劉 艷，鄭育琳，陳 穎*

（1.新疆氣候中心，新疆 烏魯木齊830002；2.新疆氣象臺(tái)，新疆 烏魯木齊830002）

全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)，近百年來(lái)氣候變暖以冬季增暖最為顯著[1-2]，極端低溫事件也在不斷增多[3-5]。當(dāng)前，關(guān)于我國(guó)冬季氣溫及其影響因子的研究，前人已經(jīng)做了大量的工作[6-12]，但以往的研究多注重于整個(gè)冬季平均氣溫的異常，然而對(duì)整個(gè)冬季進(jìn)行平均的方法在預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中還具有一定的局限性。

目前，我國(guó)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)異常已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)。孫健[13]研究了我國(guó)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化的時(shí)空演變特征及其大氣環(huán)流異常。研究表明我國(guó)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化存在3 個(gè)典型模態(tài)：全冬一致型，前后相反型和冷暖交替型。東亞冬季風(fēng)與我國(guó)冬季各月氣溫變化呈顯著的相關(guān)關(guān)系，其中西伯利亞高壓強(qiáng)度變化和500 hPa 緯向風(fēng)與我國(guó)冬季氣溫變化更為密切。韋瑋等[14]認(rèn)為年際變化時(shí)間尺度上我國(guó)冬季氣溫前冬到后冬主要有相同演變和相反演變兩個(gè)模態(tài)。中緯度大氣過(guò)程特別是大氣遙相關(guān)型的變化是同向和反向兩種演變模態(tài)產(chǎn)生的主要原因。東北區(qū)域也對(duì)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)演變展開(kāi)了研究，孟鑫等[15]指出，近53 a 東北地區(qū)前冬和后冬氣溫在空間上均表現(xiàn)為全區(qū)變化一致型和東北—西南反相變化的蹺蹺板型。前冬氣溫蹺蹺板型分布與同期位置偏北、強(qiáng)度較弱的類AO 分布型呈正相關(guān)關(guān)系，11月AO 可作為東北冬季氣溫的一個(gè)預(yù)測(cè)因子。

新疆地形復(fù)雜，地處歐亞大陸腹地，四面高山環(huán)抱，中部橫亙?nèi)车奶焐缴矫}將新疆分為南、北兩部分，“三山夾兩盆”的獨(dú)特地理環(huán)境使得新疆南北的氣候變化存在明顯的區(qū)域差異。北疆地區(qū)包括寒溫帶和溫帶兩個(gè)氣候帶，屬于干旱半干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境較為脆弱[3]。北疆各地冬季較長(zhǎng)，北部和西部冬季長(zhǎng)達(dá)5 個(gè)月[16]，冬季異常低溫影響當(dāng)?shù)亓止?、畜牧安全越冬，?duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)影響很大。目前針對(duì)北疆冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化的研究還相對(duì)較少，在新疆實(shí)際氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中，找出北疆地區(qū)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化關(guān)鍵影響因子及其影響機(jī)制，對(duì)提高短期氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率有至關(guān)重要作用。

本文對(duì)北疆地區(qū)冬季氣溫進(jìn)行季節(jié)內(nèi)分區(qū)，得到北疆地區(qū)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化典型模態(tài)；并進(jìn)一步分析不同模態(tài)大氣環(huán)流特征，以期得到監(jiān)測(cè)冬季氣溫變化環(huán)流因子，為新疆北部冬季季節(jié)內(nèi)短期氣候預(yù)測(cè)提供客觀的預(yù)測(cè)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

本文分析了新疆氣象信息中心提供的北疆地區(qū)37 個(gè)臺(tái)站 1961 年 11 月—2019 年 3 月月平均溫度資料。使用的大氣環(huán)流數(shù)據(jù)為美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家大氣研究中心（NCEP/NCAR）發(fā)布的水平分辨率為2.5°×2.5°的全球月平均再分析資料，該資料垂直方向上從1000 hPa 至10 hPa 共有17 個(gè)氣壓層，時(shí)段為1948 年1 月—2019 年3 月，冬季是指當(dāng)年的11 月—翌年3 月，約定1961 年冬季是指1961/1962 年冬季，1961/1962—2018/2019 年共 58個(gè)冬季。

將37 站平均氣溫作為北疆地區(qū)平均氣溫。利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）[15，17]和 North 檢驗(yàn)[18]分析北疆地區(qū)冬季氣溫變化的空間模態(tài)和年際變化特征。采用相關(guān)分析研究EOF 分解主要模態(tài)與同期500 hPa 位勢(shì)高度之間的聯(lián)系，并采用t 檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)結(jié)果的可信度。運(yùn)用合成分析方法分析冬季氣溫不同變化特征對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流異常。

2 北疆冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化特征

2.1 前后冬的確定

在分析北疆冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化特征之前，需要先對(duì)北疆前冬和后冬進(jìn)行劃分。從11 月2 候到11 月 5 候?yàn)槿攵冢?1 月 5 候到 12 月 5~6 候?yàn)榍岸? 月 1 候到 2 月底是隆冬期，2 月底到 3 月中下旬為后冬[16]。所以，以11 月—次年3 月為基礎(chǔ)來(lái)劃分北疆地區(qū)前冬和后冬。參考韋瑋[14]等的研究思路，計(jì)算近58 a 北疆地區(qū)延長(zhǎng)期冬季（11 月—次年3月）不同月份間平均氣溫的相關(guān)系數(shù)（表1），并對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)。11 月和12 月平均氣溫間的聯(lián)系很緊密，相關(guān)系數(shù)為0.351；1 月與2 月氣溫間聯(lián)系非常緊密，相關(guān)系數(shù)為0.417，均通過(guò)了99%的置信水平檢驗(yàn)。1 月、2 月與3 月氣溫間聯(lián)系也很緊密，相關(guān)系數(shù)分別為0.220、0.247，均通過(guò)90%的置信水平檢驗(yàn)。根據(jù)各月間關(guān)系的緊密程度初步將11 月和12 月看作前冬，1—3 月看作后冬。為了再次確認(rèn)以上劃分結(jié)果，計(jì)算了各月平均氣溫與2 個(gè)月平均氣溫間的相關(guān)系數(shù)。為了在區(qū)分前、后冬時(shí)保持冬季月份的連續(xù)性，因此通過(guò)對(duì)比1 月氣溫與11—12 月氣溫和2—3 月氣溫的相關(guān)系數(shù)來(lái)劃分前冬和后冬，可以看出，1 月與11—12 月氣溫間的相關(guān)系數(shù)很低，僅為0.059；與2—3 月氣溫聯(lián)系相當(dāng)緊密，相關(guān)系數(shù)為0.410，并且通過(guò)99%的置信水平檢驗(yàn)。因此，將11 月與12 月劃分為前冬，將1—3月劃分為后冬。

表1 1961—2018 年北疆冬季各月平均氣溫之間的相關(guān)系數(shù)以及與連續(xù)兩月平均氣溫之間的相關(guān)系數(shù)

2.2 北疆地區(qū)冬季氣溫變化的基本特征

圖1 給出1961—2018 年北疆地區(qū)冬季前冬和后冬氣溫距平時(shí)間序列。在年代際尺度上，北疆地區(qū)冬季氣溫從20 世紀(jì)80 年代后期開(kāi)始由冷位相進(jìn)入暖位相，與我國(guó)冬季氣溫的變化趨勢(shì)一致[13]。20 世紀(jì)80 年代后期以前，北疆冬季氣溫主要為負(fù)異常，1961—1985 年北疆冬季平均氣溫距平為 -1.31 ℃。20 世紀(jì)80 年代后期以后，北疆冬季氣溫主要為正異常，1986—2018 年北疆冬季平均氣溫距平為0.29 ℃。在年際尺度上，1961—2018 年北疆地區(qū)冬季氣溫呈現(xiàn)明顯增暖趨勢(shì)，線性趨勢(shì)為0.434 ℃/10 a。在季節(jié)內(nèi)尺度上，北疆地區(qū)冬季氣溫有的表現(xiàn)為前冬和后冬一致偏冷或偏暖，例如20 世紀(jì)60 年代后期和21 世紀(jì)前十年中期；有的則表現(xiàn)為前冬和后冬相反，前冷后暖或前暖后冷，例如20 世紀(jì)60 年代初期和21 世紀(jì)10 年代初期。

圖1 1961—2018 年北疆地區(qū)冬季前冬和后冬氣溫距平時(shí)間序列

為了了解北疆地區(qū)冬季氣溫的變化特征，對(duì)北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫不同變化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表2）。北疆冬季氣溫季節(jié)內(nèi)主要有前后距平一致、前后距平相反兩種特征。近58 a 北疆冬季氣溫距平一致變化共有27 a，所占比例為46.6%，其中一致偏冷年共16 a，一致偏暖年共11 a。一致偏暖年均出現(xiàn)在1980 年以后，均位于相對(duì)暖期。這與北疆冷暖期變化的年代際背景相一致。前后距平相反特征的年份共31 a，占比為53.4%，其中前冷后暖年共15 a，前暖后冷年共16 a。北疆冬季氣溫距平呈前后相反特征的年份大部分位于1980 年以后，這與我國(guó)冬季氣溫的變化特征大體一致[13]。在全球變暖的背景下，北疆冬季氣溫變化呈現(xiàn)出了新的變化特征，即季節(jié)內(nèi)差異。

表2 北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫變化特征

2.3 前冬和后冬氣溫EOF 分解的主要模態(tài)特征

為揭示北疆地區(qū)前冬、后冬氣溫年際變化時(shí)空特征，分別對(duì)1961—2018 年前冬和后冬氣溫（標(biāo)準(zhǔn)化后的氣溫）進(jìn)行EOF 分解，經(jīng)North 檢驗(yàn)，前冬和后冬氣溫的前兩個(gè)特征向量均為獨(dú)立模態(tài)，有實(shí)際意義，且累積方差貢獻(xiàn)分別為92.03%和90.09%，均超過(guò)90%，因此北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫都可以用前兩個(gè)特征向量解釋。

前冬和后冬EOF 展開(kāi)的第一模態(tài)（EOF1）解釋方差分別為87.24%和84.97%，其空間分布都表現(xiàn)為全區(qū)氣溫變化一致分布型（圖2a，2e），表明北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫在第一模態(tài)尺度上主要受大尺度天氣系統(tǒng)影響。前冬和后冬第一模態(tài)北疆所有地區(qū)均為正值所覆蓋，所有地區(qū)都通過(guò)了99%的置信水平檢驗(yàn)。前冬第一模態(tài)氣溫變化敏感區(qū)域（荷載向量最大值區(qū)）位于塔城地區(qū)和博州東部。后冬第一模態(tài)氣溫變化敏感區(qū)域位于北疆沿天山一帶，大值中心位于烏魯木齊。前冬和后冬氣溫第一模態(tài)對(duì)應(yīng)時(shí)間序列（PC1）既表現(xiàn)出年際振蕩也表現(xiàn)出年代際變化（圖 2b，2f）：20 世紀(jì) 60—90 年代初以負(fù)位相為主，20 世紀(jì)90 年代初到21 世紀(jì)初以正位相為主，說(shuō)明在20 世紀(jì)60—90 年代初，北疆地區(qū)冬季處于相對(duì)冷期；20 世紀(jì)90 年代初到21 世紀(jì)初處于相對(duì)暖期。后冬雖未轉(zhuǎn)為負(fù)位相，但從其變化趨勢(shì)看，有增暖減緩趨勢(shì)，與東北地區(qū)[15]一致，這與丁一匯等[19]的研究結(jié)果“我國(guó)冬季氣溫經(jīng)歷了相對(duì)冷期—相對(duì)暖期—變暖停頓期”基本吻合?？梢钥闯霰苯貐^(qū)氣候變化是全球氣候變化的區(qū)域響應(yīng)結(jié)果。

前冬和后冬EOF 展開(kāi)的第二模態(tài)（EOF2）解釋方差分別為4.79%和5.12%，空間分布都表現(xiàn)為偏西偏北地區(qū)與中東部反相變化型（圖2c，2g）。北疆沿天山一帶為大范圍正值區(qū)，阿勒泰地區(qū)北部、塔城地區(qū)北部和伊犁河谷地區(qū)為負(fù)值區(qū)。前冬第二模態(tài)僅有昌吉州西部和北疆西部的伊犁州通過(guò)了90%的置信水平檢驗(yàn)，正值中心位于昌吉州西部，負(fù)值中心位于北疆西部的伊犁州。后冬第二模態(tài)僅塔城地區(qū)北部、克拉瑪依市、石河子市、博州東部和伊犁州通過(guò)了90%的置信水平檢驗(yàn)，負(fù)值中心位于伊犁州和塔城地區(qū)北部，正值中心位于克拉瑪依市和石河子市一帶。與PC1 相比，PC2 年代際變化更加顯著。前冬PC2 在20 世紀(jì)70 年代以前以正位相為主，20世紀(jì)70 年代—21 世紀(jì)前十年以負(fù)位相為主，21 世紀(jì)前十年以后以正位相為主（圖2d）；后冬PC2 在20 世紀(jì)90 年代以前以正位相為主，90 年代以后以負(fù)位相為主（圖2h），說(shuō)明在90 年代以后北疆地區(qū)后冬第二模態(tài)負(fù)位相的分布越來(lái)越多。

圖2 1961—2018 年北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫標(biāo)準(zhǔn)化EOF 分解的第一模態(tài)和第二模態(tài)的空間分布及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列

進(jìn)一步計(jì)算了前冬和后冬2 個(gè)EOF1 間和2 個(gè)EOF2 間時(shí)間序列的線性相關(guān)關(guān)系，對(duì)于1961—2018 年而言，其相關(guān)系數(shù)分別為0.12 和0.26，EOF2間的相關(guān)系數(shù)通過(guò)95%的置信水平檢驗(yàn)。一方面這一結(jié)果表明前冬和后冬氣溫2 個(gè)模態(tài)間存在統(tǒng)計(jì)上的一致性變化，即：若前冬出現(xiàn)北疆地區(qū)整體偏暖（冷）或西冷（暖）東暖（冷）的氣溫異常，后冬就可能出現(xiàn)類似的氣溫異常，但這2 個(gè)相關(guān)系數(shù)的數(shù)值較低，因此若前冬出現(xiàn)北疆地區(qū)整體偏暖（冷）的氣溫異常，后冬仍有很大可能出現(xiàn)與前冬不一致的氣溫異常。

2.4 北疆前冬和后冬氣溫EOF 分解主要模態(tài)與同期500 hPa 位勢(shì)高度的聯(lián)系

1961—2018 年北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫第一模態(tài)對(duì)應(yīng)時(shí)間序列與同期500 hPa 位勢(shì)高度相關(guān)分析表明，前冬、后冬第一模態(tài)相關(guān)系數(shù)空間分布較為一致，亞歐地區(qū)呈現(xiàn)“北負(fù)南正”的分布特征（圖3a、3b），負(fù)值中心位于巴倫支海、斯堪的納維亞半島一帶，負(fù)值區(qū)從烏拉爾山地區(qū)向南延伸至里海、黑海北側(cè)，40°N 以南為廣闊的正值區(qū)，2 個(gè)正值中心分別位于地中海附近和新疆北部地區(qū)，并通過(guò)95%的置信水平檢驗(yàn)。新疆北部地區(qū)前冬和后冬氣溫第一模態(tài)與巴倫支海附近500 hPa 位勢(shì)高度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與歐洲西南部、地中海地區(qū)和東亞、中亞500 hPa 位勢(shì)高度呈正相關(guān)關(guān)系。

前冬第二模態(tài)的時(shí)間序列與500 hPa 位勢(shì)高度場(chǎng)的顯著負(fù)相關(guān)區(qū)位于北大西洋和中亞地區(qū)，波羅的海附近為顯著正相關(guān)區(qū)，均通過(guò)95%的置信水平檢驗(yàn)。北大西洋—波羅的海—巴爾喀什湖地區(qū)呈現(xiàn)“負(fù)—正—負(fù)”的波列特征（圖3c）。后冬第二模態(tài)與前冬大體一致，歐亞中高緯呈現(xiàn)“西正東負(fù)”的分布特征（圖3d），不同之處在于通過(guò)95%的置信水平檢驗(yàn)的負(fù)相關(guān)區(qū)域范圍更大，烏拉爾山東側(cè)至貝加爾湖西側(cè)為顯著負(fù)相關(guān)區(qū)。

圖3 1961—2018 年北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫EOF1 和EOF2 對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列與500 hPa位勢(shì)高度的相關(guān)分析

綜上所述，當(dāng)500 hPa 烏拉爾山附近區(qū)域位勢(shì)高度偏低（高），巴爾喀什湖至我國(guó)東部位勢(shì)高度偏高（低），有利于北疆冬季氣溫全區(qū)一致偏高（低）；當(dāng)500 hPa 波羅的海附近位勢(shì)高度偏低（高），中亞位勢(shì)高度偏高（低），有利于北疆后冬氣溫西高（低）東低（高）。

3 影響北疆地區(qū)冬季氣溫季節(jié)內(nèi)變化的可能原因

3.1 北疆前冬和后冬氣溫變化特征對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流特征

根據(jù)前文對(duì)北疆地區(qū)前冬和后冬氣溫變化特征的統(tǒng)計(jì)（表2），挑選典型年份，為確保所選年份的代表性，在前冬和后冬氣溫距平|△d|≥0.5 ℃的基礎(chǔ)上，以前冬或后冬氣溫距平|△d|≥1.5 ℃為標(biāo)準(zhǔn)篩選前冬和后冬不同分布特征的典型年。將不同變化特征的典型年500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)進(jìn)行合成，分析不同模態(tài)的大氣環(huán)流特征。在相同演變的冬季，當(dāng)北疆冬季氣溫呈現(xiàn)前后一致冷的特征時(shí)（圖4a），500 hPa 歐亞中高緯地區(qū)呈現(xiàn)“負(fù)—正—負(fù)”的距平分布，東亞大槽強(qiáng)，極渦偏向西半球，北極上空為正距平區(qū)，且該正距平區(qū)在烏拉爾山西側(cè)向南延伸至40°N，有利于阻塞高壓或者長(zhǎng)波脊發(fā)展。巴爾喀什湖至西北太平洋區(qū)域?yàn)閺V闊負(fù)高度距平區(qū)，表明烏拉爾山高壓脊偏強(qiáng)，東亞大槽偏深，使我國(guó)中高緯度地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度加大。在高度距平場(chǎng)上，新疆全區(qū)為負(fù)值區(qū)域，冷空氣影響頻繁，使北疆出現(xiàn)氣溫偏低的概率增大，有利于北疆冬季氣溫一致偏低。

當(dāng)北疆冬季氣溫呈現(xiàn)前后一致暖的特征時(shí)（圖4b），500 hPa 歐亞大陸為“兩槽一脊”，冰島附近為負(fù)高度距平，北半球50°N 以南為大范圍正高度距平區(qū)，歐洲槽偏弱，烏拉爾山地區(qū)高度場(chǎng)抬升，歐亞中高緯地區(qū)正值中心位于喀拉海附近，新疆受弱脊控制，有利于北疆氣溫偏高。

在相反演變的冬季，當(dāng)北疆冬季氣溫前冷后暖時(shí)（圖4c），500 hPa 新地島附近為負(fù)值中心，歐亞地區(qū)40°N 以南為負(fù)高度距平，北太平洋、北大西洋上空為正值區(qū)，位于北太平洋上空的正高度距平區(qū)向西經(jīng)貝加爾湖延伸至中亞。新疆處于正負(fù)高度距平的交界地帶，北疆北部處于正高度距平的控制之下，有利于新疆北部氣溫偏高。當(dāng)冬季氣溫前暖后冷時(shí)（圖4d），500 hPa 高度距平場(chǎng)略有不同，北極上空為負(fù)高度距平，歐亞地區(qū)中高緯為大致環(huán)繞極地的正值帶，負(fù)值區(qū)在烏拉爾山附近將正值區(qū)截?cái)啵c中低緯地區(qū)廣闊的負(fù)距平區(qū)相連，整個(gè)中亞地區(qū)均處于這個(gè)負(fù)值區(qū)，新疆氣溫偏低的概率大。

3.2 北疆冬季氣溫相反演變時(shí)前冬和后冬環(huán)流特征

圖4 1961—2018 年北疆前冬和后冬不同變化特征對(duì)應(yīng)的500 hPa位勢(shì)高度距平場(chǎng)

然而通過(guò)前冬和后冬的平均高度場(chǎng)來(lái)看，可能會(huì)掩蓋前冬和后冬環(huán)流演變的敏感區(qū)域。因此本文將相反演變的前冬和后冬環(huán)流分開(kāi)來(lái)看，結(jié)果表明：當(dāng)北疆冬季氣溫呈現(xiàn)前冷后暖的特征時(shí)，前冬500 hPa 從大西洋—西歐—烏拉爾山到東亞北部為“正—負(fù)—正—負(fù)”的明顯的歐亞型（EU）遙相關(guān)波列分布[13]，烏拉爾山附近為正高度距平中心，且向南延伸至35°N 附近，有利于烏拉爾山高壓脊發(fā)展，東亞大槽偏強(qiáng)，咸海東側(cè)50°N 以南地區(qū)為負(fù)值區(qū)，且新疆負(fù)高度距平值較大，這樣西高東低的高度場(chǎng)分布，有利于北疆地區(qū)氣溫偏低（圖5a）。后冬歐亞地區(qū)500 hPa 高度及距平場(chǎng)與前冬大致相反（圖5b），烏拉爾山地區(qū)為明顯槽區(qū)，且為負(fù)高度距平，有利于低槽加深；巴爾喀什湖附近為正值區(qū)，新疆受正高度距平控制，新疆北部后冬平均氣溫偏高可能性較大。因此，北疆冬季氣溫前冷后暖時(shí)，500 hPa 烏拉爾山高壓脊減弱消失，歐洲槽東移加深，東亞大槽強(qiáng)度減弱。

當(dāng)北疆冬季氣溫呈現(xiàn)前暖后冷的特征時(shí)（圖5c，5d），前冬北半球位勢(shì)高度場(chǎng)呈明顯的“三波型”。新地島到黑海為一槽區(qū)且為負(fù)高度距平，斯堪的納維亞半島至新地島為負(fù)值中心，貝加爾湖附近為正值中心，正值區(qū)向南延伸到35°N，向西延伸至地中海附近。新疆受弱脊控制，新疆北部為正距平，北疆前冬氣溫偏高的可能性較大。后冬斯堪的納維亞半島附近轉(zhuǎn)為正高度距平，新地島至黑海附近低槽減弱，位置偏西。歐亞地區(qū)為“西高東低”的距平分布，低緯地區(qū)為廣闊的負(fù)值區(qū)，東亞大槽加深。新疆全區(qū)為負(fù)高度距平，有利于北疆后冬氣溫偏低。因此，前暖后冷時(shí)，500 hPa 歐洲槽減弱西退，烏拉爾山地區(qū)高度場(chǎng)抬升，東亞大槽加深。

3.3 北疆前冬氣溫偏低（高）時(shí)后冬的位勢(shì)高度

參考陳穎[20]等研究思路，將北疆地區(qū)冬季氣溫一致偏冷、一致偏暖、前冷后暖和前暖后冷年500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)分別合成，用前冷（暖）后暖（冷）年合成環(huán)流減去一致偏冷（暖）年合成環(huán)流，得到前冬氣溫偏低（高）時(shí)后冬的環(huán)流差異（圖6）。對(duì)比前暖后冷年和一致偏冷年（圖6a），貝加爾湖附近為正變高中心，40°~50°N 為環(huán)繞極地的正值帶，烏拉爾山附近為負(fù)變高中心，歐洲槽加深，極區(qū)為負(fù)變高，說(shuō)明極渦增強(qiáng)。當(dāng)前冬偏冷時(shí)，后冬偏暖的主要原因來(lái)自于500 hPa 極渦增強(qiáng)，歐洲槽加深。

圖5 1961—2018 年北疆相反演變的冬季前冬和后冬500 hPa 位勢(shì)高度距平場(chǎng)

圖6 1961—2018 年北疆前冬氣溫偏低（a）或偏（b）高時(shí)后冬的500 hPa位勢(shì)高度差異

對(duì)比前暖后冷年和一致偏暖年（圖6b），冰島附近為正變高中心，新地島附近為負(fù)變高中心，烏拉爾山到中亞為較強(qiáng)的負(fù)變高，55°N 以南為廣闊的負(fù)變高區(qū)，歐亞大陸高度場(chǎng)下降。說(shuō)明當(dāng)前冬偏暖時(shí)，后冬偏冷的主要原因可以大致認(rèn)為是受500 hPa 歐亞大陸大片的負(fù)變高區(qū)影響。

4 結(jié)論

（1）以北疆37 站平均氣溫為對(duì)象，在分析冬季各月平均氣溫之間聯(lián)系的基礎(chǔ)上將11 月和12 月劃分為前冬，次年的1—3 月劃分為后冬，并以此為基礎(chǔ)對(duì)前冬和后冬氣溫進(jìn)行EOF 分解，前冬和后冬氣溫EOF 分解的前兩個(gè)模態(tài)在空間上均表現(xiàn)為新疆全區(qū)一致變化型和偏西偏北地區(qū)與中東部反相變化型。前兩個(gè)模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列與同期500 hPa 位勢(shì)高度的相關(guān)分析表明，當(dāng)烏拉爾山附近位勢(shì)高度偏低（高），巴爾喀什湖至我國(guó)東部位勢(shì)高度偏高（低），有利于北疆冬季氣溫全區(qū)一致偏高（低）；當(dāng)波羅的海附近位勢(shì)高度偏低（高），中亞位勢(shì)高度偏高（低），有利于北疆后冬氣溫西高（低）東低（高）。

（2）北疆冬季氣溫變化存在兩個(gè)主要模態(tài)：冬季一致偏冷或偏暖，前冬后冬距平反相變化。相同演變的冬季，“一致偏冷”時(shí)，500 hPa 烏拉爾山高壓脊偏強(qiáng)，東亞大槽偏深，使我國(guó)中高緯地區(qū)環(huán)流經(jīng)向度加大，有利于北疆冬季氣溫一致偏低?！耙恢缕睍r(shí)，500 hPa 歐亞為大范圍正高度距平，歐洲槽偏弱，烏拉爾山地區(qū)高度場(chǎng)抬升，北疆氣溫一致偏高概率較大。

（3）相反演變的冬季，“前冷后暖”時(shí)，500 hPa烏拉爾山高壓脊減弱消失，歐洲槽東移加深，東亞大槽強(qiáng)度減弱。前冬北疆氣溫受歐亞型（EU）遙相關(guān)波列影響，烏拉爾山高壓脊發(fā)展，東亞地區(qū)大范圍負(fù)高度距平，東亞大槽偏深；后冬烏拉爾山地區(qū)為負(fù)距平，低槽加深，巴爾喀什湖附近為正值區(qū)，新疆受正高度距平控制?！扒芭罄洹睍r(shí)，500 hPa 歐洲槽減弱西退，烏拉爾山地區(qū)高度場(chǎng)抬升，東亞大槽加深。前冬北半球位勢(shì)高度場(chǎng)呈明顯的“三波型”，斯堪的納維亞半島至新地島為負(fù)值區(qū)，歐洲槽偏強(qiáng)，正值中心位于貝加爾湖附近，新疆受弱脊控制，北疆為正距平；后冬斯堪的納維亞半島附近為正距平，歐洲槽減弱西退，整個(gè)亞洲為廣闊的負(fù)值區(qū)。

（4）從前冬偏冷（暖）時(shí)后冬的環(huán)流差異來(lái)看，前冬偏冷時(shí)，后冬偏暖的主要原因來(lái)自于500 hPa 極渦增強(qiáng)，歐洲槽加深；前冬偏暖時(shí)，后冬偏冷的大部分原因是受500 hPa 歐亞大陸大片的負(fù)變高區(qū)影響。