黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与环流指数的关系
第36卷第2期2021年4月
Vol.36No.2
Apr.2021灾害学
JOURNAL OF CATASTROPHOLOGY
赵佳莹，陈莉，班晋，等.黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与环流指数的关系[J].灾害学，2021,36(2)：84-88, 103.[ZHAO Jiaying,CHEN Li,BAN Jin,et al.Determination of Winter Abnormal Warm Climate Events in Heilongjiang Province and its Relationship with Circulation Index[J].Journal of Catastrophology,2021,36(2)：84-88,103.doi：10.3969/ j.issn.1000-811X.2021.02.015.]
黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与
环流指数的关系”
赵佳莹1，陈莉1，班晋1，刘艳华2，刘泽恩彳，李亚滨1
(1.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨150030；  2.黑龙江省公共气象服务中心，黑龙江哈尔滨150030；
3.黑龙江省哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨150028)
摘要：利用1961-2018年黑龙江省61个站冬季逐日平均气温资料，以连续5d日平均气温正距平超过1倍标准差为标准，对黑龙江省冬季异常暖事件进行了判断，并按照0.3个标准差将其分为一级、二级、三级异常暖气候事件。分析表明黑龙江省在58年间冬季共发生35次异常暖气候事件，累计天数270d o异常暖气候事件发生有较明显的周期性变化，1961-1986年和2009-2018年为低发期、1987-2008年为高发期。71.4%的异常暖事件发生在1986年后，说明异常暖事件的频繁发生对1980年代中后期该省冬季气温显著升高有直接贡献。1961 -2018年该省冬季发生一级、二级、三级异常暖气候事件分别为9次、10次、16次。研究月尺度同期环流指数异常与黑龙江省异常暖气候事件的关系，发现北半球极涡面积异常偏小、极涡强度异常偏强、东亚槽强度异常偏弱和北极涛动异常正位相与异常暖气候事件发生有较好的对应关系，为今后黑龙江省冬季异常暖气候事件的预测提供了可靠参考。
关键词：冬季；异常暖；气候事件；环流指数；黑龙江省
中图分类号：P423；X43；X915.5文献标志码：A文章编号：1000-811X(2021)02-0084-06
doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2021.02.015
在全球变暖大背景下，欧亚大陆极端气候现象和中国旱涝气候灾害频繁发生UT。有研究表明，全球、
北半球和中国近100年的增温主要发生在冬季和春季⑷，尤以冬季更为显著。冬季气温显著升高有利于大气层结稳定度的增加，使得中国华北、江淮和华南地区冬季霾日增多和维持⑸；同时暖冬使农作物病虫越冬阶段推迟，延长病菌冬前侵染、冬中繁殖时间，降低害虫越冬死亡率，增加冬后菌源和虫源基数同；对于以冰雪景观著称的中高纬地区，暖冬造成冰雪景观持续时间缩短、加大冰雪景观维持成本。
中国大部分地区冬季极端低温和极端高温事件发生频率不尽相同对于极端低温气候事件，已经有许多学者专家用不同的方法进行过研究2创。ZHANG Zongjie等⑴]用百分位法确定单站极端低温事件，钱维宏等血以此为基础定义了区域极端低温事件，龚志强等⑴]研究得出了影响中国冬季极端低温的三个高度场关键区：贝加尔湖、乌拉尔山和雅库茨克一鄂科斯克海附近。而目前对于极端高温事件研究较少。虽然冬季气温升高趋势显著，但是这种趋势是由极端事件造成的，还是由逐渐升高的气候态造成的，需要进一步研究；并且冬季平均气温只能反映平均状况，气温变化可能比较平稳，也可能是季节内异常冷、暖事件交替发生，那么只对冬季平均气温进行研究，会有一定的局限性。
本文旨在揭示在气候变暖大背景下，黑龙江省冬季异常暖事件的气候变化特征，及其与典型北半球中高纬环流系统的关系，为今后研究极端气候事件和揭示该省气候变化提供更多科学依据。
1资料和方法
1.1资料
黑龙江省61个气象站1961-2018年冬季逐日平均气温资料来自于黑龙江省气象数据中心。冬季为12月至翌年2月，如1961年冬季为1961年
12月至1962年2月
北半球极涡面菽、北半球极涡强度、东亚槽位置、东亚槽强度、北极涛动(A0)月指数来自国
*收稿日期：2020-08-31修回日期：2020-11-12
基金项目：黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2020D015)；中国气象局气候变化专项(CCSF202019)第一作者简介：赵佳莹(1987-)，女，汉族，黑龙江哈尔滨人，硕士，工程师，主要从事气候预测研究.重庆大学就业
E-mail:zhaojiaying36@qq
通讯作者：陈莉(1972-)，女，汉族，吉林扶余人，博士，正研级高级工程师，从事气候与气候变化研究.
E-mail：climate_chenli@163
2期赵佳莹，等：黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与环流指数的关系85
家气候中心提供的130项环流指数数据集。西伯利 亚高压指数参考朱红霞等丽定义，选取40。~60。 N, 80°~120°E 的范围内格点的海平面气压平均
值，利用NGEP/NCAR 逐月再分析资料（空间分辨 率2.5。x2. 5。）计算得出。1.2黑龙江省平均逐日气温序列的建立
通过对黑龙江省61个气象站1961 -2018年冬 季平均气温EOF 分解，得到EOF1的分布特征为 全区一致，方差为86.25%，可以采用逐日气温61
个气象站平均值代表黑龙江省平均逐日气温序列
（以下简称工序列），以此为基础进行黑龙江省冬季 异常暖气候事件的诊断分析。1-3冬季异常暖气候事件的定义
本文借鉴文献[⑼的方法，定义黑龙江省冬季 异常暖气候事件：对£序列求得距平序列（平均时
段为1961 -2018年），连续5d 的日平均气温正距 平超过1倍标准差，定义为一个异常暖气候事件。
1.4冬季异常暖气候事件等级划分
异常暖气候事件等级包括3个要素，分别是暖
事件持续天数、极温暖温度距平和气温累积距平,
分别以厂、垢和-表示，单位分别是d，兀和弋。乔四美最后和谁在一起了
对35次异常暖气候事件的旷、妇和.进行标
表1 1961 -2018年黑龙江省冬季异常暖气候事件表
准化处理后，得到S 「，S®, S taO 定义异常暖事件 的强度为S，令
S=Sr+S…,+s ”。 （1）由公式（1）可以看出，S 值越大，暖事件强度 越强。
碁照文献[20]，对于异常暖事件划分为3个 等级：—级 s  M  + 0. 3 cr  o
二皱-0. 3（r  <sW  +0. 3cr o  三级 s  W  -0. 3a 0 其中b 代表标准差。]5 研究方法
'使用多箱气候统计方法，主要用到的统计特
征量有标准差、变差、回归系数、相关系数和趋
势系数等。2结果分析2.1异常暖气候事件的确定经过普查，1961 -2018年黑龙江省冬季异常 暖气候事件为35次（表1）。序号
年份
事件发生时段 （月.日-月.日）
r/d  t m /°C  t a /°C  等级
11967  2.18 -2.2252197312.31 -1.0563197512. 28 一 1. 0594197912. 02 -12. 0875197912.16 -12. 2056198112.18 -12. 22571982  2.16 -2. 2058198212. 20 -12. 24591983  1.23-1.31910198612.07 -12. 14811198712. 23 -12. 286121989  1.05-1.095131989  2. 03 -2. 086141990  2.15 -2. 22815199012. 04 -12. 09616199012. 17 - 12. 226171993  1.31 -2.0561*******. 01 -12. 055191996  1.10-1. 14520199712.14 -12. 2916211998  1.29 -2.025221998  2. 22 -2. 28723199812. 12 -12.165241999  1.11 -1. 199252002  1.19-1.235262002  2.01 -2. 077272002  2.20-2. 28928200312.21 -1.021*******  1.11 -1. 166********.20 -12. 26731200612.31-1.67322007  1.13-2. 143333200712.26-12.316342015  2.14-2. 231035201812.15 -12. 228
10. 4912.1110.408. 3912. 7910.067. 8510. 8913.139.0811.6010.626.5010. 46
3-7-96-9-5273085207
11.446.7510.1911.357.15& 687.3111.278. 846. 45& 987. 7710. 897.2610. 599.52
34. 8643.2667.484& 2539. 8835.7928.653& 2869.3157. 9946.1028.4431.5462.5756.6340. 5239. 0228.8135.1489. 5830. 3360. 5044.8152.7333. 9843.1284. 9083.7832.1945. 6346. 9821&2135. 4972.1049. 53
汰级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级级
三二三三二一二二三三一三三三三三二二三三三一三二三一三一二二一一一一
86灾害学36卷2.2冬季异常暖气候事件频次年际变化特征
黑龙江省1961-2018年冬季共发生35次异常
暖气候事件，累计天数270d，平均每年发生0.60
次，每次7.71d0从图中可以看到，1986年前,
异常暖气候事件发生次数较少，共发生10次，事
件发生的累计天数为64d，平均每年发生0.38次,
每次6.4d；1987年到2008年的22年间，发生23
次，发生事件累计天数为188d，平均每年发生
1.05次，每次8.17d；2009年后，异常暖事件发
生频率降低，10年内发生2次，累计天数18d,
平均每年发生0.2次，每次9<1。
图］黑龙江省冬季异常暖气候事件逐年发生次数、天数和
冬季平均气温变化图
从各年代变化情况看（表2），异常暖气候事件
在1980年代发生次数最多，其次是2000年代,
1990年代位居第3。需要注意的是，1960年代至
2000年代冬季平均气温距平与发生的异常暖气候
事件次数对应得较好，但2010年代冬季平均气温
距平为+0.4%：，发生异常暖气候事件的次数却与
冬季气温较低的I960年代和1970年代相仿。这种
现象可能说明，进入2010年代，由于极地升温,
极涡强度偏弱，导致冷空气南下时常侵扰该省,
使得暖空气在黑龙江省稳定性差。
表2各年代异常暖气候事件年均发生次数和次均发生天数
年代年均发生次数/
（汐年）
次均发生天数
/
（"次）
冬季气温
距平/迟
19600.15-1.3黑切
19700.4  6.8-1.0
1980  1.1  6.30.2
19900.87.30.7 20000.910.3  1.0 20100.2590.4
2.3冬季各月异常暖气候事件的年际变化特征
分付怎么开通1961-2018年期间，黑龙江省冬季各月（12月、1月、2月）异常暖气候事件发生次数分别为15、11、10次（2007年冬季异常暖事件从1月13日持续至2月14日，在进行逐月分析时，1月和2
月各算1次，因此以月尺度分析异常暖气候事件发
生次数为36次），累计发生天数分别为108d、85 d和77d，次均发生天数分别为7.2d/次、7.7d/次和7.7d/次。
如图2所示，2月异常暖气候事件发生次数的
多年变化特征与冬季相似；而12月在1978年以前没有发生过异常暖气候事件；1月在I960年代和2008年以后没有发生过异常暖气候事件。
M
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年册
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静
宅
图2黑龙江省1961-2018年冬季各月异常暖气候事件
发生次数和天数变化图
通过对黑龙江省冬季、12月、1月、2月气温的回归系数和变差系数分析得出，2月变暖速率为0.64弋/10年，高于12月、1月的0.28T/10年和0.41乞/10年；2月平均气温的变差系数为-0.16，高于12月、1月的一0.12和-0.11o可以看出2月异常暖气候事件集中发生在1989年以 后，使得2月变暖更为显著，造成了尽管2月异常暖气候事件发生次数不是最多，但是其年际变化要大于12月和1月。
2.4各等级异常暖气候事件时间分布特征
如表1所示，1961-2018年黑龙江省冬季发生一级、二级和三级异常暖气候事件分别为9次、10次和16次，1986年后分别发生7次、5次和13次。从各级异常暖气候事件逐月分布来看，一级事件在冬季各月分布较均匀、二级事件有70%发生在12月、三级事件在1月发生的次数稍多。最近10年虽然气温总体呈现升高趋势，但只发生过1次一级异常暖事件和1次二级异常暖事件。
2.5异常暖气候事件与环流指数异常的对应研究
为揭示黑龙江省异常暖气候事件发生的气候机制，分析了异常暖气候事件与同期环流指数异常的对应关系。有研究⑵亠］表明，黑龙江省冬季气温与北半球极涡、东亚槽、北极涛动和西伯利亚高压相关较密切，对这几个环流指数与该省冬季逐月气温做相关分析，结果如表3。冬季气温与同期东亚槽强度、北半球极涡面积相关最好，其次是北极涛动，相关系数均通过了0.01显著性检验，与北半球极涡强度、东亚槽位置、西伯利亚高压的相关系数在冬季的部分月份也通过了0.05，甚至0.01的显著性检验。
表4列出了这几个指数在发生异常暖气候事件时的状态。表中“++”代表指数有利于黑龙江省异常暖气候事件的发生，且距平超过0.5
国外大学排名个标准
2期赵佳莹，等：黑龙江省冬季异常暖气候事件判定及其与环流指数的关系87
差；“+”代表指数有利于黑龙江省异常暖气候事件发生，且距平在0.5个标准差之内；代表指数不利于黑龙江省异常暖气候事件发生，且距平超过0.5个标准差；“代表指数不利于黑龙江省异常暖气候事件发生，且距平在0.5个标准差之内。
表3黑龙江省1961-2018年冬季及逐月平均气温与典型环流指数的相关系数
月份/季北半球极
涡面积
北半球极
涡强度
东亚槽
位置
东亚槽
强度
北极涛动
西伯利亚
高压
12-0.1470.2900.1220.5080.257-0.360 1-0.4580.2210.2560.3270.328-0.215 2-0.3290.1980.2570.3340.348-0.424冬季-0.4630.1590.1610.4830.382-0.193表41961-2018年黑龙江省冬季各月异常暖气候事件与主要环流指数异常的关系
月份年份北半球极涡
面积
北半球极涡
强度
东亚槽
位置
东亚槽
强度
北极涛动
西伯利亚
高压
1979（2次）一++一++++++ 1981-一+-+一--1982++++一一一一++++ 1986一++++一一++ 1987一++————一++ 1990（2次）+++-++++++ 1995+++
12月（15次）
1997-一++-++-++ 1998++++-++++ 2003++一++一一一一一2006++++++++++++ 2007+一++++++ 2018一一一+++一一正异常态/（正异
常态+正常态）
5/78/114/76/108/911/11 1974——-+++++++ 1976+++++——+——1983++++++一+一一1989++++++++++一1996++一一——一++
1月1998+（11次）1999+++--++一-2002++++一++++++
2005++——一++一2007（2次）+++++++++--正异常态/（正异
常态+正常态）
8/94/75/65/66/93/4 1967-++--一++一-
1982--++++-
1989++++++-+++
1990-++-一++++-
2月1993++一++一一++ 1998++++++-一--
（10次）
2002（2次）++++——++++++ 2007-一--+-一-
2015++-一-一+++一-正异常态/（正异
常态+正常态）
6/66/63/44/66/73/4
12-2月正异常态/
（正异常态+正常态）
19/2218/2412/1715/2220/2517/19
88灾害学36卷
从表4中可以看到，以月尺度分析的36次异常暖气候事件中，22次北半球极涡面积偏小，其
中异常偏小比例为86.4%；24次极涡强度偏强,
其中异常偏强比例为75.0%；17次东亚槽位置偏
东，其中异常偏东比例70.6%；22次东亚槽偏弱，其中异常偏弱比例为68.2%；25次AO为正位相,
其中异常正位相比例为80%；19次西伯利亚高压
偏弱，其中异常偏弱比例为89.5%o
逐月来看，1月、2月的异常暖事件发生时，北半球极涡面积偏小的概率明显高于12月；且在1月和2月发生的21次异常暖事件中，除6次极涡面积偏大外，15次极涡面积均异常偏小。12月
和1月北半球极涡强度偏强的比例稍高于2月；且2月发生的6次异常暖事件中，均为异常偏强。1月东亚槽偏东的比例高于12月和2月，但三个月东亚槽偏东概率均在50%左右；12月东亚槽偏弱的概率高于1月和2月，但1月东亚槽偏弱有利于异常暖气候事件发生的年份中，8成年份异常偏弱；1月和2月北极涛动正位相的概率远高于12月，且2月北极涛动正位相年份中，异常正位相的比例高达86%。12月西伯利亚高压偏弱有利于异常暖气候事件发生的年份中，100%年份异常偏弱。
对比表3可以看出，月平均气温与气候指数的
相关密切程度，与异常暖气候事件发生时的环流
指数关系不尽相同。比如，2月北半球极涡强度与同期黑龙江省气温的相关系数仅为0.198，但在2月
发生异常暖气候事件时，极涡强度偏强概率为60%；12月东亚槽强度与同期气温相关系数达0.508，远高于2月二者的相关系数，但12月和2月异常暖气候事件发生时东亚槽偏弱的比例均在6成左右；2月平均气温与西伯利亚高压相关最好，但12月异常暖事件发生时，西伯利亚高压偏弱的比例为73.3%，要远高于2月的40%。
3结论和讨论
以连续5d的日平均气温正距平超过1倍标准差为标准，对黑龙江省冬季异常暖气候事件进行判断。经普查，黑龙江省1961-2018年冬季共发生35次异常暖气候事件，累计天数270d。异常暖气候事件发生有较明显的周期性变化，1961-1986年、1987-2008年和2009-2018年异常暖气候事件发生次数占比分别为28.6%、65.7%和5.7%。从年代际来看，异常暖气候事件在1980年代发生次数最多，其次是2000年代，1990年代位居第3。研究发现冬季平均气温距平的正负号及距平值和各年代异常暖事件发生次数对应较一致，但2010年代冬季平均气温距平为+0.4七，异常暖气候事件的发生次数与冬季气温偏低的I960年代和1970年代相仿。文中对于异常暖事件划分为3个等级，一级最为严重。1961-2018年黑龙江省冬季发生一级、二级、三级异常暖气候事件分别为9次、10次、16次，1986年后分别发生7次、5次、13次。
为揭示黑龙江省异常暖气候事件发生的天气气候机制，分析了异常暖气候事件与月尺度同期环流指数
异常的对应关系。北半球极涡面积异常偏小、极涡强度异常偏强、东亚槽强度异常偏弱和北极涛动异常正位相与异常暖气候事件发生有较好的对应关系，如果算上符号一致的正常态，对应概率百分比超过了60%。尤其是12月的北半球极涡强度和西伯利亚高压，1月北半球极涡面积和北极涛动，2月的北极涛动，对应概率均在70%以上
義们也发现月平均气温与典型环流指数的相关程度，与异常暖气候事件发生时的气候指数关系不尽相同。例如某月份环流指数与气温的相关系数偏小，但该环流指数却有利于异常暖气候事件的发生。由此可知，月或季平均气候态是极端气候事件形成的背景，但不能简单的用月或季平均气候态的环流成因来替代极端气候事件的环流成因。以本研究为例，研究极端气候事件时，需要构造能够反映异常暖气候事件强弱的月指数，进而采用月环流指数和外强迫因子对其进行分析，得到的结论才更为合理。
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