冬季极涡对欧亚大范围天气气候的影响及长期预报

本文应用统计学方法,首先分析了各种极涡指数对欧亚大范围天气气候的影响,结果表明:Ⅰ区极涡面积指数与我国及苏联乌拉尔山南部地区和西西伯利亚地区气温关系密切。而着重分析了Ⅰ区极涡面积与同期亚洲中纬地区西风环流、副热带环流及前期整个北半球大气环流的联系,得到如下主要结果:Ⅰ区极涡面积指数与亚洲中纬地区纬向环流指数及印度洋副高、西太平洋副高存在着十分密切的负相关关系。前期3月北大西洋西风环流与5月北美大槽强度对冬季Ⅰ区极涡强弱变化具有很好的指示性。用前期大气环流和北太平洋海温作为因子做冬季Ⅰ区极涡预报取得较好效果。     

2003年毕节地区异常气候分析

摘要：根据西太平洋副热带高压、亚洲环流指数、亚洲区极涡面积指数和青藏高原指数等资料,分析造成2003年我区严重冬春连旱、2月下旬平均温度比历年同期偏高7～9℃、8月上旬平均温度超过了历年同期最高值等异常天气的大气环流特征,为今后在短期预测方面提供一定的预测依据,更好地为当地的政府部门服务。     

中国东北南部冬季气温异常及其大气环流特征变化

该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上，利用NCEP/NCAR再分析资料，探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征。发现:东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期，60年代达到低谷，80年代中期以后一直处于暖期，90年代为49年来最暖期，1986年是由冷转暖的明显突变点；气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期；东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好，是49年全国增暖最显著的地区之一；冷、暖冬年，欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异，西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。     

100hPa极涡、南亚高压的变化及大气环流分布特征

利用NCEP/NCAR高度场资料进行计算,对冬、夏极涡与南亚高压面积进行Morlet小波变换,并对100 hPa高度场进行EOF分解和长期趋势分析.结果表明:极涡、南亚高压具有相似的演变特征,这种相似特征在前期冬季极涡与南亚高压之间表现更为明显,体现了准5年尺度和准20年尺度的周期变化,在变化的位相上则相反.EOF分析表明,前期冬季高纬度地区与中低纬度地区的环流变化呈相反趋势,且第一模态的时间系数与前期冬季极涡的趋势一致,第一模态在一定程度上反映了前期冬季大气环流分布.夏季第一模态全场为负值,体现了夏季100 hPa整体异常性;第二模态反映了副热带中低纬度大气环流与高纬度大气环流变化相反.从其长期变化趋势来看,冬季高纬度地区的高度场呈负趋势变化,副热带地区呈正趋势变化,夏季除我国华北部分地区为负趋势变化外,均为正趋势变化.极涡、南亚高压的这种年代际变化与100 hPa高度场的长期线性趋势变化有关.     

夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响

由于北极涡与副热带高压是两个影响我国天气气候变化的主要大气环流实体,两者紧密相联,且均对华北夏季降水有明显作用,本文使用NCEP/NCAR再分析资料、国家气候中心提供的74个大气环流因子及中国160 站月降水资料,利用合成分析、相关分析及SVD等方法讨论了夏季北极涡与北半球大气环流及副热带高压的相互关系,分析了夏季北极涡及副高对华北降水的共同作用.结果表明:(1) 北极涡的变化不仅与高纬高度场密切相关,而且与中、低纬度环流紧密联系,当极涡异常偏大偏强,中、低纬地区位势高度均明显偏低,北半球副高的面积和强度易偏小,北界位置易偏南,其中副高强度的变化最大.(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关,而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关.(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主,副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关.当亚洲和欧洲区极涡异常南扩,北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱,西太平洋和南海副高明显北抬时,华北降水易增加.     

北半球冬季亚澳振荡与亚澳地区气候的关系

再分析资料的EOF结果揭示出,冬季亚澳季风区对流层上层位势高度场存在着南北反相变化的振荡—亚澳振荡（AAD）,并定义亚澳振荡强度指数（AADI）。通过相关和合成分析,结果表明,冬季亚澳振荡与同期北半球冬季亚澳地区天气、气候之间存在显著相关。在年际尺度和年代际尺度上,AAD与同期北半球冬季亚澳地区气温、降水的异常显著相关,在年际信号上叠加年代际信号后,该指数与亚澳地区的气温和降水的相关更为显著。冬季亚澳振荡强年对应着同期冬季鄂霍次克海高压（阿留申低压）,东亚大槽和阿拉斯加脊以及极锋急流偏强;高低纬度之间的经向环流增强,副热带急流偏南偏强。这种关系本质上反映出了亚澳季风系统不仅是海陆温差的产物,也受到对流层上层温度南北差异的强迫。     

大连地区冷暖冬年冬季大气环流特征分析

利用合成分析方法,对大连地区1960--2000年冷暖冬年冬季的环流形势进行了对比分析。结果表明：在冷暖冬年冬季,海平面气压距平场、500hPa高度距平场、300hPa纬向风距平场都存在着显著的差异,其中蒙古高压、极涡的位置、面积、强度及东亚西风环流指数、极锋急流差异都显著,说明极锋急流、极涡、乌山脊、东亚大槽及蒙古高压等都是影响大连冬季气温异常的关键系统。     

三峡库区夏季旱涝成因分析及预测方法研究

对比分析了三峡库区夏季旱涝同期环流特征,指出三峡库区夏季降水异常的主要成因是亚洲中纬度经纬向环流、北半球极涡和西太平洋副热带高压等环流异常,通过相关普查方法找出了影响夏季降水的前期信号,提出了物理意义明确的夏季旱涝预测概念模型.     

三峡库区夏季旱涝成因分析及预测方法研究

对比分析了三峡库区夏季旱涝同期环流特征,征出三峡库区夏季降水异常的主要成因是亚洲中纬度经纬向环流,北半球极涡和西太平洋副热带高压等环流异常,通过相关普查方法找出了影响夏季降水的前期信号,提出了物理意义明确的夏季旱涝预测概念模型。     

2017年山东夏季降水特征及预测初探

2017年夏季山东平均降水量为453.0 mm,较常年（400.3 mm）偏多13.2%,降雨过程较多,降水空间分布不均匀。夏季北半球极涡为单极型分布,中高纬整体以纬向环流为主,西太平洋副热带高压较常年同期强度偏强,西伸脊点较常年偏西。6月降水主要由华北、东北冷涡偏强造成,7月和8月副热带高压偏强、偏西,副热带高压边缘暖湿气流为山东降水提供了充足水汽,导致7、8月降水偏多。此外,进一步分析了历史上相似年份确定和客观预测方法对山东夏季降水预测的作用。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

东北地区冬季气温与北极涛动年代际关系研究

利用中国160站气温资料、北极涛动指数资料及关国NCEP／NCAR再分析资料中月平均海平面气压场、高度场、风场资料，分析了东北地区冬季气温、冬季北极涛动的年代际特征及其关系。结果表明：在年代际时间尺度上，两者之间存在显著正相关。冬季北极涛动处于低（高）指数期，东北冬季气温为持续冷冬（暖冬）期。可能影响机制是：在地面，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，西伯利亚高压增强（减弱），亚洲大陆偏北冬季风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期；在对流层中层，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，东亚大槽加深（减弱），贝加尔湖以西以北脊增强（减弱），环流呈经向（纬向）型发展，东北对流层中层偏北风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期。     

100毫巴极涡和南亚高压的活动与东北区夏季低温的关系

本文利用10O毫巴面资料,计算了位势距平场及纬向地转风速,讨论了极涡、南亚高压的活动与我国东北区夏季低温的关系,得出如下结论: 1.中国东北区夏季异常低温的形成,是南亚高压弱、极地冷空气经常在中纬度活动的结果; 2.冬季(11—2月)100毫巴太平洋副热带高压与夏季的南亚高压有关系,他们的相关系数等于0.62; 3.1—5月 100毫巴面极涡的频数分布有三种类型:a·当极涡经常在极区活动时,则东北区夏季气温偏暖;b‘当极涡持续偏心在欧亚大陆活动时,则东北区夏季气温偏冷3c·如果极涡的频数分布有两个高频数中心分别在欧亚及北美,则东北区夏季气温的偏暖或偏冷决定于南亚高压的偏高或偏低,他们彼此成正相关; 4.东北区夏季气温与欧亚大陆冬季的雪盖面积和青藏高原的降雪量成反相关。     

平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响

利用1970—2010年NCEP/NCAR再分析资料、我国160站月平均降水资料分析了平流层极涡向欧亚大陆偏移与我国冬季降水的关系。结果表明:1月极涡偏欧亚大陆强度指数与同期1月降水的显著正相关区域主要分布在我国中部大面积地区及新疆西南部的少数地区,显著负相关区域主要分布在新疆中部;相对1月而言,与后期2月显著正相关区域仍然主要分布在我国的中部地区但向西北方向延伸,使得华中北部、华北南部相对减少,而华北西部、西北东部等地区增大。对流层环流形势显示出在欧亚型强极涡年的1月,东亚冬季风和东亚大槽异常减弱,我国内陆中东部东南风距平显著,而贝加尔湖北部北风距平显著,南下的冷空气与暖湿气流交汇地区较常年偏北,同时我国中部地区低层水汽向上传播也明显增强,存在显著的水汽强辐合中心。     

2008年初“低温雨雪冰冻”灾害天气的持续性原因分析

从预报角度出发,初步分析了2008年初"低温雨雪冰冻"天气的主要特点和环流特征,对冻雨、暴雪的成因也进行了初步分析:2008年初低温雨雪冰冻期间,大气环流形势稳定,极涡中心偏向于东半球,强而稳定,来自极地的冷气团与来自热带洋面的暖气团长时间在长江中下游地区交汇是主要原因;贝加尔湖以西地区阻塞高压强而稳定,中亚、西亚低槽(涡)位置稳定、发展活跃;对流层700 hPa等压面西南气流稳定,850 hPa低层多切变、低涡活动,为降水提供了非常有利的低空辐合条件;对流层中层高原有低涡发展,高原不断有正涡度向东传播至东部沿海;西太平洋副热带高压(副高)强盛,位置偏西、偏北;副热带锋区强盛,南北温度梯度大;南支槽比较活跃;华南准静止锋、滇黔准静止锋稳定维持;热带洋面上暖气团活跃;逆温层稳定,融化层厚度较厚,是长时间冻雨天气的主要原因之一.2008年初低温雨雪冰冻期间的第1次过程为强冷、暖气流共同作用所致,其后是华南、滇黔准静止锋稳定,扩散冷空气渗透所为;2008年初暴雪天气的主要因四川盆地有正涡度向东传播至中国东部沿海地区,水汽充沛,上升运动强烈所致.     

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。     

2021年2月北美极端低温暴雪的卫星遥感监测

利用气象卫星数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据,在开展卫星数据误差分析的基础上,研究2021年2月北美冬季风暴乌里发生的气候背景、发展演变、极涡活动对乌里的触发作用及造成极端低温和降雪的大气影响因子等。结果表明:与ERA5温度相比,FY-3D/VASS温度在北美地区100,400 hPa和850 hPa的平均绝对偏差分别为1.14℃,1.44℃和2.63℃,可满足冬季极端冷事件监测服务需求;2021年2月北美大陆冷空气活动关键区（50°~80°N,50°~150°W）西部温度较历史同期偏低4~8℃,2月上旬冷空气强度最强,温度距平百分比达70%;在东北太平洋暖高压脊引导下,极涡加强南下,极涡中心西侧横槽转竖过程中冷空气向南爆发,对流层中高层高位涡异常南伸为乌里的生成提供了高层动力强迫,低层冷空气南下和墨西哥湾沿副热带高压西侧向北输送的暖湿气流在美国南部交汇,触发了乌里低层低涡及云系的快速发展;造成强降雪的风暴乌里云系具有对流特征,冷锋云带和头部云顶亮温大部分低于-40℃,部分低于-52℃,闪电活跃。     

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。     

中国冬季地面气温10～30d低频变化及其与乌拉尔山环流的关系

基于国家气象信息中心冬季(12月—次年2月)逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用非滤波方法提取10~30 d低频成分,分析了1979—2011年中国低频气温及与之关联的大气环流特征,着重讨论了乌拉尔山环流对中国冬季地面低频气温的影响。结果表明:1)全国气温第一模态呈现全国大部偏冷(暖)的空间分布型;典型年气温10~30 d低频方差贡献率占30%以上。2)北大西洋到极地、乌拉尔山及贝加尔湖地区环流异常与中国冬季气温异常显著相关。当极涡偏弱或北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)正异常,乌拉尔山地区高压脊偏强时,有利于地面贝加尔湖附近的冷高压加强,使中国冬季气温偏冷;反之亦然。3)中国冬季低频气温与乌拉尔山环流密切相关,且当乌拉尔山环流异常超前约15 d时,两者相关关系最好。即乌拉尔山高度场的加强有利于乌拉尔山高压脊及西伯利亚高压加强,对应东亚冬季风加强,导致中国冬季气温偏低。