2013年秋季东北地区气候异常及成因分析

2013年秋季,东北地区气候异常特征总体表现为：气温偏高,降水总体偏多,尤其10和11月降水持续异常偏多。分析表明,西北太平洋中纬度地区暖海温外强迫和大气环流系统的组合异常是东北地区气候异常的主要原因。秋季北极涛动正位相特征显著,东北地区上空为异常正高度距平控制,环流异常形势不利于冷空气扩散南下影响东北地区,造成秋季东北地区明显偏暖。秋季中后期,东北地区降水偏多主要受西北太平洋中纬度地区异常偏强的东南风水汽输送影响。     

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

利用 1981—2019 年 NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多（少）雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明：典型多（少）雨年,亚洲中高纬环流呈“－、＋”（“＋、－” ）距平分布,盛行纬（经）向环流,东亚大槽偏弱（强）。前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月降水的关键外强迫因子,黑潮区海温偏暖（冷）时,其上空500 hPa高度场为明显正（负）距平,低层风场呈现异常反气旋（气旋）,山东受异常东南风（偏西风）控制,加强（削弱）了水汽输送, 利于降水偏多（少）。热带印度洋偏暖年,山东地区 500 hPa高度场上表现为西低东高,低层处于异常反气旋后部的东南气流中,这与典型多雨年的环流特征基本一致,印度洋偏冷年对应环流特征与偏暖年大致相反。     

印度洋冬季海温异常对中国春季降水的影响

利用1960 2004年NCEP/NCAR全球再分析资料和中国160个测站逐月降水观测资料,考虑赤道海温强迫和中高纬地区气候变化中大气环流的桥梁作用,首先对冬季印度洋海温距平场与同期北半球500 hPa位势高度距平场进行奇异值分解(SVD),然后分析印度洋海温异常对中国冬季及后期春季降水的影响。结果表明,印度洋冬季海温距平场第一奇异向量是全区一致的单极型分布形势,而且对中国春季降水的影响显著,特别是与长江中下游以北至华北地区、新疆等大片地区的春季降水呈显著正相关关系。当印度洋冬季海温距平场第一奇异向量处于正位相的时候,海温异常偏暖,此时对应的东亚地区上空西风急流减弱,日本海附近500 hPa位势高度出现正异常中心,使得东亚大槽偏东、偏弱,有助于低层偏南气流带来的水汽在长江中下游以北至华北地区形成水汽辐合,从而造成该地区春季降水偏多。因此,印度洋冬季海温距平场的第一奇异向量可以作为次年长江中下游以北至华北地区春季降水季节预报的一个前期预报因子。     

2012年秋季我国气候异常及成因分析

2012年秋季我国气候异常特征总体表现为:气温偏低,降水明显偏多,其中东北、华北以及江南地区降水异常偏多。分析我国气候异常成因表明,我国东北、华北降水偏多主要与西北太平洋中高纬度地区异常的东南风水汽输送有关;而我国江南及华南地区的降水偏多则主要与西太平洋副热带高压西侧的西南暖湿水汽输送密切相关。进一步研究表明,海温异常是影响2012年秋季我国气候异常的最主要的外强迫因子,其中西北太平洋中高纬度地区海温异常偏暖主要影响东北和华北地区的降水,而热带印度洋海温偶极子的正位相分布及赤道中东太平洋地区较弱的暖海温异常分布则主要影响江南及华南地区的降水。     

2019/2020年冬季我国暖湿气候特征及成因分析

2019/2020年冬季,我国大部分地区气温显著偏高,降水异常偏多,气候总体表现为“暖湿”的异常特征。异常成因分析表明：2019/2020年东亚冬季风强度较常年同期偏弱,西伯利亚高压异常偏弱,季节内冬季风强度阶段性变化特征显著;北极极涡收缩于极地,强度偏强,AO为异常偏强的正位相,乌拉尔山阻塞高压活动偏弱,东亚槽偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主;西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西偏北,印缅槽阶段性活跃,二者有利于太平洋和印度洋水汽向我国输送。受北半球环流异常的影响,我国冬季出现了“暖湿”的异常特征。进一步对东亚冬季风偏弱的可能原因分析表明：2019年秋冬季赤道中太平洋暖海温发展,2019年10月至2020年1月Ni〖AKn~D〗o3.4指数均大于0.5℃,这种类中部型El Ni〖AKn~D〗o海温异常有利于激发偏强、偏北的西北太平洋反气旋,进而抑制了东亚冬季风的发展和南下;此外,冬季北半球极涡收缩于极地,强度偏强,AO持续异常偏强的正位相,均不利于乌拉尔山阻塞高压的发展,且东亚大槽明显偏弱,共同导致了欧亚中高纬地区以纬向环流为主,东亚冬季风偏弱。     

四川盆地冬季霾日数的分布特征及其与气象条件和海温关系

利用四川盆地气象站点资料和NCEP/NCAR再分析资料,结合四川盆地冬季霾日数的时空变化特征,分析了影响盆地冬季霾日数的气象条件,探讨了海温异常对冬季霾日数的可能影响,基于海温关键区建立冬季霾日数预测模型,并检验了模型的预测能力。研究表明,四川盆地冬季霾日数呈弱增加趋势;四川盆地三大城市群为冬季霾多发区;四川盆地冬季霾日数与相对湿度、气温、降水日数关系显著。四川盆地冬季霾日数偏多(少)年,大气环流异常呈西伯利亚高压偏弱(强)、欧亚中高纬呈北低(高)南高(低)、东亚冬季风偏弱(强)、副热带西风急流偏弱(强)。秋季东北太平洋、热带太平洋以及北大西洋海温关键区暖海温(冷)发展,有利于盆地盆地冬季霾日数偏多(少)。前期秋季东北太平洋、热带太平洋、北大西洋海温异常是影响四川盆地冬季霾日数的年际预报信号,对四川盆地冬季霾日数的多寡具有较好的预测能力。     

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

2020年初夏贵州省降水异常特征及其历史相似性分析

该文利用1961—2020年贵州省84个气象台站5月20日—7月10日的降水资料与NCEP/NCAR再分析资料,分析了贵州省初夏降水异常时空分布特征及其与海洋、大气环流的联系,以及对比2020年与历史相似年影响因子的异同。对比历史相似年,当初夏降水偏多时,大气环流纬向分布呈“两槽一脊”分布型,低压槽稳定维持在东亚中高纬附近。西太平洋副热带高压西伸脊点明显偏西,面积偏大,强度偏强。850 hPa水汽输送场上通过西北太平洋异常反气旋产生的异常西南风,向长江及其以南地区输送水汽,低层水汽输送偏强且辐合带位置相对稳定。前期春季热带印度洋偏暖和太平洋西暖东冷的异常海温加强了菲律宾反气旋,使西太副高稳定维持在西太平洋和东南亚地区,导致贵州省初夏降水偏多。     

前期春季西北太平洋潜热通量与中国南方秋季降水的联系及其可能的物理机制

利用中国科学院海洋研究所提供的印度洋—太平洋海洋热通量资料,研究了1989—2010年中国南方地区秋季降水与前期春季西北太平洋潜热通量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期春季4月西北太平洋(15°—30°N,150°—170°E)潜热通量与中国南方秋季降水有显著的正相关,当前期关键区潜热通量偏高(低)时,则中国南方秋季降水偏多(少)。分析发现前期关键区潜热通量强弱主要由西北太平洋上空气旋性风切变造成,当前期4月关键区潜热通量偏大时,该关键区正处于西北太平洋上空气旋性风切变北侧大风区中,而在其南侧的赤道强西风使得日界线附近出现海温偏高。随后,次表层高海温伴随开尔文波东传,相应地其北侧的低海温伴随罗斯贝波西传,于秋季西传至热带西太平洋地区,并激发出菲律宾反气旋,从而有利于热带洋面暖湿水汽向中国南方输送,使得南方地区降水偏多,反之亦然。     

2021年山东秋季降水异常偏多成因分析

利用1961—2021年山东123个国家级气象观测站逐日降水资料、ERA5逐月再分析资料和NOAA海温数据,对2021年山东秋季降水异常偏多成因进行分析。结果表明,500 hPa位势高度场上中高纬地区上空存在着“两脊一槽”双阻型的环流形势,贝加尔湖以西地区长波槽加深加强,有助于西路冷空气南下东传影响山东。西太平洋副热带高压(以下简称副高)较常年面积偏大,强度偏强,脊点偏西,脊线偏北,将外围充足的暖湿气流向北输送至黄淮地区,为山东地区提供了充足的水汽。冷空气与暖湿气流交汇于黄淮地区,导致降水异常偏多。进一步分析表明,在赤道中东太平洋冷水状态和印度洋海温持续暖位相的协同影响下,导致副高偏强偏西偏北,从而为暖湿气流输送提供有利的水汽条件。副高异常偏强偏北、南美东海岸和北太平洋海温异常偏暖、赤道中太平洋海温异常偏冷是造成山东9月降水异常偏多的主要原因。     

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。     

1991和1994年南京夏季降水异常与副热带东北太平洋海温异常的联系及成因

利用1979-2015年降水观测资料、海表温度资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了南京夏季降水的时间变化规律,发现南京夏季降水具有明显的年际和年代际变化特征,且总体呈增多趋势。1991年南京夏季降水为极端正异常年份,距平为343.92 mm;1994年南京夏季降水为负异常年份,距平为-273.78 mm。南京夏季降水与副热带东北太平洋（美国加利福尼亚地区西海岸）海温异常存在显著的负相关关系,1991年副热带东北太平洋海温负异常,1994年副热带东北太平洋海温无显著异常。1991年副热带东北太平洋海温负异常,引起该地区上空低层辐散、高层辐合,热带中东太平洋上空低层辐合、高层辐散,这样的环流异常引起中东太平洋上空存在异常上升运动,该异常上升运动则通过纬向垂直环流引起菲律宾附近产生下沉运动并抑制该地区对流活动,激发出负位相的EAP/PJ型遥相关波列,引起了包括南京在内的长江流域降水正异常;同时,水汽由菲律宾地区向南京地区输送并辐合,有利于南京地区1991年夏季降水偏多。1994年副热带东北太平洋海温无显著异常,菲律宾附近对流活动活跃,激发出正异常的EAP/PJ型遥相关波列;同时,水汽由黑潮延伸区经日本列岛向西输送,南京地区为水汽辐散区域,使得1994年南京夏季降水负异常。     

印度洋海温异常与中国气温异常的可能联系

利用NCEP/NCAR 50 a冬季再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站气温资料,采用EOF、合成、奇异值分解等方法讨论了印度洋海温异常对东亚冬季大气环流及气温的影响.结果表明,印度洋海温异常,引起了大气环流的异常,影响了东亚冬季风的强度.当印度洋海温一致变化时,中国温度变化也呈一致;当印度洋海温距平偶极振荡时,中国东、西部的冬季气温也出现偶极变化的现象;印度洋海温偶极振荡正位相年时,东亚冬季风偏弱,中国东北部气温偏高.     

Effects of atmosphere-ocean interaction on the interannual variability of winter temperature in Taiwan and East Asia

 This study investigated the ocean-atmosphere interaction effect on the winter surface air temperature in Taiwan. Temperature fluctuations in Taiwan and marine East Asia correlated better with a SST dipole in the western North Pacific than the SST in the central/eastern equatorial Pacific. During the warm (cold) winters, a positive (negative) SST anomaly appears in marine East Asia and a negative (positive) SST anomaly appears in the Philippine Sea. The corresponding low-level atmospheric circulation is a cyclonic (anticyclonic) anomaly over the East Asian continent and an anticyclonic (cyclonic) circulation in the Philippine Sea during the warm (cold) winters. Based on the results of both numerical and empirical studies, it is proposed that a vigorous ocean-atmosphere interaction occurring in the western North Pacific modulates the strength of the East Asian winter monsoon and the winter temperature in marine East Asia. The mechanism is described as follows. The near-surface circulation anomalies, which are forced by the local SST anomaly, strengthen (weaken) the northeasterly trade winds in the Philippine Sea and weaken (strengthen) the northeasterly winter monsoon in East Asia during warm (cold) winters. The anomalous circulation causes the SST to fluctuate by modulating the heat flux at the ocean surface. The SST anomaly in turn enhances the anomalous circulation. Such an ocean-atmosphere interaction results in the rapid development of the anomalous circulation in the western North Pacific and the anomalous winter temperature in marine East Asia. This interaction is phase-locked with the seasonal cycle and occurs most efficiently in the boreal winters. Received: 22 October 1999 / Accepted: 5 June 2000     

我国秋季降水的年际变化及与热带太平洋海温异常分布的关系

利用我国160个站点58年(1951～2008年)的降水资料、NCEP/NCAR再分析环流资料和Hadley海表温度资料,对我国秋季降水年际变化的特征和可能成因进行了分析。结果显示,秋季降水前两模态分别反映长江流域及以南地区和长江以北的江淮、黄淮、华北、四川盆地北部至河套等地降水的变化,两降水模态的变化都以年际尺度为主,年代际变化特征不明显。就环流形势而言,第一模态的年际变化主要与西太平洋副热带高压的强度及相应的对流层低层菲律宾群岛附近的异常气旋/反气旋联系紧密,第二模态的年际变化则可能受到副热带高压的南北位置和相应的日本岛附近的异常气旋/反气旋的影响。同时,两模态及相应的异常环流还分别与热带东印度洋和热带西太平洋附近的异常垂直运动关系密切,热带地区的异常垂直运动可能通过经圈方向的异常环流影响到东亚地区。此外,两降水模态不仅与热带地区的异常环流关系密切,而且与热带海温异常也存在紧密的联系。与两模态相关联的热带太平洋海温异常显示出不同的分布特征,当热带东太平洋偏暖/冷,西太平洋偏冷/暖时,长江以南地区降水偏多/少。而当热带东太平洋和中太平洋一致偏暖/冷时,长江以北地区降水易偏少/多。两降水模态与热带海温及热带地区异常环流之间的密切关系显示热带太平洋海温异常的不同分布可能通过激发不同的热带地区异常垂直环流形势而对降水产生影响。     

河北春秋季降水异常与对流层中低层环流的可能联系

利用河北省及周边73个台站1961—2010年春季、秋季降水资料及NCEP／NCAR再分析资料,应用SVD等多种统计方法探讨了河北春秋季降水异常变化及其与对流层中低层环流的可能联系.研究结果表明：河北省春秋季降水异常存在全省一致和南—北相反两种模态.春季,当500 hPa平均高度场上东西伯利亚海出现负异常,我国东北地区到日本海为正异常时,河北春季大部分地区降水偏多（石家庄表现最明显）;反之,河北春季大部分地区降水偏少.秋季,当欧洲的西北部500 hPa平均高度场为负异常时,河北大部秋季降水偏少（中部表现最明显）;反之,河北秋季降水偏多.春秋季干旱的出现与贝加尔湖阻高（或高脊）及东亚大槽偏强有关.850 hPa偏南风减弱是导致春秋季干旱的重要原因.     

前、后冬的东亚冬季风年际变异及其与东亚降水的关系

利用ERA-Interim的再分析资料和NOAA海温、降水量等资料对前、后冬的东亚冬季风的年际变异特征及其与东亚降水的关系进行对比分析,并讨论了热带和中高纬系统影响东亚冬季风变异的相对重要性。前冬的东亚冬季风变异的主导模态为东亚全区一致变异型,即一致的北风偏弱或偏强;其次为南部变异型,主要表现为在我国南方-南海北部的东北风偏弱或偏强。而后冬的东亚冬季风变异的主导模态则为南部变异型,其次为东亚全区一致变异型。从前冬到后冬,东亚冬季风的主要变异模态的次序出现交叉更替。前、后冬的冬季风主要模态以年际变化为主,但后冬主导模态还显示出冬季风有变强的趋势。前、后冬的东亚冬季风的主导变异模态也影响东亚降水异常的位置。在前冬,冬季风异常主要影响我国华北、渤海-黄海海域以及朝鲜半岛和日本南部区域的降水异常,而后冬的冬季风异常则主要导致我国东南地区及其东侧附近的西北太平洋海区的降水异常。前冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态都受到印度洋-太平洋海温和中高纬环流系统共同的影响;后冬的东亚冬季风的前两种主要变异模态则分别主要受ENSO和中高纬系统的影响。      

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961—2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子（海温和土壤湿度）的关系,结果发现：1）当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2）孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3）区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因：贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4）利用关键区春季下垫面因子（海温和土壤湿度）建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

Simulated impacts of afforestation in East China monsoon region as modulated by ocean variability

Using the National Center for Atmospheric Research Community Climate System Model Version 3.5, this paper examines the climatic effects of afforestation in the East China monsoon region with a focus on land–atmosphere interactions and the modulating influence of ocean variability. In response to afforestation, the local surface air temperature significantly decreases in summer and increases in winter. The summer cooling is attributed to enhanced evapotranspiration from increased tree cover. During winter, afforestation induces greater roughness and weaker winds over the adjacent coastal ocean, leading to diminished latent heat flux and increased sea-surface temperature (SST). The enhanced SST supports greater atmospheric water vapor, which is accompanied by anomalous wind, and transported into the East China monsoon region. The increase in atmospheric water vapor favors more cloud cover and precipitation, especially in the eastern afforestation region. Furthermore, the increase in atmospheric water vapor and cloud cover produce a greenhouse effect, raising the wintertime surface air temperature. By comparing simulations in which ocean temperature are either fixed or variable, we demonstrate that a significant hydrologic response in East China to afforestation only occurs if ocean temperatures are allowed to vary and the oceanic source of moisture to the continent is enhanced.