引言

我国处于东亚季风区，东亚冬季风是北半球冬季最为活跃的环流系统之一。我国冬季气候异常受到东亚冬季风系统的强烈影响，强东亚冬季风不仅给东亚带来寒潮低温冷害、冰冻雨雪等灾害性天气，也与中国北方春季沙尘天气、夏季的洪涝灾害天气存在一定关系，甚至会对全球气候产生重要影响^[1-8]。

2011/2012年冬季(2011年12月至2012年2月)，国家气候中心监测表明我国大部气温异常偏低，全国平均气温为-4.8℃, 比常年同期偏低1.0℃，为近27年来最低。在此背景下出现了多种不同的天气气候事件，主要为南方发生大范围持续低温阴雨(雪)天气；东北及内蒙古等部分地区出现阶段性极端低温；新疆、青海、甘肃、浙江、湖南、西藏等地遭受雪灾；东北地区持续干冷天气，降水量、降水日数异常偏少。这些现象，使得我国2011/2012年冬季主要表现为以低温、冷害频发为主的突出特征。那么上述事件的出现，与冬季风活动有着怎样的联系? 2011/2012年冬季风环流背景是否反映了冬季风活动的主要特征？此外，去年秋季以来始终持续的La Nina事件是否影响了冬季风异常，进而导致我国冬季气温的异常偏低？本文将针对上述问题加以分析，并试图给出初步的解释。

1 资料和方法

本文使用的主要资料包括：国家气象信息中心提供的1951年以来的中国673站温度资料。1948年以来的NCEP再分析资料和美国NOAA提供的ERSST v3月平均海温资料^[9-10]。此外，为了分析影响我国冬季气温及东亚冬季风强度的可能原因，还使用了线性相关分析方法。此外，本文还计算了东亚冬季风指数^[11]和东亚急流指数^[12]，具体定义如下。

东亚冬季风指数定义为：

$ \begin{array}{l} {I_{{\rm{EAWM}}}} = {U_{500}}\left( {{{25}^ \circ } \sim {{35}^ \circ }{\rm{N, }}{{80}^ \circ } \sim {{120}^ \circ }{\rm{E}}} \right) - \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{U_{500}}\left( {{{50}^ \circ } \sim {{60}^ \circ }{\rm{N, }}{{80}^ \circ } \sim {{120}^ \circ }{\rm{E}}} \right) \end{array} $

东亚急流指数定义为：

$ {I_{{\rm{EAJS}}}} = {U_{200}}\left( {{{30}^ \circ } \sim {{35}^ \circ }{\rm{N, 13}}{0^ \circ } \sim {{160}^ \circ }{\rm{E}}} \right) $

2 2011/2012年我国冬季气温及极端特征 2.1 2011/2012年冬季气温异常特征

2011/2012年冬季，全国平均气温为-4.8℃(图 1)，较常年同期(-3.8℃)偏低1.0℃，为1986年以来最低值。与常年同期相比，除青藏高原大部和云南气温偏高，其中西藏中北部、青海南部、云南中北部和四川西部局部偏高1~2℃外(图 2)，全国其余地区气温普遍偏低，其中东北地区、华北北部、西北大部、西南地区东部、华中、华南和华东地区西部偏低1℃以上，内蒙古局部地区偏低超过4℃。

2.2 2011/2012年冬季极端低温特征

2011/2012年冬季，我国还出现了极端低温和极端连续无降水日数事件。其中，全国共41站出现极端低温事件，主要分布在新疆、西藏、甘肃、陕西、山西、内蒙古和湖南等省(区)，其中内蒙古满洲里(-44.9℃)、新疆轮台(-25.6℃)、西藏贡嘎(-17.0℃)、陕西宁陕(-16.9℃)4站日最低气温突破历史极值(图 3)。

3 2011/2012年冬季大尺度环流及海温异常特征 3.1 大尺度环流特征

在分析2011/2012年冬季我国大范围气温偏低产生的可能原因以前，我们首先分析了冬季大尺度环流的特征。图 4a和4b给出了对流层500和1000 hPa高度距平场的特征。在500 hPa，北半球欧亚中高纬地区，自北大西洋沿副极地波导，西向东维持着一支呈现“+-+-”异常分布的波列。受此异常波列的影响，大西洋地区、乌拉尔山及西伯利亚地区高度场异常偏高，东亚大槽明显偏深。这样的环流形势，有利于来自中高纬地区的冷空气南下影响东亚东部地区^[5-6]。在对流层低层1000 hPa, 在欧亚地区环流异常的结构与500 hPa高层十分类似，反映了冬季平均异常环流具有明显的相当正压结构、稳定性强的特点。

分析冬季850 hPa风场异常的特征，发现我国东部地区始终处于来自西伯利亚地区南下的异常偏北风的控制下，表明我国东部地区大部受到来自中高纬度地区冷平流的影响(图 5)。此外，东亚冬季风指数^[9](即I_EAWM)的计算结果也表明，2011/2012年为异常偏强的冬季风年，其强度指数可达2.5个标准差(图 6)。

3.2 全球海温异常分布特征

图 7给出2011/2012年冬季海表温度异常的分布状况。可以看出，赤道中东太平洋大部为低于-0.5℃的负海表距平所控制。并且，从冷海温中心的位置看，其中心位于日界线附近地区，表现为中部型La Nina事件的部分特征。

4 东亚季风偏强的可能原因

有研究指出, 东亚冬季风活动主要与海陆纬向热力差异的变化有关，并且东亚冬季风活动与西伯利亚冷高压和阿留申低压等有密切联系。当西伯利亚高压前沿的强东北气流向南入侵时, 就会出现大规模的寒潮爆发和冷涌过程，造成中国东部地面气温的异常偏低^{[3, 6]}。图 8给出了1951—2010年间东亚冬季风指数和我国地面气温的相关分布。从中不难发现，当东亚季风异常偏强时，我国东部大部分地区气温异常偏低，这一特征与2011/2012年冬季气温异常的分布特征基本一致。

此外，进一步计算东亚冬季风指数与H₅₀₀及H₁₀₀₀的相关分布后表明：当东亚季风偏强时，在对流层中高层500 hPa, 自乌拉尔山地区至西伯利亚地区上空高度场异常偏高，东亚大槽异常偏深；而在对流层低层1000 hPa，西伯利亚高压则表现出异常偏强的特点(图 9)。上述特征与今年冬季高低空环流的特征十分相似，反映出有利于欧亚中高纬冷空气频繁南下的环流特点。

前期研究结果表明^[11-14]，在影响东亚冬季风强度的诸多因素中，La Nina可能是一个重要的因素。国家气候中心的监测表明(见图 7)，2011/2012年冬季，赤道中东太平洋地区基本维持La Nina状态，其冷海温异常中心强度可达-1℃以上。那么，La Nina事件如何影响东亚冬季风异常偏强呢？鉴于本次La Nina事件在冬季成熟期时，最大冷中心出现在赤道中太平洋Nino 3.4区附近的特点。本文首先计算了Nino 3.4区海温指数与1000 hPa高度场的相关分布。从图 10a中不难发现，当La Nina事件出现时，北太平洋地区气压异常偏低，而东亚大陆西伯利亚地区上空气压异常偏高。这样“大陆高海洋低”的纬向气压梯度，显然也有利于东亚大陆异常北风的出现。此外，我们进一步计算Nino 3.4海温指数与200 hPa纬向风的相关分布后表明，La Nina事件的出现有利于东亚急流偏强(图 10b)，而偏强的东亚急流则会造成东亚大槽异常偏深(图 11)，有利于引导冷空气的频繁南下，从而造成我国东部地区气温异常偏低。

5 小结

(1) 2011/2012年冬季，我国气候主要气温异常偏低：全国平均气温-4.8℃，较常年同期(-3.8℃)偏低1.0℃，为1986年以来最低值；此外，内蒙古、新疆、西藏和陕西一些地区日最低气温突破历史极值。

(2) 2011/2012年东亚冬季风异常偏强是造成气温大范围异常偏低的一个主要原因。2011/2012年强冬季风系统对应的典型高低空环流特征表现为:对流层低层西伯利亚地区为异常冷高压控制，在对流层中高层从乌拉尔山到贝加尔湖地区上空阻塞异常偏强，东亚大槽异常偏深。

(3) 2011/2012年冬季，赤道中东太平洋地区出现La Nina事件，可能是造成上述环流异常的原因之一。