北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

1996年冬季一次南方低温事件的低频特征分析及诊断

加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此,本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料,讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征,并进行热力学诊断,希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示:我国南方地区最低温度存在显著的10~20 d振荡周期,低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17~24日低温过程前后的低频环流场分析表明,西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区,系统沿西北-东南向低频波列向下游移动,东移特征在中纬度带最明显,异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上,内陆以正压性为主,东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用,冷平流是维持低温过程的关键。     

2016年1月低温事件的季节内振荡特征

利用NECP/DOE逐日再分析资料,分析了2016年1月发生在我国南方的持续低温事件。结果表明,此次过程存在明显的季节内振荡特征,其中准双周振荡为气温变化的主要模态。此次低温事件之所以达到寒潮级别,是由于天气尺度变化与10~20 d气温准双周振荡处于相同的降温变化过程中。准双周尺度的冷中心与天气尺度冷中心均从中高纬度向低纬地区传播,并在我国南方汇合,从而引起持续性的低温。通过诊断温度局地变化方程发现,此次天气过程中,温度平流项和绝热变化项是近地层局地温度降低的主要原因。天气尺度气温变化与10~20 d低频振荡对持续降温都有较大贡献,天气尺度降温略大于低频降温。     

2004/2005年冬季强寒潮事件与大气低频波动关系的研究

2004/2005年冬季中国出现了两次大范围寒潮过程,造成长时期的降温和严寒天气,从而改变了从1986年以来中国大部分地区连续出现18个暖冬的局面。利用2004年10月1日～2005年3月31日中国740站逐日平均温度和NCEP/NCAR的逐日高度场和风场资料,分析了2004/2005冬季的强寒潮事件,并对寒潮爆发的周期、低频波动特征及其影响寒潮爆发的可能原因进行研究。结果表明:2004/2005年冬季两次主要强寒潮事件（12月22日～1月1日和2月14～21日）是在强10～20天低频振荡背景下发生的。在一次季节内低频振荡过程中,寒潮经历了高空形势相似的3个阶段,它们分别是乌拉尔东侧阻塞脊建立、阻塞脊下游横槽发展、横槽转竖与南支槽耦合重建东亚大槽最后导致寒潮爆发。进一步分析表明,乌拉尔东侧阻塞脊和里海高度脊是导致这两次寒潮的主要系统。研究还表明在寒潮爆发过程中,10～20天低频波动在40°N南北独立传播,南北波列耦合寒潮全面爆发;寒潮爆发后期低频波动引起我国东南部低空辐散异常、高空辐合异常,从而导致我国南部地区偏北风增强,使寒潮向南爆发程度和高空东亚急流明显加强。     

我国东部夏季降水季节内振荡与低频大气环流演变特征分析

利用1979—2017年夏季逐日气象数据,使用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF）分解和超前滞后回归方法分析了我国东部地区夏季降水季节内振荡（Intra-seasonal Oscillation,ISO）的时空特征及其与低纬和北太平洋中高纬度低频大气环流的联系。结果表明：EOF分解的第一模态表现为我国东南部地区ISO降水显著偏多,而我国北方地区偏少的空间型,相应的低频向外长波辐射（Outgoing Long wave Radiation,OLR）场表现为我国东南部地区低频对流异常活跃,而北方地区异常不活跃的南北偶极子型分布。位于南海至副热带西太平洋上空的低频对流异常活跃区与低频上升气流和低频水汽辐合带协同北传和西北传,在我国东南部地区ISO降水异常偏多位相峰值之前一周抵达华南上空,我国东部地区ISO降水开始呈现出南北偶极子空间型;与此同时,200 hPa低频经向风在北太平洋中高纬度表现为一个纬向低频波列形式,并向西传播,当低频波列中的低频南风异常西传到东亚—日本岛上空时,与低纬北传的高层异常北风形成经向对比,造成我国东南部地区上空出现强的低频散度异常。以上低纬度低频信号西北传与北太平洋中高纬度低频波列西传的协同作用,使得异常活跃的对流活动、水汽异常辐合区、异常上升运动和高层异常辐散区均锚定在我国东南部上空,形成该地区ISO降水异常偏多位相。     

1997—1998年青藏高原大气低频振荡及对降水影响

利用1979—1998年NCEP/DOE逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站资料,研究了1997/1998年冬季、1998年夏季青藏高原 (简称高原) 季风的低频振荡特征,研究夏季高原和周边区域高低层大气低频环流系统的配置及其与我国降水的联系。结果表明:1997/1998年冬季和1998年夏季,高原季风不仅表现出很强的30~60 d的周期振荡特征,还伴随有较强的准双周低频振荡;相应区域对流层上层200 hPa上的环流系统则是30~60 d为主的周期变化。1998年夏季,高原地面气压也存在两个频带的低频振荡变化,且其强度存在明显的经向变化,即自南向北30~60 d低频振荡信号有逐渐减弱趋势,准双周信号则呈增强趋势。对30~60 d的低频信号而言,高原夏季风低频信号较强 (弱) 时,高原地面表现为低频低 (高) 压环流系统,在同纬度带的我国东部地区和西太平洋沿岸,是较强的低频北 (南) 风和低 (高) 压环流系统;相应地,在80°~90°E之间,自孟加拉湾到我国西北中部地区,是低频反气旋-气旋-反气旋的经向低频波列;受低频环流系统影响,高原东部、长江中下游地区降水偏多 (少)、川西高原、云南西南部降水偏少 (多)。     

2007/2008年冬季中国南方低温雨雪天气期间大气准双周振荡作用分析

利用NCEP/NCAR逐日格点资料和中国气象局气象信息中心提供的727站逐日降水资料,从低频振荡角度对2007/2008年冬季中国南方低温雨雪期间的环流背景和气象要素场做了分析。分析结果表明,准双周振荡是2007/2008年冬季中国南方低温雨雪期间大气变化的重要模态。通过对低频振荡的传播分析得到：10～20 d低频波由...     

我国南方持续性低温与东亚冬季风“北弱南强”模态的关系

本文研究了南方持续性低温事件的环流特征,并讨论了它与冬季风南北反相模态的关系。南方持续性低温过程与寒潮过程不同。与寒潮过程相比,南方低温事件持续时间较长,发生频率较低。寒潮过程中,中高纬度环流以波列状槽脊形势为主。而南方低温事件中,中高纬度以大型斜脊斜槽为主要影响系统。大型斜脊斜槽导致冷空气主要以西方路径为主,中纬度为平直气流所控制。东亚大槽向北收缩,日本南部地区为正高度距平控制,它对冷空气东移起了阻挡作用,使得南方地区长期处于冷空气控制,造成极端低温主要出现在黄河以南地区。同时,活跃的南支扰动也显著影响南方持续性低温的发生。东亚冬季风通常被视为一个整体。近年来的研究指出,除了南北一致变化模态,冬季风还存在南北反相变化模态。在南方持续性低温事件中,地表风场距平表现出南北变化反相的特征,即北方为偏南风距平控制,南方为偏北风距平控制。这与冬季风分布的南北反相变化的特征相一致。这种类型与北风相联系的南方降温并不是由高纬度强冷空气南下造成的。个例分析的结果也验证了上述结果。     

低频扰动增量法在华南冬季低温延伸期预报中的应用研究

通过扰动物理量分解方法和增量预报方法,提出低频扰动增量的定义,分析冬季大气低频扰动信号与华南低温事件的可能联系,构建基于低频扰动增量的华南冬季低温延伸期预报模型,为低温延伸期预报提供科学参考依据。分析表明:(1)东半球500 hPa高度场低频扰动变化显著区域主要位于中高纬度45°×80°N地区,尤其在乌拉尔山脉附近及其以西的东欧地区和贝加尔湖以北的中西伯利亚地区;(2)500 hPa中高纬高度场和风场低频扰动增量的前两个EOF模态反映了周期为20 d左右低频振荡的传播型模态,EOF1反映的是导致中高纬度两槽一脊型的环流形势得以维持的低频扰动特征,EOF2反映的是中高纬度高空槽东移后出现的低频扰动特征,研究揭示了华南最低气温低频扰动增量与该低频传播模态的关系十分密切;(3)基于低频扰动增量的延伸期预报准确率明显优于直接应用原始场的延伸期预报,重点抓住大尺度环流的低频扰动增量及由其引起的预报量的扰动增量,可以提高延伸期预报的准确率。     

大气对外强迫低频遥响应的数值模拟 II:对欧亚中高纬“寒潮”异常的响应

本文通过用IAP GCM所作的数值模拟研究了欧亚大陆中高纬度地区的外强迫在全球大气中激发的响应.结果清楚表明,同赤道地区的热源强迫一样,中高纬度地区的外强迫也可以在全球大气中产生低频遥响应;通过低频波列EAP,欧亚大陆中高纬度地区的寒潮异常可以对赤道中西太平洋地区的大气运动及全球大气环流有重要影响.对30—60天振荡的强迫激发来讲,地球大气的气候基本态是极为重要的,热带大气对于全球大气的低频振荡活动具有尤为突出的作用.     

大气低频振荡对2015年冬季华北强降温事件的影响

利用1980—2016年中国日最低温度和NCEP/NCAR再分析资料,分析了大气低频振荡对华北2015年冬季区域强降温事件（Regional Extremely Cold Event,简称RECE）的影响。结果表明：1）两次过程均与最低温度10～20 d低频分量从峰到谷值的变化相应。2）第一（二）次过程巴尔喀什湖-贝加尔湖（简称巴-贝湖）高压位置偏西（偏东北）,西伯利亚高压偏南（偏北）,东亚大槽呈东北-西南（南-北）走向,阿留申低压偏深（偏西偏深）,无（有）北极涛动负异常,高低层冷空气源地均位于贝湖北部60°N附近（巴湖以北上空和华北局地）,降温较慢（快速）。地中海低频扰动能量的持续输送是造成两次降温过程持续时间差异的原因之一。3）-18 d （-12 d）500 hPa高度场中西欧低频负（正）异常,是华北强降温事件的延伸期预报参考信号。     

华南汛期持续性降水特征及其与30~90 d大气低频振荡的联系北大核心

利用全国756站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了1961—2011年我国东部汛期持续性降水30~90 d低频变化特征及其与大气低频振荡的联系。结果表明,华南地区降水偏多型是汛期持续性降水低频变化的主导模态。对流层低层位势高度负异常和气旋型环流异常,以及高层略向北偏移的环流异常为华南汛期持续性降水低频变化提供了大尺度形势场。当西太平洋副热带高压脊线维持在22°N附近时,来自孟加拉湾和南海的水汽输送维持了华南地区汛期持续性降水活跃位相,向东北传播的副热带大气低频振荡系统对华南汛期持续性降水具有调制作用。此外,华南汛期降水低频变化还具有南北迁移的经向演变特征。     

EFFECTS OF THE ATMOSPHERIC COLD SOURCE OVER THE TIBETAN PLATEAU ON THE QUASI 4-YEAR OSCILLATION OF OCEAN-ATMOSPHERIC-LAND INTERACTION

Using correlation analyses, composite analyses, and singular value decomposition, the relationship between the atmospheric cold source over the eastern Tibetan Plateau and atmospheric/ocean circulation is discussed. In winter, the anomaly of the strong (weak) atmospheric cold source over the eastern plateau causes low-level anomalous north (south) winds to appear in eastern China and low-level anomaly zonal west (east) winds to prevail in the equatorial Pacific from spring to autumn. This contributes to the anomalous warm (cold) sea surface temperature the following autumn and winter. In addition, the anomalous variation of sea surface temperature over the equatorial middle and eastern Pacific in winter can influence the snow depth and intensity of the cold source over the plateau in the following winter due to variation of the summer west Pacific subtropical high.     

中国冬季地面气温10～30d低频变化及其与乌拉尔山环流的关系

基于国家气象信息中心冬季(12月—次年2月)逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用非滤波方法提取10~30 d低频成分,分析了1979—2011年中国低频气温及与之关联的大气环流特征,着重讨论了乌拉尔山环流对中国冬季地面低频气温的影响。结果表明:1)全国气温第一模态呈现全国大部偏冷(暖)的空间分布型;典型年气温10~30 d低频方差贡献率占30%以上。2)北大西洋到极地、乌拉尔山及贝加尔湖地区环流异常与中国冬季气温异常显著相关。当极涡偏弱或北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)正异常,乌拉尔山地区高压脊偏强时,有利于地面贝加尔湖附近的冷高压加强,使中国冬季气温偏冷;反之亦然。3)中国冬季低频气温与乌拉尔山环流密切相关,且当乌拉尔山环流异常超前约15 d时,两者相关关系最好。即乌拉尔山高度场的加强有利于乌拉尔山高压脊及西伯利亚高压加强,对应东亚冬季风加强,导致中国冬季气温偏低。     

青藏高原冬季1月绕流的变化特征及其对中国气候的影响

利用1979～2019年NCEP/NCAR再分析资料和中国地面基本气象要素日值数据集（V3.0）的气温和降水资料,首先定义了客观表征冬季青藏高原南北两支绕流变化的指数,然后分析了其不同的变化特征,并采用相关分析、合成分析等方法初步研究了青藏高原南北两支绕流异常变化对中国气温和降水的影响机制。主要结果有:（1）青藏高原冬季北支绕流和南支绕流之间呈显著的负相关;北支（南支）绕流强、南支（北支）绕流弱时,对流层中低纬度地区从高原西部到我国东部沿岸为一个大范围的异常反气旋式（气旋式）环流系统,500 hPa高原的中部为一个异常反气旋（气旋）环流中心。（2）青藏高原冬季南北两支绕流的变化对中国冬季天气气候有显著影响。当青藏高原北支绕流强（弱）时,中国除东北是气温偏低（高）、降水偏多（少）外,河套、青藏高原及长江以南则是气温偏高（低）、降水偏少（多）;当南支绕流强（弱）时,中国气温普遍偏低（高）,东北及新疆北部是降水偏少（多）,南方大部分地区是降水偏多（少）。（3）分析高原绕流异常变化对中国天气气候的影响机制表明:当青藏高原北支绕流强、南支绕流弱时,中国东部35°N以北的对流层中都是异常西北风,35°N以南都是异常东北风,受高原异常纬向绕流影响,对流层大气为明显的“正压结构”;相应的对流层底层从南到北为一致的异常西南风,850 hPa以上35°N的之间为反气旋式切变和下沉运动异常,300 hPa以下异常偏暖,这些条件加强了下沉增温,导致中国东部气温偏高、降水偏少。当青藏高原南支绕流强、北支绕流弱时,对流层中的纬向风异常则为明显的“斜压特征”,异常西风呈现为从对流层低层到高层、低纬度到高纬度的倾斜的带状特征,其下方自华南近地面到华北200 hPa的“三角形”状异常东风,配合相应的经向风异常和华南到华北的异常上升运动,低层为“三角形”状的异常冷气团向南切入到中国南海,中上层为异常偏暖的西南气流在冷气团上自南向北爬升到中高纬度地区,导致中国大范围的气温异常偏低、降水偏多。     

青藏高原冬季大气冷源在海地气相互作用4年振荡中的作用

采用相关分析、合成分析及奇异值分解方法,讨论了冬季青藏高原东部大气冷源的年际变化及其与大气/海洋环流之间的关系。分析结果表明：冬季青藏高原东部异常强(弱)冷源可以使随后我国东部维持异常偏北(南)风,并诱生出赤道太平洋地区大范围的异常偏西(东)风,从而可以促使下一个冬季赤道中东太平洋的海表温度异常偏暖(冷)。而冬季赤道中东太平洋海表温度的异常变化,可以通过次年夏季西太平洋副热带高压的变化来影响下一个冬季青藏高原东部的积雪深度和大气冷源强度。