南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

5月南极涛动对青藏高原西部夏季气温影响的诊断分析

青藏高原是全球气候变暖最敏感的地区之一,是北半球夏季最大的热源,其气候响应受到广泛关注。然而,有关南极涛动与青藏高原夏季气温的关系和机理知之甚少。为了研究南极涛动与青藏高原夏季气温的关系,基于1979—2020年英国东安哥拉大学气候研究中心（CRU）的逐月气温、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的逐月海表面温度和大气环流再分析数据以及南极涛动指数等数据,采用相关、回归、合成分析等方法进行研究。结果表明,北半球夏季青藏高原西部气温与5月南极涛动存在显著负相关,即当5月南极涛动异常偏弱时,夏季青藏高原西部气温异常偏高。其影响过程为,南极涛动为正位相时,在南印度洋中高纬地区出现“负-正-负”的经向“三极子”海温模态,该模态可持续到夏季,在印度洋形成异常的纬向-垂直环流,相应在热带西印度洋和东印度洋-海洋性大陆之间的降水异常导致热带正“偶极子”降水模态,通过该降水模态在青藏高原西部引起异常反气旋环流和下沉运动,有利于高原西部气温偏高。研究结果显示,海洋的热惯性在“延长”南极涛动影响过程中起着重要的桥梁作用,可为青藏高原夏季气温预测提供科学依据。     

极地海冰异常对我国夏季大气环流和降水影响的数值研究

利用全球大气环流谱模式分别进行了南极和北极海冰面积异常偏大和偏小的数值试验，对６－８月的结果进行了对比分析，讨论了极地海冰异常对我国夏季大气环流和降水的可能影响。结果表明，南极或北极海冰面积异常偏大，则我国夏季风变弱，特别蝇使得南亚高压、西北太平洋副热带高压等减弱。南极海冰面积偏大使得我国黄河－长江－带地区降水减少，北极海冰面积偏大，造成我国东部地区的降水量有所减少，模拟结果与统计分析相一致。可同     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

青藏高原春季积雪多、少年中低层环流对比分析

利用青藏高原(下称高原)68个气象测站1961-2007年逐日积雪观测资料,分析了高原春季积雪日数变化及其异常偏多、偏少年的环流特征,还深入分析了春季积雪的多少对北半球夏季环流的影响。结果表明,在高原春季积雪日数偏多、少年,在500 hPa高度场上欧亚(东半球)地区中高纬度虽然均表现为两槽一脊的环流形势,但积雪日数偏多、少年槽脊的位置和强弱明显不同。同期春季,当高原春季积雪日数偏多(少)时,500 hPa环流场上冰岛低压偏强(弱)、蒙古高压偏强(弱)、印度低压偏弱(强)。高原春季积雪与夏季北半球的主要大气活动中心和影响中国夏季气候的主要大气环流系统之间存在紧密联系,当高原春季积雪日数偏多(少)时,夏季500 hPa环流场上东亚地区易(不易)形成阻塞高压,同时西太平洋副热带高压易(不易)偏南。这种关系说明高原春季积雪有一定前兆意义,对中国短期气候预测有重要的指示意义。     

夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响

由于北极涡与副热带高压是两个影响我国天气气候变化的主要大气环流实体,两者紧密相联,且均对华北夏季降水有明显作用,本文使用NCEP/NCAR再分析资料、国家气候中心提供的74个大气环流因子及中国160 站月降水资料,利用合成分析、相关分析及SVD等方法讨论了夏季北极涡与北半球大气环流及副热带高压的相互关系,分析了夏季北极涡及副高对华北降水的共同作用.结果表明:(1) 北极涡的变化不仅与高纬高度场密切相关,而且与中、低纬度环流紧密联系,当极涡异常偏大偏强,中、低纬地区位势高度均明显偏低,北半球副高的面积和强度易偏小,北界位置易偏南,其中副高强度的变化最大.(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关,而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关.(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主,副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关.当亚洲和欧洲区极涡异常南扩,北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱,西太平洋和南海副高明显北抬时,华北降水易增加.     

长江三角洲高影响天气演变特征及成因分析

利用1959 2010年长江三角洲国家基本/基准气象站资料以及大气环流资料和区域土地利用变化资料,分析了长江三角洲高影响天气的变化特征及其对大气环流系统变化和区域城市化、土地利用变化的响应。结果表明,1959 2010年间,长江三角洲低温、雷暴、大风、大雾和降雪日数均显著减少,而高温和暴雨日数的变化趋势在统计上不显著;降雪、大雾、雷暴和低温日数发生了减少突变,而高温和暴雨日数发生了增多突变。在空间上,雷暴和大风日数在整个长江三角洲显著减少,低温日数在北部和中部地区显著减少,降雪日数在东部和南部地区显著减少,高温日数仅在江苏南通、上海、杭州湾地区以及浙江东部显著增加。52年间西太平洋副热带高压和北半球环状模(或北极涛动)增强,而北半球极涡及欧亚经向环流减弱,大气环流系统的综合作用导致长江三角洲大风、低温和降雪日数减少和高温日数增加。区域城市化和土地利用变化也在一定程度上导致长江三角洲高温日数增加和大雾、大风日数减少。     

山西沙尘天气的相关气候因子分析及预测模型的建立

对山西沙尘天气与蒙古国的降水、我国北方积雪日数、青藏高原积雪日数和表征气候异常变化信号的大气-海洋环流因子SOI指数的关系进行了分析,揭示了全球准周期性变化对沙尘天气趋势的主导性作用.得出蒙古国西部前一年降水对山西省的沙尘天气具有较好的指示性;青藏高原前一年冬季积雪日数和山西省的年沙尘日数呈较好的负相关性;当前冬青藏高原积雪日数多时,山西省少沙尘,反之,多沙尘.就我国北方特别是山西省上游地区的积雪日数而言,指示性比较强的区域分布在内蒙古、甘肃、新疆.这些区域内某些站点前一年冬季的平均积雪日数多时,山西省少沙尘,反之,多沙尘.此外,山西沙尘还与SOI指数有显著的滞后2 a的正响应关系,与SOI有滞后两年正相关的站点主要分布在中东部和东北部.在要素相关分析的基础上,综合各类因子制作了山西省沙尘预测模型,以期为沙尘天气的短期预测工作提供一些参考依据.     

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

利用全球海洋—大气快速耦合模式（Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM）,采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温＂再现＂过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。     

河北省塞罕坝地区气温和降水变化的环流特征及关键因子

塞罕坝地区是我国生态文明建设的典范区,本文对塞罕坝地区多年气温和降水的大尺度环流异常进行合成分析,研究其环流特征及关键环流因子。结果表明：1962-2020年塞罕坝地区气温总体呈偏高趋势,春、秋、冬季降水呈偏多趋势,夏季降水呈偏少趋势。大尺度环流背景下,各季节影响塞罕坝地区气温和降水的主要因子不同,通过挑选最优因子分析得出：塞罕坝地区受大气环流指数影响明显,春季太平洋-北美遥相关型指数（PNA）、夏季北大西洋涛动指数（NAO）、秋季西太平洋遥相关型指数（WP）、冬季高原季风指数（PMI）与该地气温和降水有较好的关系。     

2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

春季格陵兰海冰与夏季中国气温和降水的关系

采用英国Hadley中心的GISST海冰面积资料、NCEP/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变化,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.     

南极海冰的年际变化对中国东部夏季降水的影响

根据Hadley中心提供的1969—1998年的南极海冰再分析资料和其它多种观测资料，分析了南极海冰的年际和季节变化，指出南极海冰具有显著的年际变化，但与ENSO的关系则较为复杂。南极海冰维持了南半球高纬地区大气环流的季节持续性，因而对短期气候预测有较大帮助。相关分析和时间序列分析均证实中国东部夏季降水与南极海冰的年际变化有关，当北半球春夏季南极海冰增多时，华北降水增多而华南和东北降水减少。研究还表明，此种雨型分布与南极海冰变化引起的东亚夏季风环流变化有关。     

青藏高原雪盖异常对福建雨季旱涝影响的环流诊断

利用19555-1994年多种不同类型青藏高原积雪资料的综合再分析结果，通过分析青藏高原雪盖异常年冬季和初夏北半球大气环流特征，及北半球大气环流与福建雨季降水的遥相关，讨论高原雪盖异常反馈影响大气环流，进而导致福建雨季旱涝的可能途径，为在福建雨季旱涝预测中应用积雪因子提供一定的物理基础。     

欧亚大陆积雪与2010年中国春末夏初降水的关系

利用欧亚大陆地区的积雪覆盖日数资料、中国160个台站逐月降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,采用奇异值分解(SVD)方法和数值试验研究了欧亚大陆2-4月积雪与后期5-6月中国降水的关系。结合2010年积雪和降水的分布特征可以发现,SVD第二模态基本反映了2010年积雪异常与降水异常的时滞耦合关系。欧亚大陆积雪在欧洲、青藏高原东部和东亚地区异常偏多时,我国华南降水增多,长江中下游降水减少,欧亚大陆东、西部积雪异常偏多与后期中国华南降水存在正相关关系。根据统计分析得到的空间分布特征和积雪参数的观测数据,选用大气环流模式CAM3.1进行数值试验,模拟结果与统计分析结果比较一致。积雪异常通过反照率效应和水文效应引起地表及其上的大气热力状况异常,进而引起位势高度场、风场等各个大气环流要素场的调整,导致后期华南降水异常偏多。欧亚大陆积雪异常很可能是2010年春末夏初华南降水异常的一个重要诱发因子。     

平流层极涡变化与我国冬季气温、降水的关系

利用国家气候中心提供的1951-2010年逐月环流指数资料,分析了北半球极涡强度指数、面积指数和中心强度指数的相关关系,并通过极涡强度指数的变化讨论了冬季北半球极涡强度的时间变化特征。结果表明,冬季极涡强度指数与面积指数和中心强度指数有较好的相关性,能够更好地反映冬季极涡强度的变化特征;冬季极涡存在准13年的年代际振荡周期,准5年的年际振荡周期在20世纪90年代后期较为明显。结合气温、降水观测资料和NCEP/NCAR月平均再分析资料,探讨了极涡强、弱不同年份我国冬季气温、降水和大气环流形势的变化。相对极涡弱值年而言,极涡强值年我国北方地区、东部地区特别是东北地区的气温偏高,西南大部分地区的气温偏低,长江流域和华南地区的气温变化不明显;我国南方地区降水偏多,长江中下游和华南地区的降水偏多最为明显,北方地区的降水略有减少;500hPa高度场上高纬度地区的位势高度降低,中高纬度的位势高度升高,冷空气向极地聚集,东亚大槽减弱,我国东北和东部地区的气温偏高;同时东亚冬季风减弱,湿空气向我国内陆输送,长江流域和我国南方地区的降水偏多。     

我国四季极端雨日数时空变化及其与海表温度异常的关系

利用1960—2004年我国586个气象站的逐日降水观测资料,对每个季节和每个站点,以雨日降水量升序排列的第90个百分位值定义极端日降水阈值,分析揭示了我国四季极端雨日数的时空变化特征、与海表温度异常的关系以及相联系的大气环流异常型。结果表明,我国长江流域极端雨日数在冬季和夏季呈显著增加趋势,华北地区极端雨日数在冬季显著增加、而在夏季显著减少,华南地区极端雨日数在春季显著增加,东北地区极端雨日数在冬季和春季显著增加,而西北地区极端雨日数在四季均显著增加。各季极端雨日数在线性趋势变化之上表现年际和年代际变化特征,并且其典型异常型明显不同,春、秋季表现为长江以南与以北地区反位相的"偶极型"变化,夏季表现为长江流域与华南、华北地区反位相的"三极型"变化,冬季表现为全国大部分地区同位相的"单极型"变化。我国季节极端雨日数与印度洋-太平洋海表温度异常的关系主要表现为与ENSO的关系,而ENSO影响我国极端降水异常是通过相应的大气环流异常型来实现的。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅱ.敏感性试验分析

利用NCARCAM3.1大气环流模式,设计了有、无土壤湿度年际异常的两组数值试验,探讨了土壤湿度年际异常对极端气候事件模拟的可能影响。结果表明,模式模拟的极端气候事件对土壤湿度异常十分敏感,土壤湿度异常对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均具有重要影响。当不考虑土壤湿度的年际异常时:(1)模拟的暖夜日数、暖昼日数和热浪持续指数的发生频次在全国范围内均明显减少,而霜冻日数则明显增加。极端降水指标的响应表现出明显的空间差异,极端降水频次在江淮流域明显减小,而极端降水强度则表现为东北减弱、长江流域增强;中雨日数和持续湿期在我国大部分地区减少。(2)极端气温指标的年际变率在我国大部分地区呈减小趋势;而极端降水事件的变化则较为复杂,极端降水频次和极端降水强度的年际变率在长江以南有所增强,而北方地区则有所减弱。中雨日数和持续湿期的年际变率在我国呈现出较为一致的减少趋势。(3)模式对暖夜日数、霜冻日数的年际变化的模拟能力明显下降,并对4个极端降水指标的年际变化的模拟能力在全国多数区域均有不同程度的下降。     

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。