华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系

刘樱,郭品文,冯涛

① 南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044;② 浙江省气候中心，浙江 杭州 310002

华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系

刘樱①②,郭品文①*,冯涛②

① 南京信息工程大学 气象灾害教育部重点实验室,江苏 南京 210044;② 浙江省气候中心，浙江 杭州 310002

2015-03-14收稿,2015-06-03接受

国家科技支撑计划项目(2009BAC51B00)

摘要采用1959—2009年日平均气温观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对华北地区冬季持续性异常低温事件进行了定义,并在此基础上统计分析了该区近50 a来冬季持续性异常低温事件的发生规律及环流特征,然后对华北地区持续性异常低温事件与大气低频振荡之间的关系进行了研究。研究表明,近50 a来华北地区共出现26次持续性异常低温事件;环流场上持续性异常低温过程对应的是乌拉尔山高压脊的建立、发展、消亡以及东亚大槽的维持、加深、减弱过程;同时,分析发现低频波动与持续性异常低温事件密切相关,10～20 d低频环流场上华北、东北地区上空的低频气旋、中西伯利亚的低频反气旋,及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持续性异常低温事件的重要低频影响因子,进一步分析发现对流层高层到低层的低频信号主要是由中高纬向低纬且自西向东传播,来影响我国华北地区的。

关键词

持续性异常低温事件

低频振荡

环流特征

传播特征

我国是遭受气象灾害较为频繁且严重的国家之一,特别是近几年来持续性的、大范围的异常事件频频发生,对人们的日常生活带来了极大的影响与不便,尤其是2008年冬季我国南方低温雨雪天气及2009年华北强冷空气过程,这些异常事件引起了专家、学者对持续低温过程浓厚的研究兴趣(丁一汇等,2008;高辉等,2008;苗春生等,2010;彭艳等,2010;卢楚翰等,2012)。

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/高影响事件的发生具有重要作用(丁一汇和梁萍,2010),其主要包括周期为10～20 d和30～60 d左右的季节内变率。20个世纪70年代Yasunari(1979)指出印度夏季降水与热带低频振荡之间存在密切的联系。而在对冬半年的研究中,Lau and Lau (1984)认为影响东南亚地区冷涌爆发的大尺度波动可分为高频(5 d以内)和低频(5 d以上)两部分。强寒潮过程及中高纬环流系统则表现出强的10～20 d左右的季节内振荡(丁一汇,1991;马晓青等,2008;索渺清等,2008)。但是也有研究指出,我国冬季平均而言30～60 d周期振荡的贡献明显大于10～20 d周期的振荡(李崇银,1991;金祖辉和孙淑清,1996)。相继,很多研究都表明持续性异常事件与大气低频振荡之间有很密切的联系(陆尔和丁一汇,1996;Whitaker and Weickmann,2001;毛江玉和吴国雄,2005;Zhang et al.,2009)。尤其是持续低温雨雪事件与大气低频振荡活动更是密切相关(布和朝鲁等,2008;马宁等,2011;朱毓颖和江静,2013),以及东亚冬季环流季节内低频振荡的位相变化能较好地揭示南方降雪过程的异常环流特征(王允等,2008),都再一次说明大气低频振荡与持续性异常事件直接息息相关,大气低频振荡为异常低温的发生提供了有利的大尺度背景。

本文将试图从大气低频振荡的角度,来探讨华北地区持续性异常低温事件的变化特征及其规律,并讨论其与大气低频振荡之间的关系。

1资料与方法

主要使用1959—2009年中国753站逐日日平均温度资料(中国气象局国家气象信息中心提供),以及1959—2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料(Kalnay et al.,1996),包括逐日风场、高度场和温度资料(水平分辨率均为2.5°×2.5°)。

采用的方法主要有合成分析、非整数波功率谱、Butterworth滤波等。

2华北地区冬季持续性异常低温事件的特征

2.1站点的选取及持续性异常低温的定义

从全国753站中提取出华北地区(110～120°E,35～42.5°N)的所有站点,基于站点数据时间序列的长度、连续性以及迁站距离(≤20 km)3个主要条件(翟盘茂和任福民,1997),选取了代表华北地区的48个站点,时间长度为1959—2008年,共50 a冬季的连续观测数据。

图1　1959—2008年持续性异常低温事件年际变化Fig.1　Interannual variation of persistent abnormal low temperature events during 1959 to 2008

参考严寒日的定义(于淑秋,2005),将逐日区域日平均温度小于等于-10.0 ℃的日子定义为低温日。而对于连续7 d中有5 d或以上为低温日,且期间只允许连续发生1 d间断(即日平均气温大于-10.0 ℃的日子),则认为该区发生了一次持续性异常低温过程,其中第一个低温日为该过程的低温开始日期,过程结束日期与后续天气条件有关。如果其后连续的2 d中日平均气温均大于-10.0 ℃,则认为该次持续性异常低温过程结束,结束日期为最后一个日平均气温小于-10.0 ℃的日期。

2.2华北地区冬季持续性异常低温的统计特征

根据以上定义,对1959—2008年华北地区冬季的日平均温度进行统计,发现:近50 a里出现上述的持续性异常低温事件共26次,平均每次事件持续时间为7.8 d。且华北地区冬季持续性异常低温事件具有明显的年代际变化特征(表略),华北地区冬季持续性异常低温事件具有明显的年代际特征,且20世纪90年代前华北地区发生持续性异常低温事件的次数明显要多于90年代后,其中以60年代前后(1959—1968年)最为活跃,60年代共发生持续性异常低温事件11次,达到近50 a的高峰,且这10 a中发生持续性异常低温事件的天数已占发生总天数的38%;70年代及80年代前后发生持续性异常低温事件次数及天数都基本稳定;但是到了90年代后持续性异常低温事件明显减少,尤其是90年代中发生这种持续性异常低温事件次数明显减少,仅为1次;而21世纪后持续性异常低温事件发生的天数又有所增加。而由持续性异常低温事件年际变化(图1)可以看出,持续性异常事件存在明显的年际变化,以60年代持续性异常低温事件发生活跃,其中以1967年最为显著;1985年后持续性异常低温事件明显减少,2000年后持续性异常低温事件又有所增加。可见,60—90年代,持续性异常低温事件呈先多后少的变化趋势,其中以90年代持续性异常低温事件发生次数最少,21世纪后,冬季持续性异常低温事件又有所增加。

持续性异常低温事件不但具有明显的年代际变化特征,且多集中出现在12月21日—1月8日和1月19日—2月8日这两个时段(图略),即12月下旬到1月上旬及1月下旬到2月上旬。可见,这两个时间段应当作为华北地区持续性异常低温事件发生的重点预报时段,应当给予密切的关注。而其他时间段,很少发生甚至不发生这种持续性异常低温事件。

2.3华北地区冬季持续性异常低温环流特征

以往的研究表明,温度的变化受到大气环流的直接控制。所以,这里选取了近50 a华北地区冬季26次低温事件的环流场进行合成,着重分析异常低温事件发生前后对应的对流层低层到高层环流形势的变化特征。

图2　700 hPa合成风场(单位:m/s)和北风风速轴(大于6 m/s,等值线)　　a.低温发生前6 d;b.低温发生前3 d;c.低温发生当天;d.低温结束日Fig.2　700 hPa synthesis wind field(m·s-1)and north wind belt larger than 6 m·s-1(contours):(a—d) low temperature occurring six days before,three days before,on the start date,and on the end date,respectively

以持续性异常低温发生的当天作为基准0 d进行合成,这里首先给出了对流层低层700 hPa风场合成。在异常低温事件发生前,我国华北地区主要受位于鄂霍次克海附近的气旋影响,及气旋后部西北气流的影响。由图2可以看到,异常低温事件发生的前6 d起,在乌拉尔山附近新生一个弱的反气旋形势,这个新生成的反气旋在未来的几天中不断加强、并且向东移动;而鄂霍茨克海附近的气旋在这段时间内也不断加强。随着乌拉尔山附近反气旋的东移,反气旋前部的西北风也在不断的加大,直接影响了我国的内蒙古、东北、华北地区,较强的西北气流使冷空气向南输送对我国华北地区降温有直接的影响。从北风风速轴上可以看到,异常低温发生的前6 d到异常低温发生日北风风速大值中心从中西伯利亚高原到达内蒙古高原附近,在异常低温发生日达到最大,相应的风场沿北风风速轴风速不断加大,并由西北风转为西北偏北风,到达华北地区北部。可见,低层产生很强的北风和西北风,引起中高纬度冷空气的南下,导致华北地区出现这种持续性异常低温天气。而在异常低温的结束日,乌拉尔山附近反气旋、鄂霍茨克海附近的气旋均减弱,北风风速的大值区也减弱、变小。

下面给出的是对流层中层500 hPa的环流形势。对流层中层500 hPa是一个相当正压层,在该层上可以分析出很多重要的系统如中高纬度的阻塞高压、西太平洋副热带高压、低涡等的位置与强度等要素。这里,仍然以持续性异常低温发生的当天作为基准0 d,对华北地区冬季持续性异常低温事件发生前后500 hPa的位势高度场进行合成(图略)。与700 hPa风场合成相类似,对流层中层500 hPa高度场上,异常低温开始前,我国华北地区主要受到鄂霍次克海附近槽的影响,异常低温事件发生的前6 d,乌拉尔山东侧新生高压脊,在以后的几天里,高压脊不断向东移动,由于温度场落后于高度场,也使得乌拉尔山附近的高压脊、及鄂霍次克海附近的槽加强、发展。而在异常低温事件发生的当天,在鄂霍次克海到我国东北部形成一个闭合低压,而乌拉尔山附近新生的高压脊也移至西西伯利亚东部附近,我国华北地区受到这两个系统的共同影响,未来的几天中,乌拉尔山附近的高压脊减弱、东移,我国华北地区主要是受到这个高压脊的影响。总的来说,对流层中层500 hPa的环流形势表现的结果基本与低层一致。同样,分析了对流层高层200 hPa的环流形势,其与中、低层较为一致,这里就不再赘述。

可见,通过对对流层低、中、高层的环流场分析,发现:持续异常事件发生前期、发生时及发生后期,对应的对流层低层、中层到高层的环流形式基本一致,均为东亚大槽的维持、加强及减弱,及乌拉尔山高压脊的建立、加强及减弱过程。

3华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡的关系

3.1华北地区低频变化特征

为了研究华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡的关系,给出了华北地区冬季温度场的振荡周期。去除空间区域的影响,首先对华北地区1959—2008年冬季逐日日平均气温进行EOF分析,由于华北地区日平均温度第一模态贡献率较大(均在80%以上),故将各年第一模态的时间序列代表华北地区日平均温度变化的时间序列,然后对各年第一模态时间序列,做非整数波功率谱分析,并将每年各个周期(非整数)上的功率谱对应的回归方程的统计量F值以各周期作横坐标,时间(年)为纵坐标,作二维F值的时间—周期(当F>3.5时,其显著性是0.05)。从图3a中可以看出,能通过0.05信度显著性检验的主要周期为10～20 d、30～60 d,其中以30～60 d的振荡周期较为显著。而从华北地区冬季对流层低层到高层温度场的周期(图3b,c)也可以看出,对流层低层850 hPa温度场周期变化和站点日平均温度的周期变化表现的非常一致,从低到高层上温度场的周期变化,仍存在10～20 d以及30～60 d的变化,并且仍以30～60 d的变化周期为主,这与李崇银(1991)、金祖辉和孙淑清(1996)的研究成果也是较为一致的。可见,从温度场上来看华北地区冬季主要以30～60 d的变化为主。

由实际天气过程可知,经向北风的加大有利于中高纬度冷空气向华北地区的输入,从而有利于持续性异常低温事件的发生,那么在冬季风场上是否也存在周期性的变化,所以这里将继续讨论华北地区冬季v风场的变化周期。仍然采用上述方法,对经向风场做非整数波功率谱分析(图略),可见,对流层低层到高层经向风场仍以10～20 d以及30～60 d尺度的振荡周期为主,并且越往高层30～60 d时间尺度的振荡周期表现的越为明显。可见,华北地区无论是在温度场还是经向风场上,30～60 d波动都是显著存在的,并且是冬季低频变化的主要周期。

3.2华北地区冬季持续性异常低温的低频特征

上面已经讨论了华北地区冬季的温度场和经向风场的变化周期,得到两者都存在10～20 d以及30～60 d振荡的现象,然而这种低频波动与持续性异常事件的爆发是否存在一定的关系呢?由于上述讨论仅仅是基于统计特征,为了更详细的了解大气低频波动与持续性异常事件之间的具体关系,下面将用滤波方法进一步讨论。

3.2.1低频波动与持续性异常低温事件的关系

这里选取持续性异常低温事件发生的年份,以持续异常低温事件发生当天作为基准天的第0 d,将温度场(未滤波)分别向前、后合成30 d;并且以同样的方法,将滤波后的温度资料进行合成(图4)。由图4可见,持续性异常低温事件发生前,地面温度并没有明显的大幅波动,但是当持续性异常低温事件发生时地面温度明显降低,发生的当天温度平均下降5～6 ℃,而这种温度持续降低的现象也将维持6.5～7 d,这与前面的统计基本一致。而从低频温度场上来看,无论是10～20 d还是30～60 d的低频温度都对持续异常低温事件有很大的贡献,其中,10～20 d滤波的低频温度在事件发生时温度平均下降1.9 ℃左右,而30～60 d滤波的低频温度则平均下降2.4 ℃左右,可见30～60 d时间尺度温度场的低频波动对实际天气作用大于10～20 d低频波动,但是两者的共同贡献占了实际下降温度的78%,由此可见低频温度场的波动对实际温度的变化有非常大的影响,故而它与持续性异常事件之间也有非常密切的联系。

图3　1959—2008年华北地区冬季温度场主要周期的变化(阴影区表示通过0.05信度的显著性检验)a.日平均温度;b.850 hPa;c.200 hPaFig.3　Change in the main cycles for the temperature field in North China in winter during 1959 to 2008(shaded areas indicate statistical significance at the 0.05 level):(a)daily temperature;(b)850 hPa;(c)200 hPa

图4　华北地区低温事件发生前30 d及发生后30 d(包括发生当天)温度场及其同期低频温度(10～20及30～60 d)时间序列(直线表示地面温度值;虚线表示10～20 d滤波后的低频温度值;点线表示30～60 d滤波后的低频温度值)Fig.4　The temperature field 30 days before and after(including occurrence on the same day) persistent low temperature in North China,and the low-frequency(10—20 days and 30—60 days) temperature time series in the same period(solid line represents the actual temperature;dashed line indicates the 10—20-day low-frequency temperature after filtering;dotted line indicates the 30—60-day low-frequency temperature after filtering)

由于经向风场对持续性异常低温的发生有密切的联系,那么低频经向风场的波动是否对其有同样的影响呢,下面对低频经向风场与温度场的时间序列作同样分析(图略)。低频经向风场v和持续性异常低温事件关系也十分密切。在持续性异常低温事件发生时,低频经向风场的波动异常加大。在实际的天气过程中,当持续性异常事件发生时对应有北风风量的异常加大,因为北风风场的异常加大有利于将中高纬度的冷空气直接输送到华北地区,从而有利于持续性异常低温事件的爆发。而在3.1节中已经证明对于华北地区来说,经向风场上存在10～20 d、30～60 d的振荡周期,而低频风场与实际温度场的时间序列同样说明了,经向风场上这两种时间尺度波动对持续性异常低温事件爆发之间有密切的关系,持续性异常低温事件爆发时伴随着低频经向风场波动的异常加大。可见,低频经向风的异常加大是导致持续性异常低温事件的一个重要因素。

图5　700 hPa合成低频风场(单位:m/s)　　a.低温发生前6 d;b.低温发生前3 d;c.低温发生当天;d.低温结束日Fig.5　700 hPa synthesis low-frequency wind field (units:m·s-1):(a—d) low temperature occurring six days before,three days before,on the start date,and on the end date,respectively

3.2.2低频环流特征

既然大气的低频活动对持续性异常低温事件的发生有密切的联系,那么在持续性异常低温事件发生时,所对应的低频环流场上又有怎样的表现呢?下面,利用滤波资料,继续讨论10～20 d、30～60 d的低频环流特征。

3.2.2.110～20 d低频环流特征

首先分析10～20 d低频环流特征。这里仍然选取与实际天气图中相同的层次对流层700 hPa,以持续性异常低温事件为基础,以爆发的第一天作为基准天进行合成。由图5可见,在持续性异常低温事件发生的前6 d,在乌拉尔山以西的东欧平原附近存在一个低频反气旋,西西伯利亚平原附近有一个低频气旋,而渤海附近则存在一个低频反气旋中心,此时从低频系统上看我国华北地区主要受到渤海附近低频反气旋后部的偏南气流的影响。随后东欧平原附近的低频反气旋不断东移增强,而西西伯利亚平原附近的气旋在向东南移动的过程中不断减弱,渤海附近的反气旋东移过程中有所增强。直至异常低温事件发生时,东欧平原的低频反气旋已移至中西伯利亚附近,西西伯利亚平原附近的低频气旋移至我国东北、华北上空,我国华北地区明显受到这个低频气旋后部的偏北气流及中西伯利亚附近强大的低频反气旋系统前部的偏北气流共同影响,可见这两个低频系统10～20 d时间尺度上对持续性异常低温事件的爆发有直接影响的关键系统。同时可以看到在风场上,持续性异常低温事件发生当天,低频风场有明显加强,这同之前的分析较为一致。

3.2.2.230～60 d低频环流特征

图6　700 hPa合成低频风场(单位:m/s)　　a.低温发生前6 d;b.低温发生前3 d;c.低温发生当天;d.低温结束日Fig.6　700 hPa synthesis low-frequency wind field(units:m·s-1):(a—d)low temperature occurring six days before,three days before,on the start date,and on the end date,respectively

对于30～60 d时间尺度的低频环流场,仍采用上述方法对对流层低层700 hPa的低频风场进行合成,并得到以下结果:在持续性异常低温过程发生前6 d时,可以看到乌拉尔山以西存在一个强大的低频反气旋中心,蒙新高地存在一个低频气旋中心,鄂霍次克海到日本海附近有一个低频气旋中心,华北地区受到由我国南部输送来的偏南低频气流的影响。而在未来的几天中,乌拉尔山以西的低频反气旋不断增强并且缓慢东移,蒙新高地附近低频气旋减弱东移,鄂霍次克海附近的低频气旋向西南移动,在持续性异常低温事件发生时移至日本海附近。从图6中可见,乌拉尔山以西的低频反气旋在持续性异常低温事件发生的当天达到异常的强大,伴随的反气旋前部的经向北风也异常增大,使得由中高纬度输送到华北地区的冷空气增加,这与持续性异常低温事件的发生有密切的联系。而在持续性异常低温事件结束的当天,这个低频反气旋明显减弱,可见乌拉尔山以西的低频反气旋以及日本海附近的低频气旋是造成持续性异常低温事件发生的重要低频系统。

3.2.3低频涡度场的传播特征

图7　10～20 d低频涡度场沿37.5°N的时间—经度剖面(a,b)及10～20 d低频涡度场沿115°E的时间—纬度剖面(c,d)(阴影区表示负涡度,单位:10-6s-1)　　a,c.700 hPa;b,d.200 hPaFig.7　The (a,b)longitude-time sections along 37.5°N and (c,d)latitude-time sections along 115°E for the low-frequency component of the (a,c)700 hPa and (b,d)200 hPa vortex(shaded areas indicate negative vorticity;units:10-6 s-1)

为了寻找影响华北地区持续性异常低温事件的大气低频系统的传播特征,下面分别给出低频涡度场沿经、纬度的传播。这里对华北地区异常低温过程发生前30 d及发生后的10 d进行合成,从时间—经度剖面看,对应中低层(图7a),10～20 d正低频涡度系统从地中海附近自西向东传入我国华北地区并且在随后的几天中不断向东传播。这个正低频涡度中心在异常低温开始时前3 d左右维持在华北地区上空,而在此之前的5～6 d华北地区则受到负低频涡度影响;而高层(图7b),持续性异常低温开始前10 d,华北地区则一直处于自西向东传的负低频涡度系统中,高层系统的斜压性非常强,持续性异常低温开始后,则处于正涡度系统中,该涡度系统是前12 d左右自地中海附近自西向东传来的,和低层一致。时间—纬度剖面显示异常低温过程中低层(图7c)正涡度系统由泰梅尔半岛附近向南传播到华北地区,表现出涡度系统由高纬向南传播过程;而高层(图7d)与中低层结果基本一致。这些结果说明,从时间—经度剖面图看,低频涡度系统是自西向东传播,高层比较明显;而时间—纬度剖面上表示,高低层一致表现为低频涡度系统从中高纬向低纬度传播。

同样,对于30～60 d的低频涡度场也做了相同的处理,结果表明:华北地区异常低温过程发生前30 d及发生后的10 d,对应中低层(图8a)负涡度系统沿北大西洋东侧自西向东传入80～90°E附近有所减弱,在持续性异常事件发生当天影响华北地区上空。正涡度中心在异常低温开始前一直控制华北地区上空;而高层200 hPa(图8b)上,持续性异常低温开始前18 d,华北地区处于自西向东传的负涡度系统中,高层系统的斜压性也非常强,持续性异常低温开始后,华北地区则处于北大西洋东侧正涡度系统中。由时间—纬度剖面可以看出,异常低温过程中低层700 hPa(图8c)上负涡度系统由中高纬蒙古高原东侧向南传播到华北地区,正涡度系统由高纬向南传播;而高层200 hPa(图8d)与中低层基本一致。这些结果说明,华北地区低频环流系统是呈斜压性的,并且从时间—经度剖面看,从对流层高层到低层低频涡度系统是自西向东传播的,尤其在高层比较明显,且由时间—纬度剖面图高低层一致表现为低频涡度系统从中高纬向低纬度传播,可见这样的低频系统对华北地区异常低温过程的发生起到了重要作用。

图8　30～60 d低频涡度场沿37.5°N的时间一经度剖面(a,b)及30～60 d低频涡度场沿115°E的时间一纬度剖面(c,d) (阴影区表示负涡度;单位:10-6s-1)　　a,c.700 hPa;b,d.200 hPaFig.8　The (a,b)longitude-time sections along 37.5°N and (c,d)latitude-time sections along 115°E for the low-frequency component of the (a,c)700 hPa and (b,d)200 hPa vortex(shaded areas indicate negative vorticity;units:10-6 s-1)

4结论

1)1959—2009年中,冬季华北地区共出现26次持续性异常低温事件,且具有明显的年代际变化特征,20世纪60—90年代,持续性异常低温事件呈先多后少的变化趋势,以60年代最为活跃,90年代持续性异常低温事件发生次数最少,21世纪后,冬季持续性异常低温事件又有所增加。持续性异常低温事件多集中出现在两个时间段内,即12月下旬到1月上旬、及1月下旬到2月上旬,可见这是预报冬季持续性异常低温事件的关键时段。

2)华北地区冬季持续性异常低温事件的发生伴随环流场上的调整,在对持续性异常低温事件发生前后的环流特征分析后,发现:持续性异常事件发生前期、发生时及发生后期,对应的对流层低层、中层到高层的环流形式一致,为东亚大槽的维持、加强及减弱,及乌拉尔山高压的建立、加强及减弱过程。

3)华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频环流场的变化密切相关。在持续性异常低温事件发生时,10～20 d低频环流场上表现为华北、东北地区上空的低频气旋、中西伯利亚的低频反气旋;而30～60 d低频环流场上表现西西伯利亚附近的低频反气旋及日本海附近的低频气旋,可见这些低频系统是造成持续性异常低温事件爆发的重要低频系统。从时间剖面图上可以看到,两种时间尺度上的波动均是自西向东从中高纬度向低纬传播,来影响我国华北地区的,且高层比低层更为显著。

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In recent years,a wide range of abnormal weather events have been occurring frequently in China,imposing considerable impacts on people’s daily lives.For example,the severe winter in South China in 2008 and the strong cold air over North China in 2009.These abnormal events have generated great interest among experts and scholars.A large body of research shows that the evolution of the atmospheric low-frequency oscillation in the weather and climate plays an important role.Building upon this previous research,the present paper attempts to discuss the characteristics and regularity of continuous abnormal events in North China,as well as the relationship with atmospheric low-frequency oscillations.

Based on 1959—2009 NCEP/NCAR daily reanalysis data and daily observed temperature data in China,we begin by defining persistent abnormal low temperature.When the average air temperature is less than or equal to -10 ℃ for five to seven consecutive days or more,with only 1 day of discontinuity permitted,we argue that the region is subject to a persistent abnormal low temperature process.At the same time,the first day of the continuous low temperature process is defined as the start date,and similarly,the end day is the last day of the average temperature being less than -10 ℃.On the basis of this definition,the characteristics of winter persistent abnormal low temperature events in North China are studied.Then,the main relationships between winter persistent abnormal low temperature in North China and atmospheric low-frequency oscillation activities are discussed.

A regular pattern is found insofar as,during 1959—2008,persistent abnormal low temperature processes occurred 26 times in North China,featuring obvious interdecadal variation characteristics.During the 1960s to 1990s,persistent abnormal low temperature events were more frequent than at other times.However,there was a rising trend after 2000.Importantly,persistent abnormal low temperature events were focused in two periods,late December to early January and late January to early February,which could be key for extended-range forecasting.

Previous research has pointed out that atmospheric low-frequency oscillations bear a close relationship with abnormal events,playing an especially important role in periodic,continuous abnormal extreme events and high impact events.It provides the background field for such abnormal events,whilst at the same time,the occurrence of persistent abnormal low temperature events usually takes place through adjustment of the circulation field.By analyzing the processing of persistent abnormal low temperature events,we found that the structure from the upper troposphere to the lower troposphere is consistent,corresponding to the establishment of a ridge of high pressure in the Ural Mountains,followed by its development and demise,and the maintenance,deepening and weakening of the East Asian trough.

Meanwhile,persistent abnormal low temperature events in North China are closely related to the change in the atmospheric low-frequency circulation field.Though a series analysis,we find that both 10—20-day and 30—60-day low-frequency activities influence persistent abnormal low temperature events greatly.When persistent abnormal events happened,a 10—20-day low-frequency cyclone occurs in Northeast and North China,and an interim one in the central Siberian Plateau.Meanwhile,an anticyclone near the western Siberian Plateau and a cyclone near the Sea of Japan are the important 30—60-day low-frequency systems caused by persistent abnormal low temperature events.

persistent abnormal low temperature events;low-frequency oscillation;characteristics of atmospheric circulation;propagation characteristic

(责任编辑：张福颖)

The relationship between winter persistent abnormal low temperature in North China and atmospheric low-frequency oscillation activities

LIU Ying1,2,GUO Pinwen1,FENG Tao2

1KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation(KLME),NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;2ZhejiangClimateCenter,Hangzhou310002,China

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150314053

引用格式:刘樱,郭品文,冯涛.2016.华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系[J].大气科学学报,39(3):370-380.

LiuY,GuoPW,FengT.2016.TherelationshipbetweenwinterpersistentabnormallowtemperatureinNorthChinaandatmos-phericlow-frequencyoscillationactivities[J].TransAtmosSci,39(3):370-380.doi:10.13878/j.cnki.dqkxxb.20150314053.(inChinese).

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