我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

亚洲冬季地表气温与北半球海平面气压场的关系

利用NCEP资料对1949～1999年间的地表气温进行经验正交函数分解(EOF),得到的前两个模态均表明,20世纪70年代中期以后,在两个模态迭加的情况下,亚洲大部分区域冬季气温升高,增暖明显,发生了显著的年代际变化.奇异值分解(SVD)冬季亚洲地表气温和北半球海平面气压场得到的结果说明,北极涛动对亚洲冬季气温的年代际变化有显著影响,其次北太平洋海平面气压与陆地海平面气压的反相分布可能对亚洲冬季气温的年际变化有影响.     

我国冬季降水年际变化的主模态分析

利用我国160站的观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表面温度（SST) 资料, 分析了我国冬季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常和海温异常。结果表明, 在年际变化的时间尺度上, 我国冬季降水主要表现为长江以南地区降水量的一致变化（EOF1) 和华南、西南地区与新疆北部、华北和长江中下游地区降水反位相振荡的变化（EOF2) 两个主模态, 它们分别可以解释年际变化总方差的49.6％和17.3％, 并具有显著的2～4年周期。此外, 这两个模态也有明显的年代际信号, EOF1表现为20世纪80年代中期以前南方地区冬季降水偏少, 1988年之后转为偏多, 而进入21世纪后逐渐接近历史平均值并有再次转为偏少的趋势, 而EOF2表现为1980年至2005年新疆北部和长江中下游地区的冬季降水出现年代际增多, 而华南地区的冬季降水出现年代际减少。进一步通过回归分析表明, 我国冬季降水年际变化的EOF1与ENSO循环以及东亚冬季风强度的变化有密切的关系, 当ENSO处于其暖（冷) 位相的冬季时, 东亚冬季风系统偏弱 （强), 来自孟加拉湾和南海的异常水汽输送在我国南方地区形成辐合（辐散), 从而有利于该地区降水异常偏多（少)。与我国冬季降水年际变化EOF2相联系的环流表现为欧亚大陆上空具有相当正压结构的一个波列, 该波列对应于东亚沿岸的异常北 （南) 风, 进而引起长江中下游地区水汽辐散（辐合) 和华南地区水汽辐合（辐散), 有利于南正（负) 北负（正) 的降水异常分布。赤道中东太平洋和北大西洋挪威海地区的SST异常分别与这两个模态具有紧密的联系, 并对这两个模态具有一定的潜在预报意义。     

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。     

我国冬季气温年代际变化及其与大气环流异常变化的关系

利用我国160个台站50年(1951~2000年)的月平均温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,对我国从1951/1952~1999/2000共49个冬季(11月至次年3月平均)的气温进行经验正交函数(EOF)分解。第1模态表现为全国一致的增温或者降温,20世纪70年代中期以后,我国冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化;第2模态则表现为南北温度的反相关系,20世纪80和90年代,我国北部地区,特别是东北和西北的温度增加,而我国南部则温度降低。采用频谱分析方法提取我国冬季气温的年代际变化信号更清楚地反映出这些变化。而且这两种模态从20世纪80年代开始的正位相叠加使得我国冬季持续偏暖,在降水场没有显著变化的情况下,加剧了华北地区的干旱程度。对气温的年代际变化与大气环流的回归分析表明,我国冬季气温年代际变化的第1模态与半球尺度上的北极涛动(AO)的变化有密切的关系,它在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态;而第2模态则与中高纬大气环流中的一波结构联系密切,它在高度场上表现为一个准正压的太平洋和大西洋上反相的振荡模态。这就表明,我国冬季气温的年代际变化与大气环流中的基本气流及其扰动有密切的关联。作者还讨论了大气环流影响我国冬季气温年代际变化的可能机理,并指出进一步需要研究的问题。     

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数 （EOF,empirical orthogonal function）分解和依赖于季节的EOF（SEOF,season-reliant EOF）分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖（冷）或北冷（暖）南暖（冷）的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态（SEOF1）为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖（冷）时后冬亦全国一致偏暖（冷）,该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态（SEOF2）表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷（暖）而后冬全国一致偏暖（冷）,该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。     

南太平洋6—8月SST异常的主要模态及其与ENSO和SAM的联系

利用1951—2006年NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分析方法提取了南太平洋6—8月SST异常变化的两个主要模态,结果表明:EOF1主要反映了ENSO信息,EOF2与南半球环状模(SAM)存在关联。EOF1以年际时间尺度变化为主,EOF2的周期接近于年代变化。EOF1的时间序列与同期Ni?o3指数存在显著相关,EOF2的时间序列与3—5月SAM指数存在显著相关。分析EOF1、EOF2与我国夏季降水的相关场,得出6—8月南太平洋SST出现西低东高型分布的年份我国华北地区夏季降水偏少,出现西高东低型分布的年份则降水偏多。3—5月出现中纬度和赤道东太平洋SST异常偏低,而赤道中太平洋SST异常偏高分布型的年份,我国江南地区夏季降水偏多;出现相反的分布型则降水偏少。     

中蒙干旱半干旱区冬、夏季地面气温时空变化特征分析(Ⅰ):1月

为了整体地分析中蒙干旱半干旱区冬季气温的时空变化特征,首先利用1961—1997年1月的实测气温资料,分析了平均场和标准差场,然后再选取区内104个分布相对均匀的站点,对1月气温作了经验正交函数（EOF）和旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：纬度、地形及西伯利亚高压是影响冬季气温的3个主要因子;区内绝大部分地区冬季气温的年际变化〉2℃以上。根据EOF分析,区内冬季气温异常有“全区一致型”、“蒙古中东部及西部6个分区。区内冬季增暖明显,增暖中心在中蒙南边界的临河一富蕴及拐子湖东西差异型＂和＂南北差异型＂三种模态;根据REOF分析,区内的冬季气温可划分为高原东北侧、南疆、北疆、青海高原、一带,近20年平均增温达2．5℃以上,1977年是由冷转暖的突变年;区内大部分地区冬季气温变化有3～4年周期,部分地区还有8年的变化周期。     

东亚冬季风变化若干统计事实

利用EOF（VEOF）分析方法对1956-2005年东亚冬季风和大气环流场的统计特征进行了分析。结果表明：东亚冬季风存在2个模态,其中第2模态变化在冬季风年代际变化和长期变化趋势中起着较重要的作用;冬季风以及大气环流年代际异常在1980年前后发生了突变;冬季风的年代际变化与中国冬季气温、降水年代际关系密切。     

欧洲冬季５００ｈＰａ环流异常及与中国气候异常的关系

用中国160气象站月平均降水和气温资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,采用EOF分析等方法,研究了冬季欧洲500 hPa高度异常的变化特征及其与中国气候的关系.结果表明:(1)EOF第1模态主要反映了欧洲东部大槽和西欧脊的空间变化特征,定义了主模态的两种异常型:西高东低型和西低东高型;(2)主模态时间系数与40°N以南中国中东部一直到华南地区的降水呈显著正相关关系,而与中国东北、内蒙古中东部以及长江下游沿海的气温呈显著正相关关系;(3)西高东低异常型年,有利于欧洲中高纬冷空气向中国南方地区传输,不利于向中国北方地区传输;有利于孟加拉湾水汽向中国华南地区输送,也有利于西北太平洋水汽向中国东部以及北方输送;欧亚高纬度高压系统减弱,而西北太平洋海面低压系统减弱,东亚冬季风减弱;反之亦然.     

中国冬季气温异常EOF分析的改进

采用站网均匀化订正方法处理了中国160站站网1951—2010年冬季（12月-次年2月）气温距平序列,订正后的序列较好地处理了由站网不均匀性引起的方差不均匀。对订正前、后序列分别作了EOF分析,结果表明：1）订正后序列的前2个典型场上的高绝对值区比订正前序列的前2个特征向量有更好的组织性,其高值区主要位于三北地区（西北、华北、东北）及青藏高原,与均方差场的高值区基本一致;2）订正前、后主要模态时间系数演变特征相似（rh≥0．886,h=^-1,2）,但订正后的前2个时间系数的线性分量和年代际变化分量对它们的方差贡献更加集中于第一模态;3）订正后资料EOF分析的第一个典型场和时间系数中的线性分量可以给出中国最近60a冬季主要强增暖区的分布;其年代际分量与分析期间中国强年代际变化分布区域的一致性也优于订正前资料的EOF分析结果。     

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。     

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。     

山西冬季气温异常的气候特征及成因分析

利用1961-2006年山西省42个测站的气温及NCEP海平面气压场、500 hPa高度场、全球海温资料,采用EOF、合成分析和相关分析方法,分析了山西冬季(12～2月)气温异常的时空特征,并从大气环流和海温两方面分析了气温异常的成因.结果表明,山西冬季气温年代际变化特征明显,1960-1980年代中期为偏冷期;198...     

1951—2013年我国冬季气温年代际变化与PDO的关系

利用我国160个测站1951—2013年冬季月平均气温资料和1951—2016年间冬季太平洋年代际振荡(PDO：Pacific Decadal Oscillation)指数资料,分析了两者在年际和年代际时间尺度上的相关关系,探讨了PDO对我国冬季气温影响的可能物理过程。结果发现：PDO与我国冬季气温年际变化不显著;在冬季期间,PDO对我国气温的影响是滞后的;PDO与我国冬季气温年代际变化存在密切关系,当PDO处于年代际正(负)位相时,我国气温普遍偏高(低);PDO年代际分量对我国的影响机制为：当PDO指数位于年代际正(负)位相时段,海平面气压场上西伯利亚高压减弱(增强),500 hPa高度场东亚大槽强度减弱(增强),200 hPa纬向风场东亚北支急流减弱(增强),这些都有利于我国冬季气温偏高(低)。     

我国东北夏季降水异常的时空结构分析

使用1961～2000年我国东北地区35个台站夏季降水量资料，利用自然正交展开(EOF)和求趋势系数的方法分析了东北地区夏季降水异常的时空结构。结果表明，近40a东北地区夏季降水异常存在3个有明确物理意义的分布模态，分别表现为全区多雨(少雨)型、东部多雨(少雨)西部少雨(多雨)型和北部多雨(少雨)南部少雨(多雨)型；第1模态不仅具有年际变化，还具有明显的年代际变化；3个模态的趋势系数表明，全区多雨型、东部多雨西部少雨型、北部多雨南部少雨型均有增多的趋势。     

江苏冬季气温的年代际变化及其背景场分析

利用1961-2000年江苏省60个台站的月平均气温资料，分析了江苏冬季(12月至次年2月)气温的异常空间分布特征；在此基础上，研究了江苏冬季气温的年代际变化及其对应的大气环流和SST异常的背景场特征；最后，初步探讨了江苏冬季气温的年代际异常与全球气温变化之间的可能联系。结果表明：(1)江苏冬季气温异常表现出整体偏冷或偏暖的趋势；(2)近40a，江苏冬季气温的异常变化具有显著的年代际变化特征，其中1961—1985年为偏冷期，而1986—1999年为偏暖期；(3)江苏冬季冷、暖期的大气环流、SSTA背景场存在显著的差异；东亚冬季风及江苏冬季气温的年代际异常与SSTA的年代际背景有着十分密切的联系。(4)在年代际尺度上，江苏冬季气温的异常变化与全球气温的异常变化具有较好的一致性，尤其是1980年代中期以来的异常升温与全球气温的明显增暖是同步的，可以认为江苏冬季气温的年代际变化主要体现为对全球增暖的响应。     

平流层30 hPa月平均高度场的气候特征

采用经验正交函数分解(EOF)方法对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958—1997年共40年,30hPa月平均高度和月平均风场进行了分析,讨论了40年平流层的主要特征向量和相应时间系数的变化特征,发现高度场的EOF第一模态具有很好的空间整体性和明显的季节变化。在平流层中,北半球冬季为一较大的环极冷低压,夏季为一以整个半球为规模的环极暖高压。并以1月和7月代表冬、夏季,选取1月和7月的40年资料作为时间序列,用EOF分析了冬、夏季不同的空问振荡型的特征,运用小波分析方法考察了其年际及年代际变化周期。并据此定义了不同的振荡型指数,为以后分析平流层要素场与气候变化的关系奠定了基础。     

一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。     

中国东北南部地区冬季气温异常的海气背景分析

利用1951—2005年中国沈阳、通化、营口、丹东气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了中国东北南部地区冬季气温的异常变化及其海气背景。结果表明:中国东北南部地区冬季气温具有明显的年代际变化特征;冬季异常冷暖年份,其同期与前期500 hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期春季(3—5月)贝加尔湖高压和西太平洋副热带高压的强弱变化,西风漂流区海温、赤道东太平洋关键区海温及2个海区海温距平差,对中国东北南部地区冬季气温的异常变化均具有较好的预测指示意义。前期夏季(7—9月)赤道东太平洋关键区海温对中国东北南部地区冬季气温异常变化具有指示性。