秋季北极海冰与欧亚冬季气温在年代际和年际尺度上的不同联系

北极海冰的急剧消融在近年来欧亚大陆频发的低温事件中扮演着关键角色.秋季北极海冰的偏少对应着冬季欧亚大陆的低温天气,然而二者的联系在年代际和年际两种时间尺度上存在显著区别.本文运用1979—2012年哈德莱中心第一套海冰覆盖率(HadISST1)、欧洲中心(ERA_Interim)的2m温度、风场、海平面气压场、高度场等资料,分别研究了年代际和年际时间尺度上前期秋季北极海冰与欧亚冬季气温的联系.结果表明,欧亚和北极地区(0°—160°E,15°N—90°N)的冬季气温具有显著的年代际和年际变化.在年代际尺度上,温度异常分布在21世纪初由北极冷-大陆暖转为北极暖-大陆冷.这一年代际转折与前期秋季整个北极地区的海冰年代际减少联系密切.秋季北极全区海冰年代际偏少对应冬季欧亚大陆中高纬地区的高压异常,有利于北大西洋的暖湿气流北上和北极的冷空气南侵,造成北极暖-大陆冷的温度分布;在年际时间尺度上,温度异常分布主要由第一模态的年际变化部分和第二模态组成,且第一模态包含的年际变率信号也存在显著的年代际变化.年际尺度上全区北极海冰对欧亚冬季气温的影响远不及位于北冰洋西南边缘的巴伦支海、喀拉海和拉普捷夫海西部(30°E—120°E,75°N—85°N)的关键区海冰影响显著.关键区内海冰的偏少会引发冬季的北大西洋涛动负位相,导致北大西洋吹往欧亚大陆的暖湿气流减弱和欧亚大陆中高纬地区的气温偏低.     

南太平洋和北太平洋年代际振荡与华北盛夏降水的关系及可能物理机制

利用降水、大气环流和海表温度等多种再分析资料和偏相关方法,研究了1951—2007年南太平洋年代际振荡（SPDO）和北太平洋年代际振荡（即PDO,本文称为NPDO）分别与华北盛夏（7—8月）降水在年代际时间尺度上的关系及其可能物理机制.结果表明：在去除SPDO和NPDO的相关性之前,它们与华北盛夏降水的关系均偏弱;但在去除两者相关性之后,SPDO（NPDO）与华北盛夏降水存在显著正（负）相关关系.去除两者相关性之后,当SPDO处于正位相时,热带西北太平洋海温异常显著偏暖,这将在对流层中下层从热带西太平洋—东亚沿岸激发出"气旋-反气旋-气旋"的负位相东亚—太平洋型遥相关（EAP）波列,该波列导致东亚夏季风异常增强,有利于低纬地区水汽输送至华北地区,从而使得华北盛夏降水异常偏多,反之,当SPDO处于负位相时,华北盛夏降水异常将偏少;对NPDO来说,当其处于正位相时,不仅热带西北太平洋异常显著偏冷,而且印度洋大部分海温异常显著偏暖,在两者共同作用下,对流层中下层从热带西太平洋—东亚沿岸出现"反气旋-气旋-反气旋"的正位相EAP波列,这将引起东亚夏季风异常减弱,不利于低纬地区水汽输送至华北地区,华北盛夏降水异常因此减少,反之,当NPDO处于负位相时,华北盛夏降水异常将偏多.     

新疆夏季降水年代际转型的归因分析

本研究针对我国内陆新疆地区在20世纪80年代末出现由暖干向暖湿的年代际转型,从大气环流因子进行归因分析.结果显示,位于东亚沿海地区的东亚-太平洋型遥相关波列(EAP)的强度和位置的年代际加强和偏移对于新疆地区此次气候的干湿转型具有重要贡献.转型之前EAP强度偏弱,位置相对偏东,对新疆夏季降水变化没有明显贡献,且影响新疆夏季降水发生的主要环流系统是位于中纬度欧亚大陆上空的异常纬向波列.转型后EAP强度偏强,位置相对前期向西偏移,因此从西北太平洋向我国内陆地区的异常水汽输送显著增强,使得新疆地区大气含水量增加,从而导致20世纪80年代末以后新疆夏季降水的增加.     

中国东部土壤湿度异常和厄尔尼诺对中国东部夏季降水的作用比较

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Ni?o)在影响夏季东亚环流和中国东部降水中的作用及其机理.结果表明,中国东部春季土壤湿度和El Ni?o海温异常均对东亚夏季风有显著的影响,其中土壤湿度对中国东部夏季降水的影响略大于海温的作用,然而两者对东亚夏季风环流和中国夏季降水的作用显著不同. YRNC土壤偏湿(干)引起的降水异常模态为中国北部和东南降水偏少(多),而长江流域和东北降水偏多(少),环流上YRNC土壤偏湿(干)能引起西太平洋副热带高压显著偏强(弱)偏西(东)和东亚大槽偏深(浅),表现为弱(强)夏季风形态. El Ni?o对降水的影响显著不同于土壤湿度的作用,在El Ni?o发展期的夏季,中国东北和华北地区为异常反气旋,长江中下游和华南地区为异常气旋,西太平洋副热带高压偏弱,引起长江下游、华南降水偏多,华北降水偏少.在El Ni?o衰减期的夏季,中国东北地区存在一个异常气旋,华南有一个异常反气旋,异常反气旋西部的偏南气流和异常气旋西部的偏北气流在中国中部和北部地区汇合,使得夏季华北和长江中游地区降水增多,其余地区降水偏少.     

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明：北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高...     

北大西洋涛动和南半球环状模不同位相配置对我国南方夏季降水的协同影响

利用我国气象台站观测资料和再分析格点数据,诊断研究了前期春季(4-5月份)北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)和南半球环状模(Southern Annular Mode,SAM)在不同位相配置下对我国南方夏季降水异常变化的协同影响作用.分析结果表明,在剔除ENSO最强信号影响后,我国南方夏季降水异常分布显著地依赖于前期春季两个较为独立的年际变率主模态(NAO和SAM)位相的不同配置,即降水异常型主要表现为两个因子单独作用的叠加效果,当前春SAM正位相偏强而NAO负位相偏强时,二者的影响呈现协同正效应,我国南方夏季(6-7月份)降水表现为全区正异常,特别在长江中下游及其以南附近地区最为显著;反之,当前春SAM呈偏强的负位相而NAO偏强的正位相配置时,二者的影响呈现协同负效应,对应我国夏季长江中下游地区降水表现为显著负异常.对其可能的影响机理研究表明,在SAM与NAO位相相反情况下,二者均会通过海气相互作用过程影响到热带大西洋北部海温的异常变化,进而形成协同作用,增强北大西洋海温三极子模态异常信号,从而通过欧亚大陆的遥相关波列对东亚夏季风和我国南方降水产生显著影响.相比之下,当SAM与NAO同位相时,可能表现为抵消效应,不利于北大西洋海温三极子发展,从而削弱对我国南方夏季降水的影响,此方面还有待进一步研究.     

北半球大气遥相关型与区域尺度大气扰动

北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)和太平洋-北美型(PNA)等北半球大气遥相关型,可以用大气位势高度的物理分解扰动分量解释.结果发现,AO反映的是北极地区行星尺度纬圈平均扰动分量的变化,PNA与持续性天气尺度扰动分量相联系,NAO是行星尺度纬圈平均扰动与天气尺度扰动共同作用的结果.对行星尺度纬圈平均扰动分量和天气尺度扰动分量用旋转经验正交函数(REOF)展开,不但可以证实人们已经命名的区域性大气涛动,还新发现了北极地区的两对偶极涛动、欧亚涛动(EAO)和"大西洋-欧亚型"(AEA)波列.这些涛动连接了相邻地区的异常天气和异常气候.     

基于年代际突变分量的东亚夏季降水动力-统计预报方案研究

基于1983~2011年CMAP降水数据分析,揭示东亚及其近海地区(简称东亚)的夏季降水距平在1999年前后由"+-+"型分布(由北至南)调整为"-+-"型分布,且这种年代际变化主要体现在EOF第3模态中;而在国家气候中心海气耦合模式(BCC_CGCM)回报和预报资料中,1999年前后则由"+-+-"分布型(由北至南)调整为"-+-+"型,即BCC_CGCM对降水年代际分布的预报与实况有较大差别.同时,结合EOF年代际突变分量给出了全球海温场与东亚夏季降水年代际变化有显著联系的关键海区,分析了BCC_CGCM对关键区海温的预报能力及对应的东亚夏季降水预报效果的差异,验证了基于关键区海温指数对改进模式预报结果的可能性.在此基础上,给出了基于年代际突变分量的东亚夏季降水动力-统计预报方案研究,并进行独立样本回报.结果表明,基于V区海温指数订正结果的距平相关系数(ACC)达到了0.25,距平符号一致率(ACR)达到61%,7个区域订正结果平均的ACC为0.03和ACR为51%,较BCC_CGCM模式结果的-0.01和49%均有一定的改进;且订正后1999年前后两个时段降水距平的空间分布和纬圈平均演变均体现了降水型由"+-+"向"-+-"调整的特征.因此,基于海温关键区指数的动力-统计相结合的预报方案能够增加模式对东亚夏季降水的季节预报结果中的年代际变化信息.     

南极涛动的年际变化及其对东亚冬春季气候的影响

研究了南极涛动的年际变化及其对冬春两季东亚气候的影响, 结果表明, 南极涛动强年不利于东亚冬春两季冷空气的活动. 通过平均经圈环流分析发现, 在南极涛动异常年有从南极到北极分布的经向遥相关, 并且该遥相关具有正压的结构. 此遥相关冬季在欧亚地区显著, 春季在太平洋地区显著. 研究还表明, 南半球高纬的平均纬圈西风, 在冬季与欧亚西风有显著的正相关关系, 因而在一定程度上证实了冬季经向遥相关的存在; 在春季, 则与太平洋北美型遥相关有显著的反相关关系. 因此, 局地经向遥相关是冬、春两季中南北半球中高纬大气环流相互作用的一个可能途径.     

前期西太平洋暖池热含量异常影响长江中下游夏季降水的可能途经

利用日本气象厅历史海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、海表温度和降水资料,研究了1951-2010年前期西太平洋暖池（简称暖池）热含量异常与长江中下游夏季降水的关系,及其可能影响途径.结果表明,前期暖池热含量与长江中下游夏季降水存在超前2个季节的显著负相关关系,前期11-1月（即上年11月-当年1月,下同）暖池关键区（166.5°E-173.5°W,7.5°S-3.5°N）0~200 m热含量的偏低（高）对长江中下游夏季降水偏多（少）的预测有重要指示意义.前期暖池热含量异常的持续存在,及其外强迫作用激发的具有一定斜压性结构的夏季东亚-太平洋型遥相关（EAP）,可能是影响长江中下游夏季降水的主要原因.暖池热含量在前期11-1月异常偏低导致其西北侧菲律宾异常反气旋形成并维持,夏季菲律宾异常反气旋向西北方向扩展加强,东亚沿岸EAP波列形成,使得长江中下游及其以东的西北太平洋副热带地区受异常气旋控制,且长江中下游地区为北方冷空气与南方暖湿气流的交汇区.同时,对流层高层东亚沿岸亦存在位置较中低层向西北偏移的EAP波列,长江中下游及其以南地区为异常偏强高压,高层辐散与中低层辐合相配合,有利于长江中下游地区对流发展和降水增多;反之亦然.     

积雪在El Niño影响东亚夏季气候异常中的作用

本文利用1948-2010年Global Land Data Assimilation System（GLDAS）NOAH陆面模式资料、GPCC月平均降水资料和NCAR/NCEP全球月平均再分析资料,采用滤波、距平合成和线性相关等方法,分析了El Niño成熟位相冬季欧亚大陆积雪异常的分布特征,研究了关键区积雪融化对后期春、夏季土壤湿度、土壤温度以及大气环流与降水的影响,揭示了El Niño事件通过关键区积雪储存其强迫信号并影响东亚夏季气候异常的机制和过程.主要结论如下：El Niño成熟阶段冬季伊朗高原、巴尔喀什湖东北部和青藏高原南麓区域是雪深异常的三个关键区,这些区域的雪深、雪融和土壤湿度有明显的正相关;这三个关键区雪深异常通过春季融雪将冬季El Niño信号传递给春、夏季局地土壤湿度,通过减少感热通量和增加潜热通量对大气环流产生影响;春末夏初伊朗高原土壤湿度异常对东亚夏季气候异常的影响最大,其引起的降水异常与El Niño次年夏季降水异常分布基本一致,春夏季青藏高原南麓和巴尔喀什湖附近土壤湿度也都明显增加,均会对中国华北降水增加有显著正贡献.总之,在利用El Niño事件研究和预测东亚夏季气候异常时,还应考虑关键区雪深异常对El Niño信号的存储和调制作用.     

欧亚地区夏季大气环流年际变化的关键区及亚洲夏季风的关联信号

本文利用资料分析和数值模拟方法研究了欧亚地区夏季大气环流的相关性及其与亚洲夏季风的关联信号,以期为欧亚地区的气候变异及可预测性研究提供科学依据.结果表明:欧亚区域同期(JJA)500 hPa高度场年际变化的关键区包括热带区、中纬度的贝加尔湖和巴尔喀什湖之间以及欧洲地中海附近地区;表面气温的关键区主要位于热带海洋;海平面气压的关键区包括热带的海洋性大陆区域、印度洋和非洲大陆赤道附近部分区域、中高纬的贝加尔湖与巴尔喀什湖之间的地区.另外,夏季大气环流年际变化的春季关键区明显西移/南退,特别是表面气温(其西太平洋区不再是关键区).公用气候系统模式CCSM4.0的大气模式在给定海温年际变化的情况下对于上述大气环流相关场及其关键区的模拟基本合理,其中500 hPa高度场的模拟结果较好,海平面气压场的结果逊之;对于同期和前期的结果,模式都有夸大西太平洋海温影响的倾向.对于东亚夏季风指数与大气环流的同期年际变化信号而言,其空间分布基本表现为以30°N为界呈西南东北向的波列状分布;其春季前期信号中,30°N以南的显著区几乎都位于海洋,30°N以北主要位于欧洲、巴尔喀什湖与贝加尔湖之间的地区.南亚夏季风指数的前期显著相关区比同期明显西移/南退.总之,模式的模拟结果和观测结果相当吻合,但其同期模拟结果比前期的更好一些.这些结果说明:模式对于大气环流年际变化的耦合变化信息的刻画是基本合理的,这为利用气候模式进行有关可预测性研究和降尺度预测研究奠定了基础.     

Arabian Peninsula-North Pacific Oscillation and its association with the Asian summer monsoon

Using correlation and EOF analyses on sea level pressure from 57-year NCEP-NCAR reanalysis data, the Arabian Peninsula-North Pacific Oscillation (APNPO) is identified. The APNPO reflects the co-variability between the North Pacific high and South Asian summer monsoon low. This teleconnec- tion pattern is closely related to the Asian summer monsoon. On interannual timescale, it co-varies with both the East Asian summer monsoon (EASM) and South Asian summer monsoon (SASM); on decadal timescale, it co-varies with the EASM: both exhibit two abrupt climate changes in the middle 1960s and the late 1970s respectively. The possible physical process for the connections between the APNPO and Asian summer monsoon is then explored by analyzing the APNPO-related atmospheric circulations. The results show that with a strong APNPO, the Somali Jet, SASM flow, EASM flow, and South Asian high are all enhanced, and an anomalous anticyclone is produced at the upper level over northeast China via a zonal wave train. Meanwhile, the moisture transportation to the Asian monsoon regions is also strengthened in a strong APNPO year, leading to a strong moisture convergence over India and northern China. All these changes of circulations and moisture conditions finally result in an anoma- lous Asian summer monsoon and monsoon rainfall over India and northern China. In addition, the APNPO has a good persistence from spring to summer. The spring APNPO is also significantly corre- lated with Asian summer monsoon variability. The spring APNPO might therefore provide valuable in- formation for the prediction of Asian summer monsoon.     

Interannual variability of Antarctic Oscillation and its influence on East Asian climate during boreal winter and spring

1 Introduction Antarctic Oscillation is a major mode of Southern Hemispheric (SH) extratropical atmospheric circula- tion. The SH Annual Mode represents a zonally sym- metric exchange of mass between polarward of 60°S and 40°S[1], therefore AAO indicates both the intensity of circumpolar low and zonal mean west wind at mid-high latitudes in SH. Positive phase of AAO tends to deepen circumpolar low and enhance west wind at mid-high latitudes in SH. Many studies show that AAO has bar…     

南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系

本文对长江中下游夏季旱涝年前期（3、4、5月的季节平均）和同期（6、7、8月的季节平均）的南半球环流作对比分析，探讨南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系. 结果表明前期和同期南半球环流均有显著差异，春季南极涛动对长江中下游旱涝的影响较夏季显著，南半球副热带高压在春、夏两季中有很好季节持续性. 因此，春季南半球环流异常可以作为长江中下游夏季旱涝主要短期气候预测因子. 南、北半球中高纬环流相互作用是长江中下游夏季降水的一个重要因素，其可能的联系机制是从南半球高纬到北半球东亚沿岸经向分布的正压遥相关. 研究中还发现在长江中下游的涝年，整个对流层中南半球春、夏两季有持续增温，这说明了南北半球的温度梯度减弱也是东亚夏季风减弱的原因之一.     

全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

BCC_CSM1.1(m)模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的模拟

亚洲-太平洋涛动是北半球夏季亚洲大陆和北太平洋副热带地区对流层中高层扰动温度场上大尺度的东西反相的遥相关现象,其异常变化与亚洲-太平洋地区夏季风气候有着密切的联系.基于欧洲中心的ERA-40再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1（m）气候系统模式多年的数值模拟结果,本文主要评估了BCC_CSM1.1（m）模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的空间分布、指数的时间演变及与其变化所对应的亚洲地区夏季环流异常等方面的模拟能力,结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式能够较好地模拟出北半球夏季对流层中高层扰动温度在亚-太地区中纬度存在的西高东低"跷跷板"现象;模式能够模拟出夏季亚洲-太平洋涛动指数的年际变率,但是不能模拟出该指数在20世纪60-70年代明显下降的年代际趋势;模式还能较好地模拟出亚洲-太平洋涛动高低指数年亚洲-太平洋地区夏季环流的异常：指数偏高年份,南亚高压增强,高空西风急流带和热带东风急流均加强,索马里越赤道气流增强,南亚热带季风和东亚副热带季风均增强,东亚季风低压槽加强,西北太平洋副热带高压增强,南亚和东亚北部降水增加,菲律宾地区、中国长江流域-朝鲜半岛-日本一带地区降水减少,反之亦然.     

Teleconnection between the Indian summer monsoon onset and the Meiyu over the Yangtze River Valley

Based on the Indian and Chinese precipitation data and the NCEP-NCAR reanalysis circulation data, the relationship between the Indian summer monsoon (ISM) onset and the Meiyu over the Yangtze River Valley has been discussed by the methods of correlation analysis and composite analysis. The results show that the date of ISM onset over Kerala in the southwestern coast of the Indian Peninsula is about two weeks earlier than the beginning of the Meiyu over the Yangtze River Valley. After the outbreak of ISM, the teleconnection mode sets up from the western coast of India via the Bay of Bengal (BOB) to the Yangtze River Valley and southern Japan. It is different both in time and space from the telecon- nection mode which is from the northwest of India via the Tibetan Plateau to northern China. The for- mer mode is defined as the "south" teleconnection of the Asian summer monsoon, forming in the pe- riod of ISM onset; while the latter mode is called the "north" teleconnection, mainly occurring in the Asian monsoon culminant period. During the process of the "south" teleconnection’s formation, the Asian monsoon circulation has experienced a series of important changes: ISM onset, the northward movement of the south Asia high (SAH), the onset vortex occurrence, the eastward extension of the stronger tropical westerly belt, and the northeastward jump of the western Pacific subtropical high (WPSH), etc. Consequently, since ISM sets up over Kerala, the whole Asian continent is covered by the upper SAH after about two weeks, while in the mid- and lower troposphere, a strong wind belt forms from the Arabian Sea via the southern India, BOB and the South China Sea (SCS), then along the western flank of WPSH, to the Yangtze River Valley and southern Japan. With the northward moving of the subtropical jet streams, the upper westerly jet stream and the low level jet have been coupled ver- tically over east Asia, while the Yangtze River Valley happens to locate in the ascending motion area between the upper jet stream and the low level jet, i.e. right of the entrance of the upper jet stream and left of the low level jet. Such a structure of the vertical circulation can trigger the Meiyu onset over the Yangtze River Valley.