2018, Vol. 48
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室，山东 青岛 266100
渤海海冰具有多时间尺度的变化，与太阳辐射及诸多大气环流因子有着密切的关系。对渤海海冰年际变化的周期性研究由来已久，张启文等对1951—1980年的渤海冰情等级进行分析，得到了10年左右的周期[1]；李剑等由1953—2000年的渤海海冰面积指数得到了2~4，6~8以及16年左右的周期[2]；邓冰等的分析显示，1951—2000年辽东湾和渤海湾冰级有2.7，4.4和9.6年的主周期，莱州湾冰级有2.7和12年的主周期[3]；郑冬梅等针对1950/1951—2012/2013年渤海冰情等级的分析结果指出，主周期分别为2.6，4.0，5.8，6.8和11年，总的来说渤海海冰存在2~7年和10年左右的周期[4]，其中10年左右的周期基本对应着11年的太阳黑子相对数变化周期，是所有周期中比较确定的，其他周期在选择不同的时间段和海冰变量时结果有一定的差别。以上研究主要针对渤海海冰的年际变化，对其季节内尺度上的周期研究目前还很少。
在季节内尺度上渤海海冰受东亚冬季大气变化的影响，对大气中的季节内低频振荡进行响应，可能存在与之相近的周期。围绕东亚冬季大气的季节内低频振荡已有许多研究[5]，例如，寒潮的活动周期为20天左右[6]，强冷空气活动具有准40天周期的振荡[7]，东亚大槽的加强与向东南方向伸展有30~50 d周期的振荡[8]等。这些结论同样由于所选资料年代和长度的不同而有所差异，但大致指出了东亚冬季的冷过程存在着10~20 d周期的准双周振荡和30~60 d周期的季节内振荡[9-10]。
对于渤海海冰变化成因的研究同样主要集中在年际尺度上，主要分为两个方向:一方面，渤海海冰与东亚大气环流变化密切相关，冬季西伯利亚高压、冬季风较强时，冷空气活跃，渤海海冰相应偏重[11]。渤、黄海海冰轻、重极端年份的冬季500 hPa位势高度合成场上差异最显著的系统是乌拉尔山高压脊，地面气压场上差异最显著的系统是西伯利亚高压；亚速尔高压、冰岛低压等大气活动中心的强度与渤、黄海冬季气温变化和渤海冰情有一定的联系[12]。秋季北极海冰密集度、冬季北极涛动等气候因子与渤海冰情也存在负相关关系[13]; 另一方面，渤海海冰的年际变化与西太平洋副热带高压存在相关关系。有研究显示，拉尼娜现象的发生使西太平洋副高、东亚大气纬向环流减弱，有利于冷空气南下，进而使渤海冰情加重[14]。统计结果也表明，1975—2006年8和12月太平洋副热带高压面积和强度指数与渤海冰情等级具有良好的相关关系，尤其在海冰偏轻年[15]。副高对渤海海冰的影响较为复杂，在不同的时期有所不同。在1972年以前，冬季副高面积和强度指数与渤海海冰之间的关系较密切，但在1972年之后冬季副高与渤海海冰之间的关系明显减弱，秋季副高与海冰之间的关系却明显增强[16]。
作为一年冰，渤海海冰变化特征中最为明显是季节变化，且与气温变化直接相关。李彦青等人研究认为，渤海海冰的季节变化受冬季大气环流因子的影响，500 hPa上存在两个负相关区，其中东亚关键区位于渤海西侧，西太关键区位于极地低压和西太副高之间。当东亚大槽偏强，或西太平洋副高脊线偏南，面积和强度偏小时，有利于冷空气的发展南下，从而使渤海冰情偏重[17]。
渤海海冰不仅有年际和季节变化，季节内和天气尺度上也有明显的变化。受大气环流的影响，与强冷空气过程密切相关。前人对渤海海冰的研究主要从统计学角度在年际尺度上得到了不同的大气影响因子，但对各因子在渤海海冰不同时间尺度变化中的相对重要性认识还十分欠缺。受海冰数据不足的限制，针对季节内变化的研究还比较少。本文针对渤海海冰范围候平均序列[17]的变化特征进行研究，分析其季节内和年际变化的大气影响因子，旨在揭示不同时间尺度下影响因子的作用和变化，并解释大尺度大气环流与渤海海冰变化的可能联系，为海冰的中短期预报提供基础。
1 数据和方法本文使用的海冰数据为2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围候平均序列，其中2000/2001年冬季指从2000年11月第4候到2001年3月第3候，共24候[17]。气象场数据包括美国国家环境预报中心(NCEP)提供的：(1)2000—2015年海平面气压(SLP)场、500 hPa位势高度场和地面气温场的北半球逐日再分析资料；(2)1948—2015年海平面气压场、500 hPa位势高度场和地面气温的北半球月平均再分析资料，分辨率均为2.5°×2.5°。同时使用了中国地面国际交换站气候资料月值数据集中1951—2015年营口、大连和潍坊台站的气温数据。
本文用带阻滤波方法对渤海海冰范围数据进行处理，去掉信号最为显著、可能造成序列不连续的季节信号，针对海冰范围的季节内和年际尺度变化进行研究，结合小波分析方法分析其周期特征，并利用相关、滑动相关分析等方法研究海冰范围变化的影响因子。对SLP场与海冰范围主要相关区的海平面气压进行区域平均，并滤波去掉季节变化，作为该相关区的SLP指数。通过小波分析、合成分析等方法对气象因子的变化及其对海冰的作用进行探讨。
2 渤海海冰范围变化的基本特征由2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围候平均序列(见图 1)可以看出，渤海海冰具有很强的季节变化，此外还存在年际变化和季节内变化。2000/2001、2009/2010、2010/2011年渤海海冰范围较大，2001/2002、2006/2007、2013/2014、2014/2015年则较小，具有明显的年际变化。海冰从开始出现到最大值，再到结束的过程并不是线性增加和减小的，其中还存在着季节内尺度上的变化，出现双峰型(如2004/2005年)和三峰型(如2012/2013年)等。渤海海冰受我国冬季气候的影响很大，在冬季风盛行，寒潮爆发频繁的年份，冰情偏重，而当气温在季节内尺度上发生剧烈变化时，渤海海冰可能相应地发生较快速的变化，因此渤海海冰在年际和季节内尺度上都受东亚大气变化的影响，有必要进一步了解不同的气象因子与渤海海冰不同时间尺度变化之间的关系。
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（蓝色实线为冬季海冰范围的多年平均。Blue line represents the multi-year average.） 图 1 2000/2001—2014/2015年冬季候平均的渤海海冰范围 Fig. 1 The pentad mean sea-ice extent in Bohai Sea during the winter of 2000/2001 to 2014/2015 |
针对渤海海冰季节内变化的周期性，分别对2000/2001—2014/2015年逐年冬季海冰范围候平均序列距平进行小波分析。由图 2可以看出2003/2004、2004/2005、2007/2008年存在9~12候的显著周期，其他年份还存在较为明显的4~7候和2~3候的周期。其中2~3候周期与东亚大气中10~20 d的准双周振荡相对应，9~12候周期与30~60 d的季节内振荡相对应。因此，渤海海冰作为东亚海气环流系统中的一员，与东亚冬季的冷过程存在着较为一致的季节内变化周期。针对渤海海冰年际变化的周期性，由于本文采用的海冰参数的研究时段较短，将在5.3节中以渤海气温作为代替指标进行讨论。
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图 2 2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围距平的小波系数 Fig. 2 The real part of wavelet coefficient of Bohai sea-ice extent anomaly during the winter of 2000/2001 to 2014/2015 |
首先构造2000/2001—2014/2015年渤海海冰范围的候平均序列。由于海冰只有冬季的数据，在图 1中每年的海冰数据都代表从无冰情况开始，经历海冰的冻结、演变，到海冰完全消融的一个完整的海冰生消过程，因此数据两端海冰范围数值都为0，以2015年中最早/最晚的初/终冰日这一候为起始/结束的端点，以减小数据在季节尺度上的不连续性。为了去掉其最为显著的季节变化信号，首先计算海冰范围序列距平，但去掉多年平均后的序列仍存在较为明显的季节变化(见图 3红线)，为了既去掉最为显著的季节变化影响，又保留季节内和年际变化信号的特征，对海冰序列进行不同窗口的带阻滤波。从24候的季节周期前后逐渐增加带阻滤波的窗口宽度，可以看到24候附近的周期峰值渐渐减小，季节信号被剔除。从去掉季节变化信号的角度，21~27候带阻滤波(见图 3绿线)已经能够较好地做到这一点，同时考虑尽可能多保留季节变化以外的信号。本文选择这一窗口的带阻滤波结果对渤海海冰范围的季节内和年际尺度变化与大气要素场的相关性进行研究。
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图 3 2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围原序列、距平及不同窗口带阻滤波后序列的功率谱 Fig. 3 The power spectrum of the original sequence, anomaly sequence and band-stop filtered sequence of different windows during the winter of 2000/2001 to 2014/2015, respectively |
首先分析年际和季节内尺度上海平面气压(SLP)场与海冰范围的同期相关性。为保证相关区选择的可信度，这里取与功率谱计算(见图 3)相同的带阻窗口滤波结果进行计算。由图 4(a)可见，不同窗口滤波后的相关区比较集中，都有3个主要相关区，分别位于西伯利亚高压、冰岛低压和亚速尔高压附近。为了得到更具预报意义的相关区，将SLP场超前1~8候计算超前相关，其中超前2候时相关性最强，同样存在3个主要相关区(见图 4(b))。其中西伯利亚高压附近为正相关区，超前2候时相关区位于西伯利亚高压平均态位置的上游偏西北处。冰岛低压附近同样为正相关区，亚速尔高压附近则为负相关区，同期和超前时相关区的位置和范围较为相近，超前两候时相关系数最大。冰岛低压和亚速尔高压同时加强或减弱的现象被称为北大西洋涛动(NAO)，标准化后的亚速尔高压和冰岛低压的海平面气压之差被定义为NAO指数[18]，渤海海冰范围与NAO指数为负相关，当NAO指数为正、冰岛低压和亚速尔高压偏强时，海冰范围偏小。
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(阴影为SLP场多年平均，彩色实(虚)线为带阻滤波后海冰范围与SLP场的+(-)0.2、+(-)0.3相关系数线，颜色与图 2b中一致。Shading represents the multi-year average SLP. Solid (dotted) line represents correlation coefficient equal to + (-) 0.2, + (-) 0.3, with the same color as Fig 2(b).) 图 4 (a) 同期和(b)超前2候时不同窗口带阻滤波后海平面气压场与海冰范围的相关关系 Fig. 4 (a)Synchronous and (b) 2-pentad lead correlation between the sea-level pressure field and sea-ice extent band-stop filtered in different windows |
为了进一步研究相关区与海冰范围变化之间的关系，分别把相关系数最强(超前2候)时西伯利亚相关区(57.5°N~72.5°N，57.5°E~107.5°E)、冰岛相关区(60°N~75°N，30°W~60°W)和亚速尔相关区(20°N~45°N，30°W~60°W)(见图 4(b)中框出区域)的海平面气压进行区域平均。对应于海冰范围的带阻滤波窗口，对海平面气压场的区域平均也取21~27候带阻滤波，得到3个相关区的SLP指数。
对3个SLP指数与21~27候带阻滤波后的海冰范围序列进行滑动相关分析，讨论在不同时段它们之间的相关关系，分别取2年(46候)、3年(72候)和5年(120候)作为滑动窗口时，相关系数变化的规律较为一致(图略)。考虑到序列长度和置信度的影响，取3年滑动窗口的结果进行研究(见图 4(c))。可以看出西伯利亚相关区SLP指数在2009/2010年之前与海冰范围有较好的正相关关系，2009/2010年以后相关系数不断减小到95%置信以下并维持在较小水平，即西伯利亚高压与海冰范围的相关性从2009/2010年开始有所减弱。而冰岛、亚速尔相关区SLP指数与海冰范围的相关从2007/2008年开始突然变得显著。将亚速尔和冰岛相关区SLP指数作差，与NOAA提供的逐日NAO指数异常进行比较，可以得到两者较为相关(r=0.66)，因此本文得到的这2个指数可以较好地表示NAO的变化及其与海冰范围的关系。3个相关区在不同的时段与海冰范围的相关性存在着变化，下面对其原因进行进一步研究。
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图 4 (c) 21~27候带阻滤波后西伯利亚、冰岛、亚速尔相关区SLP指数和NAO指数与海冰范围的滑动相关(滑动窗为3年(72候)) Fig. 4 (c)Sliding correlation between the sea ice extent and the SLP index of three related regions, the NAO index, respectively with 21~27 pentad band stop(Sliding window is 3 years or 72 pentads) |
渤海海冰的空间分布范围相对较小，与大气环流之间的关系以响应大气环流的变化为主，这也是第4节中将大气要素场超前于海冰范围计算两者相关关系的原因，相关区SLP指数与海冰范围的关系一定程度上体现了大气环流变化对渤海海冰的影响。为了区分大气环流在季节内和年际尺度上对渤海海冰的影响，本文对渤海海冰范围和海平面气压场进行21候高通和27候低通滤波，同样将SLP场超前2候计算相关关系(见图 5)，以便与第4节结果(见图 4(b))进行比较。由图 5可以看出，不论在季节内还是年际尺度上，西伯利亚高压附近都为正相关区。西伯利亚高压作为最主要的大气环流因子之一，对冬季东亚气候变化有着直接和强烈的影响，前人研究也认为西伯利亚高压是渤海海冰年际变化的重要影响因子[4]。而季节内尺度上，西伯利亚高压增强时，常伴随着东亚冬季风增强，寒潮爆发，渤海海冰随之加重，因此西伯利亚高压在季节内尺度上同样影响渤海海冰的变化。至于该相关区与渤海海冰的相关性为什么在2009/2010年之后有所减弱，作者将在4.2节中讨论。
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(蓝色实线为SLP场的多年平均，阴影为通过95%置信的相关系数。Blue line represents the 15-year average of the SLP field and shading represents correlation coefficients with a confidence level of 95%.) 图 5 21候高通滤波(a)和27候低通滤波(b)后海平面气压场与海冰范围的超前2候相关 Fig. 5 The 2-pentad lead correlation between the sea level pressure field and sea-ice extent filtered with 21-pentad high-pass (a) and 27-pentad low-pass(b) |
由图 5(a), (b),还可以发现，亚速尔高压和冰岛低压附近的相关区，即NAO与海冰范围的相关性仅存在于年际尺度上。由图 5(b)可以看出，冰岛低压和西伯利亚高压附近同为正相关，当NAO为负指数(冰岛低压和亚速尔高压偏弱)、西伯利亚高压偏强时，渤海海冰偏重。有研究认为，NAO与东亚冬季风的变化存在着较为密切的联系，这种联系是通过影响西伯利亚高压实现的，当NAO指数为负时，高空经向环流增强，西伯利亚高压增强，冬季风活跃，寒潮爆发频繁[19-20]。但是NAO是否通过西伯利亚高压进而影响渤海海冰的变化，仍处于推论[13]和猜测阶段，有待进一步的研究。然而，最引起我们注意的是图 4(c)所示的冰岛、亚速尔相关区SLP指数与海冰范围的相关从2007/2008年开始突然变得显著这一现象，作者将在4.3节中进行详细的分析。
4.2 西伯利亚相关区SLP指数与渤海海冰范围相关关系发生变化的原因根据图 3，针对西伯利亚相关区SLP指数与渤海海冰范围相关性在2009/2010年以后变弱的问题，以2009/2010年为界对21~27候带阻滤波、21候高通滤波和27候低通滤波后海平面气压场和海冰范围序列的相关性进行分段研究。由图 6(a)，(b)可以看出，在2000/2001—2008/2009年，西伯利亚相关区的影响最为显著；在2009/2010—2014/2015年，西伯利亚相关区与海冰范围仍有较大的相关关系，但最显著相关区则位于冰岛低压和亚速尔高压附近。通过分别比较图 6(a)，(c)，(e)和图 6(b)，(d)，(f)可以看出，西伯利亚高压相关区对渤海海冰的影响在前一时段是季节内尺度和年际尺度上的共同作用，而在后一段则以年际尺度上的影响为主。
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(蓝色实线为SLP场的多年平均，阴影为通过95%置信的相关系数。Shading represents correlation coefficient with a confidence level of 95%.) 图 6 2001/2001-2008/2009年(a)和2009/2010~2014/2015年(b)21~27候带阻滤波后的SLP场和海冰范围的超前2候相关；2000/2001—2008/2009年(c)和2009/2010—2014/2015年(d)21候高通滤波后的SLP场和海冰范围的超前2候相关21候高通滤波后; 2000/2001—2008/2009年(e)和2009/2010-2014/2015年(f)27候低通滤波后的SLP场和海冰范围的超前2候相关 Fig. 6 The 2-pentad lead correlation between the SLP field and sea-ice extent while filtered with 21~27 pentad band-stop during the winter of 2000/2001 to 2008/2009 (a) and 2009/2010 to 2014/2015(b); the same as above but filtered with 21-pentad high-pass during the winter of 2000/2001 to 2008/2009(c) and 2009/2010 to 2014/2015(d) and filtered with 27-pentad low-pass during the winter of 2000/2001 to 2008/2009(e) and 2009/2010 to 2014/2015(f) |
为进一步分析季节内尺度上西伯利亚相关区对渤海海冰影响减弱的原因，对西伯利亚相关区的海平面气压异常进行小波分析。由图 7可以得出，在2009/2010年以前，海冰范围和西伯利亚相关区海平面气压的季节内尺度周期较为对应，2000/2001、2002/2003、2008/2009年主要是4~7候周期；2003/2004、2005/2006、2007/2008年主要是9~12候信号；2009/2010年之后西伯利亚相关区海平面气压的9~12候信号虽然未通过95%的置信，但仍较为稳定的持续。而海冰范围的9~12候周期在2009/2010年以后有明显的减弱。因此，2009/2010年以后，西伯利亚高压SLP指数与渤海海冰的相关性在季节内尺度上减弱是由于在这一时段西伯利亚高压仍具有9~12候信号，而渤海海冰却基本没有。
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图 7 2000/2001年—2014/2015年冬季西伯利亚相关区海平面气压距平的小波系数 Fig. 7 The real part of wavelet coefficient of Siberian related region SLP anomaly during the winter of 2000/2001 to 2014/2015 |
本节针对冰岛和亚速尔相关区SLP指数与渤海海冰范围相关性从2007/2008年开始变得显著(见图 4(c))的现象进行研究。由于NAO与海冰范围的相关性主要体现在年际尺度上(见图 5(b))，本文以2007/2008年为界对27候低通滤波后海平面气压场与海冰范围的相关性进行分段研究，同样将SLP场超前2候计算两者的相关关系(见图 8(a)，(b))。对比两个时段，最明显的差别在于冰岛低压和亚速尔高压相关区的相关系数大大增加，这从另一个侧面证实了图 3中“冰岛和亚速尔相关区SLP指数与渤海海冰范围相关性从2007/2008年开始变得显著”的结论。
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(蓝色实线为对应时段大气要素场的平均态，阴影为通过95%置信的相关系数。Blue line represents the mean state of atmosphere in the corresponding period and shading represents correlation coefficient with a confidence level of 95%.) 图 8 2000/2001—2006/2007年(a)和2007/2008—2014/2015年(b)27候低通滤波后的SLP场和海冰范围的超前2候相关；2000/2001—2006/2007年(c)和2007/2008—2014/2015年(d)27候低通滤波后的地面气温场和海冰范围的超前2候相关 Fig. 8 The 2-pentad lead correlation between SLP field and sea-ice extent while filtered with 27-pentad low-pass during the winter of 2000/2001 to 2006/2007(a) and 2007/2008 to 2014/2015(b); the 2-pentad lead correlation between surface air temperature and sea-ice extent filtered with 27-pentad low-pass during the winter of 2000/2001 to 2006/2007(c) and 2007/2008 to 2014/2015(d) |
为了解释年际尺度上NAO相关区与渤海海冰范围相关性突然变化的原因，需要对二者年际变化的周期性进行研究。由于前文采用的2000/2001—2014/2015年冬季候平均序列长度较短，不适合年际尺度的分析，因此用1949/1950—2014/2015年月平均序列进行以下的分析。首先针对NAO相关区，对相关区海平面气压的区域平均进行18个月的低通滤波，并进行小波分析(见图 9(a)~(d))。结果显示两个相关区海平面气压的年际周期在1960—1970年发生了一次突变，2~4年周期减弱，8~16年周期增强，这与前人研究中NAO年际周期在1960年代末发生的转变(由3~4年周期转为了8~15年周期)[22]基本一致。图 9(b)显示这一转变在冰岛相关区更为明显。在本文研究时段中，两个相关区海平面气压的年际周期同样发生了变化。在2007/2008年以前，冰岛相关区海平面气压的周期主要为16年左右，亚速尔相关区主要为8年左右；在2007/2008年以后，两者的2~4年周期均开始增强，此时冰岛相关区海平面气压的16年周期已经减弱，亚速尔相关区海平面气压的8年周期转为4~8年周期。
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图 9 1949/1950—2014/2015年冰岛相关区海平面气压的小波系数实部(a), 小波能量谱(b)，亚速尔相关区海平面气压的小波系数实部(c), 小波能量谱(d)，渤海区域地面气温的小波系数实部(e)和小波能量谱(f) Fig. 9 The real part of wavelet coefficient(a), wavelet energy spectrum of Iceland SLP(b), real part of wavelet coefficient(c), wavelet energy spectrum of Azores SLP (d), real part of wavelet coefficient(e) and wavelet energy spectrum(f) of air temperature in Bohai during the winter of 1949/1950 to 2014/2015 |
由于渤海海冰范围序列长度的限制，无法得到其年际周期的变化，故用地面气温数据代替，对1949/1950—2014/2015年渤海地区(35°N~45°N, 115°E~125°E)的地面气温月平均数据进行18个月的低通滤波并进行小波分析，结果见图 9(e)~(f)，与1951/1952—2014/2015年营口、大连和潍坊站月平均气温进行同样周期分析后的结果非常一致(图略)。在本文研究时段内，渤海地区气温持续存在2~4年的年际周期，从2007/2008年开始4~8年的年际周期开始增强。
因此，在2007/2008年以后冰岛和亚速尔相关区海平面气压的2~4年周期增强，与渤海海冰(渤海地区气温)持续存在的2~4年周期契合；此时渤海海冰(渤海地区气温)的4~8年周期增强，与亚速尔相关区海平面气压自2000/2001年以来存在的4~8年契合；年际周期的契合使得NAO这一环流因子与渤海海冰的相关关系迅速增大。
NAO作为大气环流系统中重要的一环，其年际周期的转变与北半球大气环流形势的演变有着必然的联系。为进一步分析大气环流的变化，将2007/2008—2014/2015年和2000/2001—2006/2007年的冬季(前一年11月—当年3月)平均海平面气压场和500 hPa高度场分别合成并作差(见图 10)，可以看出无论是在哪个高度上，最大异常均位于北太平洋。在500 hPa高度场上表现为北美脊和东亚槽均向西偏移，且北美脊增强；对应的海平面高度场上西伯利亚高压和阿留申低压平均位置处分别为负异常和正异常，都有所减弱，对应经向环流的减弱。这可能与NAO年际周期的转变有一定联系。
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(图中阴影为15年冬季不同要素场的平均态。Shadow represents the 15-year mean atmospheric state of different variables.) 图 10 500 hPa高度场(a)和海平面气压场(b)2007/2008—2014/2015年和2000/2001—2006/2007年冬季的合成场之差 Fig. 10 The difference between the synthesis fields during the winter of 2007/2008—2014/2015 and 2000/2001—2006/2007 in 500 hPa geopotential height (a)and SLP(b) |
在NAO年际周期转变和东亚大气环流调整的过程中，年际尺度上海冰范围与SLP场的主要相关区由西伯利亚相关区变为了冰岛相关区和亚速尔相关区。为进一步了解不同系统影响渤海海冰的机制，对不同时段低通滤波后的地面气温场和海冰范围进行超前2候相关分析(见图 8(c)~(d))可以看出：在2007/2008年以前新地岛以北区域为正相关区，表明这一区域气温上升时渤海海冰偏强，可能的机制为西伯利亚高压增强时，经向环流发展，暖空气随乌拉尔山脊北伸(新地岛以北洋面气温上升)，有利于阻塞高压生成南下，将冷空气带入东亚[11]，渤海冰情偏重。有研究也指出，前秋巴伦支海海温指数偏高时，冬季乌拉尔山阻塞形势加强，亚洲纬向环流偏弱，渤海冰情偏重[23]。而2007/2008年以后，新地岛以西洋面气温与渤海海冰范围为负相关，表明这一区域气温上升时渤海冰情偏轻，其相关关系与2007/2008年以前相反，机制也必然有很大的不同。
为了解释这一现象，需要把不同系统(西伯利亚高压和NAO)对东亚大气的影响区分开来。武炳义等人的研究曾将东亚冬季大气环流场分为西伯利亚高压型(SH型)和北极-亚洲遥相关型(AA型)，其中SH型主要体现了与西伯利亚高压密切相关的大气环流分布，当SH型为正位相时，西伯利亚高压偏强，东亚气温偏低，喀拉海到北极气温则为正异常；AA型主要体现了北极与亚洲之间大气环流的遥相关关系，当AA型为正位相时，SLP场上亚洲50°N以北为负异常，以南为正异常，冰岛低压、亚速尔高压相应偏强，气温场与SLP场对应，亚洲50°N以北为正异常[21]。针对本文研究区域(西伯利亚相关区)进行类似分析可以得到与之近似的大气环流分布形态，通过对2000/2001—2014/2015年大气环流型的时间序列进行统计，发现从2007/2008年开始AA型显著的年份增多(图略)，而2007/2008年刚好是NAO与渤海海冰相关性变得更强的转折，因此NAO年际周期的变化可能与大气环流型的转换有关。显然，AA型环流模态下NAO与渤海海冰范围的相关性更大，但其物理过程和机制还需进一步研究。
5 结论本文利用2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围候平均序列，研究了渤海海冰季节内至年际尺度的变化特征，结合海平面气压等大气要素场的变化分析了渤海海冰多尺度变化的成因。主要结论如下：(1)带阻滤波(21~27候)后，海冰范围与海平面气压场有三个主要相关区，其中西伯利亚附近为正相关区，西伯利亚高压的变化在季节内和年际尺度上同时影响渤海海冰；冰岛低压和亚速尔高压附近分别为正相关和负相关区，表征了NAO变化与渤海海冰范围的关系，NAO为正异常(冰岛低压和亚速尔高压偏强)时，海冰范围偏小，反之则偏大。NAO与海冰范围的相关性主要表现在年际尺度上。
(2) 在季节内尺度上，西伯利亚相关区海平面气压与渤海海冰范围的相关性在2009/2010年以后有明显的减小，这一变化与二者周期性的变化有关。在2009/2010年以前，海冰范围和西伯利亚相关区海平面气压的季节内尺度周期较为对应，2009/2010年之后西伯利亚相关区海平面气压的9~12候信号仍较为稳定的持续，而海冰范围的该周期则基本不存在了。
(3) 在年际尺度上，2007/2008年以后NAO与渤海海冰范围的相关性明显加强，这一现象与NAO年际周期的转变有必然的联系。在2007/2008年以后冰岛和亚速尔相关区海平面气压的2~4年周期增强，与渤海海冰(渤海地区气温)持续存在的2~4年周期契合；同时，渤海海冰(渤海地区气温)的4~8年周期增强，与亚速尔相关区海平面气压自2000/2001年以来存在的4~8年周期契合。年际周期的契合使得NAO与海冰范围的相关关系迅速增大。NAO年际周期的变化可能会通过大气环流的北极-亚洲遥相关模态对渤海海冰范围产生影响。
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