刁平1，刁晓芸1，姚丽花2
（1.乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830002；2.第七师气象局）
摘要：本文利用1976—2013年的亚洲极涡面积指数资料，对乌鲁木齐市天山区气象局、米东区气象局、达坂城区气象局、小渠子气象站、大西沟气象站的2月平均气温、降水量作自然正交分解（EOF）进行相关分析。分析结果表明，5个气象局（站）的平均气温、降水量第1特征向量占总方差的百分比为91.7%和87.6%，第一空间场的分布表明，气温、降水量全区趋势相同，后冬气温变化趋势正处于小幅下降期。突变检测发现，1992年以后，大部分时期后冬暖，没有突变。5个气象局（站）平均气温第1特征相量时间系数与亚洲区极涡面积指数距平相关系数为-0.624，表明气温偏高时，极涡面积减小，反之，气温偏低时，极涡面积增大。
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关键词 ：后冬气候；极涡面积；相关分析
乌鲁木齐位于天山中部，东西最宽处约176 km，南北最长处约231 km，面积约13 787.6 km2，境内地势南高北低，东北临东天山主峰 - 博格达峰，南依天山支脉天格尔山，西北毗邻准噶尔盆地。境内最高山峰为南部天格尔峰，海拔4 558.7 m，东北部的博格达峰高5 445.0 m。由于5个气象局（站）地势差异很大，导致本地后冬气候分布变化较大。我们对5个气象局（站）2月平均气温、降水量距平作自然正交分解（EOF），用方差贡献分析气温、降水量空间趋势，再用时间系数分析历史趋势，并通过突变检测分析突变时期以及目前状态，最后用时间系数与亚洲区极涡面积指数进行相关分析。
1 资料分析方法
利用乌鲁木齐市气象局1976—2013年的2月完整的5个国家级基准站、基本气象站平均气温、降水量资料，气候值取世界气象组织（WNO）设定的标准气候值段（1981—2010年）的平均值，结合乌鲁木齐市气候特点确定2月为后冬，其中，1976—2013年的2月亚洲区极涡面积指数来源于国家气候中心气候系统诊断预测室。用Surfer软件分析平均气温、降水量分布，用自然正交分解（EOF）方法分析5个气象局（站）区域平均气温、降水量一致与差异性，用线性、三次多项式定性分析平均气温距平时间系数趋势，突变检测分析历史突变时期及目前状态，用时间系数分析来反映平均气温的趋势变化。
2 后冬气候变化特征
2.1 2月平均气温和降水量分布
乌鲁木齐市5个气象局（站）1976—2013年的2月平均气温在-6.5 ~ -14.1 ℃之间，最高的达坂城为-6.5 ℃，最低大西沟为-14.1 ℃；2月降水量在0.9 ~ 12.2 mm之间，最大城区为12.2 mm，最小的达坂城为0.9 mm（图1）。相对来说，达坂城谷地最暖，大西沟最冷，米东区较城区偏低，城区较小渠子偏低；达坂城谷地降雪最少，大西沟降雪次少，城区降雪最多，米东区较小渠子降雪偏多［1］。
2.2 距平自然正交分解
对5个气象局（站）1976—2013年的2月平均气温、降水量距平作自然正交分解（EOF）发现第1空间向量无论温度还是降水都占据了方差绝对大的比例，而第2至第5空间向量所占方差比例很小（见表1）。
2.3 气温变化趋势特征
由于5个气象局（站）1976—2013年的2月平均气温距平第1空间场相对一致，且时间系数线性趋势表现为缓慢上升，采用三次多项式分析发现，20世纪80年代后冬呈现偏低，明显偏低年份有1984年和1988年，5个气象局（站）平均偏低5 ℃。而1992—2009年后冬确呈现偏高趋势，明显偏高年份有1999年和2007年，5个气象局（站）平均偏高3.6 ~ 3.9 ℃。2010—2012年后冬呈现下降趋势（图2）。2013年后冬冷空气活动频繁，出现寒潮、暴雪等恶劣天气，5个气象局（站）平均偏低3.6 ℃，城区最低气温-22.1 ℃，最冷出现在甘泉堡，最低气温-27.9 ℃。
2.4 气温时间系数突变检测
对5个气象局（站）1976—2013年第一空间场2月气温时间系数进行突变检测分析（见图3），在图3中C1、C2曲线在1992年前频繁出现交点或接近，1976—1991年这段时期气温偏低，气温变幅较大，不稳定，其中，C1、C2曲线有交点的年份有1976年、1978年、1980年、1990年、1991年和1992年，1992年以后C1和C2曲线没有相交，而且差值越来越大，没有突变。 1992—2009年这段时期气温呈现偏高趋势，2010—2013年气温虽呈现下降趋势，但年份较少，变幅也较小。
2.5 距平时间系数与亚洲区极涡面积指数
对乌鲁木齐市5个气象局（站）1976—2013年2月份影响温度和降水的74个物理量进行相关分析，分析发现大部分量值相关性差。但是，分析1976—2013年的2月平均气温、降水量距平时间系数与亚洲区极涡面积指数的相关系数，得：R气温 = -0.624，超过了0.001的置信线；R降水量 = -0.315，超过了0.050的置信线，相关性较好，是一个不可多得、重要的气候预测因子。
2.6 亚洲极涡面积指数
亚洲区在500 hPa月平均等压面上，取接近于最大西风轴线的等高线为极涡南界，以这一特征等高线以北所包围的面积。极涡的扩张与收缩反映了极地冷空气的活动，而绕极环流的变化或异常，会影响大气环流及天气气候的变化，一般来讲，当极涡面积为较大的正指数时，乌鲁木齐气温偏低、降水量偏少（见图4、图5）。
与亚洲区极涡面积指数
由图4可以看出，1992年偏低趋势，明显偏低年份有1984年，极涡指数为极高值；1992—2009年气温为偏高趋势，其中，1998年、1999年、2002年、2006年和2007年气温为高极值，指数为低极值；2010—2013年气温小幅波动下降，指数对应较好。
由图5可以看出，降水量的相关性没有气温好，60.5%的年份极涡面积增大时，降水量偏少，出现极涡面积增大时降水量偏多，1976—2013年38年间有15年同号，占39.5%［2］。
与亚洲区极涡面积指数
3 结论
（1）乌鲁木齐市5个气象局（站）代表了平原、丘陵、谷地、中山带和高山带等不同气候。后冬气温、降水量分布表明，高山带和米东区为2个冷区，而最大降雪中心在城区。（2）对后冬气温、降水量距平进行自然正交分解（EOF），第1特征向量方差贡献占绝对大的比例，表明气温、降水量距平全地区趋势相同，概率较大。（3）后冬气温变化趋势特征、突变检测分析表明，1976—1992年属后冬冷趋势；1992—2009年属后冬暖趋势；2010—2013年属后冬小幅下降趋势；1992年以后没有突变，但2010年后频繁出现后冬冷趋势。（4）通过对气温、降水量距平时间系数与亚洲区极涡面积指数的相关系数分析，结果表明，当极涡面积增大时，气温偏低，降水量偏少，反之，当极涡面积减小时，气温偏高，降水量偏多［3］。
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参考文献
[1]张家宝，史玉光.新疆气候变化及短期气候预测[M].北京：北京气象出版社，2002：12-13,25-58.
[2]赵振国.中国夏季旱涝用环境场[M].北京：北京气象出版社，1999：68-72.
[3] 卫玮，黄卓禹.夏季东亚高空西风急流气候特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2012，6（4）：21-26.