中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

宁夏冬季极端低温事件特征及其与秋季北极海冰异常的联系

利用1961-2018年我国宁夏全区平均逐日观测最高和最低气温数据,英国哈德莱(Hadley)中心的逐月海冰密集度资料,美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐月大气再分析资料以及中国气象局国家气候中心的逐月东亚冬季风指数和西伯利亚高压指数系统地研究了宁夏冬季极端低温事件的特征及其与北极关键影响区域海冰异常的联系。结果表明:20世纪60年代以来,宁夏冬季冷日与冷夜频次呈现明显的减少趋势,极端低温事件强度总体趋于减弱,日极端低温升高趋势较为明显。秋季北极海冰异常与之后冬季海冰异常显著相关,前秋海冰异常通过季节持续性实现对后期冬季大气环流的影响,进而影响冬季气温。前期秋季拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰密集度偏小、格陵兰海海冰密度偏大时,冬季西伯利亚高压指数和冬季风指数偏强,有利于宁夏日极端低温事件频次偏多;500 hPa高度场上,极地-欧亚大陆-阿留申地区有一个显著的"L"型的位相波列形态,使得北极与欧亚大陆中高纬地区的位势高度差减弱,中高纬地区西风气流偏弱,减弱的西风使得经向活动加强,利于北极的冷空气向低纬地区侵袭;在海平面气压场上,西伯利亚地区气压偏高,冷空气由极地挤压至中高纬度地区,造成冷空气南下,有利于宁夏冬季发生极端低温事件。     

江西地区冬半年极端低温事件主模态及环流特征

基于1961—2022年江西日最低气温观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先极端低温阈值,分析极端低温事件发生频次的分布特征;再利用经验正交函数(EOF)获得极端低温事件发生频次的主模态,分析相应的关键环流系统特征。结果表明：江西省大部分地区冬半年极端低温阈值在0℃以下,南北分布差异较明显。极端低温事件发生频次在空间上具有很好的一致性,在1985年前后由偏多转为偏少的年代际振荡。极端低温发生频次主模态的变化受冬季风系统关键成员的影响显著,东亚冬季风偏强、西伯利亚高压偏强、东亚大槽加深、副热带西风急流偏强都利于江西地区出现极端低温事件。     

北疆春季沙尘暴极多与极少年环流场特征

应用1961—2015年春季北疆地区52个气象站的沙尘暴资料,分析了其时空分布和沙尘暴极多与极少年的环流场特征。结果表明:春季沙尘暴极多年欧亚500 hPa高度距平场上,在北疆东西两侧分别是气旋性和反气旋性距平环流,东亚大槽弱,贝加尔湖附近脊减弱,乌拉尔山东部槽减弱,脊加强,而500 hPa和850 hPa风场距平场上,北疆上游都有反气旋性距平气流,东部都有气旋性距平气流加强,高纬冷空气易入侵,同时北疆是气流辐合区;700 hPa湿度距平场上影响北疆湿度较大的本地和周边地区湿度距平场都为负,负值中心有2个,分别位于北疆精河和吉尔吉斯至阿克苏之间,北疆水汽较多年平均偏少0.1 g/kg,欧洲与亚洲北部基本为正,中心在红海北部,对北疆湿度影响较小。春季沙尘暴极少年500 hPa高度距平场中亚到新疆的高压脊不强,东亚槽偏弱,贝加尔湖附近脊增强,而500 hPa和850 hPa风场距平场上,北疆以北都有反气旋和气旋距平气流加强,高纬冷空气不易进入北疆,北疆是气流辐散区。春季欧亚700 hPa湿度距平场基本为正,湿度正距平大值区在北疆及周边,北疆和周边的湿度比多年平均高1~2 g/kg。     

新疆北部持续性暴雪过程成因分析

利用1964-2010年新疆天山及其以北地区(新疆北部)45个气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日2.5°×2.5°经纬网格客观分析资料,提出了新疆北部持续性暴雪过程客观定义,根据定义1964 2010年共出现36次持续性暴雪过程,按暴雪落区可分为四类暴雪型:北疆型25次、北疆西部北部型9次、北疆沿天山型1次、北疆西部型1次。重点分析了北疆型和北疆西部北部型暴雪过程的大尺度环流背景、关键环流系统配置和水汽输送异常特征。结果表明:(1)北疆型暴雪环流分为经向I型、II型和纬向型,经向I型又可分为极涡偶极与中高纬3波配置型和极涡偶极与中高纬2波配置型;经向II型可分为极涡偶极型与中高纬2波配置和极涡单极型与中高纬2波配置;纬向型则表现为高纬极锋锋区波动和中低纬副热带锋区波动汇合于新疆地区引发暴雪。(2)北疆西部北部型暴雪环流分经向型和纬向型,经向型有极涡偶极与中高纬3波配置、极涡单极与中高纬3波配置,纬向型环流表现为乌拉尔山槽和里咸海槽汇合于新疆地区引发暴雪;(3)上述环流型新疆上空均存在300 hPa极锋急流、500 hPa强西风锋区和700 hPa低空西风急流配置,暴雪区处于极锋急流入口右侧辐散区和低空急流出口右侧辐合区的高低空配置。(4)造成新疆持续性暴雪的水汽源地有高纬北大西洋、巴伦支海,中纬地中海、里咸海,低纬红海,环流配置不同水汽输送路径有所差异,但主要以中低纬水汽输送为主。     

风调雨顺 丰收在望

7～ 8月新疆主要天气气候特点是： 7月全疆大部地区延续了春季以来气温偏高降水偏少的趋势;进入 8月,北疆气温仍持续偏高,南疆大部分地区气温转平,降水则主要集中在北疆西部及沿天山一带。两月全疆大部地区光照充足,风调雨顺,农牧业生产丰收在望。 1 平均环流形势特征 1.1 500hPa月平均环流形势 7月份,北半球 500hPa（图略）平均高度场上,中高纬呈 3波型分布,极涡位于极区;中纬度地区 4波型分量所占比重较大,环流经向度加大,欧洲大槽异常加深,乌拉尔山至中亚地区为一较强发展的高压脊,其下游西伯利亚为一宽广的槽区,其余两…     

北疆冬季降水异常的环流特征和水汽输送分析

利用1979—2016年北疆冬季49个气象站日降水资料和ERA-Interim再分析资料（0.5°×0.5°),对北疆冬季降水的时空特征、水汽输送及环流形势进行研究。结果发现,北疆冬季降水的水汽输送通道有2条：地中海-黑海-里海-咸海-巴尔喀什湖-北疆为西方路径,红海-波斯湾/里海南侧-巴尔喀什湖-北疆为西南路径,其中以西方路径为主。500 hPa高纬高（低）压、西伯利亚瞬变低压（高压）和伊朗高原脊（槽）的异常活跃促使北疆一致降水偏多（少),500 hPa斯堪的纳维亚半岛正（负）距平、西伯利亚-伊朗高原负（正）距平的活跃和地中海低压槽（高压脊）的异常活跃导致北疆西北部降水偏多（少),500 hPa巴尔喀什湖西南侧西南-东北负（正）距平的活跃和西伯利亚正（负）距平的活跃造成北疆西部降水偏多（少),其中全区降水一致型是北疆降水的主要分布型。     

新疆一次超极地寒潮天气分析

利用常规天气资料、美国NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6h再分析资料,运用天气学原理,对2012年1月16～21日新疆冬季一次超极地路径寒潮天气过程进行分析和总结。结果表明：本次过程是一次极地冷空气向南爆发影响新疆的寒潮天气,属于乌拉尔山脊类里咸海长脊型;寒潮发生在极涡偏在东北半球,超长波为三波的大背景下。过程期间欧亚范围维持两槽一脊的经向环流,欧洲与西伯利亚地区均为深厚的低压系统,里咸海长脊与乌拉尔山脊同位相叠加形成经向度超过35个纬距的暖性闭合高压,即乌拉尔山阻塞高压。随着乌拉尔山阻高不断向东南方向衰退,脊前强的北风带推动西西伯利亚横槽转竖南压引导极地冷空气向南爆发造成新疆大范围的寒潮天气。寒潮天气入侵新疆前后海平面气压中心强度分别为1047.5hPa和1071hPa。强的冷平流是气温骤降的主要原因。中高层偏西急流与近地面风场辐合形成的垂直环流为降雪提供必要的动力条件。降雪过程中,南北疆中低层增湿明显。北疆降雪水汽来源于咸海和巴湖,寒潮爆发后降雪成因归结于强的冷平流在动力作用下的冷凝降雪。数值预报性能检验来看,500hPa高度场预报ECWMF较T639精准且稳定性高,气压场和850hPa温度场预报T639优于ECWMF。     

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。     

北疆冬季气温季节内变化及其环流特征

基于新疆北部区域(简称北疆)37个代表气象站1961—2019年逐月平均气温资料和NCEP/NCAR再分析环流资料,通过经验正交函数(EOF)分解和相关分析方法,研究北疆近58 a冬季气温季节内变化的时空演变特征及其对应的大气环流特征。结果表明:(1)北疆前冬和后冬气温EOF分解的前两个模态在空间上均表现为全区一致变化型和偏西偏北地区与中东部反相变化型。前冬和后冬气温全区一致型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著负相关关系区域位于乌拉尔山附近,气温反相变化型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著正相关关系区域位于波罗的海附近。(2)北疆冬季气温季节内主要有前后距平一致和前后距平相反两种特征。在北疆冬季气温前后距平相反年份",前冷后暖"时的500 hPa乌拉尔山高压脊减弱消失,欧洲槽东移加深,东亚大槽强度减弱";前暖后冷"时,500 hPa欧洲槽减弱西退,乌拉尔山地区高度场抬升,东亚大槽加深。(3)前冬偏冷时,后冬偏暖的主要原因来自于500 hPa极涡增强,欧洲槽加深;前冬偏暖时,后冬偏冷的大部分原因是受500 hPa欧亚大陆大片的负变高区影响。     

天山两麓一次极端暴雪天气多尺度配置特征及机制分析

利用自动站小时监测资料、常规与加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料（0.25°×0.25°）、FY-2G卫星相当黑体亮温（TBB）资料，分析2017年2月19日至20日天山两麓的极端暴雪天气过程。结果表明: （1）此次过程发生在500 hPa南欧脊衰退、乌拉尔低槽与中亚偏南低槽先结合、后分段东移进入的环流背景下，天山北麓暴雪高低空系统呈典型后倾结构，天山南麓暴雪形势为典型“东西夹攻”型。（2）影响天山北麓暴雪的低空西北急流和影响天山南麓暴雪的低空偏东急流均为冷湿气流，西北急流风速的增大比雪强的增强提早12h左右，偏东急流比降雪提前6h出现。（3）主要水汽通道在850～400 hPa，水汽通量进入新疆后，850～700 hPa偏西水汽输送强于600～400 hPa西南水汽输送，水汽辐合主要在850～700 hPa。（4）乌鲁木齐降雪前位势不稳定性加强，沙雅降雪前有明显对流不稳定，两暴雪中心均有地形强迫强化产生并维持的中尺度垂直上升支和次级环流圈，而沙雅系统性动力作用小于乌鲁木齐的。（6）中尺度云团是造成天山两麓暴雪产生的最直接的影响系统。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

2018年5月天山南坡两次翻山大风成因对比分析

利用高空、地面常规探测资料及ERA-interim 0.25°×0.25°再分析资料,对2018年5月7日和24日影响天山南坡的两次翻山大风天气进行诊断分析。结果表明:500 hPa两脊一槽的经向环流是两次大风的环流背景,西南—东北走向的冷槽、300 hPa高空急流、低空急流、巴尔喀什湖冷高压、南疆盆地热低压是主要影响系统;强的水平气压梯度力和地形产生的下坡效应是主要原因,对流层中层强冷平流侵入南疆是造成大风天气的重要热力条件;大风最强时段与经向垂直环流圈出现时间、维持时间有较好对应;大风期间,天山山区附近500～800 hPa有强烈锋生现象,自低到高呈现向北倾斜的结构。     

2015年12月新疆极端暴雪天气过程分析*

2015年12月10-12日新疆大面积暴雪是欧洲脊发展衰退、乌拉尔低槽东移南下环流形势下的极端强天气过程,环流形势、高低空系统配置与新疆强降水研究成果[1-3]吻合,高低空三支急流是大尺度上升运动维持和水汽输送、辐合的重要系统。暴雪过程中存在3条水汽输送路径,水汽长时间向暴雪区输送且输送厚度较厚,水汽辐合从低层发展、东移时层次抬升强度增强,水汽输送和辐合主要出现在低层700-850hPa,当水汽输送层和辐合层降低、强度减弱后最强降水开始。天山地形强迫抬升作用明显,低层水汽在天山北坡聚集抬升,低层冷垫有利于中层西南暖湿气流向北输送。环流经向度大和槽前偏南风强、天山地形的强迫抬升和上升运动维持以及水汽持续输送和3条中尺度云带的持续影响是此次新疆极端暴雪形成的重要机制。     

四川盆地两次冬季寒潮天气过程对比分析

本文利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim全球再分析资料,常规地面、高空观测资料,及地面自动站观测资料,对2018年12月5～7日和27～29日四川盆地两次典型寒潮天气过程进行了对比分析。结果表明:两次过程均是在前期升温的基础上,500hPa欧亚中高纬度为一脊一槽,地面有强冷空气在中西伯利亚堆积,横槽转竖引导冷空气爆发南下造成的;冷空气爆发后,由于寒潮发生的环流背景、影响系统和冷平流强度、发展、路径不同,由此带来的天气现象和对四川盆地的影响也不同。两次过程中南支槽强度、移动速度和持续影响四川盆地时间存在明显不同,但当南支槽东移至85°E及以东位置时,南支槽显著加深,槽前强西南气流将暖湿水汽输送到四川盆地,并与南下的偏北冷气流交汇,导致四川盆地的降雨明显加强,降温幅度也加强。气温骤降,当盆地850hPa温度低于-5℃,1000hPa温度低于4℃,0℃层降到940hPa以下高度时,降水出现雨向雨夹雪或雪转换。      

河套地区一次寒潮天气的环流形势分析

利用常规气象观测资料和Micaps提供的相关资料,对2009年9月19—20日在河套地区发生的寒潮天气的环流形势及物理量进行分析。分析表明:在寒潮爆发前期,500hPa系统,蒙古西部的冷中心强度≥-32℃,且温度场滞后于高度场,为冷空气爆发南下提供了最基本条件;700hPa河套地区及上游≥16m.s-1的西北风急流基本形成,等温线与等高线交角≥45°且10个纬距内有4条及以上等温线的密集区;850hPa河套地区有≥16℃的暖中心,高空槽前后的西北风速≥18 m.s-1,温度线与高度线的夹角>45°;地面蒙古气旋的暖性性质为寒潮爆发的前期提供了有利的热力条件,地面冷锋后部冷高压轴线接近南北向,且冷高压中心强度≥1040hPa,3h变压≥3hPa。     

乌兰察布市2010年一次大风、寒潮天气的分析

运用常规气象观测资料和欧洲数值预报图,对2010年1月19—22日从西北方向入侵的强冷空气引发大面积的大风降温天气过程进行分析。结果表明：此次寒潮主要是由贝加尔湖附近的横槽内聚积一股较强的冷空气（高空500hPa冷中心强度达-45℃、地面冷高压中心强度达1060．0hP）。西西伯利亚的阻塞高压与贝加尔湖高空冷槽共同作用,西北路冷空气不断向东南侵袭,乌兰察布市处于西风带控制,横槽沿西风带向东移动分裂为两股冷空气。阻塞高压前偏北冷空气不断东移南下,引发横槽转竖并向南加深。持续性降温导致强寒潮天气过程。     

北疆寒潮天气分析及预报

利用1998-2014年20场北疆典型寒潮天气过程的高空、地面和数值预报产品资料,对北疆寒潮天气进行了环流分型和区域分型,总结了环流型与冷空气路径、区域类型的对应关系,重点统计了不同季节北疆寒潮爆发前一天内500hPa脊前北风急流、锋区强度、中低空冷空气强度、地面冷高压等特征量的平均值和最大、最小值,并检验欧洲ECMWF数值预报产品在北疆寒潮天气预报中的预报能力,为北疆寒潮精细化预报提供了技术参考。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。