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user: 3. 西伯利亚高压的特征 3.1. 西伯利亚高压的空间特征 3.1.1. 海平面气压场气候态 西伯利亚高压是北半球浅薄的冷高压系统，海平面气压场的气候态(图1)最明显的特征是在欧亚大陆上有一个较强的高压中心，即西伯利亚高压，该反气旋环流系统的中心一般位于蒙古北部，但在冬季常常延伸至亚洲的大部分地区(图1)，在其东侧的北太平洋上有一强大的低压中心，即阿留申低压。由冬季北半球海平面气压场(图1(a))可以看出，在贝加尔湖和巴尔喀什湖之间有两个高压中心。西伯利亚高压在前冬(12~1月份)最强，其主体东扩南伸，在后冬(2月份)开始缩小减弱。为了进一步分析冬季西伯利亚高压关键区内的主要变化特征，利用经验正交函数进行分析。 3.1.2. 西伯利亚高压的EOF分析 对西伯利亚高压关键区(40˚~60˚N， 80˚~120˚E)的海平面气压场进行EOF展开，得到前两个模态，见图2，它们的累计方差贡献为80.87%，故认为这两个模态可以反映冬季西伯利亚高压的主要特征。 EOF1的解释方差为63.62%，该模态的时间系数与西伯利亚高压强度指数的相关系数高达0.99，且贝加尔湖南侧的高中心与图1中西伯利亚高压气候态的高中心位置基本一致，故该模态表征西伯利亚高压的强度特征。可知关键区内海平面气压值有两个中心，分别位于蒙古和贝加尔湖东北部(图2(a))；相应的时间序列PC1有显著的年代际变化和年际变化，与龚道溢 [ 5 ] 等的研究一致。EOF2的解释方差为17.25%，该模态的时间系数与西伯利亚高压面积指数的相关系数达0.88，故该模态表征西伯利亚高压的移动特征。两个模态同位相迭加，与冬季西伯利亚高压气候态的空间分布相吻合。故经验正交函数的前两个模态很好的反映了冬季西伯利亚高压强度的时空特征，可以认为强度是其最重要的特征。 3.2. 西伯利亚高压的时间特征 由关键区EOF分析可知，强度是西伯利亚高压最重要的特征。目前，对西伯利亚高压强度指数的提法有很多，蓝柳茹 [ 5 ]、侯亚红 [ 10 ]、武炳义 [ 13 ] 等均提出不同的定义方法，但现研究多采用武的强度指数定义，文章也采用他的定义进一步探究西伯利亚高压强度随时间的变化特征。采用公式(1)得到了冬季69年强度指数随时间的变化情况，见图3。西伯利亚高压在1950~1970年为持续强的时期，80年代起则为非常弱的时期，90年代后期以后又有增强的趋势。可见西伯利亚高压强度存在年代际变化。同时在1950~1970持续偏强，其中，1960年左右又偏弱，说明西伯利亚高压还存在显著的年际变化。 图1. 1949~2017年间冬季及逐月海平面气压场气候态，其中绿色方框的区域(40˚~60˚N， 80˚~120˚E)为西伯利亚高压关键区。(a) 冬季(DJF)；(b) 12月份；(c) 1月份；(d) 2月份(单位：hPa) 图2. 1949~2017年冬季西伯利亚高压关键区内海平面气压场的经验正交函数分解的第一模态(a. EOF1， 63.62%)和第二模态的空间分布(c. EOF2， 17.25%)及其对应的时间变化(b. PC1， d. PC2) 具体分析各个月份(图3(b)~(d))的变化可以看出，西伯利亚高压在12月和1月最强，2月开始减弱，这与气候态所表现的情况一致。 为分析强度指数的变化趋势及其突变情况，对1949~2017年冬季强度指数的时间序列进行Mann-Kendall检验(图4)。根据两曲线交点的位置，确定西伯利亚高压强度指数在70年代减弱是突变现象。 西伯利亚高压是影响我国冬季气温的关键性因素，研究表明它偏强时我国冬季大部分地区气温显著下降，这不仅和强度增加有关，除此之外，它的东西移动、南伸北撤会影响寒潮进入我国的路径，进而影响气温变化。以前寒潮入侵我国以西北路径为主，但是近年来西北路径减少，偏西路径增多，这可能与西伯利亚高压面积变化和位置移动有关，所以我们进一步研究其面积指数和移动指数以及它们和强度指数的关系。 从西伯利亚高压面积指数(表1)随时间的变化中可以看出与强度指数(表1)类似的情况，即存在明显的年际变化和年代际变化。1950~1971年，面积扩张，1972年以后面积指数在平均值上下波动，呈现在振动中先减小后加强的趋势，其中1987~1999大部分在平均值之下，近年来又有缩小的趋势。 将指数大于1 (小于–1)倍标准差的年份作为强年(弱年)可以看出，强度指数和面积指数有很好的一致性。即西伯利亚高压偏强的年份，面积明显扩张，强度偏弱时伴随着面积减小。经度指数和纬度指数(表2)同样也有年际变化和年代际变化。对比表2中经度、纬度指数的强、弱年份发现，在偏强的年份，西伯利亚高压表现为东进南伸，偏弱的年份，表现为西退北撤。经度指数与面积指数、强度指数的强弱年对应较好，而纬度指数对应情况一般。 从以上分析可以看出，3个特征指数的变化趋势有较好的一致性，在1950 s到1970 s，西伯利亚高压处于最强的一段时期，它明显的特征是中心强度增加，面积扩大，且向南、向东扩张。70年代后期开始减弱，到80年代后期在振荡中先减弱后增强，但在2015年后又减弱。 西伯利亚高压是影响我国冬季气温的关键性因素，研究表明它偏强时我国冬季大部分地区气温显著下降，这不仅和强度增加有关，除此之外，它的东西移动、南伸北撤会影响寒潮进入我国的路径，进而影响气温变化。以前寒潮入侵我国以西北路径为主，但是近年来西北路径减少，偏西路径增多，这可能与西伯利亚高压面积变化和位置移动有关，所以我们进一步研究其面积指数和移动指数(图5)以及它们和强度指数的关系。 从西伯利亚高压面积指数随时间(表1)的变化中可以看出与强度指数(表1)类似的情况，即存在明显的年际变化和年代际变化。1950~1971年，面积扩张，1972年以后面积指数在平均值上下波动，呈现在振动中先减小后加强的趋势，其中1987~1999大部分在平均值之下，近年来又有缩小的趋势。 将指数大于1 (小于–1)倍标准差的年份作为强年(弱年)可以看出，强度指数和面积指数有很好的一致性。即西伯利亚高压偏强的年份，面积明显扩张，强度偏弱时伴随着面积减小。经度指数和纬度指数同样也有年际变化和年代际变化。对比表2中经度、纬度指数的强、弱年份发现，在偏强的年份，西伯利亚高压表现为东进南伸，偏弱的年份，表现为西退北撤。经度指数与面积指数、强度指数的强弱年对应较好，而纬度指数对应情况一般。 从以上分析可以看出，3个特征指数的变化趋势有较好的一致性，在1950 s到1970 s，西伯利亚高压处于最强的一段时期，它明显的特征是中心强度增加，面积扩大，且向南、向东扩张。70年代后期开始减弱，到80年代后期在振荡中先减弱后增强，但在2015年后又减弱。 图3. 1949~2017年冬季及逐月强度指数的标准化时间序列(红色虚线为 ± 1倍标准差)；(a) 冬季(DJF)；(b) 12月份；(c) 1月份；(d) 2月份 Table 1 Strong and weak years of intensity index and area inde 强度指数 强年(>1) 1951 1953 1955 1957 1964 1967 1977 1984 2006 2012 弱年(<–1) 1949 1971 1972 1973 1979 1992 1997 2007 面积指数 强年(>1) 1951 1953 1955 1956 1957 1965 1977 2000 2005 2006 2012 弱年(<–1) 1949 1972 1973 1979 1989 1992 1993 1997 2002 2004 2007 2017 表1. 强度指数和面积指数强、弱年年份 图4. 1949~2017年西伯利亚高压强度指数的Mann-Kendall检验统计量 图5. 1949~2017年冬季西伯利亚高压特征量的标准化时间序列：(a)面积指数，(b)经度指数，(c)纬度指数，(a)中红色虚线为±1倍标准差 Table 2 Strong and weak years of longitude index and latitude inde 经度指数 强年(>1) 1951 1953 1957 1959 1961 1964 1972 1990 2003 2014 弱年(<–1) 1973 1978 1979 1988 2002 2004 2009 2011 2016 纬度指数 强年(>1) 1950 1955 1956 1960 1966 1969 1970 1971 1974 1977 2001 2005 2006 2010 2012 弱年(<–1) 1949 1973 1978 1979 1982 1983 1989 1992 1993 1997 1998 2002 2004 2007 2015 表2. 经度指数和纬度指数强、弱年年份