2013/2014年东亚冬季风异常偏弱的可能成因

2005年之后东亚冬季风连续7年强度偏强,而2013/2014年冬季,东亚冬季风强度突然由强转弱,原因可能与前期秋季北极海冰的异常有关,受2013年秋季北极海冰异常影响,冬季西伯利亚高压偏弱,进而导致东亚冬季风偏弱以及我国气温偏高。季内,东亚冬季风强度变化显著,前冬偏弱,后冬偏强。受冬季风季节内变化影响,我国前冬暖、后冬冷;此外,前冬暖、后冬冷还受到北太平洋上空阻塞高压的异常活动影响,北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西,导致东亚地区经向型环流加强,改变了前冬以纬向型为主的环流,前冬高纬地区堆积的冷空气向东亚地区侵袭。加之,前冬我国气温偏高,导致后冬我国多地降温显著,气温由偏高转偏低。而阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料，探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明，北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关，北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外，不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏低。     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

2012/2013年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

东亚冬季风目前处于年代际偏强的气候背景下,2012/2013年东亚冬季风强度指数(EAWM)为0.83,连续第六年强度偏强。2012/2013年冬季,北极涛动(AO)指数维持负位相,导致全国平均气温较常年同期略偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因,前期海冰范围的减少有利于冬季欧亚大陆北部的海平面气压出现正异常,致使西伯利亚高压的偏强,有利于冷空气南下我国。而西伯利亚高压和东亚冬季风季内变化主要是受平流层环流异常信号影响,1月中旬前后,北半球高纬地区平流层位势高度出现明显正异常并迅速下传影响对流层中低层,造成西伯利亚高压和冬季风季内阶段性偏弱。     

2011年冬季长江流域气温持续偏低的可能成因探析

利用长江流域50个气象台站的气温资料、NCEP再分析资料和美国国家冰雪数据中心的北极海冰资料,分析了2011年冬季长江流域气温持续偏低的可能成因。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和西伯利亚高压异常偏强及稳定维持,是长江流域冬季气温持续偏低的主要影响系统,其持续天数和强度均为1961年以来历史最大值。进一步分析表明,冬季乌山阻高和西伯利亚高压强度偏强和持续天数偏多易发生在La Nina年,500 hPa环流特征类似于La Nina年冬季平均环流条件;北极海冰面积异常偏小使冬季西伯利亚高压得到加强和乌山阻高持续。La Nina事件和北极海冰面积异常偏小是长江流域冬季气温持续偏低的重要外强迫因子。     

2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

秋季北极海冰变化对长江中下游地区冬季气温的影响

利用英国哈德莱中心海冰密集度资料,通过相关、合成等统计方法分析秋季北极海冰变化对长江中下游地区冬季气温的影响,发现拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区的海冰密集度变化可作为预测长江中下游地区冬季气温的前兆信号。当拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区海冰密集度偏高时,欧亚中高纬中部地区2 m气温经向梯度增大,乌拉尔山地区阻塞偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主,长江中下游冬季气温偏高,反之亦然。     

2013年海洋和大气环流异常及对中国气候的影响

本文对2013年海洋和大气环流异常特征进行分析,讨论这些异常特征对中国气温和降水的主要影响。结果表明：2012/2013年冬季,北极涛动持续维持负位相,500 hPa位势高度场上,欧亚大陆中高纬环流呈“两槽一脊”的环流形势,乌拉尔山的高压脊持续偏强,而东亚槽也异常偏强,导致全国平均气温较常年同期偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因。2013年冬季至夏季,赤道中东太平洋海温异常偏低而海洋性大陆至西太平洋海温异常偏高,受此影响,夏季西太平洋副热带高压位置明显偏北,导致我国北方夏季多雨。与此同时,受西太平洋副热带高压下沉气流的控制,我国南方大部高温持续。2013年南海夏季风爆发偏早两候,结束偏晚4候,强度偏弱。     

秋季区域海冰面积异常与冬季大气环流及东亚区域气候的关系

利用北极海冰面积资料和NCEP／NCAR再分析逐月高度场、风场资料以及中国160站气温资料，探讨秋季区域海冰异常与冬季大气环流及区域气候的关系，结果表明，秋季东西伯利亚海海冰的年际变化与北半球冬季大气环流及东亚冬季风有着密切的关系，秋季该海区海冰偏多（偏少），相应冬季东亚冬季风偏强（偏弱）；进一步分析发现秋季该海区海冰面积偏大（偏小），相应冬季中国大部地区气温明显偏低（偏高）。     

Reversal of monthly East Asian winter air temperature in 2020/21 and its predictability

在全球变暖的背景下,近年来东亚冬季气温存在复杂的季节内变化.本文研究了2020/21年东亚冬季气温的月际转折及可预测性.结果 表明,2020/21年东亚冬季气温前冬(2020年12月-2021年1月中旬)偏冷,后冬(2021年1月中旬-2月)偏暖.西伯利亚高压强度在前冬和后冬也出现转折变化.在前冬,由于2020年9月巴...     

中国东部冬季温度异常偶极型模态的一个前兆信号

利用中国160站逐月温度、NCEP再分析、NOAA-CIRES 20世纪再分析以及NOAA海表温度等资料,分析了中国东部（100°E以东地区）冬季温度年际变化的主要模态,并重点研究了其中第2模态（即偶极型模态）的成因机理和前期信号。同时,也以2012～2013年冬季为例,探讨了这一温度异常模态的预测方法。研究主要发现:除中国东部大范围一致偏冷或偏暖模态以外,110°E以东的北方地区偏冷（暖）还经常对应着华南和110°E以西地区的偏暖（冷）,构成温度异常反向变化的偶极型模态。这种偶极型模态也是冬季气候变化的一个主要模态,2012～2013年冬季温度异常即属于这一模态。中国东部冬季温度一致型模态主要与前期秋季中东太平洋海温异常、亚洲大陆北部积雪,及其邻近的北冰洋地区海冰密集度异常联系紧密。而对于偶极型模态,海温的影响并不明显,前期秋季的东亚中纬度地区积雪、北冰洋斯瓦尔巴群岛、法兰士约瑟夫地群岛附近海域的海冰密集度异常,以及它们引起的表面温度异常分布可能具有重要贡献,其中北冰洋海冰密集度异常导致的该地区表面温度异常的影响可能更为重要。综合了海冰和积雪信号的前期秋季北冰洋—东亚温度差异（Arctic Ocean-East Asian temperature contrast,简称AE）指数与中国东部冬季温度异常偶极型模态具有显著联系,可以作为一个重要的预测因子。2012年秋季赤道中东太平洋海温的正常状态以及北冰洋暖异常和东亚中纬度地区冷异常的表面温度分布特征,都不利于中国东部冬季温度南北一致型异常的发生,而是有利于偶极型异常分布。利用AE指数可以有效地预测2012～2013年中国东部冬季温度异常特征。     

东亚气温前冬与后冬反相的变化特征及可能影响因子

东亚冬季气温除了季节平均外,其显著的季内起伏也对国民生活及经济活动有着深远影响。本文利用1959～2018年台站及再分析资料,使用S-EOF（Season-reliant Empirical Orthogonal Function）方法提取东亚冬季气温季内起伏的主要年际变化模态,其主要模态表现为前冬暖（冷）、后冬冷（暖）,即为前、后冬反相,其方差贡献达到31.1%。这种前后冬反相的特征并非局地现象,在北半球大尺度均存在。环流场上它表现为欧亚遥相关型波列（Eurasian teleconnection, EU）从前冬12月的负位相（正位相）向后冬2月正位相（负位相）的转变,相伴随的是低层西伯利亚高压与阿留申低压的强度在前、后冬转折,高层副热带急流的变化也与之匹配。分析发现,欧亚遥相关型的季内转向可能与北大西洋涛动（North Atlantic oscillation, NAO）在前冬12月与后冬2月的转向有关,后者通过北大西洋热通量作用进而影响下游EU波列的转向。此外,宽窄厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o–Southern Oscillation, ENSO）事件也有一定贡献,当厄尔尼诺（El Ni?o）发生时,经向上更宽（窄）的海温异常利于前冬气温偏高（低）向后冬气温偏低（高）的转向;而当拉尼娜（La Ni?a）事件发生时,情况与厄尔尼诺年相反。     

2021年冬季海洋天气评述

2021 年冬季(2021 年12 月—2022 年2 月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3 波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出现了 8 次 8 级以上大风过程, 其中冷空气大风过程4 次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3 次,冷空气和台风共同影响的大风过程1 次。我国近海未出现大范围的海雾过程。西北太平洋和南海共生成 2 个热带气旋,且均达到超强台风级,其中 2122 号台风“雷伊”是历史上 12 月在南海海域达到超强台风级的 2 个台风之一,也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风,还是影响南海最晚的超强台风。另外,全球其他海域共生成热带气旋14 个。我国近海出现2. 0 m 以上大浪过程的天数有56 d,约占冬季总日数的62%。冬季,我国近海海域呈明显降温趋势,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,冬季海面温度较常年整体偏高。     

冬季北半球大气对秋冬季巴伦支海海冰异常的敏感性研究

基于ERA-Interim再分析资料,借助大气模式CAM4,分析了北半球冬季不同月份的平均大气对巴伦支海不同振幅及不同季节海冰扰动的敏感性,并考察了中高纬度典型大气模态的分布变化情况。结果表明,冬季巴伦支海海冰的减少,会导致湍流热通量异常向上、局地异常变暖及水汽含量的异常升高,且相关异常的强度和范围随着海冰减少幅度的减小而减弱。这种局地响应会通过大气环流调整扩散开来,产生远程影响。具体地,冬季大气环流与欧亚地面温度异常对于不同幅度海冰异常的响应是非线性的,且在不同月份也呈现出不同特征。秋季巴伦支海海冰减少虽未引起局地显著的温度异常,但欧亚大陆温度及环流场异常响应的强度更强、范围更广,这表明秋季海冰可以独立地对冬季中纬度大气产生影响。此外,冬季不同月份西伯利亚高压强度、位置对巴伦支海海冰减少的响应是不同的,北大西洋涛动位相的倾向变化对不同季节、不同振幅海冰减少的响应也不相同。冬季海冰减少时,12月和1月,西伯利亚高压强度更易偏强、位置易偏东,2月则与之相反。与冬季相比,秋季海冰偏少时,西伯利亚高压更易稳定维持在欧亚大陆,晚冬时发生北大西洋涛动负位相的概率增大,但出现极端负位相概率降低。这为了解巴伦支海海冰异常对北半球天气、气候的影响提供了参考。      

Synoptic-scale reversal of dipole surface temperature anomalies over East Asia and Central Siberia in November 2021

In early-to-mid November 2021, a pronounced reversal of surface air temperature (SAT) anomalies (SATAs) occurred over East Asia and Central Siberia, with extreme SATAs that reached up to about 10 °C. Such a synoptic-scale reversal of SATAs was characterized by the alternate emergence of the “colder Central Siberia–warmer East Asia” pattern and the “warmer Central Siberia–colder East Asia” pattern in November 2021. Coinciding with the reversals of the meridional dipole SATAs, large-scale atmospheric circulation anomalies experienced reversed changes. The development of the anomalous cyclonic (anticyclonic) flow over East Aisa (Central Siberia) was crucial for the occurrence of the “warmer Central Siberia–colder East Asia” pattern. Moreover, as the leading mode of daily SAT variability in approximately 56% of the Novembers during 1979–2021, the meridional dipole pattern of warmer (colder) anomalies over Central Siberia and colder (warmer) anomalies over East Asia may be one of the dominant modes of November SAT variability over Eurasia on the synoptic scale.摘要2021年11月, 东亚与中西伯利亚经历了相反的冷暖异常转换, 表现为“中西伯利亚偏冷, 东亚偏暖”与“中西伯利亚偏暖, 东亚偏冷”的交替出现. 该偶极型气温异常的天气尺度反转伴随着大尺度大气环流异常的反转. 进一步分析表明, 东亚与中西伯利亚的偶极型气温异常反转是1979–2021年期间11月欧亚气温日变化的主导模态之一(发生概率超过56%).     

On the Two Successive Supercold Waves Straddling the End of 2020 and the Beginning of 2021

Two supercold waves straddling 2020 and 2021 successively hit China and caused record-breaking extremely low temperatures.In this study,the distinct features of these two supercold waves are analyzed on the medium-range time scale.The blocking pattern from the Kara Sea to Lake Baikal characterized the first cold wave,while the large-scale tilted ridge and trough over the Asian continent featured the second cold wave.Prior to the cold waves,both the northwest and hyperpolar paths of cold air contributed to a zonally extensive cold air accumulation in the key region of Siberia.This might be the primary reason why strong and extensive supercold waves occur even under the Arctic amplification background.The two cold waves straddling 2020 and 2021 exhibited distinct features:(1)the blocking circulation occurred to the north or the east of the Ural Mountains and was not confined only to the Ural Mountains as it was for the earlier cold waves;(2)the collocation of the Asian blocking pattern and the polar vortex deflection towards East Asia preferred the hyperpolar path of cold air accumulation and the subsequent southward outburst;and(3)both high-and low-frequency processes worked in concert,leading to the very intense cold waves.The cold air advance along the northwest path,which coincides with the southeastward intrusion of the Siberian High(SH)front edge,is associated with the high-frequency process,while the cold air movement along the hyperpolar path,which is close to the eastern edge of the SH,is controlled by the low-frequency process.