戴维斯海峡海冰与华北降水的年际关系及其年代际变化

利用北极海冰面积指数和中国160站降水资料，探讨了冬季戴维斯海峡海冰和华北7月降水年际变化的相关特征，并分析了二者年际关系的年代际变化。结果表明，冬季戴维斯海峡海冰与华北7月降水在年际时间尺度上呈反相关关系，1974年前后两者的年际关系由反相关较强转为变弱。冬季戴维斯海峡海冰与中国7月160站降水的年际相关分布在1974年前后由东部型转变为江淮型。     

BCC_CSM北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候模拟的影响

国家气候中心气候系统模式(BCC_CSM)将美国Los Alamos国家实验室发展的海冰模式CICE5.0替代原有的海冰模式SIS,形成一个新版本耦合模式,很好地提高了模式对北极海冰和北极气候的模拟能力。在此基础上,本文评估新耦合模式对1985—2014年东亚冬季气候的模拟性能,检验北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候模拟性能的影响。结果表明,引入CICE5.0后,新耦合模式能较好地模拟出东亚冬季海平面气压、850 hPa风场以及辐射通量,进而改善东亚气温以及降水的气候态空间分布模拟效果。进一步分析发现,与原有耦合模式相比,新耦合模式更好地抓住了东亚冬季海平面气压、总降水量和气温异常对同期巴伦支海-喀拉海海冰密集度异常的响应,进而提高了模式对东亚冬季中高纬度地区气温以及降水变率的模拟能力。     

北极海冰融化影响东亚冬季天气和气候的研究进展以及学术争论焦点问题

北极历来是影响东亚冬季天气、气候的关键区域之一。北极表面增暖要比全球平均快2~3倍,即所谓北极的放大效应。随着全球增暖的持续以及北极海冰的持续融化,北极的生态环境正在发生显著的变化,进而可能对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。本文概述了有关北极海冰融化影响冬季东亚天气、气候的主要研究进展,特别是自2000年以来,北极海冰异常偏少影响东亚冬季气候变率以及极端严寒事件的可能途径、存在的科学问题,以及学术界的争论焦点。秋、冬季节是北极海冰快速形成时期,此时北极海冰对大气环流的影响要强于大气对海冰的影响。近二十年来的研究结果表明,北极海冰异常偏少,不仅影响北冰洋局地的气温和降水变化,而且通过复杂的相互作用和反馈过程,对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。北极海冰通过以下两个可能机制来影响东亚冬季的天气、气候:（1）北极海冰的负反馈机制;（2）由海冰异常偏少引起的平流层-对流层相互作用机制。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,特别是,巴伦支海-喀拉海海冰异常偏少,既可以加强冬季西伯利亚高压（东亚冬季风偏强）,也可以导致冬季风偏弱。导致海冰影响不确定性的部分原因是:（1）夏季北极大气环流状态影响北极海冰异常偏少对冬季大气环流的反馈效果;（2）冬季大气环流对北极海冰异常偏少响应的位置、强度不同造成的。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,在适宜的条件下（例如,前期夏季北极大气环流的热力和动力条件,有利于加强北极海冰偏少对冬季大气的反馈作用）,可以激发出有利于冬季亚洲大陆极端严寒过程的大气环流异常。目前学术界争论焦点主要集中在以下两个方面:（1）关于北极增暖、北极海冰融化对中纬度区域影响的争论;（2）关于1980年代后期以来,冬季欧亚大陆表面气温呈现降温趋势的原因。目前,有关北极海冰融化影响冬季欧亚大陆次季节变化以及极端天气、气候事件的过程和机制,我们认知非常有限,亟需开展深入细致的研究。     

MPI-ESM-LR模式中RCP8.5情景下春季北极海冰突变对东亚夏季降水的影响

利用MPI-ESM-LR模式RCP8.5情景下海冰浓度、降水、海表面温度、500 hPa位势高度和850 hPa风场等数据,对比分析了一次北极海冰突变前后春季海冰与东亚夏季降水关系的差异,并探究其可能成因。结果表明:1)北极海冰突变导致北极海冰浓度(Sea Ice Concentration,SIC)和ENSO对东亚夏季降水的影响均发生变化。突变前SIC和ENSO共同影响降水年际变化;突变后ENSO主导降水EOF的第一模态,SIC主导降水EOF的第二模态;2)北极海冰突变前,ENSO和SIC通过500 hPa经向波列,影响整个东亚地区的850 hPa风场,最终导致三极子型降水模态。突变后,ENSO通过500 hPa经向波列,影响华南地区的850 hPa风场,导致降水的偶极子空间模态,从而主导降水EOF的第一模态;同时SIC通过东亚地区500 hPa纬向波列,影响北方850 hPa风场,最终主导降水EOF的第二模态。3)北极海冰突变后,ENSO和SIC对东亚夏季降水的影响存在区域差异。北极海冰突变前,ENSO和SIC共同影响南北方降水;北极海冰突变后,SIC主要影响北方降水,ENSO主要影响南方降水。     

模拟温室效应对我国气候变化的影响

利用5个全球大气海洋海冰模式,模拟了大气中二氧化碳浓度的增加对我国冬季与夏季地面气温、降水率及土壤湿度的影响。结果表明,由于温室效应,我国冬、夏季气温增暖,降水率与土壤湿度也有明显变化。     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料，探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明，北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关，北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外，不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时，新疆大部冬季气温偏低。     

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。     

北极海冰对青海省春季（3—5月）降水的可能影响

用北极海冰面积指数及北半球500hPa高度资料、青海省春季降水资料，分析了它们之间的相互关系。结果表明北极海冰面积Q指数和M指数与我省春季降水的相关性较为一致，即相关性较好的区域皆为Ⅱ区，相关性较好的月份毕为当年1、3、4月及春季3－5月和前一年的6－8月；海冰是通过影响大气环流系统从而影响我省春季降水的，当年春季和前一年夏季海冰面积的变化对青海省春季降水的影响最明显。     

冬季北半球大气对秋冬季巴伦支海海冰异常的敏感性研究

基于ERA-Interim再分析资料,借助大气模式CAM4,分析了北半球冬季不同月份的平均大气对巴伦支海不同振幅及不同季节海冰扰动的敏感性,并考察了中高纬度典型大气模态的分布变化情况。结果表明,冬季巴伦支海海冰的减少,会导致湍流热通量异常向上、局地异常变暖及水汽含量的异常升高,且相关异常的强度和范围随着海冰减少幅度的减小而减弱。这种局地响应会通过大气环流调整扩散开来,产生远程影响。具体地,冬季大气环流与欧亚地面温度异常对于不同幅度海冰异常的响应是非线性的,且在不同月份也呈现出不同特征。秋季巴伦支海海冰减少虽未引起局地显著的温度异常,但欧亚大陆温度及环流场异常响应的强度更强、范围更广,这表明秋季海冰可以独立地对冬季中纬度大气产生影响。此外,冬季不同月份西伯利亚高压强度、位置对巴伦支海海冰减少的响应是不同的,北大西洋涛动位相的倾向变化对不同季节、不同振幅海冰减少的响应也不相同。冬季海冰减少时,12月和1月,西伯利亚高压强度更易偏强、位置易偏东,2月则与之相反。与冬季相比,秋季海冰偏少时,西伯利亚高压更易稳定维持在欧亚大陆,晚冬时发生北大西洋涛动负位相的概率增大,但出现极端负位相概率降低。这为了解巴伦支海海冰异常对北半球天气、气候的影响提供了参考。      

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、区域Ⅳ白令海以及区域Ⅴ鄂霍次克海。中国冬季平均气温、冬季最低气温、冬季最高气温均与北极关键海区的海冰异常有显著相关,但是与其对应的海区有所不同。     

近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因

本文利用测站降水观测资料分析过去一百多年中国东部华北、长江流域以及华南夏季降水的年代际变化特征发现,尽管这三个地区的夏季降水具有不同的年代际转折时期,但是均同时在1910年代初期、1920年代初期、1940年代中期、1960年代中期、1970年代末期以及1990年代初期发生了跃变。近一百年间不同年代际时期东部夏季降水的分布型主要以南正北负或者南负北正的偶极型为主,并且无论是偶极型分布还是三极型分布,两个相邻年代际时期中国东部降水分布型发生完全反向变化的概率较高（60%）。此外,夏季的PDO、冬季的AO以及春季的北极海冰也同时在1920年代末期、1940年代中期、1970年代末期以及1990年代中期左右发生了跃变,这几次跃变时期与中国东部三个不同地区夏季降水发生跃变的时期一致,表现出近百年来太平洋年代振荡（PDO）、北极涛动（AO）以及北极海冰这三个因子对中国东部夏季降水年代际变化的协同作用。在年代际时间尺度上,夏季的PDO与华北夏季降水显著负相关。PDO的年代际变化能够在500 hPa位势高度场中激发出太平洋—日本（PJ）型年代际遥相关波列;同时在850 hPa风场中激发出类似于影响华北夏季降水年代际变化的大气环流型,从而影响华北降水的年代际变化。冬半年的AO与长江流域夏季降水存在显著正相关关系。冬季到春季正位相的AO导致亚洲大陆南部处于湿冷状态,土壤湿度的记忆性可将这种状态延续到夏季。因此,夏季海陆热力对比减弱,东亚夏季风发生年代际减弱,相应地长江流域的降水年代际增多。春季北极海冰与华南夏季降水显著负相关,北极海冰的年代际异常能在500 hPa位势高度场中激发出与静止Rossby波异常传播相联系的欧亚—华南年代际遥相关波列,从而影响华南降水的年代际变化。     

赤道中东太平洋海温和北极海冰与夏季长江流域旱涝的相关

夏季长江流域旱涝形成不仅归因于大尺度夏季风环流(包括西太平洋副高)系统和热带海温的异常,而且极地热汇作用造成的冷空气活动异常也必须同时引起注意。事实上,许多研究已经表明,El Nino(或La Nina)事件和夏季长江流域旱涝关系并不简单,例如,El Nino年常对应于干旱,但是La Nina年长江流域夏季也可能干旱。显然,试图用海温这一单因子来解释旱涝成因存在着明显的因难。      

春季格陵兰海冰与夏季中国气温和降水的关系

采有英国Hadley中心的GISST海冰面积资料，NCFP／NCAR再分析资料以及中国160站气温和降水资料，分析了春季格陵兰海冰面积与夏季中国区域气温和降水的关系。初步研究表明，春季格陵兰海冰面积变化和随后夏季我国黄河长江中下游之间地区气温以及8月份华北和西南地区降水呈明显正相关，而和6月黄河中上游地区降水则具有明显的负相关。同时，春季格陵兰海冰异常时期对应着北半球大气环流的明显主为化，表明海冰与我国气温及降水之间的联系具有一定的环流背景。     

我国淮河流域夏季降水长期预报的回归模型的初步研究

本文用１９５１－１９９６年资料,研究了我国淮河流域夏季降水的前期大气环流及北半球海平面气压场的异常特征．结果表明,秋季中国南海地区、冬季１月份白令海地区的海平面气压中有预报我国淮河流域夏季雨型的强信号。前者有很长的预时效,并且与ＥＬ Ｎｉｏｎ事件有关。用１９５１－１９９５年４５年资料建立的二因子回归预报模型的复相关系数可达到０．６６。     

全球海温异常年代际分量的方差贡献及其与中国气候异常的相关

将全球海洋海表温度异常 (SSTA) 分解为年代际、年际变化两部分, 用方差分析法给出年代际变化分量显著的洋区及其季节变化, 用奇异值分解 (SVD) 方法分析了它与中国冬温 (冬季平均气温)、夏雨 (夏季总降水量) 年代际异常分量的同期和时滞相关联系的时空结构。结果表明, 无论冬、夏, SSTA的方差构成中, 年代际变化分量方差均较年际变化分量显著; SSTA年代际分量正异常时, 中国 (以北方和东部为主) 易出现一致的冬温正异常, 长江流域、华南夏雨易出现正异常, 而华北夏雨易出现负异常; 反之亦然。     

七月大气环流对南极海冰异常的响应

本文用一个全球大气九层谱模式，模拟了七月份南极两个不同海区海冰区异常对大气环流的影响。主要讨论了大气环流对南极海冰异常存在的局地性的及全球性的响应。细致分析了二个区域极冰异常导致的南北半球低频波列分布的差异，以及它们对热带区域及亚洲季风区降水、越赤道气流的不同影响。最后则依据我们的模拟结果，讨论了南极海冰异常影响全球大气环流的动力学机制。     

RESPONSES OF SUMMER RAINFALL OVER CHINA TO ANOMALIES OF SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE NORTH PACIFIC

The temporal and spatial responses of summer(June—August)rainfall (SR) over China to anomalies of sum-mer sea surface temperature (SST) in the North Pacific is investigated by using regression analysis and prin-cipal component analysis in this paper.The results show that the responses of SR over China to SST anomalyin the eastern North Pacific in middle latitudes are more sensitive than the others.The strong response areasof SR to SST are generally located in the Changjiang River valley,west:rn North of China,and South China.The spatial pattern of responses of SR to SST manifests in the spatial pattern of the first principal componentnamely,the domain shape with negative-positive-negative anomalies along south-north direction,thus the signof anomalies in the Changjiang River valley is contrary to that of its North or South.     

海表温度和地表温度与中国东部夏季异常降水

主要研究太平洋与印度洋海表温度和地表温度场与中国东部夏季降水的相关关系,以及异常大降水产生的下垫面条件.研究结果表明:(1)夏季黑潮区海温与同期长江流域的降水存在明显正相关,北方地区夏季降水与靠近非洲东岸的印度洋海域存在明显负相关.(2)夏季海温异常与同期中国降水异常场之间的相关分析(SVDI)表明,20世纪70年代后期当海温由La Nina多发期向El Nino多发期转变后,长江流域向异常多雨转变,而其北方和南方地区则向异常少雨方向发展.(3)中国东部区域降水与陆面温度的明显相关区有:(a)春,夏季热带非洲和夏季亚洲大陆部分地区地表温度与当年长江流域夏季降水存在显著正相关;(b)春季4、5月份部分亚洲大陆地表温度与当年华北地区夏季降水有明显负相关.(4)通过对比分析发现:长江(1954,1998和1999年)或江淮(1991年)流域几次特大异常降水的下垫面条件是黑潮区为海温正距平,同期欧亚大陆主要为正地表温度距平场.     

Microphysical and radiative effects of ice clouds on diurnal variations of tropical convective and stratiform rainfall

Microphysical and radiative effects of ice clouds on diurnal variations of tropical convective and stratiform rainfall are examined with the equilibrium simulation data from three experiments conducted with a two-dimensional cloud resolving model with imposed temporally and zonally invariant winds and sea surface temperature and zero mean vertical velocity. The experiment without ice radiative effects is compared with the control experiment with ice microphysics (both the ice radiative and microphysical effects) to study effects of ice radiative effects on diurnal rainfall variations whereas it is compared with the experiment without ice microphysics to examine ice microphysical effects on the diurnal rainfall variations. The ice radiative processes mainly affect diurnal cycle of convective rainfall whereas the ice microphysical processes have important impacts on the diurnal cycles of both convective and stratiform rainfall. Turning off the ice radiative effects generally enhances convective rainfall during the morning and evening and suppresses convective rainfall in the afternoon whereas turning off the ice microphysical effects generally suppresses convective and stratiform rainfall during the morning and enhances convective and stratiform rainfall in the afternoon and evening. The ice radiative and microphysical effects on the diurnal cycle of surface rainfall are mainly associated with that of vapor condensation and deposition, which is controlled by air temperature through saturation specific humidity. The ice effects on the diurnal cycle of local temperature tendency are largely explained by that of latent heating since the diurnal cycle of radiation is insensitive to the ice effects.     

北极海冰的厚度和面积变化对大气环流影响的数值模拟

文中利用中国科学院大气物理研究所设计的两层大气环流模式 ,模拟研究了北极海冰厚度和面积变化对大气环流的影响 ,尤其是对东亚区域气候变化的影响。模式中海冰厚度处理趋于合理分布 ,导致东亚冬、夏季风偏强 ,使冬季西伯利亚高压和冰岛低压的模拟结果更趋合理 ;另一方面 ,海冰厚度变化可以激发出跨越欧亚大陆的行星波传播 ,在低纬度地区 ,该行星波由西太平洋向东太平洋地区传播 ;海冰厚度变化对低纬度地区的对流活动也有影响。冬季北极巴伦支海海冰变化对后期大气环流也有显著的影响。数值模拟结果表明 :冬季巴伦支海海冰偏多 (少 )时 ,春季 (4～ 6月 )北太平洋中部海平面气压升高 (降低 ) ,阿留申低压减弱 (加深 ) ,有利于春季白令海海冰偏少 (多 ) ;而夏季 ,亚洲大陆热低压加深 (减弱 ) ,5 0 0 h Pa西太平洋副热带高压位置偏北 (南 )、强度偏强 (弱 ) ,东亚夏季风易偏强 (弱 )。