北极海冰和北半球500hPa极涡的相互关系

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa高度场月平均再分析资料和1°×1°的海冰资料分别计算了北半球500 hPa极涡面积、极涡强度指数和北极海冰面积指数,分析了它们的经向分布、周期变化以及长期变化趋势中的突变。结果表明,海冰和极涡在经向分布上有明显差异,就东西半球而言它们的相对位置也不一样。除了都具有4个月、准半年、准1 a、4~5 a和10 a的共同周期外,还呈现出各自的周期变化。北极海冰面积自20世纪80年代以来呈明显减小趋势,北半球极涡面积也呈减小趋势,但是它们发生突变的时间却完全不同。海冰与极涡面积有显著的正相关关系,但海冰和极涡强度、极涡面积和极涡强度之间的关系却纷繁复杂。     

冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系

利用国际北极浮冰运动观测资料（IABP）（1979-1998）以及NCEP／NCAR月平均海平面气压再分析资料（1960-2002）,通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵,研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系。冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成,与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区。尽管北极涛动（北大西洋涛动）通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动,但是,北极涛动（北大西洋涛动）并不是决定海冰运动主模态的关键性因素。     

2002年南海夏季风爆发期间南海北部海气通量分析与比较

利用国际北极浮冰运动观测资料 (IABP)(1979～1998)以及NCEP/NCAR月平均海平面气压再分析资料(1960～2002), 通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵, 研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系.冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成, 与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区.尽管北极涛动(北大西洋涛动)通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动, 但是, 北极涛动(北大西洋涛动)并不是决定海冰运动主模态的关键性因素.     

北极海冰数值预报的初步研究——基于海冰—海洋耦合模式MITgcm的模拟试验

利用最近发展的MITgcm(麻省理工学院通用环流模式)海冰-海洋耦合模式,以NCEP(美国国家环境预测中心)再分析资料为大气强迫场进行了1992年1月至2009年12月北极海冰数值模拟.结果表明,此模式能很好地模拟卫星观测的北极海冰季节和年际变化,具备很好的北极海冰数值模拟能力.以此为基础,对2009年7月和10月北极...     

冬季欧亚大陆盛行天气型与北极增暖异常的可能联系

利用ERA-interim的再分析资料和英国大气数据中心的海冰密集度资料,通过复矢量经验正交分析方法(CVEOF),本文研究了自1979-2016年37个冬季(12月1日至次年2月28日)共3330 d对流层中层500 hPa欧亚盛行天气型主要时空变化特征及其与近年来北极对流层中、低层增暖异常和北极海冰减少的可能联系。结果表明,CVEOF1解释了总异常动能的15. 82%,其两个子模态空间型分别表现为三极子型(0°和180°位相)和偶极子型(90°和270°位相)。其中,180°和270°位相的天气型发生时,冬季北极对流层中、低层偏暖,盛行暖北极-冷欧亚的大气环流形势。前期秋季从巴伦支海海域以东到波弗特海海域的海冰密集度(SIC)异常偏少可能是其影响因素之一。近年来这两个位相(180°和270°位相)的发生频次逐渐增多,与冬季频发的极端低温事件有紧密联系。在2005/2006年和2011/2012年冬季的冷事件中,180°和270°位相的发生频次明显偏多。因此,秋季从巴伦支海海域以东到波弗特海海域的SIC偏少,冬季北极对流层中、低层异常偏暖,有利于180°和270°位相天气型盛行,可能是导致冬季极端天气事件频发的主要原因之一。     

利用热动力模式模拟1979～1998年北极海冰流出量的变化

本文利用一个Hibler海冰热动力模式。在改进了其热力部分和改变模拟范围以及提高分辨率的基础上,以北极国际浮标计划（IABP）提供的1979～1998年逐日变化的日平均海平面气温场、湿度场、长短波辐射场、风场、洋流场、海洋热流量场为强迫场,模拟了20a北极海冰的流出量。流出量有明显的季节及年际变化,冬、秋季流出量比春、夏季多。与卫星资料反演的流出量相比,冬季海冰面积流出量,反演值小于模拟值,全年则是模拟值小于反演值。     

高亚洲地区夏季0℃层高度变化及其影响特征研究

基于探空资料与空间分辨率为3°×3°、2.5°×2.5°、2°×2°、1.5°×1.5°、1.125°×1.125°、1°×1°、0.75°×0.75°、0.5°×0.5°的ERA-Interim再分析资料,运用气候倾向率和线性插补法,分析了1979—2012年高亚洲地区夏季自由大气0℃层高度的时空变化特征,并探讨了其与纬度、海拔的关系,以及不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料之间的相关性。结果表明:不同空间分辨率的ERA-Interim再分析资料与探空实测资料得到的0℃层高度自20世纪70年代末以来普遍表现为上升趋势,并且分辨率为0.75°×0.75°的再分析资料所得的0℃层高度在4800~5000 m之间波动与探空实测资料所得的0℃层高度接近。不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据与探空实测数据得到的0℃层高度有相似的空间分布,并且其空间变化通常与纬度和海拔相关。高亚洲地区0℃层高度表现出了从北到南,从低海拔到高海拔增加的趋势。从1979—2012年将不同空间分辨率的ERA-Interim再分析数据插值到各个站点得到绝大部分站点的内插格点数据与实测资料偏差为负值,也就是说再分析资料得到的0℃层高度与探空实测结果存在冷偏差,并且分辨率相对较高的ERA-Interim再分析资料与探空实测结果的冷偏差较小的比例更大。     

1966～1991年北极海冰模拟结果与观测的对比

利用宇如聪等1995年建立的北极区域冰-洋耦合模式,以1966～1991年期间逐月的月平均实测海平面气温和气压场为强迫场,模拟了上述26年间北极海冰的时间演变和空间分布,着重分析了大西洋及欧洲沿岸一侧的巴伦支海和格陵兰海的海冰状况,并与目前能够得到的北极海冰密集度观测资料做了对比,结果表明:（1）模式对巴伦支海海冰年际变化的模拟是比较成功的,表现在不仅模拟的1969～1979和1979～1987这两个时段的主要变化趋势和观测事实比较一致,而且模拟出了1979和1984这两个多冰和少冰的极端年份。模拟的主要     

北极海冰对冬季北太平洋风暴轴的影响研究

利用北极海冰密集度资料和NCEP\NCAR再分析资料,运用统计方法讨论了9°W-18-°9°E,45°N以北范围内海冰面积异常对冬季北太平洋风暴轴的影响。结果发现,当该区海冰面积异常增大时,北太平洋风暴轴主体明显减弱,而该区海冰面积减少时,情况则相反。     

中国夏季高温与北极海冰的联系特征

为研究前期以及同时期北极海冰异常对中国夏季高温的影响,根据近50年来中国160个台站的夏季高温资料以及近50年来的北极海冰资料,用SVD诊断分析方法,提取出两场相关最强,协方差最大的三个时次--分别为同期、海冰超前夏季高温9个月和超前13个月.分析研究表明:当北极海冰发生异常时,中国夏季高温异常的响应是滞后的,尤其是滞后9个月、13个月时;北极海冰在1978-1979年突然异常减少,且1979年以后维持海冰偏少的态势;当前期或同时期的北极海冰出现异常增多(减少)时,在中国夏季高温场上的响应以"南区"、"北区"夏季高温异常偏低(偏高),与海冰变化反位相;"中区"夏季高温异常偏高(偏低),与海冰变化同位相.     

北极海冰的气候变化与20世纪90年代的突变

应用英国Had ley气候研究中心1968~2000年的1°×1°的北半球逐月海冰密集度资料,使用EOF分解等统计方法,探讨北极海冰的气候变化趋势、海冰的突变、海冰的季节持续性和各季的特色。结果表明:(1)自1968年以来,北极海冰的减小是北半球海冰变化的总趋势;海冰的趋势变化在海冰的年际总变化中占有相当重要的地位,可达50%左右。冬春季主要减少区域在格陵兰海、巴伦支海和白令海;夏秋季海冰减少是唯一趋势,中心在北冰洋边缘的喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海。(2)20世纪80年代中后期北极海冰已出现减小趋势,在20世纪90年代,海冰又出现范围和面积的突然减少,中心在格陵兰海和巴伦支海;即海冰减少是加速的,其变化程度已远远超过一般的自然变化。(3)海冰有很好的季节持续性,有很强的隔季相关,也有较好的隔年相关;各季节海冰分布型之间有很好的联系,表现为海冰分布型的总体变化趋势是一致的,在海冰的减少中也体现了分布型的特征。     

南、北极海冰的长期变化趋势及其与大气环流的联系

采用南、北极海冰面积指数 1°× 1°经纬度格点资料及海平面气压资料 ,运用多种统计方法 ,研究了南、北极海冰的长期变化趋势、突变特征及其与大气环流的联系 ,发现近年来南极冬、春、秋季海冰逐渐减少 ,夏季海冰逐渐增加 ;北极春、夏、秋季海冰均不同程度地减少 ,冬季海冰变化趋势不明显 ;南、北极各季海冰的年际变化均存在一定的突发性 ,大气环流在海冰突变年前后有显著的差异     

南大洋海冰气候特征研究

应用1973～1988年海冰资料，将南大洋划分为5个海区，即:20～88°E，90～158°E，160°E～132°W，130～62°W，60°W～18°E，按这5个海区分析了南大洋海冰的空间分布特征及其时间变化特征。这些研究结果，对气候背景的研究是有益的。     

基于CloudSat-CALIPSO资料的北极云宏观特征及形成机制研究北大核心CSCD

基于CloudSat-CALIPSO(CloudSat-Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星反演资料以及ERA5(ECMWF Reanalysis v5)月平均再分析资料,分析了北极地区总云量及其出现频率最高的层积云(Sc)的时空分布特征,并且探讨了层积云形成的可能原因。分析结果表明:秋季是北极地区全年总云量最多的季节,且喀拉海—楚科奇海区域云量增加幅度较为明显,其中海气温差较大、表面潜热通量致使边界层上升运动较强且相对湿度大是该区域云形成和维持的主要因素。另外,北极地区分布着大量Sc,主要位于常年几乎无海冰覆盖的挪威海—巴伦支海区域。此区域的低层稳定度与Sc云量呈负相关,即低层稳定度越大,Sc云量越少,此现象与热带以及中纬度等地区不同。开阔的海洋表面通过地表—大气耦合、热量和湿度的湍流表面通量降低了低层稳定度,促进了层积云的形成,增加了层积云的覆盖。     

20世纪90年代初东亚夏季风的年代际转型

利用1979—2009年JRA-25和NCEP/NCAR再分析资料,通过复矢量经验正交方法揭示了东亚地区夏季850 hPa风场变率的优势模态。结果表明:两套再分析资料所揭示的东亚夏季风在20世纪90年代初均发生了年代际转型,与我国夏季降水的年代际转型时间一致。伴随着东亚夏季风的年代际转型,我国北方大部分地区夏季降水减少,尤其是我国东北北部和长江、黄河之间105°E附近区域显著减少,而华南地区和淮河流域降水显著增加。从动力上解释我国夏季降水年代际转型特征,夏季500 hPa高度场两个时段 (1993—2009年和1979—1992年) 的差值分布显示为欧亚大陆北部准纬向遥相关波列,夏季850 hPa风场差值分布表现为贝加尔湖东南侧和日本以南地区存在两个异常反气旋式环流,而我国南方地区和鄂霍次克海附近均为异常气旋式环流。夏季西北太平洋、北印度洋以及部分中高纬度海洋的海温和春季欧亚大陆积雪在20世纪90年代初出现显著变化,春季北极海冰的年代际转型发生在20世纪90年代初,都可能成为东亚夏季风年代际转型的原因。     

ERA5再分析10m风速数据在“两洋一海”的适用性分析北大核心CSCD

西太平洋-南海-东印度洋(以下简称“两洋一海”)地区对我国的天气气候、国家安全和社会经济有重要影响,但由于资料条件的限制,现有的海上高风速事件研究主要集中于近海,导致对“两洋一海”地区远洋高风速事件的时空分布、变化特征及其机理仍然不够了解,急需利用新的高分辨率资料进行深入的研究。目前欧州中期天气预报中心第五代全球大气再分析资料(ERA5)再分析近地面10 m风速数据与现场观测风速的比较研究还相对较少,因此本文将“两洋一海”地区的国际海洋大气综合数据集(ICOADS)锚定浮标观测资料与ERA5进行了对比分析。结果表明:ERA5再分析10 m风速数据能够较好地表现出海面风场的分布特点和变化特征。ERA5再分析资料具有较高的时空分辨率、较长的时间序列以及完整的数据记录,将其用于海上高风速事件的气候分析是可行的,且具有一定的优势。需要注意的是,ERA5再分析风速总体上存在低估实测风速的系统偏差,尤其是实测风速较大时,ERA5偏离于实测风速的现象更为明显。     

南北极海冰的时空变化特征

本文分析了南北极海冰多年平均覆盖资料，给出南北极海冰的年内变化特征，极地海冰最多最少月份的空间分布。计算了２月及９月海冰年际变化方差分布，并对２月及９月南北极海冰７个分区域覆盖面积作了ＥＯＦ分解，为进行南北极海冰影响全球气候的数值试验提供了海冰变化的空间配置     

冬季北极海冰与中国同期气温的关系

采用Hadley中心的海冰密集度资料和中国160站气温资料,对冬季北极海冰变化的主要模态进行了分析,定义了5个关键海区,重点讨论了冬季北极海冰异常与中国冬季气温的关系.结果表明,冬季北极海冰变化主要表现为第一模态,即太平洋、大西洋的海冰反位相分布.海冰变化的关键区域为区域Ⅰ巴伦支海、区域Ⅱ格陵兰海、区域Ⅲ戴维斯海峡、区...     

从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用

利用美国NCEP/NCAR、欧洲中心ERA-Interim再分析资料,以及英国哈得来中心海冰密集度资料,通过诊断分析和数值模拟试验,研究了2011/2012和2015/2016年两个冬季大气环流异常的主要特征和可能原因。结果表明,尽管热带太平洋海温背景截然不同（分别为弱的拉尼娜事件和强厄尔尼诺事件）,但这两个冬季西伯利亚高压均异常偏强,自1979年以来其强度分别排第1和第5位。前期秋季北极海冰异常偏少是导致这两个冬季西伯利亚高压偏强的主要原因。更为重要的是,前期夏季北冰洋表面反气旋风场,以及其上空对流层中、低层平均气温偏高,加强了北极海冰偏少对冬季大气变率的负反馈,进一步促进了西伯利亚高压的加强,从而有利于东亚地区冬季阶段性强严寒的出现。因此,夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰,而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要调节作用。2015/2016年冬季强厄尔尼诺事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流的影响。      

秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。