东亚冬季气温的年际变化特征及其与海温和海冰异常的关系

通过谐波分析的方法,对东亚31个冬季(1980—2010年)的气温提取年际变化分量(周期小于8a部分)进行EOF分析。结果发现:在年际变化的时间尺度上,东亚冬季气温表现为高纬模态和低纬模态2个主要模态,它们一起可以解释总方差73%的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温变化的高纬模态相联系的大气环流表现为显著的北极涛动(AO)负位相分布,海平面气压场上西伯利亚高压和阿留申低压北移,对流层中层东亚大槽西移,高层西风急流向西北方向移动;副热带北太平洋和阿拉斯加湾的海表面温度(SST)变化呈偶极子振荡分布,这种准两年的周期振荡对这一模态的出现有一定的预示意义。而与气温变化的低纬模态相联系的大气环流表现为类AO正位相分布,与之相关的西伯利亚高压和阿留申低压南移,对流层中层东亚大槽东移,高层的西风急流则是向东南方向移动;赤道东太平洋的SST异常可能对这一模态的形成有一定的作用,而东亚近海的SST则更多是被动地改变。此外,海冰异常变化与东亚冬季气温变化的联系主要体现在:在前夏和前秋,东西伯利亚海-波弗特海海冰异常减少(增加)对应着随后东亚冬季气温变化的高纬模态(低纬模态),而冬季东亚气温变化的高纬模态(低纬模态)又与后期春季北极东半球的海冰异常增加(减少)具有较好的相关性,此外白令海和鄂霍次克海的海冰异常变化是伴随东亚冬季气温变化产生的。     

中国冬季极端低温事件的多尺度特征

利用1961—2010年中国487站逐日气温资料,以35°N为界分北方区域和南方区域研究中国冬季极端低温事件的多尺度变化特征。研究表明:南、北方区域极端低温站点发生率呈现出准双周的气候季节内振荡,南、北方区域冬季极端低温频数和强度的长期变化一致,均呈减小趋势,频数和强度的趋势变化分别为-0.247d/10a(北方)、-0.352d/10a(南方)和-0.332℃/10a(北方)、-0.467℃/10a(南方),南方区域减小更迅速。北方区域极端低温频数和强度的年际和年代际变化信号强度相当,南方区域则以年际变化为主。进一步研究表明,当极端低温频数的线性趋势由正值变为负值,相应的大气环流由北极涛动负位相变为正位相。对年际变化分量(8a),北方区域极端低温事件偏多时,海平面气压场表现为2波的定常波结构,西伯利亚高压和阿留申低压增强,对流层中层贝加尔湖槽加强;南方区域极端低温事件偏多时,海平面气压表现为偶极子型的1波结构,欧亚大陆和大西洋为正距平,北美大陆和太平洋为负距平,对流层中层东亚大槽加强南伸。对年代际变化分量(≥8a),大气环流形势都表现为北极涛动负位相,南方区域不显著。     

南沙海区西南大风成因及预报着眼点

本文用东亚低纬地区常规观测资料研究了1988年南沙海区夏季风期间西南大风成因及预报着眼点。结果表明,南沙海区西南大风产生的原因有:1)东亚季风环流的准双周振荡;2)南半球澳大利亚冷高压加强造成赤道105～110°E地区的过赤道气流加强,结果启动东亚季风环流并使其加强;3)北半球ITCZ上热带气旋移近南海时,也可启动季风环流并使其加强。预报着眼点主要是准双周振荡的时间、澳大利亚冷高压的强度和位置、北半球ITCZ上热带气旋的强度和路径、对流层高层北支高空东风急流的厚度变化等。     

北太平洋Hadley 环流纬向结构的季节和年际变化

为了描述北太平洋上空Hadley 环流的纬向结构特征, 利用NCEP 再分析资料(1979～2010 年), 研究了北太平洋上空Hadley 环流纬向结构的季节和年际变化。发现在西太平洋, Hadley 环流季节性上升支呈西北-东南倾斜, 其垂向核心位于对流层中层, 纬向核心在北半球冬季(夏季)位于日界线附近(150°E); 而永久性上升支主要在东太平洋, 其垂向核心位于对流层低层, 且沿经度东移逐渐增强。根据纬向环流结构特征, 北半球冬季环流形态分为3 个区域: 160°E 以西, 主要表现为低层辐合高层辐散;160°E～130°W, 主要表现为高层辐合; 130°W 以东, 表现为低层辐合高层辐散特征。相似地, 北半球夏季环流形态也可沿纬向分为如下3 个区域: 165°E 以西、165°E～165°W 和165°W 以东, 分别对应东亚夏季风主导经圈环流区、过渡区、Hadley 环流主导经圈环流区。在年际变化上, 北太平洋Hadley 环流与ENSO 有很强的相关, 这与前人的研究是一致的。因此北太平洋上空Hadley 环流具有显著的空间性态, 并且对应时间尺度不同, 影响其变化的主要因素也不尽相同。     

我国冬季气温的趋势变化特征及其影响因子分析

利用国家气候中心提供的中国160站逐月气温数据集、NCEP/NCAR再分析数据中心提供的大气环流数据、NOAA提供的全球海表温度数据及美国冰雪中心的海冰数据,分析了1951—2011年我国冬季气温异常的时空变化特征。应用经验正交函数分解得到中国冬季气温变化的两种典型空间分布型态-全国一致型和南北相反型,三次样条函数拟合结果表明这两种分布型态均具有显著的趋势变化特征。同时,分别探讨了大气环流及外强迫因子的趋势变化及其对中国冬季气温变化趋势的影响,并综合分析了影响我国冬季气温趋势变化的海温(冰)等外强迫因子与东亚大气环流系统之间的相互配置及贡献。结果表明,强的热带海温异常变化是影响东亚大气环流及冬季气温变化的最主要外强迫因子。当热带印度洋与赤道中东太平洋海温同时偏高(低)时,冬季西伯利亚高压强度偏弱(强),AO处于正(负)位相,东亚冬季风强度偏弱(强),冬季气温呈一致偏高(低)变化;当热带印度洋海温偏高(低),赤道中东太平洋海温偏低(高)时,东亚冬季风强度偏弱(强),AO指数为负(正)位相,西伯利亚高压偏弱(强)的配置时,冬季气温易呈北冷(暖)南暖(冷)趋势变化。     

1998年南海夏季风环流与动能 收支的多尺度特征

利用1998年NCEP/NCAR日平均资料研究南海夏季风环流及动能收支的多尺度变化。 结果表明1998年南海夏季风环流在对流层高层以季节变化为主，在低空以季节内变化为主；但在整个对流层，动能收支各项的变化均表现为短周期变化过程较强，而季节变化则较弱。在夏季风爆发前后，动能收支主要取决于120d和30～60d变化，爆发阶段突出了准两周与天气尺度变化的重要作用。     

亚洲夏季风季节与季节内平均水汽输送的分析

本文运用欧洲中期预报中心的1980～1986年5～9月的850hPa上的u、v、r、T逐日资料,对比分析了亚洲夏季风活动区季节平均、准40天振荡、准双周振荡和准一周振荡在水汽输送中的基本特征.季节平均的水汽输送对亚洲季风区的水汽通量起决定作用,表明了亚洲季风系统的整体性.热带准40天振荡、准双周振荡和准一周振荡的水汽输送在亚洲夏季风时期具有同等的重要性,表现形式上存在着差异,在南亚季风系统和东亚季风系统中表现出显着的相对独立性.季风内振荡的水汽输送在赤道上表现很微弱,南北半球的相互影响小.     

MJO对我国南海冬季风异常的影响

利用长时间的逐日再分析资料和澳大利亚气象局提供的MJO指数,研究了MJO对我国南海冬季风异常的影响和过程。结果表明,随着MJO的对流中心从西印度洋进入西太平洋,南海海面风场出现偏南风-东北风-偏南风异常的振荡现象,表明南海冬季风阶段性的间断和活跃,最明显的偏南风异常和东北风异常分别位于MJO第8—2位相和第5—6位相。通过合成MJO各位相下500 h Pa东亚大槽异常和200 h Pa东亚急流异常,我们进一步证实南海冬季风活跃期(MJO第5—6位相),东亚大槽加深,高空急流加强,我国华南沿海上空的反气旋式环流异常,东南边缘的引导气流利于冷空气南下直达南海。相反,在南海冬季风间断期(MJO第8—2位相),东亚大槽和高空急流均减弱,不利于冷空气的南下。对200 h Pa垂直速度的分析表明,MJO深对流活动的东移,调整东亚局地Hadley环流异常,在高空表现为反气旋/气旋式环流异常交替发展东移,最终消失在北太平洋地区。一方面通过科氏力的作用,引起东亚高空急流的异常,进而影响东亚大槽的位置和强度,从而影响冷空气的南下;另一方面直接加剧南海海面风场异常的南北向振荡。因此,在做南海冬季风季内变化特别是大风天气过程的延伸期预报时,热带MJO活动可以作为一个重要因子考虑在内。     

近百年中国北方沿海地区气温年代际变化及趋势预测

以青岛为例,利用近百年的月平均气温资料,通过统计的方法分析了中国北方沿海地区四季气温变化,分析了气温年代际变化与太平洋海温以及太平洋海温年代际振荡(PDO)的关系,着重分析了气温正负位相年北半球平均环流形势和海平面气温。最后利用CMIP5模式数据预测青岛气候未来的变化趋势。结果表明:中国北方近海地区气温呈上升趋势,冬季温度上升幅度最大,夏季升温最小,气温变化与附近海域海温显著相关。各季节气温有年代际和50a变化周期,在年代际变化周期上与PDO周期有较好的同期和滞后相关性,春季和夏季尤为明显。青岛气温正负位相年平均环流形势明显相反,并且与北半球海平面气温异常联系紧密。全球变暖背景下,未来青岛气温仍将持续上升。     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

西太平洋暖池热含量变化与东亚冬季风关系

利用 1955-2003 年 NCEP\NCAR 再分析资料和美国 Scripps 海洋研究所环境数据分析中心 ( JEDAC ) 提供的冬季热含量资料,采用小波分析、相关及合成分析等方法, 分析了西太平洋暖池热含量变化特征及其与东亚冬季风关系.结果表明,西太平洋暖池热含量与东亚冬季风有着非常密切的联系,当西太平洋暖池热含量异常偏高时,对流层低层在菲律宾及以东洋面形成一个异常的气旋性环流,中国大陆上空形成一个异常的反气旋性环流,从而使得东亚冬季风在东南区加强,西北区减弱.     

亚洲夏季风系统准40天振荡与中国南方降水的联系

本文选取了1983年4月1日到9月30日的ECMWF的2.5°×2.5°网格点资料,采用了1000、850、500、200hPa等层的范围为30°-160°E,35°S-40°N的u、v、z三个要素,引用了T.Murakami等人的方法,将各要素场消除季节变化趋势后,对所选定的各等压面上季风系统特征区的要素场进行了谱分析,从而得到了1983年亚洲夏季风系统的风场和气压场普遍存在着的准40天、准两周和准一周的振荡.在低层850hPa上,经向风40天周期振荡在东亚季风区,位相有从南向北传播的特征,赤道对于南北半球的40天振荡的传播具有陷波现象.纬向风40天振荡的位相传播,西太平洋到南海是向西传播的,其传播速度为7-10个经度/天;印度到南海是向东传播,其传播速度为5-8个经度/天.而中国南方各特征区降水和其南侧经向风的40天振荡却有很好的位相关系,一般滞后4-8天.     

夏季西太平洋副高的年际变化及异常特征分析

利用NCEP/NCAR Reanalysis Ⅱ资料计算1979—2014年3项副高指数,并根据异常副高指数筛选副高异常年份发现副高在正位相年期间较气候态面积更大,西伸脊点偏西,脊线偏南;负位相年情况相反。此外,通过对副高异常年份海温异常场水汽通量场及环流形势分析得出结论:正位相年年间前冬热带太平洋海温异常偏高,水汽通量在长江中下游集聚,东亚副热带季风环流偏弱、梅雨锋区环流加强并且500 hPa鄂霍茨克海阻塞高压发展、200 hPa南亚高压东伸偏东均有利于副高位置偏南,西伸加强;负位相年与正位相年环流形势相反。结果表明:西太副高异常不仅受前期海温影响,同期水汽通量、大气环流形势等对副高影响的同样不可忽视,这为副高预测提供了一定思路。     

2013年冬季(2013年12月—2014年2月)山东天气评述

利用2013年12月—2014年2月山东省气温、降水资料以及500hPa月平均位势高度场、距平场等资料,结合逐日高空环流形势,分析了山东省2013年冬季天气特点、环流特征和主要天气过程,对季内的主要天气及其影响进行了评述。     

渤黄海冬季海温异常的时空分布特征及影响因子分析

基于Hadley中心提供的海表温度数据,分析了我国渤黄海冬季海温的时空分布特征,探讨了同期东亚环流场及前期太平洋海温场与渤、黄海冬季海温典型空间分布型态的相关关系。分析结果表明,渤黄海冬季海温具有4类典型的空间分布型式,且均具有显著的准2a振荡周期。东亚地区冬季高、中、低纬位势高度场的异常分布型态及我国近海低层环流系统之间的相互配置对渤黄海冬季海温分布型有显著影响;同时,前期太平洋关键海域海温异常的不同配置是渤黄海冬季4类典型海温异常型态的前兆强信号。     

火山活动对于北大西洋涛动的激发作用

为了探索北大西洋涛动形成的大尺度大气物理场背景条件和外部强迫因子,通过对比分析、相关分析和环流系统温压场垂直结构分析得到:(1)强火山活动指数距平与冰岛低压和亚速尔高压海平面气压场(SLP)距平总体相关函数符号相反,强火山活动指数与冰岛低压SLP为反相关,与亚速尔高压SLP为正相关,就是说火山活动指数异常引起了高纬度冰岛低压和中低纬度亚速尔高压海平面气压场相反的变化趋势,形成高低纬之间海平面气压场反相振荡;(2)夏季7月亚速尔高压对流层中下层至海平面,温度距平中心和位势高度距平中心距平符号大致正正相对负负相对,说明夏季亚速尔高压为深厚暖性系统,低层温度升高亚速尔高压加强,低层温度降低亚速尔高压减弱,所以火山活动指数与亚速尔高压SLP均呈反相关关系;冬季1月对流层中下层至海平面,温度距平和位势高度距平符号大致正负相对,说明冬季亚速尔高压为浅薄系统,低层温度升高亚速尔高压减弱,低层温度降低亚速尔高压加强,所以火山活动指数与亚速尔高压SLP均呈正相关关系;(3)冬季1月冰岛低压对流层中下层至海平面,温度距平中心和位势高度距平中心距平符号大致正正相对负负相对,说明冬季冰岛低压为深厚冷性系统,低层温度升高冰岛低压减弱,低层温度降低冰岛低压加深,所以火山活动指数与冰岛低压SLP均呈反相关关系;夏季7月对流层中下层至海平面,温度距平和位势高度距平符号大致正负相对,说明夏季冰岛低压为浅薄系统,低层温度升高冰岛低压减弱,低层温度降低冰岛低压加深,所以火山活动指数与冰岛低压SLP均呈正相关关系;(4).由于对流层中下层至海平面冰岛低压和亚速尔高压冬、夏季温压场结构特点基本相反,火山活动指数异常在两个环流系统中引起了相反响应,导致高低纬之间海平面气压场反相振荡,形成了影响广泛的著名的北大西洋涛动现象。     

冬季北大西洋涛动和乌拉尔山阻塞环流对欧亚大陆变冷的协同影响

虽然全球平均表面气温不断升高,但在冬季欧亚大陆经常出现年际-年代际尺度上的变冷趋势。利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料,指出冬季影响欧亚大陆变冷的大气环流主要是北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)和乌拉尔山阻塞(Ural blocking,UB)的环流组合。其中,NAO环流可以在年际尺度上作为背景环流影响UB过程对欧亚低温天气的作用。统计分析发现,在NAO正(负)位相(NAO⁺/NAO^-)环流背景下UB的发生频率可以解释冬季平均UB发生频率的52%(13%),表明NAO+环流有利于下游阻塞形势出现。尽管如此,研究发现在NAO^-环流背景下的UB事件平均给欧亚地区带来的降温幅度更强,约是NAO⁺环流背景下的2倍,而且亚洲降温区的位置偏北约5°、偏东约13.5°。中等强度的NAO⁺环流背景下UB事件对欧亚降温的贡献更显著,强的NAO⁺环流背景下,UB过程在欧亚大陆中纬度地区产生的冷异常较弱,这与NAO⁺环流在欧亚大陆北部产生的明显增温有关。而在NAO^-环流背景下,欧亚大陆北部有明显的降温,UB环流的出现会进一步将冷空气向南输送影响我国,这种情况主要反映的是NAO^-环流异常对欧亚地区降温的作用,因此NAO^-环流越强降温越强烈。     

2014年冬季(2014年12月—2015年2月)山东天气评述

利用2014年12月—2015年2月山东省气温、降水资料以及500h Pa月平均位势高度场、距平场等资料,结合逐日高空环流形势,分析了山东省2014年冬季的天气气候特点、环流特征和主要天气过程,对季内的主要天气及其影响进行了评述。     

初夏南海海温对华南降水影响的数值模拟

本文采用P-σ五层原始方程模式以气候统计分析结果为依据就6月份南海海温对华南地区降水的影响进行了数值模拟.试验结果表明,由于南海的海表温度增暖,华南地区低层有水汽辐合,并有较强的上升运动配置,使该地区降水增加.同时东亚季风环流也随之加强,整个东亚高、低层都呈现有利于华南地区降水增加的环流形势.在低层,由于南海海温增暖,使越过中南半岛的西南季风和110°E附近的越赤道气流都得到加强,从而增加了向南海及华南地区的水汽输送.在高层,南亚高压呈“东部型”,在我国大陆上空得到加强.     

2007-2018年黄渤海海冰气候特征及其对气象因子的响应

基于美国国家冰雪数据中心 （NSIDC） 海冰资料、美国国家环境预报中心 （NCEP） 再分析格点数据和黄渤海近岸13个气象站点逐日气温数据，通过相关分析和合成分析，研究了 2007-2018 年黄渤海海冰范围的变化特征，探讨了近 12 年黄渤海海冰范围对近岸陆地气温、大气环流和局地天气过程的响应。结果表明: （1） 黄渤海海冰范围年际振荡明显，近 12 年呈现先增加后减小的趋势，与同期黄渤海近岸气温呈显著负相关关系；每年 1 月下旬至 2 月下旬是一年中海冰范围最大的时期。（2） 海冰范围偏大与偏小年份东亚地区 500 hPa 大气环流形势呈现出近乎相反的分布。 （3） 东亚阻塞形势的建立是黄渤海海冰范围爆发性增大的一个前兆信号，它带来的大风降温天气是造成黄渤海海冰范围爆发性增大的重要原因.