An enhanced influence of sea surface temperature in the tropical northern Atlantic on the following winter ENSO since the early 1980s

已有研究指出春季热带北大西洋海温对随后冬季ENSO事件的发生存在显著的影响。该研究发现它们的联系在20世纪80年代初以后显著增强。20世纪80年代初以后,春季热带北大西洋海温为正异常时,副热带东北太平洋存在显著的异常气旋环流,同时异常沃克环流在热带中东太平洋引起显著的异常下沉运动。异常气旋环流西侧的东北风异常增强气候态的风速,导致负海温异常。负海温异常通过Gill型大气响应使得热带西北太平洋产生异常的反气旋环流。同时,热带中东太平洋的沃克环流异常下沉运动也对热带西北太平洋异常反气旋环流的形成起到一定作用。热带西北太平洋反气旋环流南侧的东风异常通过海洋动力过程对随后冬季ENSO产生影响。因此,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO存在显著的影响。然而,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温相关的热带东北太平洋异常气旋环流和热带地区的异常沃克环流不显著,从而不能在热带西北太平洋产生异常反气旋。所以,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO的影响不显著。进一步的分析指出,春季热带北大西洋海温对ENSO影响的年代际变化可能与热带北大西洋降水气候态的年代际变化有关。     

北太平洋次表层海温异常对中国夏季降水影响的可能途径

利用Godas月平均次表层海温资料, 分析了冬、春季和夏季北太平洋次表层海温层际相似性特征, 据此对次表层海温进行分层。在此基础上研究了500 hPa位势高度场、北太平洋次表层海温、中国夏季降水三者之间的时滞相关关系, 发现春季北太平洋次表层海温场是联系前、后期大气环流的关键因素。前期冬季大气环流对春季北太平洋次表层海温场影响最显著, 春季北太平洋次表层海温场又持续影响同期及后期夏季大气环流异常。异常的夏季大气环流与同期表层、次表层海温相互作用, 共同造成夏季长江流域与华北、华南降水出现相反异常的分布型式。     

春季东大西洋/西俄罗斯遥相关型异常与我国气温异常的联系

利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia,EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/WRUS遥相关型正(负)位相表现为北大西洋至欧亚大陆中高纬地区的500 hPa位势高度场“+-+”(“-+-”)纬向波列,该波列的三个主要活动中心分别位于西欧、乌拉尔山附近和贝加尔湖南侧。在垂直方向上,春季EATL/WRUS遥相关型具有明显的相当正压结构。春季EATL/WRUS遥相关型异常与我国西北地区春季气温异常具有显著的正相关关系。当春季EATL/WRUS遥相关型处于正(负)位相年,乌拉尔山附近地区为负(正)位势高度异常和气旋性(反气旋性)环流异常,贝加尔湖南侧地区出现正(负)位势高度异常和反气旋性(气旋性)环流异常,使得影响我国西北地区的冷空气减弱(加强),从而导致我国西北地区春季气温异常升高(降低)。     

春季热带大西洋北部海温异常与我国盛夏降水异常的联系

利用Hadley中心的海表温度资料、全国160站降水资料以及NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析等资料,运用多种统计分析方法,分析了春季（3—5月）热带大西洋北部海温异常变化特征及其对我国盛夏（7、8月）降水异常的影响。结果表明:春季热带大西洋北部模态是热带大西洋海温异常REOF分解的第一模态,方差贡献率为34.5%。热带大西洋北部海温异常年际变率具有明显的季节差异,其中春季最为显著。春季热带大西洋北部海温异常与我国盛夏华中地区降水异常有显著的正相关关系。进一步分析表明,春季热带大西洋北部的海温正异常可以激发出Rossby波,在热带大西洋西北部和热带东太平洋北部产生异常的气旋式环流,引起上述区域的对流层低层（上层）大气出现异常辐合（辐散）,并通过热带大西洋北部地区和太平洋之间的垂直环流异常,在中太平洋地区对流层低层大气出现异常辐散,有利于西北太平洋地区产生异常反气旋式环流,异常反气旋西北侧的西南气流有利于水汽输送至我国华中地区,使该地区降水偏多。且这种影响可以通过热带大西洋北部海温异常的持续性,从春季一直持续到盛夏。      

三江源地区冬季降水年代际变化特征及相关物理机制

本文主要利用1961/1962～2017/2018年CN05.1资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究三江源地区（以下简称三江源）冬季降水的年代际变化特征及相关物理机制。结果表明：三江源冬季降水在20世纪80年代末期经历了一次由少到多的年代际增多。三江源冬季降水的年代际变化受乌拉尔山上空异常低压和贝加尔湖—中国东北部上空异常高压影响,与中高纬北大西洋海气相互作用有关。从20世纪80年代末期开始,中高纬北大西洋海温增暖可以导致海表面上空上升运动异常,对流活动增强,激发向东传播的大气环流波列,引起乌拉尔山上空的异常低压和贝加尔湖—中国东北部上空的异常高压。在异常低压与异常高压的影响下,极锋急流南移加强,引起三江源高空辐散,对流活动增强,导致三江源冬季降水增多;另一方面,贝加尔湖—中国东北部上空异常高压还可以通过引起三江源上空异常东风,引起三江源水汽通量辐合异常,导致冬季降水增多。此外,印度洋海温异常可能通过影响南支槽强度变化,进一步调制三江源冬季降水。     

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高（低）时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,西伯利亚高压偏弱（强）,导致贝加尔湖以南大部地区受正（负）高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬（经）向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高（低）。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料，研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明，夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列，引起贝加尔湖地区位势高度升高，产生反气旋性环流异常，并引起东亚地区位势高度降低，产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部，在两者的共同作用下，受异常偏北气流影响，有利于冷空气南下和堆积。与此同时，对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南，西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低，反之亦然。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

春季北大西洋三极型海温模态与中国东部极端低温事件频次年际变化关系的年代际增强

本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明，北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化，但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明，这两者关系之所以发生年代际变化，可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年，NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播，路径偏南，对东亚地区大气环流的影响较弱，从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年，NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中，北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关，该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播，可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流；南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播，可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下，同时改变中国东部地区地表热通量，从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件，使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通...     

青海高原春季气温异常及影响因子分析

利用1961—2012年青海省气温观测资料、NCEP月平均再分析资料集及环流因子数据,探讨了青海高原春季气温异常特征及其影响因子。结果表明:1961—2012年青海高原春季气温呈显著上升的趋势,且具有明显的年代际变化特征;青海高原春季气温主要表现为全区一致型、南北反相型和东西反相型3种分布型,其中全区一致型和东西反相型具有明显的年代际特征,而南北反相型年际振荡特征显著。春季西欧、乌拉尔山、青藏高原及以东地区是影响青海高原春季气温异常的关键系统所在地,乌拉尔山高压脊和东亚大槽的强弱直接影响青海高原春季的冷暖;青海高原春季气温异常的影响因子主要包括乌拉尔山高压脊、东亚大槽、北半球副热带高压和极涡指数、高原高度场;青海高原春季气温对北印度洋的索马里—阿拉伯海—孟加拉湾地区、西北太平洋及赤道中太平洋海温异常有较好的响应,当上述关键海区的海温偏冷(暖)时,易造成青海高原冷(暖)春。     

两类春季极端低温的年代际特征与欧亚环流异常关系对比

利用中国北方501个观测站温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,并对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端降温的大气环流异常特征进行对比。结果表明,21世纪极端降温的环流形势从北大西洋至欧亚大陆呈"准两波型"的结构,波长较长,稳定性较好,低温持续时间长,并且在中高纬度存在明显的波列结构;而20世纪80年代前后极端低温环流形势呈"三波型"结构,波长较短,稳定性较差,低温持续时间较短,且在中高纬度波列结构不明显。北大西洋海温在1997年有明显的转折。1997年以前格陵兰岛南面附近的北大西洋洋面能量向东频散,通过西西伯利亚关键区,激发欧亚型EU波列,加强了气旋式异常环流,有利于低温的维持和发展。可能是存在两个能量频散源地的原因,使得80年代的EU波列波长较21世纪偏短。而1997年以后格陵兰岛以东洋面为关键强迫源,能量向东频散,有利于EU的加强,贝加尔湖西南部槽加强,形成气旋式异常中心,有利于低温的维持。格陵兰岛东侧海温异常热力强迫,可激发出EU型遥相关,在其下游的欧洲大陆形成暖脊,脊向北加强,然后收缩与鄂霍茨克海高压脊直接形成大槽,致使华北地区上空气旋式异常加强,环流易稳定维持,从而使得华北地区温度加剧下降,易发生极端低温事件。该结果反映了华北地区极端低温的年代际特征及其两类极端低温环流形势异常的部分成因,从而为预测极端低温事件提取某些信号。     

中国春季降水异常及其与热带太平洋海面温度和欧亚大陆积雪的联系

利用降水观测资料, 研究了1979～2004年中国春季 (3～5月) 标准化累积降水异常的时空特征及其与前冬、 春热带太平洋海面温度和春季欧亚大陆积雪的关系。中国春季标准化累积降水量EOF第一模态最大变率位于中国东部中纬度地区, 主要反映了中国东部中纬度地区春季降水的变化特征。同时, 中国东部春季降水异常具有南、 北反相变化的特征。当长江以南大部分地区的降水偏少时, 长江以北地区的降水偏多。春季降水异常具有显著的年际变化, 但在1980年代末出现年代际转型, 即年际变化的振幅明显增大变强、 周期变长。从华北到长江流域中纬度地区的春季降水异常特征与前冬热带太平洋海面温度有密切的关系。当前冬、 春热带东太平洋海温偏暖, 西太平洋海温偏冷时, 中国东部从华北到长江流域中纬度地区的春季降水偏多, 反之亦然。虽然当春季欧亚大陆楚科奇半岛和青藏高原积雪偏多, 贝加尔湖到中国东北地区的积雪偏少时, 对应着中国东部从华北到长江流域中纬度地区的降水偏多, 但当去掉ENSO信号后, 这种关系并不显著。说明EOF第一模态所反映的中国东部从华北到长江流域中纬度地区春季降水与欧亚大陆积雪的相关关系可能是前冬热带太平洋海面温度异常的一个体现。     

Two different periods of high dust weather frequency in northern China

近几十年,我国北方春季沙尘的频次的线性趋势下降,但去掉线性趋势后,发现我国北方春季沙尘频次在1966–2014期间有两段沙尘频次的多发年,前一段是1966–1979(P1),后一段是2000–2014(P2)。认识这两段高频沙尘发生的主要特点和可能原因将进一步理解不同年代际背景下沙尘年际变异机理,为沙尘的气候预测提供依据。研究表明前一阶段沙尘的强度是高于后一阶段,沙尘中心分布在南疆和北方中部(华北、河套和内蒙)。主要的原因是北大西洋和北太平洋海温异常不同造成。前者主要受北大西洋副热带海温异常的影响,后者受北大西洋高纬海温异常的影响。前一阶段200 h Pa高层环流出现经向的大气遥相关,导致40–45°N东亚急流加强一方面有利于动量下传造成蒙古气旋活跃,另一方面有利于新疆和蒙古的沙尘输送到我国北方中部区域。后一阶段从北大西洋高纬到东亚呈现纬向波列,导致蒙古气旋南部西风气流加强,沙尘从新疆输送到我国北方。与后一阶段比较,前一阶段的两极冷空气更为活跃,沙尘发生动力条件更强,且春季蒙古和北方中部降水减少均有利于沙尘更强     

2018年春季内蒙古气温异常及大气环流特征分析

采用内蒙古自治区101个国家级地面气象站1961—2018年春季平均气温观测资料、美国国家NCEP/NCAR月平均再分析资料和国家气候中心环流监测指数资料,分析了内蒙古春季气温异常及大气环流异常特征。分析表明:欧亚大陆中高纬500hPa高度呈现"两槽一脊"型分布,乌拉尔山附近高度场为负距平,贝加尔湖附近为正距平控制,有利于内蒙古春季气温偏高;此外,东亚大槽偏弱、亚洲纬向环流异常偏强、青藏高原高度场异常偏高及西伯利亚高压异常偏弱,容易造成春季气温偏高。     

赤道中太平洋海表温度异常对西南地区春季降水年际变化的影响

基于1961—2010年中国西南地区26站春季月平均降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和Hadley全球海表温度(SST)资料,分析了西南地区春季降水年际变化特征及其与海温异常(SSTA)的关系。利用全球大气环流模式ECHAM5进行降水异常对关键海域SSTA响应的敏感性试验。结果表明,西南春季降水年际变化特征十分明显,与同期赤道中太平洋海温有显著的负相关,与中纬度太平洋海温有显著的正相关。数值模式研究显示,当春季赤道中太平洋处于SSTA冷位相时,局地降水减少,其西北侧产生副热带反气旋和中纬度西太平洋地区的气旋式环流异常的响应,我国西南地区对流层低层的东北侧受西太平洋异常气旋环流西部的东-东北风影响。赤道西太平洋海洋大陆区域降水增加,其西北侧的气旋式环流异常,使孟加拉湾低槽增强,西南地区南侧的偏南气流加强了向西南地区的水汽输送,该异常暖湿气流与从东北侧进入西南地区的异常冷空气相交绥,使西南地区春季降水增多。在年际时间尺度上,中纬度太平洋SSTA对西南地区春季降水异常的直接影响不明显,这与中纬度太平洋SSTA受赤道中太平洋SSTA的影响有关,其自身可能是对赤道中太平洋SSTA引起的大气异常的一种反馈。      

山西省夏季降水与赤道东太平洋海温关系初探

利用山西省58个台站1960-2009年有观测记录的50年夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析逐月位势高度场和海温场资料,研究了山西省旱、涝年大气环流特征差异,并进一步讨论了山西省夏季降水异常与赤道东太平洋（Nino区）海温异常的关系。研究结果表明：山西省夏季降水异常年从前期春季到同期夏季,欧亚中高纬度500hPa位势高度的大气环流存在异常,尤其是乌拉尔山高压脊、贝加尔湖低槽及西太平洋副热带高压等大尺度环流系统都有明显的变化;850hPa风场上蒙古气旋南部纬向风的异常,以及我国东部到华北地区经向风（东亚夏季风）的异常,是直接影响山西省夏季降水的重要环流因子;赤道东太平洋秘鲁冷水舌和太平洋东岸暖水舌均是山西省夏季降水的敏感区,其中Nino区域前期春季海温异常对山西省夏季降水的环流系统有显著的影响,即Nino区域前期海温偏低有利于山西省夏季降水偏多。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

“暖北极—冷欧亚”模态的年代际变化及其与北大西洋海温的联系

本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温、美国国家海洋和大气局—环境科学协作研究所20世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911～2019/2020年冬季（DJF）欧亚中高纬地区“暖北极—冷欧亚”（WACE）模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。     

20世纪90年代末东亚冬季风年代际变化的外强迫因子分析

使用NCEP/NCAR、英国气象局哈德莱中心(Met Office Hadley Center)Had ISST以及NOAA提供的再分析资料分析了海温、海冰及雪盖异常对20世纪90年代末我国冬季气温和东亚冬季风(EAWM)年代际跃变的外部强迫作用,同时也对比分析了20世纪90年代EAWM年代际跃变与20世纪80年代EAWM年代际跃变特征和成因的一些差异。结果表明:20世纪80年代中期EAWM的年代际变化特征主要表现为全国一致偏冷型,同时中国近海的海温也偏低;该年代际变化的主要原因来自大气内部动力过程,而海温和海冰的作用不显著。20世纪90年代末EAWM年代际变化的特征表现为东亚北方气温显著偏冷而南方偏暖的南北反相变化分布;EAWM在20世纪90年代末的年代际变化受北大西洋海温和热带太平洋海温的共同影响。北大西洋显著的异常暖海温,激发一个向下游传播的波列,使得西伯利亚高压加强,EAWM加强,从而导致我国北方气温下降;同时,秋冬季北极海冰异常偏少和秋季欧亚雪盖偏多对东亚冬季风的增强也有一定的作用。此外,热带西太平洋的暖海温异常会导致在海洋性大陆地区有异常的辐合和对流增强,引起大气环流的Gill型响应,对流西侧的异常气旋在孟加拉湾至我国西南地区出现南风异常,使得东亚南部地区温度偏高。因此,20世纪90年代末之后东亚温度呈现南暖北冷的分布特征。     

2017年华西秋雨异常偏多的环流特征及其成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和国家气候中心整编的2 000多站逐日降水资料,对导致2017年华西秋季降水异常偏多的大气环流特征及其成因进行分析。结果表明,2017年秋季500 hPa位势高度上欧亚中高纬地区维持一脊一槽环流型,斯堪的那维亚半岛上空有一强大的高压脊,乌拉尔山以东—巴尔喀什湖有一深槽,西太平洋副热带高压异常强大并偏西伸。来自极地的冷空气与来自太平洋和孟加拉湾的暖湿气流交汇于华西地区。华西地区处于东亚副热带西风急流入口南侧的高空辐散区,低层对应较强辐合区和异常上升运动,有利于降水的维持。进一步分析表明,2017年华西秋雨异常偏多是同期巴伦支海海温异常偏暖和中纬度北大西洋海温异常偏暖以及赤道中东太平洋La Ni1a型海温异常共同作用的结果,其中巴伦支海海温异常与华西秋季降水在年代际时间尺度上存在较为一致的变化,两者自1986年起均处于一致的负位相,而2000年以后两者由负位相转为正位相;秋季中纬度北大西洋海温异常与华西秋雨之间的年际关系也存在明显的年代际转折,在2002年前后由两者不存在关系转为显著正相关关系。以上各个海区海温异常对华西秋雨的影响也通过一系列的大气环流模式模拟试验进行了验证。