黑龙江省初霜冻变化特征研究及预测方法

利用黑龙江省1961-2013年地面测站62站资料和月环流特征量、北半球500 hPa高度场等资料,采用气候统计方法,选取秋季地面最低温度≤ 0℃的初日作为初霜冻日期,分析了初霜冻日期的时空变化特点,北半球500 hPa月平均环流演变特征,影响初霜冻早晚的特征量因子,为初霜冻趋势预测提供依据。结果表明：黑龙江省初霜冻日期呈现显著推迟的趋势,推迟约8.2 d,平均推迟5 d以上的年份均在1988年以后出现;平均初霜冻日期分布是由北开始出现并向南推进,平原则普遍晚于同纬度的山区,EOF分析初霜冻的发生除具有一致性气候特征外,还具有南北相反和东西相反的变化趋势;初霜冻偏早年时,北半球500 hPa环流从前期到同期在黑龙江省北部至极地区域有大范围的负距平,反之,若是正距平,初霜冻易偏晚;影响初霜冻早晚的特征量的因子有欧亚（亚洲）经向环流型、鄂霍茨克海高压、阿留申低压、东亚大槽强度以及西太平洋副热带高压、极涡、AO等。     

北极涛动对青藏高原冬季变暖的影响

基于青藏高原地区1960-2010年高分辨率(0.5°×0.5°)的逐日地面气温格点资料以及 1960-2010年NCEP/NCAR全球月平均海平面气压场、高度场、风场的再分析格点资料(2.5°×2.5°), 通过计算青藏高原(74.75°~104.25° E, 26.75°~40.25° N)冬季地面温度平均值经标准化处理后得到的区域冬季气温强度指数, 分析了冬季北极涛动(AO)、西伯利亚高压与同期青藏高原地面气温的特征和关系. 结果表明: AO为负(正)相位时, 中高纬西风气流偏弱(强), 有(不)利于极地冷空气向南输送, 西伯利亚地区源地冬季风偏强(弱), 青藏高原冬季气温指数减小(增大), 地面气温偏低(高). 对AO作M-K突变分析, 发现其突变年份为1975年, 通过对突变年份前后高度场和风场作差值场分析, 结果显示: 冬季AO处于高指数时期, 500 hPa上, 欧洲东部槽变浅, 青藏高原北部的高压脊减弱, 环流呈纬向发展, 青藏高原上盛行偏南风, 气温偏高, 青藏高原地区为暖冬期; 200 hPa 上, 青藏高原东部的槽明显加深, 使得青藏高原地区对流层顶至平流层底的环流趋势以经向发展为主, 该区域主要受到偏北的急流控制, 易导致降温.     

一个新的东亚冬季风强度指数及其强弱变化之大气环流场差异

文章提出了一个新的东亚冬季风强度指数,并以此为依据从1948～1999年中挑选出两组强弱冬季风年份,通过合成分析对大气环流场和海表温度场在强弱东亚冬季风年的差异进行了对比分析。结果表明:东亚冬季风强度变化不单纯受局地气候系统影响,而与北半球半球尺度上的大气环流异常紧密相连。相对于弱的情形,强东亚冬季风年份中国大陆中东部及其东部大部分海域在整个对流层盛行偏北风距平、乌拉尔阻高显著加强、欧洲大陆西部维持一个深厚的气旋性异常环流系统、西风带环流偏弱、200hPa层南亚高压偏弱;中国大陆、北极地区、蒙古国大部分地区、欧洲大陆西北部表面温度降低;我国大陆与北太平洋海平面气压差加大;东亚大槽加强。研究还揭示,强东亚冬季风年份对应于北大西洋涛动弱指数,北大西洋和北太平洋海温状况对同期东亚冬季风强弱有着显著的影响     

2013年青海北部春季旱涝急转的特征及其成因分析

利用1961-2013年3-5月的逐日降水、气温和高度环流场资料, 计算了月季降水、气温序列、气象干旱指数序列、高原地面加热场强度指数序列, 研究了春季旱涝急转的主要特征及其规律, 解释了2013年青海省春季降水前期偏少、后期偏多和旱涝急转的成因. 结果表明: 2013年3月1日-4月27日青海大部分地区降水偏少、气温偏高, 出现了大范围不同程度的气象干旱, 海北大部分地区出现50 a一遇的特大气象干旱, 西宁大部分地区出现25 a一遇的严重气象干旱; 4月28日-5月20日青海大部分地区降水偏多, 气温偏高幅度开始逐步减小, 前期的干旱得到缓解, 并出现了大范围不同程度的渍涝, 旱涝急转的台站达21个. 通过对比分析发现, 若极涡面积偏小、中亚和西亚低压槽维持时间长、冷空气主要在欧洲东部和亚洲西部地区堆积、进入中国的冷空气路径偏西、高原位势高度场偏低、东亚槽位置偏东、西太平洋副热带高压北界位置偏北时, 青海降水偏多, 容易出现渍涝. 在相反的环流形势下, 青海降水偏少, 容易发生干旱. 4月干旱和5月渍涝处在青海高原降水长期变化的大气候背景之下, 前期1-3月青藏高原地面加热场强度偏强、春夏季过渡时间提前也有助于青海5月异常降水的形成.     

欧亚和我国东北冬春季积雪对东北夏季气温的影响

根据我国东北及邻近地区123个气象站的逐日气温和积雪深度资料,欧亚大陆积雪面积以及NCEP/NCAR全球再分析月平均500hPa高度场资料,通过相关、合成分析等方法,研究了东北夏季气温异常对欧亚和我国东北冬春季积雪的响应,并从大气环流的角度出发分析了欧亚和我国东北冬春季积雪对东北夏季气温异常形成的影响机制.结果表明:东北地区夏季气温与欧亚大陆春季积雪面积以及东北冬季累积雪深的异常存在明显的关系.欧亚春季积雪面积的扩大与维持有利于8月我国东北上空500hPa位势高度的偏低,环流上表现出西欧与我国东北地区槽加深,泰梅尔阻塞高压加强的特征.由于欧亚中高纬上空的环流经向度加大,槽后脊前的西北气流加强,诱导冷空气南下,从而造成东北全区8月气温一致偏低;东北冬季累积雪深减少则有利于6月东北全区、7月东北西南部上空的位势高度偏低(负距平),造成相关区域气温偏低.研究结果对于提高东北夏季气温的短期气候预测水平具有重要意义.     

青海省冬季气温变化成因及其预测方法探讨

利用青海省1961-2012年冬季气温观测资料、美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)月平均高度场再分析资料、国家气候中心和美国国家海洋局和大气管理局提供的126项环流指数, 探讨青海冬季气温变化特征及成因. 结果表明: 1961-2012年青海冬季气温呈显著上升趋势并具明显的年代际变化特征, 于1986年出现由冷向暖的明显转折; 西伯利亚高压、东亚冬季风是影响青海冬季气温的主要系统. 当冬季北半球500 hPa高度场出现欧亚(EU)遥相关型时, 青海冬季易于偏冷, 同时发现大西洋欧洲区极涡强度和赤道太平洋海域海温与东亚冬季风的强弱有密切关系. 采用主成分回归集成方法初步建立青海冬季气温预测模型, 经历史回报检验其距平符号一致率为87%, 具备一定预报技巧和能力.     

气候变暖背景下阿勒泰地区寒潮活动变化特征

利用阿勒泰地区7个气象台站1961-2012年逐日气温资料,采用线性趋势法、Morlet小波分析和相关分析方法分析了阿勒泰地区寒潮频次的气候变化特征和大气环流指数特征.结果表明:阿勒泰地区寒潮次数接近于强寒潮次数的2倍,阿勒泰地区寒潮和强寒潮的月际分布均为单峰型,11月-翌年2月是寒潮集中发生期,9月和5月寒潮很少.近52 a来阿勒泰地区寒潮和强寒潮次数均表现为减少的趋势,且寒潮次数的减少速率较快;寒潮和强寒潮活动偏强年和偏弱年有较好的一致性,只是强寒潮频数偏强、偏弱的年份较少.寒潮和强寒潮距平指数序列存在多时间尺度结构,并存在着明显的年代际尺度的周期性变化.相关分析表明大气环流特征量与阿勒泰地区寒潮日数具有较好的对应关系.     

2009/2010年我国西南秋冬春连旱特征及其大气环流异常分析

利用中国逐日站点降水资料、逐日季风监测指数及逐日副热带高压指数、74项环流指数及NCEP/NCAR再分析资料, 分析了2009年秋季至2010年春季的秋冬春西南特大干旱过程中各指数及大气环流异常特征.结果表明: 自2009年10月底东亚冬季风建立以来, 至2010年春季, 东亚冬季风强度持续偏强, 加之西太平洋副热带高压较常年偏西偏南, 西南地区长期受副高控制, 气温持续偏高, 加之冷空气虽然总体偏强, 但主要控制我国北方地区, 造成冷暖空气在西南地区少有交汇, 致使降水偏少, 干旱发生发展. 印缅槽强度较常年偏弱, 来自印度洋、孟加拉湾以及南海的水汽条件不足, 向西南地区输送的来自南海和孟加拉湾两条水汽通道的水汽通量均较常年偏弱很多, 加之西南地区、特别是云南地区自2009年秋季以来, 长期处于下沉运动的正距平区, 造成这段时间西南地区干旱少雨, 旱情持续. 2009年9月El Niño事件全面爆发, 南海-西太平洋地区形成异常反气旋流场, 该反气旋流场较常年偏西偏南, 造成副高位置偏西偏南, 从而使得云贵高原及其周边的印度季风区的降雨量明显偏少;高原地区及南海、菲律宾附近及热带辐合带地区OLR异常对西太平洋副热带高压的变化有一定影响, 进而影响西南地区降水, 其内在机制还有待深入研究.     

1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系

采用一元线性回归、合成分析等方法对1961—2019年青藏高原中东部71个站点夏季强降水与大尺度环流进行了分析,研究结果表明,近年来青藏高原中东部强降水呈增加趋势。在强降水高值年时,青藏高原中东部水汽辐合加强,中纬度西风和热带地区东风带向极移动加强,高层辐散流场、水汽输送以及上升运动条件,共同作用导致了强降水的产生。在强降水低值年时,青藏高原中东部大部水汽异常辐散,区域内的季风水汽输送减弱,西风带和东风带均向赤道移动减弱,高层为气旋式环流异常。通过风暴轴、波作用通量和E-P通量进一步分析发现,当北大西洋地区风暴轴偏强（偏弱）时,瞬变扰动作用加强（减弱）,使得北大西洋地区高纬度西风加速（减弱）,急流出口区的不稳定能量激发了欧洲西北部的异常反气旋（异常气旋）,并通过Rossby波列调控季风输送,导致了青藏高原中东部地区强降水的变化。     

青藏高原春季地表感热加热特征及其对黄河源区 汛期降水的影响

利用NCEP再分析资料分析1961～2017年青藏高原春季表面感热和黄河源区汛期降水的时空变化和相应的环流场异常,并对二者的可能联系进行讨论。结果表明:春季高原中东部表面感热年代际震荡明显。当春季高原感热异常偏强(弱)时,索马里越赤道气流异常偏强(弱),印度夏季风偏强(弱),对流层中层的"南冷北暖"温度梯度异常偏强(弱);黄河源区汛期降水年际变化主要表现为全区一致型,降水异常偏多(少)年,高原季风低压偏强(弱),经向水汽输送偏强(弱),新地岛南部的高度场偏低(高),亚洲区域极涡强度偏强(弱)。印度夏季风是春季高原表面感热与黄河源区汛期降水之间的联系纽带。     

河西走廊春末夏初降水的空间异常分布及年代际变化

利用河西走廊19个气象代表站建站至2002年5～6月降水量资料, 分析了河西走廊春末夏初干旱的基本气候特征; 在利用EOF和REOF方法进行降水空间异常变化分析和气候分区的基础上,讨论了第一时间系数(PC1)及各区代表站降水量的年代际变化规律. 结果表明, 河西走廊春末夏初降水量在第一空间尺度上为全区一致; 在第二空间尺度上可分为3个气候区; 在第三空间尺度上可分为5个自然气候区. 1980年代为近50 a来降水最多的10 a, 1990年代有所减少, 20世纪末至21世纪初有明显增加. 前期冬季欧亚径向环流加强, 亚洲区极涡面积扩大、强度加强, 冷空气活动频繁, 将有利于次年春末夏初河西走廊降水偏多. 欧洲青藏高原华北西太平洋的波列, 特别是东亚大槽的填塞和青藏高原低值系统频繁活动, 造成了500 hPa高空场上"东高西低"的典型多雨流型.     

青藏高原地面辐射对中国东部夏季降水影响的数值试验

利用CAM5模式设计敏感性试验,研究了中国东部夏季降水对青藏高原地面辐射异常变化的响应和可能的物理机制。试验结果表明：当高原北部、中部等区域夏季地面辐射减小,中国东部夏季降水整体上增多,但南部、东部沿海区域降水异常减少。青藏高原地面辐射的变化,对青藏高压、西太平洋副热带高压和季风等天气系统具有一定影响,进而影响中国东部地区的夏季降水。当青藏高原地面辐射减小,青藏高压中心位置偏西,强度减弱;东亚季风和南亚季风强度增大,中国东部大部分地区850 hPa风场强度增强;西太平洋副热带高压位置偏东,强度减弱,中国南部、东部沿海区域夏季降水受其影响而减少,但华中、华北、东北等地夏季降水整体上增多。故中国东部夏季降水异常变化与青藏高原地面辐射之间具有显著的相关关系。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

Relationship between South Asia High Low Frequency Oscillation and the Drought and Flood in the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River

Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data and the daily rainfall data of ground observation at 164 weather stations in the middle and lower reaches of the Yangtze River from 1960 to 2013, the relationship between South Asia high low frequency oscillation and the drought and flood in the middle and lower reaches of the Yangtze River were analyzed using a composite analysis, wavelet analysis and band-pass filtering analysis method. The results indicated that in the typical drought and flood years, the Qinghai-Tibet Plateau 200 hPa atmosphere u, v low-frequency primary cycle and the summer rainfall cycle over the middle and lower reaches of the Yangtze River were the same. In more summer rainfall, from the Qinghai-Tibet Plateau to east China and west Pacific coast, there existed a cycle-anticyclone-cycle low frequency wave train. Low-frequency anticyclone controlled eastern China and the low-frequency cyclone controlled the northern Qinghai-Tibet Plateau. In drought years, results were opposite. In flood years, the precipitation of low frequency over the middle and lower reaches of the Yangtze River and that of 200 hPa atmospheric low frequency change of the Qinghai-Tibet Plateau was closely related. When the northerly wind in the northeast part of the the Qinghai-Tibet Plateau and in the middle and lower reaches of the Yangtze River was strong, and Lake Baikal southerly wind was strong, there was more precipitation. On the contrary, precipitation was less. The low frequency oscillation wave train was mainly spread from the northeast of China and Japan's southern to China’s southwest. However, in drought years, the relationship between them was not clear and needed to be further studied.     

青海冬季区域持续性低温事件变化及成因分析

利用1961 - 2017年青海省43站逐日最低气温观测资料, 依据区域持续性低温事件判识标准, 提取历史上61次典型事件, 对影响该类事件的环流演变和前兆信号进行分析。结果表明： 事件发展中北半球极涡经历分裂 - 收缩增强的变化过程, 中高纬自西向东逐渐发展为“正 - 负 - 正”异常波列状分布; 事件发生当日, 大西洋地区、 乌拉尔山及西伯利亚地区高度场异常偏高, 东亚大槽偏深, 利于自极地南下的冷空气在西欧上空堆积并沿纬向西风急流路径向东传播影响东亚地区。进一步分析表明, 当出现该类事件时, 中高纬地区存在三个关键影响区, 其中乌拉尔山关键区高度场正异常同此类事件的联系最紧密。     

三大自然区过渡地带近50年来气候类型变化及其对气候变化的响应

The transition area of three natural zones (Eastern Monsoon Region, Arid Region of Northwest China, Qinghai Tibet Plateau Region) is influenced by the Asian monsoon and middle latitude westerly circulation because of its special geographical position. And it is more sensitive to global climate change. The Koppen climate classification, which is widely used in the world, and the accumulated temperature-dryness classification, which is usually used in China, were used to study the climate zones and changes in the region of longitude 97.5°~108°E, latitude 33°~41.5°N, from 1961 to 2010. The changing areas of each climate zone were compared to the East Asian Summer Monsoon index, the South Asian Summer Monsoon index, the Summer Westerly index, the East Asian Winter Monsoon index, the Plateau Summer Monsoon index, the North Atlantic Oscillation index, the Southern Oscillation index, NINO3.4 index, to explore the response of the transition area of three natural zones to each climate system. According to the results, this region will become wetter when the Summer Westerly or the East Asian Winter Monsoon is relatively strong. When the East Asian Summer Monsoon or the South Asian Summer Monsoon becomes strong, the climate in low altitude region of the study area will easily become drier, and the climate in high altitude region of the study area is easily to become wetter. When the Plateau Summer Monsoon is relatively strong, the climate in the study area will easily become drier. When the North Atlantic Oscillation is relatively strong, the study area will easily become wetter. And when the El Niño is relatively strong, or the Southern Oscillation is relatively weak, the study area will easily become drier. In general, the moisture status of this region is mainly controlled by the middle latitude westerly circulation. The enhancement of the Asian summer monsoon could increase the precipitation in the southeast part of this regional, but, according to the degrees of dryness and the types of climate change in this paper, warming effects could offset precipitation increasing and make the area drier. The transition area of three natural zones is influenced by multiple interactions of climate systems from East Asia. A single climatic index, such as air temperature or precipitation, can not completely represent the regional features of climate change. As a result, areas of climate zones can be used as an important index in the regional climate change assessment.     

青藏高原中东部积雪深度时空变化特征及其成因分析

基于逐日积雪深度（雪深）、逐月气温和逐月降水量地面观测资料,利用数理统计方法分析了青藏高原中东部地区1961-2014年雪深时空变化特征及其成因,结果表明：青藏高原雪深空间分布不均,存在喜马拉雅山脉南坡（高原西南部）、念青唐古拉山-唐古拉山-巴颜喀拉山-阿尼玛卿山（高原中部）和祁连山脉（高原东北部）三处雪深高值区,冬季最大,其次是春秋季,夏季仅在纬度或海拔较高处才有雪深记录;从长期来看雪深以减少为主,尤其是夏秋季。在青藏高原普遍"增温增湿"背景下,雪深表现为先增后减的变化特征;雪深随海拔升高而增加,但最大雪深并非出现在最高海拔处;在不同季节雪深的气象要素成因上,冬季由降水主导,其余季节由气温主导。1961-1998年冬春季雪深增加与降水增多有关,而1998-2014年气温的上升以及降水的减少共同导致了雪深的减少,夏秋季雪深持续减少与同期气温持续升高有关。     

基于SPEI指数的兰州干旱特征与气候指数的关系

基于1961~2012年逐日气象及同期4个气候因子资料系列,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)定量描述兰州地区干旱状况,利用M-K检验分析了该地干旱变化趋势,采用皮尔逊相关系数法以及交叉小波变换法研究了SPEI与北大西洋涛动(NAO)、北极振荡(AO)、太平洋十年涛动(PDO)以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)四个气候因子之间的关系。研究结果表明:干旱指数SPEI在月、春、夏、秋及年尺度上均呈显著下降趋势、冬季增长趋势不显著,未来兰州春、夏和秋季缺水有加重趋势,冬季有变湿润倾向;SPEI与PDO、ENSO在秋季呈显著负相关;ENSO主要影响干旱短周期的年际变化;干旱与PDO和AO呈滞后的负相关关系,两指数主要影响较长周期干旱的年际和年代际变化。     

中纬度海气相互作用研究进展

回顾了中纬度海气相互作用的研究现状,分析了长期以来该项研究进展缓慢的原因和近十几年来的研究成果,结果指出:中纬度海洋在全球气候变化中有着重要的作用;冬季中纬度海气相互作用的强信号是冷空气强度;中纬度海洋强暖流区海气能量交换异常对同期和后期(半年至一年)北半球范围内的大气环流型有重要影响;当冬季黑潮和湾流海域海洋对大气同时异常多或异常少加热时,易形成夏季长江中下游偏旱或偏涝的环流形势。最后还提出,深入研究中纬度海气能量系统异常对大气环流影响及其物理机制,是今后海气相互作用研究的重要内容,其结果将为短期气候预测提供理论依据。