北半球绕极涡的变异及其与我国气候异常的关系

本文利用近50 a大气再分析资料和中国站点观测资料,通过定义绕极涡的总体面积指数,分析了北半球绕极涡的变异特征及其与我国气候异常的关系,通过考虑绕极涡的局地变异和利用SVD分析方法揭示了绕极涡的局地变异与我国气候变异的关系。结果表明:北半球绕极涡的总体面积变异表现为一致性的扩张或收缩变化特征,近50 a来其总体面积具有收缩的趋势,这与全球增暖尤其是极区增暖有密切关系;叠加在这种趋势之上的既有年际变化又有年代际变化,主要周期大约是3~5 a和8~12 a。因此,研究绕极涡与我国气候的相关时分时间尺度来考虑更合理。北半球绕极涡的总体面积变异与我国气候异常的关系主要体现在年代际时间尺度上,当北半球绕极涡总体一致性收缩时,冬季我国大部分地区的气温都会随之变高,而降水偏多;夏季东北、华北、西南和华南地区气温偏高,降水偏少,而江淮流域气温偏低,降水偏多。反之亦然。北半球绕极涡的局地变异主要体现在西风带长波振幅的变异上,而其与我国气候异常的联系主要表现在年际时间尺度上,当东亚大槽减弱时,冬季我国中、东部大部分地区气温偏高,降水偏多;夏季江淮流域和四川盆地气温偏低,其它地区气温偏高,降水变化不明显。反之亦然。     

北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其对5月南亚降水的影响

本文采用1979—2014年NCEP/NCAR月平均再分析资料、CMAP和GPCP月平均降水资料,分析了北半球平流层极涡崩溃早晚的环流特征及其与南亚降水的关系。结果表明,北半球平流层极涡崩溃时间存在明显的年际变化特征。极涡崩溃偏早(偏晚)年,自3月开始异常信号从平流层向下传播,之后的4月,从平流层到对流层高层极区温度异常偏高(偏低),极涡异常偏弱(偏强),极夜急流异常偏弱(偏强)。结果还表明,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃时间的早晚存在显著相关,5月南亚降水异常与平流层极涡崩溃早晚年平流层异常信号的下传有关。当平流层极涡崩溃偏晚年,4月平流层极区表现为位势高度异常偏低,而中纬度则位势高度场异常偏高,并伴随位势高度异常场的向下传播,5月该位势高度异常场下传至阿拉伯海北部大陆上空对流层顶,形成有利于降水的环流场,导致南亚降水偏多。反之,则相反。     

2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为“暖湿”的异常特征。异常成因分析表明：2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了“暖湿”的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明：2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Ni〖AKn~D〗o3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Ni〖AKn~D〗o海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。     

东北冷涡及其气候影响

基于自动识别、追踪方法得到的近50年东北冷涡数据集, 本文研究了东北冷涡的年际变率及演变趋势, 并分析了其持续性活动对我国气候的影响及相关联的大尺度环流异常特征。结果表明, 东北冷涡具有很明显的年际变率, 且存在2.5年左右的主振荡周期, 但没有显著的长期变化趋势。东北局地在持续性冷涡控制下, 四季气温均明显偏低, 并在春季和夏季能造成局部降水偏多。在东北冷涡活跃的夏季, 长江流域往往降水显著偏多; 而在冬季东北冷涡频繁活动时, 我国大部分地区往往低温少雨, 这与强盛的东亚冬季风密切相关。研究结果表明, 冬季东北冷涡活动和东亚冬季风强度之间的相关系数达到99%的信度水平。在东北冷涡活跃的夏季, 东亚地区对流层维持着深厚的偶极型位势高度异常, 高空急流向南偏移并略加强, 低层西北太平洋反气旋异常和中纬度地区的东风异常有助于局地的水汽通量的辐合, 进而有利于降水的偏多。     

冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国天气气候的关系

用1948-2000年的北半球海平面气压场月平均资料，计算了北太平洋涛动指数和东亚冬季风指数，并研究了北太平洋涛动与东亚冬季风及我国冬季天气气候的关系。研究表明，北太平洋涛动异常变化与我国冬季天气、气候关系密切。强涛动年，东亚冬季风偏弱，我国气温普遍偏高，长江中下游地区降水偏少，而华南降水偏多；而弱涛动指数年，东亚冬季风偏强，我国气温普遍偏低，降水偏少。此外，还指出，强(弱)INPO年大气环流具有弱(强)WP型和强(弱)EU遥相关型。     

2010年5月大气环流和天气分析

2010年5月大气环流主要特征如下:北半球高纬度地区极涡呈偶极型,强度偏弱。中高纬度地区环流呈现五波型分布,东亚大槽的强度偏弱,位置偏西。西太平洋副热带高压呈东西向带状分布,脊线较常年偏北,副高西脊点西伸至印度洋一带。2010年5月全国平均气温为16.0℃,较常年偏高0.4℃。全国平均降水量为80.1 mm,较常年同期偏多13.4 mm。月内出现三次较强冷空气过程和三次沙尘天气过程。     

2023年春季我国气候异常特征及成因分析北大核心CSCD

2023年春季(3—5月),全国平均气温为11.5℃,为1961年以来历史同期第七高。除新疆、西北地区西部、西藏等地气温偏低外,我国大部分地区气温均偏高。全国平均降水量为132.7 mm,较常年同期偏少7.4%。降水呈现“北多南少”的特征,华北、黄淮及青藏高原等地降水偏多,东北、江南东部、华南和西南地区降水显著偏少。在对流层中层,春季亚欧中高纬度呈现“两脊一槽”分布,乌拉尔山地区为正高度距平中心,贝加尔湖至巴尔喀什湖为高度场负距平中心,而东北亚上空为位势高度场正异常;西太平洋副热带高压强度较常年偏弱;在对流层低层,热带西太平洋地区维持异常气旋性环流,其以北则为异常反气旋性环流。2023年春季东北亚高压脊指数为1.7,超过1个标准差,为1961年以来第四强,其异常偏强有利于我国北方降水偏多。长江以北地区受反气旋环流影响,异常偏东南风强盛,有利于将西北太平洋的暖湿水汽输送至我国北方地区。赤道中东太平洋自2021年9月开始一次弱La Ni?a事件,该事件一直持续至2023年3月结束,4月赤道中东太平洋海温开始转为暖水位相。2023年春季我国北方降水异常偏多受到赤道中东太平洋海温演变的影响,合成分析表明,在海温由冷转暖的春季,欧亚中纬度地区易出现“两脊一槽”的环流异常分布型,中西路冷空气南下影响我国,同时东亚上空反气旋式环流使得我国北方地区受异常东南风控制,西北太平洋水汽向北输送偏强,为北方地区的降水提供有利条件。     

中高纬环流因子与黑龙江省初夏气候异常分析

利用1954-2010年地面气温、降水观测资料和月环流特征量、NCEP高度场再分析资料等,采用常规气候统计方法,分析了黑龙江省初夏6月气温、降水的气候特点,通过初夏6月气温、降水与北半球500 hPa高度场相关分析,建立起与中高纬度环流因子关系。结果表明：黑龙江省初夏气候异常与中高纬度环流异常有关,影响初夏气候异常的中高纬度环流因子主要有亚洲纬向环流指数,阿留申低压指数,亚洲区极涡面积指数,鄂霍次克海的阻塞高压指数等。在此基础上分析大气及中高纬度环流因子的背景,考虑外强迫因子海温的间接作用,掌握中高纬度环流因子的变化,是准确预测黑龙江省初夏气候的关键前提所在。     

澳大利亚东侧环流及海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的SST资料和1951～2005年中国160站月降水总量资料,研究了南极涛动,特别是澳大利亚东侧的环流及局地海温异常与长江中下游夏季旱涝的关系。研究发现,澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关,并由此定义了一个澳大利亚东侧位势高度指数（GHIEA）。当GHIEA指数偏大（小） 时,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（偏低）,这种气压异常扰动可能通过Rossby波传播到北半球副热带地区,形成南北半球高度场的遥相关,使我国南海至菲律宾北部副热带地区位势高度增加（减小）,也即副高较强（弱）且偏南西伸（偏北偏东）,从而造成长江中下游地区降水偏多（少）。夏季南极涛动与长江中下游夏季降水的显著相关的原因主要是澳大利亚东侧局地位势高度异常造成的。澳大利亚东侧位势高度偏高（低）,南极涛动指数（IAO） 也随之偏大（小）,澳大利亚东侧位势高度异常通过南北半球高度场遥相关影响到北半球副热带地区的大气环流, 进而使长江中游夏季降水偏多（少）。另外,从局地海温异常角度也能部分解释澳大利亚东侧位势高度异常与长江中下游夏季降水存在显著正相关的可能成因:当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,对应GHIEA指数偏高（低）,也即澳大利亚东侧位势高度偏高（低）。同时,当澳大利亚东侧局地海域SST偏高（低）时,南海地区SST也易于偏高（低）,使西太平洋副高较强并偏南西伸（较弱并偏北偏东）,从而造成长江中下游降水偏多（少）。     

长江中下游地区梅雨期降水与全球500hPa环流的关系

本文利用 ECMWF的全球500hPa高度月平均资料分析了长江中下游地区梅雨 期（6、7月）降水与全球同期和前期环流的关系。结果表明，长江中下游地区梅雨期降水不仅与北半球，尤其是欧亚地区的环流有关，而且与南半球同期和前期环流亦存在相当程度的联系，特别是发现了当2月份南印度洋中高纬度地区经向环流发展时，长江中下游地区梅雨期降水容易偏多。此外，南极极涡的强度变化也与长江中下游地区梅雨存在某种程度联系。     

东北三江流域夏季旱涝基本特征分析

用美国国家环境预报中心 (NCEP) 再分析的高空月平均资料以及中国范围内160个测站的月降水量资料, 对夏季我国东北地区的降水进行分型并分析其环流形势.结果表明, 我国东北三江地区夏季多雨年和少雨年的环流形势存在明显的差异, 1998年夏季属于典型的多雨年; 鄂霍茨克海阻塞高压的出现和发展, 是造成嫩江、松花江流域夏季降水异常偏多的主要原因; 对流层低层水汽通量辐合加强, 是东北地区降水的重要水汽条件; 12月份或冬季的极涡强度指数与次年8月份或夏季我国东北地区的降水存在密切的正相关, 这种关系可以作为预测我国东北地区夏季持续强降水的一个信号.     

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。     

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。     

极涡与南亚高压的关系及对我国降水的协同影响

利用1951~2016年NCAR再分析月平均资料及台站降水资料,研究了极涡与南亚高压的关系及其对我国降水的协同影响。结果表明:极涡和南亚高压在夏、秋、冬季周期变化的时间尺度基本一致,夏季为准9a尺度变化,秋季为准8a尺度变化,冬季为准4a尺度变化;极涡和南亚高压的相关性在夏季最强,在春季最弱,其同期变化对我国降水的影响十分显著;根据同期的极涡和南亚高压各自面积指数标准化距平的正负,将“正-正、正-负、负-正、负-负“四个模态分别定义为SS型、SW型、WS型、WW型,其中SW型与WS型占比较多,表明极涡与南亚高压的同期变化以负相关为主;春季极涡与南亚高压对我国降水的影响主要在新疆及东北渤海湾一带,SS型和WS型对应北方多雨,SW型和WW型反之;夏季其影响主要在高原北部及长江中下游地区,除SW型以外,其余三种分型均对应长江中下游地区多雨;秋季其影响主要在新疆地区,SS型和WS型对应该地区降水偏多,SW型和WW型反之;冬季其影响主要在新疆至长江三角洲一带,SW型对应40°N附近地区多雨,WW型对应西北至东南地区少雨;夏季,极涡与南亚高压的异常调整了东亚大气环流的配置,进而对我国的降水产生影响。      

北极涡年代际变化及其与我国春季降水的关系

基于NCEP/NCAR的500hPa再分析高度场资料计算出多年北半球及各分区的极涡面积和强度,利用线性倾向估计、小波分析及二项式滑动平均分析极涡及我国春季降水的年代际变化特征,并采用奇异值分解讨论同期及前期极涡对我国春季降水的影响。各季节极涡面积及强度均存在显著的年代际变化,在20世纪70年代中期之前有上升趋势,而后出现下降的趋势;但极涡面积总体上有显著的线性变小趋势。在60年代中前期极涡位置偏向亚欧大陆,在90年代中后期极涡位置有偏向太平洋和大西洋一带趋势。我国160站平均春季降水量经历较明显的3次上升过程和4次下降过程;华南、西南地区春季降水趋势与长江流域、黄河流域呈现两种相反的分布型;在20世纪60年代中前期、90年代初及末期,长江流域、黄河流域春季降水量偏多,而在80年代末期、90年代中期及本世纪初,华南、西南地区出现偏多。在春季,若II区(150°E～120°W)极涡面积异常大,I区(60～150°E)、III区(120～30°W)极涡强度异常弱,长江、黄河之间中游地区的降水出现负距平,广东、福建沿海降水出现正距平。前期冬季极涡比夏、秋季极涡对我国春季降水的影响更明显,特别是前冬北美区、大西洋欧洲区极涡面积的影响。     

长江中下游地区冬夏干湿韵律特征分析

通过分析中国160站1952—2013年的月平均降水观测资料,揭示了长江中下游地区冬季和夏季降水间存在显著的韵律现象,即当该地区冬季降水异常偏少(偏多)时,次年夏季降水也趋于异常偏少(偏多),这里称之为干(湿)韵律现象。对干、湿韵律年大气环流背景的分析结果显示,干韵律年和湿韵律年对应的环流形势基本相反:在干(湿)韵律年冬季,东亚地区500 hPa位势高度距平呈现西高东低(东高西低)的分布型,中国南方东部主要受偏北(南)风异常控制,这不利(有利)于低纬度暖湿气流向长江中下游地区输送,导致该地区冬季降水异常偏少(多);在次年夏季,西北太平洋副热带高压异常偏弱(强),不利(有利)于西南暖湿气流向中国东部地区输送,使得长江中下游地区夏季降水也异常偏少(多)。研究进一步指出,长江中下游地区的冬夏干、湿韵律现象与东亚冬夏季风活动的强度密切相关。干、湿韵律现象多在东亚冬夏季风强度变化一致的情况下出现:冬、夏季风一致偏强时多导致干韵律现象,而一致偏弱时易导致湿韵律现象。     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

长江流域、华北降水特征与南亚高压的关系分析

利用多年月平均气象场再分析资料和中国月平均降水资料,研究了长江流域和华北地区的典型旱涝年降水与南亚高压的关系,发现两地区的典型旱涝现象与南亚高压的异常增强或减弱、中心位置的经纬度偏差均有关。南亚高压异常增强,易造成长江流域涝、华北地区旱;南亚高压异常减弱,易造成长江流域旱、华北地区涝。同时发现、长江流域、华北地区的典型旱涝现象具有明显的反位相特征。