欧亚中高纬陆面感热异常影响我国夏季气候的数值模拟

使用区域气候模式RegCM4.4.5.7,通过改变春季欧亚大陆中高纬地区的陆面感热通量,对欧亚中高纬感热异常影响中国夏季气候进行模拟分析,并探讨其影响机制。试验结果表明:当春季欧亚中高纬陆面感热通量加强时,我国长江流域和东北东部夏季气温降低,降水偏多;华北地区气温升高,降水偏少。春季陆面感热增强引起近地面和对流层低层大气热力状况异常,进而导致高度场和环流场的异常,长江流域和东北地区有气旋环流,对流运动旺盛,结合充足的水汽条件,对应降水偏多,而华北地区则相反,有反气旋环流和微弱的气流辐合,对应降水偏少。研究表明欧亚中高纬陆面感热异常是影响我国夏季气候的一个不可忽视的因子。     

欧亚大陆春季融雪与长江流域夏季降水的可能联系

利用1979—2007年全球月平均的积雪水当量资料,定义了春季积雪水当量增量指数,该指数可以较为直观地反映春季融雪的情况。通过这一纽带,分析了欧亚大陆春季融雪与长江流域夏季降水之间的联系。研究表明:欧亚大陆春季融雪与中国长江流域夏季降水是负相关关系,这与高原积雪的影响是不一致的。春季融雪量的减少,使得欧亚大陆北部夏季剩余积雪偏多,夏季融雪增多。融雪的局地效应使得土壤湿度增加,加大了欧亚大陆南北热力差异。从而,夏季中纬度的纬向风切变增大,对流层上层的副热带西风急流增强,副热带高压增强西伸,但是北抬受到抑制。长江流域位于异常西南暖湿气流与冷空气的辐合带上,上升运动活跃,有利于降水偏多。     

欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响

利用大气环流模式IAP9L_CoLM,通过两组集合后报试验,考察了欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响。一组试验为常规后报试验,积雪是由模式陆面过程预报得到的,另一组试验为积雪试验,模式积分过程中欧亚大陆雪水当量由微波遥感积雪资料替代,一天替换一次。通过分析两组试验后报结果的差异,来考察欧亚大陆积雪对我国春季（3~5月）气候可预报性的影响。分析表明:欧亚大陆积雪模拟水平的改善能提高春季欧亚大陆中高纬环流场（海平面气压场和中、高层位势高度场）的可预报性,模式对我国春季气温异常的年际变化和空间分布的可预报能力也有显著增强。对我国春季降水,虽然预报技巧较低,但引入较真实的欧亚积雪作用后,由于中高纬环流场预报技巧的改进导致降水的预测能力也有所改进。个例分析也表明,欧亚中高纬春季积雪异常模拟水平的改善导致了欧亚中高纬贝加尔湖及以南区域环流场可预报性的提高,最终使中国东部区域春季气候异常模拟技巧得以改善。以上结果也证实,欧亚大陆积雪是影响东亚区域春季气候的一个重要因子,要提高模式对中国春季气候的预报技巧,积雪模拟水平的改进是非常必要的。     

欧亚和青藏高原冬春季积雪与我国夏季降水关系的分析和预测应用

通过高原积雪和欧亚积雪与我国夏季降水的相关分析和统计检验,表明冬春季雪盖对我国夏季旱涝有重要的影响,虽然冬季和春季雪盖与我国夏季降水的相关分布存在差异,总趋势大致相仿。但是,冬春季高原积雪和欧 亚积雪与我国夏季降水的相关分布基本是相反的,其中高原积雪与长江中下游和西北东部地区夏季降水为正相关,欧亚积雪与东北和华北东部以及西南地区降水为正相关冬季节积雪异常偏多时,长江流域夏季易发生洪涝,这也是汛期降     

内蒙古东部地区夏季降水年代际突变及其可能成因

近些年来,内蒙古呈现出干旱趋势。文章利用1961—2019年内蒙古107个气象站逐月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析数据,研究了内蒙古夏季降水的年代际变化特征,指出内蒙古夏季降水,尤其是东部地区(110°E以东)夏季降水在20世纪90年代中后期发生突变,夏季降水由前期(1983—1998年,P1阶段)偏多阶段转变为后期(1999—2011年,P2阶段)偏少阶段。分析表明:亚洲中高纬地区气温异常可能对内蒙古东部地区夏季降水年代际突变有显著影响,一方面,内蒙古东部地区夏季降水与亚洲中高纬地区气温有显著的负相关;另一方面,亚洲中高纬地区气温在20世纪末显著增高,升温幅度明显超过趋势变化。进一步分析表明,亚洲中高纬地区气温对我国北方大气环流有调制作用,在P1阶段,亚洲中高纬地区为负的温度距平,我国北方为气旋性环流异常,这一环流形势有利于内蒙古东部地区夏季降水增多;而在P2阶段,亚洲中高纬地区增暖显著,内蒙古上空被异常反气旋性环流控制,大陆高压偏强,导致内蒙古东部地区偏旱。     

春季欧亚大陆积雪对春夏季南北半球大气质量交换的可能影响

本文基于春季欧亚雪盖资料与大气再分析资料的奇异值分解(SVD)分析结果,结合数值试验,研究了春季欧亚大陆积雪变化与春、夏季南北半球大气质量交换的联系。研究表明,当春季欧亚积雪异常偏多时,同期欧亚大陆中高纬大范围地区的地面气温异常偏低,这种冷却效应可能持续至夏季,同时,冷空气的堆积造成了欧亚大陆地表气压(气柱大气质量)的增加,并且对应了夏季北半球大气总质量的异常上升,而南半球大气质量却明显下降。分析发现,春季欧亚积雪异常与夏季南北半球际大气质量涛动存在显著的滞后相关,而且前者还与同期及后期包括索马里急流和对流层上部80°E~120°E区域高空急流在内的多处越赤道气流变化联系密切。从数值模拟结果分析发现,以改变春季初始积雪状况作为驱动,欧亚大陆中高纬地区的低层大气环流出现了显著响应,即当积雪增加时,同期及其后夏季地面气温显著降低,并且冷异常区域对应着气柱质量的异常升高。     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究——陆面季节演变异常的“纽带”作用

本文主要利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的卫星反演积雪资料和ERA40土壤温度再分析资料, 采用相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积 (冬季TFSE) 与我国夏季气候异常关系的可能物理途径进行了初步研究。结果表明, 春夏季陆面季节演变异常是上述“隔季相关” 的重要纽带: 当冬季TFSE偏大时, 欧亚北部大范围积雪—冻土自西向东、 由南向北的融化进程明显减慢, 受其影响, 至夏季, 东亚中高纬区积雪和地表冻土的融化异常强烈, 土壤温度明显偏低, 这种夏季陆面异常可能通过自身的冷却作用, 通过加强东亚中高纬异常北风对东亚中纬区夏季变冷产生直接影响, 进而与西太平洋副热带高压, 乃至与我国江南夏季降水异常产生关联; 冬季TFSE偏小时相反。分析表明, 冬季TFSE信号在东亚中高纬局地的春季积雪—冻土融化过程中被加强, 并在夏季达到显著。     

青藏高原春季积雪多、少年中低层环流对比分析

利用青藏高原(下称高原)68个气象测站1961-2007年逐日积雪观测资料,分析了高原春季积雪日数变化及其异常偏多、偏少年的环流特征,还深入分析了春季积雪的多少对北半球夏季环流的影响。结果表明,在高原春季积雪日数偏多、少年,在500 hPa高度场上欧亚(东半球)地区中高纬度虽然均表现为两槽一脊的环流形势,但积雪日数偏多、少年槽脊的位置和强弱明显不同。同期春季,当高原春季积雪日数偏多(少)时,500 hPa环流场上冰岛低压偏强(弱)、蒙古高压偏强(弱)、印度低压偏弱(强)。高原春季积雪与夏季北半球的主要大气活动中心和影响中国夏季气候的主要大气环流系统之间存在紧密联系,当高原春季积雪日数偏多(少)时,夏季500 hPa环流场上东亚地区易(不易)形成阻塞高压,同时西太平洋副热带高压易(不易)偏南。这种关系说明高原春季积雪有一定前兆意义,对中国短期气候预测有重要的指示意义。     

西北地区东部春夏季旱涝转换环流特征及其与大西洋海温的关系

随着全球变暖，旱涝异常的强度和频率不断增加，为增进对旱涝异常转换事件的认识，提高西北地区东部降水预测水平，利用1979—2020年我国西北地区东部逐月降水、海表温度（Sea Surface Temperature, SST）数据以及NCEP/NCAR环流再分析资料，通过建立旱涝转换指数，对西北地区东部春、夏季旱涝转换环流特征进行分析，并围绕大西洋SST异常对其可能产生的影响进行探讨。结果表明：西北地区东部旱转涝年，春季极涡偏弱，乌拉尔山阻塞高压偏强，东亚大槽偏深，西北地区东部受西北干冷气流控制，降水易偏少；夏季上游低值系统活跃，南亚高压偏强，西太平洋副热带高压偏强、偏西，西北地区东部受副热带高压和上游低槽系统共同影响，且有暖湿气流，降水易偏多，涝转旱年情况相反。上年冬季至当年夏季，大西洋类“三极子”型的SST异常是造成季节间降水明显差异的关键因子，旱转涝年春季大西洋类“三极子”负位相的SST状态激发出一支纬向型遥相关波列，经欧洲中西部、巴尔喀什湖地区东传至我国东北至日本海一带，此时中高纬环流形势有利于西北地区东部降水偏少；夏季SST异常激发的波列强度减弱、位置西移，中高纬关键环流系统的...     

欧亚中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水的可能联系

利用国家气候中心提供的中国区域753站降水观测资料、ECMWF逐月地表感热通量再分析资料和NECP/NCAR再分析资料,讨论了欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游夏季降水之间的联系及其相关的物理机制。分析发现欧亚大陆中高纬春季地表感热异常与长江中下游地区夏季降水存在显著的正相关:感热偏强期,长江中下游夏季降水偏多;感热偏弱期,长江中下游夏季降水偏少。春季感热异常偏强时,夏季东亚副热带西风急流主体位置偏东、强度偏强、范围偏大,长江中下游地区主要受辐合上升气流控制,水汽输送条件好,降水异常偏多。而春季感热偏弱时,情况大致相反,则夏季降水异常偏少。研究表明欧亚大陆中高纬春季地表感热通量异常变化对我国长江中下游夏季降水预测具有一定的指示意义。     

亚欧大陆北部与青藏高原雪盖特征及其与我国气温和降水的统计分析

本文利用1966～1983年雪盖资料分析了亚欧大陆北部及青藏高原地区的雪盖特征及其与我国温度及降雨的关系。分析指出亚欧大陆雪盖的年变化大,但变化趋势平稳;而高原地区的年变化小,但变化多波动。夏季高原雪盖面积占高原总面积的百分比远比业欧大陆的要大(指40°N以上大陆)。冬半年亚欧大陆雪盖变化与我国各地3周内温度变化呈负相关。夏季亚欧大陆北部雪盖大时,我国长江以北(华北除外)降雨偏少,华南偏多;反之亦然。     

中国冬季积雪特征及欧亚大陆积雪对中国气候影响

该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展,包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化,中国冬季降雪特征,气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响,外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布,引起大气环流异常,进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果,对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明,CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。     

The effects of land-surface characteristics on the East Asian summer monsoon

 The Community Climate Model version 2 (CCM2) of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) was used to investigate the effects of the land-surface characteristics on the East Asian summer monsoon. Four numerical experiments were performed in this study. They include the control run, the biosphere–atmosphere transfer scheme (BATS) run, the heavy snow run, and the light snow run. The results show that CCM2 can reasonably simulate many characteristics of the East Asian summer monsoon, such as the 850-hPa southwesterlies, 200-hPa easterlies, high precipitation rate, two monsoon subsystems, the low-level subtropical high, and the upper level South Asian anticyclone. Nevertheless, the model still exhibits some systematic errors, including oversimulation of the temperature over the Eurasian continent, which in turn intensifies the monsoon circulations. In the BATS run, the model can significantly relieve the temperature bias over the continent in spring and early summer. However, the effect of BATS decreases in the summer due to excessive incoming solar radiation. The Eurasian continent is still occupied by an oversimulated thermal low in summer. In the heavy snow case, the high albedo of snow and larger soil moisture suppress the warming rate of the surface and atmosphere in the early summer and hence the cooler troposphere results in a weaker monsoon circulation. Moreover, anomalous cyclonic flows are found in the leeside of Tibetan Plateau (i.e. the southwest vortex in China) in the heavy snow case. This may shed a light on the precipitation anomalies (floods) over Yangtze River Valley (Central China) and eastern Asia due to intensified baroclinic disturbances. Received: 8 September 1999 / Accepted: 5 June 2000     

The Decadal Shift of the Summer Climate in the Late 1980s over Eastern China and Its Possible Causes

In this paper, it is pointed out that a notable decadal shift of, the summer climate in eastern China occurred in the late 1980s. In association with this decadal climate shift, after the late 1980s more precipitation appeared in the southern region of eastern China （namely South China）, the western Pacific subtropical high stretched farther westward with a larger south-north extent, and a strengthened anticyclone at 850 hPa appeared in the northwestern Pacific. The decadal climate shift of the summer precipitation in South China was accompanied with decadal changes of the Eurasian snow cover in boreal spring and sea surface temperature （SST） in western North Pacific in boreal summer in the late 1980s. After the late 1980s, the spring Eurasian snow cover apparently became less and the summer SST in western North Pacific increased obviously, which were well correlated with the increase of the South China precipitation. The physical processes are also investigated on how the summer precipitation in China was affected by the spring Eurasian snow cover and summer SST in western North Pacific. The change of the spring Eurasian snow cover could excite a wave-train in higher latitudes, which lasted from spring to summer. Because of the wave-train, an abnormal high appeared over North China and a weak depression over South China, leading to more precipitation in South China. The increase of the summer SST in the western North Pacific reduced the land-sea thermal contrast and thus weakened the East Asian summer monsoon, also leading to more precipitation in South China.     

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500 hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850 hPa反气旋增强.中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型.从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加.文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500 hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方.西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多.     

欧亚大陆春季融雪量与东亚夏季风的可能联系

通过对观测资料的分析, 本文研究了春季欧亚大陆融雪量与东亚夏季风的关系, 并初步讨论了其可能联系机制。研究表明, 春季融雪量EOF (Empirical Orthogonal Function) 第一模态表现出年代际变化特征, 这与东亚夏季风和中国夏季降水的年代际转型具有非常好的一致性。而EOF第二模态与东亚夏季风在年际尺度上具有同位相变化关系, 当春季融雪量在东西伯利亚和巴尔喀什湖附近异常偏多时, 后期在东亚地区容易出现由高纬至低纬的“负—正—负”经向波列结构。融雪量异常偏少时, 情况则相反。文中初步分析了春季融雪量异常与后期夏季东亚地区大气环流出现经向波列结构的可能联系机制, 指出东西伯利亚以及巴尔喀什湖附近异常偏多的春季融雪量能够在该地区促使位势高度场表现为正异常, 随着时间的演变, 巴尔喀什湖附近地区的高压向东移动发展, 东西伯利亚地区的高压一部分向低纬移动, 可能造成夏季东亚地区的经向波列结构, 进而对东亚的天气和气候产生影响。     

青藏高原冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水关系的进一步分析

为了进一步分析青藏高原(下称高原)冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水的关系,利用1957～1994年高原地区的实测雪深、1951～1994年6～8月中国东部地区226个均匀分布测站的实测月降水量,以及美国国家环境监测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1958～1994年1～12月的再分析格点值资料,对比分析了高原冬、春季多、少雪年后期中国东部地区夏季(6～8月)降水分布和环流的平均特征,也分析了高原积雪影响的机理.分析结果表明:1) 平均来说,多雪年夏季长江及江南北部降水可偏多1～2成,华北和华南的降水则偏少1～3成;少雪年夏季江淮流域及湘、黔地区少雨,华北和华南多雨.2)高原冬、春积雪不仅影响了后期高原的热状况,而且影响了后期东亚大气环流的季节变化和南亚与东亚的夏季风环流.     

Atmospheric Circulation Patterns over East Asia and Their Connection with Summer Precipitation and Surface Air Temperature in Eastern China during 1961–2013

Based on the NCEP/NCAR reanalysis data and Chinese observational data during 1961–2013, atmospheric circulation patterns over East Asia in summer and their connection with precipitation and surface air temperature in eastern China as well as associated external forcing are investigated. Three patterns of the atmospheric circulation are identified, all with quasi-barotropic structures: (1) the East Asia/Pacific (EAP) pattern, (2) the Baikal Lake/Okhotsk Sea (BLOS) pattern, and (3) the eastern China/northern Okhotsk Sea (ECNOS) pattern. The positive EAP pattern significantly increases precipitation over the Yangtze River valley and favors cooling north of the Yangtze River and warming south of the Yangtze River in summer. The warm sea surface temperature anomalies over the tropical Indian Ocean suppress convection over the northwestern subtropical Pacific through the Ekman divergence induced by a Kelvin wave and excite the EAP pattern. The positive BLOS pattern is associated with below-average precipitation south of the Yangtze River and robust cooling over northeastern China. This pattern is triggered by anomalous spring sea ice concentration in the northern Barents Sea. The anomalous sea ice concentration contributes to a Rossby wave activity flux originating from the Greenland Sea, which propagates eastward to North Pacific. The positive ECNOS pattern leads to below-average precipitation and significant warming over northeastern China in summer. The reduced soil moisture associated with the earlier spring snowmelt enhances surface warming over Mongolia and northeastern China and the later spring snowmelt leads to surface cooling over Far East in summer, both of which are responsible for the formation of the ECNOS pattern.