今年冬天到底會把你凍成啥樣，這篇分析都說了！
9月份以來，颱風天天見，冷空氣好久不見，僅有的幾次冷空氣還都和颱風有關，已經有人開始懷念了。的確，今年在1-6月份「零颱風」之後，接下來的三個半月里一口氣搞出22個颱風，算上莎莉嘉和海馬登陸我國8個，登陸率36%，颱風總數、登陸我國數、登陸率均偏多或偏高。
1951-2016颱風總數、登陸我國數量、登陸率統計表，中國氣象愛好者統計。2016年數據截至10月16日，登陸颱風已將莎莉嘉和海馬算入
提綱：
一、海洋因子
二、極地冰雪圈
三、其他重要因子簡述
四、分析結論
五、常見問題
一、海洋因子
1-1 ENSO
ENSO是熱帶太平洋最顯著的海氣相互作用現象，當然它在海表的兩種位相表現也許更為人所知——正是厄爾尼諾與拉尼娜。自上一次超強厄爾尼諾事件在5月底結束後，赤道中東太平洋海表面溫度距平（SSTA，後文用英文縮寫代替）在波動中總體呈現下降趨勢，至今已經達到拉尼娜的閾值附近，而部分機構（如中國的國家氣候中心）已宣布進入新一次拉尼娜事件。
圖1 近1年ENSO監測區的SSTA演變。資料來源：美國國家氣候中心（CPC）
但我們也可以看到，本次拉尼娜事件並不太典型：一是海表方面的偏冷區域僅局限在赤道太平洋地區，而美洲西海岸甚至仍處在偏暖狀態；二是熱帶地區大氣環流並沒有顯著的對應響應。
圖2 2016年10月4日全球海溫距平（SSTA）。資料來源：NOAA SST reanalysis
圖3 2016年7月1日-9月15日Walker環流垂直剖面圖。資料來源：中國國家氣候中心（NCC）
影響拉尼娜事件的發展因素很多。就當前來看，由於赤道太平洋次表層存在顯著的冷性開爾文波東傳，與赤道太平洋信風的增強，在北半球秋季赤道中東太平洋SSTA仍將下降，拉尼娜狀態仍將發展；而以更長遠時段看，當前南極半島附近海冰面積偏小，將導致南極繞極流分流減弱和秘魯寒流偏弱，而諸如此類的熱帶外海洋與大氣活動的影響也將導致拉尼娜事件難以進一步發展，並在冬季前期達到頂峰狀態後快速減弱，於冬末到春初結束；而從強度看，本次拉尼娜事件為弱拉尼娜事件的可能性極大。
圖4 2016年10月2日-6日赤道太平洋海溫垂直剖面監測。資料來源：TAO Project/NOAA
2.PDO與北太平洋
PDO（Pacific Decadal Oscillation）即太平洋年代際振蕩（濤動），它主要反映了北太平洋地區SSTA的變率特徵，顯然最主要的變率周期正是熟知的50-70年周期，但在年際尺度變率方面，也有它與ENSO的高度滯後正相關性。
在上一次超強厄爾尼諾事件發生時，PDO也迎來了一次破紀錄級別的超強暖事件；但在滯後效應的影響下，PDO在最近才開始急劇下降，當前已經恢復到接近中性狀態；而實際上，當前北太平洋中高緯度大部分海區出現了強烈的SSTA正值狀態，這也將導致阿留申-阿拉斯加一帶將出現一個持續性異常反氣旋（阻塞高壓）。
ENSO作為熱帶太平洋最強海氣相互作用，它對低緯度地區環流影響相當明顯；而PDO作為北太平洋中高緯度地區最主要的海溫模態，也將對亞洲-太平洋-北美一帶中高緯度環流有顯著影響。換言之，對於華南地區而言，冬季環流主要受到ENSO影響，而華南以北的廣大區域則在ENSO之外更多受PDO帶來的影響，只是由於二者的強相關性，它們的影響往往難以區分；但今年卻是一個特殊狀態——在ENSO朝向拉尼娜狀態發展的同時，PDO未來卻將維持中性狀態，這樣的情況下，用「拉尼娜事件帶來冷冬」這一統計結論預測今冬趨勢，將可能在部分區域有明顯偏差；而這種狀況也表明了：影響我國秋冬季氣候的氣候因子眾多，厄爾尼諾/拉尼娜帶來的影響只是其中重要，但並非全部的一個因子。
圖5-圖8：ENSO與PDO不同組合下冬季我國氣溫距平。溫度已進行去趨勢處理（detrended）。源資料：NCEP/NCAR Reanalysis;作者自行製作
3.印度洋狀況簡述
熱帶印度洋區域SSTA總體呈現下降趨勢（IOBW轉負），其中熱帶印度洋SSTA的緯向分布上，西冷東暖的局面（對應有TIOD負位相事件）將在秋季進一步發展並達到頂峰（鎖相特徵）。
這樣的局面將導致秋冬季輸送向我國的水汽通量有所減小，並導致冬季南支印緬槽有所減弱，在季節總體趨勢方面，會導致我國中東部大部冬季降水偏少。
4.北大西洋狀況簡述
當前北大西洋SSTA已經有NAT（北大西洋三極子）正位相模態的雛形，而中高緯度海表風應力也出現了一個偶極子狀態（高緯度氣旋式異常-中緯度反氣旋式異常），考慮到中高緯度的WES機制，這將有利於NAT正位相模態進一步發展並在冬季達到最強，而對應有北大西洋濤動（NAO）指數也將主要趨向於正值。
圖9 北大西洋三極子（NAT）模態。資料來源：中國國家氣候中心（NCC）
二、極地冰雪圈
冰雪圈在極地的氣候系統內部作用中扮演了重要角色，也在全球的熱量收支平衡中起到了巨大作用。由於當前北半球高緯度積雪還不明顯，下文主要從兩極冰雪圈角度分析冰雪圈和極地環流的趨勢與影響。
2-1 北極海冰態勢
在今年9月10日，北極海冰覆蓋面積（Sea Ice Extent）下降至至413.7萬km2，並在隨後確認為今年的極小值；這也是歷年極小面積中的第二低值，僅略高於2012年數據。
圖10 特定年份北極海冰覆蓋面積（SIE）序列。資料來源：美國國家冰雪中心（NSIDC）。
空間分布上，可以看出今年海冰最大特徵是在太平洋扇區和巴倫支海附近出現了冰密集度異常偏低區，而在加拿大北極群島和格陵蘭一側，冰密集度接近常年甚至略偏高。此外，先前在北極核心區曾一度罕見地融化，最近有所恢復，但冰密集度仍低於常年同期。無論從總體海冰面積還是空間分布上看，當前海冰分布和2007年同期非常接近。
圖11 2016年9月24日北極海冰分布（白色代表冰密集度超過15%區域）和常年同期海冰覆蓋區域（橙色線內區域）。資料來源：NSIDC
注意到北極海冰面積與高緯度500hPa位勢高度距平有顯著負相關，且對高緯度大氣外強迫有明顯滯後（約3個月以上）。結合前文的分析，這將導致北極極渦在秋冬季總體偏南偏弱並遠離極地，對應於北極濤動（AO）指數趨於負值，且在冬季這樣的態勢更為明顯。而緯圈分布上，這將有利於極渦南下分裂成多個中心，其中主極渦容易偏向格陵蘭一側，而副極渦容易白令海峽/阿留申地區，與新地島附近更容易出現顯著的異常反氣旋活動（高緯度阻塞/極高）。
關於融冰極盛期時北極海冰對我國秋冬季氣溫具體影響，在秋季階段，可以看到巴倫支海-喀拉海一側海冰密集度與全國秋季氣溫PC1呈現顯著負相關；而冬季方面，有巴倫支海-喀拉海與太平洋扇區海冰密集度與全國冬季氣溫PC1呈顯著正相關，而北極核心區和格陵蘭附近海冰密集度有強烈負相關。單從海冰影響而言，今年的海冰狀態容易導致秋季西伯利亞冷源衰弱和影響我國的冷空氣強度偏弱，全國大部分區域氣溫偏高；而在冬季，則更容易導致影響我國的冷空氣活躍和全國大部氣溫偏低。
圖12-13 1980-2015年秋季、冬季全國氣溫PC1和8-9月海冰密集度的回歸與檢驗，淺色、深色分別代表通過0.05,0.01置信度檢驗。資料來源：HadISST_Ice,作者自行製作。
2-2 南極海冰簡述
當前南極海冰面積接近了歷史同期最低，其中，受外海長期SSTA顯著正距平影響，在別林斯高晉海到南極半島一側，海冰密集度嚴重偏低。這也將導致南極繞極流主軸偏南且分流較少，不利於秘魯寒流偏強與東南太平洋異常冷水發展，將阻礙拉尼娜事件發展；同時，這樣的海冰態勢與當前南極平流層信號共同影響，將導致南極濤動在北半球秋冬季更容易傾向負值。
圖14 特定年份南極SIE時間序列。資料來源：NSIDC.
圖15 2016年9月24日南極海冰分布（白色代表冰密集度超過15%區域）和常年同期海冰覆蓋區域（橙色線內區域）。資料來源：NSIDC
三、其他重要因子
3-1 LOD
LOD即一日時長（Length Of Day），反映了地球自轉速度變化的影響。當前LOD雖然處在較低水平，但卻高於大多數拉尼娜狀態下的秋季，——從這一點看，當前地球自轉速度因子也並不利於拉尼娜事件有顯著發展。
3-2 太陽活動
當前太陽活動已經從24周期頂峰的較活躍狀態逐漸下降，最近數月狀態低於NASA的Mean Forecast。24周期已經是近百年來太陽活動最小峰值，但是格萊斯堡周期極小還是「大BOSS」蒙德爾極小期再現，當前尚無定論；當然本文不討論其背後機制和其對年代際全球均溫影響，僅從年際角度考慮這個問題。
通常而言，太陽活動的影響對地面滯後約2-3年為主，以地表溫度與太陽活動作為變數，可以看到太陽活動與ENSO/PDO出現了類似正相關的狀況。考慮到24周期的第二峰也過去了接近4年，峰值附近的滯後影響已經結束，此時太陽活動對地球氣候系統的影響——類似PDO暖事件的模態影響也將不太明顯。
圖16 美國航天局（NASA）的太陽黑子預測。資料來源：NASA.
圖17 太陽活動超前2年下，太陽活動指數（以10.7cm射電波通量為基礎）與地表溫度的相關性。資料來源：NCEP/NCAR Reanalysis
四、分析結論
4-1 秋季部分（2016年10-11月）
1、環流
北極濤動以負位相狀態為主，極渦多中心型分布；
中高緯度西風帶內經向活動活躍，其中長波主要呈現北歐-烏拉爾山、勘察加半島與北美東岸三個異常脊位,和其間巴爾喀什湖、阿拉斯加以及格陵蘭附近異常槽，我國總體處在西槽東脊狀態但不明顯。
低緯度地區/副熱帶區域方面，拉尼娜事件發展，Walker環流異常上升支處在海洋大陸區域（即馬來群島與周邊近海），而低頻振蕩MJO將有明顯的環球性東傳，總體會有對流活躍區從西太平洋中美洲熱帶印度洋並最終回歸海洋大陸區域的特徵；在此狀態下，考慮到對流活動激發的遙相關影響，西太平洋副高主體將偏東，但中南半島和南海可能有較強副高單體發展；但值得注意的是，西太平洋長期對流活躍的狀況下，會讓東南沿海東北風異常偏強。
2、影響
氣溫方面：
全部大部偏暖
西北地區西部和東北西部、北部，受陰雨影響的西南部分地區和東南沿海地區接近常年（或略偏冷）
具體而言，西北地區東部，和華北南部到長江以北區域偏暖最為明顯。總體來看，全國大部地區冷暖起伏較為明顯，但由於西伯利亞地區冷源偏弱，冷空氣實力不強，僅有階段性溫度偏低。
降水方面：東北北部和西北地區北部有活躍的經向活動影響，降水較多；而在西南地區，雲南高原到四川西南部一帶秋雨將持續且降水偏多；對東南沿海區域而言，在10月中旬前仍有颱風等熱帶系統帶來的顯著偏多降水，此後降水將轉為逐漸偏少狀態。除上述區域以外，全國其他地區秋季降水將明顯偏少。
4-2 冬季部分（2016年12月-2017年2月）
1、環流
北極濤動將繼續維持負位相，且較秋季更加明顯；極渦主要以偶極型和多極型分布且偏南，將有利於寒潮/強冷空氣的活躍；其中，主極渦偏向北美一側，副極渦偏向西伯利亞一側。
中高緯度北支西風方面，此時烏拉爾山-中西伯利亞，與阿留申異常脊將長期維持，而東亞大槽也將因此偏西，將對我國東北地區與東部沿海一帶有明顯影響；全國總體有西脊東槽態勢。
低緯度地區/副熱帶區域方面，印緬南支槽將受到熱帶印度洋的影響而顯著偏弱，取而代之的是一個異常脊位發展，但南支擾動也較為活躍；而在熱帶區域，弱拉尼娜事件下Walker異常上升支將維持在西太平洋地區，這樣的局面對應副高偏東偏弱的情況，而激發的西北太平洋異常氣旋式環流將吸引偏西的東亞大槽進一步南擺，台灣以東和南海地區東北風將異常偏強。
2、影響
氣溫方面：
東北、東南沿海偏冷，其中東北偏冷最為明顯
青藏高原，雲貴高原大部和西北地區西部偏暖
全國其他地區略偏冷，或接近常年同期
具體而言，冬季前期除東北地區外，全國大部以接近常年或略偏暖為主，雖然冷空氣實力並不強但也較為頻繁，冷暖起伏較為明顯；而冬季後期，隨著西伯利亞冷源強度逐漸增強，冷空氣活動頻繁的同時，強度也將逐漸增強，中東部大部將逐漸進入偏冷局面，尤其以沿海地區和東北偏冷最為明顯。
降水方面：從冬季總體狀態考慮，除了東北受到活躍的氣旋影響，我國大部難以出現降水偏多的局面；但在天氣過程方面，由於南支擾動的活躍，南方仍可能有階段性降水偏多時段。
五、常見問題
Q1：拉尼娜是否一定會造成冷冬？
A1：從氣候統計上看，對於全國大部分地區而言拉尼娜事件下的冬季偏冷概率的確偏高。但要注意，不同區域間有明顯差異，如青藏高原和雲南地區在拉尼娜事件下偏冷概率並不太高；此外，拉尼娜事件在80年代大幅增暖前頻率更高，也可能對統計結果有一定干擾。最後，厄爾尼諾/拉尼娜並不是影響冬季氣溫的唯一因素，中高緯度區域海溫、極地海冰等其他因子也有影響，需要具體分析。
Q2：冷空氣活動趨勢如何？是否會出現類似今年1月下旬的特強寒潮？
A2：秋季冷空氣比較活躍，但強度有限，主要對西北地區和東北地區有明顯影響，以南大部區域氣溫仍然偏高；而冬季冷空氣在活動頻繁的同時，強度也顯著增強且路徑偏東，對中東部地區影響更為明顯，也將導致東部地區氣溫偏低。
至於今年1月下旬特強寒潮，它屬於天氣尺度過程的極端事件，氣候展望裡面很難預測，只能從前文分析的背景下推斷概率將較常年略微高出一點，但仍然屬小概率事件。
Q3：這個冬季會出現大範圍持續性低溫雨雪過程么？
A3：就當前情況而看，這個冬季經向活動活躍（導致較難有長期穩定的西風長波形勢）、南支方面印緬槽偏弱，熱帶異常對流活動偏向西太平洋與副高的偏東偏弱（導致輸送向我國的水汽通量偏少），使得冬季出現類似2008年初的大範圍持續性低溫雨雪過程概率極低。但考慮到南支擾動仍然活躍，配合北側較強的冷空氣活動，在特定時段出現短期過程性的大範圍雨雪概率仍然很高，且雨雪分界線線也可能較常年偏南，但要出現今年1月冰粒兵臨華南沿岸的局面可能性接近為0。
Q4：這個秋冬季霧霾是否依然嚴重？
A4: 作為氣候分析，只能分析總體的污染物擴散條件。根據前面的冷空氣活動分析，秋季冷空氣對長城以南區域影響較弱，且東部海區有一個異常地面高壓，這對於華北等地污染物擴散條件總體不利；而在冬季，冷空氣較為活躍且路徑偏東，那麼這個冬季中東部地區污染物擴散條件也將較好，而西部地區則稍差。但污染物擴散條件僅是一個因素…還要看污染物排放程度和相關治理咯。
作者申明：本文中的季節若無特殊說明，均指北半球季節；文章僅為個人科普分析，僅供學習交流。
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※不是說今年冷冬變暖了嘛！為什麼還是凍成狗？
※香腸：看你都凍成這樣了，全身都是冰！那根說：對不起，我是冰棒
※一到冬天，這個國家的人就覺得凍成孫子也值得！
※你可能過了個假冬天！冷冬變暖還是凍成狗？
※一到冬天，這個國家的人就覺得凍成孫子也值得
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