2012年欧亚寒冷天气过程与北极涛动异常活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和CPC逐日北极涛动(AO)指数资料,结合近30年欧亚地区地面气温年际异常变化的可能机理,分析了AO异常波动对2012年欧亚地区严寒天气过程的影响。结果表明,AO发生负异常波动对2012年1—2月欧亚地区异常寒冷天气起到至关重要的作用。AO在12月为正异常波动,次年1—2月则呈现负异常波动,其中1月中下旬至2月中旬的负异常波动过程比较显著。在AO负异常影响下,极涡面积增大,冷空气活动加强,中纬度纬向环流减弱而经向环流增强,造成冷、暖空气交换加剧,极地冷空气南下入侵到中纬度地区,从而导致欧亚大陆异常寒冷天气;同时,由北大西洋及地中海北上的暖湿气流,在遭遇冷空气阻碍后给西欧和南欧一些地区带来了大面积的雨雪天气。     

2010年秋、冬季节华北持续性干旱的气候成因分析

利用1951～2011年中国台站观测的逐日降水、温度和美国NCEP/NCAR再分析月平均资料, 本文分析2010年秋、冬季(11月至次年2月)发生在华北地区持续性干旱的大气环流和海温异常特征, 并讨论了北极涛动(AO)和La Ni?a事件对此次干旱事件的影响。分析表明, 2010年发生在华北秋、冬季节的持续性干旱是叠加在降水减少气候趋势之上的一次极端干旱事件, 但本次极端干旱事件主要成因是受到同期较强的AO负位相和La Ni?a事件共同的影响。统计发现:AO的负位相有利于乌拉尔山阻塞高压维持和发展, 而贝加尔湖上空出现负位势高度异常, 导致东亚中高纬度经向环流加强和冷空气向南侵袭。AO负位相可导致贝加尔湖上空气压场偏低并影响冷空气的路径和强度, 进而间接地导致华北地区的干冷气候, 而同期La Ni?a的海温异常分布导致西北太平洋副热带高压偏弱偏南, 抑制了西太平洋水汽向华北地区输送, 从而直接导致该地区的干旱。由于2010年AO负指数和La Ni?a事件较历史干旱年份表现出较强和长时间持续性, 从而导致了锋面位置位于华北以南和华北本次的持续性干旱事件。     

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR 再分析资料分析了2011～2012 年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012 年1 月下旬至2 月上旬,持续大约3 周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO 可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO 位相首先在平流层由正变负;在2～3 周左右的时间内,平流层AO 异常信号逐渐下传,使得对流层AO 也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。     

中国南方雨雪冰冻异常天气原因的分析

2008年1月我国南方发生了罕见的持续严重雨雪冰冻灾害,对于这次小概率极端天气气候事件的初步分析表明,虽然这个冬季在赤道东太平洋存在明显的La Ni(n)a事件,但2008年1月无论是我国的异常降水场和温度场,还是亚洲和西太平洋地区的大气环流异常场都与历史上11个La Ni(n)a事件盛期1月的合成场有显著的差别,因此La Ni(n)a事件不是造成持续雨雪冰冻天气的直接罪魁祸首.进一步的分析发现这次持续严重雨雪冰冻天气的发生与多个大气环流系统的异常有关,而且更为重要的是它们的异常形成了某种形式的配合,我们称其为组合性异常.其中,乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强一起使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生;持续的冷空气活动和持续的降水,导致持续的低温,为冰冻创造了条件.可以认为,大气环流的组合性异常是造成持续雨雪冰冻天气的直接原因.     

2015/2016年冬季北极涛动异常活动及其对我国气温的影响

2015/2016年冬季,北极涛动(AO)季内变化特征明显。2015年12月,AO处在正位相,而到了2016年1月AO突然由正位相转为强负位相,导致极区冷空气南下,北半球和我国气温由暖转冷。AO由正位相转为负位相主要与北大西洋强风暴活动有关。2015年12月末,北大西洋上空有一气旋式强风暴出现,强风暴东侧西南气流将北大西洋上空大量的暖湿空气带向北极,导致北极气温迅速升高。北极气温迅速升高使得极区的位势高度场由偏低转为偏高,是导致AO由12月的正位相转为1月负位相的主要原因。     

强La Nia背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Nia年(1989年和1999年),对比分析了强La Nia背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布。结果表明,受南极海冰分布异常的影响,这两年6~7月间南极涛动呈现不同的位相,进而改变了南方涛动的位相。1989年,南极涛动为正时,南方涛动为正,马斯克林高压(简称马高)偏强,澳大利亚高压(简称澳高)偏弱。与1989年相反,1999年南极涛动和南方涛动均为负位相,马高偏弱,澳高偏强,这与一般La Nia年的情况正好相反。与马高和澳高强度变化相对应,西太平洋副热带高压在1989年偏西、1999年偏东,并影响到6~7月间中国降水的分布。8月副高北抬后,南半球环流变化的影响减弱,东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响。1989年8月,受中高纬度冷平流的影响,副高偏弱,长江流域降水偏多。1999年8月,由于热带西风异常偏强,副高偏强,长江以南降水偏多。本文的研究结果表明,即使在两个相似的强La Nia事件影响下,由于其他因子对La Nia信号的调制作用,中国夏季降水仍呈现不同的分布,1989年为中间型,而1999年为南方型,这与一般La Nia年雨带偏北正好相反。最后,对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议。     

El Ni?o背景下AO激发Rossby波对云南冬季极端降水的影响

2019年1月8日云南平均降水达29.8 mm,为1961年来第三大的冬季极端强降水事件。研究发现,2018/2019年冬季El Ni?o背景下,偏暖的南海生成热带低压,受偏强偏西的西太平洋副高(简称西太副高)外围气流引导西行进入孟加拉湾(简称孟湾)后北上。北极涛动(Arctic Oscillation,AO)激发Rossby波列东传至孟湾形成南支槽,槽前西南气流与副高外围气流和热带低压汇合,在缅甸至云南形成强西南急流、上升运动和水汽辐合,导致了这次极端降水事件。结果表明:(1)AO正位相时,斯堪的纳维亚脊前北风偏强偏南到达地中海、北非后,激发中低纬地中海-北非槽、巴基斯坦脊、孟湾南支槽Rossby波列,以及中高纬斯堪的纳维亚脊、乌拉尔山槽、蒙古脊Rossby波列,进而形成青藏高原(简称高原)"北脊南槽"形势。(2)低纬波列东传过程中要受到副高的影响,北非副高和西太副高外围气流有利的位置配置对南支槽有增幅作用,使AO激发的欧亚低纬波列更显著。(3)El Ni?o有利于阿拉伯海反气旋、西太副高、中南半岛偏南气流、高原绕流及蒙古脊偏强,La Ni?a时情况相反。所以ENSO通过对以上系统的影响进而对AO影响云南降水有调制作用。     

强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常与1989年和1999年中国夏季降水的对比分析

选取两个强La Ni(n)a年 (1989年和1999年), 对比分析了强La Ni(n)a背景下的东亚夏季风异常和中国夏季降水分布.结果表明, 受南极海冰分布异常的影响, 这两年6～7月间南极涛动呈现不同的位相, 进而改变了南方涛动的位相.1989年, 南极涛动为正时, 南方涛动为正, 马斯克林高压 (简称马高) 偏强, 澳大利亚高压 (简称澳高) 偏弱.与1989年相反, 1999年南极涛动和南方涛动均为负位相, 马高偏弱, 澳高偏强, 这与一般La NiNi(n)a年的情况正好相反.与马高和澳高强度变化相对应, 西太平洋副热带高压在1989年偏西、 1999年偏东, 并影响到6～7月间中国降水的分布.8月副高北抬后, 南半球环流变化的影响减弱, 东亚夏季风环流主要受热带环流和中高纬度环流的影响.1989年8月, 受中高纬度冷平流的影响, 副高偏弱, 长江流域降水偏多.1999年8月, 由于热带西风异常偏强, 副高偏强, 长江以南降水偏多.本文的研究结果表明, 即使在两个相似的强La NiNi(n)a事件影响下, 由于其他因子对La NiNi(n)a信号的调制作用, 中国夏季降水仍呈现不同的分布, 1989年为中间型, 而1999年为南方型, 这与一般La NiNi(n)a年雨带偏北正好相反.最后, 对中国夏季降水的季度预测提出了一些建议.     

两次不同ENSO背景下云南冬季极端冷事件的成因分析

2008年初和2016年初分别经历了一次中等强度以上的La Ni?a和El Ni?o事件,在不同的厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o/Southern Oscillation,ENSO）背景下,云南均发生了低温雨雪冰冻天气。本文利用大气环流、海表温度、云南124个观测站逐月温度等资料,通过多种统计方法探讨了不同ENSO背景下极端冷事件发生的原因。结果表明：1)2008年初和2016年初云南冬季极端冷事件在2月表现更明显。2）不同ENSO背景下,2月大气环流和云南气温变化差异较大。La Ni?a(El Ni?o)年西伯利亚高压加强（减弱）,位势高度场北（西）高南（东）低,西太平洋副高偏弱（强）,菲律宾异常（反）气旋西北侧异常北（南）风加强,东亚冬季风偏强（弱）,云南东部气温偏低（高）。3)2008年和2016年的东北太平洋大气环流异常对赤道中东太平洋海温异常均有响应,同时2008年赤道中东太平洋冷海温作用激发的菲律宾气旋西部偏北气流对东亚冬季风的加强和向南活动有重要影响,而2016年赤道中东太平洋暖海温对菲律宾地区环流变化的影响并不显著。4）北极涛动（Arctic Oscillation...     

西南地区2次秋冬春季持续严重干旱气候成因对比

利用多种资料从不同方面对2009/2010、2012/2013年西南地区秋冬春季持续严重干旱进行对比分析,结果表明:这2次季节连旱都受热带西太平洋、孟加拉湾、中南半岛和青藏高原东部等地区环流异常、水汽输送通量散度异常、热带印度洋海表温度异常以及北极涛动(AO)异常的影响。2009年和2012年秋冬季,西南地区均受较强的下沉运动控制,环流形势异常和热带印度洋海表异常增温,导致来自孟加拉湾的水汽输送偏弱,同时该地区水汽输送通量辐散偏强,动力因子和水汽条件都不利于降水;AO持续负位相是引起持续干旱的重要原因,它不仅使南支槽减弱变浅,西南水汽输送减少,还致使贝加尔湖脊系统偏弱,北方南下冷空气主体偏东,不利于冷暖空气在西南地区上空交汇。热带西太平洋海表温度异常并非2次干旱事件的直接原因,且对这2次干旱的影响有所不同,其中2009/2010年的干旱发生在El Nino Modoki事件背景下,2012/2013年则受到弱的La Nina事件的影响。     

2009年冬季新疆北部持续性暴雪的环流特征及其成因分析

利用台站观测和NCEP/NCAR大气再分析等资料,通过与历史同期降水事件比较,分析了 2009年冬季发生在我国新疆阿勒泰地区持续的水汽和环流异常特征以及北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和ENSO现象对该地区持续性暴雪的影响.结果发现,位于贝加尔湖以西的对流层持续性异常冷性低槽活动是影响2009年冬...     

A possible cause of the AO polarity reversal from winter to summer in 2010 and its relation to hemispheric extreme summer weather

In 2010, the Northern Hemisphere, in particular Russia and Japan, experienced an abnormally hot summer characterized by record-breaking warm temperatures and associated with a strongly positive Arctic Oscillation (AO), that is, low pressure in the Arctic and high pressure in the midlatitudes. In contrast, the AO index the previous winter and spring (2009/2010) was record-breaking negative. The AO polarity reversal that began in summer 2010 can explain the abnormally hot summer. The winter sea surface temperatures (SST) in the North Atlantic Ocean showed a tripolar anomaly pattern—warm SST anomalies over the tropics and high latitudes and cold SST anomalies over the midlatitudes—under the influence of the negative AO. The warm SST anomalies continued into summer 2010 because of the large oceanic heat capacity. A model simulation strongly suggested that the AO-related summertime North Atlantic oceanic warm temperature anomalies remotely caused blocking highs to form over Europe, which amplified the positive summertime AO. Thus, a possible cause of the AO polarity reversal might be the “memory” of the negative winter AO in the North Atlantic Ocean, suggesting an interseasonal linkage of the AO in which the oceanic memory of a wintertime negative AO induces a positive AO in the following summer. Understanding of this interseasonal linkage may aid in the long-term prediction of such abnormal summer events.     

冬季北极涛动和华北冬季气温变化关系研究

利用北极涛动指数（AOI）、NCEP／NCAR40a再分析资料中的海平面气压（SLP）、850、500、200hPa等压面高度场资料及中国160站月平均气温资料，运用小波分析，经验正交函数（EOF）分析等方法，分析了华北冬季气温和冬季北极涛动指数的变化特征及其关系。结果表明它们之间存在有着显著相关，特别是在年代际尺度上关系尤其密切。华北在20世纪70年代初以前为持续冷冬，80年代中期之后变为持续暖冬，其间相对正常，而冬季北极涛运指数亦存在类似的3个阶段，冬季北极涛动高（低）低数年，华北地区为暖（冷）冬年。其原因在于，北极涛动在于对流层低层和高层都可激发类似EU遥相关型的异常，通过影响西伯利亚高压和东亚大槽影响华北地区气温。强（弱）涛运年大气环流具有弱（强）东亚冬季风特征，西伯利亚高压减弱（增强），亚洲大陆地面东北风减弱（增强），高空东亚大槽减弱（增强）。     

2019年4～6月云南持续性高温天气的大气环流异常成因

2019年4～6月云南省发生了历史罕见的持续性极端高温天气,并引发了严重气象干旱。本文利用1961～2019年逐日温度和大气再分析等资料以及CESM-LE计划（Community Earth System Model Large Ensemble Project）模式模拟结果,分析了历史同期云南极端高温天气发生的环流特征,探讨了2019年云南破纪录持续性高温的成因。历史极端高温日的合成分析表明,云南地区对流层上层显著异常反气旋伴随的强下沉异常和到达地表太阳辐射增加,是引发该区域极端高温天气的主要成因。该异常反气旋的形成主要源自北大西洋经东欧平原、西西伯利亚平原向东亚传播的高纬度罗斯贝波和经北非、黑海、伊朗高原向东亚传播的中纬度罗斯贝波之间的相互作用。2019年极端高温的强度和与之相应异常反气旋出现自1961年以来的最强。外强迫导致的增暖对2019年极端暖异常强度的贡献约为37.51%,同时对类似2019年以及更强极端暖事件发生概率的贡献为56.32%,内部变率对该事件也具有重要贡献。2019年4～6月北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和ENSO事件分别处于历史极端负位相和暖位相。一方面,在AO强负位相影响下,极地上空深厚的位势高度正异常向南伸至东欧平原,有利于高纬度波列和云南上空的反气旋异常增强。另一方面,ENSO事件暖位相加强了西北太平洋异常反气旋环流,令西北太平洋副热带高压增强西伸至我国内陆地区,维持了云南上空反气旋异常。两者的共同作用,造成了2019年4～6月云南上空持续的深厚异常反气旋,云南地区继而出现持续性极端高温事件。     

大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生

根据2008年1月我国南方发生的持续严重雨雪冰冻灾害、1998年长江流域的特大洪涝灾害和2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的分析结果,再次强调指出,对于一些小概率的极端天气气候事件的发生,大气环流系统的组合性异常起着极其重要的作用。对于2008年的严重雨雪冰冻灾害的发生,多个大气环流系统的组合性异常包括:乌拉尔山阻塞高压和贝加尔湖-巴尔喀什湖的横槽,这为不断有冷空气从西路向南爆发提供了条件;东亚和日本地区的高度正异常使得北方冷空气的势力不是很强,适于锋面在我国南岭及其以北地区较长时间停留,为持续降水确立了背景;西太平洋副高偏强和偏西也对冷空气的向南推进起了阻挡作用;印-缅槽的持续偏强和西太平洋副高的偏强共同使暖湿空气源源不断地输送到华南地区,有利持续降水的发生,为冰冻造成了条件。对于1998年夏季长江流域的特大洪涝的发生,多个环流系统的异常包括:夏季西南季风涌的活动,西太平洋副热带高压活动,北方冷空气活动和青藏高原对流系统东传的共同作用。对于2009/2010年冬季云南的极端干旱灾害的发生,多个环流系统的异常包括:对流层高层中东地区副热带西风急流减弱,影响Rossby波的活动,不利于青藏高原-孟加拉湾槽的建立;西太平洋副热带高压偏强、位置略为偏南,对低层水汽输入云南起到抑制作用;NAO的负异常所导致的遥相关波列异常,使得东亚北方冷空气活动偏东,不易到达云南地区,还使得南支槽偏弱,暖湿气流也不易到达云南地区。ENSO虽然对中国天气气候变化有相当重要的影响,但并非每次异常天气气候事件的发生都是它的直接影响。对于ENSO影响必须具体分析,才能决定它在异常事件、特别是极端天气气候事件中的确切作用。     

The COWL Pattern Identified with a Large AO Index and Its Impact on Annular Surface Temperature Anomalies

In this study, the cold ocean/warm land (COWL) pattern was identified from the leading empirical orthogonal function (EOF) of the monthly 1000-hPa geopotential height field poleward of 20 N. Traditionally, the leading EOF has been recognized as the Arctic Oscillation (AO), or Northern Annular Mode (NAM), which causes annular surface air temperature (SAT) anomalies over high-latitude regions of the Northern Hemisphere. A new finding of the present study is that the total AO events defined by the large AO index actually include a distinct type of events that are characterized by a less-annular spatial structure, i.e., the COWL pattern, which shows an NAO-like distribution in the Atlantic sector and a center of action over the North Pacific with the same sign as that over the Arctic. In addition, unlike canonical AO events, the COWL events also show a less-annular pattern in the stratosphere. Statistically, at least one-third of the AO events can be categorized as the COWL events. The SAT anomalies associated with the COWL pattern have an annular distribution over the high-latitude region of the two continents in the Northern Hemisphere. In contrast, if the COWL events are removed from the total AO events, the remainder shows less annular SAT anomalies. Thus, the typical annular SAT anomalies associated with AO events are in large part due to the contribution of the COWL pattern. Furthermore, the monthly variability and the interannual variability of all the AO events are equally important.     

The Significant Relationship between the Arctic Oscillation (AO) in December and the January Climate over South China

Using NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall and surface temperature data of the China Meteorological Administration, and the Arctic Oscillation (AO) indices of NOAA, the author investigates relationships between the AO and the precipitation and temperature over China. There exists a good relationship between the AO index in December and the succeeding January precipitation over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January precipitation over South China increases (decreases). A remarkable negative correlation between the December AO index and the January surface temperature also exists over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January temperature over South China drops (rises). The occurrence of this anomalous climate is related to the anomalies of the atmospheric circulation systems. The December AO greatly influences circulation anomalies in January. A positive phase of the AO is found to lead to a stronger subtropical jet over the south side from the Iran Plateau to the Tibetan Plateau. Consequently, it results in a deepening pressure trough around the Bay of Bengal, which transports the warm and wet air to South China continuously. The Siberian High in January is stronger and extends farther southeastward. It results in continual cold air at 1000 hPa pouring into South China, inducing low temperature. Cooperating with the trough of the Bay of Bengal, anomalous precipitation occurs over South China. For the negative phase of the December AO, the opposite situation is observed.     

2010年冬季江苏省雷暴异常活动与北极涛动的相关分析

运用江苏省冬季雷暴日数统计数据和NCEP/NCAR再分析数据,在结合30 a江苏冬季雷暴异常变化可能机理的基础上,分析了2010年冬季雷暴异常变化的原因。结果表明:2010年冬季江苏省雷暴活动异常偏多,其异常变化与同期北极涛动环流异常有密切的负相关关系。AO(Arctic Oscillation)指数偏弱时江苏雷暴增多的天气原因主要是:1)中西伯利亚和西西伯利亚地区气压异常偏高,中纬度地区气压异常偏低,乌拉尔山以西有阻塞高压与之配合,因此东亚冬季风偏强,冷空气南下频繁。对流层低层30°N附近表现为异常暖中心,低层孟加拉湾水汽输送强盛,江苏处于水汽辐合中心,这样"上冷下暖"和"上干下湿"的配置不仅有利于引起大气异常上升运动,也易于不稳定层结的形成,利于雷暴天气的发生。2)30~50°N北太平洋中东部海温异常偏低,引起低层风场异常辐散,对应上空为异常的下沉运动,通过类似于沃克环流圈形式使得东亚同纬度地区低层辐合异常,有利于该地区异常气旋性环流的加强。