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本论文重点分析了近42年来中国北方寒潮活动的时空演变特征及其与春季沙尘天气频次的关系，主要内容包括了三个部分：中国北方寒潮频次的基本气候特征；冬半年中国北方寒潮频次主要模态的时空变化及其相应的全球环流背景特征；前冬中国北方寒潮频次与春季中国北方沙尘天气频次的可能关系。
第一部分利用了中国北方近42年来的逐日日平均温度资料集，以过程降温≥10℃且温度负距平≤-5℃相结合的标准定义了单站寒潮的标准，分析了北方寒潮频次的时空分布特征。我国北方地区不同月份发生寒潮的频次具有显著的差异：十一月份是我国北方多个区域寒潮天气事件发生次数最多的月份；在东北地区和华北地区，寒潮发生的频次在九月份达到最低值；而在西北地区，寒潮发生的频次在三月份达到最低值。就寒潮发生频次的季节差异而言，秋季是寒潮天气事件发生次数最多的季节。此外，较西北和华北而言，东北地区是北方寒潮天气事件发生次数最多的地区。对于整个寒潮季而言，新疆北部地区、内蒙古中部地区以及东北平原地区表现为寒潮频次的高值中心。我国北方寒潮频次年际变率随区域和季节的不同也存在显著的差异。东北地区是北方寒潮频次年际变率最大的地区。同时，在西北、华北地区，秋季是寒潮频次年际变率最大的季节；而在东北地区，冬季是寒潮频次年际变率最大的季节；相对而言，无论是东北地区，还是华北地区和西北地区，春季均是寒潮频次年际变率最小的季节。我国北方寒潮频次具有显著的年代际变化特征，尤其在冬季、寒潮季内，较后一个时期(1980s-1990s)而言，大兴安岭地区、东北平原地区、内蒙古地区以及华北等地区的寒潮频次在前一个时期(1960s-1970s)异常偏多。此外，对于冬季、寒潮季来说，大兴安岭地区、东北地区、内蒙古地区、华北地区以及河套等地区的寒潮频次具有显著的线性减少趋势。
第二部分选用了冬半年北方寒潮频次的站点资料以及欧洲中期天气预报中心提供的全球再分析的大气环流资料，运用了经验正交函数分析了近42个冬半年的北方寒潮频次在年际尺度上的主要变化模态及其对应的变化特征，通过回归分析等方法初步探讨了它与全球大气环流的可能联系。对冬半年北方寒潮频次的第一模态来说，它的空间分布型表现为北方大部分地区一致的增加或减少，其标准化时间序列CWF-PC1具有显著的线性变化趋势。回归分析表明该时间序列CWF-PC1与各层大气环流的异常相关区在不同程度上反映出北极涛动的模态，而相关分析表明冬半年北极涛动指数AO与冬半年北方寒潮频次的第一模态的标准化时间序列CWF-PC1具有显著的负相关关系。分析发现，西伯利亚地区的空气温度异常可能是联系AO和CWF-PC1的桥梁。对冬半年北方寒潮频次的第二模态来说，它的空间分布型表现为东北等地区与北方其他大部地区正负振荡的形势，其标准化时间序列CWF-PC2表现有年际变化特征。回归分析表明该时间序列CWF-PC2与低层空气温度场在中亚地区(40°N～60°N，50°E～100°E)表现为显著的正相关，而相关分析表明冬半年中亚温度指数CATI与冬半年北方寒潮频次的第二模态的标准化时间序列CWF-PC2具有显著的负相关关系。分析发现，冬半年中亚温度指数CATI可能是通过影响低层大气环流的配置，进而造成我国北方寒潮频次的时空变化。
第三部分选用了北方的沙尘台站资料、北方的寒潮资料以及大气环流资料，运用了奇异值分解分析、相关分析以及合成分析等统计方法，考察了近42年来前冬北方寒潮频次与春季北方沙天气频次的相关关系，揭示了前冬寒潮强弱年的气候背景差异。奇异值分解分析表明，我国北方大部地区前冬寒潮频次的年际变化可能与我国北方大部地区(尤其是华北等地区)春季沙尘天气频次的年际变化存在正相关关系。定义前冬北方寒潮频次指数CWFI为北方地区的前冬寒潮频次平均后的标准化时间序列。通过相关分析可以发现，CWFI与我国北方大部地区(尤其是华北大部地区)春季沙尘天气频次的年际变化表现为正相关关系。这说明，CWFI对我国北方大部地区(尤其是华北大部地区)春季沙尘天气频次的气候预测具有一定的指示意义。基于CWFI选取了CWFI偏强年以及CWFI偏弱年，考察了CWFI偏强年与CWFI偏弱年在春季的气候差异。相对于CWFI偏弱年来说，在CWFI偏强年，春季的北方大风日数在大部分地区偏多，西伯利亚高压相对偏强，阿留申低压明显偏深，极低高压偏强，欧洲浅槽偏深，东亚大槽偏深，乌拉尔山高压脊发展，阿留申地区的气旋性低层风场异常偏强，阿留申地区西侧表现为异常偏北风分量的偏大，这均更有利于春季的北方沙尘天气的发生；反之，情况则相反。最后，利用CWFI的年际增幅与春季华北地区沙尘天气频次NCI的年际增幅的显著正相关关系，初步建立了一个中国华北地区沙尘频次的简单物理统计预测模型。预测模型在1961年-1996年的拟合系数是0.704，能够模拟出NCI的长期减少趋势。同时，该预测模型对我国华北地区春季沙尘频次具有一定的预测技巧。这就进一步说明了前冬的北方寒潮频次可能是春季北方(尤其是华北地区)沙尘天气频次的潜在预报因子。