内蒙古冬季主要极端气候事件的环流影响因素分析

过去的几十年中,内蒙古冬季(11月至次年2月)出现极端气候事件的年份并不多。对于极端低温事件的发生,在中西部地区极少出现,多数发生在锡林郭勒盟中部及以东地区。特别是自1986年气候转暖以来,在暖的大背景下,更是较少出现极端低温事件;极端降水事件在冬季各月中也有发生,每个月有其各自的特点。文章着重研究分析11月的极端降水事件。通过对海温、大气环流的异常进行分析和研究,找出影响内蒙古冬季极端降水、极端低温的关键性因子,对今后的极端气候事件预测工作有所帮助和借鉴。     

2008年1月濮阳市低温阴雪成因分析

利用2008年1月欧亚地区500 hPa平均位势高度距平场、1月中下旬500 hPa平均位势高度场、1月气候监测资料及本市1961-2008年1月气候要素资料,采用气候统计和天气学方法,对2008年1月濮阳市出现的低温阴雪天气成因进行了分析,结果表明:濮阳市2008年1月出现持续低温阴雪天气的主要原因是与大气环流异常和"拉尼娜"事件两方面的大气候背景有关.1月中下旬大气环流稳定少动,西南暖湿气流与北方不断南下的冷空气在黄河及以南地区多次交汇,是濮阳市出现持续低温、阴雪天气的根本原因.在中高纬度欧亚地区大气环流经向度加大和副热带高压异常偏北的环流背景下,濮阳市1月易出现气温偏低、降雪偏多的天气.乌拉尔山有阻塞高压存在,在贝加尔湖两侧(50-60°N之间)有东西向横槽形成,冷空气活动频繁且势力较强,是濮阳市冬季出现低温阴雪天气的主要环流形势.在"拉尼娜"事件负距平峰值出现时间最临近年的冬季,1月濮阳市出现低温多雪的气候概率较大.     

不同气候背景下新疆冬季极端冷(暖)事件的变化特征

利用1961—2013年新疆89站逐日气温和NCEP再分析高度场资料,分析了不同气候背景下新疆1961年以来冬季(12月—翌年2月)出现的极端冷(暖)事件年代际变化及与其相联系的环流特征。根据对新疆冬季极端冷(暖)事件的气候背景划分,认为新疆冬季极端冷(暖)事件在不同气候背景中都有明显的不同,全疆冬季极端冷事件存在随气候背景转变而发生区域一致变化的特征,但冬季极端暖事件的变化则有南北反相的区域差异。总体而言,新疆极端冷暖事件发生的日数趋于减少,极端冷暖事件强度也具有显著减小的趋势;北疆西部和天山两侧是气候极端性变化最显著的区域。从冷暖期环流特征的差异来看,北疆型极端冷事件减少的主要原因来自于突变后极涡减弱,而南疆型极端冷(暖)事件减少(增加)则主要受欧亚范围内大片正变高区的影响。     

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961-2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型（即东部型和中部型）ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动（NAO）在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。      

青藏高原1985年冬季异常少雪和1986年异常多雪的环流及气候特征对比研究

利用青藏高原冬季异常积雪资料对比分析了 1 985年冬季异常少雪和 1 986年冬季异常多雪时期大气环流及热带海洋特征。分析结果表明 ,高原冬季多雪与少雪时中高纬度大气环流显著不同。与此同时 ,低纬热带环流及海洋特征也有明显的差异。探讨了造成这种差异的可能原因。     

我国南方冬季气候变暖前后极端降水事件分析

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料,采用Mann-Kendall突变检验方法,并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值,讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明,我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后,且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征,发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱),华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大,有利于北方的冷空气向南输送。此外,气候变暖后我国南方地面气温升高,海陆热力差异减小,东亚热带冬季风减弱,有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送,并在东南部形成异常的水汽通量辐合,有利于形成强降水。气候变暖后,中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

东亚下垫面热力异常与南海夏季风爆发早晚和强弱的关系

利用我国南方逐日降水资料及逐月温度资料,采用Mann-Kendall 突变检验方法,并计算极端降水的GPD(Generalized Pareto Distribution)重现值,讨论了气候变暖前后我国南方冬季极端降水事件的变化。结果表明,我国南方冬季气候变暖的突变发生在1991年前后,且气候变暖后我国南方冬季的极端降水强度普遍有所增加。利用NCEP/NCAR再分析资料进一步分析气候变暖前后的环流场特征,发现东亚热带冬季风异常与我国华南、江南地区降水异常有显著的相关关系。东亚热带冬季风偏强(弱),华南、江南地区降水偏少(多)。气候变暖后中高纬度环流经向度加大,有利于北方的冷空气向南输送。此外, 气候变暖后我国南方地面气温升高,海陆热力差异减小,东亚热带冬季风减弱,有利于西太平洋的暖湿气流向我国大陆东南部输送,并在东南部形成异常的水汽通量辐合,有利于形成强降水。气候变暖后,中高纬度与中低纬度异常环流系统的相互作用是我国东南部降水强度增加的主要原因。     

ENSO与北半球冬季大气环流异常的年代际关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和CPC(气候预测中心)Nino3-4区海表温度序列,研究了1950/1951-2002/2003年冬季ENSO事件与北半球大气环流的相互关系及其年代际变化.结果表明:北半球大气环流对ENSO事件的响应在1978/1979年有一个明显的跃变.跃变后,低纬中高层大气环流对ENSO事件的响应明显减弱,其中东南亚的减弱最为明显,而低层大气环流对ENSO事件的响应则有所增强;东半球中高纬大气环流异常与ENSO事件关系明显减弱;西半球中高纬大气环流与ENSO事件的关系加强.     

近52年宁夏冬季极端寒冷事件的演变特征

利用1961-2012年宁夏19个测站完整的逐日最低温度资料,分析了近52年宁夏极端寒冷事件时空变化特征。结果表明,宁夏极端寒冷事件空间上表现为较好地一致性,存在"东西多、中部少"的分布特点,贺兰山脉对此起到了重要作用;宁夏寒冷事件年频次总体在减少,强度也呈减弱趋势,年发生日数、日最多站次与年频次有着显著的正相关关系;寒冷事件频数的显著性周期为2~6年,具有间歇性和跳跃性特征;寒冷事件在1980年前后,发生气候突变后与许多要素场的气候突变时间相吻合;21世纪以来,寒冷事件有增多趋势。环流特征分析发现,极端寒冷的多寡与冬季大气环流异常状况密切相关,冷事件多(少)发年乌拉尔山及其以东高压脊偏强(弱),东亚高度场明显负(正)异常,低压加深(减弱)。     

一次冬季持续性低温多雪天气成因分析

利用历史资料和实况资料,分析了2008年鹤壁冬季长时间低温多雪天气过程的成因,结果表明,冬季拉妮娜现象影响引起欧亚中高纬高空环流形势异常,为鹤壁出现冬季长时间低温多雪天气提供了气候背景.冬季欧亚中高纬高空西高东低的经向环流形势长时间稳定维持,西太平洋副高位置稳定偏西偏北,是鹤壁出现冬季长时间低温多雪天气的重要原因;地形对天气过程强度的影响作用同样不可忽视.此外,拉尼娜事件发生使鹤壁易出现冷冬多雪天气现象,且拉尼娜峰值期往往与鹤壁冬季低温多雪时段同步.     

内蒙古大(暴)雪与白灾的气候学特征

使用１９６１～１９９８年内蒙古１１８个地面测站的历史资料及同期亚欧５００ｈＰａ高空资料,分析了内蒙古大（暴）雪及白灾的气候学特征。结果表明,发生大（暴）雪频率最高的地区是内蒙古的东部和南部,而白灾最重的地区却是内蒙古北部。指出产生“坐冬雪”是形成白灾的必要条件,给出了产生“坐冬雪”的气象指标,总结了内蒙古大（暴）雪的环流特征。     

低空急流与内蒙古的大(暴)雪

分析了冬季产生东亚低空急流的大型环流特征及低空急流与内蒙古大（暴）雪的关系。结果表明，在东亚中纬度高空维持纬向强急流锋区的情况下，若有中亚冷槽分成南北两段东移，则极易有造成内蒙古大（暴）雪的东亚低空急流产生。指出可将产生这种环流特征的西风带大型环流的调整过程，作为内蒙古大（暴）雪天气的中期预警信号。而高低空急流的位置及强度又可作为降雪量及暴雪落区的短期预报指标。     

中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析

中国干旱半干旱区的洪涝灾害是一个尚未引起人们重视的重大科学问题,这主要是因为干旱半干旱区对洪涝灾害的防范意识比较薄弱。而极端降水事件的次数、强度和持续时间与干旱半干旱区的洪涝灾害有密切联系,直接影响该区域洪涝灾害及其次生地质灾害的次数与严重程度。以干旱半干旱区的极端降水事件为切入点,分析了中国干旱半干旱区的极端降水事件次数和极端降水量的变化特征,旨在为干旱半干旱区的洪涝灾害研究提供科学依据。结果表明,进入21世纪以来,中国110°E以西的干旱半干旱区极端降水事件的日数有所增多,而110°E以东的区域日数都有所减少。干旱半干旱区极端降水量的变化也呈现出西增东减的分布,大部分干旱半干旱区的极端降水量变化占总降水量变化的40%以上,一部分地区能达到50%,甚至100%-200%。从季节变化来看,春季天山以北、新疆南部、甘肃敦煌和内蒙古包头以北地区极端降水量增加较多,夏季110°E以西的干旱半干旱区极端降水量均增大明显,秋季陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯、包头和呼和浩特等地极端降水量增大较明显。     

欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。     

前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响

对1959—2008年前冬(12—3月)北半球环状模与春季(3—5月)中国东部北方地区极端低温事件的关系进行诊断分析,发现前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件存在显著负相关。当前冬北半球环状模偏强时,春季中国东部北方地区上空对流层高、低层分别出现位势高度的负、正异常,对应异常的下沉增温,东北冷涡偏弱,极端低温事件发生频次偏少,强度偏弱;反之,当前冬北半球环状模偏弱时,春季该地区极端低温事件发生的频次偏多,强度偏强。进一步研究表明,欧亚雪盖在前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响中起到潜在的桥梁作用,当前冬北半球环状模偏强(偏弱)时,同期欧亚大陆中高纬度地区偏暖(偏冷),欧亚雪盖面积较小(较大)。另外,欧亚雪盖面积异常具有较强的持续性,可以从前冬持续到春季。因此,当前冬欧亚雪盖面积较小时,春季欧亚雪盖面积也偏小,且对应春季东北冷涡强度偏弱,中国东部北方地区地表气温偏高,极端低温事件发生的频次偏少,强度偏弱;反之亦然。前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件的负相关关系为预测中国东部北方地区春季极端低温事件的变化提供了一个潜在的前期信号。     

2011/2012年冬季我国异常低温特征及可能成因分析

2011/2012年冬季,我国大部气温异常偏低,全国平均气温仅有-4.8℃,为1986年以来最低值,同时我国内蒙古、新疆、西藏和陕西一些地区日最低气温均突破历史极值。本文利用1951—2010年的中国台站气温资料及NCEP再分析资料对冬季气温异常偏低的原因分析后表明,2011/2012年东亚冬季风异常偏强造成了我国气温大范围异常偏低。异常偏强的东亚冬季风环流系统也表现为:对流层低层西伯利亚地区为异常冷高压控制,对流层中高层从乌拉尔山到贝加尔湖地区上空阻塞异常偏强,东亚大槽异常偏深。进一步的分析表明,2011年冬季时期赤道中东太平洋地区出现的La Nina事件可能是造成东亚冬季风系统异常的原因之一。     

Response of the Indian summer monsoon circulation and rainfall to seasonal snow depth anomaly over Eurasia

Several observational and modeling studies indicate that the Indian summer monsoon rainfall (ISMR) is inversely related to the Eurasian snow extent and depth. The other two important surface boundary conditions which influence the ISMR are the Pacific sea surface temperature (SST) to a large extent and the Indian Ocean SST to some extent. In the present study, observed Soviet snow depth data and Indian rainfall data for the period 1951–1994 have been statistically analyzed and results show that 57% of heavy snow events and 24% of light snow events over west Eurasia are followed by deficient and excess ISMR respectively. Out of all the extreme monsoon years, care has been taken to identify those when Eurasian snow was the most dominant surface forcing to influence ISMR. During the years of high(low) Eurasian snow amounts in spring/winter followed by deficient(excess) ISMR, atmospheric fields such as temperature, wind, geopotential height, velocity potential and stream function based on NCEP/NCAR reanalyses have been examined in detail to study the influence of Eurasian snow on the midlatitude circulation regime and hence on the monsoon circulation. Results show that because of the west Eurasian snow anomalies, the midlatitude circulations in winter through spring show significant changes in the upper and lower level wind, geopotential height, velocity potential and stream function fields. Such changes in the large-scale circulation pattern may be interpreted as precursors to weak/strong monsoon circulation and deficient/excess ISMR. The upper level velocity potential difference fields between the high and low snow years indicate that with the advent of spring, the winter anomalous convergence over the Indian region gradually becomes weaker and gives way to anomalous divergence that persists through the summer monsoon season. Also the upper level anomalous divergence centre shifts from over the Northern Hemisphere and equator to the Southern Hemisphere over the Indian Ocean and Australia.     

Potential impacts of northeastern Eurasian snow cover on generation of dust storms in northwestern China during spring

The effects of the northeastern Eurasian snow cover on the frequency of spring dust storms in northwestern China have been examined for the period 1979–2007. Averaged over all 43 stations in northwestern China, a statistically significant relationship has been found between dust-storm frequency (DSF) and Eurasian snow-water equivalent (SWE) during spring: mean DSF of 7.4 and 3.3 days for years of high- and low SWE, respectively. Further analyses reveal that positive SWE anomalies enhance the meridional gradients of the lower tropospheric temperatures and geopotential heights, thereby strengthening westerly jets and zonal wind shear over northwestern China and western Inner Mongolia of China, the regions of major dust sources. The anomalous atmospheric circulation corresponding to the Eurasian SWE anomalies either reinforces or weakens atmospheric baroclinicity and cyclogenesis, according to the sign of the anomaly, to affect the spring DSF. This study suggests that Eurasian SWE anomalies can be an influential factor of spring DSF in northwestern China and western Inner Mongolia of China.     

内蒙古地区干旱风险评估

分析了形成旱灾风险的有关因素,表明旱灾风险不仅与缺雨程度及持续时间有关,而且还有明显的季节性差异。用单位评价期内的降水距平百分率反映缺雨程度,用作物和生态系统不同季节的缺雨敏感度反映干旱影响的季节性差异,并以干旱持续期内单位时段旱灾风险的累加反映其累积效应,从而建立起旱灾风险的识别指数。应用旱灾风险指数对60年来内蒙古的旱灾风险进行了初步评估。给出了各级旱灾发生的概率,并统计出及各级旱灾对应的后果。对影响范围大、跨经两个以上作物生长年份、最大旱灾风险指数双倍于特旱的极端干旱在内蒙古的发生情况进行了分析。结果表明,20世纪80年代中期以来,内蒙古的极端干旱过程在逐渐东扩,内蒙古东部地区的旱灾出现了增多增强的趋势。