江西省冬季异常气候特征分析
戴熙敏 ， 张超美
（江西省气象台，江西 南昌 330046）
摘 要：引入异常度的概念，对江西省48 a冬季气候进行分析，建立了冬季异常气候（干湿冷暖）划分的客观标准，并根据天气气候学原理对形成干湿冷暖异常冬季气候的成因进行了对比分析，得出了一些有意义的结果。这些结果在冬季气候预测中有参考价值。
关键词：冬季 气候 异常 特征
中图分类号：P467 文献标识码：A 文章编号：1007－9033(2001)04－0014－07
冬季气候灾害虽然不如夏季旱涝灾害那样严重，但随着国民经济的发展，冬季气候灾害也越来越受到关注。冬季旱涝灾害、冷（冻）灾害等较大程度地影响着国民经济。文献[1]对江西省1991年12月的冻害进行了分析，这次冷空气过程降温幅度全省达16～21 ℃，我省27°N以北的绝大部分县市最低气温降至－10 ℃以下，导致我省柑桔树大面积冻死，桔农损失惨重。这次冻害对其它农作物以及工业、交通、电信等行业也产生了较大影响。1997～1998年，我省出现了历史上罕见的冬汛，冬季降水总量创历史最大值，造成冬春作物大幅减产，例如油菜减产3成以上。由于冬雨绵绵，全省冬修水利工程进展缓慢，很多工程直至汛期仍未完工，给防御1998年特大洪水增加了很大的难度。以前对冬季气候分析研究不多，近年来冬季气候灾害的发生有越来越频繁、越来越严重的趋势，有必要加强研究。
1 资料来源及处理
1.1 资料来源
选取全省83个测站1951年1月～1999年2月江西省气候中心整编的逐日降水、日照、平均气温、最高气温和最低气温资料，经过整理、计算，得出1952～1999年共48 a冬季（上年12月～当年2月，下同）83站逐站冬季总降水、总日照、平均气温、极端最低气温和极端最高气温5个要素。
1.2 分片及逐片要素值计算
由于逐站分析工作量大，且冬季天气主要是大尺度天气系统影响的结果，在文献[2]的基础上，我们首先把全省分为南、中、北3片。即近似地把九江、宜春、上饶、南昌4市的42个测站划为北片；把吉安、抚州2市的23个测站划为中片；把赣州市的18个测站划为南片（图略）。然后计算冬季总降水、总日照、平均气温、极端最低气温和极端最高气温的分片平均值，从而得到这5个要素在各片上48 a的平均资料序列。
2 各要素时间序列分布特征
2.1 总降水逐年分布特征
从赣北、赣中、赣南3片冬季降水时间分布（图略）可以看到，各片冬季降水逐年变化趋势基本相同，70～80年代初变化幅度较小；而50～60年代和90年代变化幅度比较大，尤其是90年代后期更甚，1998年冬季各片降水量均为历史最大值，而1999年冬季却几乎达到最小值。
2.2 总日照时数逐年分布特征
从各片日照时数分布（图略）看，3片冬季总日照时数逐年变化趋势基本相同，也具有相当好的一致性。这表明冬季天气主要是大尺度天气系统影响的结果，表现为区域性特征，而局地特征不明显。从年际变化看，50年代中期～70年代末期，冬季日照总时数大多在300 h以上，80年代在300 h上下波动，而90年代大部分在300 h以下，总体表现为冬季总日照有逐渐减少的趋势。另外，对比降水和日照分布曲线可发现，降水和日照几乎是反位相对应的，距平符号相异频率为33/48；若以降水距平百分率绝对值≥30％或日照距平百分率绝对值≥30％为统计样本时，则两者的距平符号相异频率为20/23；若降水和日照同时出现距平百分率达50％以上时，则距平符号全部相反，没有出现符号相同的情况。即降水多，日照就少，反之亦然。
2.3 温度逐年分布特征
标准差能反映出要素变化的平均幅度。我们计算出全省冬季平均气温、极端最低气温和极端最高气温的标准差分别为1.0 ℃、1.5 ℃和2.0 ℃。由此可见：(1)极端最高气温变化幅度大，它是瞬间值，是在无冷空气影响下，连续的晴暖天气造成的；平均气温是季度时间尺度总体情况，因而变化幅度小；冬季极端最低气温，虽然也是瞬时的，但它是由直接影响的冷空气的强度决定的，它的高低取决于冷空气的强弱，如1992年冬季强寒潮就造成了我省冰雪和极度低温天气。（2）极端最低气温逐年变化与平均气温基本一致，两者距平符号相同率为36/48；而极端最高气温与平均气温距平符号相同率为30/48，要小一些。冬季的冷暖主要看平均气温和极端最低气温的高低。前者反映季度时间尺度气温的总体情况，后者反映出冷空气的强弱情况。因此，以平均气温和极端最低气温来分析冬季的冷暖异常状况比较好。
3 冬季异常气候分析
3.1 异常度概念
在短期气候预测中，一般以距平值或距平百分率划档来表征气候要素的异常与否，这样直观方便。但由于各种要素的波动幅度是不同的，即使是同一要素在不同季节其波动幅度也是有差异的，因此用统一的距平或距平百分率划档很难反映出要素在历史时间序列中的异常程度。为此，我们引入气候分析中常用的异常度概念：
(1)
其中x为要素值，x为x的历年平均值，σ
x为x的标准差，C为x的异常度。由于标准差σ
x反映的是要素值与平均值偏离的平均状况，它刻划了要素波动幅度的总体情况。异常度的物理意义是某年某要素偏离均值的程度与该要素序列平均偏离程度的相对比率。当|C|>1时，表明该要素偏离均值的程度比平均偏离更为明显，|C|越大，偏离均值越远；反之，当|C|<1时，表明该要素偏离均值的程度比平均偏离还小。
用（1）式计算1952～1999年共48 a各片冬季总降水、总日照、平均气温、极端最低气温和极端最高气温的异常度，便可得到各片各要素逐年的异常度分布情况（表略）。其中x和σ
x是根据1961～1990年共30 a资料来求算的。
3.2 冬季气候异常的划分标准
由于我们分析的是较大的区域，从各要素的均值和标准差(表1)可以看出，降水的标准差为均值的3～5成，平均气温和最低气温的标准差也分别达到0.9～1.2 ℃和1.2～1.7 ℃。由于标准差较大，同时也为了保证气候异常情况有一定的样本数，结合目前短期气候预测业务情况，我们把气候要素异常的临界值Cy定为1.0，即：当|Cy|≥1.0时，为异常；反之为正常。于是便可把冬季气候（旱冬湿冬和冷冬暖冬）异常的标准规定为：（1）冷冬暖冬：当冬季平均气温或极端最低气温异常度Ct≤－1.0(Ct≥1.0)时，称为冷冬（暖冬）。Ct为冬季平均气温与最低气温异常度绝对值最大者。（2）旱冬湿冬：当冬季总降水异常度Cr≤－1.0(Cr≥1.0)时，称为旱冬（湿冬）。
3.3 冬季气候异常特征分析
按上述标准，把全省各片气候异常情况列入表2，异常气候发生的频数和频率列入表3。
由表2、表3可以看出：（1）从全省平均来说，只出现温度或降水异常频率最高的是冷冬，其次是暖冬；温度和降水同时出现异常频率最高的是湿暖冬，其次是干暖冬，出现干冷冬和湿冷冬的概率极小。并且湿冬和干冬多与暖冬相伴，而少与冷冬相伴。（2）各类典型年份是：冷冬5 a（1955、1957、1967、1974、1977年）；暖冬4 a（1973、1978、1979、1991年）；干冬3 a（1962、1963、1986年）；湿冬3 a（1959、1989、1995年）；干暖冬3 a（1965、1987、1999年）；干冷冬1 a（1968年）；湿暖冬3 a（1975、1990、1998年）；湿冷冬1 a（1969年）。（3）从降水和气温组合情况看，冷暖冬与干湿冬交叉3片共有34 a次，其中湿冬伴暖冬占18/34，干冬伴暖冬占10/34，湿冬伴冷冬和干冬伴冷冬各占2/34和4/34。也就是说，交叉异常以暖冬伴随降水异常（干冬或湿冬）频率高，占28/34（82.4％）；而冷冬伴随降水异常（干冬或湿冬）频率低，只占6/34（17.6％）。
在3片的19 a次典型暖冬（Ct≥1.5）中，有5 a次伴随湿冬（Cr≥1.0），7 a次伴随干冬（Cr≤－1.0）；在25 a次典型冷冬（Ct≤－1.5）中，只有2 a次伴随湿冬（Cr≥1.0），4 a次伴随干冬（Cr≤－1.0）。即暖冬（Ct≥1.5）伴随降水异常（|Cr|≥1.0）的概率为12/19=63.1％，而冷冬（Ct≤－1.5）伴随降水异常（|Cr|≥1.0）的概率为6/25=24％。
4 冬季500 hPa高度场特征分析
分析冬季500 hPa平均高度场(图略)，可以发现：（1） 极涡:极涡呈两波分布，分别位于115～150°E和115～66°W，极涡中心更偏向西半球，508位势什米线分别南伸到80°N和65°N。（2） 中高纬大气环流主要呈与极涡相应的两波型分布，我国东部海域为低槽区，高原为高压脊区，西风带锋区从高原北侧呈西北东南走向经长江中下游伸向我国东部沿海。（3） 西太平洋副高主体偏东，脊线偏南，588线在135～160°E、10～20°N的范围内。
冬季气候异常干湿冷暖表现在大气环流特征上也有差异，因此我们把冬季（12～2月）8种类型的500 hPa高度距平场分类合成进行分析（图1），并把各主要大尺度系统距平特征列入表4。
4.1 暖冬500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡位于70～130°E，负距平中心达－85位势什米。(2) 副高略偏强。(3) 高原以东为正距平区，表明大陆高压活动频繁，西风带锋区在50～65°N得到加强，80～110°E，70～80°N为大片负变高区，中纬度环流区为正变高，表明冷空气活动偏北，黄河以南多为高压脊活动。(4) 60～90°E高原西部及其以南为负变高区，表明南支槽偏西。
4.2 冷冬500 hPa高度场特征分析
其距平场几乎与暖冬相反。(1) 极涡偏弱偏北，位于130～160°E。(2) 副高略偏弱偏东。(3) 高纬度地区为正距平区，而中纬度地区为负变高区，表明西风带锋区偏南，低槽活动频繁。(4) 中低纬地区均为负变高区，表明暖势力极弱，冷空气容易入侵我省。
4.3 干冬500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡中心在30～90°E、70～80°N区域活动较常年多。(2) 副高极弱，有明显的负变高中心。(3) 低纬度有大片负变高区，表明西南气流偏弱特征明显。(4) 高原及其东部和中低纬度地区为大片的正变高区（高压脊活动多），而中高纬度西风带位于70°N以北。这种形势表明暖势力弱而冷空气活动偏北，不利于降水天气的发生发展。
4.4 湿冬500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡偏低于东半球活动。(2) 副高略偏强。(3) 我国东部及海上中高纬度为正距平区，表明高压脊活动多。(4) 高原及其南部和西南地区为一片负变高区，说明南支槽还比较活跃。这种形势表明暖湿气流活跃，降水多。
4.5 暖湿冬季500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡偏于35～70°E活动，为大片负距平区。(2) 副高略偏强。(3) 高原中纬度华东沿海为正变高区，高压脊活跃。(4) 高原中部、北部和南部以负变高为主，北支槽、南支槽活跃。这种形势表明暖湿气流活跃，中纬度环流平直，有利于低槽频繁东移，冷暖气流交绥强烈，降水增多。
4.6 干冷冬季500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡中心偏于20～50°E、55～75°N区域活动。(2) 副高和中低纬度地区为明显的负变高，暖势力极弱。(3) 高纬度55～75°N、70～120°E为大范围的正变高区，表明高值系统活动频繁。(4) 西风带锋区偏弱。这种形势是副高弱，西南气流弱，冷空气相对强，不利于我省降水天气的发生发展。
4.7 冷湿冬季500 hPa高度场特征分析
(1) 极地冷涡位于100～150°E、55～85°N，与东亚大槽同位相。(2) 副高正常略偏强。(3) 南支槽偏强，西南气流活跃。(4) 高原东部的长江到黄河有大片负变高区，中心达12位势什米，西风带锋区南移，冷空气势力特别强盛。这种形势类似横槽型，冷空气多从东路南下，形成低温阴雨天气。
4.8 干暖冬季500 hPa高度场特征分析
(1) 极涡中心偏于20～60°E、55～70°N区域。(2) 副高强度正常。(3) 高原东部及其以东中低纬度地区为明显的正变高，表明这一区域高压脊活动多，西风带锋区偏北。(4) 无南支槽。这种形势是副高弱，西南气流弱，冷空气以西路南下为主，我省多受高压脊控制，从而不利于降水天气的发生发展。
5 8种类型冬季500 hPa高度场特征对比分析
5.1 暖冬与冷冬500 hPa高度场特征对比分析
(1) 极涡：暖冬极涡偏强，冷冬偏弱。(2) 西风带锋区强度和位置：暖冬偏强偏北，而冷冬偏南偏弱。(3) 高原以东中纬度环流：暖冬高压脊活动频繁，而冷冬低槽活跃。(4) 南支槽：暖冬有中等强度南支槽但偏西，而冷冬无南支槽。(5) 东亚槽：暖冬东亚槽偏强偏西，而冷冬偏弱偏南。(6) 副热带高压：暖冬偏强偏北，而冷冬偏弱偏南。
这些差异表现为暖冬由于副高偏强，西南气流活跃，西风带锋区偏强偏北，冷空气活动偏北；冷冬由于副高偏弱偏南，中低纬度暖势力弱西南气流不活跃，西风带锋区偏弱偏南，冷空气活动偏南。
5.2 干冬与湿冬500 hPa高度场特征对比分析
(1) 极涡：干冬极涡偏东，湿冬偏西。(2) 南支槽：湿冬有中等强度南支槽且偏东，而干冬无南支槽。(3) 东亚槽：干冬东亚槽底偏南，而湿冬偏弱偏北。(4) 副热带高压：干冬偏弱偏南，而湿冬偏强偏北。这些差异表现为湿冬副高偏强偏北，且有南支槽，西南气流活跃。
5.3 暖湿冬与干冷冬500 hPa高度场特征对比分析
(1) 极涡：暖湿冬极涡偏弱，干冷冬偏强。(2) 西风带锋区强度和位置：暖湿冬偏强偏北，而干冷冬特弱。(3) 南支槽：暖湿冬有中等强度南支槽并与北支槽同位相，而干冷冬副热带区均为负距平，无南支槽。(4) 副热带高压：暖湿冬偏强偏北，而干冷冬偏弱偏南。
这些差异表现为暖湿冬由于副高偏强，西南气流活跃，西风带锋区偏强偏北，冷空气活动偏北；干冷冬由于副高偏弱偏南，西南气流不活跃，西风带锋区偏弱偏南，冷空气活动偏南。
5.4 干暖冬与湿冷冬500 hPa高度场特征对比分析
(1) 极涡：干暖冬极涡偏于乌拉尔山以西活动，湿冷冬极涡与东亚大槽同位相。(2) 西风带锋区强度和位置：干暖冬略偏弱偏北，而湿冷冬偏南偏强。(3) 高原以东中纬度环流：干暖冬高压脊活动频繁，而湿冷冬低槽活跃。(4) 南支槽：干暖冬无南支槽，而湿冷冬有中等强度南支槽。(5) 东亚槽：干暖冬偏东，而湿冷冬偏强偏西。(6) 副热带高压：干暖冬略偏弱偏南，而湿冷冬略偏强偏北。
这些差异表现为干暖冬由于大陆高压活动多，西风带锋区略偏强偏北，冷空气活动偏北，无南支槽，因而我省降水少。湿冷冬由于副高略偏强偏北，西南气流活跃，西风带锋区偏强偏南，冷空气活动偏南且频繁，多造成低温阴雨天气。
从上述对比分析结果可以看出：冬季降水多的主要条件是副高强，南支槽活跃，而降水少则相反。冬季冷暖取决于西风带锋区强度和位置，暖冬西风带锋区偏强偏北，而冷冬西风带锋区偏弱偏南。
6 结语
(1) 一般来说，冬季降水多，日照就少。全省3片日照、降水距平符号相反率较高，说明冬季气候局地因素少，与夏季气候相比更表现为区域性特征[1]。
(2) 冬季降水和气温单项出现异常的是冷冬和暖冬频率较高；2项同时出现异常的是干暖冬和湿暖冬频率较高；冷冬伴随降水异常的情况很少。这就是说，在冬季气候预测中，如果预测是冷冬（Ct≤－1.5），则降水预测时应考虑在正常范围内为最大的可能性，其概率为66％；如果预测是暖冬，则应考虑预测降水异常（旱暖冬或湿暖冬）有较大的可能性，其概率为63.1％。这一点值得注意。
(3) 70～80年代各气候要素变化幅度小，而进入90年代后，我省各片冬季出现气候异常的概率高，且特别异常，如1992年冷冬、1998年湿冬伴暖冬和1999年旱冬伴暖冬均为解放以来最严重的，这是否意味着冬季气候出现了年代际变化。这在冬季气候预测业务中应予以关注。
(4) 从冬季平均气温和极端最低气温逐年分布看，进入90年代（除1992年外）以来，主要表现为正距平。这种现象说明了进入90年代后，冬季气温有升高的趋势。
(5) 冬季气候异常(冷暖干湿)是由于大气环流中的主要天气系统的不同配置所致,即由极涡强度和位置、西风带锋区强度和位置、南支槽强度和位置、东亚槽强度和位置、西太平洋副热带高压强度和脊线位置以及它们的不同组合、不同配置造成的。冬季降水多的主要条件是副高强，南支槽活跃，而降水少的主要条件则相反。冬季冷暖取决于西风带锋区强度和位置，暖冬西风带锋区偏强偏北，而冷冬西风带锋区偏弱偏南。
参考文献
1.陈标金，孙国栋.江西省九一年底冻害的气候分析[J].江西气象科技,1992，（2）.
2.戴熙敏，单九生.江西省降水气候客观分片分析[J].江西气象科技，2000，(2).
收稿日期：2001－10－08 改回日期：2001－11－07
第一作者简介：戴熙敏(1960－)，男，高级工程师，学士，主要从事短期气候预测研究.
