引言

东亚冬季风是东亚季风系统的重要组成部分，其活动不仅对我国和东亚地区冬季天气气候特征具有重要影响，且通过大气遥相关等影响热带和热带外地区大尺度环流特征。研究表明，东亚冬季风强度与我国大部分地区冬季气温呈显著负相关，当东亚冬季风强度偏弱时，有利于我国出现暖冬，同时，东亚冬季风的发展演变也在一定程度上影响我国春季和夏季天气气候(Chang et al, 1982; 郭其蕴, 1994; 高辉, 2007; 孙丞虎等, 2012)。因此，有必要了解东亚冬季风的强度特征和发展变化情况。

2014/2015年冬季，东亚冬季风强度较常年同期略偏弱，这是在2007/2008年冬季至2012/2013年冬季连续6年强度偏强后，连续2年季风强度转弱。而2013/2014年冬季以来，东亚冬季风突然由强转弱。与之相对应，我国冬季平均气温-2.3℃，较常年同期(-3.4℃)偏高1.1℃，是1961年以来第四高年，继2013/2014年冬季连续2年出现暖冬(司东等, 2014)。季内，冬季风强弱转换阶段性特征明显，初冬强度偏强，隆冬和后冬转为偏弱。相应的，我国气温变化呈现初冬冷、隆冬和后冬暖特征，2014年12月，我国出现多次明显的冷空气过程，北方多地出现极端日降温事件，内蒙古、吉林两省(区)共有11站日降温幅度突破历史极值，东北局地遭受雪灾；而在2015年1和2月，全国平均气温较常年同期分别偏高1.9℃和1.5℃，全国出现4次大范围雾-霾过程(饶晓琴等, 2015; 尹姗等, 2015; 宫宇等, 2015)。由此可见，东亚冬季风强度变化与我国冬季天气气候异常有密切的联系，那么，影响东亚冬季风系统的主要外强迫因子是什么？造成东亚冬季风强度季内变化的原因又是什么？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2286站温度资料；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NCEP/NCAR再分析数据集(Kalnay et al, 1996)；美国国家海洋和大气管理局(NOAA)提供的ERSST V3海温数据集(Smith et al, 2008)。本文使用的气候平均值为1981—2010年。

为表征东亚冬季风活动特征，本文还计算东亚冬季风强度指数(朱艳峰, 2008)和西伯利亚高压强度指数，具体定义为：

东亚冬季风(East Asian Winter Monsoon, EAWM)强度指数(I_EAWM)：

$ \begin{align} & {{\mathit{I}}_{\rm{EAWM}}}=\mathit{U}\rm{500}\left(25{}^\circ \sim 35{}^\circ \rm{N、}80{}^\circ \sim 120{}^\circ \rm{E} \right)- \\ & \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \mathit{U}\rm{500}\left(50{}^\circ \sim 60{}^\circ \rm{N、}80{}^\circ \sim 120{}^\circ \rm{E} \right) \\ \end{align} $

西伯利亚高压(Siberian High, SH)强度指数(I_SH)：

$ {{\mathit{I}}_{\rm{SH}}}=SLP\left(40{}^\circ \sim 60{}^\circ \rm{N、}80{}^\circ \sim 120{}^\circ \rm{E} \right) $

2 2014/2015年冬季东亚冬季风活动及其影响 2.1 东亚冬季风活动特征

从东亚冬季风强度演变的年代际特征上看，目前东亚冬季风处于偏强时期，2007/2008年冬季至2012/2013年冬季连续6年强度偏强。而2013/2014年冬季以来，东亚冬季风突然由强转弱，2014/2015年冬季，I_EAWM为-0.22，较常年同期略偏弱(图 1)。季内，冬季风强度变化显著，初冬强度偏强，而隆冬和后冬主要表现为强度偏弱(图 2)。

西伯利亚高压强度表现为与东亚冬季风一致的年代际变化特征，目前同样处于偏强的年代际背景下，但2014/2015年冬季，其强度指数为-0.58，与东亚冬季风连续2年强度偏弱一致(图 3)。逐日监测表明，西伯利亚高压基本表现出与冬季风一致的季内变化特征，前冬强度偏强，之后主要表现为强度偏弱，但在1月下旬至2月上旬出现一次阶段性强度增强(图 4)。

2.2 我国冬季气温异常特征

受东亚冬季风强度和西伯利亚高压强度整体偏弱影响，2014/2015年冬季，全国平均气温-2.3℃，较常年同期(-3.4℃)偏高1.1℃，是1961年以来第四高年，与2002年并列，仅次于1999、2007和2009年(图 5)。除西藏西部局部、青海南部局部及海南南部等地气温偏低0.5~2℃外，全国其余大部分地区气温接近常年或偏高，其中内蒙古、华北东部、黄淮、华中、新疆北部、青海中东部等地偏高1~2℃，局部地区偏高2℃以上(图 6)。季内，与冬季风强度变化相对应，我国气温阶段性变化显著，初冬冷、隆冬和后冬暖(图 7)。12月1—20日，全国气温大部偏低，全国平均气温-3.5℃，较常年同期偏低1.0℃。12月下旬以来，气温发生明显转折，全国大部分地区气温明显偏高(图 8)。2015年1月全国平均气温较常年偏高达1.9℃，是1961年来最高；2月平均气温继续维持偏高特征，但较前期程度有所降低，达1.5℃(图略)。

2.3 我国极端事件特征

2014/2015年冬季，共有14次冷空气过程影响我国，较常年同期(11次)偏多3次。全国共有149站发生极端日降温事件，主要分布在东北、华北、江淮、西北东部及西南西部等地，其中26站的日降温幅度突破历史纪录(图 9)。全国共64站发生极端连续降温事件，主要分布于东北、华北东部、西南地区西南部及青藏高原等地，其中11站的连续降温幅度达到或突破历史极值(图 10)。

3 东亚冬季风偏弱的可能原因 3.1 北极海冰

研究表明，前期北极海冰的多少会直接影响北极地区冬季的热力状况，并通过大气的正、负反馈作用影响中低纬大气环流(Honda et al, 1999; 2009;Alexander et al, 2004; Screen et al, 2010; Kumar et al, 2010)。当北极海冰范围偏大时，不利于欧亚地区中高纬异常阻塞环流的建立，进而造成欧亚中高纬西风环流相对平直，不利于西伯利亚高压的偏强(Wu et al, 2011)。王东阡等(2013)和司东等(2014)的研究也发现，9月北极海冰范围与冬季欧洲东部到西伯利亚地区的海平面气压(sea level pressure, SLP)为显著的负相关关系，2012年9月海冰范围的偏小和2013年9月海冰范围的偏大(去线性趋势)是导致2012/2013年冬季风强度偏强和2013/2014年冬季风偏弱的重要原因之一。去除线性趋势的9月海冰范围年际变化与东亚冬季风强度同样呈显著的负相关关系，相关系数为-0.42。2014年9月，北极海冰范围与2013年9月基本持平，均较常年同期偏大(图 11)，前期偏大的北极海冰有利于加大极区与欧亚大陆中纬度地区的温度梯度，进而导致副热带西风急流偏强和东亚冬季风偏弱。

3.2 太平洋海温

2014年1月，太平洋十年振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)由负位相转为正位相；5月以来，赤道中东太平洋海温迅速上升导致ENSO中性状态结束并进入暖水状态；至10月，Nino Z区海表温度距平指数连续6个月达到或超过0.5℃，达到厄尔尼诺(El Niño)事件标准，一次新的El Niño事件形成。进入2014/2015年冬季以来，PDO正位相显著发展加强，而赤道东太平洋海表面温度距平有所下降，赤道中太平洋地区海温距平持续上升，El Niño事件由东部型向中部型发展。

前人研究表明，东亚冬季风的年际变化与ENSO循环呈显著的反向变化关系，在El Niño年冬季，东亚大槽强度较常年同期偏弱，不利于强冷空气南下，东亚冬季风强度偏弱；而拉尼娜(La Ni a)年冬季则正好相反，东亚大槽强度偏强，有利于寒潮等强冷空气南下，东亚冬季风偏强(Li, 1990; Webster et al, 1992; 陶诗言等, 1998; Chen et al, 2000; Lau et al, 2000; Wang et al, 2012; 王会军等, 2013; 伍红雨等, 2014)。而PDO作为影响太平洋及其周边地区气候年代际变化的强信号(Mantua et al, 1997; Zhang et al, 1997; 卢楚翰等, 2013)，其位相的演变对ENSO与东亚冬季风的关系有显著的调制作用。对比PDO暖位相与冷位相背景下El Niño事件持续期冬季850 hPa风场距平可以发现(图 12)，当PDO位于暖位相时(图 12a)，受赤道太平洋暖海温强迫，赤道中太平洋地区对流活动旺盛，沃克环流(Walker circulation)减弱，距平反沃克环流的下沉支位于菲律宾海附近，850 hPa高度上菲律宾以东地区为反气旋控制，其西北侧的偏南气流与南支槽前西南气流汇合，偏南风距平控制我国东部及东部沿海大部分地区。而当PDO位于冷位相时(图 12b)，偏南风气流仅控制我国南海和华南沿海地区，我国东部大部分尤其是长江以北地区为北风距平控制，对应冬季风偏强和冬季气温偏低。上述分析表明，El Niño事件对东亚冬季风的影响在一定程度上受到PDO位相的调制，当PDO暖位相和El Niño事件协同作用时，东亚地区大气环流对El Niño事件的响应更加显著，这一结论与Minobe等(1999)和Kim等(2014)的研究结果一致。

上文分析显示，PDO正位相和El Niño事件作为相对持续和稳定的外强迫因子，有利于东亚冬季风强度持续偏弱。事实上，2014/2015年冬季东亚冬季风强度整体偏弱，但存在显著的季节内变化，在前冬偏强，之后转为偏弱。进一步分析发现，东亚冬季风强度的变化与大气对中部型El Niño事件的响应有较好的对应关系。从赤道地区向外长波辐射(outgoing long-ware radiaton, OLR)时间-经度演变(图 13)可以看出，2014年12月20日之前，赤道中太平洋140°E~180°区域对流活动不旺盛，表明热带大气尚未对赤道中太平洋暖海温充分响应，12月下旬之后，这一区域对流活动逐步发展加强，而在120°E以西区域对流活动受到抑制。与之相对应，在5°~20°N平均的纬向环流距平逐月演变上也可以看出，12月，下沉气流控制140°E以东地区，140°E以西地区为上升气流控制(图 14a)，同时，南升北降的经向环流控制我国东部及东部沿海地区，对流层中低层为北风距平控制，东亚冬季风强度偏强(图 14d)。1月，受赤道中西太平洋对流活动增强影响，140°E以东地区下沉气流转为上升气流，140°E以西地区下沉气流减弱，表明热带大气已开始响应中部型El Niño强迫(图 14b)。至2月，东升西降的反沃克环流在低纬地区建立(图 14c)，在我国东部及东部沿海地区，南降北升的异常经向环流发展(图 14f)，南风距平控制对流层中低层，东亚冬季风表现为强度偏弱。

值得补充的是，东亚冬季风作为东亚地区冬季重要的环流系统，其强度的季节内变化并不只受低纬系统影响，2014/2015年冬季北极涛动(Arctic Oscillation, AO)正位相的发展加强(图略)也是造成冬季风在隆冬和后冬转弱的重要原因之一。

4 结论

(1) 2014/2015年冬季，东亚冬季风强度较常年同期略偏弱，季内冬季风强弱转换阶段性特征明显，初冬强度偏强，隆冬和后冬转为偏弱。与之相对应，我国出现暖冬，全国大部分地区气温较常年同期偏高，全国平均气温-2.3℃，较常年同期(-3.4℃)偏高1.1℃。季内，我国气温阶段性变化显著，初冬冷、隆冬和后冬暖。

(2) 冬季风强度偏弱与2014年9月北极海冰范围偏大(去线性趋势)有关，前期北极海冰偏大不利于西伯利亚高压偏强，进而导致冬季风偏弱和冬季气温偏高。中部型El Niño和PDO暖位相的配合是造成冬季风强度偏弱的另一个重要外强迫。PDO位相在El Niño事件对东亚冬季风的影响中起调制作用，赤道中太平洋暖海温有利于偏南风距平控制我国东部及东部沿海地区，东亚冬季风强度偏弱，而当PDO暖位相和El Niño事件协同作用时，东亚地区大气环流对El Niño事件的响应更加显著。

(3) 冬季风强度的季内变化可能与大气对中部型El Niño事件的响应过程有关。2014年12月，赤道中太平洋140°E~180°区域对流活动不旺盛，表明热带大气尚未对赤道中太平洋暖海温充分响应，偏北风距平控制我国东部及东部沿海地区，冬季风强度偏强；进入2015年后，140°E~180°区域对流活动发展，东升西降的反沃克环流在低纬地区建立，在我国东部及东部沿海地区，南降北升的异常经向环流发展，南风距平控制对流层中低层，冬季风转为强度偏弱。