} {EAWM = {{\bar U}_{500}}\left( {{{25}^\circ }\sim{{35}^\circ }{\rm{N}};{\rm{8}}{{\rm{0}}^\circ }\sim{{120}^\circ }{\rm{E}}} \right) - }\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{{\bar U}_{500}}\left( {{{50}^\circ }\sim{{60}^\circ }{\rm{N}};{\rm{8}}{{\rm{0}}^\circ }\sim{{120}^\circ }{\rm{E}}} \right)} \end{array} $

(1)

$ SH - \overline {SLP} \left({40^\circ \sim 60^\circ ;80^\circ \sim 120^\circ {\rm{E}}} \right) $

(2)

式中，U₅₀₀为500 hPa纬向风场，而SLP为海平面气压场。

从东亚冬季风指数的年代际变化特征上看，东亚冬季风目前处于偏强的时期，2005年之后连续7年强度偏强(图 5a)。而2013/2014年冬季，东亚冬季风强度突然由强转弱，冬季风指数为-0.6。由图 5b可见，近年来西伯利亚高压同样处于偏强的背景下，但2013/2014年冬季西伯利亚高压强度偏弱。冬季风和西伯利亚高压强度偏弱是导致2013/2014年冬季我国气温偏高的直接原因。

季内，冬季风强度变化显著，前冬冬季风偏弱，后冬冬季风偏强(图 6a)。从西伯利亚高压强度的演变中可以发现，西伯利亚高压强度表现出与东亚冬季风相一致的季内变化特征，前冬强度总体偏弱，后冬总体偏强(图 6b)。受冬季风季节内变化特征影响，我国气温呈现前冬暖、后冬冷的阶段性变化特征。

此外，从东亚冬季风和西伯利亚高压逐日演变中可以发现，在季内我国出现的两次低温过程(2013年12月中下旬以及2014年2月7—18日)期间，正好对应着冬季风和西伯利亚高压的偏强时段。

造成冬季我国前冬暖、后冬冷这一变化的原因除了东亚冬季风的季内活动以外，另一个就是北半球中高纬大气环流的影响。

前冬，东亚中高纬地区为“北低南高”的异常环流型，东亚20°~45°N地区受正位势高度距平控制，纬向型环流偏强(图 7a)，不利于高纬度地区的冷空气南下影响我国，致使我国大部气温偏高。后冬，欧亚中高纬地区环流出现明显调整。前期北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西，东亚地区经向型环流加强，东亚大槽加强南伸(图 7b)。前期高纬地区堆积的冷空气，在高空槽的引导下，向东亚地区侵袭。加之，前冬我国气温偏高，导致后冬我国多地降温显著，气温由偏高转偏低。

从北半球中高纬度阻塞高压强度指数演变(图 8)中可以看到，北太平洋的阻塞高压于2014年1月下旬在日界线以东建立，之后加强西移; 2月初西移至日界线以西，出现在日本海—鄂霍次克海地区上空，导致东亚地区经向型环流加强，高空槽发展加强，引导高纬地区冷空气南下，使得我国大范围地区出现显著低温，最终导致我国后冬气温偏低。

而北太平洋阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。1月第4候，北太平洋上空出现了明显的正高度异常，1月第5候，正高度异常沿北太平洋东部下传至对流层中层，导致北太平洋东部180°以东地区阻塞高压建立。1月第6候，平流层的正高度异常开始向西移动，2月第1候正高度异常开始下传，使得北太平洋西部对流层中层正高度异常加强，引导对流层阻塞高压向西移动至180°以西，进入日本海—鄂霍次克海上空(图 9)。

由图 8可见，2013/2014年冬季，北太平洋上空出现了两次明显的阻塞高压西移过程，一次出现在2013年12月，一次出现在2014年2月。两次过程中阻塞高压分别于12月中旬和2月初西移至180°以西，进入日本海—鄂霍次克海上空，正好对应着季内我国两次显著的低温过程。因此，2013/2014年冬季我国两次低温过程的出现可能与北太平洋上空阻塞高压西移至日本海—鄂霍次克海有关，阻塞高压的西移，使得东亚地区经向型环流加强，冷空气南下，导致我国以及日本和韩国等地大范围显著低温过程的出现。

4 2013/2014年东亚冬季风偏弱的可能成因

Wu等(2011)研究发现，前期秋季北极海冰范围偏大不利于欧亚大陆北部地区出现异常阻塞环流，导致西伯利亚高压阶段性偏弱，进而导致我国冬季气温偏高。近期有研究指出，2012年秋季北极海冰覆盖范围持续异常偏小，海冰覆盖面积持续低于自有观测资料以来年海冰覆盖面积的最小记录(2007年同期海冰覆盖面积)，导致2012/2013年冬季西伯利亚高压强度偏强和东亚冬季风偏强(王东阡等，2013；司东等，2014)。

图 10给出2013年9月北极地区海冰范围与冬季海平面气压的相关系数分布，可以发现，自欧洲东部到西伯利亚地区为显著的负相关区域，表明前期海冰范围的增加有利于冬季欧亚大陆北部的海平面气压出现负异常，致使西伯利亚高压的偏弱，不利于冷空气南下我国。另一方面，前期秋季北极海冰偏大使得北极地区温度较常年同期偏低，导致极区与欧亚大陆之间的温差较常年同期偏大，增强了欧亚北部的西风急流，不利于欧亚地区高纬的冷空气南下影响我国，导致我国冬季大范围低温的出现。

1979年以来，北极海冰范围长期处在显著减小的线性趋势下。从剔除掉线性趋势后的2013年9月北半球海冰范围距平百分率逐年序列(图 11)中可以发现，2005年之后北极海冰范围处于偏小时期，这可能导致2005年之后东亚冬季风连续7年偏强的主要原因。值得注意的是，2013年秋季，北极海冰范围突然转为偏大。这可能导致2013/2014年冬季西伯利亚高压偏弱、冬季风偏弱，以及我国气温偏高的主要原因。

5 结论与讨论

(1)2005年之后东亚冬季风连续7年强度偏强，而2013/2014年冬季，东亚冬季风强度突然由强转弱。冬季风强度偏弱是导致2013/2014年冬季我国气温偏高的直接原因。而东亚冬季风突然转弱可能与前期秋季北极海冰的异常有关，受2013年秋季北极海冰异常影响，冬季西伯利亚高压偏弱，进而导致东亚冬季风偏弱以及我国气温偏高。值得注意的是，2005年之后北极海冰范围处于偏小时期，这可能是导致2005年之后东亚冬季风连续7年偏强的主要原因。

(2) 季内，东亚冬季风强度变化显著，前冬偏弱，后冬偏强。受冬季风季节内变化影响，我国前冬暖、后冬冷。此外，前冬暖、后冬冷还受到北太平洋上空阻塞高压的异常活动影响，北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西，导致东亚地区经向型环流加强，改变了前冬以纬向型为主的环流，前冬高纬地区堆积的冷空气向东亚地区侵袭。加之，前冬我国气温偏高，导致后冬我国多地降温显著，气温由偏高转偏低。而阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。

(3) 虽然2013/2014年冬季全国平均气温偏高，但是季内还是出现了两次显著的低温过程，第一次出现在2013年12月的中下旬，第二次出现在2014年2月7—18日。两次低温过程的出现可能与北太平洋上空两次阻塞高压西移至日界线以西有关。

本文主要分析了北极海冰和平流层-对流层相互作用对东亚冬季风异常的影响。众所周知，东亚冬季风的异常是多种因素综合作用产生的，除了海冰和高低层环流影响以外还有许多因子可以引起冬季风的异常，比如：海温、积雪、陆面过程等。因此，在后续研究中分析其他强迫对于2013/2014年东亚冬季风异常的影响，对于深入了解东亚冬季风以及我国冬季气候是非常必要的。