气候变化背景下宁夏冬季气温月尺度变化特征

基于宁夏20个气象站1961—2018年气象观测资料,利用季节经验正交函数(S-EOF)分析宁夏冬季气温月尺度变化特征。结果表明:宁夏冬季气温S-EOF分析第1模态各月空间型均表现为全区一致型;第2、第3模态各月空间型呈冷暖交替的分布特征。其中第2模态12月空间型表现为偏冷(暖)时1、2月表现为偏暖(冷)特征;第3模态12月及1月空间型偏暖(冷)时2月为偏冷(暖)特征。第2、第3模态时空分布与12月至次年2月乌拉尔山高压脊、西伯利亚高压、东亚大槽月尺度上的强弱调整过程存在很好的对应关系,当乌拉尔山高压脊和东亚大槽偏强、西伯利亚高压增强时,有利于对应月份气温偏低,反之亦然。     

1961—2019年黑龙江省冬季气温季节内变化及环流异常特征

利用1961—2019年黑龙江省冬季气温、NCEP再分析资料和环流指数资料,采用多变量经验正交函数分解、合成分析、相关分析等方法,分析黑龙江省冬季气温季节内变化及其环流异常特征,并进一步对比了主要环流因子在冬季气温季节内演变不同模态中的相对贡献。结果表明: 季节内变化是黑龙江省冬季气温变化的基本特征。黑龙江省冬季气温存在季节内一致变化、12月和翌年1—2月反位相变化、12月至翌年1月和2月反位相变化三个主要模态。当冬季气温处于第一模态分布一致偏暖（冷）时,环流呈现北极涛动（AO）正（负）位相的分布特征,东亚冬季风（EAWM）偏弱（强）。当冬季气温发生季节内冷暖转换时,季内极涡、高空急流、西伯利亚高压（SH）和EAWM强度、中高纬环流经向度等均有明显调整。第二模态1月和第三模态2月环流场分别呈现类似极地欧亚型（PEA）和东大西洋型（EA）遥相关的分布特征。AO、SH、EAWM、PEA和EA是冬季气温季节内演变的重要影响因子。     

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数 （EOF,empirical orthogonal function）分解和依赖于季节的EOF（SEOF,season-reliant EOF）分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖（冷）或北冷（暖）南暖（冷）的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态（SEOF1）为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖（冷）时后冬亦全国一致偏暖（冷）,该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态（SEOF2）表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷（暖）而后冬全国一致偏暖（冷）,该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。     

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。     

中国东部气温异常型与海表温度异常模关系的诊断

基于国家气候中心整编的160站常规观测气温资料和HADLEY中心的海表温度资料,应用最大协方差分析方法,诊断了中国东部各季节气温异常型和前期海表温度异常(SSTA)模的关系,并重点分析冬季气温与SSTA模的最佳耦合模态及海温异常对大气环流的影响。结果表明:中国东部四季气温异常型与前期海盆SSTA模的显著耦合关系表现出不同的特征。超前6个月的热带太平洋第二模和南印度洋第二模与东部地区冬季气温一致变化型耦合关系最佳。西南冷东北暖的气温异常型与超前4个月热带大西洋一致增暖模有最佳耦合关系。大气环流对与全区气温一致偏冷型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压增强,东亚大槽加深,中纬度西风加强。对与气温西南冷东北暖型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压略有增强,东亚大槽槽区附近位势升高,大槽变浅,槽线偏向西南,东部40°N以北风速加强,以南风速减弱。     

华南冬季气温异常与大气环流和海温的关系

利用1961—2013年中国743个测站的逐日气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、回归、合成等方法分析了华南冬季气温异常的气候特征及其与同期大气环流和前期海温的关系。结果表明,华南冬季气温总体一致性偏高,近52年来华南冬季平均气温以0.26 ℃/(10 a)的速率上升,但显著低于全国平均的冬季增温速率,并在1989年发生升温突变。华南冬季平均气温具有显著的年际和年代际变化。当西伯利亚高压和乌拉尔山阻塞高压均偏弱、阿留申低压偏强、东亚大槽偏弱、太平洋副热带高压加强、冷空气活动偏弱时,有利于华南冬季气温偏暖。华南冬季气温在年际尺度上与ENSO和西伯利亚高压联系更密切,在年代际尺度上,华南冬季气温增暖趋势与鄂霍次克海海温偏低、东亚大槽减弱密切相关。      

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

中国冬季气温季节内变率特征及环流分析

利用中国冬季逐日平均气温均方差作为气温季节内变率指标,分析其变化特征并探讨引起季节内变率异常的环流背景。结果表明,中国冬季气温季节内变率总体呈减弱趋势,对气候增暖趋势响应明显,其年代际变化和东亚冬季风年代际转折时间相吻合。当气温季节内变率异常偏强时,冬季平均环流场上呈类似准正压结构,平流层极涡偏弱,对流层中高纬呈类似斯堪的纳维亚遥相关型分布,低层西伯利亚高压偏强,北大西洋涛动(NAO)为负位相;NAO同我国东部气温变率联系密切,进一步分析揭示出NAO是通过影响西伯利亚高压的高频变化来作用于气温季节内变率。最后,通过提取天气—次季节—季节不同时间尺度上的大气环流内部变率,发现在各个尺度上,气温季节内变率均受西伯利亚高压和东亚冷涡的调控作用;尤其在天气尺度上,阿留申低压频繁波动及上游欧洲脊的稳定少动与气温变率有密切联系,季节尺度上欧亚阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压异常对气温变率有显著影响。     

冬季西伯利亚高压的主要年际变化模态及其对东亚气温的影响

选取40°N—60°N,80°E—120°E的区域作为西伯利亚高压的主要活动区域,利用NCEP/NCAR月均海平面气压再分析资料,对该区域西伯利亚高压(Siberian High,SH)从1979—2017年共38个冬季(12月至次年2月)进行经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。结果表明,第1模态为全区一致的变化,第2模态为南北气压的反相变化关系,第3模态为东西部气压的反相变化关系,并且3个模态的时间序列都存在显著的年际变化。进一步对相关的大气环流和东亚气温异常的分析表明,第1模态相联系的大气环流在地面表现为海陆气压差的改变,500 h Pa高度上东亚大槽强度的变化,200 h Pa纬向风场上温带急流、副热带急流强度的变化,SH负位相时,东亚偏暖,SH正位相时,东亚偏冷;第2模态与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的变化有密切关系,在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态,SH北强南弱时,环流场类似AO正位相,温带急流减弱,东亚东北部偏暖,SH北弱南强时,东亚东北部偏冷;而与第3模态相联系的大气环流主要出现在欧亚大陆局部区域,与北大西洋涛动(NAO)也存在一定的关联,SH东强西弱时,东亚北部偏暖,西南部偏冷,SH东弱西强时,东亚北部偏冷,西南部偏暖。     

近百年冬季东亚大气活动中心年际一年代变率及其对中国气温的影响

利用历史海平面气压资料分析了近百年来冬季西伯利亚高压、阿留申低压强度和位置变化特征及与中国不同区域气温的关系。分析发现中国气温，西伯利亚高压和阿留申低压中心强度，西伯利亚高压１０３０百帕等压线南伸纬度和两个大气活动中心之间的气压梯度在过去的１００年中存在１９２０年代和１９８０年代的两次突变，其中以后一次突变更为显著。１００年的大气活动中心变化与中国１００年的气温有着显著的年代际相关。在过去的５０年中，冬季大气活动中心强度及其指数变化与中国北方和东部地区的冬季气温有显著的年际相关。大气活动中心在１９８０年代的显著突变与中国乃至全球气温的突变一致。大气活动中心的多种参数表明，１９８０年代后期以来大气环流正面临着重大调整。这种调整可能预示着中国年代际气温的转变。     

东北地区冬季气温与北极涛动年代际关系研究

利用中国160站气温资料、北极涛动指数资料及关国NCEP／NCAR再分析资料中月平均海平面气压场、高度场、风场资料，分析了东北地区冬季气温、冬季北极涛动的年代际特征及其关系。结果表明：在年代际时间尺度上，两者之间存在显著正相关。冬季北极涛动处于低（高）指数期，东北冬季气温为持续冷冬（暖冬）期。可能影响机制是：在地面，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，西伯利亚高压增强（减弱），亚洲大陆偏北冬季风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期；在对流层中层，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，东亚大槽加深（减弱），贝加尔湖以西以北脊增强（减弱），环流呈经向（纬向）型发展，东北对流层中层偏北风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期。     

山东冷暖冬划分及其与ENSO的关系

基于1961—2020年山东省122站逐月平均气温资料、NOAA逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,对山东强弱冷暖冬年进行了划分,分析了ENSO对山东冬季气温变化的影响.结果表明:山东冬季气温上升趋势明显,在20世纪80年代中期由偏冷阶段进入偏暖阶段,近年波动明显;去趋势项后,59 a中出现4个强...     

冬季北极涛动和华北冬季气温变化关系研究

利用北极涛动指数（AOI）、NCEP／NCAR40a再分析资料中的海平面气压（SLP）、850、500、200hPa等压面高度场资料及中国160站月平均气温资料，运用小波分析，经验正交函数（EOF）分析等方法，分析了华北冬季气温和冬季北极涛动指数的变化特征及其关系。结果表明它们之间存在有着显著相关，特别是在年代际尺度上关系尤其密切。华北在20世纪70年代初以前为持续冷冬，80年代中期之后变为持续暖冬，其间相对正常，而冬季北极涛运指数亦存在类似的3个阶段，冬季北极涛动高（低）低数年，华北地区为暖（冷）冬年。其原因在于，北极涛动在于对流层低层和高层都可激发类似EU遥相关型的异常，通过影响西伯利亚高压和东亚大槽影响华北地区气温。强（弱）涛运年大气环流具有弱（强）东亚冬季风特征，西伯利亚高压减弱（增强），亚洲大陆地面东北风减弱（增强），高空东亚大槽减弱（增强）。     

2008年重庆冬季低温天气的环流异常特征

本文利用2008年1月12日~2月2日重庆34个测站逐日气温和降水资料,以及NCEP/NCAR全球逐日高度场、风场和比湿场的再分析资料,分析了2008年1月中下旬~2月初重庆地区低温雨雪冰冻天气的环流异常特征。结果表明,2008年初的低温雨雪冰冻天气是由亚洲高、低纬度地区异常的大气环流共同作用而产生。其中,中高纬度的亚洲区极涡、乌拉尔山阻塞高压和东亚大槽的异常,致使大量强冷空气在西伯利亚地区堆积,然后在蒙古冷高压的作用下从西伯利亚经蒙古进入我国。同时来自低纬地区的西南暖湿气流从西南地区进入我国,与来自北方的冷空气在长江流域及其以南地区相遇,形成冷暖气流的辐合带。当势力相当的冷暖气流在长江流域及其以南地区相遇并维持,势必使受其控制区域出现大面积持续性的低温雨雪冰冻天气。      

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.     

近40年东亚冬季风强度的多时间尺度变化特征及其与气候的关系

文章利用季风强度指数研究了近40年冬季1月份东亚季风强度趋势、年际、十年际变化特征及其与我国冬季天气气候的关系。结果指出，东亚冬季风的年际变化、年代际变化与我国冬季天气气候关系密切。弱冬季风时，我国天气气候是暖、湿；强冬季风时，则冷、干。但是，季风与我国气候在近40年中的趋势变化关系则不如其年际、十年际变化更密切。近40年来，我国冬季气温已明显升高，季风减弱，但不太显著。80年代中期开始，冬季风已明显减弱。此外，还指出，东亚强冬季风时，大气环流具有强WP型、弱EU遥相关型的特征     

Influence of October Eurasian Snow on Winter Temperature over Northeast China

This paper addresses the interannual variation of winter air temperature over Northeast China and its connection to preceding Eurasian snow cover.The results show that there is a significant negative correlation between October Eurasian snow cover and following-winter air temperature over Northeast China.The snow cover located in eastern Siberia and to the northeast of Lake Baikal plays an important role in the winter air temperature anomaly.More(less)eastern Siberia snow in October can cause an atmospheric circulation anomaly pattern in which the atmospheric pressure is higher(lower)than normal in the polar region and lower(higher)in the northern mid-high latitudes.Due to the persistence of the eastern Siberia snow from October to the following winter,the winter atmospheric anomaly is favorable(unfavorable)to the widespread movement of cold air masses from the polar region toward the northern mid-high latitudes and,hence,lower(higher)temperature over Northeast China.Simultaneously,when the October snow cover is more(less),the SST in the northwestern Pacific is continuously lower(higher)as a whole; then,the Aleutian low and the East Asia trough are reinforced(weakened),favoring the lower(higher)temperature over Northeast China.     

Characterizing the winter concurrent variation patterns of the subtropical and polar-front jets over East Asia

In this study, the concurrent variation relationships between the East Asian subtropical jet (EASJ) and polar-front jet (PFJ) over the East Asian land mass in the winter season on different timescales are identified and the impacts of the jet concurrent variation patterns on the atmospheric circulation in mid–high latitude regions and climate anomalies in China are examined, using NCEP–NCAR reanalysis data and observational data. The major variability modes of the winter upper-level wind field on interannual timescales are characterized by the meridional shift of the PFJ and out-of-phase variation in the intensity of the subtropical jet and PFJ. On subseasonal and synoptic timescales, the concurrent variation relationships can be categorized into four configuration patterns: a strong (weak) subtropical jet accompanied by a weak (strong) PFJ, or a strong (weak) subtropical jet with a strong (weak) PFJ. The out-ofphase variation [i.e., a stronger (weaker) EASJ and weaker (stronger) PFJ] is found to be more common than the inphase variation [i.e., a stronger (weaker) EASJ and stronger (weaker) PFJ]. These concurrent variation relationships represent the integral structure and variation features of the atmospheric general circulation over East Asia, and have significant impacts on the weather and climate. The strong subtropical jet/weak PFJ (weak subtropical jet/strong PFJ) pattern leads to anomalous negative (positive) geopotential height in midlatitude regions and favors cold (warm) conditions, and positive (negative) rainfall anomalies in southern China. For both strong jet configurations, the geopotential height anomaly in the mid–high latitudes shows a northwest–southeast tilted dipole pattern, resulting in northern warm–southern cold temperature anomalies, and positive rainfall anomalies in southern China. For both weak jet situations, positive geopotential height anomalies dominate the East Asian area, and warm conditions occur over most areas in China, corresponding to less negative rainfall anomalies in southern China. The complicated rainfall and temperature anomaly patterns in China can be explained by the concurrent variation relationships between the two jets. A close relationship may exist between the synoptic-scale transient eddy activity (STEA) and the intensity of jet streams, especially for the PFJ. Significantly reduced (strengthened) STEA over the polar-front area is intimately associated with a decreased (increased) intensity of the PFJ.     

华北冬季气温变化及背景场分析

利用国家气候中心1951～2003年全国160站月平均气温资料和NCEP／NCAR全球再分析资料,采用经验正交函数（EOF）、线性趋势变化、M-K突变检验、相关分析、t检验等方法揭示50多年来华北地区冬季气温的时空分布特征,探讨华北冬季气温的年代际变化与大尺度环流特征。结果表明：①华北地区冬季气温常表现出一致的偏低或偏高,偏低年份主要集中在20世纪80年代中期以前,80年代后期华北冬季气温明显升高,由冷变暖的突变点为1987年;②华北地区冬季气温偏低、偏高年的北半球环流形势存在明显的差异,亚洲区极涡面积、乌拉尔山东部高压脊、东亚大槽及蒙古高压是重要的影响因子;③华北冬季气温与我国近海和日本海的SST存在较好的正相关关系。