北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)是存在于北大西洋区域的重要大气低频模态, 它是一种大气内部状态, 描述了该区域大气环流的异常状态。阻塞是中高纬度地区存在深厚暖性高压系统, 也是大气环流低频变化过程中的重要成员, 具有持续时间长, 影响范围广的特点。已有的研究表明NAO和阻塞都可对中高纬度地区的天气和气候造成显著的影响, 一些学者指出欧洲极寒天气是与大尺度环流型如NAO有关的, 尤其要说明的是, NAO正位相(NAO⁺)常常引起北欧的暖冬及南欧的冷冻, 而NAO负位相(NAO^-)则正好相反(Hurrell, 1995; Scaife et al, 2008); 对NAO⁺事件转化至NAO^-事件这一过程进行分时段研究, 其结果表明NAO⁺向大西洋-欧洲阻塞转化的时候更容易引起欧洲大陆极寒天气(Luo et al, 2014); 有理论研究证明NAO⁺事件在衰减期将会在欧亚大陆产生阻塞, 大气阻塞不仅影响整个冬季的平均气候, 更容易引起大西洋-欧洲区域的极寒天气(Luo et al, 2007; Sillmann et al, 2009), NAO位相的改变与欧洲冬季极暖和极冷事件有密切关系(Diao et al, 2014)。乌拉尔山阻塞位于欧洲下游, 而中国属于欧亚大陆部的东部, 也位于大西洋-欧洲区域的下游地区, 那么NAO和乌拉尔山阻塞之间有什么关系, 其变化又会对中国造成什么影响？

2008年1—2月中国南方经历了一次严重的低温雨雪冰冻灾害天气, 对国民经济生活等方面都造成了巨大的损失。国内外很多研究从各个方面对这次极寒事件进行了分析, 如杨辉(2011)认为该次事件与北极涛动(AO)位相变化有重要联系, AO的正位相对应中国南方温度降低、降水增多; 王允等(2008)利用东亚冬季季节内振荡特征及其与中国南方地区雨雪天气过程的关系分析了这次事件, 认为季节内低频振荡的位相变化能较好地解释此事件的过程; 丁一汇等(2008)则指出全球气候变暖和前期的强La Niña是该次事件的大背景, 稳定的欧亚环流形势则提供了重要的大尺度环流条件, 并强调了这次事件是多种因素相互配合的结果; 另外也有一部分研究表明前期海洋热力差异(付健健等, 2008)、热带大气季节内振荡(朱红蕊, 2013)及大气非绝热加热异常(李来芳, 2011)对该次事件有所贡献; 而更多的研究则是从天气学角度进行分析, 均表明乌拉尔山阻塞对该次事件有重要影响(王东海等, 2008; 杨贵明等, 2008; 李灿等, 2009; 彭艳等, 2010; Han et al, 2011; 韩哲等, 2013; Zhou et al, 2009), 由于其异常持续稳定地存在, 导致冷空气活动频繁, 与低纬系统对水汽输送的配合, 从而为南方大部分地区冰雪风暴天气的形成提供了有利条件。同时, 谭桂容(2010)提出这次气温异常变化与同期北大西洋涛动有密切关系, NAO正异常使北大西洋急流加强东扩, 中国北方出现波状环流异常, 致使冷空气活动偏强。尤其是王东海等(2008)认为这次阻塞事件的长期稳定维持, 是由于阻塞上游极强的负涡度平流持续输送, 使得濒临崩溃的阻塞形势又重新建立。本研究将这次长时间的阻塞过程分为两个过程来进行分析, 结果发现这两次乌拉尔山阻塞事件过程发生期间, 中国地区呈现出具有显著差异的天气现象, 且阻塞的上游均伴随了NAO⁺事件, 因此将NAO和乌拉尔山阻塞结合在一起, 对该次极端灾害事件做进一步分析, 从而得到一些更新的发现。

采用的气象要素数据为1979—2014年冬季(12月至翌年2月)ECMWF的ERA-Interim逐日再分析资料, 包括500 hPa高度场, 2 m温度场、地面降水场及500 hPa水平风场, 分辨率均为2°×2°。逐日的NAO指数来自NOAA/Climate Prediction Center (CPC), 文中NAO⁺(NAO^-)事件定义为NAO指数连续3天及以上大于(小于)0.5个标准差。与NAO⁺(NAO^-)事件相关的乌拉尔山阻塞是指乌拉尔山阻塞发生期间, 其生命周期处于NAO⁺(NAO^-)事件的生命周期内。

阻塞指数为Tibaldi et al(1990)的一维经典阻塞指数(下称TM指数), 其定义如下:

式中: φ_n=80°N+Δ; φ₀=60°N+Δ; φ_s=40°N+Δ; GHGS(the southern 500 hPa geopotential height gradient)代表 500 hPa向南的位势高度梯度, GHGN(the northern 500 hPa geopotential height gradient)代表 500 hPa向北的位势高度梯度。Δ=-4°, 0或4°, 当任意经度上至少一个Δ的值满足方程GHGS>0, GHGN＜-10·m(deg lat)^-1时, 则定义该经度上有阻塞发生。对乌拉尔山阻塞事件的挑选方法为:选择经度范围为50°E—70°E的格点计算其TM指数, 当该格点满足条件时将该格点上的值设为1, 不满足条件则为0;然后对每一天50°E—70°E的格点值逐一检查, 若该经度范围内至少存在一个格点值为1, 那么将这一天的值设为1, 不满足条件则为0;至此将时间序列转变为1和0的数组, 当该数组连续出现3次及以上为1时, 则认为发生了一次乌拉尔山阻塞时间, 连续的数值1对应的时间即为阻塞的生命周期。

2008年1月前后, 一场低温雨雪冰冻天气袭击了我国南方, 给我国带了严重的灾害。已有一些研究表明乌拉尔山阻塞对这次事件有重要影响, 而本文发现在这次灾害事件期间, 出现了两次乌拉尔山阻塞事件, 其发生时间分别为2007年12月30日至2008年1月13日(下称事件一)和2008年1月15日至2月2日(下称事件二)。通过ERA-Interim再分析资料显示的500 hPa高度场的发展演变可以看到, 2007年12月30日在40°N, 20°W处存在一高压脊(图 1), 下游地区出现两个较弱的切断的低压中心, 随着时间的推移, 高压脊向东北延伸, 迅速在乌拉尔山地区形成具有复合体的阻塞形势, 到2008年1月3日乌拉尔山阻塞达到成熟阶段, 成为标准的Ω型阻塞, 之后逐渐向东偏移、南压减弱。到1月9日乌拉尔山阻塞高压的中心已经非常弱了, 此时下游的切断低压开始加深, 将高压脊向西退进, 阻塞高压逐渐崩溃。通过天气图的演变及阻塞指数的计算, 此次乌拉尔山阻塞过程到1月13日结束, 但此时可以看到在30°E又出现一明显高压脊, 该高压脊之后发展便形成了第二次乌拉尔山阻塞过程。从1月17日开始(图 2), 乌拉尔山地区形成明显向北延伸的高压脊, 虽然没有明显的高压环流中心, 但其显著的经向环流形势非常强大。随后在上游大西洋区域南部高压的发展下, 乌拉尔山区域的高压脊向东北抬升延伸, 到21日可看到阻塞高压的完整环流形势。随着上游大西洋区域阻塞高压的继续维持和缓慢北伸, 乌拉尔山阻塞的位置和强度也基本没有变化。直到29日, 阻塞高压开始南压, 31日则基本崩溃, 阻塞形势结束。

图 1(Figure 1)

图 1 2007年12月30日至2008年1月13日(a~h)两次乌拉尔山阻塞事件(事件一)的500 hPa高度变化场(单位: gpm) Figure 1 Ural region from 30 December 2007 to 13 January 2008 (Event 1). Unit: gpm

图 2(Figure 2)

图 2 2008年1月17—31日(a~h)两次乌拉尔山阻塞事件(事件二)的500 hPa高度变化场(单位: gpm) Figure 2 Instantaneous evolution fields of geopotential height on 500 hPa for two blocking events occurring over Ural region from 17 to 31 January 2008 (Event 2). Unit: gpm

为进一步分析这两次事件的差异, 对该期间的500 hPa高度距平场、地面温度和降水距平场进行合成。从两次事件的高度距平场[图 3(a), (b)]可以看出, 在乌拉尔山地区(60°E, 60°N)均呈现北部反气旋, 南部气旋的偶极子结构, 其中事件一的反气旋中心气压比事件二的反气旋中心气压较高, 且位置更偏西南方向。对于事件一, 乌拉尔山的强大反气旋和南部的气旋构成了较强的气压梯度力, 使得冷空气侵入40°N, 30°E—60°E的欧亚大陆南部地区; 而事件二的乌拉尔山强大的反气旋与南部的气旋构成的强气压梯度力, 直指中国区域, 因此可能造成中国的大范围降温。另外, 在40°N, 85°E附近的青藏高原南支槽, 可为中国南部带来充足的水汽(Han et al, 2011), 事件二在40°N, 60°E—110°E之间的强大气旋, 恰好可加强青藏高原南支槽, 将更多暖湿气流带入中国南方地区, 与持续入侵的冷空气汇合可造成南部地区的降水; 而事件一的气旋则偏西, 因此不能通过加强青藏高原南支槽以给中国南方的降水提供客观的水汽条件。副热带地区的反气旋通常可加强西太平洋的副热带高压及控制中国南部的天气, 事件一在副热带的地区呈现的反气旋位置偏西北方向, 基本覆盖了中国南方大部分陆地, 因此可能不会引起南方的大幅度降温, 也无法从海洋上带来大量的暖湿空气; 而事件二在副热带地区的反气旋虽然强度较小, 但其位置基本位于洋面, 可为中国南方的降水带来较多的暖湿空气。继续从温度距平和降水场距平的合成场可以看出, 事件一期间中国的降温几乎没有明显变化, 且南方降水反而出现了明显的减少[图 3(c), (e)]; 而事件二发生期间, 中国才出现了大范围的显著降温及南方的雨雪增加[图 3(d), (f)]。此外, 两次事件的上游北大西洋区域也均存在NAO正位相的偶极子结构。

图 3(Figure 3)

图 3 两次乌拉尔山阻塞事件期间的500 hPa高度距平场(a, b, 单位: gpm)、地面温度距平场(c, d, 单位: K)及降水距平场(e, f, 单位: mm) 图 3(a), (b)中阴影区表示通过了95%的置信水平 Figure 3 Composited 500 hPa geopotential height anomalies(a, b, unit: gpm), surface temperature anomalies(c, d, unit: K) and precipitation anomalies(e, f, unit: mm) for two Ural Blocking events. In Fig 3 (a) and (b), the shaded denotes the region above the 95% confidence level for a two-sided student's t test

通过以上分析发现, 2008年两次乌拉尔山阻塞的上游地区均呈现NAO⁺事件, 但却给中国的温度和降水带来完全不同的结果, 为研究其原因先对这两次事件中乌拉尔山阻塞中心运动的轨迹进行跟踪[图 4(a)], 结果发现事件一的阻塞从开始发展到消亡都比事件二偏西北方向, 于是提出猜测:是否是乌拉尔山阻塞位置的改变, 导致了对中国冬季天气截然不同的影响？另外得到两次事件发生期间的逐日NAO指数[图 4(b)], 发现事件二发生期间的NAO指数小于事件一, 但从高度异常场的分布可以看出事件二的NAO⁺事件强度要更大, 只是位置偏东。

图 4(Figure 4)

图 4 两次乌拉尔山阻塞事件中心最大振幅的运动轨迹(a)及2007年12月24日至2008年1月29日的NAO指数(b, 虚线代表两次事件的起止时间) Figure 4 The trajectory of the center of the maximum amplitude of the two Ural Blocking events (a) and time evolution of the daily NAO index from 24 December 2007 to 29 January 2008 (b, the dashed lines represent two Ural Blocking events from begining to end)

至此, 计算得到1979—2014年冬季与NAO⁺相关的乌拉尔山阻塞事件共39例, 得到其平均位置为64°N, 56°E, 再计算每次事件中心位置的经纬度, 并对其进行标准化, 以经度≥0.5(≤-0.5)个标准差的个例定义为偏北(偏南)的阻塞, 纬度≥0.5(≤-0.5)个标准差的个例定义为偏东(偏西)的阻塞(图 5), 由此得到偏北的阻塞7例, 偏南的10例, 偏东的10例, 偏西的13例。对其不同位置阻塞的高度场异常场[图 6(a)~(d)]从Lag-5~Lag+5进行合成, 其中Lag0指阻塞中心振幅强度最大的那天。对于偏北的阻塞[图 6(a)], 乌拉尔山地区存在一个非常强的反气旋环流结构, 中心位势高度大于140 gpm, 而在反气旋的正南方向有一显著的气旋, 气旋具有两个低压中心, 且偏西的低压中心更强, 这就使气压梯度力更多地指向正南偏西方向, 造成大部分冷空气对欧洲南部的入侵, 而偏东的低压位于蒙古上方, 由于强度较弱、纬度偏北, 因此冷空气对中国的侵入并不明显, 可能只能到达北方内蒙地区。偏南[图 6(b)]的阻塞中心位势高度约为176 gpm, 与上游北大西洋中纬度的反气旋及欧洲西部的气旋构成由西向东的波列结构, 这种结构可能更有利于能量从上游北大西洋向下游乌拉尔山地区的频散; 在乌拉尔山阻塞的东南方存在一气旋, 覆盖中国的北部、中部及西南地区, 由于偏南的阻塞中心气压更强, 因此带来的冷势力也更加强盛, 并可能侵入中国的大部分地区。偏东[图 6(c)]的阻塞情况与偏南的类似, 在上游都有明显的波列结构, 下游的气旋基本覆盖了整个中国, 但由于中心位势高度约为156 gpm, 较弱于偏南的阻塞, 因此造成中国的降温可能不如偏南的阻塞明显。偏西[图 6(d)]的阻塞中心位势高度最大, 约为196 gpm, 但其东南方向对应的气旋位于中东地区, 气压梯度力没有直接指向中国方向, 因此可能造成中国的降温不很明显; 其上游也存在自西向东的波列结构, 相对偏南和偏东的较弱。对中国Lag-5~Lag+5期间的温度合成[图 6(e)~(h)]也验证了这种结果, 因此, 只有偏南和偏东的阻塞才能引起中国地区的大范围降温。

图 5(Figure 5)

图 5 与NAO+相关的乌拉尔山阻塞中心经纬度数值的标准化序列虚线代表±0.5个标准差 Figure 5 Normalized latitude (a) and longitude (b) of the location from NAO+ related Ural Blocking. The dashed lines represent ±0.5 standard deviations

图 6(Figure 6)

图 6 与NAO+相关的乌拉尔山阻塞在不同位置时从Lag-5~Lag+5期间的500 hPa高度距平场(a~d, 单位: gpm)及地面温度距平场(e~h, 单位: K) 图(a)~(d)中阴影区域表示通过了95%的置信水平 Figure 6 Composited 500 hPa geopotential height anomalies (a~d, unit: gpm) and surface temperature anomalies (e~h, unit: K) from Lag-5 to lag+5 days for northward (a, e), southward (b, f), eastward (c, g) and westward (d, h) displaced NAO+ related Ural Blocking events. In Fig. 6(a)~(d), the shaded denotes the regions above the 95% confidence level for a two-sided student's t test

通过以上对2008年两次乌拉尔山阻塞事件的分析发现, 即使同样在NAO⁺事件期间, 乌拉尔山阻塞的位置会呈现明显的差别, 那么在NAO⁺期间乌拉尔山阻塞位置为什么会产生变化, 其位置变化的机理是怎样的, 是接下来要研究分析的内容。

对NAO⁺和乌拉尔山阻塞逐日发展演变的分析(图 7)可以看出, NAO⁺的强度指高度距平在30°N—50°N, 60°W—0°的区域平均值与50°N—70°N, 60°W—0°的区域平均值之差, 阻塞的强度是指中心高度距平的标准化结果, Lag0指阻塞强度最大的那天。结果可以看到NAO⁺的峰值总是超前阻塞的峰值, 即阻塞是从NAO⁺开始衰退的阶段才达到强盛时期, 其中偏北的阻塞滞后4天, 偏南的滞后6天, 偏东的4天, 偏西的3天, 相关系数分别为0.78, 0.85, 0.88和0.88, 且均通过95%的置信区间。因此推断乌拉尔山阻塞的发展来源于上游NAO⁺的能量积累, 或者NAO⁺期间低频波向下游的传递(Luo et al, 2007)。

图 7(Figure 7)

图 7 标准化的阻塞强度及NAO+强度的时间序列合成 Figure 7 Time variations of normalized composited Ural Blocking intensity indices and daily NAO+ for northward (a), southward (b), eastward (c) and westward (d) displaced NAO+ related Ural Blocking events

上述结果表明乌拉尔山阻塞总是滞后于NAO⁺事件, 而NAO⁺期间欧亚大陆的大尺度环流情况也可能是之后乌拉尔山阻塞在不同位置发生的原因。对阻塞的研究早已表明, 较弱的纬向风可为阻塞环流提供更有利的条件(Kaas et al, 1993), 从而计算了不同位置的乌拉尔山阻塞在NAO⁺发展期间, 即Lag-5~Lag+5(Lag0为NAO⁺强度最大天)的500 hPa纬向风距平场(图 8), 即阻塞发生前期的大气背景。从图 8中可以明显的看出不同位置的乌拉尔山阻塞, 在乌拉尔山地区的纬向风显著减弱的位置和强度有所差别。北大西洋涛动和北大西洋急流活动的关系已被研究(Dunkerton, 2000), 乌拉尔山上游北大西洋区域纬向风异常增加的区域在这里可认为是急流所在, 图 8也显示出不同位置的乌拉尔山阻塞对应的急流情况也有所差异。而谭桂荣等(2010)的研究结果表明, 北大西洋急流的位置变化也与乌拉尔山阻塞具有一定关系, 从而对中国天气产生不同的影响。从图 8(a)可以看到在NAO⁺期间, 纬向风异常减少的区域具有两个中心, 一个位于乌拉尔山及以西大部分区域, 另外一个位于蒙古及亚洲东部地区, 且强度较大, 但由于风速减弱最大区在50°N以北, 纬度偏高, 因此乌拉尔山阻塞可能产生在较高的纬度, 对应偏北型; 同时上游急流轴出口位于0°左右, 即大西洋急流轴向东延伸并不明显, 且急流中心最大风速也不是很强。对于偏南型的阻塞型, 纬向风在NAO⁺生命期内显著减少的区域主要出现在乌拉尔山的东南方向, 而在其上方纬向风异常增加的区域纬度偏南, 这种情况就使乌拉尔山阻塞容易南压, 从而产生在纬度偏低的区域; 而上游对应纬向风正异常强度较大, 急流轴向东延伸的位置也偏东, 更容易使能量向下游频散, 有利于乌拉尔山阻塞的建立。偏东型的乌拉尔山阻塞其纬向风异常减弱区纬度与偏南型的近似, 而经度更偏东, 上游的急流情况也与偏南型的近似, 因此使乌拉尔山阻塞产生在偏东地区。图 8(d)显示此时乌拉尔山地区的纬向风异常减小, 强度较大, 然而位置却非常偏西, 且此时急流轴强度很小, 退到0°以西, 呈现西北-东南倾斜的状态, 这种情况使乌拉尔山阻塞更容易西退, 产生在偏西的地区。

图 8(Figure 8)

图 8 不同位置的乌拉尔山阻塞在NAO+ Lag-5~Lag+5期间的500 hPa纬向风距平场(单位: m·s-1)阴影区表示通过了95%的置信水平 Figure 8 Composited zonal wind anomalies on 500 hPa from Lag-5 to lag+ 5 days during the NAO+ episodes for northward (a), southward (b), eastward (c) and westward (d) displaced Ural Blocking events. Unit: m·s-1. The shaded denotes the region above the 95% confidence level for a two-sided student's t test

由此可知, 与NAO⁺相关的乌拉尔山阻塞的位置可能是由前期NAO⁺发展阶段引起纬向风的变化所致, 纬向风异常减少的区域就是乌拉尔山阻塞容易产生和活动的位置, 并且与急流轴的位置和强度也有一定的关系, 当急流轴更向东延伸且强度较大时, 更有利于乌拉尔山阻塞在偏南偏东方向产生, 从而引起中国更加强烈的降温天气。

NAO对欧洲极寒天气的重要作用在很多研究中都已证明, 尤其是位相的变化也会引起不同的结果(Hurrell, 1995; Scaife et al, 2008; Luo et al, 2014; Diao et al, 2014), 而其对中国冬季天气的影响也已有一部分学者做了研究(谭桂容等, 2010; 徐寒列等, 2012)。为此统计了1979—2014年冬季(12月至翌年2月)乌拉尔山阻塞事件共59例, 其中与NAO⁺相关的阻塞有39例, 与NAO^-相关的有9例, 与NAO转向事件相关的有4例, 而与NAO不相关的阻塞仅有7例, 各所占比例如图 9所示(其中横坐标“N⁺ to N^-”意为与NAO⁺转向NAO^-事件相关的乌拉尔山阻塞, “N^- to N⁺”意为与NAO^-转向NAO⁺事件相关的乌拉尔山阻塞, “Non”意为与NAO事件不相关的乌拉尔山阻塞)。另外, 对NAO事件的统计结果表明, 1979—2014年冬季NAO⁺事件共发生125例, 其中31.2%都和乌拉尔山阻塞事件相关; NAO^-事件共54次, 只有17%与其同期发生。从统计上可以明显看出NAO⁺事件期间更容易产生乌拉尔山阻塞, 这在Luo et al(2007)的结果中已被证明, 且有88%的乌拉尔山阻塞的发生都伴随了NAO事件, 因此认为乌拉尔山阻塞的发生与NAO事件有密切的关系, 这里重点分析与NAO⁺和NAO^-相关的阻塞事件, 及其对中国冬季气候的影响。

图 9(Figure 9)

图 9 1979—2014年冬季乌拉尔山阻塞事件与NAO事件的相关统计 Figure 9 Number of Ural Blocking events associated with NAO events in winter from 1979 to 2014

定义阻塞中心强度最大的那天为Lag0, 合成了NAO正负位相时乌拉尔山阻塞在Lag-5~Lag+5期间的高度距平场及中国温度距平场(图 10)。从高度距平场可以看到, NAO⁺时乌拉尔山阻塞位于(64°N, 56°E), 中心强度值为151 gpm, 其东南方对应的气旋覆盖了中国北方大部分区域, 形成了由西北向东南的气压梯度, 但由于气旋的位置偏北且中心强度较小, 这样的结构可能使冷空气不能更好的侵入到中国中部和南部。而NAO^-时乌拉尔山阻塞位于64°N, 64°E, 中心强度达到182 gpm, 其东南方向对应的气旋基本覆盖了整个中国, 且中心负距平也较强, 因此更容易使来自高纬度的冷空气南下, 造成中国大范围的降温。从温度距平场中也可以看出, NAO⁺时我国只有内蒙和新疆局地有温度负距平, 东北大部分地区和青藏高原出现了正变温, 而其他地方则没有明显的温度变化; 而NAO^-时整个中国呈现大范围的显著降温, 尤其是北部降温的幅度非常大。由此可知与NAO^-相关的乌拉尔山阻塞对中国的降温天气有更重要的影响。

图 10(Figure 10)

图 10 乌拉尔山阻塞在不同NAO位相时从Lag-5~Lag+5期间的500 hPa高度距平场(a, b, 单位: gpm)及地面温度距平场(c, d, 单位: K) 图 10(a)、(b)中阴影区表示通过了95%的置信水平 Figure 10 Composited geopotential height anomalies on 500 hPa (a, b, unit: gpm) and surface temperature anomalies (c, d, unit: K) from Lag-5 to Lag+ 5 days for NAO+ (a, c), NAO- (b, d) related Ural Blocking events. In Fig. 10(a) and (b), the shaded denotes the regions above the 95% confidence level for a two-sided student's t test

为了进一步研究NAO事件对中国冬季天气的直接影响, 对1979—2014年冬季与乌拉尔山阻塞没有关系的NAO事件进行了统计, 其中NAO⁺事件86例, NAO^-事件45例。定义NAO事件发生期间其指数绝对值最大的一天为Lag0, 分别合成没有其高度距平场和对应期间中国的温度距平场在Lag-5~Lag+5期间的变化情况(图 11)。从高度距平的分布(图 11)可以看出NAO^-事件的中心强度明显大于NAO⁺的强度, 但均在中国地区没有出现具有一定强度的天气系统, 因此这样的结构不利于冷空气的南下, 中国可能不会出现明显的降温。从温度距平场也可以看出无论NAO⁺或NAO^-期间, 都没有使中国出现显著的温度降低, 反而一些地方有正的温度距平。因此认为乌拉尔山阻塞可以作为NAO事件影响中国冬季寒冷事件的媒介, NAO只有在乌拉尔山阻塞存在且位置恰当的情况下才可能引起中国地区的降温。

图 11(Figure 11)

图 11 不存在乌拉尔山阻塞时不同NAO位相时从Lag-5~Lag+5期间的500 hPa高度距平场(a, b, 单位: gpm)及地面温度距平场(c, d, 单位: K) 图 11(a)、(b)中阴影区域通过了95%的置信水平 Figure 11 Composited geopotential height anomalies on 500 hPa (a, b, unit: gpm) and surface temperature anomalies (c, d, danwei: K) from Lag-5 to Lag+5 days for NAO+ (a, c), NAO- (b, d) without Ural Blocking events, where Lag0 represents the day that the NAO index is largest. In Fig. 11 (a) and (b), the shaded denotes the regions above the 95% confidence level for a two-sided student's t test

(1) 对2008年1—2月的中国南方的低温冰雪灾害天气的分析发现, 该次过程伴随了两次与NAO⁺相关的乌拉尔山阻塞事件, 且第二次阻塞过程才引起了大范围的降温降雪。因此对1979—2014年冬季与NAO⁺相关的乌拉尔山阻塞根据活动位置进行分类, 得到偏北型、偏南型、偏东型和偏西型四类, 其中偏南型和偏东型的乌拉尔山阻塞对中国冬季降温的影响更显著。其活动位置取决于NAO⁺期间乌拉尔山地区的背景西风分布情况, 且乌拉尔山阻塞的发展总是滞后于NAO⁺事件3~6天。

(2) 对1979—2014年冬季乌拉尔山阻塞和NAO的统计表明, 88%的乌拉尔山阻塞发生都伴随了NAO事件(NAO⁺、NAO^-或NAO转向), 而48%的NAO事件也与乌拉尔山阻塞共同出现, 且乌拉尔山阻塞更容易在NAO⁺的情况下产生。然而与NAO^-相关的乌拉尔山阻塞事件强度更大, 引起中国冬季降温更显著。

综上所述, 乌拉尔山阻塞可作为NAO影响中国冬季寒冷天气的桥梁, 如果没有乌拉尔山阻塞存在, 仅存在NAO的结构则不容易引起中国的大幅度降温。在接下来的研究中, 将继续探讨与NAO^-相关的乌拉尔山阻塞为什么会对中国冬季气候带来更显著的影响, 并重点分析与NAO^-和NAO⁺相关的乌拉尔山阻塞的特征差异, 生命周期演变的规律, 并解释引起这种差异可能的物理机制。且在不同NAO位相期间, 找到乌拉尔山阻塞在建立过程中能量的具体来源和传播的差异, 及对整个东亚冬季天气的影响, 进而寻找可能造成东亚极端天气的气候背景。