中国春季气温异常变率的非线性特征

运用一种基于神经网络的非线性主成分分析法(NLPCA)对中国1951-2003年53 a春季气温距平场进行分析,结果表明,春季气温异常变率具有显著的非线性特征,当非线性主元u分别取最大值和最小值时,对应的空间气温异常分布型具有显著的非对称性.     

近53a中国气温异常分布的非线性特征

运用一种基于神经网络的非线性主成分分析法（nonlinear principal component analysis,NLP-CA）对中国1951—2003年53 a四季气温距平场（surface air temperature anomaly,SATA）进行分析,NLPCA第一模态结果显示中国四季气温异常具有一定的非线性特征,并且具有显著的季节性差异,即春、夏两季的非线性较强,秋、冬两季较弱。一维NLPCA对原始气温距平场的近似比一维PCA（principal component analysis）更好地反映了气温场的实际分布情况。     

青海高原春季气温异常及影响因子分析

利用1961—2012年青海省气温观测资料、NCEP月平均再分析资料集及环流因子数据,探讨了青海高原春季气温异常特征及其影响因子。结果表明:1961—2012年青海高原春季气温呈显著上升的趋势,且具有明显的年代际变化特征;青海高原春季气温主要表现为全区一致型、南北反相型和东西反相型3种分布型,其中全区一致型和东西反相型具有明显的年代际特征,而南北反相型年际振荡特征显著。春季西欧、乌拉尔山、青藏高原及以东地区是影响青海高原春季气温异常的关键系统所在地,乌拉尔山高压脊和东亚大槽的强弱直接影响青海高原春季的冷暖;青海高原春季气温异常的影响因子主要包括乌拉尔山高压脊、东亚大槽、北半球副热带高压和极涡指数、高原高度场;青海高原春季气温对北印度洋的索马里—阿拉伯海—孟加拉湾地区、西北太平洋及赤道中太平洋海温异常有较好的响应,当上述关键海区的海温偏冷(暖)时,易造成青海高原冷(暖)春。     

冬季青藏高原地面加热与春季川渝地区气温关系的分析

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500 hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500 hPa高度场,导致高原东侧川渝地区春季气温异常;冬季高原地面加热场强度偏强(弱),则后期春季东亚上空500 hPa高度场偏高(低),川渝地区春季气温偏高(低);加热场-高度场-气温场之间的这种非同步联系,表明冬季青藏高原地面加热场异常,通过影响未来春季大气环流变化,是造成高原东侧川渝地区春季气温异常的重要原因.     

青海高原春季气温异常成因及低温过程诊断分析

文章利用1961—2012年青海省气温观测数据、NCEP月平均再分析资料集、国家气候中心74项环流特征量,以及美国国家海洋局和大气管理局的52项气候指数,分析探讨青海高原春季气温异常特征及其影响因子。结果表明：青海高原春季气温呈显著上升趋势,并具有明显的年代际变化特征;北半球冬季欧亚(EU)遥相关型对次年春季青海高原气温异常具有很好的指示意义,当符合EU型分布时,青海春季气温易于偏低;春季乌拉尔山高压脊、东亚大槽、北半球副热带高压和极涡、高原高度场对春季气温具有一定的影响;同时,春季气温对北印度洋的索马里—阿拉伯海—孟加拉湾地区、西北太平洋及赤道中太平洋海温异常具有很好的响应,当上述关键海区海温偏冷（暖）时,易引起冷（暖）春。青海春季的持续低温过程是导致春季气温偏低的直接原因,造成低温过程频发的主要影响系统为贝加尔湖以南地区的低压明显发展时,青海高原处于槽后脊前西北气流中,高原高度场偏低,受频繁性冷空气影响易出现持续性低温过程,而相反该地区高压异常强盛时,青海高原多盛行下沉气流,以晴好天气为主,不利于低温过程的出现。     

冬季欧亚海平面气压场主要空间模态的年代际变化特征

运用非线性主成分分析法对欧亚地区1948-2007年冬季海平面气压距平场进行分析。结果表明：冬季欧亚地区海平面气压异常变率具有显著的非线性特征,当非线性主成分取不同的异常值时,对应的空间气压异常分布型具有显著的非对称性。同时,第一非线性模态（NLPC1）年际振荡强度和周期在20世纪70年代初存在明显的年代际变化,1970年以后,年际振荡强度显著增强。     

冬季欧亚海平面气压场主要空间模态的年代际变化特征

 运用非线性主成分分析法对欧亚地区1948-2007年冬季海平面气压距平场进行分析。结果表明：冬季欧亚地区海平面气压异常变率具有显著的非线性特征,当非线性主成分取不同的异常值时,对应的空间气压异常分布型具有显著的非对称性。同时,第一非线性模态（NLPC1）年际振荡强度和周期在20世纪70年代初存在明显的年代际变化,1970年以后,年际振荡强度显著增强。     

春季东大西洋/西俄罗斯遥相关型异常与我国气温异常的联系

利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia,EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/WRUS遥相关型正(负)位相表现为北大西洋至欧亚大陆中高纬地区的500 hPa位势高度场“+-+”(“-+-”)纬向波列,该波列的三个主要活动中心分别位于西欧、乌拉尔山附近和贝加尔湖南侧。在垂直方向上,春季EATL/WRUS遥相关型具有明显的相当正压结构。春季EATL/WRUS遥相关型异常与我国西北地区春季气温异常具有显著的正相关关系。当春季EATL/WRUS遥相关型处于正(负)位相年,乌拉尔山附近地区为负(正)位势高度异常和气旋性(反气旋性)环流异常,贝加尔湖南侧地区出现正(负)位势高度异常和反气旋性(气旋性)环流异常,使得影响我国西北地区的冷空气减弱(加强),从而导致我国西北地区春季气温异常升高(降低)。     

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。     

赤道太平洋对流活动异常对我国夏季降水和气温的影响

利用月平均ＯＬＲ、降水和气温资料,研究了ＥＮＳＯ期间赤道太平洋对流活动与我国夏季降水和气温的关系。结果表明：春季、夏季中、西太平洋对流活动异常与我国夏季江淮地区的降水有密切关系;春季和前一年冬季西太平洋对流活动异常与东北地区夏季降水有显著相关。前一年冬季中、西太平洋对流活动异常与我国降水的显著相关区是不同的,前者为华南、西南地区,后者为东北至内蒙古一带。气温与同期中、西太平洋对流活动的相关不显著。     

The Wave Train Characteristics of Teleconnection Caused by the Thermal Anomaly of the Underlying Surface of the Tibetan Plateau. Part Ⅰ: Data Analysis

探讨了前期青藏高原下垫面热力结构异常对后期长江中下游地区降水的影响。通过资料分析揭示出长江中下游地区夏季降水异常前期冬、春季青藏高原下垫面三维热力结构强信号特征,即长江中下游夏季旱涝前期高原南部和北部各层次的地温距平呈反位相分布。从地面0cm到地下320 cm的地温距平分布为:涝年高原偏南部(30°N以南)为正,中部和北部(30°N以北)为负,旱年时相反。其中地温距平的大值区在 40 cm到160 cm层之间。同时揭示了北半球环流型对青藏高原下垫面热力异常可能产生遥响应,并形成季尺度低频波的传播,从而影响长江中下游地区后期的降水,反映了遥相关是区域性旱涝形成的一个动力机制。资料分析结果表明前期青藏高原下垫面三维热力结构异常是后期长江中下游地区降水异常的重要原因之     

冬季气温急剧升、降日期与东北夏季低温的联系

利用通化市所属5个气象站1954—2006年日平均温度组成的区域平均时间序列资料、季平均温度资料,分析了短期气温的剧烈变化(本文称之为寒潮和气温骤升)与后期季温度异常的关系,结果发现,冬季短期气温的剧烈变化与后期春、夏季气温距平存在联系,表现在一些特定的寒潮(或气温骤升)爆发日期段总是与后期季的高或低温相对应。在一定的年代背景下,一些日期段还与极端季温度距平存在明显的联系。与后期气温异常联系明显的寒潮爆发、气温骤升日期段存在着周期性,与春季低温对应明显的寒潮爆发日期有5 d的时间间隔;与春季低温对应明显的气温骤升的日期存在着9~11 d的周期,且随着日期的变化,爆发日期之间的间隔有规律的延长和缩短。一些寒潮爆发和气温骤升日期与东北夏季低温冷害存在明显的联系。     

湖北省春季降水低频特征及其与海温的联系

利用1961—2018年湖北省68站逐日降水资料和美国国家海洋和大气管理局（NCEP/NCAR）环流、海温资料，分析了湖北省春季降水低频特征，并讨论了其年际变化与海温的联系。结果表明：①湖北省春季降水存在显著的准双周低频周期。春季涝（旱）年，准双周活动活跃（不活跃）。②春季印度洋和黑潮海温分别通过影响中低纬、日本海附近不同区域上空的环流，进而影响湖北省春季降水的低频活动。③2018年受黑潮海温异常偏暖的影响，日本海附近500 hPa高度场呈正距平，具有明显的低频振荡特征，其后部东南气流和华南上空的西南气流构成了暖切，从而给湖北省带来低频降水，造成当年春季降水准双周活动指数异常。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

春季欧亚积雪异常影响中国夏季降水的数值试验

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.1版本模式,研究了欧亚大陆春季积雪异常对北半球大气环流和中国夏季降水的影响。结果表明,春季积雪异常通过改变其后夏季的土壤湿度和温度分布,造成对流层厚度场的异常,激发一个从欧洲西部到东亚的500 hPa高度场异常波列。我国南、北方处于符号相反的高度场异常区,同时降水也呈现南北相异的态势,这表明春季欧亚积雪异常是影响我国夏季降水分布的一个重要因子。     

EFFECTS OF THE ATMOSPHERIC COLD SOURCE OVER THE TIBETAN PLATEAU ON THE QUASI 4-YEAR OSCILLATION OF OCEAN-ATMOSPHERIC-LAND INTERACTION

Using correlation analyses, composite analyses, and singular value decomposition, the relationship between the atmospheric cold source over the eastern Tibetan Plateau and atmospheric/ocean circulation is discussed. In winter, the anomaly of the strong (weak) atmospheric cold source over the eastern plateau causes low-level anomalous north (south) winds to appear in eastern China and low-level anomaly zonal west (east) winds to prevail in the equatorial Pacific from spring to autumn. This contributes to the anomalous warm (cold) sea surface temperature the following autumn and winter. In addition, the anomalous variation of sea surface temperature over the equatorial middle and eastern Pacific in winter can influence the snow depth and intensity of the cold source over the plateau in the following winter due to variation of the summer west Pacific subtropical high.     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

耦合模式长期积分资料所揭示的华南春季降水及环流特征的年际变化

利用一个全球海洋-大气-海冰耦合模式的300年控制试验资料,针对东亚区域雨带移动和大气环流特征演变的研究发现,华南春季降水是位于副热带的雨带的一部分,而且华南地区4、5月的降水异常具有明显的年际变化特征。在华南4、5月降水偏多年份,前期3月阿留申低压加强,北半球西风减弱,西太平洋海表温度出现负异常,导致冷暖空气在这里相遇造成降水异常。     

The relationship between the Spring Asian Atmospheric circulation and the previous winter Northern Hemisphere annular mode

Summary By using the NCEP/NCAR reanalysis data, the Northern Hemisphere annular mode index (NAMI), China dust storm frequency data and China’s 160-station monthly precipitation data, the relationship between the previous winter (December–February) Northern Hemisphere annular mode (NAM) and the following spring (March–May) Asian atmospheric circulation is examined statistically in this study. Results demonstrate that the relationship between the spring Asian atmospheric circulation and the previous winter NAM is more significant on decadal time scales than on interannual time scales. There are significant negative correlations between the previous winter NAM and the spring temperature in what is almost a troposphere over Northwest China. There is a significant positive correlation between the winter NAMI and following spring geopotential height field over the Mongolian Plateau and Middle Siberia (MPMS) at the upper level. The positive correlation coefficients center moves to the south with the level from high to low. At lower level the high correlation coefficients center is located over the North China. There is a significant negative correlation between the winter NAMI and the surface horizontal wind intensity in the following spring for Northwest China on decadal timescales. The results suggest that a strong NAM in winter is followed by a negative temperature anomaly and a positive anomaly of the spring 500 hPa geopotential height over the MPMS, while at the same time the spring anomaly of the southeast wind is experienced in the surface layer in Northwest China, implying that the intensity of the northwest wind tends to weaken, and vice versa. This circulation pattern can affect the change of the spring dust storm frequency in Northwest China on decadal time scales.     

前期土壤湿度、海表面温度对中国夏季极端气温的预测能力评估

基于中国587站日最高、最低气温观测资料、月平均的ERA_interim土壤湿度（Soil Moisture,SM）再分析资料及扩展重建的海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）资料（ERSST）,对极端气温指数进行了定义,利用变形的典型相关分析和集合典型相关分析方法（Ensemble Canonical Correlation,ECC）,分析了1979-2009年我国夏季极端气温与前期（春、前冬）SM、SST间的线性联系,建立了中国夏季极端气温预测模型,并对独立样本检验的效果进行了评估。结果表明：1）与中国夏季极端气温联系密切的前期SST异常的空间分布为类PDO（Pacific Decadal Oscillation）型,前期土壤湿度异常的区域为华南、青藏高原、东北和西北地区。2）交叉检验结果表明基于前冬预测因子的极端气温预测模型技巧高于春季,基于SM的极端气温预测模型技巧高于SST。3）独立样本检验表明基于前期SM、SST的ECC模型对中国东部夏季极端气温有一定的预测能力。因此,可以在夏季极端气温的预测业务中考虑前期SM、SST的影响。