2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

2017/2018年冬季北半球大气环流特征及对我国天气气候的影响

2017/2018年冬季,东亚冬季风强度较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强,季内冬季风强弱转换阶段性特征显著。欧亚中高纬以经向环流为主,乌拉尔山高压脊持续发展,东亚槽位置偏西。冬季冷空气过程频繁,受其影响,冬季东北地区气温显著偏低,而高原和西南地区西部异常偏暖。对2017/2018年冬季东亚冬季风偏强的可能原因分析表明,受北太平洋年代际涛动暖位相的调制作用,2017年秋季开始的La Ni〖AKn~D〗a事件对东亚冬季风的影响相对较弱。而冬季北半球极涡持续偏弱,北大西洋海温持续偏暖,中高纬环流系统异常和海温外强迫的共同作用,是东亚冬季风偏强的重要原因。     

2012/2013年冬季中国气温异常成因分析

2012/2013年冬季,我国平均气温为-3.8℃,较常年同期(-3.4℃)偏低0.4℃,就空间分布来看,我国东北、华北、黄淮、江淮和新疆北部气温较常年同期偏低。利用1951-2013年国家气候中心整理的全国160站月平均气温资料、英国Hadley中心全球海温资料、NCEP/NCAR再分析大气环流资料、德国不莱梅大学提供的海冰卫星遥感资料,通过EOF分析、回归分析、合成分析、相关分析方法研究了引起2012/2013年冬季我国气温异常的东亚中高纬大气环流异常,并从海洋环境要素异常的角度分析造成这种环流异常的原因。分析结果表明:2012/2013年冬季我国气温异常分布主要是由于北极涛动(AO,Arctic Oscillation)呈负位相,西伯利亚地区高度场异常偏高,东亚大槽明显偏深的环流形式引起的。而太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)负位相是引起西伯利亚高压强度偏强和东亚冬季风强度偏强的年代际海洋背景,前期9月海冰范围异常偏小是导致2012/2013年冬季AO呈现负位相及我国东北和新疆北部呈现异常低温的主要原因。     

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。     

2017年冬季内蒙古气候异常偏冷成因分析

2017年冬季内蒙古气温偏低,冬季各月气温偏低持续时间长,影响范围广。利用107站1961—2017年冬季各月气温资料、NECP环流场和NOAA海温场资料,从欧亚环流特征和赤道中东太平洋海温异常影响角度,分析了2017年冬季气温异常偏低特征及其成因。结果表明:(1)2017年冬季气温以偏低为主,且东部地区持续异常偏低特征比较突出;(2)北半球500hPa高度距平场上,欧亚中高纬度环流形势呈现出与异常偏冷年的环流特征;(3)赤道中东太平洋海温异常偏冷、东亚冬季风偏强均是导致内蒙古东部地区冬季异常偏冷的主要成因。     

欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响I. 观测研究

利用ECMWF 1979～1993年2.5°×2.5°的网格点积雪深度资料、中国气象局整编的海平面气压、500 hPa高度场和NCEP再分析资料,探讨了欧亚冬季积雪异常对同期大气环流的影响.结果表明:(1) 欧亚中高纬冬季积雪面积与同期大气环流具有密切的联系:积雪面积为正(负)异常时,冬季500 hPa高度场对应正(负)欧亚-太平洋(简称EUP)遥相关型,东亚冬季风活动偏强(弱).(2)诊断结果表明,积雪异常与大气环流之间的密切联系在一定程度上反映了冬季积雪的异常分布可能对大气EUP遥相关型和东亚冬季风活动产生影响.(3)SVD分析得到的冬季积雪的异常分布与同期大气环流的耦合模态,证实了前面所得结果.     

2014年12月大气环流和天气分析

2014年12月大气环流特征如下：北半球极涡异常偏强,欧亚中高纬环流呈两槽一脊型,东亚大槽偏强,冷空气活跃;南支槽位于70°E附近,较常年同期明显偏西,不利于水汽向我国中东部地区输送;副热带高压较常年同期偏强,位置偏西、偏北。12月,全国平均降水量为7.9 mm,比常年同期(10.5 mm)偏少24.8%,其中华北、黄淮、江淮、江汉等地偏少8成以上。全国平均气温为-3.4℃,较常年同期(-3.2℃)偏低0.2℃;月内气温变化显著,呈“前冷后暖”的特点,上、中旬的气温较常年同期偏低1.0℃,下旬转为偏高1.1℃。月内,我国出现了5次明显的冷空气过程和4次雾霾过程以及1次大范围的降水过程。北方多地出现极端日降温事件,东北局地遭受雪灾;下旬中东部地区出现大范围、持续性的雾霾天气。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡(LFO)的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10~30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型(EU)密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱(强)时,即EU指数小于(大于)零时,为EU负(正)位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

2009年冬季至2010年春季黑龙江省气温持续偏低成因

利用常规观测温度资料和中国国家气候中心提供的环流特征量、NCEP／NCAR再分析资料及美国气候预测中心（CPC）提供的AO指数等,分析了2009年11月至2010年4月中高纬大气环流异常特征,探讨了AO与同期气温的关系。结果表明：黑龙江省冬春气候异常与500hPa大尺度环流背景有关。冬春持续偏冷,对应北半球欧亚中高纬地区呈“-＋-”的波列分布,90°-180°E呈现出“北正南负”的环流形势;北半球极涡面积偏大,冬季东亚大槽位置偏西,春季东亚大槽强度偏强,冬春AO指数持续异常偏强,显著负位相。     

东亚冬季风环流异常与中国江淮流域夏季旱涝天气的关系

选取１９５１—１９９１年中的长江淮河流域夏季旱涝各１０年，对它们前期的中高纬大型环流形势，低纬环流特征，垂直环流强弱，热带海洋状况等进行了对比诊断分析，其结果如下：长江淮河流域夏季旱年前冬（１２—１—２月），欧亚中高纬呈经向型环流，东亚大槽较常年强且南伸，乌拉尔山及鄂霍次克海阻塞形势发展，寒潮活动频繁，东亚沿海中低纬冷涌活动强烈，至使该经度带上的跨赤道气流加强，而且使南海至菲律宾地区的对流活动趋于活跃。而涝年前冬则基本上为相反形势。本文的分析清晰地揭示了旱涝年前冬东亚冬季风环流存在着明显的差别，促使我们寻找冬夏季风活动的可能联系及物理机制。     

关键区海温年代际异常对我国东部夏季降水影响

利用1931—2010年UKMO HADISST1全球月海表温度、NOAA再分析资料及我国东部96个站月降水量资料,使用REOF,SVD及合成分析等方法探讨了关键区冬季海表温度 (SST) 年代际异常对我国东部夏季降水的影响。结果表明:当冬季黑潮区SST年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度呈“+-+”距平分布,西风带经向环流盛行,西太平洋副热带高压加强、西伸;850 hPa风场距平场上,北方地区为反气旋性异常控制,南海上空为异常偏南气流,这样的环流配置有利于我国东部夏季多雨带出现在长江中下游地区;当冬季南印度洋偶极子 (SIOD) 年代际异常处于正位相时,夏季500 hPa中高纬度地区位势高度为正距平,阻塞形势发展,经向环流盛行,有利于冷空气南下,西太平洋副热带高压强度偏强,位置略偏南、偏西;850 hPa风场距平场上,北方地区为一反气旋性异常控制,异常偏北气流延伸至我国南方地区,索马里越赤道气流偏强。这种环流配置使得副热带锋区偏南,夏季多雨带位于华南及东南沿海地区。     

2019年12月吉林省降水异常偏多成因分析

本文从大尺度大气环流和海温异常方面对2019年12月吉林省降水异常成因进行分析,并探究前期秋季日本附近关键区海温异常对吉林省12月降水异常的可能影响。结果表明：1981—2019年吉林省12月降水有明显增多的趋势,在降水年代际偏多的气候背景下,2019年12月吉林全省降水量为常年同期的227.5%,居1981年以来同期多雨雪第4位。前期秋季日本附近关键区海温异常偏暖是12月吉林省降水异常偏多的驱动条件之一,在前期海温异常偏暖年：鄂霍茨克海至日本上空为异常反气旋,阻塞高压活跃,贝加尔湖附近地区为负高度距平,东亚冬季风系统减弱,局地海温的异常升高使其上空的水汽含量增加,配合东亚冬季风异常为吉林省上空带来了充足的水汽;另一方面,由于中纬度45°N附近为西风距平,为东北地区带来冷空气,在槽前正涡度平流作用下,有上升运动,为降水提供了动力条件。在前期海温异常偏冷年：中国东北地区盛行西风,东亚冬季风偏强,中国东部沿海有北风异常,西伯利亚高压偏强,吉林省降水的水汽和动力条件不足,降水异常偏少。     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

1998 SCSMEX期间亚洲30－60天低频振荡特征的分析

对１９９８年 ５－８月南海季风试验（ＳＣＳＭＥＸ）期间东亚地区 ８５０ ｈＰａ中低纬环流指数、东亚季风指数和长江中下游降水进行了Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析,结果表明在此期间这些要素均有明显的３０－６０天周期低频振荡。在此基础上对 ５－８月每隔 ５天的 ８５０ ｈＰａ低频流场进行分析,结果表明：（１）１００°－１５０°Ｅ间东亚从中国东中部大陆经南海和西太平洋的南北半球中明显的存在一个以３０－６０天低频荡为特征的东亚季风低频环流系统,东亚季风活动主要受东亚季风系统中低频活动影响;（２）５月第５候南海热带季风爆发、６月中旬长江中下游人梅及产生大暴雨以及７月中旬以后的该地区大暴雨均与低频气旋带在该地区活动有关,而８月长江上游大暴雨则与低频反气旋伸人到大陆有关;（３）ＳＣＳＭＥＸ期间东亚低频振荡系统的源地有二个,即南海赤道和北半球中太平洋中高纬。南海低频系统向北传播,而中高纬低频系统自东北向西南传播为主。长江中下游６、７月二次大暴雨均与上述二个低频气旋系统自热带向北和中高纬向西南传播并于长江中下游汇合有关;（４）５－８月间东亚季风系统中有二次低频气旋带和二次低频反气旋带活动,这些低频环流系统的活动与印度季风低频环流系统活动并无明     

A NUMERICAL EXPERIMENT STUDY ON THE FORMING MECHANISMS OF LOW-LATITUDE CIRCULATION CELLS AND PRECIPITATION DURING AN EAST ASIAN COLD SURGE

The forming mechanisms of low-latitude circulation cells and precipitation during an East Asian cold surge have been studied by using a five-layer primitive equation model.Numerical experiments show that in mid-high latitudes,the propagation of the East Asian winter monsoon is nearly a dry process;in low-latitudes,the effects of cumulus convection intensify the northeast monsoon and northeast trade wind;however,they also prevent the intertropical convergence zone(ITCZ) from further southward invasion,and strengthen the meridional and zonal cells over East Asia. Numerical results also indicate that the winter monsoon precipitation in Indonesia and Northern Australia can exist independently.Both the South China Sea(SCS) cold surge and the West Pacific northeast cross-equatorial trade wind are of importance for the formation of the Northern Australia summer monsoon and its precipitation.Numerical results show that the development of cumulus convection,triggered by the SCS cold surge,is a crucial factor in forming the heavy monsoon precipitation and low-level stationary disturbances in Indonesia and Borneo.The tropical topography and northeast trade wind disturbances only affect the intensity of precipitation there.     

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     

沙尘气溶胶直接气候效应对东亚冬季风影响的模拟研究

利用东亚沙尘复折射指数数据和较新的植被分布对区域气候-沙尘耦合模式(RegCM4-Dust)的沙尘光学特性和沙源区域进行了更新。在此基础上,研究了沙尘气溶胶直接辐射效应对东亚冬季风的影响。模拟结果表明,引入沙尘效应后,东亚大陆绝大部分季风区对流层低层冬季风环流增强。同时,对流层中、上层中低纬度纬向风增强而中高纬度纬向风减弱,导致中高-中低纬度之间纬向风经向切变加强,从而有利于中高纬度冷空气向南侵入,这是低层冬季风环流增强在中上层的反映。另外,沙尘气溶胶导致东亚绝大部分季风区降水明显减少,东北地区西南部、华北大部、黄土高原、黄淮以及长江中下游流域减少达10%以上,这是降水对冬季风增强的响应。沙尘气溶胶引起冬季东亚次大陆-西北太平洋之间温度梯度增大,进而导致海陆间湿静力能梯度增大,是导致东亚大陆冬季风增强的主要原因。     

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。