采用经过逐日均一化处理的（排除台站迁移对资料均一性的影响）中国201个台站1960-2009年冬季逐日平均、最高、最低气温资料,以及NCEP/NCAR月平均再分析资料和由NOAA重构的月平均海温资料,分析了中国冬季（12月到次年2月）平均的平均气温、最高和最低气温以及4个冬季极端气温指数（暖夜频率、暖日频率、冷夜频率和冷日频率）的时空变化特征,及其与大气环流和海温的关系。结果表明：（1）1960-2009年中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温及4个极端气温指数EOF第1模态的空间型均表明,全国冬季为一致的异常偏冷或异常偏暖的特征；第1模态时间系数表明,近50a来,冬季平均的平均气温、最高和最低气温以及极端暖指数均为上升趋势,极端冷指数为下降趋势。（2）1960-2009年中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温均方差分布特征为,北方的均方差普遍大于南方。中国冬季极端气温指数的均方差分布特征为,北方的冷指数均方差普遍大于南方。（3）1960-2009年中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温趋势系数的空间分布表明,三种气温在全国均为上升趋势,其中平均气温和最低气温在全国绝大部分地区上升趋势显著。中国冬季暖日频率、暖夜频率趋势系数在全国均为正趋势,冷日频率和冷夜频率在全国均为负趋势,其中暖夜频率和冷夜频率在全国绝大部分地区的增暖趋势显著。总体来讲,北方的趋势系数均略大于南方。（4）近50a来,中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温以及中国冬季暖日频率、暖夜频率、冷日频率和冷夜频率,均有明显的区域特征,且各分区均呈变暖趋势,但其突变时间不同。（5）1960-2009年中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温异常偏暖年及中国冬季极端暖指数异常偏高年,东亚大槽偏弱,西伯利亚高压偏弱,全球大部分海区的海温为正距平；而气温偏冷年及冷指数偏高年则情况相反。冬季印度洋、黑潮区、东南太平洋及大西洋的海温可能与中国冬季平均的平均气温、最高和最低气温关系较密切,气温偏高对应上述海区海温偏高；冬季印度洋、黑潮区、南太平洋及北大西洋的海温可能与冬季暖夜频率和暖日频率关系较密切,暖指数频率偏高对应上述海区海温偏高,而海温与冷夜频率和冷日频率关系不密切。