引言

东亚冬季风是季风系统的重要组成部分，它的变化和异常对东亚地区，尤其是我国冬季的天气、气候有重要的影响(朱乾根，1990；朱艳峰，2008；黄荣辉等，2014)。东亚冬季风主要来自亚洲大陆腹地西伯利亚，东亚冬季风的强度也主要取决于对流层低层西伯利亚高压发展的程度(丁一汇，2013)。东亚冬季风偏强年，西伯利亚高压和阿留申低压偏强，东亚大槽偏深，有利于引导极地冷空气南下，导致我国除青藏高原以外的大部分地区气温偏低，易发生强降温、强降雪、霜冻及寒潮等天气、气候灾害(郭其蕴，1994；Zhang et al, 1997；陈文等，2013b)。例如2008年1月，由于东亚冬季风的异常，我国南方发生了严重的低温、雨雪、冰冻灾害，造成了严重的经济损失(丁一汇等，2008)；2012年1月下旬开始的持续性极寒天气席卷了整个欧亚大陆，给多个国家带来严重损失，我国北方也发生了严重的低温、雪灾、冰冻灾害(兰晓青和陈文，2013)。而当东亚冬季风异常偏弱年，我国易出现暖冬，例如2016/2017年冬季，东亚冬季风异常偏弱，我国平均气温较常年同期偏高1.9℃，为1961年以来最暖的冬季(丁婷等，2017)。

因此，东亚冬季风的年际和年代际变异及其影响机制及其与我国天气、气候的联系，是我国气象领域重要的研究课题之一。研究表明，东亚冬季风有显著的3~4 a周期年际变化(黄荣辉等，2007)，同时还有显著的年代际变化，1988年之后东亚冬季风经历了一次明显变弱的年代际变化，中国东部和北部经历了连续多年的暖冬(Wang et al, 2009)。20世纪90年代末之后，东亚冬季风发生了由偏弱转为偏强的年代际变化，我国冬季低温、雨雪、冰冻灾害频繁发生(黄荣辉等，2014)。东亚冬季风的年际、年代际异常与海温、北极海冰等外强迫因子的变化密切相关。ENSO作为热带太平洋海气耦合系统年际变率的主要模态，其与东亚冬季风异常的关系已有不少研究(李崇银，1989；穆明权和李崇银，1999；李崇银和穆明权，2000；陶诗言和张庆云，1998；陈文，2002；Shi and Qian, 2018)。大量研究揭示了东亚冬季风强度的异常与ENSO的发生存在明显的联系，大多数El Ni o事件爆发后东亚冬季风偏弱，而大多数La Ni a爆发后东亚冬季风偏强，这种反向关系主要是通过激发罗斯贝波，导致菲律宾海附近对流层中低层出现异常的反气旋或气旋环流实现的(Zhang et al, 1996; Wang et al, 2000; Wang and Zhang, 2002; 袁媛等，2014)。但ENSO和东亚冬季风的年际关系也不稳定，二者关系在20世纪70年代中期之后明显减弱(Wang and He, 2012)。El Ni o和La Ni a对东亚冬季风的影响还表现出明显的不对称性，La Ni a期间东亚冬季风的异常在统计上并不显著(Hoerling et al, 1997；徐霈强等；2016)，且受到北太平洋年代际振荡(PDO)的调制作用(Wang et al, 2008)。此外，秋冬季大西洋海温异常能够激发出定常波波列，引起下游乌拉尔山阻塞高压的建立和发展，导致西伯利亚高压加强影响东亚冬季风的异常(李崇银和顾薇，2010)。北极海冰异常也是东亚冬季风的重要影响因子。冬季喀拉海、巴伦支海海区海冰面积变化与东亚冬季风强度存在密切的关系：海冰偏多，东亚冬季风偏弱；海冰偏少，情况则相反(武炳义等，1999)。但海冰影响也存在较大的不确定性，秋冬季巴伦支海—喀拉海海冰异常偏少，既可以加强冬季西伯利亚高压(东亚冬季风偏强)，也可以导致东亚冬季风偏弱，这种不确定性与夏季北极大气环流状态等因素有关(武炳义，2018)。

综上可见，影响东亚冬季风和我国冬季气候的物理因子复杂多变，不同年份的主导影响因子也不完全不同，给预测带来了较大的困难和挑战。提高冬季气候预测水平，就需要对异常年份的成因进行深入分析和再认识。对每年冬季气候异常成因的分析，也是我国气候预测人员一直坚持的一项研究工作(王东阡等，2015；司东等，2016；宋文玲和袁媛，2017；丁婷等；2017；章大全和宋文玲，2018；支蓉和高辉，2019)。2019/2020年冬季，我国气温总体偏高，为暖冬年份，降水异常偏多，“暖湿”特征显著。那么，我国气候异常的原因是什么？北半球大气环流异常与我国天气气候有什么样的联系？东亚冬季风偏弱的可能原因是什么？本文将针对以上问题展开分析，并试图揭示我国“暖湿”和东亚环流异常的可能原因，为今后的气候预测和服务提供参考。

1 资料和方法

本文使用的资料主要有：

(1) 国家气象信息中心整编的“中国地面基本气象要素日值数据集(V3.0)”的逐日气温和降水观测资料，包含了中国2 474个基本、基准和一般气象站1951年1月以来的气温、降水的日值数据，并在逐日数据的基础上计算得到逐月和季节平均的数据；大气环流资料为NCEP/NCAR逐日、逐月再分析资料(Kalnay et al，1996)，水平分辨率为2.5°×2.5°；海温观测资料为NOAA提供的全球逐月海温资料(Reynolds et al，2007)，水平分辨率为2°×2°；大气环流和海温资料长度均为1948年1月至2020年2月；北极海冰资料为英国Hadley中心提供的北极海冰密集度数据(Rayner et al, 2003)。

(2) 东亚冬季风指数、西伯利亚高压指数、北极涛动(AO)指数、西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)各项指数、Ni o3.4指数、EMI(El Ni o Modoki index)来自国家气候中心的“气候与气候变化监测预测系统”。其中东亚冬季风指数采用的是朱艳峰(2008)定义的指数，即将25°~35°N、80°~120°E范围内500 hPa纬向风的平均值减去50°~60°N、80°~120°E范围内500 hPa纬向风的平均值，并对差值进行标准化处理。西伯利亚高压指数定义为40°~60°N、80°~120°E范围内海平面气压的面积加权平均值，并进行标准化处理。

文中部分图形出自国家气候中心开发的“气象灾害影响评估系统”及“气候与气候变化监测预测系统”。气候常年值为1981—2010年的平均值，冬季指的是前一年12月至次年2月，例如2019/2020年冬季为2019年12月至2020年2月。

2 2019/2020年冬季我国气候异常特征

2019/2020年冬季，全国平均气温为-2.25℃，较常年同期(-3.34℃)偏高1.09℃，为1961年以来第五高值，仅次于2016/2017、1998/1999、2006/2007和2008/2009年冬季(图 1a)，为暖冬年份。从气温距平的空间分布来看，气温呈现青藏高原偏低、全国其余大部地区偏高的分布，这种分布正是中国冬季气温距平EOF分解典型的第一模态正位相特征(康丽华等，2009)。新疆北部、内蒙古西部、华北地区西南部、黄淮东部、江淮东部、江南南部和东部、及华南大部等地气温偏高2℃以上(图 1b)。山东、江苏、安徽、浙江、广东和上海6省(市)经历了历史最暖冬季，江西、福建和宁夏3省(区)冬季气温为历史同期次高，山西、河南、湖北、湖南和陕西5省为第三高。

根据国家气候中心冷空气监测标准(王遵娅等，2019)，2019/2020年冬季共有11次冷空气过程影响我国，冷空气累积日数为32 d(表 1)，次数接近常年同期(10.7次)。其中一般性冷空气过程4次，强冷空气过程4次，全国型强冷空气过程和寒潮合计3次，其中2月14—17日的全国型寒潮过程，持续时间长、影响范围大(影响全国84.04%站点)、降温幅度大，我国西北地区和中东部地区出现大范围雨雪和大风、强降温天气，湖北及江南、华南的部分地区还出现冰雹、雷电等强对流天气。

2019/2020年冬季，除了东北地区以外，全国其余大部分地区气温季节内波动不明显。从冬季我国气温的逐月距平图可见，青藏高原持续3个月气温偏低，东北气温在2019年12月偏低(图 2a)，而在2020年1月和2月持续偏高，全国其余大部分地区整体呈现出持续偏暖特征(图 2b和图 2c)。此外，1月气温异常的空间分布特征与2月相似。从全国平均气温逐日演变看，季内除2019年12月上旬和2020年2月中旬后期气温偏低外，其余大部分时间气温普遍偏高，其中2020年2月下旬气温偏高3.55℃。东北地区平均气温逐日演变与全国平均略有差异，东北地区在2019年12月1—7日、12月18日至2020年1月1日期间大部分时间、2月3—8日气温较常年同期偏低，其余大部分时间偏高。

2019年冬季，全国平均降水量为54.7 mm，较常年同期(41.2 mm)偏多33%，为1961年以来历史同期第五多(图 3a)。从空间分布来看，除东北地区北部、西北地区东部部分地区、新疆中西部、西藏西部、福建东南部等地降水较常年同期偏少外，我国其余大部地区降水偏多，其中内蒙古中部、东北地区中西部、华北东部和西南部、黄淮等地偏多1倍以上(图 3b)。

华北地区冬季降水量达23.0 mm，较常年同期偏多1.2倍，为历史同期次多(仅少于1989/1990年冬季)。北京冬季降水量达38.0 mm，较常年同期偏多3.4倍，为历史同期最多。2020年2月13—14日的降雨(雪)过程中，华北地区共有28个站日降水量超过当地冬季单日降水量的历史极值。

冬季降水存在明显的季节内变化。2019年12月，降水异常偏多主要在我国东北部地区，内蒙古、华北北部和东部、东北中南部、东部沿海地区、江南及高原东部降水明显偏多，其中内蒙古大部、东北大部偏多2倍以上，其余地区降水偏少(图 4a)；2020年1月，降水偏多范围最大，除了新疆西部和南部、东北、华南南部等地降水偏少以外，全国其余大部分地区降水异常偏多，其中西北地区东部、西南地区西南部、华北西部、黄淮、江汉和江淮等地偏多2倍以上(图 4b)；2月，降水大体呈西北大部偏少、全国其余大部地区偏多的分布特征，其中内蒙古东部、华北东部和东北大部偏多2倍以上(图 4c)。

从东北地区(黑龙江、吉林和辽宁)和华北地区(山西、河北、北京、天津、河南、山东)冬季逐日平均降水量变化来看，两个地区降雪过程频繁，其中华北地区有四次较强的降雪过程，分别发生在2019年12月15—16日、2020年1月5—7日、2月14—15日和24—28日；东北地区也有四次较强的降雪过程，分别发生在2019年12月16—17日、29—30日、2020年2月14—16日和21—22日(图 4d)。

3 2019/2020年冬季北半球大气环流异常特征 3.1 北半球大尺度环流

2019/2020年冬季，在北半球500 hPa高度场上，中高纬度槽脊幅度较小，两个浅槽分别位于西北太平洋和北大西洋上空(图 5a)。距平场上，极地至高纬度(60°~90°N)以负高度距平为主，60°N以南为正高度距平，东亚地区的正高度距平中心位于朝鲜半岛至日本岛一带，表明北半球极涡收缩于极地、强度偏强，东亚槽强度明显偏弱，欧亚中高纬以纬向环流为主，不利于极地和高纬冷空气南下影响我国。西太副高强度异常偏强(1961年以来历史第三，仅次于1997/1998、2015/2016年冬季)、西伸脊点偏西(西伸脊点为90°E，和1997/1998、2015/2016年冬季并列历史第一)、脊线偏北(脊线位于16.9°N，较常年同期偏北1.2°N，为1961年以来历史第六)。

东亚850 hPa风场距平显示，40°N以北的中高纬地区、我国东部均为南风距平，我国东部地区至日本岛受反气旋距平环流控制，反气旋距平中心位于日本海，我国东部地区的南风距平异常偏强，有利于南海和西北太平洋的水汽向我国东部地区输送(图 5b)。从国家气候中心印缅槽强度的逐日监测和季节平均监测结果(图略)可见，冬季印缅槽强度接近常年同期，但季节内阶段性异常活跃，为我国西南地区提供了充足的水汽。

从冬季季节内逐月环流演变来看，副热带地区环流季节内变化不大，西太副高持续偏强、偏西、偏北；而欧亚中高纬地区环流季节内变化则较明显。2019年12月(图 6a)，北极500 hPa高度场为显著的正异常，欧亚中高纬呈“西高东低”的分布，乌拉尔山至贝加尔湖西部高度场为显著的正异常，贝加尔湖经内蒙古东部至鄂霍次克海高度场为负异常，西北太平洋至朝鲜半岛高度场为显著的正异常，东亚槽偏弱。这种环流型在贝加尔湖至我国东北地区的经向度较大，有利于东路冷空气阶段性活跃，影响我国东北地区，使得内蒙古东部及东北大部气温偏低。从850 hPa风场距平图(图 6d)可见，菲律宾为气旋环流，我国东部江南以北地区至日本岛处于反气旋式异常环流控制之下，我国东部地区主要受南风距平的影响，有利于水汽向我国北方地区输送，导致我国东部沿海地区、华北和东北等地降水异常偏多。

2020年1月(图 6b)，北半球极地和中高纬环流形势发生了明显的调整，北极500 hPa高度场转为显著的负异常，欧亚呈“+-+”的分布，西欧和贝加尔湖以东地区为正高度距平，乌拉尔山至我国新疆、青藏高原为负高度距平，我国中东部地区为正高度距平。欧亚中高纬调整为以平直的纬向型环流为主，冷空气活动较弱，有利于我国除了青藏高原以外的大部分地区气温偏高。低层风场也有明显的调整。阿拉伯海至孟加拉湾为西风距平，菲律宾反气旋加强，我国长江以南为西南风距平，东北地区上空为显著的反气旋距平，长江以北地区为显著的东南风距平，有利于水汽在我国中东部地区辐合(图 6e)，导致我国中东部大部地区降水异常偏多。

2月(图 6c)，北极500 hPa高度场维持负异常，欧亚中高纬转为明显的“西低东高”的分布，欧洲至乌拉尔山为负距平，乌拉尔山以东至西北太平洋为大范围显著的正高度距平，我国受正高度距平的控制，大部分地区气温异常偏高。西北太平洋为大范围的反气旋距平环流，中心位于日本岛，我国东北地区为南风距平，中东部大部地区为西南风距平(图 6f)，有利于印度洋西南水汽和西北太平洋水汽沿着反气旋向我国中东部地区输送，导致我国西南地区和中东部大范围降水异常偏多。

3.2 东亚冬季风活动特征及影响

2004年冬季以来，东亚冬季风整体处于偏强的年代际背景下，西伯利亚高压的年代际特征整体也以偏强为主，且偏强的年份异常程度较为显著，偏弱的年份异常程度较弱。但2019年冬季二者均偏弱，东亚冬季风标准化指数为-0.24，较常年同期偏弱，西伯利亚高压标准化指数为-1.04，较常年同期异常偏弱(图 7)。

从2019/2020年冬季东亚冬季风强度(图 8a)、西伯利亚高压强度(图 8b)逐候实况监测及全国逐候气温距平图(图略)可见，三者在季节内表现出不完全一致的阶段性演变特征。2019年12月前4候东亚冬季风和西伯利亚高压异常变化一致，而后2候东亚冬季风异常偏强，西伯利亚高压则异常偏弱。结合12月全国逐候气温距平可见，12月第4候和第5候我国内蒙古东部、华北北部、东北地区和青藏高原气温偏低，全国其余大部分地区气温异常偏高，即东亚冬季风偏强主要影响到了我国东北部地区。2020年1月，东亚冬季风月内波动大，第2候和第3候异常偏强，其余各侯异常偏弱，西伯利亚高压第2候略偏强，其余各候强度明显偏弱，全国绝大部分地区逐候气温均偏暖，表明冬季风第2候和第3候异常偏强对我国气温的影响并不显著，气温回升迅速；2020年2月，东亚冬季风和西伯利亚高压逐候变化一致，第1、第3和第4候偏强，而第2、第5和第6候偏弱，月内全国平均气温总体偏高，仅上旬前期内蒙古东部和东北地区异常偏低，中旬中期内蒙古中西部和西北地区气温偏低，即东亚冬季风阶段性偏强主要影响到了我国北方地区。

除了东亚冬季风异常以外，AO的异常对我国北方(尤其是内蒙古东部和东北地区)气温也有重要的影响(陈文和康丽华，2006；康丽华等，2009；陈文等，2013a)。2019年冬季AO标准化指数为1.77，为1961年以来历史第二高值，仅仅次于1988年(2.45)，即AO为异常偏强的正位相(图 9)。季节内，除了2019年12月15—28日为弱的负位相以外，其余大部分时间维持正位相(图 10)。结合图 2d可见，12月AO负位相期间，我国东北地区气温也整体偏低。

4 2019/2020年东亚冬季风异常的可能原因 4.1 海温对东亚冬季风的影响

海陆热力差异是季风形成的重要原因，因此海洋或陆地热力状况的改变往往会引起季风的异常。ENSO作为年际尺度上热带海气系统的最强信号，对东亚冬季风有重要的影响(李崇银和穆明权，2000；陈文，2002)。2019年7月弱的中部型El Ni o事件结束，8月之后赤道中太平洋暖海温维持。从2019/2020年冬季全球海温距平场空间分布可见，赤道太平洋为大范围的正距平，中心位于日界线附近，中心强度大于1℃(图 11)。从Ni o3.4指数和EMI指数的逐月演变可见，2019年10月至2020年1月，Ni o3.4指数均大于0.5℃，2月为0.37℃；2019年7—11月，EMI指数均大于0.5℃，冬季三个月减小(图 12)。研究表明，在El Ni o(La Ni a)盛期冬季东亚冬季风往往偏弱(偏强)，这一影响主要是通过ENSO在对流层低层激发西北太平洋反气旋(气旋)和南风(北风)异常来实现的(Zhang et al, 1996; Wang et al, 2000；陈文，2002)。2019年12月，南海至菲律宾上空表现为气旋式环流异常，中国东部至西北太平洋大范围地区为反气旋环流异常，中心位于日本岛，东亚沿岸为南风异常，有利于东亚冬季风偏弱(图 6d)；2020年1月，南海至菲律宾上空表现为反气旋式环流异常，副热带环流形势对类中部型El Ni o型海温响应明显，西太副高异常偏强、偏西、略偏北；同时东亚中高纬受反气旋式异常环流控制，东亚地区以南风异常为主(图 6e)。2020年2月，南海至菲律宾上空为较强的东风距平，副热带西北太平洋反气旋范围较大、位置偏北，中国东部受反气旋式环流影响，为异常偏强的南风距平。与东部型El Ni o年不同的是，中部型El Ni o年菲律宾反气旋位置相对偏北，对应的中层西太副高位置也偏北。2019年冬季副高也符合这一特征，冬季三个月西太副高脊线距平分别为1.5°N、0.4°N和1.5°N。西太副高异常偏强、偏西和偏北，导致东亚地区受南风距平控制，进而削弱了东亚冬季风的强度。

4.2 北极极涡和北极涛动对中高纬环流的影响

2019/2020年冬季欧亚中高纬环流异常的一个显著特征是隆冬和后冬(2020年1—2月)乌拉尔山为负高度距平，AO长时间维持正位相。研究表明，冬季乌拉尔山阻塞高压与AO和北半球极涡强度表现为显著的负相关关系(李崇银和顾薇，2010)，即北半球极涡偏强和AO的正位相均有利于乌拉尔山阻塞高压的偏弱。国家气候中心大气环流指数监测显示，2020年1—2月北半球极涡偏强，尤其是2月极涡异常偏强(图略)。2020年1—2月，AO维持异常偏强的正位相(图 10)。即2019/2020年隆冬和后冬北半球极涡偏强、AO持续正位相均有利于乌拉尔山阻塞高压的偏弱，欧亚中高纬度纬向环流形势维持，导致东亚冬季风偏弱。

5 结论与讨论

综合上述分析得到以下结论：

(1) 2019/2020年冬季，我国“暖湿”特征显著。全国平均气温为-2.25℃，较常年同期偏高1.09℃，为1961年以来第五高值，为暖冬年份。从气温距平的空间分布来看，气温呈现青藏高原偏低、全国其余大部地区偏高的分布，这种分布正是中国冬季气温距平EOF分解典型的第一模态的正位相特征。全国平均降水量较常年同期偏多33%，为1961年以来第五多，从空间分布来看，全国大部分地区降水异常偏多。

(2) 2019/2020年冬季，东亚冬季风强度较常年同期偏弱，西伯利亚高压明显偏弱，季内冬季风强弱转换阶段性特征显著。冬季北半球极涡收缩于极地，强度偏强，AO为异常偏强的正位相，乌拉尔山阻塞高压活动偏弱，东亚槽强度偏弱，欧亚中高纬以纬向环流为主。西伯利亚高压强度异常偏弱，东亚大部地区受南风异常的控制，东亚冬季风强度偏弱，不利于引导极地冷空气南下影响我国，导致我国大部分地区气温异常偏高；西太副高异常偏强、偏西、偏北，有利于西北太平洋水汽向我国输送，此外印缅槽阶段性活跃，有利于印度洋水汽向我国西南地区输送，导致冬季我国大部分地区降水异常偏多。

(3) 2019年7月弱的中部型El Ni o事件结束，8月之后赤道中太平洋仍维持暖海温，2019年10月至2020年1月，Ni o3.4指数均大于0.5℃。类中部型El Ni o的海温异常有利于激发西北太平洋反气旋，且位置偏北，进而抑制了东亚冬季风的发展和南下；此外，冬季北半球极涡收缩于极地，强度偏强，AO持续正位相，均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展，且东亚大槽偏弱，共同导致东亚地区以纬向环流为主。

研究表明，秋冬季北极海冰密集度异常是冬季西伯利亚高压异常的重要因子(武炳义等，1999；武炳义，2018)。9月巴伦支海—喀拉海区域平均的海冰密集度与冬季西伯利亚高压呈显著负相关(图 13，扣除线性趋势后二者相关系数为-0.51)。武炳义和杨琨(2016)进一步分析指出，前期夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰，而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要的调节作用。2019年夏季北极大气低层表现为反气旋式环流异常，上空对流层中、低层的气温异常偏高，均有利于加强海冰对冬季大气环流变率的负反馈。因此，导致了9月北极海冰异常偏少(历史排位倒数第三，仅次于2012年和2007年；去除线性趋势后仍为负距平)。但巴伦支海—喀拉海关键区区域平均的海冰密集度去除线性趋势后接近常年，冬季西伯利亚高压却异常偏弱。即2019/2020冬季西伯利亚高压异常偏弱似乎不是巴伦支海—喀拉海关键区海冰影响所致，那么西伯利亚高压异常偏弱的原因是什么？此外，极涡、AO的异常受什么影响？极地和中高纬环流的异常及其物理机制，涉及到极地和中高纬陆气相互作用、大气内部相互作用等复杂的过程，还需要进一步深入分析。