冬季北极喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对东亚冬季风的影响

通过大量的数据分析发现,冬季喀拉海、巴伦支海海区是影响东亚以及北半球气候变化的关键区之一,该海区海冰面积变化与大气500 hPa高度场的EU遥相关型以及东亚冬季风强、弱之间存在密切的关系。冬季该海区海冰偏多,则500 hPa高度场容易出现EU遥相关型（日本及西欧500 hPa高度场偏高）,亚洲大陆上的冷高压减弱,而北太平洋海域海平面气压升高,致使东亚冬季风偏弱以及2月份入侵我国的冷空气次数减少;而冬季该海区海冰偏少时,情况正好相反。     

北半球冬季极端低温事件变化及其与秋季海冰的联系

利用欧洲中期天气预报中心逐日的地面气温数据以及美国国家冰雪数据中心逐月的海冰密集度数据,并通过气候百分位法统计了逐月的极端低温事件日数,分析了1979-2016年冬季(12月至次年2月)北半球的极端低温事件与秋季(9-11月)北极海冰变化之间的关系,并挑选了典型年份探讨了秋季北极海冰对极端低温事件可能存在的影响机理。结果表明,北半球冬季极端低温事件与秋季关键海区(波弗特海、楚科奇海、巴伦支海和喀拉海)的海冰面积变化密切相关,其中亚洲北部区域冬季的极端低温事件与秋季关键海区的海冰面积有显著负相关关系,而青藏高原区域、非洲北部区域和北美东北部区域冬季的极端低温事件与秋季关键海区的海冰面积有显著正相关关系。通过对典型年份冬季北半球极端低温事件极度异常时的大气环流进行分析后发现,当秋季关键海区海冰异常偏少时,冬季西伯利亚高压偏强,其东部偏北风加强,使得欧亚大陆北部的气温偏低,极端低温事件偏多;冬季冰岛低压偏强,其南部的西南风加强,将低纬度温暖的空气带到了非洲北部区域,使其冬季气温偏高,极端低温事件偏少;高层异常反气旋主要位于格陵兰岛附近,其下沉气流不利于形成极端低温天气而导致北美东北部区域极端低温事件偏少。     

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。     

冬季戴维斯海峡的海冰面积年陈变化与东亚气候关系研究

采用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,分析了戴维斯海峡海冰的年际变化与大气环流及东亚气候的关系,结果发现冬季戴维斯海峡是影响东亚以及北半球气候变化的关键区之一,该区海冰面积年际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关以及东亚冬季风强、弱之间存在密切的关系.冬季该区海冰偏多,则500hPa高度场在北大西洋戴维斯海峡西欧一带为WA型遥相关(美国东部高度场偏高,北美东北部到格陵兰一带高度场偏低),在欧亚大陆为出现EU型遥相关(贝加尔湖及其以东和西欧高度场偏高),西伯利亚高压减弱,致使东亚冬季风偏弱,我国东北、西北和华北地区偏暖;而冬季该区海冰偏少时,情况正好相反.     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

冬季戴维斯海峡的海冰面积年际变化与东亚气候关系研究

采用北极 1°× 1°海冰面积指数、海平面气压、50 0 h Pa高度场和中国 1 60站气温等资料 ,分析了戴维斯海峡海冰的年际变化与大气环流及东亚气候的关系 ,结果发现 :冬季戴维斯海峡是影响东亚以及北半球气候变化的关键区之一 ,该区海冰面积年际变化与 50 0 h Pa高度场的 WA型、EU型遥相关以及东亚冬季风强、弱之间存在密切的关系。冬季该区海冰偏多 ,则 50 0 h Pa高度场在北大西洋戴维斯海峡西欧一带为 WA型遥相关 (美国东部高度场偏高 ,北美东北部到格陵兰一带高度场偏低 ) ,在欧亚大陆为出现 EU型遥相关 (贝加尔湖及其以东和西欧高度场偏高 ) ,西伯利亚高压减弱 ,致使东亚冬季风偏弱 ,我国东北、西北和华北地区偏暖 ;而冬季该区海冰偏少时 ,情况正好相反。     

冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。     

北极海冰融化影响东亚冬季天气和气候的研究进展以及学术争论焦点问题

北极历来是影响东亚冬季天气、气候的关键区域之一。北极表面增暖要比全球平均快2~3倍,即所谓北极的放大效应。随着全球增暖的持续以及北极海冰的持续融化,北极的生态环境正在发生显著的变化,进而可能对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。本文概述了有关北极海冰融化影响冬季东亚天气、气候的主要研究进展,特别是自2000年以来,北极海冰异常偏少影响东亚冬季气候变率以及极端严寒事件的可能途径、存在的科学问题,以及学术界的争论焦点。秋、冬季节是北极海冰快速形成时期,此时北极海冰对大气环流的影响要强于大气对海冰的影响。近二十年来的研究结果表明,北极海冰异常偏少,不仅影响北冰洋局地的气温和降水变化,而且通过复杂的相互作用和反馈过程,对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。北极海冰通过以下两个可能机制来影响东亚冬季的天气、气候:（1）北极海冰的负反馈机制;（2）由海冰异常偏少引起的平流层-对流层相互作用机制。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,特别是,巴伦支海-喀拉海海冰异常偏少,既可以加强冬季西伯利亚高压（东亚冬季风偏强）,也可以导致冬季风偏弱。导致海冰影响不确定性的部分原因是:（1）夏季北极大气环流状态影响北极海冰异常偏少对冬季大气环流的反馈效果;（2）冬季大气环流对北极海冰异常偏少响应的位置、强度不同造成的。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,在适宜的条件下（例如,前期夏季北极大气环流的热力和动力条件,有利于加强北极海冰偏少对冬季大气的反馈作用）,可以激发出有利于冬季亚洲大陆极端严寒过程的大气环流异常。目前学术界争论焦点主要集中在以下两个方面:（1）关于北极增暖、北极海冰融化对中纬度区域影响的争论;（2）关于1980年代后期以来,冬季欧亚大陆表面气温呈现降温趋势的原因。目前,有关北极海冰融化影响冬季欧亚大陆次季节变化以及极端天气、气候事件的过程和机制,我们认知非常有限,亟需开展深入细致的研究。     

冬春季格陵兰海冰变化与初夏中国气温/降水关系的初步分析

采用英国Hadley中心GISST海冰面积资料，NCEP／NCAR再分析资料以及中国地面降水和气温资料，运用EOF分解，小波分析和合成分析等方法，初步探讨了格陵兰岛两侧附近冬春季海冰面积变化特征及其与初夏6月中国气温和降水的关系，结果表明，格陵兰岛东西两侧海冰面积呈显著反相变化，并且具有明显的年际和年代际周期性振荡，冬春季格陵兰－寻威海海冰与初夏6月中国长江以北气温（降水）正相关（反相关），与长江以南气温（降水）反相关（正相关），而对于戴维斯海峡－拉布拉多海海冰则具有相反的相关型，大尺度500hPa环流合成分析初步表明，冬春季格陵兰附近海冰面积变化伴随着北极极涡环流和北半球阻塞高压的持续异常，海冰变化可能是影响初夏中国气温和降水的因子之一。     

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。     

青藏高原冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水关系的进一步分析

为了进一步分析青藏高原(下称高原)冬春积雪异常与中国东部地区夏季降水的关系,利用1957～1994年高原地区的实测雪深、1951～1994年6～8月中国东部地区226个均匀分布测站的实测月降水量,以及美国国家环境监测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1958～1994年1～12月的再分析格点值资料,对比分析了高原冬、春季多、少雪年后期中国东部地区夏季(6～8月)降水分布和环流的平均特征,也分析了高原积雪影响的机理.分析结果表明:1) 平均来说,多雪年夏季长江及江南北部降水可偏多1～2成,华北和华南的降水则偏少1～3成;少雪年夏季江淮流域及湘、黔地区少雨,华北和华南多雨.2)高原冬、春积雪不仅影响了后期高原的热状况,而且影响了后期东亚大气环流的季节变化和南亚与东亚的夏季风环流.     

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     

东亚冬季风变化若干统计事实

利用EOF（VEOF）分析方法对1956-2005年东亚冬季风和大气环流场的统计特征进行了分析。结果表明：东亚冬季风存在2个模态,其中第2模态变化在冬季风年代际变化和长期变化趋势中起着较重要的作用;冬季风以及大气环流年代际异常在1980年前后发生了突变;冬季风的年代际变化与中国冬季气温、降水年代际关系密切。     

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.     

东亚冬季风对秋、冬季SSTA响应的数值试验

利用NCAR CCM2模式，通过设计多组数值试验方案，研究了东亚冬季风对赤道中东太平洋、中纬度太平洋秋、冬季SSTA的响应。模拟结果表明，东亚冬季风对秋、冬季太平洋SSTA均存在一定的响应，但冬季风对SSTA的响应存在显著的季节和海域差异，并表现出不同的异常响应形态。东亚冬季风对秋季SSTA的显著响应区域位于中纬度太平洋地区，该区域的SST的持续异常，可以引起欧亚、北美地区冬季大气环流的异常，并伴随有明显的EU型和PNA型波列特征，秋季中纬度太平洋SST持续异常偏冷（暖），能够引起有利于强（弱）东亚冬季风的环流异常。而冬季风对冬季SSTA的响应则为赤道中东太平洋和中纬度太平洋SSTA共同作用的结果，在两个区域SSTA的同时强迫下，大气环流表现出类似PNA及WP型波列分布的异常响应特征，赤道中东太平洋的正（负）的SSTA及中纬度太平洋负（正）的SSTA，将导致弱（强）冬季风的发生。     

Arctic sea ice and Eurasian climate: A review

The Arctic plays a fundamental role in the climate system and has shown significant climate change in recent decades,including the Arctic warming and decline of Arctic sea-ice extent and thickness. In contrast to the Arctic warming and reduction of Arctic sea ice, Europe, East Asia and North America have experienced anomalously cold conditions, with record snowfall during recent years. In this paper, we review current understanding of the sea-ice impacts on the Eurasian climate.Paleo, observational and modelling studies are covered to summarize several major themes, including: the variability of Arctic sea ice and its controls; the likely causes and apparent impacts of the Arctic sea-ice decline during the satellite era,as well as past and projected future impacts and trends; the links and feedback mechanisms between the Arctic sea ice and the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation, the recent Eurasian cooling, winter atmospheric circulation, summer precipitation in East Asia, spring snowfall over Eurasia, East Asian winter monsoon, and midlatitude extreme weather; and the remote climate response(e.g., atmospheric circulation, air temperature) to changes in Arctic sea ice. We conclude with a brief summary and suggestions for future research.     

北极海冰的厚度和面积变化对大气环流影响的数值模拟

文中利用中国科学院大气物理研究所设计的两层大气环流模式 ,模拟研究了北极海冰厚度和面积变化对大气环流的影响 ,尤其是对东亚区域气候变化的影响。模式中海冰厚度处理趋于合理分布 ,导致东亚冬、夏季风偏强 ,使冬季西伯利亚高压和冰岛低压的模拟结果更趋合理 ;另一方面 ,海冰厚度变化可以激发出跨越欧亚大陆的行星波传播 ,在低纬度地区 ,该行星波由西太平洋向东太平洋地区传播 ;海冰厚度变化对低纬度地区的对流活动也有影响。冬季北极巴伦支海海冰变化对后期大气环流也有显著的影响。数值模拟结果表明 :冬季巴伦支海海冰偏多 (少 )时 ,春季 (4～ 6月 )北太平洋中部海平面气压升高 (降低 ) ,阿留申低压减弱 (加深 ) ,有利于春季白令海海冰偏少 (多 ) ;而夏季 ,亚洲大陆热低压加深 (减弱 ) ,5 0 0 h Pa西太平洋副热带高压位置偏北 (南 )、强度偏强 (弱 ) ,东亚夏季风易偏强 (弱 )。     

冬夏东亚季风环流对太平洋热状况的响应

冬夏隔季韵律关系一直是我国长期天气预报和短期气候预测的一个重要依据,然而迄今为止对它们之间的物理过程及成因机理并不十分清楚。利用NCEP/NCAR全球2.5°×2.5°网格月平均再分析资料,研究1951~2000年冬夏东亚季风环流异常变化与太平洋海面温度(SST)的关系及对关键海温区响应机理。研究指出:冬夏东亚季风环流隔季韵律关系及其年际变化与赤道东太平洋海面温度异常(SSTA)变化密切相关,冬季赤道东太平洋出现La Ni~na(El Ni~no)型的SST分布,有利冬、夏东亚季风环流加强(减弱),其影响过程通过赤道Walker环流强(弱)以及东亚地区Hadley环流强(弱)过程完成。冬季赤道东太平洋海温变化是冬、夏东亚环流季节以及年际变化的一个重要外强迫因子。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。