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。     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。     

春季北方气旋活动的气候特征及与气温和降水的关系

利用1948-2002年NCEP／NCAR再分析逐日海平面气压资料以及中国160站的降水和气温资料，分析了春季北方气旋活动频数和强度的时空变化特征，以及两者与中国降水和气温的相关关系。结果表明：春季北方气旋活动频繁，存在明显的两个高值中心，分别位于蒙古国的中部和我国东北北部地区。春季北方气旋活动频数和强度均存在明显的年际和年代际变化。伴随着一次全球性的年代际气候跃变，20世纪70年代中后期无论是频数还是强度均出现了显著的突变。春季北方气旋活动频数主要对我国北方地区的降水和气温有一定影响，活动频数多(少)年，我国华北大部、新疆北部降水偏少(多)；北疆地区气温回升(下降)，甘、宁、陕、内部分地区偏冷(暖)。80-90年代春季北方气旋活动频数的偏少，强度的减弱，导致我国北方地区沙尘暴次数比70年代减少.     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。     

近50年影响广西的热带气旋变化特征

分析了1951～2007年影响广西的热带气旋频数、强度以及初旋、终旋影响日期的变化,结果表明:影响广西的热带气旋年频数、最大强度、强度超过32.7m·s-1的热带气旋频数均呈减少(减弱)趋势,且年际、年代际变化明显,20世纪50年代至70年代为热带气旋影响偏多、偏强期,80年代以后为偏少、偏弱期.初旋影响日期呈偏晚趋势,终旋影响日期变化趋势不显著.     

青藏高原冬季风演变的新特征及其与中国西南气温的关系

利用1951 2011年NCEP/NCAR再分析资料和1960 2010年西南地区77站月平均气温数据,定义了冬季代表月(1月)青藏高原(下称高原)季风强度和位置的新指数,并分析了该指数与中国西南地区地面气温的关系,结果表明:(1)代表高原冬季风的冷高压强度和位置具有明显的年际、年代际变化,20世纪70年代末发生了由弱到强的突变,80年代中期则是由偏北到偏南的突变。在全球变暖的大背景下,高原冬季风强度的振荡频率加快,由较长的7年周期向4年周期转化;位置指数的4年与10年周期存在明显的反相变化,自2005年以来位置振荡周期由10年向4年转化,南北摆动更为频繁。(2)当高原冬季风偏强时,北方冷空气与西南暖湿空气在西南地区交汇减弱,云量减少,辐射增温作用使西南地区温度一致偏高,西南地区东部低层出现异常下沉运动中心,下沉增温作用使该地区温度偏高更明显;当偏弱时,则相反。(3)当高原冬季风偏北时,北方较强冷空气南下,南支槽加深,西南暖湿空气与北方冷空气交汇于川滇地区,产生异常上升运动,云量增多,接收的太阳辐射减少,且冷空气活动频繁,西南地区温度一致偏低,上升冷却作用使西部气温偏低更明显;当偏南时,则相反。     

1961—2010年我国夏季高温热浪的时空变化特征

利用全国753个站1961—2010年夏季逐日最高气温资料和基于死亡率明显增加而制定的高温热浪指标的已有研究成果,统计分析了我国高温热浪频次、日数和强度的时空分布特征。结果表明:我国的高温热浪频次、日数、强度高值区基本相同,均在江淮、江南大部和四川盆地东部等地,其中江西北部、浙江北部高温热浪频次最高,高温日数最多;浙江北部高温强度尤为突出。近50年来我国夏季高温热浪的频次、日数和强度总体呈增多、增强趋势,但也呈现明显的阶段性变化特征,20世纪60—80年代前期高温热浪频次和强度呈减少(弱)趋势,80年代后期以来,高温热浪频次和强度呈增多(强)趋势。区域变化特征明显,华北北部和西部、西北中北部、华南中部、长江三角洲及四川盆地南部呈显著增多(强)趋势;而黄淮西部、江汉地区呈显著减少趋势。自20世纪90年代以来,我国高温热浪的范围明显增大。     

浙中北梅雨标准的初步研究

以浙江省5-7月降水异常EOF第二模态的空间分布作为界定浙中北梅雨区域的依据，选定浙中北梅雨的代表站，结合逐日日照、副高脊线位置提出了一个重新划分浙中北梅雨的标准，分析了与现业务用梅雨资料差异，并初步统计梅雨要素的基本气候特征：入梅早梅雨强度易偏强，入梅迟梅雨强度易偏弱；出梅早梅雨强度易偏弱，出梅迟梅雨强度易偏强；浙中北梅雨要素年际差异大，但梅雨强度存在显著的年代际特征。     

北极区近30年环流的变化及对中国强冷事件的影响

利用1971—2000年NCEP再分析资料和中央气象台提供的我国强冷空气过程统计资料,分析了近30年冬半年北极区及中高纬度地区大气环流形势的气候变化以及对中国强冷事件的影响。结果表明,20世纪70~90年代北极区大气温度发生了明显变化,极涡系统也随之改变。80年代中期前,极涡范围偏大;之后面积减小。从长期趋势来看,70年代中期至90年代中期,极涡强度与面积呈反位相变化;同期,亚洲中高纬地区大气环流也相应调整,总体趋势由低指数向高指数模态转变,环流经向度减小;东亚大槽东迁,槽线90年代比70年代东移了近1个经距,冬季则更为突出,平均东移2.2个经距;西伯利亚冷高压也发生了年代变迁,70年代高压强度弱、控制范围偏小,80年代增强,范围明显扩大,90年代高压中心强度变化不大,但高压主体向南扩展的纬度较80年代偏北1~2个纬距,主体面积减小了5%。研究表明,正是由于极区、近极区环流系统的改变,造成近30年我国强冷空气爆发的事件特性发生了年代际变化。70年代强冷事件最为频繁,以西路冷空气为主,80年代频次明显减少,以偏西北路冷空气为主,但多源自新地岛东部,极端强冷事件降温距平达到最大,单次冷空气势力最强;90年代强冷事件频次又有所增加,但冷空气强度明显减弱。究其原因,主要与气候增暖、积温偏高,易产生降温有关。而上述近30年冷事件频次和强度的变化特征符合极端天气事件与气候变化的关系,因此我国强冷空气爆发事件特性的改变可能也是气候增暖的结果和反映。     

冬季北太平洋风暴轴的年代际变化特征及其可能影响机制

利用1958-2002年的ERA-40再分析资料,用谐波变换和EOF方法分析了冬季北太平洋风暴轴在年代际时间尺度上的变化特征,并通过回归分析的方法初步探讨了风暴轴年代际变化的可能影响机制.结果表明,在年代际时间尺度上,北太平洋风暴轴有两种主要模态,第1模态是风暴轴在其气候平均位置增强或减弱的主体一致变化型,其年代际变化受到上游涡旋强迫的影响,北大西洋强(弱)的涡旋活动,使得冬季北太平洋西风急流减弱(增强)、变宽(窄)、北抬(南压),同期北太平洋风暴轴活动偏强(弱),黑潮延续体区海表温度有偏暖(冷)的响应;第2模态是风暴轴中东部在气候平均位置南北两侧振荡的经向异常型,与太平洋年代际振荡(PDO)循环的暖(冷)位相相联系,下垫面海温非绝热加热的作用,激发加强(减弱)大气中类太平洋/北美遥相关型(PNA)的响应,引起大气斜压性异常偏南(北),使得风暴轴整体南压(北抬),且中东部向东南(北)方向移动.因此,冬季北太平洋风暴轴的年代际变化不仅是局地波-流相互作用的结果,还应考虑上游涡旋活动和海温热力强迫的作用.     

平流层强、弱极涡事件的演变过程及其对我国冬季天气的影响

本文利用1979～2010年的NCEP再分析资料,通过北半球环状模NAM指数挑选出的强、弱极涡个例,分析了北半球平流层异常变化过程中行星波的演变以及与之相联系的我国天气的变化特征。结果表明,在强极涡事件前,行星波1波会被反射回对流层,极地波导减弱,低纬波导增强,中高纬地区的E-P通量矢量有着从平流层传播到对流层的趋势;强极涡事件后,极地波导增强,低纬波导减弱。在弱极涡事件前,中、高纬度行星波1波沿着极地波导的传播明显增强;弱极涡事件后,极地波导明显减弱。与此对应的我国天气也有明显变化,在强极涡事件前,我国大部分地区温度偏低,南方地区偏湿而新疆西北部和云南西部地区偏干;在强极涡事件后,东亚冬季风进一步增强,冷空气加强南下,南方地区可降水量减少,新疆西北部仍然偏干,而云南大部分地区可将水量增加。在弱极涡事件前,东亚冬季风显著增强,使我国气温偏冷,降水减少,而弱极涡事件后,我国气温明显回升,中、东部地区和新疆西北部地区降水明显增加。     

近40年我国东部降水持续时间和雨带移动的年代际变化

利用我国地面观测站降水资料以及欧洲中期数值预报中心 (ECMWF) 的月平均再分析资料, 研究了在全球平均表面气温偏冷和偏暖阶段, 我国东部降水开始和结束时间以及雨带南北移动的变化, 并分析了与东部降水变化相关联的大气环流特征。结果表明:近40年, 20世纪60—70年代全球平均表面气温处于一个相对偏冷时期, 而80—90年代处于偏暖时期; 在这样的变暖背景下, 我国东部地区年总降水量呈现出“南涝北旱”异常特征, 与冷位相比较, 在暖位相阶段长江流域年总降水量明显增加, 而华北地区降水量减少, 其中长江流域降水的增加主要是由夏季降水增加引起的, 3月长江中下游降水增加也很重要, 北方的降水减少主要是由从盛夏到初秋的降水减少引起的。平均而言, 暖位相阶段我国南方强降水开始时间较早、结束较晚, 持续时间较长, 而北方强降水开始较晚, 持续时间较短。从春末到夏季, 冷位相时我国东部强降水带表现出从华南、经过长江流域向华北移动的特征, 而在暖位相时强降水主要集中在长江流域, 从华南向华北移动的特征不明显。雨带的这种异常变化与东亚大气环流有关, 在暖位相时夏季东亚大陆低压比冷位相时弱, 而鄂霍次克海高压偏强, 西太平洋副热带高压位置偏南, 使夏季东亚副热带地区的西南风减弱, 梅雨锋加强, 导致雨带滞留在长江流域, 使长江流域降水增加、北方降水减少。     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

Characteristics and Changes of Cold Surge Events over China during 1960-2007

This paper demonstrates regional characteristics, a long-term decreasing trend, and decadal variations in the frequency of cold surge events based on daily mean temperature and daily minimum temperature data in mainland China from 1960 to 2008. During these 48 years, four high frequency centers of cold surge events were located in Xinjiang, central North China, northeast China, and southeast China. A main frequency peak of cold surge events occurs in autumn for the four regions and another peak is detected in spring over northeast China and southeast China. The regional pattern of cold surge frequencies is in accordance with the perturbation kinetic energy distribution in October-December, January, and February-April. The long-term decreasing trend （-0.2 times/decade） of cold surge frequencies in northeast China and decadal variations in China are related to the variations of the temperature difference between southern and northern China in the winter monsoon season; these variations are due to the significant rising of winter temperatures in high latitudes.     

Interdecadal Variations of the Western Pacific Subtropical High and Surface Heat Flux over East Asia and Their Relationship

The interdecadal variation of intensity of the western Pacific subtropical high(WPSH) during the period 1951-2001 is studied by using data from the National Climate Center(NCC),China Meteorological Administration.The characteristics of the circulations at 500 hPa and the surface heat flux over East Asia are also analyzed based on the NCEP/NCAR monthly reanalysis data.The results reveal that the WPSH and the circulations exhibit interdecadal variations around 1978,with enhancing intensities.The interseasonal persistence of the WPSH intensity alters correspondingly to some extent,which is more significant during 1978-2001 than during 1951-1978.The surface heat flux over East Asia also displays a remarkable interdecadal variation,which leads that of the WPSH intensity.The key variation areas of the surface sensible heat flux(SSHF) are mainly located over the eastern and western Tibetan Plateau around the late 1960s.However,the difference of the SSHF between the eastern and western Plateau exhibits a change in the mid 1970s,close to the time of the abrupt climate change of the WPSH intensity.The SSHF of the Plateau stably increases in the west and decreases in the east before the mid-late 1960s,while it stably increases in the east and decreases in the west after the mid-1970s.On the other hand,the key variation area of the surface latent heat flux(SLHF) is mainly situated over the West Pacific(WP),where the SLHF anomaly in spring changes from positive to negative in the south before 1978,but from negative to positive in the north after 1978;while in summer it turns from positive to negative all over the WP after 1978.The interdecadal variation of SLHF in both spring and summer corresponds well to the interdecadal variation of the WPSH intensity in the same season.The notable correlation between the WPSH intensity and SSHF(or SLHF) maintains without any change although each of these qnantities varies on the interdecadal scale.     

中国东北地区冬季冷空气活动特征研究

利用1961—2017年东北地区164个气象站逐日气温、最低温度资料,按照《冷空气过程监测指标》行业标准,建立东北地区中等强度冷空气、强冷空气和寒潮历史数据集,采用气象统计学方法分析了东北冬季气温、中等强度冷空气、强冷空气和寒潮年际、年代际变化特征。结果表明:东北地区冬季气温呈显著上升趋势,趋势系数为0.45,通过了α=0.01的显著性检验,1960s最低,2010s达到最大值;东北地区冬季气温突变时间为1981年,突变前气温负距平为主,突变后气温波动变化明显;东北地区冬季冷空气过程以寒潮为主,冷空气出现日数、发生强度以12月最多、最强;冷空气趋势变化不显著,其中1961—1970强度最强,2001—2010年最弱;东北地区冬季气温突变后冷空气日数减少,强度减弱。     

宁夏春季沙尘暴气候趋势及成因分析

对20世纪60年代以来宁夏春季沙尘暴变化趋势进行分析，结果表明：沙尘暴具有明显的年代际变化特征，80年代中期宁夏春季沙尘暴发生突变，在此之前为沙尘暴高发期，其后沙尘暴日数明显减少。为探究形成这一变化趋势原因，从形成沙尘暴的动力因子入手，对大气环流、海温、大风日数、平均气温等的长期变化趋势进行分析，发现北半球极涡强度指数、极涡面积指数、亚洲西风环流指数、Nino3区海温及宁夏春季大风日数、冬季平均气温、冬春季平均气温温差与沙尘暴存在较为一致的年代际变化特征，即决定冷空气活动频次的诸因子在80年代中期也发生了突变。由此可见，在同一生态背景下，冷空气活动次数对形成春季沙尘暴的变化趋势起着至关重要的作用。     

近50年来长江中下游汛期暴雨变化特征

基于1960～2008年逐日降水观测资料,分析了长江中下游汛期暴雨的气候分布特征、年际、年代际变化以及趋势变化特征。结果表明,该区域汛期暴雨分布呈现南部多、向北递减的总格局。最大暴雨量中心位于江西北部,其形成可能与地形因素有关。在年际尺度上,该区域暴雨量、暴雨强度存有准两年及6～8年的周期变化特征;从年代际尺度看,在时间域上,存在12～14年的周期变化。具体地,汛期区域平均暴雨量、频次在1960年代至1980年代是一个相对平稳的时期,1990年代开始则进入一个高值期,21世纪以后又开始回落。相比较而言,暴雨强度的年代际变化不显著。在空间域上,进入21世纪后随着雨带向淮河流域推进,暴雨量、频次、强度在苏北、皖北增强。从趋势分析看来,过去50年汛期暴雨量、频次呈现较大范围的增加趋势。暴雨强度也表现一定程度的增加趋势。     

近56年我国暖冬气候事件变化

对冬季平均气温序列采用三分位方法确定单站暖冬阈值, 并将单站暖冬分为弱和强两个等级。以此为基础, 确定区域暖冬和全国暖冬的界定方法和等级划分标准。区域暖冬采用站点相对比例确定, 全国暖冬采用暖冬面积相对比例界定。对我国1952— 2007年的暖冬事件变化特征的分析结果表明:南方暖冬频率高于北方, 强暖冬多发区出现在我国中西部地区; 北方单站暖冬指数上升幅度大于南方, 表明北方暖冬事件上升趋势更加明显; 以1986年为界, 前期 (1952— 1985年) 南、北方各区域均很少出现暖冬, 南方各区暖冬频率略高于北方各区, 后期 (1986—2007年) 各区暖冬年大为增加, 北方各区增加最明显且超过了南方; 56年中, 全国性暖冬共发生15次 (年), 其中强暖冬共有5次 (年); 全国暖冬指数呈显著上升趋势, 在有效面积不变的情况下, 暖冬面积每10年增加10%。     

我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。