我国地处东亚，其气候异常主要受季风环流的影响。尽管季风系统变异的成因非常复杂，但不外乎与外界强迫或大气内部的动力过程有关。就东亚气候异常而言，目前的研究多关注海洋、 陆面、 冰雪的热力变化的外强迫作用，如关于热带西太平洋的热力变化、 热带太平洋的ENSO循环、 青藏高原积雪和绕流、 西北干旱及半干旱区的热力变化等对东亚季风变异的影响已做出许多研究(Huang et al., 2003; 陈文等，2008)。自从Thompson and Wallace(1998)提出北极涛动(AO)概念之后，许多科学家研究了AO对北半球中、 高纬地区的冬季环流以及东亚气候异常的影响(Gong et al., 2001; Wu and Wang， 2002; Chen et al., 2005; 陈文和康丽华，2006; 所玲玲等，2008)。最近，Wang et al.(2010)的研究表明，与乌拉尔阻塞相联系的大气环流异常伴随着欧亚大陆上由西向东的波列对东亚冬季气候异常的影响在增强。因此，有必要研究与大气内部动力过程紧密联系的遥相关型对东亚气候的影响。

欧亚遥相关型最早是由Wallace and Gutzler(1981)提出的，他们利用单点相关方法，对500 hPa高度场距平进行分析，指出冬季北半球500 hPa高度上存在5种遥相关型，即太平洋北美遥相关型(PNA)、 西大西洋遥相关型(WA)、 东大西洋遥相关型(EA)、 欧亚遥相关型(EU)和西太平洋遥相关型(WP)。其中欧亚遥相关型的三个活动中心分别位于(55°N，20°E)、(55°N，75°E)、(40°N，145°E)，表现为乌拉尔地区和东亚沿岸、 欧洲西部地区的500 hPa高度场距平负相关关系。Hoskins and Karoly(1981)用大圆理论解释了遥相关型产生的动力学机制。后来，Barnston and Livezey(1987)进一步用旋转经验正交函数(REOF)对700 hPa北半球副热带月平均高度场距平进行分析，也揭示出欧亚大陆上空遥相关型的存在。有限的一些研究表明，欧亚遥相关型对东亚气候异常也是重要的影响因子。比如，李维京和丑纪范(1990)通过分析1951年至1984年北半球500 hPa月平均高度场和长江中下游降水，指出欧亚遥相关型是长江中下游地区冬季降水的主要影响因子。吴洪宝(1993)计算了1月欧亚遥相关型指数和同期中国160站气温的相关系数，指出欧亚遥相关型与同期中国东部气温呈显著的负相关关系。Tachibana et al.(2007)认为欧亚遥相关型是东京积雪的年际尺度变化的主要影响因子。Sung et al.(2009)则研究了日尺度上欧亚遥相关型和东亚冬季气温间的关系，提出了一个新的EU指数，并通过合成分析发现冷暖事件出现的概率与欧亚遥相关型有密切关系。

上述研究说明需对冬季欧亚遥相关型的变率进行系统的研究，在此基础上分析其对东亚气候异常的影响。因此，本文首先通过定义冬季平均的EU指数，对冬季欧亚遥相关型的空间分布和时间变化特征进行分析，并在此基础上研究冬季欧亚遥相关型在年际尺度上对我国冬季气温、 降水的可能影响。

2 数据和方法

本文采用的大气环流资料为NCEP/NCAR全球逐月再分析资料，时间长度为1948年1月至2009年12月，水平分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向从1000 hPa到10 hPa一共有17层。另外，还利用了中国气象局发布的全国160个台站的月平均地面温度和降水资料，资料时间长度为1951年1月至2009年12月。

由于以往研究中欧亚遥相关型的定义不尽相同，有人利用几个点上500 hPa位势高度场距平之差来定义的方法(Wallace and Gutzler， 1981; Ohhashi and Yamazaki， 1999; Sung et al., 2009)，也有人对北半球对流层中欧亚大陆区域的高度场进行旋转经验正交函数分解后用相应的时间系数来定义(Horel，1981; Hsu and Wallace， 1985; Barnston and Livezey， 1987; Bueh and Nakamura， 2007)。这里，我们参考Barnston and Liverzey(1987)的做法，通过对热带外北半球冬季平均的500 hPa高度场进行REOF分解得到欧亚遥相关型的空间分布和时间系数。其中REOF的区域为(20°N~90°N，0°~360°)，在作REOF的时候考虑了格点面积随纬度的变化(North et al., 1982)。

本文采用Takaya and Nakamura(1997，2001)定义的波作用通量(T-N通量)来分析与EU相联系的准定常波的活动。该通量(W)在WKB假设下与波的位相无关，在对数压力坐标系下表示为:

本文将冬季定义为当年的12月至次年的2月，由此得到1948年到2008年共61年的冬季平均数据。在考察欧亚遥相关型对我国气候影响时，采用了一元线性回归的方法，并采用t检验来检验其显著性。

3 冬季EU遥相关型及其变化特征

对1948/1949年至2008/2009 年61个冬季的500 hPa高度场距平做经验正交函数(EOF)分解，然后对前10个模态进行旋转，得到REOF的前10个模态。前10个模态总的方差贡献达到84.3%。在这10个模态中，第1模态类似于Barnston and Liverzey(1987)的太平洋北美遥相关型(PNA)，四个中心分别位于副热带太平洋、 阿留申群岛南部、 加拿大西北部和美国东南部; 第2模态在北大西洋上存在一个南北向的偶极子结构，两个中心分别位于格陵兰岛和中纬度的北大西洋，类似Barnston and Liverzey(1987)的北大西洋涛动(NAO)。此外，Barnston and Liverzey(1987)提到的欧亚遥相关1型(EU1)、 欧亚遥相关2型(EU2)、 东大西洋遥相关型(EA)和热带/北半球遥相关型(TNH)，在这前十个模态中都可找到。在欧亚大陆上空，第一次出现纬向波列的模态是第6模态。冬季此模态的空间分布特征表现为在欧亚大陆上空的纬向波列分布，在乌拉尔地区和东亚沿岸、 欧洲西部地区的500 hPa高度场距平呈现正或负的相关关系，类似于Wallace and Gutzler(1981)定义的欧亚遥相关型，另外在北美西海岸处也有与欧亚遥相关型相伴的异常中心(见图 1)，对应的时间系数表现为明显的年际变化特征。

根据Wallace and Gutzler(1981)对欧亚遥相关型的定义 [见公式(1)]，我们计算了1948/1949年至2008/2009 年冬季的欧亚遥相关型指数(EU指数: IEU)的年际变化。

图 2给出了Wallace and Gutzler(1981)定义的EU指数和REOF分析第6模态的时间系数，从图上可以看到，二者的变化趋势有很好的一致性。EU指数为正的时候，第6模态的时间系数也大多为正，反之亦然。事实上，二者之间的相关系数(r)达到0.7，通过了95%的显著性检验。因此，本文将REOF分析的第6模态定义为EU，其时间系数就定义为EU指数。

为了进一步考察EU的时间变化特征，我们对1948/1949~2008/2009年冬季EU指数进行小波分析。从图 3可以看到，冬季EU变化的显著周期基本上在8年以下，表现为以年际变率为主，年代际变化的分量不明显。但年际变化的周期并不稳定，存在着一定的变化; 1960年代中期到1980年代中期，2~4年周期比较明显; 1990年代中期后以4年周期为主。

图 4给出了冬季EU指数回归到500 hPa大气准定常波的水平分量，从图上可见，在欧亚大陆上空存在非常明显的与EU相联系的准定常波的活动，波动活动的辐散区主要位于副热带北大西洋，西伯利亚则是主要的辐合区。北大西洋上空的波动活动东传到欧洲西部后分为两支，一支向南传播到西非和中东地区，另一支向北传播到斯堪的纳维亚半岛后继续向东传播到西伯利亚地区。结果表明，在大气内部确实有与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区，从而影响东亚地区的气候。另外，还有从北太平洋向北美大陆传播的一支波列，该波列导致北美西海岸出现明显的高度异常。

4 EU遥相关型与东亚大气环流及我国冬季气温和降水的关系

图 5是冬季EU指数对应的同期200 hPa(图 5a)、 500 hPa(图 5b)位势高度场以及海平面气压(SLP)场(图 5c)的异常分布，从图上看到，在各高度上，欧亚大陆上空都存在着一个自西向东的波列，呈现出 “+－+－” 的分布，其中2个显著的正异常中心分别位于东北大西洋和西欧及西伯利亚; 同时，斯堪的纳维亚半岛和日本上空还存在着2个显著的负异常中心。从200 hPa到500 hPa，EU基本上表现为正压结构，各中心随着高度变化没有明显的向西倾斜; 而通过比较SLP场和500 hPa高度场可以发现，各个中心随高度增加略向西倾斜，只是500 hPa高度场上的异常信号在东西方向上的范围更为扩展。对位势高度场的分析表明，在EU正位相时，西伯利亚高压有显著的加强，东亚大槽加深，EU在对流层中随高度变化呈现出正压的分布特征。而与EU相连的北美西海岸的异常中心主要出现在高空的对流层中上层，在底层信号非常弱。事实上，以前的研究也发现与EU一起往往在北太平洋到北美地区出现类似PNA的波列(Barnston and Liverzey， 1987; Nakamura et al., 1987)。Bueh and Nakamura(2007)给出了9月到第二年5月逐月的斯堪的纳维亚型对应的300 hPa高度场异常，其中在1~2月300 hPa高度场图上，在北美西海岸处也存在一个显著的异常信号，符号与贝加尔湖附近的异常中心相同。结合图 4和图 5，确实在北太平洋至北美存在一个与EU相联系的波列，最近，Zhou et al.(2011)特别针对该地区的波列进行了研究。但有关这方面的讨论超出了本文研究的内容，以下主要讨论EU对东亚大气环流和气候异常的影响。

从图 6可以看到，200 hPa纬向风场上在贝加尔湖和北太平洋上空分别存在着2 m/s和3 m/s的显著负正异常中心。这表明，对应于欧亚大陆上空自西向东的波列结构，东亚上空异常的高度场分布改变了南北气压梯度，使得30°N附近东亚上空整个对流层西风加速，在对流层的高层表现为东亚地区上空200 hPa的副热带西风急流增强，除此之外，在东亚沿海到贝加尔湖以北的对流层下层还表现出显著北风异常。与环流形势相对应，在对流层下层的850 hPa的欧亚大陆上出现了北正南负的温度场分布，东亚地区的温度有0.45℃左右的显著降低; 而在欧亚大陆北部则出现明显升温，增幅最大超过了1.5℃(见图 6、 图 7、 图 8)。这种在对流层下层850 hPa的欧亚大陆上出现的南北反位相的温度场分布，与Bueh and Nakamura(2007)对1月的分析结果也是比较相似的。他们的研究表明，在斯堪的纳维亚遥相关型正位相时，斯堪的纳维亚半岛上空出现异常的反气旋性环流，中西伯利亚上空则出现异常的气旋性环流，与这种异常的环流型相对应，在贝加尔湖和巴尔喀什湖以北，从俄罗斯西部到中西伯利亚地区出现显著的冷异常，而东亚地区沿岸则出现了暖异常。由此可见，冬季EU的变化 与东亚地区的大气环流存在非常密切的关系: 当EU处于正位相时，东亚地区上空的急流增强、 东亚大槽加深，导致东亚冬季风偏强，东亚地区温度偏低; 反之，当EU处于负位相时，东亚地区温度偏高。

图 9是冬季EU指数对同期我国冬季160站气温(图 9a)和降水(图 9b)的回归图。可以看到，除东北北部小部分地区外，我国东部大部分地区出现明显的降温，最大降温中心出现在内蒙古东北部和东北南部，降温达0.8℃以上。对降水而言，我国东部大部分地区降水减少，降水减少最多的地区位于华北平原，降水减少都在20%以上，值得注意的是，(30°N，105°E)附近却出现了降水增加的信号。而在东北地区和内蒙古东北部，这些区域的降水与EU关系很弱且不明显。这表明，当冬季EU处于正位相时，对应于EU一个标准差的变化，我国东部大部分地区出现显著降温，同时我国东部大部分地区降水减少。通过分析东亚地区低层风场(图 8)可知，冬季东亚地区出现显著的北风异常，在这种风场异常的情况下，东亚冬季风加强，从而引起我国东部降温和降水减少。

根据冬季EU对我国同期地表气温的回归图(图 9a)，选取最大降温中心出现的内蒙古东北部和东北南部19个测站作为代表测站，来研究冬季EU与内蒙古东北部和东北南部地区冬季气温年际变化关系; 同样选取华南30站作为代表测站来研究冬季EU与华南冬季气温年际变化关系。同时，根据冬季EU对我国同期降水百分比的回归图(图 9b)，选取降水变化最大的华北地区7个测站作为代表测站来研究冬季EU与华北冬季降水年际变化关系。下文，我们将这19站和30站平均的地表气温分别称为内蒙古东北部及东北南部地区冬季气温和华南冬季气温。同样，我们将华北7站平均的降水称为华北冬季降水。

图 10给出了1951/1952~2008/2009年内蒙古东北部及东北南部地区冬季气温、 华南冬季气温、 华北冬季降水与冬季EU指数的标准化时间序列。从图 10a、 b看到内蒙古东北部及东北南部地区冬季气温、 华南冬季气温与冬季EU指数呈现反向变化的关系，当内蒙古东北部及东北南部地区冬季气温、 华南冬季气温为负的时候，冬季EU指数大多为正，反之冬季EU指数则大多为负。同样，华北冬季降水与冬季EU指数也呈现出反向变化的关系，事实上内蒙古东北部及东北南部地区冬季气温、 华南冬季气温、 华北冬季降水与冬季EU指数同期的相关系数分别为-0.42、 -0.44、 -0.39，均通过95％的显著性检验。这表明当冬季EU处于正位相时，内蒙古东北部及东北南部地区、 华南地区的冬季气温偏低，而华北地区冬季降水减少。

5 结论

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料，利用REOF方法定义了冬季的欧亚遥相关型，计算了冬季的EU指数，在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间变化特征和空间分布特征，最后考察了欧亚遥相关型与我国冬季气温和降水的关系。结果表明，冬季EU的变化与东亚地区的大气环流存在非常密切的关系: 当EU处于正位相时，东亚地区上空的急流增强、 东亚大槽加深，导致东亚冬季风偏强，东亚地区温度偏低，使得我国东部降温和降水减少; 反之，当EU处于负位相时，东亚地区温度偏高。在欧亚大陆上空存在非常明显的与EU相联系的准定常波的活动，波动活动的辐散区主要位于副热带北大西洋，西伯利亚则是主要的辐合区。在大气内部确实有与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区，从而影响东亚地区的气候。在时间变化上，冬季EU以年际变率为主，年代际变化的分量不明显，其显著周期表现为2~4年。

本文主要从统计角度讨论了冬季EU的空间分布和时间变化特征，及其与我国同期冬季气温、 降水的关系，而EU在其它季节的空间分布和时间变化特征，波动又是如何维持和传播的，以及EU对我国气温和降水影响的具体物理机制，这些都需要进一步的深入研究。