东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

中国东北夏季极端高温的分类及其与北大西洋海表温度异常的联系

利用层次聚类方法对1979—2016年中国东北夏季259次极端高温事件爆发当天的500 hPa高度场进行聚类分型,并讨论了不同类型极端高温事件的环流演变特征及其与北大西洋海表温度异常的联系。结果表明,东北夏季极端高温事件可分为3类,即西风型、阻塞型和波列型;这3类高温事件在1979—2016年分别发生了113、89和57次。西风型高温事件的主要环流特征为极涡偏强,浅脊在准平直西风引导下于西风带内东移,当反气旋异常控制中国东北地区上空时,形成高温天气;阻塞型极端高温事件的主要环流特征为乌拉尔山阻塞高压偏强,中国东北地区位于高压脊前,西北气流下沉加热,导致中国东北地区高温;波列型极端高温事件的主要环流特征为欧亚大陆上空为"+-+"波列型环流异常,中国东北地区受反气旋环流异常控制,从而形成极端高温,且因上游波能量的维持,该类极端高温事件的持续时间、影响范围和强度均大于前两类。通过对这3类极端高温事件发生前10～20 d海表温度异常的合成分析发现,西风型和阻塞型极端高温事件发生前,北大西洋无显著的海表温度异常,而波列型极端高温事件发生前,北大西洋热带海域海表温度有显著的正异常,该海域海表温度异常与波列型极端高温事件强度呈显著的正相关关系。回归分析结果表明,北大西洋海温正异常有利于夏季欧亚大陆上空纬向波列型环流异常的维持,并为波列型高温事件的发生提供了有利条件。     

东北地区汛期降水与全球大洋海温异常关系的SVD分析

利用中国160站月平均降水量资料和英国气象局整编的1950.1～1998.12全球逐月海温格点资料(格点分辨率2°×2°),采用相关分析和SVD方法研究了东北地区汛期(7～8月)降水异常与印度洋和大西洋海温异常的关系。结果表明:不同的海区对东北汛期降水异常有不同的影响。东北汛期降水与前一年6～7月西南印度洋海温有较好的负相关关系,东北西南部、东北部和西南印度洋KeyⅠ海区(23～13°S,57～77°E)为SVD耦合相关的显著区域。东北汛期降水与当年3～5月北大西洋KeyⅡ海区(21～27°N,61～75°W)有较好的正相关关系,对应了海温分布型是南北“翘翘板”型。两海区的海温异常共同对东北地区汛期降水异常有较好的预示作用。两海区海温异常对应的全国降水异常的空间分布在东北和华北地区是一致的。     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

春季印度洋SSTA对夏季中国西北东部极端降水事件的影响研究

基于近47年来NCAR/NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构的印度洋海表温度资料和中国西北东部97个气象台站逐日降水资料,首先利用百分位法定义了极端降水事件的阈值,运用SVD及合成分析等方法,研究了前期秋季、冬季、春季及同期夏季印度洋海表温度同夏季中国西北东部极端降水事件的关系,结果表明前期春季印度洋海温异常对预测夏季中国西北东部极端降水事件的变化特征具有较明确的指示意义,关键区位于赤道印度洋地区。如果春季赤道印度洋海温异常偏暖,从同期春季到后期夏季,100～110 °E平均经圈环流在赤道附近表现为异常上升气流,对应30 °N附近在对流层中、上层表现为异常的下沉气流,同时来自印度洋的西南季风异常偏弱,使得后期夏季由于没有异常的水汽输送到我国西北东部地区,从而极端降水事件偏少,而偏冷年份正好相反。另外在春季赤道印度洋海温异常暖年,后期夏季南亚高压偏强,且呈西部型;而在异常冷年,南亚高压偏弱,且呈东部型,这可能是引起夏季中国西北东部极端降水事件变化的另一原因。     

春季北大西洋三极型海温模态与中国东部极端低温事件频次年际变化关系的年代际增强

本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通...     

北太平洋海温异常对中国东北地区旱涝的影响

文中利用 196 1～ 2 0 0 0年中国东北地区 80个测站 4 0a的月降水和同一时期的北太平洋海温资料以及奇异值分解 (SVD)技术 ,分析了北太平洋海温异常对中国东北地区夏季旱涝的影响。结果表明 :东北地区夏季降水与北太平洋海温异常之间存在着较为密切的联系 ,当前期冬季和春季甚至是前一年夏季赤道中东太平洋海温如果处于异常偏暖 (或偏冷 )状态 ,并且西风漂流区具有较明显的SST负 (或正 )距平分布时 ,则东北大部分地区夏季降水具有整体偏多 (或偏少 )的倾向。当然 ,东北地区降水与北太平洋海温异常之间的这种联系也并非是简单的一一对应的关系     

An enhanced influence of sea surface temperature in the tropical northern Atlantic on the following winter ENSO since the early 1980s

已有研究指出春季热带北大西洋海温对随后冬季ENSO事件的发生存在显著的影响。该研究发现它们的联系在20世纪80年代初以后显著增强。20世纪80年代初以后,春季热带北大西洋海温为正异常时,副热带东北太平洋存在显著的异常气旋环流,同时异常沃克环流在热带中东太平洋引起显著的异常下沉运动。异常气旋环流西侧的东北风异常增强气候态的风速,导致负海温异常。负海温异常通过Gill型大气响应使得热带西北太平洋产生异常的反气旋环流。同时,热带中东太平洋的沃克环流异常下沉运动也对热带西北太平洋异常反气旋环流的形成起到一定作用。热带西北太平洋反气旋环流南侧的东风异常通过海洋动力过程对随后冬季ENSO产生影响。因此,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO存在显著的影响。然而,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温相关的热带东北太平洋异常气旋环流和热带地区的异常沃克环流不显著,从而不能在热带西北太平洋产生异常反气旋。所以,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO的影响不显著。进一步的分析指出,春季热带北大西洋海温对ENSO影响的年代际变化可能与热带北大西洋降水气候态的年代际变化有关。     

春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

江淮入梅的年际变化及其与北大西洋涛动和海温异常的联系

文中首先采用简单相关和合成分析的方法研究了江淮入梅的年际变化与前期冬季环流和前期冬、春全球海温的关系。研究结果表明江淮入梅的早晚与前期冬季北半球大型环流存在显著的相关 :入梅早的年份 ,其前期冬季北大西洋涛动强 ,北半球只有一个强的极涡并位于格陵兰上空 ,东亚大槽弱 ;入梅晚的年份 ,则其前期冬季环流表现为 ,北大西洋涛动弱 ,北半球存在两个极涡 ,其中一个仍然位于格陵兰上空 ,而另一个则位于西伯利亚上空 ,东亚大槽较常年强。江淮入梅的年际变化与前期冬春北大西洋海温的相关分析表明 :入梅早的年份 ,北大西洋海温较常年偏暖 ;入梅晚的年份 ,前期冬春北大西洋海温较常年偏冷。文中还用 CCM3模拟了冬、春季北大西洋海温增暖对后期江淮入梅和梅雨期降水的影响 ,并探讨了其影响的物理机制     

近30多年中国东北地区春季寒潮的年代际变化及其可能原因

利用1979~2011年中国东北地区119站气温观测数据,对东北春季寒潮的年代际变化特征进行了分析,并在此基础上通过分析大气环流及北极海冰的变化,对寒潮年代际变化的可能原因进行了探讨。结果表明,东北地区春季寒潮的频次及强度在20世纪80年代末和21世纪初均有明显年代际转折,即20世纪90年代寒潮频次减少而强度增加,21世纪初寒潮频次有所回升但强度减弱。北极新地岛地区海冰的变化可能是造成我国东北地区寒潮活动年代际变化的原因之一。20世纪90年代新地岛附近海冰迅速减少,地表温度明显升高,而高纬海平面气压偏低,此处冷空气不易南下,同时东亚大槽偏强,冷空气强度增加。21世纪初该区海冰减少趋势减缓,冷空气频次有所回升,强度减弱。     

A Seasonal Prediction Model for the Summer Rainfall in Northeast China Using the Year-To-Year Increment Approach

Using the year-to-year increment approach, this study investigated the relationship of selected climatic elements with the increment time series of the summer rainfall between successive years in Northeast China, including the soil moisture content, sea surface temperature, 500 hPa geopotential height, and sea level pressure in the preceding spring for the period 1981–2008. Two spring predictors were used to construct the seasonal prediction model: the area mean soil moisture content in Northwest Eurasia and the 500 hPa geopotential height over Northeast China. Both the cross-validation and comparison with previous studies showed that the above two predictors have good predicting ability for the summer rainfall in Northeast China.     

Variability and predictability of Northeast China climate during 1948–2012

In this work, authors examine the variabilities of precipitation and surface air temperature (T2m) in Northeast China during 1948–2012, and their global connection, as well as the predictability. It is noted that both the precipitation and T2m variations in Northeast China are dominated by interannual and higher frequency variations. However, on interdecadal time scales, T2m is shifted significantly from below normal to above normal around 1987/1988. Statistically, the seasonal mean precipitation and T2m are largely driven by local internal atmospheric variability rather than remote forcing. For the precipitation variation, circulation anomalies in the low latitudes play a more important role in spring and summer than in autumn and winter. For T2m variations, the associated sea surface pressure (SLP) and 850-hPa wind (uv850) anomalies are similar for all seasons in high latitudes with significantly negative correlations for SLP and westerly wind anomaly for uv850, suggesting that a strong zonal circulation in the high latitudes favors warming in Northeast China. The predictability of precipitation and T2m in Northeast China is assessed by using the Atmospheric Model Inter-comparison Project type experiments which are forced by observed sea surface temperature (SST) and time-evolving greenhouse gas (GHG) concentrations. Results suggest that T2m has slightly higher predictability than precipitation in Northeast China. To some extent, the model simulates the interdecadal shift of T2m around 1987/1988, implying a possible connection between SST (and/or GHG forcing) and surface air temperature variation in Northeast China on interdecadal time scales. Nevertheless, the precipitation and T2m variations are mainly determined by the unpredictable components which are caused by the atmospheric internal dynamic processes, suggesting low predictability for the climate variation in Northeast China.     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

东北夏季温度气候振动及其环流特征

本文着重分析了1910—1980年东北夏季气温的气候变化及其环流条件，并进一步探讨了它与赤道东太平洋海温的关系。结果表明:（1）东北夏季气温变化可以分为五个冷暖时期，冷期和暖期的环流特点有很大差别；（2）东北夏季气温和赤道东太平洋海温的长期变化有很好的反相关。     

利用奇异值分解方法预测东北地区夏季气温

利用1961-2002年东北地区80个测站的夏季气温和冬季北太平洋海温场资料,采用奇异值分解技术,探讨了前冬北太平洋海温与东北地区夏季气温之间的关系。结果表明,前冬北太平洋海温场与东北地区夏季气温之间存在着较好的相关关系,并基于SVD(Singular Value Decomposition)分析的结果,建立了用前冬北太平洋海温场预测东北地区夏季气温定量空间分布的方法。从近几年的试报效果看,此方法具有一定的预测能力和较好的稳定性。最后,采用此方法和2002年冬季北太平洋海温场实况资料对2003年东北地区夏季气温做出了预测。     

东北盛夏月尺度气温的时空分布特征及预测试验

利用1961～2004年东北地区53个测站7—8月逐月气温资料及太平洋海温场、北半球500hPa高度场和环流特征量资料,采用场经验正交函数展开和主成分分析方法,研究近44a东北地区盛夏月尺度气温的时空分布特征;借助典型相关系数,对场与场的关系进行分析,利用多因子场预测未来要素场的典型相关方法,对东北地区盛夏逐月气温进行了预测及评估检验。结果表明：东北地区7、8月份平均气温分布的一致性比较好,分别占总方差的65％和72％;东北地区盛夏7、8月气温主要有全区一致型、南北型和东西型等几种主要空间类型。通过实践检验,典型相关分析方法对2005—2006年东北地区盛夏7、8月份月尺度气温趋势有较好的预测能力。