“双碳”目标下我国东部地区冬季气候异常研究

蒋 硕 豆京华

（河北省信息工程学校 河北保定 071000）

引言

东亚地区是世界上显著的季风区。东亚冬季风作为北半球冬季最活跃的环流系统之一，它的异常活动可引起东亚及东南亚的寒潮降温和灾害性雨雪天气[1]。王振华[2]研究指出，东亚冬季风异常主要存在整个东亚地区冬季风整体偏强（偏弱）或者东亚西北区冬季风偏强（弱）和东南区偏弱（强）的分布型2 种模态。

目前，国内外关于南方降水对ENSO 和东亚冬季风异常的响应研究有很多。陶诗言等[3]认为，在ENSO 暖（冷）期冬季，亚洲上空的环流型不利（有利）于寒潮向南爆发，导致东亚冬季风弱（强），华南地区的降水为正（负）距平。郭其蕴等[4]认为El Niño 和La Niña 年东亚大陆的气压场差异主要表现为冷空气南下路径不同，El Niño（La Niña）年冷空气路径偏东（偏西），中国南方多雨（少雨）。施能[5]发现我国整体的冬季降水在强冬季风年偏少，而在弱冬季风年偏多，Wang and Chen[6]通过对多个东亚冬季风指数的分析进一步证实了这一结果。

我国东部地区的冬季降水发生在东亚冬季风环流背景的影响下，降水的变化具有年际变化的特征，对环保、农业、能源、水资源、交通及通讯方面的影响更为突出。同时，面对“双碳”目标的严峻挑战，亟待做好碳市场与其他关键政策节点衔接，鼓励、引导各地因地制宜自主行动深化低碳转型，深入探索以低碳转型驱动高质量发展的协同路径构建经济社会、生态环境和气候治理等协同发展的新格局[7]。因此，有必要对东亚冬季风异常和我国东部降水的关系进行探讨。

1 资料与方法

本文所用资料为500hPa 纬向风、高度场资料和850hPa 经向风、纬向风资料，以及925hPa比湿资料、中国160 站的月平均降水量资料。

为了能更加适用于描述中国大陆冬季气温变化及降水变化，本文根据朱艳峰[8]的研究，尝试运用一种表示东亚冬季风强度的指数来分析问题，其定义为式（1）。

2 东亚冬季风的年际和年代际变化

根据上述的东亚冬季风强度指数的定义，图1 给出了1948～2007 年东亚冬季风强度的变化。当IEAWM>0 时，表明东亚地区500hPa 高度场上中高纬度与中低纬度之间的纬向风切变偏强，东亚地区纬向气流偏弱，则冬季风偏强；当IEAWM<0 时，表明东亚地区500hPa 高度场上中高纬度与中低纬度之间的纬向风切变偏弱，东亚地区纬向气流偏强，则冬季风偏弱。

图1 东亚冬季风强度指数IEAWM 的变化曲线(虚线)和9 点平滑曲线(实线)

为了便于分析问题，本文中将上一年的12月、次年的1 月和2 月看作一个冬季，如1948年的12月、1949年的1月和2月作为1948年冬季。图1中的IEAWM的变化曲线变化幅度较大，IEAWM较高的年份为1967 年（2.47）、1983 年（2.24）、1954 年（2.05）；IEAWM较 低 的 年 份 为1978 年（-2.54）、1986 年（-1.84）、1996 年（-1.64）。

从图1 中IEAWM的变化曲线可以直观地看出，1948 年始至20 世纪80 年代中期，IEAWM基本上为正，即这段时间内东亚冬季风强度偏强；20 世纪80 年代中期以后，IEAWM基本上为负，即这段时间内东亚冬季风偏弱。9 点平滑曲线表现的特征则更加明显，尤其是20 世纪80 年代中期以后冬季风偏弱的阶段。

分析文中计算所得的东亚冬季风强度指数IEAWM，在20 世纪60 年中选取具有代表性的年份研究东亚冬季风的异常变化。选定的强冬季风年份（IEAWM>1.0）为1954 年、1956 年、1966 年、1967 年、1968 年、1974 年、1976 年、1983 年、2004 年和2007 年；弱冬季风年份（IEAWM<-1.0）为1959 年、1978 年、1986 年、1989 年、1991 年、1996 年、2001 年、2002 年和2006 年。

3 东亚冬季风与我国东部地区降水

3.1 强、弱冬季风年的500hPa 高度场特征

强、弱冬季风年的东亚环流系统和天气特征有明显的差异。在强冬季风年（见图2a）500hPa高度距平合成图上，乌拉尔山东侧偏北位置为一正距平中心，乌拉尔山以东的大部分地区为正距平，朝鲜半岛与我国东北地区附近有一负距平中心，贝加尔湖以东以南主要为负距平，表明阻塞高压明显较强，西太平洋副热带高压偏弱，东亚地区西风环流偏弱，有利于冷空气南下，有利于东亚大槽南伸加强；在弱冬季风年（见图2b）500hPa 高度距平合成图上，其距平合成场的分布与强冬季风年的分布基本相反，乌拉尔山东侧附近为一负距平中心，乌拉尔山以东的大部分地区为负距平，贝加尔湖以南的绝大部分地区为正距平，东亚中纬度地区正距平明显，表明上游高压脊偏弱，西太平洋副热带高压偏强，东亚地区西风环流偏强，不利于冷空气南下，不利于东亚大槽的发展。

图2 强冬季风年冬季500hPa 高度距平合成场(a)；弱冬季风年冬季500hPa 高度距平合成场(b)(实线为正值，虚线阴影区为负值，单位：gpm)

3.2 冬季风异常与我国东部地区降水

在本文的讨论中，我国的东部地区主要划分在105°～130°E、20°～55°N 范围内。将标准化之后的东亚冬季风强度指数IEAWM与我国160 站冬季平均降水量资料进行相关分析。我国东部绝大部分地区的冬季降水与冬季风强度之间存在负相关关系，在四川东部和重庆北部地区的负相关最好，负相关系数达到0.3；在华北及其以南的大部分地区负相关系数达到0.2 以上，其余的长江与黄河之间的地区都是弱的负相关；在东北和华南地区除部分地区外也存在弱的负相关关系。总体来说，我国东部大部分地区的冬季降水与东亚冬季风的强度有着负相关的趋势。

3.3 我国东部地区冬季低层风场的变化

在1948～2007 年这60 年中，根据强、弱东亚冬季风的划分，合成了强、弱冬季风年850hPa的矢量风距平风场（见图3）。从图3a 可见，强冬季风指数年时，在乌拉尔山东部附近有一个距平反气旋环流中心，西西伯利亚北部存在一个距平高压脊，除东西伯利亚附近地区为距平东风外，从整个贝加尔湖地区经蒙新高地、内蒙地区和东北地区至河套地区、华北地区、江淮地区和华南地区均为距平偏北风，其中华北地区的距平偏北风最为显著。因此，在东亚冬季风偏强的年份，西伯利亚高压较正常年份显著偏强，我国东部大部分地区出现偏北风加强的形势，受偏强冷空气的影响较为明显，降水可能有所减少。从图3b可见，弱冬季风指数年时，乌拉尔山西侧附近存在一个距平气旋环流中心，西西伯利亚和中西伯利亚都出现距平偏南风，整个贝加尔湖附近地区也是距平偏南风，我国东部绝大部分地区都是距平偏南风，尤其是在长江中游和部分下游地区，距平偏南风很显著。因此，在冬季风偏弱的年份，西伯利亚高压比正常年份弱很多，冷空气不易南下，而东部地区受来自东南和西南的暖湿气流的影响比正常年份强，有利于水汽输送，我国东部大部分地区有可能形成更多的降水。

图3 强冬季风年冬季850hPa 矢量风距平合成场(a)；弱冬季风年冬季850hPa 矢量风距平合成场(b)(阴影区表示经向风通过90%的信度检验，单位：m/s)

3.4 我国东部地区冬季低层水汽的变化

在形成降水的过程中，水汽条件的影响至关重要。强、弱东亚冬季风年低层比湿差异与形成降水的多少密切相关。在冬季风偏弱的年份，我国东部大部分地区925hPa 的比湿比冬季风偏强的年份要高一些，这样的水汽条件下，降水过程可能偏多，形成降水量可能就会增加。同时，在冬季风偏弱的年份，我国东部大部分地区的降水会偏多；冬季风偏强的年份，由于水汽少些，形成的降水量可能相对就偏少。

4 “双碳”目标下应完善的措施

实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。节约资源是我国的基本国策，是维护国家资源安全、推进生态文明建设、推动高质量发展的一项重大任务。在分析我国东部地区冬季气温、降水等气候变化规律的基础上，应当紧紧围绕地方需求，针对不同区域的气候地理条件和生态条件、不同的经济发展地区，以及国家重点生态功能区、生态脆弱区、易灾区和城市适应气候变化行动方案确定的重点区域等，分区采取有针对性的措施。如，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，强化我国东部地区能源消费及碳排放目标管理，提高资源利用效率，推动零碳能源技术、负排放技术在资源再生领域的应用；推动节能低碳城市和相关基础设施建设，加快推进冬季清洁取暖推进城乡建设和建筑领域绿色低碳发展，统筹推进山水林田湖草沙系统治理，严格落实相关举措，持续提升生态碳汇能力；主动适应气候变化作为实施积极应对气候变化国家战略的重要内容，推进和实施适应气候变化重大战略，开展重点区域、重点领域适应气候变化行动，强化监测预警和防灾减灾能力，努力提高适应气候变化能力和水平。

结语

我国东部地区冬季气候异常主要表现为东亚冬季风强度有明显的年际和年代际变化特征，在20 世纪80 年代中期以前处于偏强阶段；在20 世纪80 年代中期以后处于偏弱阶段。东亚冬季风偏强时，我国东部大部分地区降水偏少；冬季风偏弱时，降水则偏多。冬季降水多少与西伯利亚高压、西太平洋副热带高压以及底层风场、水汽条件等密切相关。可通过构建清洁低碳、安全高效的能源体系和推动绿色低碳、循环发展的新模式来减缓气候变化，并通过节能减排早日实现“双碳”目标；同时，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，减小需求压力，提升应对气候变化和极端气候事件能力，以及应对区域性气候变化风险。