我国强降雪气候特征及其变化

基于全国气象台站逐日地面降雪观测数据,对我国25°N以北不同气候区强降雪事件的地理分布和年内旬、月变化等气候特征进行分析,并探讨1961—2008年其时间序列演变特征,及1961—2008年和1981—2008年 (气候变暖后) 气候变化趋势。结果表明:强降雪量和强降雪日数在青藏高原东部、新疆和东北北部最多;强降雪强度高值中心出现在云南。东北北部、华北、西北、青藏高原东部强降雪事件多发生于初冬和初春,年内分布呈双峰型;新疆和黄淮地区年内分布呈单峰型,前者多发生在隆冬时节,后者多发生于晚冬;1961—2008年东北北部、新疆、青藏高原东部平均强降雪量和强降雪日数呈明显增加趋势;气候变暖后我国大部年强降雪量增多,强降雪日数增加,强降雪强度增强。     

新疆阿勒泰地区强降雪灾害风险研究

强降雪是阿勒泰地区常见的灾害性天气之一,基于1961-2013年11月至次年3月该地区7个气象观测站逐日降雪量和积雪深度资料,定义了强降雪特征量,运用信息扩散理论等方法研究了该地区强降雪特征量的异常特征及风险区划。结果表明,阿勒泰地区2009年冬季雪灾为全区型、2010年为西部型异常雪灾年。强降雪频次异常偏高年,福海和青河出现1a、其它各县市出现了2-3a;强降雪量异常偏多年,地区北部和东部各县市出现1a,西部和南部各县出现2a。阿勒泰地区各县市强降雪风险分析结果表明,地区强降雪高风险区在阿勒泰市以及富蕴县,青河县为中风险区,哈巴河县、吉木乃县低风险区,布尔津县和福海县为极端低风险区。     

中国东部高空颠簸时空分布特征及其与热带中东太平洋海温的关系

本文利用1979～2014年NCEP-DOE日平均再分析资料和中国区域2375份航空器空中颠簸报告资料,研究中国东部区域高空颠簸的时空分布特征及其与热带中东太平洋海温异常（简称“海温异常”;空间范围:5°S～5°N,120°～170°W）的关系以及产生这种关系的可能原因。结果表明:中国东部地区高空颠簸与东亚副热带西风急流之间存在显著时空相关关系,其原因是高空纬向风引起的垂直风切变是构成高空颠簸时空分布的主导因素。中国东部夏季高空颠簸与海温异常存在正相关关系;冬季呈现南北两个正负相关区:以30°N为界,北部区域存在显著的负相关,南部区存在显著的正相关,在30°N急流轴附近区域无显著相关关系。海温异常影响中国高空颠簸时空分布的可能原因是海温变化引起对流层高层温度出现异常,进而影响温度的经向梯度,导致东亚副热带西风急流强度和位置出现异常（夏季,急流轴南侧出现西风异常;冬季,急流轴北侧出现东风异常,南侧出现西风异常）。高空纬向风的变化导致纬向风的垂直梯度和经向梯度出现异常,最终影响高空颠簸的时空分布特征。对流层高层温度的异常变化可能是由与热带海温异常相关的平流层水汽变化所引起。     

阿勒泰地区强降雪灾害风险研究

强降雪是阿勒泰地区常见的灾害性天气之一。基于1961—2013年11月至次年3月该地区7个气象观测站逐日降雪量和积雪深度资料,定义了强降雪特征量,运用信息扩散理论等方法研究了该地区强降雪特征量的异常特征及风险区划。结果表明,阿勒泰地区2009年冬季雪灾为全区型、2010年为西部型异常雪灾年。强降雪频次异常偏高年,福海和青河出现1a、其它各县市出现了2~3 a;强降雪量异常偏多年,地区北部和东部各县市出现1a,西部和南部各县出现2 a。阿勒泰地区各县市强降雪风险分析结果表明,地区强降雪高风险区在阿勒泰市以及富蕴县,青河县为中风险区,哈巴河县、吉木乃县为低风险区,布尔津县和福海县为极端低风险区。     

吉林省冰雪旅游气候资源分布特征分析

利用1961—2020年吉林省气象基本站的逐日气温和降水资料,分析了吉林省冰雪旅游期气候资源的时空分布特征.结果表明:吉林省冰雪旅游期开始时间北部早于南部,西部早于东部;结束时间南部早于北部,东部山区结束的时间最晚.平均气温低于0℃、-5℃、-10℃、-15℃的日数表现为东部山区最多,中西部地区次之,南部地区最少;降雪量自西北向东南呈现增多分布,大值中心位于白山中部,平均达到90mm;中东部区域降雪日数最多,最多降雪日数比最少降雪日数多1倍;降小雪的日数南部最多,降中雪的日数中南部最多,降大雪的日数分布与降中雪的分布大致相同;吉林省的东南部具有0℃以下日数长、降雪日数多、降雪量大等特点,最适合冰雪旅游,中部次之.     

中国东部地区冬夏季相对湿度变化特征

利用中国东部315个台站近50a（1963-2012年）月平均地面相对湿度和降水量资料,对中国东部地区冬夏季相对湿度的变化特征进行了分析和比较,并讨论了相对湿度与降水的空间耦合关系。结果表明：1）冬季相对湿度的低值区集中在黄淮北部、华北和东北南部,高值区出现在35°N以南地区和东北北部,呈现出中部小、南北大的空间分布特征;夏季相对湿度较冬季明显增大,低值区主要集中在内蒙古中东部,表现出从东部沿海向内陆地区递减的特征。2）冬夏季相对湿度的高（低）值区,其相对变率偏小（大）,即湿润（干旱）区的相对湿度较为（不）稳定。3）近50a来,东部大部分地区冬夏季相对湿度普遍表现为下降趋势,其中冬季东北北部及夏季东南部沿海、内蒙古中东部及东北西部相对湿度的下降趋势最为显著。4）东部地区冬夏季相对湿度与同期降水存在很好的同位相对应关系：相对湿度高（低）湿区对应多（少）雨区。其中冬季显著耦合区位于40°N以南地区;夏季相对湿度与降水的关系较冬季复杂,显著耦合区首先位于35°N以北地区,其次位于35°N以南地区,但江淮和华南存在反向的空间变化。     

1961—2019年北疆冬季不同等级降雪变化特征

利用1961—2019年冬季北疆45个国家站逐日降水观测资料,采用统计分析方法,对不同等级降雪的气候变化特征进行了分析。结果表明:近59 a北疆降雪日数、降雪量、降雪强度分别以0.41 d/10 a、3.13 mm/10 a、0.15(mm·d~(-1))/10 a的速率增加,其中降雪量对全年降水量的贡献以1.3%/10 a的速率增长。降雪日数、降雪量主要表现为中雪和大雪的增加,降雪强度主要表现为暴雪强度的增加。小雪对降雪日数、降雪量的贡献呈减少趋势,其余等级为增加趋势,以中雪降雪日和大雪降雪量的贡献最为明显。北疆降雪日数仅在1月表现为减少趋势,主要是小雪日数显著减少;冬季各月降雪量均表现为增加趋势,主要是中雪和大雪降雪量显著增加。21世纪前10 a是降雪日数和降雪量最多的时期,20世纪60年代和21世纪10年代是降雪日数较少的时期。北疆降雪量在1985年发生突变,突变后年平均降雪量增加了12.4 mm。对比丰雪年和枯雪年,丰雪年降雪量偏多主要是小雪以上等级降雪日数的增多。     

吉林省降雪期的气候特征机理研究

利用吉林省46个气象观测站1962-2012年降雪期(11月至翌年3月)逐日降雪量资料,采用EOF(经验正交函数)方法,对吉林省近50a冬季降雪期的气候特征机理进行了研究。结果表明:影响吉林省降雪量第一模态海温关键区在前期各季基本是一致的;影响吉林省降雪量第一模态因素有,前秋亲潮区海温偏高,导致阻塞形势的建立,前秋亲潮区海温年代际分量偏高,冬季风偏弱,有利于东南气流将水汽输送至东北地区;前秋PDO(太平洋年代际振荡)指数年代际分量异常,激发出后期冬季的PNA遥相关型,PNA遥相关型通过与蒙古高压的对应关系,从而与吉林省降雪量第二模态产生联系。     

1961-2021年青藏高原前后冬强降雪特征分析

研究青藏高原冬季强降雪的气候特征对高原冬季降水预测及雪灾防御有重要意义。基于1961-2021年冬季（11月至次年2月）青藏高原99个地面气象观测站的逐日降雪资料,采用线性倾向估计、相关性分析、集合经验模态分解等方法,揭示青藏高原前、后冬强降雪时空分布特征,对比分析前、后冬强降雪量和强降雪日数差异性,探讨不同海盆海表温度、北极涛动与前、后冬强降雪量和强降雪日数的关系。结果表明：近61 a来,青藏高原前冬初期最易出现较大量级降雪过程,而后冬降雪过程多且持续时间长;前冬高原强降雪量、强降雪日数总体呈“少—多—少—多”变化特征,后冬强降雪量和强降雪日数均呈显著增加趋势;前冬强降雪量和强降雪日数的贡献率明显大于后冬;前、后冬高原中东部主体为强降雪高值区,前冬东北侧强降雪量也较大。热带印度洋、北大西洋、太平洋海表温度异常是影响青藏高原冬季强降雪的重要因子,前冬强降雪量与热带中东太平洋、热带印度洋西部海表温度呈显著正相关,后冬强降雪量与热带印度洋、西北太平洋、北大西洋海表温度的正相关最显著;自20世纪90年代中期开始印度洋偶极子与前冬强降雪量由弱正相关转为显著正相关并维持至今,北极涛动异常对后冬强...     

山西春季旱涝与太平洋海温场和环流场异常关系

利用山西省62个气象站1961年-2008年春季逐月降水资料,同期NCEP/NCAR再分析资料,NOAA太平洋海温资料等,应用SVD、蒙特卡罗统计检验、合成分析等方法,研究了山西春季旱涝与同期太平洋海温场和环流场异常关系.研究表明：影响山西春季旱涝的同期500 hPa关键区主要位于日本海、北太平洋东部的阿留申地区南部,以及极地、西西伯利亚,山西北部和西南部受关键区异常影响更明显;当春季500 hPa平均高度场上日本海、北太平洋东部出现正异常,而极地、西西伯利亚出现负异常时,山西春季易偏涝,反之山西春季易旱.春季赤道东太平洋以及北太平洋海盆东南部λw150°～λw160°,ψN30°～ψN 35°附近海域是影响山西春季旱涝的太平洋海温的关键区,山西中南部受关键区海温异常影响最明显;当春季赤道东太平洋海温异常偏高,北太平洋海盆东南部海温异常偏低,山西春季降水易偏多,反之山西春季易旱.春季850 hPa上我国东部地区λE110°～λE120°范围偏南风减弱是导致山西春旱的重要因素.     

亚太地区冬季海平面气压异常的偶极型结构及其与海温的关系

利用全球月平均海平面气压资料以及海表温度资料,采用旋转经验正交函数分解(REOF)、Morlet小波分析、相关分析及合成分析等方法研究了亚洲—太平洋地区(20°N～70°N,40°E～120°W)冬季海平面气压异常的空间结构与时间演变特征,并进—步分析了该地区冬季海平面气压异常与全球海温异常的关系.结果表明:亚太地区冬...     

中国冬季积雪变异及其与北极涛动的联系

本文利用1979～2010年NCEP/NCAR再分析资料、中国台站观测雪深、气温和降雪资料, 分析了中国冬季积雪时空分布特征, 结果表明:雪深经验正交分解第一模态有显著的南、北反位相特征, 当新疆北部、东北地区积雪偏多(少)时, 对应黄河以南和青藏高原地区积雪偏少(多)。近30年来中国冬季积雪变异与北极涛动(AO)有非常紧密的联系, 雪深的南、北反位相分布型与北极涛动有明显的反相关关系。AO负位相时, 500 hPa等压面上40°N以北存在着中心在贝加尔湖附近的气旋环流, 而在其南存在着中心在中国西南的反气旋性环流, 中国北方和南方地区分别受气旋和反气旋的控制。在我国北方地区, 与AO相联系的气旋环流异常导致降雪增多、地表温度偏低, 使得积雪增加;而在南方地区, 与AO相联系的反气旋性环流异常导致的降雪减少和气温偏高, 导致了积雪减少。本文的研究说明了北极涛动通过影响中国降雪和气温, 进而对中国冬季积雪产生可能的影响。     

Analysis of Stationary-Wave Nonstationarity in the Northern Hemisphere 500-hPa Height Field

In this paper, the concept of stationary-wave nonstationarity is presented and elucidated in the framework of the Lorenz circulation decomposition. This concept indicates the relative magnitude of the zonal nonuniform abnormity to the intensity of stationary waves on the monthly mean scale. Based on the Lorenz circulation decomposition, the nonstationarity degree Ius(Ilus) of the global (local) stationary waves is defined, and then used to analyze the stationary-wave nonstationarity at 30° 60°N, where the intensity of stationary waves at 500 hPa in the Northern Hemisphere, as is well known, is very high. The following findings are obtained: (1) There exist seasonal southward and northward movements in the position of the nonstationarity zones of the global stationary waves. The steady stationary waves occur in midlatitudes (35°-55°N) in winter and in the subtropical region (south of 35°N) in summer, associated with the major troughs over East Asia and North America and the weak European trough in winter, and with the relatively steady subtropical high system in summer. A high value center of Ius is at 35°N in spring and 50°N in summer, which might be caused by the seasonal variation of stationary-wave intensity, particularly in association with the interannual variability of trough ridge positions of stationary waves on the monthly mean maps. (2) There exists obvious asymmetry in Ilus, with the steady zones always located in the areas controlled by strong troughs/ridges and the unsteady ones in the areas where the stationary-wave intensity is low. The Ilus in the subtropics (south of 35°N) is larger in winter than in summer, and vice versa in the midlatitude region (north of 35°N). The summertime distribution of Ilus on the whole shows a rather complicated structure. However, North Europe is the most unsteady area for local stationary waves, as represented by high values of Ilus in both summer and winter, while over the North American continent (about 120°E-60°W), the °Ilus is slightly less than 1 in summer, indicating that the stationary waves in this region are more steady than those over other mid and high latitude regions. (3) From North China to Northwest Pacific, there is a high value zone of Ilus in summer, with its center (45°N, 130°E) located in the east of Heilongjiang Province. This influences the summer climate of northern China, including Northeast, North, and Northwest China. It is obvious that the nonstationarity is an intrinsic attribute of stationary waves, and can be regarded as being of the same importance as the intensity and energy-spectrum structure of stationary waves in the studies of the general circulation system.     

江西省冬季气温异常与区域海温的关联

利用1960-2010年江西省81个台站月平均气温观测资料和NOAA全球月平均海表温度资料(ERSST-V3),分析了江西省冬季气温异常与海温异常的相互联系,并运用超前-滞后相关分析和奇异值分解(SVD)方法初步探讨了关键区海温异常之间的相互作用.结果表明:①影响江西省冬季气温异常的海温关键区和关键时段分别为同期印度洋(10°S～20°N,54°～90°E)、同期西北太平洋(20°～40°N,120°～180°E)和前期8-9月北大西洋中部(24°～44°N,20°～60°W)海域;②西北太平洋关键区暖水年预示暖冬年好于印度洋区,而印度洋区冷水年预示冷冬年稍好于西北太平洋区,冬季西北太平洋与印度洋海温异常可以修正前期8-9月北大西洋中部海温异常对江西省冬季气温的影响.     

Twenty-first century changes in snowfall climate in Northern Europe in ENSEMBLES regional climate models

Changes in snowfall in northern Europe (55–71°N, 5–35°E) are analysed from 12 regional model simulations of twenty-first century climate under the Special Report on Emissions Scenarios A1B scenario. As an ensemble mean, the models suggest a decrease in the winter total snowfall in nearly all of northern Europe. In the middle of the winter, however, snowfall generally increases in the coldest areas. The borderline between increasing and decreasing snowfall broadly coincides with the ?11 °C isotherm in baseline (1980–2010) monthly mean temperature, although with variation between models and grid boxes. High extremes of daily snowfall remain nearly unchanged, except for decreases in the mildest areas, where snowfall as a whole becomes much less common. A smaller fraction of the snow in the simulated late twenty-first century climate falls on severely cold days and a larger fraction on days with near-zero temperatures. Not only do days with low temperatures become less common, but they also typically have more positive anomalies of sea level pressure and less snowfall for the same temperature than in the present-day climate.     

Effects of meridional sea surface temperature changes on stratospheric temperature and circulation

Using a state-of-the-art chemistry-climate model,we analyzed the atmospheric responses to increases in sea surface temperature （SST）.The results showed that increases in SST and the SST meridional gradient could intensify the subtropical westerly jets and significantly weaken the northern polar vortex.In the model runs,global uniform SST increases produced a more significant impact on the southern stratosphere than the northern stratosphere,while SST gradient increases produced a more significant impact on the northern stratosphere.The asymmetric responses of the northern and southern polar stratosphere to SST meridional gradient changes were found to be mainly due to different wave properties and transmissions in the northern and southern atmosphere.Although SST increases may give rise to stronger waves,the results showed that the effect of SST increases on the vertical propagation of tropospheric waves into the stratosphere will vary with height and latitude and be sensitive to SST meridional gradient changes.Both uniform and non-uniform SST increases accelerated the large-scale Brewer-Dobson circulation （BDC）,but the gradient increases of SST between 60°S and 60°N resulted in younger mean age-of-air in the stratosphere and a larger increase in tropical upwelling,with a much higher tropopause than from a global uniform 1.0 K SST increase.     

冬季北太平洋海温主模态在1990年前后调整及其成因初探?

太平洋年代际振荡(PDO)和北太平洋涡旋振荡(NPGO)是北太平洋(20°~60°N,120°E~120°W)海温(SST)的EOF前两个模态,本文通过比较1990年前后北太平洋冬季SST EOF前两个模态,揭示了PDO和NPGO在1990年前后特征,并从关键区海温变化、北太平洋涛动(NPO)、赤道太平洋中部变暖(CPW)和北极涛动(AO)的影响,揭示了北太平洋主模态在1990年之后调整的成因。我们发现,1990年之前,北太平洋SST场的EOF前两个模态与PDO和NPGO的空间结构类似,但是在1990年之后,SST的EOF第一模态的最大荷载中心向日界线移动,40°N以北的太平洋被正的SST异常控制,表现出与NPGO模态的负位相相似的空间分布特征,而EOF第二模态由偶极子演变成了三极子结构。北太平洋中部(28°~36°N,152°~178°W)和北太平洋北部(44°~49°N,151°~177°W)海温距平在1990年之后呈显著的负相关变化,是导致在1990年之后冬季NPGO成为主模态的内部原因,而NPO在1990年之后的显著增强则是重要的外部原因。分析显示,NPO在1980年开始表现出增强趋势,通过风生流机制,NPO可以增强北太平洋45°N附近的气压梯度和西风异常幅度,从而导致了1990年之后NPGO海温模态的加强。虽然CPW和AO对NPO的南支(夏威夷)和北支(阿拉斯加)的海平面气压异常中心加强有贡献,但是上述两个因子与NPGO之间的关系在1990年之前并不明显。因此,CPW和AO与NPGO之间并不存在稳定的物理联系。     

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951～2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个夏季(6～8月)东北冷涡强度指数(NECVI)。结果表明:NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应;夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,降水偏多,前期2月北半球环状模(NAM)偏弱;东北冷涡偏弱年,降水偏少,前期2月NAM偏强。此外,夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。     

亚洲东部冬季地面温度变化与平流层弱极涡的关系

利用NCEP资料计算NAM指数和标准化温度距平,对17次平流层弱极涡事件时亚洲东部温度变化进行了研究。结果表明:平流层环流异常比对流层温度变化超前约15天,地面温度变化的最大距平出现在平流层弱极涡后期,大约以40°N为界,北部比正常年份偏冷而南部偏暖。文中通过位势涡度的分布和变化以及500 hPa东亚大槽的变化讨论了其影响过程和机理,在弱极涡初期和中期,自平流层向下,高位涡冷空气主要局限于60°N以北。从弱极涡的后期开始,在45°N以北地区,高位涡冷空气向南扩张,在对流层中上层,极地附近的高位涡冷空气扩张到45°N附近。同时,500 hPa东亚大槽虽有加强,但低压区向东延伸,而贝加尔湖附近的高压脊显著减弱,致使槽后的偏北气流减弱,槽后冷空气主要影响中国华北、东北及其以北地区,造成这些地区偏冷。而40°N以南地区,从弱极涡的后期开始有南方低位涡偏暖空气向北运动,同时冷空气活动减少,地面显著偏暖。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。