2022年4—6月云南异常低温事件的低频特征及成因

摘要 利用NCEP／NCAR逐日再分析资料和云南省124个气象站观测资料，首先分析了2022年4—6月云南异常低温事件的极端性及低频振荡变化特征，然后分析了对流层中层和低层大气环流系统低频振荡配置的演变特征。结果表明：1）2022年云南春末夏初（4—6月）出现了气候变暖背景下罕见的极端异常低温事件。平均气温为1961年以来历史同期第5低，1991年以来最低年，全省有42个气象站平均气温达到或突破历史同期最低纪录。2）云南2022年春末夏初的平均气温存在10～20 d显著性周期，方差贡献为45.7％，与实际强降温过程对应关系较好。3）云南10～20 d低频振荡气温降低最大位相7（升高最大位相3），500 hPa上云南被南压的贝加尔湖低频异常高压（低压）与日本海低频异常低压（高压）环流系统间的偏北（偏南）气流控制;700 hPa上中国东部到南海被低频偏北（南）气流控制，低频气温降温（升温）区与之对应，云南被偏东（西）气流控制，位于降温（升温）区;海平面气压场上西伯利亚冷高压增强南移，将高纬度冷空气带到低纬度地区，从而影响云南气温的变化，造成了云南强冷空气过程的形成和发展。因此，高低空低频环流系统配置和演变导致了2022年4—6月云南异常低温事件。4）2022年4—6月，500 hPa上低频正异常高度扰动从高纬度向南传播到贝加尔湖附近，中低纬度低频正异常高度扰动从地中海附近向东移动到贝加尔湖一带，两支低频波列协同作用有利于我国东部和云南地区异常低温事件的产生、加强和维持。5）2022年春末夏初（4—6月），10～20 d低频振荡中，南支西风槽指数和西伯利亚高压指数分别超前云南低频气温7 d和5 d时达到最好的相关关系;这2个指数对云南异常低温过程预报具有很好的提前预示性。

关键词云南;2022年春末夏初（4—6月）;异常低温事件;10～20 d低频振荡;环流系统

2024-01-08收稿，2024-02-23接受

云南省重点研发计划-社会发展专项（202203AC100006）;国家自然科学基金项目（42465004；42030603;42165004;41965005）;云南省基础研究计划基础研究专项（202401AT070124）;中国气象局创新发展专项（CXFZ2024J045）;云南省气象局创新团队项目（2022CX03;2022CX04）

引用格式：陶云，郭萍，邢冬，等，2024.2022年4—6月云南异常低温事件的低频特征及成因［J］.大气科学学报，47（5）：721-736.

Tao Y，Guo P，Xing D，et al.，2024.Low-frequency characteristics and causes of the abnormally low temp2oIqhQlXFTHEonbmfey+Ew==erature event in Yunnan from April to June 2022［J］.Trans Atmos Sci，47（5）：721-736.doi：1zUtn4AwcqxVvpCVYxUQCTg==0.13878／j.cnki.dqkxxb.20240108001.（in Chinese）.

在全球变暖背景下，局地极端异常天气气候事件频发。云南2021／2022年冬季出现了气温前暖后冷、降水偏多的异常气候（任菊章等，2023）。2022年春末夏初（4—6月）云南又频繁受北方强冷空气侵入，大部地区出现了近30年来气温异常偏低、降水偏多的异常气候事件。4月上中旬和5月上中旬降温过程持续时间长，降温幅度明显，局部地区出现了4—5月罕见的降雪天气。低温冷害偏重发生，温带林果座果率降低，滇中、滇东北、滇东、滇东南的大部地区中稻、烤烟长势偏弱，对产量造成一定程度的不利影响。

云南属于典型季风气候区，春末夏初（4—6月）为干湿季转换时期（秦剑等，1997），降水量波动明显，极易出现极端干旱，对云南农事播种、工农业生产以及牲畜饮水、人民生活用水等造成严重影响。因此云南春末夏初干旱研究长期受到关注，并取得了不少研究成果（刘瑜和解明恩，1998;董海萍等，2005;刘瑜等，2006;陶云等，2009;韩兰英等，2014;金燕等，2018;周建琴等，2022）。云南位于低纬高原地区，受高原大地形的阻挡作用，强冷空气很少影响云南，特别是哀牢山以南以西地区。春末夏初，随着季节转化，北方冷空气的势力也逐渐减弱，影响云南的冷空气也相对较少且偏弱，云南大部地区气温普遍偏高，很少出现低温异常天气。对于云南极端低温异常天气的研究主要集中在冬季。海云莎等（2011）和姚愚等（2018）分析了云南寒潮天气的气候特征。刘丽（2001）分析2000年1月29—31日云南一次强寒潮天气过程后得到了一些预报指标。张腾飞等（2007）研究了2000年后影响云南的4次降雪寒潮过程中高纬度环流形势以及水汽的来源。晏红明等（2009，2023）分析了云南2008年和2022年初的低温雨雪天气，结果表明云南强寒潮过程与西伯利亚高压、东亚大槽、南支槽等大气环流系统异常以及赤道中东太平洋冷海温异常密切相关。陶云等（2018a，2018b，2021）分析了寒潮与昆明准静止锋的气候关联性、寒潮降雪过程的环流型、冬季寒潮减少的活动规律以及西伯利亚高压、南支槽、东亚冬季风等大气环流异常对云南寒潮天气的影响。而对春末夏初云南异常低温事件的研究则不多。前人对云南异常低温天气主要从天气个例及气候异常方面进行研究，而对云南异常低温事件的大气季节内低频振荡特征关注较少，值得深入研究。

丁一汇和梁萍（2010）指出大气低频振荡在天气气候的演变中扮演了重要的角色，尤其是对阶段性、持续性异常极端事件及高影响事件的发生具有重要作用。琚建华等（2008）分析了东亚季风区大气季节内振荡的经向和纬向传播特征。林爱兰等（2008）基于不同时间尺度研究了热带ISO（Intra-seasonal Oscillation）对东亚季风区大气环流对流背景场的作用。李丽平等（2009）指出海表温度异常与热带对流和环流季节内振荡强度有着密切联系。张耀华等（2012）指出2010年南方持续暴雨期大气环流异常与大气低频振荡有着密切联系。热带季节内振荡及其非绝热加热异常触发的Rossby波列影响热带外大尺度环流，并可能对北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）和北极涛动（Arctic Oscillation，AO）的发展起触发和增幅作用（Zhou and Miller，2005;Lin et al.，2009）。上述研究表明，与天气气候异常密切相关联的环流系统及各种外强迫因子与大气低频振荡间存在紧密联系。近年来，许多学者对异常低温天气的低频振荡及其对应的大气环流的低频特征也进行了研究。马宁等（2011）指出2008年冬季南方低温雨雪天气与强10～20 d和30～60 d振荡密切相关。朱毓颖和江静（2013）发现我国冬季气温变化存在明显的10～20 d和50 d左右的振荡。刘樱等（2016）指出30～60 d低频环流场上西西伯利亚附近的低频反气旋及日本海附近的低频气旋是造成华北持续性异常低温事件的重要低频影响因子。苗青等（2016）研究发现2011／2012年冬季寒潮过程存在较强的10～30 d低频振荡特征，并对其与500 hPa低频系统的耦合关系进行分析。谭桂容和张文正（2018）讨论了乌拉尔山环流对中国冬季地面低频气温的影响，指出乌拉尔山高度场加强有利于乌拉尔山高压脊及西伯利亚高压加强，对应东亚冬季风加强，导致中国冬季气温偏低。余汶樯和高庆九（2020）诊断分析了1996年冬季一次南方低温事件的低频特征，结果表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。李丽平等（2022）分析了大气低频振荡对2015年华北冬季两次区域强降温事件的影响，发现地中海低频扰动能量的持续输送是造成两次降温过程持续时间差异的原因之一。袁媛等（2023）对2020／2021年冬季三次全国性强冷空气过程及其低频特征进行分析，揭示了西伯利亚高压低频振荡的重要影响及超前性。前述研究表明，中高纬度地区低频环流系统为全国寒潮爆发提供了有利的大尺度背景。这为开展极端异常天气气候事件的预报预警提供了理论基础。

低频振荡对云南天气气候影响的研究不多，主要涉及大气低频振荡对云南初夏降水及干旱的影响：肖子牛和温敏（1999）分析了云南5月降水量与前期季节内振荡活动的相互关系;琚建华等（2011）分析了MJO持续异常对云南各季节降水的影响;李汀等（2012）分析了MJO不同位相上大尺度环流对流和水汽输送的异常情况及其对云南5月降水的影响;赵尔旭等（2015）发现，MJO持续位于4—6位相时有利于云南5月降水偏多，而位于其他位相则影响不大。而有关云南异常低温天气事件与大气低频振荡相互关系的研究尚未见报道。为此，本文选用2022年4—6月云南出现的异常低温事件，分析云南低温事件的低频特征及其对应的大气环流低频特征，以提升对云南极端低温天气事件次季节低频振荡的认知，为提高此类灾害性天气预报预警能力、形成无缝隙预报预警系统提供科学参考。

1 资料和方法

所用资料包括：1）云南124个气象观测站1991—2020年1—12月逐月平均气温和降水量资料和2022年3月1日—6月30日逐日平均气温和降水量资料;2）2022年3月1日—6月30日NCEP／NCAR发布的逐日500和700 hPa高度场、风场、温度场以及海平面气压场资料及1991—2022年4—6月逐月500 hPa高度场和700 hPa风场资料（Kistler et al.，2001）;3）美国NOAA气候预测中心发布的2022年3月1日—6月30日逐日AO指数（http：／／www.cpc.ncep.noaa.gov／）。采用1991—2020年平均值作为气候态。

采用常规的数理统计方法，包括离散功率谱分析、带通滤波分析、合成分析及相关分析等方法。计算滤波后日指数序列的超前滞后相关时，重新计算有效自由度：Ndof=N1-r1r21+r1r2，其中Ndof是有效自由度，r1及r2是每个时间序列的超前滞后1个时次的自相关系数。通过t=rNdof-2/1-r2进行检验（Bretherton et al.，1999）。

2 2022年4—6月云南异常低温事件及气温的低频振荡特征

2.1 2022年4—6月云南异常低温事件概况

图1a是云南2022年4—6月气温距平分布。由图可见，云南2022年春末夏初（4—6月）全省平均气温除滇西北局地气温略高外，其余大部地区气温偏低0.5 ℃以上，哀牢山以东的大部地区偏低1～3 ℃（占总站数的59.0％）。图1b是云南1961—2022年4—6月平均气温变化。由图可知，近62年云南4—6月平均气温以约0.162 ℃／（10 a）的速率呈显著增暖趋势，增暖趋势通过了0.001信度的显著性检验。2022年4—6月全省平均气温为19.4 ℃，较常年同期偏低1.0 ℃，为1961年以来历史同期第5低、1991年以来最低的一年;42个气象站（占总站数的34.4％）的平均气温达到或突破历史同期最低纪录。从逐月气温变化（图略）看：2022年4月，全省平均气温为17.3 ℃，较常年同期偏低1.2 ℃，为1961年以来历史同期第11低;2022年5月，全省平均气温为19.3 ℃，较常年同期偏低1.5 ℃，为1961年以来历史同期第3低，17个气象站平均气温达到或突破历史同期最低纪录;2022年6月，全省平均气温为21.5 ℃，较常年同期偏低0.6 ℃，为近10年同期并列最低。可见，2022年云南春末夏初（4—6月）整个平均气温异常偏低，逐月气温也异常偏低，出现了气候变暖背景下春末夏初较为罕见的极端异常低温事件。

2.2 2022年4—6月云南春末夏初气温变化的低频特征

为了探讨云南2022年4—6月春末夏初异常低温事件的成因，首先计算了日平均气温的距平序列，然后利用离散功率谱分析方法检测出温度距平序列的显著周期，并对温度距平序列进行带通滤波，进一步分析温度低频变化对云南2022年春末夏初异常低温事件的影响。

图2是2022年3月1日—6月30日云南全省平均的雨量和气温变化。从2022年3月下旬开始云南出现了多次降温降雨低温冷害天气过程，其中4—5月降温幅度大、持续时间长、影响强度和范围较为明显。由图2可见，主要降温过程出现在3月31日—4月11日、4月15—21日、4月30日—5月7日、5月14—24日、6月5—18日，降温过程一般伴随明显的降雨。除去趋势后，同期（4月1日—6月30日）逐日气温与降水量的相关系数为-0.41，表明气温偏低与持续降水具有显著的相关关系。3月31日—4月11日降温幅度最大、持续时间最长（12 d），此过程中全省平均气温最低出现在4月2日，仅为9.6 ℃，较4月多年平均气温18.5 ℃偏低8.9 ℃。由图2可见，3月大部时间日平均气温较多年平均气温偏高1.0～5.0 ℃;4月上中旬日平均气温基本低于多年平均气温;5月大部时间日平均气温较多年平均气温偏低1.0～8.0 ℃;6月大部时间日平均气温也较多年平均气温偏低，但偏低幅度相对较小，最大偏低幅度为3.7 ℃。由图2还可看出，云南2022年春末夏初逐日气温的变化具有明显的低频振荡特征。

利用离散功率谱分析了2022年3—6月云南日平均气温距平序列的周期（图3），发现存在13.6、15.3和17.4 d的10～20 d准双周低频振荡显著性周期和功率谱估值较大的40.7和61.0 d的30～60 d的季节内振荡周期，其中10～20 d低频振荡周期通过了0.05信度的显著性检验。

图4是云南区域平均气温距平经10～20 d和30～60 d带通滤波后的时间序列。由图可见，10～20 d振荡在2022年4月上旬至5月中旬明显偏强，在5月下旬至6月下旬偏弱，与图2中的主要降温过程有很好的对应关系，几次强降温过程基本发生在10～20 d振荡由强到弱的时段;相对而言，30～60 d振荡强度弱于10～20 d振荡，其时间变化与气温距平原始时间序列的对应关系是3月到4月上旬、5月下旬到6月底的正负位相转变基本一致;上述表明，10～20 d和30～60 d低频振荡是造成云南2022年4—6月春末夏初异常低温事件的主要原因之一。

为了进一步分析气温低频振荡各个分量在2022年4—6月实际气温距平中的贡献大小，本文计算了气温距平序列的总方差及分离出的10～20 d、30～60 d低频分量的方差，它们分别为4.64、2.12和0.64。其中10～20 d振荡的方差贡献率为45.7％，30～60 d振荡的方差贡献率为13.8％，两者占总方差的59.5％，这进一步说明2022年春末夏初期间云南区域平均气温的低频变化对强降温过程的贡献是非常明显的。

上述分析表明，气温的10～20 d低频振荡与云南2022年4—6月强降温过程关系最密切。下面主要对10～20 d大气环流低频振荡演变特征进行分析，以揭示云南2022年4—6月春末初夏异常低温事件的影响机制。

3 2022年4—6月大气环流特征

大气环流异常是造成局地天气气候异常的直接原因之一。从2022年4—6月平均500 hPa高度场（图5）可以看出，欧亚中高纬度为两槽一脊型，乌拉尔山和东亚东部为槽区，巴尔喀什湖至贝加尔湖一带为脊区。高度距平场异常负（正）区与槽（脊）区相对应，形成“负-正-负”波列，有利于冷空气在西伯利亚地区堆积南下影响云南（陶云等，2021;任菊章等，2023）。中低纬度地区高度场偏高，阿拉伯海-孟加拉湾北部以及西北太平洋均为正距平分布，西太平洋副热带高压偏北、北非副热带高压偏强偏东，云南位于弱正距平区。低纬孟加拉湾至菲律宾地区为负距平控制，有利于南支槽阶段性活跃，将低纬暖湿气流向北输送（李多和刘芸芸，2022），冷暖气流在云南频繁交汇导致云南出现阶段性强降温、降雨过程（图2）。中高纬度巴尔喀什湖至贝加尔湖一带持续异常的阻塞高压形势是导致云南2022年4—6月持续异常低温事件发生的主要原因之一。对流层低层700 hPa风场（图略）上，中南半岛到南海一带为异常气旋性环流，在其东北侧的东南偏东气流与西太平洋副高西侧的偏南引导气流作用下，太平洋和南海上空的暖湿气流被输送到云南。巴尔喀什湖至贝加尔湖一带异常反气旋东侧的偏北气流南下与绕青藏高原东侧的偏北气流共同影响云南，并与北上暖湿气流在云南汇合，造成了云南2022年4—6月持续异常低温阴雨事件。

4 2022年4—6月大气环流低频振荡特征

为了进一步分析云南2022年4—6月异常低温事件与气温低频变化的成因，基于带通滤波分析的结果，我们选取了2022年4—6月10～20 d低频信号中与两次强降温过程对应较好且波型完好的2个强主振荡周期（图4）。考虑云南位于云贵高原，海拔较高，将700和500 hPa温度、纬向风、经向风及海平面气压的距平场进行10～20 d的带通滤波，并将10～20 d低频分量分别在位相1至位相8上进行合成，研究北半球低频大气环流系统随位相的演变特征，以揭示大气环流低频振荡对强降温过程的影响机理。其中，位相1（位相5）为10～20 d云南全省平均气温低频变化由负（正）向正（负）的转换位相;位相2—3（位相6—7）为气温低频变化升高（降低）最强的位相;位相4（位相8）为气温低频变化升高（降低）后减弱的过渡位相。

4.1 对流层低层低频大气环流系统特征

图6是700 hPa上合成的8个位相对应的低频气温场和低频风场。据此可分析2022年4—6月云南省异常低温事件形成过程中对流层低层大气环流10～20 d低频振荡的演变特征。

位相1阶段（云南低频温度由负向正转换;图6a）：700 hPa中高纬度低频气温从西到东存在“低-高-低-高”的分布波列，低频气温升温区主要位于东欧平原和东亚一带，低频气温降温区主要位于西欧和西伯利亚一带，云南气温基本正常。风场上，乌拉尔山附近和日本以南洋面分别为低频反气旋系统，其西侧的偏南气流为东欧和东亚带来暖平流，东欧一带为偏南气流控制，东亚地区为偏西或西南气流控制，对应低频气温升高区;而在西西伯利亚到贝加尔湖之间和西欧一带分别存在低频气旋系统，其北部到西部的偏北气流为西欧和西伯利亚一带带来降温，西欧和西伯利亚地区被高纬度南下的偏北气流控制，对应低频气温降温区。

位相2阶段（图6b）：700 hPa中高纬度低频气温“低-高-低-高”波列向东向南移动，相应地低频环流系统也向东移动。西伯利亚低频气旋东南移到巴尔喀什湖与贝加尔湖之间，乌拉尔山附近反气旋加强东南移，日本以南洋面的低频反气旋东北移到日本，中国大陆主要受低频反气旋西部的偏南气流影响，大部为升温区，云南滇中以东也转为了升温区。

位相3阶段（图6c）：700 hPa中高纬度低频气温“低-高-低-高”波列继续向东向南移动，与之相联系的低频气旋和反气旋系统也向东向南移动。乌拉尔山附近的低频反气旋也加强东南移，其东侧的偏北和偏东气流带来的冷空气影响到贝加尔湖、蒙古及中国东北一带。日本附近的反气旋减弱东移。中国东部及南海一带为日本海低频反气旋西侧的偏南气流控制，云南为偏西气流控制，为升温区。

位相4阶段（图6d）：700 hPa上乌拉尔山附近的低频反气旋明显加强东南移到西伯利亚一带，其东侧偏北气流影响贝加尔湖以南大部地区，中国西部和北部转为低频强降温区，云南仍维持弱的低频升温。菲律宾以东洋面上出现低频气旋环流，其北侧气流有利于引导高纬度冷空气南下。

位相5到位相8的700 hPa上低频温度场和低频风场与位相1到位相4的情况基本相反。在位相5（图6e），700 hPa上西伯利亚一带低频反气旋继续加强东南压到贝加尔湖附近，菲律宾海附近的低频气旋加强北抬至日本附近，致使贝加尔湖到中国东部沿海被低频偏北风控制，东亚冬季风环流加强，中国西部、北部到东部沿海为低频降温区，云南维持低频气温正常。

位相6阶段（图6f）：700 hPa上贝加尔湖附近低频反气旋继续东南压，日本附近的低频气旋也向东北移动。乌拉尔山附近出现低频气旋系统，斯堪的纳维亚半岛出现低频反气旋系统。东亚冬季风系统明显增强，偏北风向东向南扩展到了南海和菲律宾附近洋面，中国大部位于低频强降温区。云南东北部边缘和东部边缘出现降温，其余大部维持气温正常。

位相7阶段（图6g）：700 hPa上乌拉尔山附近低频气旋和斯堪的纳维亚半岛低频反气旋系统向东移动，巴尔喀什湖、贝加尔湖到中国北方转为低频气旋南侧的偏西气流控制，为低频气温升温区。中国东部到南海为低频偏北气流控制，低频气温降温区南压，云南转为偏东气流控制，并转为降温区。

位相8阶段（图6h）：700 hPa上西伯利亚一带的低频气旋加强，菲律宾东部洋面出现低频反气旋，东亚冬季风减弱，中国大部转为低频升温区，中国南部的低频降温区减小减弱，云南为弱的降温区，影响云南的强冷空气活动过程接近结束。

为了进一步了解强冷空气对云南影响的演变过程，选取2022年4—6月云南平均气温10～20 d低频振荡明显的时段3月31日—5月30日（图4），对700 hPa上10～20 d低频温度和风场从高纬度南下影响云南东部（102.5°～106°E平均）的变化特征进行分析（图7）。从图中可清晰看出，3月31日—5月30日出现了4次明显的负温度距平从北向南传播，相应偏北风也从北向南传播，冷空气南下影响到云南，与图4中云南发生的强降温过程十分吻合，证实了图6反映的特征。结合图4和图7可进一步看出，4月上旬云南出现的明显降温过程与10～20 d和30～60 d低频振荡都有密切关系（图4），图7中负温度距平和偏北风传播在4月上旬相对较弱，影响25°N附近，表明10～20 d低频振荡的影响相对偏小。而4月中旬和5月上旬云南的强降温过程主要是10～20 d低频振荡起主导作用（图4），图7中负温度距平和偏北风传播相对偏强。4月中旬负气温距平到了20°N以南的区域，偏北风也到了15°N附近;5月上旬负气温距平到了10°N附近，偏北风可到达15°N以南地区，使得云南5月上旬降温幅度和降温范围都较4月中旬明显（图略）。云南5月中、下旬的降温过程与10～20 d和30～60 d低频振荡都有密切关系（图4），图7中10～20 d低频振荡中从高纬度向南传播的偏北风相对偏弱。

综上所述，从云南区域平均气温10～20 d振荡的第1位相到第8位相，对流层低层（700 hPa）中高纬度风场在乌拉尔山到贝加尔湖之间经历了一次从低频气旋系统到低频反气旋系统的转化，而中低纬度风场在菲律宾东部洋面到日本附近洋面之间则经历了一次由低频反气旋系统到低频气旋系统的转化。在第6—7位相（第2—3位相），乌拉尔山到贝加尔湖之间的低频反气旋系统（气旋系统）和菲律宾东部洋面到日本附近洋面之间的低频气旋系统（反气旋系统）向东向南移动，东亚环流系统也随之加强（减弱），我国从北到南经历了一次大幅度气温下降（升高）的变化，云南全省气温也大幅下降（升高）。上述分析表明，冷空气10～20 d低频振荡从高纬度向低纬度的传播对云南强降温过程有着重要的影响。

4.2 对流层中层低频大气环流系统特征

阻塞高压是造成中高纬度大气环流异常的一个主要环流系统（Tibaldi and Molteni，1990），与我国寒潮降温等异常天气气候密切相关。为了进一步分析2022年4—6月云南异常低温事件形成过程中对流层中层低频环流系统的变化，合成分析了云南2022年4—6月平均气温10～20 d低频振荡8个位相的500 hPa低频高度场和低频流场的演变（图8）。

位相1阶段（图8a）：500 hPa低频高度场中高纬度为“负-正-负-正”波列分布。正值区分别位于乌拉尔山以西地区与中国西部和东北部，负值区分别位于西欧与巴尔喀什湖和贝加尔湖之间。对应的中高纬度低频流场为“气旋-反气旋-气旋-反气旋”低频波列。乌拉尔山以西地区与中国西部和东北部对应异常反气旋，西欧与巴尔喀什湖和贝加尔湖之间对应异常气旋。在低纬度20°～30°N，从西到东也存在一弱的“正（反气旋）-负（气旋）-正（反气旋）-负（气旋）-正（反气旋）”低频波列。云南位于华南低频气旋的西部。

位相2阶段（图8b）：500 hPa低频高度场中，高纬度低频波列加强向东向南移动。乌拉尔山以西地区的低频反气旋加强东移到乌拉尔山附近，中国西部和东北部的反气旋加强移动到日本海。巴尔喀什湖和贝加尔湖之间低频气旋维持。低纬度20°～30°N的低频波列维持。云南仍位于华南低频气旋的西部。

位相3阶段（图8c）：500 hPa乌拉尔山附近的低频反气旋（低频异常高压）继续加强东南移到西伯利亚地区，巴尔喀什湖和贝加尔湖之间的低频气旋减弱，日本海附近低频反气旋略加强。低纬度20°～30°N的低频波列中，华南的低频气旋东移减弱到菲律宾洋面。云南转为受日本海低频反气旋西南侧的偏东南气流和孟加拉湾的偏西南气流的共同控制，南下冷空气被压制，对流层低层700 hPa上云南转为升温区。

位相4阶段（图8d）：500 hPa西伯利亚地区的低频反气旋（低频异常高压）继续加强东南移到贝加尔湖以西，乌拉尔山以西的低频气旋加强向东向南移动，巴尔喀什湖和贝加尔湖之间低频气旋减弱移到中国西部和东北部，日本海附近低频反气旋也减弱东移。低纬度20°～30°N的低频波列也减弱。云南为西南气流控制，对流层低层700 hPa上云南维持升温区。

与对流层低层（700 hPa）低频系统变化一致，500 hPa上位相5到位相8的低频系统的变化与位相1到4阶段的情况基本相反。

位相5阶段（图8e）：500 hPa低频高度场中，高纬度为“正-负-正-负”的波列。负值区分别位于乌拉尔山以西地区与中国西部到日本海一带，正值区分别位于西欧与巴尔喀什湖和贝加尔湖之间。对应的中高纬度低频流场为“反气旋-气旋-反气旋-气旋”低频波列。乌拉尔山以西地区与中国西部到日本海一带对应气旋，西欧与巴尔喀什湖和贝加尔湖之间对应反气旋。在低纬度20°～30°N，从西到东流场出现了弱的“气旋-反气旋-气旋-反气旋”低频波列。云南位于华南低频反气旋的西部，受偏西南气流控制。

位相6阶段（图8f）：500 hPa低频高度场中，高纬度乌拉尔山以西的低频异常低压加强东移到乌拉尔山附近，中国西部到日本海一带的低频异常低压也加强移到日本海附近，巴尔喀什湖和贝加尔湖之间的低频异常高压也南压到蒙古高原。中高纬度低频流场系统与高度场相对应，维持“反气旋-气旋-反气旋-气旋”低频波列。低纬度20°～30°N弱的“气旋-反气旋-气旋-反气旋-气旋”的低频波列维持。云南仍位于华南低频反气旋的西部，为偏西南气流控制，对流层低层低频气温基本为正常。

位相7阶段（图8g）：500 hPa低频高度场中，高纬度乌拉尔山附近的低频异常低压加强向东向南移到西伯利亚一带，日本海的低频异常低压强度明显减弱、面积减小，贝加尔湖附近的低频异常高压南压到蒙古高原到中国秦岭一带，其西侧偏北气流将高纬度冷空气带入中国大部。中高纬度低频流场系统与高度场相对应，仍维持“反气旋-气旋-反气旋-气旋”低频波列。低纬度孟加拉湾北部出现低频气旋系统，西太平洋洋面出现低频反气旋环流系统。云南转为低频反气旋南压的偏北气流控制，对流层低层700 hPa上云南转为降温区。

位相8阶段（图8h）：500 hPa低频高度场中，高纬度欧洲大陆的低频异常高压东移到乌拉尔山以西，西伯利亚一带的低频异常低压继续加强向东向南压到贝加尔湖，日本海的低频异常低压强度明显减弱东移，蒙古高原的低频异常高压南压、东移控制了中国，其西侧偏北气流影响中国大部。中高纬度低频流场系统与高度场相对应，转为“反气旋-气旋-反气旋”低频波列。低纬度20°～30°N维持弱的“反气旋-气旋-反气旋-气旋-反气旋”低频波列。孟加拉湾北部低频气旋系统减弱消失，西太平洋的低频反气旋环流系统增强西伸。云南仍为低频反气旋东侧偏北气流控制，对流层低层700 hPa上云南维持降温区。

综上所述，从云南区域平均气温10～20 d振荡的第1位相到第8位相，对流层中层（500 hPa）中高纬度地区有低频环流系统从乌拉尔山以西向东南移动。在位相6—7（位相2—3）阶段，位于贝加尔湖一带的低频异常高压（低压）环流和日本海附近的异常低压（高压）环流间为较强的低频偏北（偏南）气流。低纬度20°～30°N也维持一弱的低频波列。云南受两波列的影响，在7—8位相（3—4位相），为偏北（偏南）气流影响，从而引导北方（南方）冷空气（暖湿空气）影响云南，造成全省气温大幅下降（升高）。从3月25日—5月31日500 hPa低频高度场沿90°E的时间-纬度剖面（图9a）可见，4月初、4月中旬、5月初及5月中旬云南出现的4次降温过程中均有低频正异常高度扰动从高纬度地区向南传播到巴尔喀什湖至贝加尔湖附近，4月初、4月中旬和5月初3次过程正异常高度扰动明显传播得更加偏南，结合图4可知，这3次过程云南降温偏强。这再次验证了图8中低频异常高压从高纬度地区向南移动的特征，与中高纬度地区的低频波列相对应。另外，从3月25日—5月31日500 hPa低频高度场沿45°N的时间-经度剖面（图9b）可见，4月初、4月中旬、5月初这3次降温过程中，地中海附近均有低频正异常高度扰动加强并向东移动，为巴尔喀什湖至贝加尔湖附近的低频异常高压不断提供能量，有利于降温过程持续较长时间。这一低频正异常高度扰动与图8中的中低纬度低频波列相对应。

4.3 海平面气压场低频振荡特征

地面冷空气的强弱变化是影响气温变化的重要因子之一。为了进一步分析2022年4—6月云南异常低温事件形成过程中地面冷空气的低频变化，合成分析了云南2022年4—6月平均气温10～20 d低频振荡8个位相的海平面气压场的演变（图10）。

位相1阶段（图10a）：中高纬度为“低-高-低”低频异常气压场分布。低频异常低压位于欧洲大陆和亚洲大陆，低频异常高压位于乌拉尔山附近。在日本海以南的洋面也有一低频异常高压。中国大陆基本为低频异常低压控制。

位相2阶段（图10b）：乌拉尔山附近的低频异常高压加强东扩和南扩，亚洲大陆的低频异常低压缩小并南压至南海一带，云南大部为低频异常低压控制。

位相3阶段（图10c）：乌拉尔山附近的低频异常高压继续加强东移和南压到蒙古高原和中国北部，中国大陆低频异常低压继续缩小南压至中南半岛北部一带，云南维持低频异常低压控制。欧洲大陆的低频异常低压东移到乌拉尔山以西地区，欧洲西部出现低频异常高压。

位相4阶段（图10d）：中纬度低频异常高压继续东移和南压到中国秦岭一带，异常高压携带北方冷空气影响到中国西部和北部，700 hPa上中国西部和北部转为低频强降温区。云南维持弱低频异常低压控制，700 hPa上为弱低频升温区。

位相5到位相8的低频系统的变化与位相1到4阶段的情况基本相反。

位相5阶段（图10e）：中高纬度为“高-低-高”低频异常气压分布。低频异常高压位于欧洲大陆和亚洲大陆，低频异常低压位于乌拉尔山一带。在日本海以东的洋面也有一低频异常低压。亚洲大陆异常高压已南压到华南地区。

位相6阶段（图10f）：中高纬度乌拉尔山一带的低频异常低压加强东移和南压到贝加尔湖以西地区。亚洲大陆异常高压范围缩小并稍南压，云南东部转为异常低频高压控制。

位相7阶段（图10g）：乌拉尔山一带的低频异常低压继续加强东移和南压到我国东北地区。控制中国大陆的异常高压继续缩小并南压到中南半岛北部，云南全省为异常低频高压控制，700 hPa上低频气温也转为降温区。

位相8阶段（图10h）：中纬度低频异常低压南压到我国秦岭一带。控制中国大陆的异常高压减弱、移到中南半岛，云南仍为弱异常低频高压控制，700 hPa上维持弱的低频降温区。

综上所述，在海平面气压场上，西伯利亚冷高压增强南移，将高纬度冷空气带到低纬度地区，从而影响云南气温的变化，造成了云南强冷空气过程的形成和发展。

4.4 大气环流指数低频振荡对云南强降温过程的影响

北极涛动（AO）、南支西风槽和西伯利亚高压是冬春季影响云南天气气候异常的主要因子（晏红明等，2009，2023;陶云等，2014;郑建萌等，2021）。参照陶云等（2014），本文计算了2022年3月1日—6月30日的AO指数、南支槽指数和西伯利亚高压指数。通过离散谱分析发现：AO指数的显著周期分别为10.17、17.5和30.5 d;南支槽指数功率谱估计值较大值对应的周期分别为24.4、30.5和61 d（未通过显著性检验）;西伯利亚高压指数的显著周期为13.56 d。从周期分析看，AO和西伯利亚高压指数的显著周期与云南平均气温距平序列的显著周期存在重合，都存在10～20 d的显著低频振荡周期。为了分析3个指数在云南2022年4—6月异常低温事件中的作用，对这3个指数进行10～20 d的带通滤波，并进行超前0～10 d的相关分析。

由图11可见，这3个指数与云南气温的相关关系是10～20 d低频序列大于原始序列，西伯利亚高压指数的相关性好于其他两个指数。春末夏初（4—6月），在10～20 d低频振荡中，AO指数在超前气温10 d到超前气温6 d的正相关系数都在0.3以上，在超前8 d时相关系数（0.47）达到最大，但未通过显著性检验（图11a），说明AO指数在云南2022年4—6月异常低温事件的10～20 d低频振荡中不是关键影响因子。南支西风槽指数在超前8 d到超前5 d的负相关系数低于-0.4，超前7 d和6 d的相关系数均通过了置信度为90％的显著性检验。其中超前7 d时相关系数（-0.57）绝对值达到最大。超前1 d和同期为大于0.4的正相关系数，同期相关通过了置信度为90％的显著性检验（图11b）。西伯利亚高压指数在超前7 d到超前4 d时为显著的负相关关系，相关系数通过了置信度为95％的显著性检验，超前5 d时的相关系数（-0.85）绝对值达到最大。超前10 d和同期为正相关关系（图11c）。可见，南支槽指数和西伯利亚高压指数在云南异常低温过程预报中都有一定的超前预报指导性，其中西伯利亚高压指数提前预示性最好，值得在云南低温过程延伸期预报中进一步研究应用。袁媛等（2023）研究认为，西伯利亚高压对中国东部气温准双周低频振荡的影响超前2～3 d，比对云南气温影响超前的时间少2～3 d，与前文分析的大气环流低频振荡对云南异常低温过程的影响相符合，低频环流系统先影响中国东部，再南下影响云南。

5 结论与讨论

通过分析2022年4—6月云南出现的异常低温事件及其对应的大气环流低频特征，得到以下主要结论：

1）2022年云南春末夏初（4—6月）0+5Mk2YQHt9gEdtDPU5TzlmbARGS2D6doH9A9Y7UQWc=全省平均气温异常偏低，逐月气温也异常偏低，出现了气候变暖背景下春末夏初较为罕见的极端异常低温事件。4—6月全省平均气温为1961年以来历史同期第5低、1991年以来最低，42个气象站（占总站数的34.4％）平均气温达到或突破历史同期最低纪录。

2）云南2022年春末夏初的平均气温存在10～20 d显著性周期，其方差贡献率为45.7％。10～20 d振荡与实际的强降温过程对应关系较好。

3）500 hPa上，中高纬度有低频环流系统不断从乌拉尔山以西地区沿西北-东南向我国东部、南部及西太平洋西部移动。对应的700 hPa上，中高纬度的乌拉尔山到贝加尔湖之间经历了一次从低频气旋系统到低频反气旋系统的转化，中低纬度的菲律宾东部洋面到日本附近洋面之间经历了由低频反气旋系统到低频气旋系统的转化。东亚环流系统也随之减弱（加强），云南经历一次大幅度气温升高（下降）的变化。在海平面气压场上，冷高压增强南移，将高纬度冷空气带到低纬度地区，从而影响云南气温的变化，造成了云南强冷空气过程的形成和发展。因此，云南2022年4—6月异常低温事件与这些高低空低频环流系统的配置和演变密切相关。

4）云南2022年4—6月异常低温事件中，500 hPa上有10～20 d低频正异常高度扰动从高纬度向南传播到巴尔喀什湖至贝加尔湖附近，同时在中低纬度也有10～20 d低频正异常高度扰动从地中海附近向东移动到巴尔喀什湖至贝加尔湖附近，为贝加尔湖附近低频异常高压不断提供能量，有利于我国东部和云南地区降温过程持续较长时间。700 hPa上，10～20 d低频偏北气流和低频气温负距平从高纬度向南传播也与云南降温过程十分吻合，说明大气环流低频波列是驱动云南2022年4—6月异常低温事件的环流系统。

5）春末夏初（4—6月），10～20 d低频振荡中，南支西风槽指数和西伯利亚高压指数分别在超前7 d和5 d达到最好的相关关系。这2个指数在云南异常低温过程预报中都有很好的提前预示性。

图1显示，1961年以来云南发生了6次春末夏初（4—6月）极端低温事件（1968、1974、1976、1982、1990和2022年），全省平均气温距平都小于-1.0 ℃。分析6次极端低温的显著周期发现，前5次极端低温的显著周期都在6～10 d之间，与2022年（10～20 d）不一致。前5次极端低温10～20 d低频振荡的方差贡献率为11％～21％，低于2022年的45.7％。云南6次春末夏初极端低温年的500 hPa大气环流场也存在明显差异：1982和1990年欧亚中高纬度环流分布与2022年基本相似，贝加尔湖一带存在阻塞高压形势，但1968、1974和1976年贝加尔湖一带为负距平区控制。2022年与其余5个极端低温年在中低纬度地区的大气环流分布差异较大。春末夏初是大气环流转换季节，云南处于低纬高原地区，影响因子复杂多变（如高、低纬度环流系统协同变化，热带海温和高原等外强迫作用等）是造成云南6次极端低温大气环流异常不尽相同的可能原因，值得深入研究。

本文还发现2022年4—6月异常低温事件中不仅存在10～20 d的显著周期，还有30～60 d的周期，从图4可看出两个频带的低频振荡存在叠加的共同影响，因此对于大气环流30～60 d的低频振荡以及两个频带的低频振荡的相互作用值得进一步探讨。2021年9月至2023年1月中东太平洋海温持续负异常，形成了弱拉尼娜事件，峰值出现在2022年4月。海温的异常变化对大气环流和我国天气气候变异起着重要作用（陶诗言和张庆云，1998;许武成等，2005;陈文等，2013）。El Nio （La Nia）年亚洲上空的环流型不利（有利）于寒潮向南爆发，导致亚洲冬季风和大洋洲夏季风弱（强），东亚东部大部气温偏高（偏低）。解明恩和张万诚（2000）也发现El Nio（La Nia）年云南冬季气温偏高（低）。2022年4月达到峰值的这次La Nia事件对云南2022年4—6月异常低温事件的影响在文中没有讨论，值得进一步深入研究。

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·ARTICLE·

Low-frequency characteristics and causes of the abnormally low temperature event in Yunnan from April to June 2022

TAO Yun1，2，GUO Ping3，XING Dong1，2，ZHOU Jianqin4，REN Juzhang1，2，CHEN Yan1，2，ZHANG Wancheng1，2

1Yunnan Institute of Meteorological Sciences，Kunming 650034，China;

2Research Center for Disastrous Weather in Hengduan Mountain and Low-latitude Plateau，CMA，Kunming 650034，China;

3Lincang Meteorological Bureau of Yunnan Province，Lincang 677099，China;

4Yunnan Climate Center，Kunming 650034，China

Abstract Based on NCEP／NCAR daily reanalysis data and observations from 124 meteorological stations in Yunnan Province，we analyze the extreme features and low-frequency oscillation characteristics of the abnormally low temperature event in Yunnan from April to June 2022.We also investigate the evolution of the spatial configuration of low-frequency circulation systems in the middle and lower troposphere.The results are as follows： 1） In the late spring and early summer （April-June） of 2022，Yunnan experienced a rare extreme low temperature event under the backdrop of climate warming.The average temperature was the fifth lowest on record for this period since 1961 and the lowest since 1991.Average temperatures at 42 stations reached or broke historical records for the same period.2） There was a significant 10—20 d period for average temperatures in Yunnan in late spring and early summer of 2022，with a variance contribution of 45.7％.This 10—20 d oscillation was closely related to actual temperature drops.3） During the 10—20 d low-frequency oscillation，phase 7 corresponded to the maximum temperature decrease and phase 3 to the maximum temperature increase over Yunnan.At 500 hPa，Yunnan was influenced by northerly （southerly） airflow between a low-frequency anomalous high-pressure （low-pressure） system around Lake Baikal and a low-frequency anomalous low-pressure （high-pressure） system near the Sea of Japan in phase 7 （phase 3）.Simultaneously，the region from eastern China to the South China Sea was mainly controlled by low-frequency northward （southward） wind at 700 hPa，which correlated with cooling （warming） areas.Yunnan was mainly under control of the low-frequency easterly （westerly） air flow and also located in the cooling （warming） area.The sea level pressure field showed an enhanced and southward-moving Siberian high-pressure system，bringing cold air from high to low latitudes，affecting temperature changes in Yunnan，and contributing to the strong cold air process.4） At 500 hPa，low-frequency positive height anomalies propagated southward from high latitudes to Lake Baikal，while low-frequency positive height anomalies at middle and low latitude moved eastward from Mediterranean Sea to Lake Baikal.The synergistic effect of these two low-frequency wave trains facilitated the generation，strengthening，and maintenance of abnormally low temperatures in eastern China and Yunnan from April to June 2022.5） In late spring and early summer of 2022，the South Branch Westerly Trough Index and the Siberian High Pressure Index in the 10—20 d low-frequency oscillation showed the best correlation with low-frequency temperatures in Yunnan at 7 and 5 d，respectively.These indices can effectively predict abnormal low-temperature processes in Yunnan.

Keywords Yunnan;late spring and early summer （April-June） of 2022;abnormal low-temperature event;10—20 d low-frequency oscillation;circulation system

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20240108001

（责任编辑：倪东鸿）