許麗玲，康恒元，潘明溪，韓鳳岐，沈月釗，喻文兵，張秀紅

（1.漠河市氣象局，黑龍江 漠河 165399；2.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱 150001；3.呼蘭區(qū)氣象局，黑龍江 呼蘭 150025；4.五常市氣象局，黑龍江 五常 150200；5.重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

0 引言

21 世紀(jì)以來(lái)，隨著北極地區(qū)的迅速升溫［1-3］，整個(gè)歐亞大陸和美國(guó)東部地區(qū)都出現(xiàn)了降溫趨勢(shì)［4-8］，北半球中高緯度大陸地區(qū)在冬季經(jīng)歷了頻繁的、更嚴(yán)重的極端嚴(yán)寒天氣［2-4，9-11］。例如2009—2010年冬季北美和歐亞大陸的嚴(yán)寒、2013—2014 年冬季北美暴雪、2015—2016 年冬季中國(guó)霸王級(jí)寒潮［12-16］、2020—2021 年中國(guó)跨年寒潮［17］，2021 年初歐洲的大部分地區(qū)陷入低溫和冰雪狀態(tài)，造成至少24 人死亡，美國(guó)的很多洲都經(jīng)歷了零下十幾度的極端天氣，給美國(guó)人民的生活帶來(lái)極大困難［18］。極端冷事件的頻發(fā)重新塑造了公眾對(duì)變暖背景下冬季的看法，極端冷暖事件頻發(fā)且強(qiáng)度增大已成為新常態(tài)（國(guó)家氣候中心）。關(guān)于極端冷事件變化的成因研究以及極端冷事件的發(fā)生離不開(kāi)高緯度的冷空氣向南侵入中緯度地區(qū)［19-20］，而冷空氣的南侵又與中高緯度的環(huán)流異常息息相關(guān)，如中緯度地區(qū)的阻塞高壓（通常持續(xù)時(shí)間為幾日到幾周）的建立和崩潰控制冷空氣的活動(dòng)［21-25］。具體來(lái)說(shuō)，冬季烏拉爾山-西伯利亞地區(qū)的阻高可能促使東亞冬季風(fēng)變得更強(qiáng)［26］，進(jìn)而使得東亞發(fā)生更多的極端冷事件［27-28］。另一方面，歐亞遙相關(guān)型（EU）、斯堪的納維亞遙相關(guān)型（SCAND）、東大西洋-西俄羅斯遙相關(guān)型（EATL/ERUS），三種遙相關(guān)型對(duì)北半球冬季的變化影響比較大，1979 年之后SCAND 對(duì)北半球氣溫的影響有很大加強(qiáng)，主要表現(xiàn)為其正（負(fù)）位相引起的極區(qū)增溫范圍明顯擴(kuò)大，歐亞大陸北部的溫度負(fù)（正）中心顯著向東南方向延伸，甚至可以影響到我國(guó)長(zhǎng)江流域［29］，這些典型的異常環(huán)流型對(duì)于區(qū)域極端冷事件的發(fā)生有著至關(guān)重要的影響［30-31］。從動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，基于自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)北半球中高緯度陸地的環(huán)流進(jìn)行環(huán)流分型，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)極端溫度事件的變化趨勢(shì)與其環(huán)流型的變化有關(guān)，使得近些年來(lái)中高緯度地區(qū)極端冷事件頻發(fā)［32］。大興安嶺地區(qū)位于中國(guó)最北，緯度最高，也是我國(guó)離極地最近的地區(qū)，每年冬季受極地冷空氣南下影響，給大興安嶺地區(qū)帶來(lái)寒潮、降溫，出現(xiàn)極寒天氣。2021 年1 月27 日—2 月1 日，大 興安嶺地區(qū)遭遇入冬以來(lái)最強(qiáng)寒潮，此次寒潮強(qiáng)度大、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。呼中站最低氣溫-47.0 ℃，為41 年來(lái)歷史同期最低，也是大興安嶺地區(qū)1974 年以來(lái)第12個(gè)極端最低溫，呼瑪站最低氣溫-45.0 ℃，為40 年以來(lái)歷史同期最低；漠河站-46.2 ℃，為20 年來(lái)歷史同期最低；新林、塔河最低氣溫分別為-45.6 ℃、-44.2 ℃，分別為建站以來(lái)最低氣溫第2位、第5位。極寒天氣常伴有冰霧現(xiàn)象出現(xiàn)，氣溫越低，能見(jiàn)度越低，是一種雙重危害的極惡劣天氣，這種氣溫極低惡劣的天氣環(huán)境，直接影響人們的正常生活和工作，已成為制約大興安嶺地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

為減輕和防御極寒天氣的影響，首先就要做好災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警工作，把保障公眾生命財(cái)產(chǎn)安全作為防災(zāi)減災(zāi)的首要任務(wù)。為更進(jìn)一步研究大興安嶺地區(qū)極寒天氣特征，本文利用大興安嶺地區(qū)48 年（1974—2021 年）極寒觀(guān)測(cè)資料，分析極寒天氣時(shí)空分布和變化特征，以及影響極寒天氣的環(huán)流指數(shù)，為大興安嶺地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)以及冷資源的利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

大興安嶺地區(qū)位于121°12′～127°00′ E，50°10′～53°33′ N（圖1），大興安嶺東與小興安嶺毗鄰，西以大興安嶺山脈為界與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，南瀕廣闊的松嫩平原，北以黑龍江主航道中心線(xiàn)與俄羅斯為鄰。面積8.46×104km2，海拔300～700 m。全區(qū)地勢(shì)呈西高東低，地形總勢(shì)呈東北—西南走向，屬淺山丘陵地帶，境內(nèi)原始森林茂密，是我國(guó)重要的林地之一。大興安嶺地區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季受西伯利亞冷空氣的影響，在極地大陸氣團(tuán)和蒙古高壓控制下，冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒而干燥，晝短夜長(zhǎng)。大興安嶺地區(qū)有6 個(gè)國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站，歷史上極端最低氣溫（圖1）：漠河-52.3 ℃（1969 年）、呼中-49.2 ℃（1979 年）、呼瑪-48.2 ℃（1956 年）、新林-46.9 ℃（1980 年）、塔河-45.8 ℃（1980 年）、加格達(dá)奇 -45.4 ℃（1980 年），冬季低溫寒冷是大興安嶺地區(qū)的典型天氣特征。

圖1 大興安嶺地區(qū)6個(gè)國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站歷史極端最低氣溫Fig.1 Historical extreme minimum temperature at 6 national meteorological stations in the Greater Khingan Mountains region

1.2 數(shù)據(jù)與方法

利用世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）在氣候變化監(jiān)測(cè)會(huì)議中所定義的極端氣溫指數(shù)，極端最低氣溫是年內(nèi)各月日最低氣溫最低值［33］。選取大興安嶺地區(qū)6個(gè)國(guó)家地面觀(guān)測(cè)站冬季日最低氣溫（≤-40 ℃）數(shù)據(jù)，日最低氣溫≤-40 ℃的天氣為極寒天氣，所用最低氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)自黑龍江省氣象觀(guān)測(cè)站網(wǎng)，時(shí)間尺度為日，時(shí)間序列1974—2021 年，由于漠河本站建站較晚，漠河站使用北極村數(shù)據(jù)；環(huán)流指數(shù)選取冬季（1、2、12 月）月資料，源自國(guó)家氣候中心業(yè)務(wù)使用的88 個(gè)環(huán)流指數(shù)。

極端最低氣溫重現(xiàn)期的計(jì)算基于經(jīng)驗(yàn)頻率方法，極寒天氣突變分析使用Mann-Kendall 方法，周期分析使用Morlet 小波分析，相關(guān)顯著性使用P=0的臨界值檢驗(yàn)［34］，通過(guò)對(duì)大氣環(huán)流指數(shù)與極寒日數(shù)（1、2、12 月）做相關(guān)性分析，找出主要影響大興安嶺地區(qū)冬季極寒天氣的環(huán)流因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 極寒天氣分布

2.1.1 極寒日數(shù)空間分布

1974—2021年大興安嶺地區(qū)6個(gè)國(guó)家站逐日資料統(tǒng)計(jì)分析（表1），全區(qū)共出現(xiàn)極寒日數(shù)904 d（各站不重復(fù)日數(shù)）。極寒日數(shù)空間分布從西北向南減少十分明顯，西北部呼中出現(xiàn)極寒日數(shù)最多，共717 d，其次是漠河645 d，中部地區(qū)新林187 d、塔河156 d，東南部呼瑪148 d，南部加格達(dá)奇出現(xiàn)極寒日數(shù)最少是29 d，年平均極寒日數(shù)西北部比南部多13.6 d（表1），大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)存在明顯的空間差異。

表1 1974—2021年大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)Table 1 Number of extreme cold days in the Greater Khingan Mountains region from 1974 to 2021

2.1.2 極寒日數(shù)旬分布

1974—2021 年大興安嶺地區(qū)極寒天氣發(fā)生頻次最多月份是1 月，占46.7%，最少月份為3 月，占1.7%，從圖2 可以看出，大興安嶺地區(qū)自11 月中旬至次年3 月中旬均有極寒天氣出現(xiàn)，但主要集中在12 月上旬至2 月下旬，極寒天氣以1 月中旬出現(xiàn)最多，共154 d，1 月下旬次多，出現(xiàn)150 d，進(jìn)入2 月份極寒天氣開(kāi)始明顯減少，春季天氣回暖3 月中旬僅為2 d，11月中旬是極寒天氣初發(fā)期，僅出現(xiàn)1 d。

圖2 大興安嶺地區(qū)1974—2021年各旬極寒日數(shù)Fig.2 Distribution of extreme cold days in each ten-day period from 1974 to 2021 in the Greater Khingan Mountains region

2.1.3 極寒天氣時(shí)間分布

1974—2021 年大興安嶺地區(qū)極寒天氣出現(xiàn)最早的日期是2000年11月17日-40.3 ℃（漠河），結(jié)束最晚的日期是1985年3月12日-40.7 ℃（漠河）。在一日當(dāng)中最早出現(xiàn)極寒天氣的時(shí)間是17：00（北京時(shí)，下同），最晚結(jié)束時(shí)間是次日12：00，主要出現(xiàn)在漠河站和呼中站。在一日17：00—23：00，00：00—12：00均有極寒天氣出現(xiàn)，僅13：00—16：00時(shí)段沒(méi)有出現(xiàn)，極寒天氣主要出現(xiàn)在03：00—09：00，以07：00出現(xiàn)頻率最多，08：00 出現(xiàn)頻率為次多，11：00—12：00 和17：00—20：00偶爾有極寒天氣出現(xiàn)，21：00—23：00是極寒天氣開(kāi)始增多的時(shí)段。

2.2 極寒天氣變化特征

2.2.1 極寒日數(shù)年際變化

1974—2021 年大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)，發(fā)生的頻次存在著明顯的年代際變化（圖3），從20 世紀(jì)70年代中期至21 世紀(jì)20 年代初期是逐步呈遞減的趨勢(shì)，其傾向率為-2.88 d·（10a）-1（通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)），在20 世紀(jì)70 年代末之前冬季極寒天氣發(fā)生頻繁，之后極寒天氣呈減少趨勢(shì)。極寒日數(shù)年際變化率較大，1974 年為大興安嶺地區(qū)極寒天氣發(fā)生頻次最多的一年47 d，而1992 年沒(méi)有出現(xiàn)極寒天氣。48年中高于極寒天氣距平值（19 d）的年份占46%，2008—2014 年極寒天氣又有小幅增多，但小于1981年之前，極寒日數(shù)減少最為明顯是1988—1993 年，比年平均極寒日數(shù)偏少10 d，這和1988 年中國(guó)北方地區(qū)近50年來(lái)最低氣溫變暖突變相一致［35］。

圖3 大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)年際變化Fig.3 Interannual variation of extreme cold days in the Greater Khingan Mountains region

2.2.2 極端最低氣溫年際變化

年極端最低氣溫從20世紀(jì)70年代中期至21世紀(jì)20 年代初期是逐步呈上升趨勢(shì)（圖4），相對(duì)峰值升高趨勢(shì)比相對(duì)谷值升高趨勢(shì)明顯，其傾向率為0.55 ℃·（10a）-1（通過(guò)0.05 顯著性檢驗(yàn)），從《東北區(qū)域氣候變化評(píng)估報(bào)告：2020決策者摘要》發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示來(lái)看，和東北區(qū)域（1961—2017 年）極端最低氣溫以0.63 ℃·（10a）-1的速率升高趨勢(shì)一致，大興安嶺地區(qū)年極端最低氣溫升高趨勢(shì)明顯。48年平均極端最低氣溫-45.2 ℃，低于年平均極端最低氣溫年份占50%，年極端最低氣溫-49.6 ℃，出現(xiàn)在1979年漠河站，除了1992年極端最低氣溫-39.7 ℃之外，其他47年極端最低氣溫均達(dá)到極寒天氣。48年中年極端最低氣溫極值57%出現(xiàn)在呼中，其次是漠河，占43%。年極端最低氣溫升高最明顯是1992年，比1979年偏高10 ℃。在全球氣候變暖背景下，大興安嶺地區(qū)2018—2021 年中有兩年極端最低氣溫≤-47.0 ℃，可見(jiàn)極端低溫天氣氣候事件發(fā)生頻率明顯。

圖4 大興安嶺地區(qū)極端最低氣溫年際變化Fig.4 Interannual variation of extreme minimum temperature in the Greater Khingan Mountains region

2.2.3 極端最低氣溫旬變化

從1974—2021 年11—3 月旬極端最低氣溫（圖5），大興安嶺地區(qū)極寒天氣從11月中旬開(kāi)始，3月中旬結(jié)束。極端最低氣溫-49.6 ℃，出現(xiàn)在1 月上旬和1月下旬，其次是1月中旬-49.2次。11月中旬至1月上旬極端最低氣溫逐漸遞減趨勢(shì)，1月中旬極端最低氣溫略高于上旬和下旬，1月下旬至3月中旬極端最低氣溫逐漸上升趨勢(shì)（除2 月中旬略高2 月下旬），年極端最低氣溫多出現(xiàn)在12 月下旬和1 月下旬，占48 年19%，2 月下旬最少，占4%，年極端最低氣溫幾乎不出現(xiàn)在3月和11月。

圖5 大興安嶺地區(qū)極端最低氣溫旬變化Fig.5 Ten-day variation of extreme minimum temperature in the Greater Khingan Mountains region

2.3 極端最低氣溫重現(xiàn)期

根據(jù)大興安嶺地區(qū)1974—2021 年各站資料，統(tǒng)計(jì)每年出現(xiàn)的極端最低氣溫，計(jì)算出極端最低氣溫的重現(xiàn)期（表2），6 個(gè)國(guó)家站中有5 個(gè)站兩年一遇極寒天氣，只有加格達(dá)奇站-38.71 ℃沒(méi)有出現(xiàn)極寒天氣；6 個(gè)站中兩年一遇、五年一遇、十年一遇極端最低氣溫分別為-45.11 ℃、-46.96 ℃、-47.95 ℃，都出現(xiàn)在呼中；二十年一遇、五十年一遇、百年一遇極端最低氣溫分別為-48.89 ℃、-49.63 ℃、-49.89 ℃，都出現(xiàn)在漠河。

表2 大興安嶺地區(qū)各站極端最低氣溫（℃）重現(xiàn)期Table 2 Return period of extreme minimum temperature（℃）at each station in the Greater Khingan Mountains region

2.4 Mann-Kendall檢驗(yàn)

2.4.1 極寒日數(shù)突變性檢驗(yàn)

從1974—2021 年極寒天氣日數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)曲線(xiàn)［圖6（a）］，UF 和UB 兩條曲線(xiàn)出現(xiàn)交點(diǎn)，并且僅有一個(gè)交點(diǎn)落在95%置信區(qū)間內(nèi)，可以判斷是突變點(diǎn)，突變時(shí)間在1979 年，說(shuō)明大興安嶺地區(qū)在1979年之前極寒天氣日數(shù)是偏多，之后極寒天氣日數(shù)開(kāi)始減少，減少最明顯是1989—2000 年，這和極寒日數(shù)年際變化相符。突變后年極寒日數(shù)比突變前減少14.2 d。

圖6 大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)和極端最低氣溫Mann-Kendal檢驗(yàn)Fig.6 Extreme cold days（a）and extreme minimum temperature（b）Mann-Kendal test in the Greater Khingan Mountains region

2.4.2 極端最低氣溫突變性檢驗(yàn)

從極端最低氣溫Mann-Kendall 檢驗(yàn)［圖6（b）］，在1990年UF和UB兩條曲線(xiàn)出現(xiàn)交點(diǎn)，說(shuō)明大興安嶺地區(qū)在1990年之前極端最低氣溫偏低，之后極端最低氣溫開(kāi)始上升，上升趨勢(shì)最顯著是2005—2009年和2015—2021 年，大興安嶺地區(qū)有明顯增暖趨勢(shì)，但2021年極端最低氣溫在突變后增暖的趨勢(shì)上呈下降趨勢(shì)。

2.5 Morlet小波分析

2.5.1 極寒日數(shù)周期性特征分析

1974—2021 年大興安嶺地區(qū)極寒日數(shù)頻次小波功率譜［圖7（a）］，圖中小波功率越大，等值線(xiàn)越密集，倒錐形線(xiàn)為影響錐，該錐線(xiàn)以下表明該部分小波功率譜受到邊緣效應(yīng)的影響，表現(xiàn)出的周期特征存在較大的不確定性。在圖中對(duì)應(yīng)周期特征為2～4 年，分別出現(xiàn)在1974—1978 年和1984—2019年，表明這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，年極寒天氣波動(dòng)以2～4年周期為主。圖7（a）為對(duì)小波譜進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)的小波全譜圖?？梢钥闯?，當(dāng)虛線(xiàn)小于功率譜曲線(xiàn)時(shí)，表明該區(qū)段對(duì)應(yīng)的周期特征達(dá)到了0.05水平顯著性檢驗(yàn)，因此，從圖中可以看出，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的周期為2～4年。

圖7 極寒日數(shù)、極端最低氣溫小波功率譜和小波全譜圖（曲線(xiàn)）及0.05顯著性水平線(xiàn)（虛線(xiàn)）Fig.7 Extreme cold days（a），extreme minimum temperature（b）wavelet power spectrum and wavelet full spectrum（curve）and 0.05 significance horizontal line（dotted line）

2.5.2 極端最低氣溫周期性特征分析

大興安嶺地區(qū)48 年極端最低氣溫小波功率譜分析［圖7（b）］。在圖中對(duì)應(yīng)周期特征為4～5 年，分別出現(xiàn)在1974—2007 年、2014—2021 年，表明這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，年極端低溫波動(dòng)以4～5 年周期為主。圖7（b）為對(duì)小波譜進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)的小波全譜圖，虛線(xiàn)小于功率譜曲線(xiàn)時(shí)，表明該區(qū)段對(duì)應(yīng)的周期特征達(dá)到了0.05 水平顯著性檢驗(yàn)，因此，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的周期為4～5年。

2.6 影響極寒天氣的環(huán)流指數(shù)

大氣環(huán)流是全球氣候異常的主要因子，其氣候系統(tǒng)的變化會(huì)對(duì)中高緯地區(qū)天氣形勢(shì)和氣候特征產(chǎn)生影響［36］，大興安嶺地區(qū)是中國(guó)緯度最高地區(qū)，影響冬季極端冷事件的主要因子與中高緯度的位勢(shì)高度異常場(chǎng)有關(guān)［37］，為了探討大興安嶺地區(qū)極寒天氣變化的影響環(huán)流因子，通過(guò)分析大氣環(huán)流指數(shù)與極寒日數(shù)的相關(guān)性，篩選出與48 年冬季1 月、2月、12月極寒日數(shù)相關(guān)性好的大氣環(huán)流因子（表3），均通過(guò)0.01 顯著性檢驗(yàn)。結(jié)果表明：（1）大興安嶺地區(qū)1月極寒天氣變化與斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)（SCAND）、北半球極渦面積指數(shù)（NHPVAI）、亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)（APVAI）呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.683、0.478、0.377，說(shuō)明SCAND、NHPVA、APVAII 在1 月份是正向增長(zhǎng)的環(huán)流模態(tài)，極寒天氣偏多偏強(qiáng)；與極地-歐亞遙相關(guān)型指數(shù)（POL）、北大西洋濤動(dòng)指數(shù)（NAO）、東亞槽強(qiáng)度指數(shù)（EATII）、北大西洋-歐洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)（A-EPVII）、歐亞緯向環(huán)流指數(shù)（EZCI）、東大西洋-西俄羅斯遙相關(guān)型指數(shù)（EATL/ERUS）、北極濤動(dòng)指數(shù)（AO）呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.523、-0.461、-0.456、-0.435、-0.421、-0.421、-0.383。說(shuō) 明POL、NAO、EATII、A-EPVII、EZCI、EATL/ERUS、AO 在1 月份北半球高緯度反向增長(zhǎng)的環(huán)流模態(tài)，其中NAO、EATII、EZCI、AO 主要通過(guò)影響東亞大槽、西伯利亞高壓等區(qū)域性的大氣環(huán)流，東亞大槽和西伯利亞高壓增強(qiáng)（減弱），使侵入中國(guó)北方的冷空氣次數(shù)增多（減少），影響大興安嶺地區(qū)極寒天氣，這與喬雪梅等［38］研究EATII、AO 環(huán)流指數(shù)是影響中國(guó)北方寒潮頻次變化重要的因素相一致。（2）大興安嶺地區(qū)2 月極寒天氣變化與SCAND 和NHPVAI 呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.423 和0.388，說(shuō)明SCAND 和NHPVAI 是主要影響2 月份極寒天氣變化的環(huán)流因子，呈正向增長(zhǎng)的環(huán)流模態(tài)。（3）大興安嶺地區(qū)12月極寒天氣變化與SCAND呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.447；與北半球副高北界位置指數(shù)（NHSHNBPI）、北太平洋副高北界位置指數(shù)（PSHNBPI）、南極濤動(dòng)指數(shù)（AAO）、北半球副高脊線(xiàn)位置指數(shù)（NHSHRPI）、北太平洋副高脊線(xiàn)位置指數(shù)（PSHRPI）、西太平洋副高北界位置指數(shù)（WPSHNBPI）呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 -0.442、-0.441、-0.438、-0.431、-0.428、-0.382。說(shuō)明只有SCAND一項(xiàng)環(huán)流因子在12月份呈正向增長(zhǎng)的環(huán) 流模態(tài)，NHSHNBPI、PSHNBPI、AAO、NHSHRPI、PSHRPI、WPSHNBPI 以反向增長(zhǎng)的環(huán)流模態(tài)，AAO 減弱，使大興安嶺地區(qū)12 月份極寒天氣的頻次和強(qiáng)度增強(qiáng)，符合范可等［39］研究冬季南極濤動(dòng)強(qiáng)弱影響中國(guó)北方地區(qū)氣溫增高（降低）；NHSHNBPI、PSHNBPI、NHSHRPI、PSHRPI、WPSHNBPI位置的變化，對(duì)大興安嶺地區(qū)12月份極寒天氣的頻次和強(qiáng)度變化也有很好的指示意義?；谝陨涎芯浚@著影響大興安嶺地區(qū)冬季1 月、2 月、12 月極寒天氣最主要的因子是SCAND，這和劉毓赟［29］研究的SCAND 遙相關(guān)型對(duì)北半球氣溫的影響有很大加強(qiáng)，主要表現(xiàn)為其正（負(fù)）位相引起的極區(qū)增溫范圍明顯擴(kuò)大，歐亞大陸北部的溫度負(fù)（正）中心顯著向東南方向延伸，影響到我國(guó)北方地區(qū)，這一結(jié)論相一致。與1 月和2 月極寒天氣正相關(guān)性好的環(huán)流因子是SCAND 和NHPVAI（北半球極渦面積指數(shù)），極渦是極區(qū)大尺度冷性環(huán)流系統(tǒng)，大規(guī)模強(qiáng)冷空氣的表征，極渦位置移動(dòng)、面積大小、強(qiáng)度的變化都可以對(duì)中高緯地區(qū)天氣形勢(shì)產(chǎn)生影響［40］，亞洲極渦面積擴(kuò)大（縮?。?，北方寒潮頻次偏多（少）［38］。

表3 冬季（1、2、12月）極寒日數(shù)與大氣環(huán)流指數(shù)相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient between extreme cold days and atmospheric general circulation index in winter（January，F(xiàn)ebruary and December）

3 結(jié)論

本文利用1974—2021 年大興安嶺地區(qū)6 個(gè)國(guó)家地面觀(guān)測(cè)站冬季日最低氣溫≤-40 ℃的極寒日數(shù)和極端最低氣溫資料，通過(guò)采用氣候變化趨勢(shì)和變化率分析、經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算方法、Mann-Kendall 檢驗(yàn)、小波功率譜和小波全譜分析方法，以及影響極寒天氣的大氣環(huán)流指數(shù)和極寒日數(shù)做相關(guān)性分析，得到如下結(jié)論：

（1）1974—2021 年大興安嶺地區(qū)冬季極寒日數(shù)共904 d（各站不重復(fù)），極寒日數(shù)呈減少趨勢(shì)，其傾向率為-2.88 d·（10a）-1（通過(guò)0.01 顯著性檢驗(yàn)），極寒日數(shù)最多在1974年47 d，而1992年沒(méi)有出現(xiàn)極寒天氣（≤-40 ℃）；極寒日數(shù)最多是呼中717 d，其次是漠河645 d，最少是加格達(dá)奇29 d，空間分布從西北向南減少十分明顯；極寒天氣發(fā)生頻次最多月份是1月，占46.7%，最少月份為3月，占1.7%；極寒日數(shù)在1979 年發(fā)生突變現(xiàn)象，突變后比突變前減少14.2 d，極寒日數(shù)存在2～4年顯著周期。

（2）大興安嶺地區(qū)冬季48年平均極端最低氣溫-45.2 ℃，極端最低氣溫呈上升趨勢(shì)，其傾向率為0.55 ℃·（10a）-1（通過(guò)0.05 顯著性檢驗(yàn)），極端最低氣溫極值，出現(xiàn)在1979 年漠河站-49.6 ℃，只有1992 年（-39.7 ℃）極端最低氣溫沒(méi)有達(dá)到-40 ℃，其他47 年極端最低氣溫均達(dá)到極寒天氣。在48 年中，年極端最低氣溫極值57%出現(xiàn)在呼中，43%出現(xiàn)在漠河。極端最低氣溫在1990年發(fā)生突變，顯著周期是4～5 年，極端最低氣溫升高最明顯是1992年，比1979年偏高10 ℃。

（3）重現(xiàn)期計(jì)算出大興安嶺地區(qū)6 個(gè)國(guó)家站中有5 個(gè)站兩年一遇極寒天氣，只有加格達(dá)奇站 -38.71 ℃沒(méi)有出現(xiàn)極寒天氣；6個(gè)站中兩年一遇、五年一遇、十年一遇的最低氣溫極值都出現(xiàn)在呼中；二十年一遇、五十年一遇、百年一遇的最低氣溫極值都出現(xiàn)在漠河。

（4）影響大興安嶺地區(qū)冬季（1、2、12 月）極寒天氣最主要的環(huán)流指數(shù)是斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)，呈正向增長(zhǎng)的環(huán)流模態(tài)，斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)對(duì)大興安嶺地區(qū)冬季的氣溫變化影響較大，主要表現(xiàn)為其正位相引起的極區(qū)增溫范圍明顯擴(kuò)大，歐亞大陸北部的溫度負(fù)中心顯著向東南方向延伸，影響到我國(guó)北部大興安嶺地區(qū)冬季的極寒天氣變化。