中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

1990年代和2000年代华北寒潮的对比及其与北极海冰的联系

基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代（2000年代）发生的频次为1957~2011年最多（少）,但寒潮平均强度偏弱（强）,冷空气大多源自格陵兰岛（新地岛）附近,取偏西（偏北）路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代（2000年代）极区位势高度存在负异常（正异常）,欧亚大陆大型槽脊波动较弱（强）,绕极区西风较强（弱）,东亚大槽较弱（强）,西伯利亚高压较弱（强）,使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。     

中国东北地区冬季冷空气活动特征研究

利用1961—2017年东北地区164个气象站逐日气温、最低温度资料,按照《冷空气过程监测指标》行业标准,建立东北地区中等强度冷空气、强冷空气和寒潮历史数据集,采用气象统计学方法分析了东北冬季气温、中等强度冷空气、强冷空气和寒潮年际、年代际变化特征。结果表明:东北地区冬季气温呈显著上升趋势,趋势系数为0.45,通过了α=0.01的显著性检验,1960s最低,2010s达到最大值;东北地区冬季气温突变时间为1981年,突变前气温负距平为主,突变后气温波动变化明显;东北地区冬季冷空气过程以寒潮为主,冷空气出现日数、发生强度以12月最多、最强;冷空气趋势变化不显著,其中1961—1970强度最强,2001—2010年最弱;东北地区冬季气温突变后冷空气日数减少,强度减弱。     

1961—2010年我国冷空气的活动特征

利用1960—2010年我国384站逐日温度资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了我国冷空气活动的频次、强度等特征。结果表明:我国单站冷空气呈北多南少、北强南弱的分布特征。按冷空气活动路径,北方分成3个区,它们在11月频次最多;南方以25°N为界分成2个区,它们在12月、1月频次较多,在年际尺度上该2区冷空气呈减少、减弱趋势。南北5个区冷空气活动频次的年代际变化不一致,但是各区冷空气活动的强度在20世纪60年代至80年代均呈年代际减弱。全国性冷空气活动频次在20世纪60年代和90年代显著减少,而北方冷空气活动频次的年代际变化不大。当欧亚大陆地面冷高压比正常年偏强(偏弱)、我国大部分地区温度比正常年偏低(偏高)、高层500 h Pa东亚大槽比正常年偏强(偏弱)时,当年冷空气活动的频次偏多(偏少)。     

东北5月降水在21世纪初的年代际变化及可能成因

基于1961—2015年东北地区的台站降水观测资料及全球环流和海温再分析资料,利用统计分析、物理量诊断等方法,探讨了东北5月降水的年代际变化,及其与大气环流和海温外强迫的关系。研究发现,东北5月降水具有和东北盛夏降水明显不同的年代际变化特征,在20世纪80年代中期至90年代初处于年代际偏少阶段,而在21世纪初转变为年代际偏多阶段。东北5月降水在21世纪初的年代际变化主要由5月东北亚低压强弱的年代际变化造成,在21世纪初,东北亚低压相对于气候态明显偏强,有利于东北降水偏多;而在20世纪80年代初至90年代初,东北亚低压减弱为较浅的低槽,导致东北降水偏少。来自北大西洋的欧亚大陆位势高度异常波列引起东北亚上空的垂直运动异常,导致了东北亚低压的上述年代际变化。5月热带北大西洋海温异常很可能是激发上述波列进而造成东北亚低压和东北5月降水在21世纪初年代际变化的外强迫信号。     

1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料, 定义了中国东北地区秋冬季霾日指数, 分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明: 中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征, 欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区, 该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关, 北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次, 当北极海冰异常偏少时, 东亚冬季风偏弱, 近地面风速偏低, 环境湿度偏高, 中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制, 且受“EUP”负位相模态影响, 东亚大槽减弱, 有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送, 该地区秋冬季霾的发生频次增加。     

1971-2015年北疆地区不同等级冷空气时空统计特征分析

选取北疆50个测站1971-2015年的逐日平均气温和最低气温资料,运用小波分析、M-K突变检验等统计方法分析了北疆地区不同等级冷空气活动过程的时空变化特征。分析表明：近45年北疆地区冷空气活动持续日数在1～15d,平均持续日数为1.79 d。其中弱冷空气过程持续日数以1～2 d为主;中等强度冷空气、较强冷空气和寒潮过程以1～3 d为主;而强冷空气过程以2～4 d为主。近45年北疆单站冷空气发生频次为95.3次/a,且具有盆地多、山地少的特点;其中中等强度冷空气为11.8次/a,自东向西逐渐减少;弱冷空气、较强冷空气发生频次为70.9次/a、1.8次/a,呈自西南向东北逐渐减少的趋势;强冷空气和寒潮发生频次为4.2次/a 、7.3次/a,呈现由西南向东北增加趋势。近45年北疆地区冷空气活动频次总体呈减少趋势,年代际表现为先减少后增加的特点, 70年代最多,90年代最少,减少速率为0.33/10a;弱冷空气和较强冷空气呈增加趋势,增加速率为0.17/10a和0.03/10a;中等强度冷空气、强冷空气和寒潮活动频次呈下降趋势,其中寒潮的下降速率达-0.37/10a;不同等级冷空气活动频次均存在一个15-20a的显著周期,突变点出现在1980、2003年左右。     

20世纪90年代初东亚夏季风的年代际转型

利用1979—2009年JRA-25和NCEP/NCAR再分析资料,通过复矢量经验正交方法揭示了东亚地区夏季850 hPa风场变率的优势模态。结果表明:两套再分析资料所揭示的东亚夏季风在20世纪90年代初均发生了年代际转型,与我国夏季降水的年代际转型时间一致。伴随着东亚夏季风的年代际转型,我国北方大部分地区夏季降水减少,尤其是我国东北北部和长江、黄河之间105°E附近区域显著减少,而华南地区和淮河流域降水显著增加。从动力上解释我国夏季降水年代际转型特征,夏季500 hPa高度场两个时段 (1993—2009年和1979—1992年) 的差值分布显示为欧亚大陆北部准纬向遥相关波列,夏季850 hPa风场差值分布表现为贝加尔湖东南侧和日本以南地区存在两个异常反气旋式环流,而我国南方地区和鄂霍次克海附近均为异常气旋式环流。夏季西北太平洋、北印度洋以及部分中高纬度海洋的海温和春季欧亚大陆积雪在20世纪90年代初出现显著变化,春季北极海冰的年代际转型发生在20世纪90年代初,都可能成为东亚夏季风年代际转型的原因。     

陕西省寒潮天气的气候特征分析

利用陕西省1962年1月—2009年12月61个气象站逐日温度资料,分析陕西省寒潮气候特征及其变化,结果发现:全省寒潮发生频次年际差异较大,年均1.65次/a,年代际变化呈微弱增多趋势。地域分布由北向南减少,主要多发区在陕北北部和关中东部,陕南西部最少。月季变化明显,3—4月出现频次最多,占52%。寒潮北部出现早,结束迟,中南部则相反。20世纪90年代以前3—4月寒潮呈明显的周期性变化,周期20～22a。春季寒潮与平均最低气温变化趋势呈反位相,90年代以后则不明显。寒潮具有复杂的多时间尺度结构变化特征。     

1949—2009年欧亚大陆强冷空气活动频次的变化特征

利用NCEP/NCAR提供的1949—2009年sig995层逐日平均温度资料,分析了近60 a欧亚大陆强冷空气活动频次年际变化的地区差异,并讨论了强冷空气活动的区域特征以及各区域强冷空气活动的变化特征。结果表明:欧亚大陆强冷空气活动可分为34个变化区,按照年代际变化及地理位置相邻可进一步归纳为9类地区。9类地区的强冷空气活动年频次存在共同变化特征,例如在20世纪60年代末至80年代中期普遍偏少;但也存在差异,例如80年代中期至90年代初高纬度地区偏多,而较低纬度的中国以及周边地区偏少。值得注意的是,新地岛周边地区以及西伯利亚中、南部地区强冷空气活动频次始于20世纪90年代中期的下降趋势延续至今,近几年欧亚大陆多数地区强冷空气活动频次偏少。     

Interdecadal Variability of the East Asian Winter Monsoon and Its Possible Links to Global Climate Change

This paper presents a concise summary of the studies on interdecadal variability of the East Asian winter monsoon (EAWM) from three main perspectives. (1) The EAWM has been significantly affected by global climate change. Winter temperature in China has experienced three stages of variations from the beginning of the 1950s: a cold period (from the beginning of the 1950s to the early or mid 1980s), a warm period (from the early or mid 1980s to the early 2000s), and a hiatus period in recent 10 years (starting from 1998). The strength of the EAWM has also varied in three stages: a stronger winter monsoon period (1950 to 1986/87), a weaker period (1986/87 to 2004/05), and a strengthening period (from 2005). (2) Corresponding to the interdecadal variations of the EAWM, the East Asian atmospheric circulation, winter temperature of China, and the occurrence of cold waves over China have all exhibited coherent interdecadal variability. The upper-level zonal circulation was stronger, the mid-tropospheric trough over East Asia was deeper with stronger downdrafts behind the trough, and the Siberian high was stronger during the cold period than during the warm period. (3) The interdecadal variations of the EAWM seem closely related to major modes of variability in the atmospheric circulation and the Pacific sea surface temperature. When the Northern Hemisphere annular mode/Arctic Oscillation and the Pacific decadal oscillation were in negative (positive) phase, the EAWM was stronger (weaker), leading to colder (warmer) temperatures in China. In addition, the negative (positive) phase of the Atlantic multi decadal oscillation coincided with relatively cold (warm) temperatures and stronger (weaker) EAWMs. It is thus inferred that the interdecadal variations in the ocean may be one of the most important natural factors influencing long-term variability in the EAWM, although global warming may have also played a significant role in weakening the EAWM.     

The Decadal Shift of the Summer Climate in the Late 1980s over Eastern China and Its Possible Causes

In this paper, it is pointed out that a notable decadal shift of, the summer climate in eastern China occurred in the late 1980s. In association with this decadal climate shift, after the late 1980s more precipitation appeared in the southern region of eastern China （namely South China）, the western Pacific subtropical high stretched farther westward with a larger south-north extent, and a strengthened anticyclone at 850 hPa appeared in the northwestern Pacific. The decadal climate shift of the summer precipitation in South China was accompanied with decadal changes of the Eurasian snow cover in boreal spring and sea surface temperature （SST） in western North Pacific in boreal summer in the late 1980s. After the late 1980s, the spring Eurasian snow cover apparently became less and the summer SST in western North Pacific increased obviously, which were well correlated with the increase of the South China precipitation. The physical processes are also investigated on how the summer precipitation in China was affected by the spring Eurasian snow cover and summer SST in western North Pacific. The change of the spring Eurasian snow cover could excite a wave-train in higher latitudes, which lasted from spring to summer. Because of the wave-train, an abnormal high appeared over North China and a weak depression over South China, leading to more precipitation in South China. The increase of the summer SST in the western North Pacific reduced the land-sea thermal contrast and thus weakened the East Asian summer monsoon, also leading to more precipitation in South China.     

Decadal Features of Heavy Rainfall Events in Eastern China

Based on daily precipitation data, the spatial-temporal features of heavy rainfall events (HREs) during 1960-2009 are investigated. The results indicate that the HREs experienced strong decadal variability in the past 50 years, and the decadal features varied across regions. More HRE days are observed in the 1960s, 1980s, and 1990s over Northeast China (NEC); in the 1960s, 1970s, and 1990s over North China (NC); in the early 1960s, 1980s, and 2000s over the Huaihe River basin (HR); in the 1970s-1990s over the mid-lower reaches of the Yangtze River valley (YR); and in the 1970s and 1990s over South China (SC). These decadal changes of HRE days in eastern China are closely associated with the decadal variations of water content and stratification stability of the local atmosphere. The intensity of HREs in each sub-region is also characterized by strong decadal variability. The HRE intensity and frequency co-vary on the long-term trend, and show consistent variability over NEC, NC, and YR, but inconsistent variability over SC and HR. Further analysis of the relationships between the annual rainfall and HRE frequency as well as intensity indicates that the HRE frequency is the major contributor to the total rainfall variability in eastern China, while the HRE intensity shows only relative weak contribution.     

中国东部夏季气候20世纪80年代后期的年代际转型及其可能成因

指出了中国东部夏季气候在20世纪80年代末出现了一次明显的年代际气候转型.伴随着这次年代际转型,80年代末以后中国东部南方地区降水明显增多,500 hPa西太平洋副热带高压西伸且南北范围变大,西北太平洋上空850 hPa反气旋增强.中国东部夏季80年代后期出现南方多雨的年代际转型与欧亚大陆春季积雪、西北太平洋夏季海面温度的年代际变化存在密切联系,它们也都在80年代末出现年代际转型.从80年代末以后,伴随着欧亚大陆春季积雪明显减少和西北太平洋夏季海面温度明显增高,中国夏季南方降水明显增加.文中分析了欧亚大陆春季积雪和西北太平洋夏季海面温度影响中国降水的物理过程,指出欧亚大陆春季积雪能够在500 hPa激发出大气中的遥相关波列,所激发出的波列可以从春季一直持续到夏季,造成中国北方为高压控制,南方为微弱低压控制,使得降水出现在中国南方.西北太平洋夏季海面温度的升高能够减小海陆热力差异,使得夏季风减弱,导致中国南方地区降水增多.     

春季西亚地表热力异常与初夏东北冷涡活动年代际变化的联系

基于1979~2015年中国月平均站点温度资料,计算了初夏东北冷涡指数,分析了初夏东北冷涡活动的年代际变化特征。在此基础上,进一步探讨了东北初夏冷涡活动与春季西亚地表热力异常之间的可能联系,并初步讨论了前期西亚地表热力异常影响东北初夏冷涡活动的可能过程。结果表明:（1）1979~2015年间,初夏东北冷涡强度表现出明显的年代际变化特征,2000年前,冷涡活动总体偏强,之后总体减弱。（2）春季西亚地表热力状况在2000年前后也发生了明显的年代际转变:2000年前总体偏冷,之后明显偏暖。（3）春季西亚地区的地表热力异常与东北冷涡活动的在年代际尺度上联系密切。西亚地表异常偏冷,东北冷涡活动偏强;而西亚地表异常偏暖对应了偏弱的冷涡活动。初步分析发现,西亚地表热力因子可能通过影响大气环流分布并通过遥相关型影响我国初夏东北地区冷涡,当然相关的机理还有待深入分析。     

Progress on observation of cryospheric components and climate-related studies in China

Systematic studies on the cryosphere in China started in the late 1950s. Significant achievements have been made by continuous investigation of glacier inventories, frozen ground observations, paleo-climate analyses of ice cores, process studies and the modeling of cryopsheric/atmospheric interactions. The general facts and understanding of these changes include： （1） Solid precipitation, including the number of days with frost and hail storms, shows a decreasing tendency over the past half century. （2） In most areas glaciers are retreating or have completely vanished （〉80%）, some glaciers are still advancing （5%-20% depending upon time period）. The annual glacial melt water has been increasing since the 1980s. This increased supply of melt water to river runoff in Northwest China is about a 10%-13%. （3） The long-term variability of snow cover in western China is characterized by a large inter-annual variation superimposed on a small increasing trend. Snow cover variability in the Qinghai-Xizang Plateau （QXP） is influenced by the Indian monsoon, and conversely impacts monsoon onset and strength and eventually the drought and flood events in middle-low reaches of Yangtze River. （4） Frozen ground, including permafrost, is decaying both in QXP and in Northeast China. The most significant changes occurred in the regions with thickest seasonal frozen ground （SFG）, i.e., inland QXP, then northeastern and northwestern QXP. The cold season air temperature is the main factor controlling SFG change. The increase of ground surface temperatures is more significant than air temperature. （5） The sea ice coverage over the Bohai Sea and Yellow Sea has deceased since the 1980s. （6） River ice duration and ice thickness is also decreasing in northern China.
In 2001, the Chinese National Committee of World Climate Research Program/Climate and Cyosphere （WCRP/CliC） （CNC-CliC） was organized to strengthen research on climate and cryosphere in China. Future monitoring of the cryosphe     

河套地区春季扬沙天气影响因子的初步研究

通过对河套地区扬沙日数、冷空气活动及固定地段土壤湿度的研究 ,探讨了冷空气活动和土壤湿度对河套地区春季扬沙天气频次的影响。结果表明 ,春季大范围的冷空气活动提供了重要的扰动能量 ;同时 ,强冷空气活动较大的风速 ,为扬沙天气的出现提供了动力条件 ;土壤湿度偏小、土壤干燥疏松也是河套地区扬沙频繁发生的重要原因     

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。