内蒙古冬季异常低温的分布类型及环流特征

收稿日期：2024-01-12

作者简介：刘玉玲（1980—），女，内蒙古宁城人，工程师，主要从事综合观测、气象服务工作。

摘 要：应用内蒙古104个国家级地面观测站1961—2018年冬季12、1、2月平均温度资料和美国NECP/NCAR再分析月平均高度场和海平面气压场资料，统计分析了内蒙古冬季逐月异常低温的时空分布特征和环流特征。（1）定义了异常低温和分区标准，共有6种异常低温分布类型；（2）全区性异常低温为主，占51.5%；最少是中部型，只占1.5%；（3）随着气候变暖，冬季极端低温气候事件呈现减少趋势，但进入21世纪又呈增加趋势；（4）500 hPa高度场以一脊一槽型为主，槽脊的位置、强度和冷空气路径决定了异常低温的空间分布；（5）在环流特征量上也有一定的反应，可以作为预测参考依据。

关键词：冬季；异常低温型；环流型；环流特征值

中图分类号：P434 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

近年来，受全球气候变化的影响，内蒙古近60年来的气候变暖趋势显著[1]。在气候变暖后，虽然20世纪 80年代后期低温气候事件减少，但进入21世纪又呈现频繁发生的态势，且强度较大。低温灾害是内蒙古冬季的主要气象灾害，尤其是异常低温对牧业和设施农业的影响最大。专家们对中国区域性异常低温气候事件和冬季温度研究很多，指出在全球变暖的气候背景下，区域性极端低温频繁发生；沈柏竹等[2-4]研究表明北极涛动适合描述东北冬季低温，1月北极涛动极端异常偏低，异常低温向南扩展；亚洲极涡能够表征大陆冬季风向中低纬度暴发。冬季冷空气向南传播的主要路径和强度与中纬度地区500 hPa 高度场异常具有很强的关系。本研究按照专家的研究思路，分析总结内蒙古冬季异常低温气候事件的时空分布特征和同期场环流特征，设定预测着眼点和指标，为异常低温的预测提供参考。

1 资料与方法

应用内蒙古104个国家级地面观测站1961—2018年冬季12、1、2月平均温度资料，依据经验正交分解（EOF）进行异常低温的分区，分析各月异常低温的时空分布特征。基于美国NECP/NCAR再分析月平均高度场和海平面气压场资料，分析异常低温发生发展的环流形势特征。

2 结果与分析

2.1 异常低温定义

一是考虑短期气候预测划分标准中温度距平≤

2 ℃为特低，也是预测中难点；二是各站月平均温度距平≤-2 ℃出现频率较少，平均为24%。因此，将异常低温的标准定义为月平均温度距平≤2 ℃。

2.2 异常低温分型

内蒙古104站1961—2018年的12、1和2月的平均气温距平的EOF开展结果表明，前3个模态方差贡献率均超过85%，因此分型标准只考虑前3个模态，具体如表1所示。

12、1和2月的平均气温距平前3个模态对气温场的贡献以第一模态为主，即内蒙古冬季逐月平均气温的变化具有一致性的空间分布特征。因此，该类型异常低温定义为全区型，当异常低温的站数≥62个站（62/104=60.0%）定义为全区型异常低温。

同理，第二模态空间上表现为东西位相相反的正、负距平分布特征；以0值线划分，0值线以东范围（赤峰市和锡林郭勒盟东北地区、通辽、兴安盟、呼伦贝尔市）定义为东部1型，共59个站；≥35个站达到异常低温时，定义为东部1型异常低温。东部1型以西地区定义为西部1型异常低≥35个站达到异常低温时，定义为东部1型异常低温。东部1型以西地区定义为西部1型异常低温，共45个站；≥27个站异常低温时，定义为西部1型异常低温。

第三模态空间上表现为正、负、正的三极型分布；呼伦贝尔市和兴安盟共22个站为东部2型异常低温，其中≥13个站异常低温时，定义为东部2型异常低温。乌兰察布市以西共48个站为西部2型，≥29个站异常低温时，定义为西部2型异常低温。排除东部2型和西部2型，即乌兰察布市至通辽市34个站划分为中部型，≥21个站异常低温时，定义为中部型异常

低温。

2.3 异常低温的分布特征

2.3.1 异常低温的空间分布特征

异常低温年一共出现59次（表2），以全区型最多22次，占37.3%；其次是东部1型13次，占22.0%；西部1 型11次，占18.6%；东部2型10次，占16.9%；西部2型只有3次，中部型0次。

内蒙古冬季逐月异常低温以全区型和东部1型、西部1型为主，占77.9%，这三种分布类型被定为预测重点。

2.3.2 异常低温的年代际变化特征

1961—1970年发生19次，1971—1980年发生16次，1981—1990年发生12次，1991—2000年发生7次， 2001—2010年发生9次，2011—2018年发生5次。20世纪60年代异常低温发生频数最多，20世纪90年代最少，随着气候变暖，冬季极端低温气候事件呈减少趋势，但进入21世纪又呈增加趋势。

2.4 异常低温500 hPa高度的环流特征

基于美国NECP/NCAR再分析月平均高度场资料，

对500 hPa 高度场环流形势进行聚类分析，分析范围为0°～180°E、20°～90°N。统计与冬季冷空气活动强度密切相关的乌山脊强度、海平面西伯利亚高压强度、欧亚区径向环流指数、亚洲区极涡面积和强度、鄂海高压强度和北极涛动指数环流特征。由于12、1和2月异常低温的环流形势相似，因此，以12月为例进行分析和总结。

2.4.1 12月全区异常低温500 hPa的环流特征

造成12月全区异常低温的500 hPa高度场环流特征为一脊一槽型，共10年；东部1型异常低温2年，都为一脊一槽型，由于槽脊的位置和强度以及冷空气路径不同，异常低温的落区不同；西部1型异常低温有一脊一槽型3年和一槽一脊型1年；东部2型异常低温1年，一槽型。

10年全区异常低温500 hPa环流合成场环流特征，

是一脊一槽型，脊位于60°E、60°～80°N的乌拉尔

山地区，称乌拉尔山高压脊；槽区位于脊前中纬度120°E以东，全区处于脊前槽后，受西北气流控制。正变高中心位于乌拉尔山60～80°N，中心强度为120～

160 gpm；负变高中心位于40°～50°N、100°E以东；全区处于-40～-80 gpm变高中心。乌拉尔山高压脊引导极地冷空气南下，由160 gpm正变高向-40～-80 gpm的负变高输送冷空气，造成下游全区异常低温。

2.4.2 12月东部1型异常低温500 hPa的环流特征

1976和2000年为东部1型异常低温，其中1976年虽然是全区低温，但西部没有达到异常低温标准，仅仅达到东部1型异常低温标准；2000年达到东部异常低温标准，西部高温。

1976和2000年东部1型性异常低温500 hPa 高度场也是一脊一槽型。与全区型异常低温相比，冷空气主体偏北，-80～-120 gpm负变高中心位于贝湖，经过负变高中心的等值线经过内蒙古东部地区，因此造成东部异常低温。因此500 hPa 冷空气的路径、强度与异常低温的落区密切相关。预测的着眼点是冷空气的路径，关注负变高的中心位置和强度。

2.4.3 12月西部1型异常低温500 hPa的环流特征

1971、1981、2001和1975年西部1型异常低温500 hPa高度场特征以鞍形场为主，来自-80～-120 gpm负变高中心的西路冷空气影响内蒙古西部地区，造成西部异常低温，这是与全区型、东部型异常低温最显著的差异。

2.5 异常低温的环流特征值

与冬季冷空气活动强度密切相关的特征值有乌山脊强度、海平面西伯利亚高压强度、欧亚区径向环流指数、鄂海高压强度和北极涛动指数，依据异常低温的合成场特征，定义特征量关键区。

乌山脊强度：依据上述分析结果，将60°～75°N、

70°～90°E区域定义为乌山脊范围，用该区域（9×7个格点）500 hPa高度距平值大小表示强度（单位：gpm）。

西伯利亚高压强度：12月西伯利亚高压（SH），关键区为52.5°～65°N、105°～125°E，该区域（8×13个格点）12月海平面气压（slp）距平值为西伯利亚高压强度，单位为gpm。

欧亚径向环流指数：国家气候中心网站130项指数中的欧亚径向环流指数；第一模态时间系数与欧亚径向环流指数相关正相关，相关系数为0.5，通过了0.01的相关显著项检验，具有明确的统计学意义。

鄂海高压指数：55°～65°N、145°～165°E，该区域（9×9个格点）12月500 hPa高度距平值大小表示强度（单位：gpm）。

北极涛动指数：美国NCEP/NCAR月平均再分析资料、美国国家海洋和大气局（NOAA）月平均北极涛动 （AO）指数资料；第一模态时间系数与AO指数负正相关，相关系数为0.5，通过了0.01的相关显著项检验，具有明确的统计学意义。

等级划分标准：气候平均态取1981—2010年30年的平均值。乌山脊、SH、鄂海高压强度、AO 和亚洲经向环流指数分级：序列均方差用σ表示，距平在（0～σ）/（0～-σ）为略强/略弱、距平在（σ～2σ）/（-σ～-2σ）为偏强/偏弱、距平＞2σ/＜-2σ为特强/特弱。

由表3可知，一脊一槽型全区异常低温乌山脊强度平均为109.4 gpm，均方差为76.2 gpm，偏强。西伯利亚高压平均强度为4.3 hPa，均方差为4.0 hPa，偏强。AO平均为-0.8，均方差为1.4，略弱。亚洲径向环流指数平均为9.8，均方差为15.0，略强。鄂海高压均方差为

63.8 gpm，最大值175.3 gpm，特强，正好与这年异常低温的大气环流一致。因此，这是预测的一个重要指标。

3 结束语

依据内蒙古104站1961—2018年12、1和2月平均气温经验正交函数分析结论将异常低温分为全区型异常低温、东部1型异常低温、西部型1异常低温、东部2型异常低温、西部2型异常低温和中部型异常低温6种类型，一共出现68次；其中以全区型异常低温为主，占51.5%，中部型最少，只有1次。全区型异常低温500 hPa环流以一脊一槽型为主，内蒙古地区位于槽区和负变高中心，乌拉尔山高压脊引导冷空气南下，在该地堆积；乌山脊强度偏强、西伯利亚高压强度偏强、负AO、亚洲径向环流指数特强、鄂海阻高偏强，以上环流系统是预测全区型异常低温的重点。东部1型异常低温的500 hPa环流场特征是负变高中心偏北，冷空气主体影响内蒙古偏北偏东地区；而西部型异常低温500 hPa环流场具有鞍形场特征，西部小槽引导冷空气影响西部地区，是西部型异常低温预测重点。

参考文献

[1] 杨萍，刘伟东，王启光，等.近40年我国极端温度变化趋势和季节特征[J].应用气象学报，2010，21（1）：29-36.

[2] 程玉琴，尤莉，李金田.12月北极涛动异常与内蒙古同期低温的关系[J].内蒙古气象，2018（1）：26-30.

[3] 沈柏竹，封国林，廉毅.1月北极涛动异常程度特征及其对北半球同期温度的影响[J].地理科学，2015，35（10）：1299-1305.

[4] 沈柏竹，廉毅，张世轩，等.北极涛动、极涡活动异常对北半球欧亚大陆冬季气温的影响[J].气候变化研究进展， 2012，8（6）：434-439.