东北冬季气温变化异常特征及其与AO的联系

利用东北地区27个站逐月温度资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA提供的AO资料,通过EOF和相关分析方法,研究东北地区近53 a冬季气温变化特征。结果表明:(1)东北地区前冬和后冬气温的前2个模态在空间上均表现为全区变化一致型和东北—西南反相变化的跷跷板型,且实际分布以跷跷板型居多;(2)前冬气温跷跷板型分布与同期位置偏北、强度较弱的类AO分布型呈正相关关系;(3)11月AO与前冬气温跷跷板分布呈显著正相关关系,当11月AO为正值时,前冬呈东北高、西南低的气温分布型,AO为负值时,则出现西南高、东北低的气温分布型。因此11月AO可作为东北冬季气温的一个预测因子。     

基于DERF 2.0产品东北地区降尺度气温预测模型研究

本文利用第二代月动力延伸预测模式业务系统(Dynamic Extended Range Forecast,DERF 2.0)提供的1983—2015年位势高度场资料、NCEP/NCAR再分析资料及东北地区气温实况场,从DERF 2.0产品降尺度解释应用角度出发,建立了一套完整的东北地区月气温预测模型的方案,对东北地区11月气温进行了降尺度解释应用,建立了基于DERF 2.0产品东北地区11月气温的预测模型。结果表明:通过对基于DERF 2.0产品建立的东北地区11月气温预测模型的检验分析可知,建立的模型对东北地区月气温具有较高的预报技巧(Ps评分较高),对月气温预测具有较明显的改进,可在实际气候预测业务中应用,并对模型的稳定性问题进行了探讨,逐步改进完善预测模型。     

基于DERF2.0产品的重庆月动力延伸期预测分析及应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500 hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010—2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500 hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型。结果表明:预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500 hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010—2015年2月气温和2010—2014年8月降水量进行回报预测和检验。结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

ECC方法在中国夏季气温预测研究中的应用

以中国夏季气温为预测对象,选取东亚地区冬季500 h Pa高度场、海平面气压场、地表温度场和850 h Pa温度场为预测因子,采用1951~2009年去趋势处理后的资料,通过变形的典型相关分析(Barnett-Preisendorfer Canonical Correlation Analysis,BP-CCA)方法分别建立单因子预测模型,再利用集合典型相关分析(Ensemble Canonical Correlation,ECC)方法建立集合预测模型,对中国夏季气温进行基于交叉检验方法的预测试验,然后利用2010~2014年的资料对中国夏季气温进行独立样本检验。通过分析BP-CCA模态可知,一对BP-CCA模态的空间型在一定程度上可以反映预报因子场和对象场的遥相关特征。通过基于交叉检验方法的预测试验表明环流场和热力场均能为气温提供预测信息。ECC预测模型综合了各个预报因子的在不同地区的预报技巧,比单因子BP-CCA预测模型有更高、更稳定的预报技巧。独立样本检验表明ECC模型与单因子BP-CCA预测模型相比,对中国夏季气温有更高、更稳定的实际预测能力,对气温季节预测具有参考价值。     

我国东部夏季气温特征分析

采用EOF、REOF展开、Mann-Kendall突变分析等方法,利用我国东部地区1951—2008年夏季(6—8月)气温观测资料,分析了该区夏季气温的时间空间分布特征。结果表明:①我国东部地区夏季气温可分为全区一致型、南北反向型、正—负—正型3类主要空间特征场;②该区夏季气温场分为7个区,分别为华北地区、江淮地区、东南地区、华南地区、西南地区、西北地区、东北地区;③我国东部全区夏季气温呈现先下降后上升的趋势;④整个东部地区夏季气温在1997年发生突变,气温上升;在各个分区中也都存在着不同年份的突变。     

中国东北地区冬季气温趋势及反相模态分析

利用1951—2010年我国东北地区共97个台站的逐月气温资料,应用trend-EOF和EOF分析方法研究了我国东北地区冬季气温的趋势模态和反相模态及其影响因子。trend-EOF的结果表明,东北地区均为一致型的趋势变化,trend-PC1有明显的年代际周期变化和更长期的上升趋势变化特征。去除全球变暖信号后的EOF分析结果表明:第一模态仍为全区一致型的空间分布,而第二模态的空间分布呈现南北反相型的分布特征,是东北冬季气温变化模态中极为重要的一部分,对应的时间序列有明显的年际周期变化,前两个模态可以解释总方差80%以上的变化。东北地区全区一致的上升趋势是在全球变暖大背景下发生的,既是对全球变暖的局地响应,同时全球变暖也使大气环流发生了变化,西伯利亚高压减弱,纬向环流增强,导致了东北地区冬季气温全区的上升趋势。赤道东太平洋的异常海温对第二模态的出现具有一定的预示意义,当太平洋出现典型的厄尔尼诺年海温距平场分布特征时,东北南部较常年偏暖,北部地区却较常年偏冷。     

东北地区夏季降水特征及其与大气环流的关系

本文采用中国东北地区1951-2012年降水资料,NCEP/NCAR再分析资料,分析研究中国东北地区夏季(5-8月)降水特征及其与大气环流的关系,并对可能影响途径进行了探讨。结果表明:总体来说,1951年以来,东北地区夏季降水年际变化具有显著性的季节尺度特征,同时利用相关分析得出初夏时节东北地区降水与整个地区成显著性正相关,它的相关中心出现在东北地区中西部;盛夏时节东北地区东南部出现显著的正相关。初夏东北地区的降水异常与东北冷涡活动有关;而东亚夏季风影响盛夏。东北地区5、6月份西北部出现气旋性环流随高度向西倾斜;7、8月份降水异常是因为西太平洋副热带高压西伸北进。随着西太副高西北侧的南风异常加强,向北输送的水汽明显增多,东北地区盛夏时节降水明显增多。经过本文对中国东北地区夏季降水特征的分析及其与大气环流关系的研究,能够为以后防灾减灾工作提供一定的理论依据。     

月动力延伸预报500hPa高度场检验及其在重庆月气候预测中降尺度应用

根据2015年国家气候中心实时下发的第二代月动力延伸模式(DERF2.0)逐日资料和历史回算资料,统计构建不同时间起报的月500hPa高度场格点数据序列,针对重庆2月气温和8月降水量方差和预测难度较大的事实,分别分析2010-2014年逐年1月和7月16日、21日、26日、31日起报的2月和8月500hPa高度场预报场与同期NCEP资料实况场的分布型,结果表明：预测效果低纬好于中高纬,8月总体好于2月;基于上述滚动的500hPa预报场,试验了4个关键区和5种统计降尺度方法,对重庆2010-2015年2月气温和2010-2014年8月降水量进行回报预测和检验结果表明,16日起报的模式场对2月气温有较好的参考价值,配合最好的关键区为本区上空,而降尺度方案中Lamb方法效果最佳,二者结合的预测效果最好;8月降水回报检验表明,虽然8月降水预测效果不如2月气温,但在预测关键区取自定义关键区时,车氏方法的降尺度方案预测效果相对较好。     

东北春夏季降水气温异常的时空分布以及与旱涝的关系

利用东北地区19个测站的1951--2000年逐月降水、气温资料，采用综合的经验正交函数展开等诊断方法，研究了春、夏季节降水、气温异常的空间分布特征、时间变化规律以及与旱涝年份之间的关系。结果表明，所得到的降水、气温异常的典型配置场及其时间系数能较好地反映东北地区降水、气温异常的时空特征，且夏季时间系数出现极值的年份与东北地区不同区域发生较严重旱涝的年份存在很好的对应关系。     

大连盛夏旱涝典型年环流对比分析

利用1964—2016年大连地区6个气象观测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析月平均资料和国家气候中心提供的西太平洋副热带高压环流特征量资料,采用相关分析和合成分析的方法,分析了大连地区盛夏(7—8月)旱涝的大气环流异常特征,并从大气环流异常的角度揭示了大连地区盛夏旱涝的成因。结果表明:大连地区盛夏涝(旱)年,200 h Pa东北地区西风急流强(弱)、长江流域西风急流弱(强),500 h Pa西太平洋副热带高压脊线偏北(南),东亚大槽偏西(东),850 h Pa南风异常偏强(弱),大连地区所在经度上垂直速度的经圈环流在大连上空出现异常上升(下沉)运动,从而导致大连地区盛夏降水异常偏多(少)。     

REGIONAL CHARACTERISTICS OF SUMMER PRECIPITATION ANOMALIES OVER CHINA*

The regional characteristics of precipitation anomalies of total summer precipitation of June,July and August and individual monthly precipitation are analyzed by using the method of Varimax EOF and correlation analysis.The data set used is the precipitation of a 5°Lat.×5°Long.spatial uniform network over China in the period of 1959 to 1994.The analysis of total summer precipitation shows that the most significant regional characteristic is the existence of negative correlation in precipitation anomalies between the lower reaches of the Changjiang River and the Huaihe River Valley(the LRCH region) and the middle reaches of the Huanghe River Valley(the MRH region),and between the LRCH region and South China.The precipitation anomaly over the Sichuan Basin is negatively correlated with that over eastern part of Qinghai-Xizang Plateau and that over the LRCH region.The regional characteristics of summer precipitation anomalies in western China are that there exists negative correlation between the summer precipitation anomalies over the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and that over its northern part.There also exists positive correlation between the southern part of the central and eastern Qinghai-Xizang Plateau and the eastern part of North China and the southern part of Northeast China.The above spatial correlation modes have significant periods of about 3 years and ten years.The analysis of the monthly precipitation shows that in June there exists positive correlation among the precipitation anomalies over the LRCH region,the eastern part of North China and Northeast China.In July,the precipitations in the MRH region and the LRCH region are negatively correlated.The regional characteristic of precipitation anomalies in August is very similar to that of the total summer precipitation anomalies.     

The interannual variation in monthly temperature over Northeast China during summer

The interannual variations of summer surface air temperature over Northeast China （NEC） were investigated through a month-to-month analysis from May to August. The results suggested that the warmer temperature over NEC is related to a local positive 500-hPa geopotential height anomaly for all four months. However, the teleconnection patterns of atmospheric circulation anomalies associated with the monthly surface air temperature over NEC behave as a distinguished subseasonal variation, although the local positive height anomaly is common from month to month. In May and June, the teleconnection pattern is characterized by a wave train in the upper and middle troposphere from the Indian Peninsula to NEC. This wave train is stronger in June than in May, possibly due to the positive feedback between the wave train and the South Asian rainfall anomaly in June, when the South Asian summer monsoon has been established. In July and August, however, the teleconnection pattern associated with the NEC temperature anomalies is characterized by an East Asia/Pacific （EAP） or Pacific/Japan （PJ） pattern, with the existence of precipitation anomalies over the Philippine Sea and the South China Sea. This pattern is much clearer in July corresponding to the stronger convection over the Philippine Sea compared to that in August.     

月尺度气温可预报性对资料长度的依赖及可信度

利用全国518个站1960—2011年逐日气温观测资料和160个站1983—2012年月尺度气温客观预测数据,基于非线性局部Lyapunov指数和非线性误差增长理论,研究中国区域月尺度气温可预报性期限对资料序列长度的依赖性。结果表明:气温可预报性期限对资料序列的长度有一定程度的依赖性,在西北、东北及华中地区尤为明显。平均而言,45年的资料序列长度才能够得到稳定合理的可预报性期限。为了验证气温可预报期限计算结果的可信度,将月尺度气温的可预报性期限与客观气候预测方法的预报评分技巧进行对比,发现两者结果非常一致。其中,由观测资料得到的1月气温的可预报性期限明显低于7月,1月客观气候预测方法的预报评分技巧也明显低于7月,且1月 (7月) 预报评分的空间分布型与1月 (7月) 气温可预报性期限的空间分布型较为一致。因此,利用非线性局部Lyapunov指数和台站逐日观测资料分析气温的可预报性期限结果是可信的。     

近50 a华南盛夏降水的季节内差异及大气环流异常特征分析

基于CRU、CMAP、PREC/L、CN05.1、NCEP/NCAR以及全国160个台站的月降水资料,采用经验正交函数(EOF)分解、依赖于季节的经验正交函数(SEOF)分解、滑动平均、空间相关、回归以及合成分析等多元统计方法研究了近50 a华南盛夏降水异常的基本特征及其季节内差异,并讨论了其大气环流异常。结果表明:(1)盛夏7、8月华南降水异常的空间分布都表现为区域一致性,即整个华南地区都为正(负)异常。(2)华南盛夏降水异常在月季变化的时间尺度上存在着同位相和反位相演变,1963—1993年,华南7、8月降水大致为反相演变,即7月华南全区一致偏涝(旱)而8月一致偏旱(涝);1994—2015年,二者总体表现为同相演变,即7月华南全区降水一致偏涝(旱)时8月亦一致偏涝(旱)。(3)大气遥相关型的变化是同相和反相两种演变模态产生的主要原因,同相期间对流层中层7月表现为欧亚遥相关(EU)和东亚太平洋遥相关(EAP)相互配置,8月表现为类似EU和太平洋北美遥相关(PNA)型;反相期间对流层中层7月表现为类似北美东西遥相关(NAEW)型,8月表现为类似EAP型。(4)西太平洋副热带高压的变化与华南盛夏降水季节内差异密切相关。反相期间7月与8月西太平洋副热带高压的差异主要体现在东西位置变化较大,而同相期间变化不大。     

中国地气温差时空分布及变化趋势

利用中国825个气象站点1961—2016年的逐日地表温度和气温观测资料,系统分析了中国地区地气温差（地表温度减气温）的时空分布以及变化趋势。结果表明,中国多年平均的年地气温差西部大部地区及华南部分地区在2.5℃以上,而中东部大部地区在2.5℃以下。其中春、夏季全国各地地气温差均为正值,且总体呈经向型分布,西高东低;秋、冬季中国各地地气温差总体呈纬向型分布,南高北低,尤其是冬季北方部分地区为负值。年内,中国区域平均各月地气温差均为正值,其中1月份和12月份相对较小,6—8月份（夏季）相对较大。不同地区地气温差的年内分布特征有所不同,西藏地区地气温差年平均值为全国最大,最大值出现在雨季来临前的5月份;东北、华北、黄淮、西北及内蒙古地区最大值均出现在雨季来临前的6月份;江淮、江汉、江南、华南地区地气温差最大值均出现在雨季过后的7月份或8月份;西南地区年内各月地气温差变化相对较小,在雨季之前的5月和雨季之后的8月出现2次峰值,呈双峰型分布。1961—2016年,中国区域平均地气温差4月和4—10月上升趋势较明显,而7月和10月变化趋势不明显或略有上升趋势。空间分布上,东北、西北及内蒙古、西藏西部等地平均地气温差有增加趋势,而中东部地区有减小趋势。     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

东亚副热带急流与东北夏季降水异常的关系

利用东北地区88个气象站点观测的7、8月(夏季)降水量和NCEP/NCAR再分析资料,分析了东北地区夏季降水与同期东亚副热带西风急流之间的关系,发现东北地区夏季降水异常偏多年,位于青藏高原上空200 hPa西风急流中心强度偏强,东北地区上空急流轴向东北方向倾斜;东北地区夏季降水异常偏少年,青藏高原上空200 hPa西风...     

东北夏季气温的大尺度环流影响因子分析

利用1961—2010年东北地区3省53站月平均气温资料及分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料,采用统计分析方法,分析了东北夏季气温的大尺度环流影响因子。利用200hPa风场要素定义了一个适于描述东北夏季气温的200hPa纬向风切变指数,并给出了该指数的预测方法,以期为东北夏季气温的预测提供一个诊断工具。结果表明:鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子,与东北夏季气温关系密切;同期东北地区上空500hPa位势高度场与东北夏季气温呈正相关关系;同期850hPa、200hPa矢量风场和整层水汽通量场在东北及其以西地区上空呈气旋式环流,对应东北夏季气温偏低,反之则偏高,同时来自孟加拉湾的水汽也是造成东北夏季气温异常的因素之一;200hPa纬向风切变指数与东北全区气温呈显著正相关,该指数偏大对应东北夏季气温偏高,反之东北夏季气温偏低。4月和5月热带印度洋和太平洋海温与夏季200hPa纬向风切变指数关系密切。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

中国冬季气温的年际变化

利用中国160站1951-2000年的冬季月平均气温资料，用EOF分析、小波分析和合成分析等方法对中国近50年来的冬季气温的年际变化和时空分布特征进行研究。结果表明：中国冬季气温50年来有显著的增暖趋势，在70年代后期增暖幅度开始加大，年际变化以6～9年周期为主。中国冬季气温的空间变化有很好的一致性，全国绝大部分区域呈整体变暖或变冷的趋势，并且气温变化南北有别，从南向北幅度逐渐变大。另一种模态是当东北、华北和西北地区冬季气温较高时，其它地区则偏冷；反之亦然。