近百年北极涛动对中国冬季气候的影响

北极涛动 (AO) 是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征, 在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形势在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35% 和11%。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

大气环流因子对北半球气温变化影响的研究

首先分析了北大西洋涛动(NAO)、北太平洋涛动(NPO)和南方涛动(SO)对北半球气温影响的空间分布特征。冬季大气涛动对温度方差贡献主要是在低纬和中高纬大陆地区及北太平洋部分区域,40°N以北大部分陆地总的贡献率达30%以上,热带3/4地区也在30%以上。近百年气温和大气涛动关系表明,三个涛动对北半球冬季、夏季和年平均气温的变化贡献分别达31.8%、2.6%和12.8%,也是以冬季影响最大。用大气涛动可以解释近20多年来气温上升的很大一部分方差,这说明可能在原有气温上升的趋势上,由于叠加了近期大气环流引起的气温变化,所以才形成了70年代末以来的加速变暖现象。     

欧亚春季雪盖对印度洋偶极子的影响

文章研究了欧亚春季雪盖对印度洋偶极子的影响。研究发现,欧亚春季雪盖与印度洋偶极子关系密切,两者之间存在显著的反相关关系。欧亚春季雪盖异常导致夏季赤道印度洋垂直纬向环流以及印度洋和欧亚大陆之间的垂直经向环流发生异常,是欧亚春季雪盖与印度洋偶极子存在反相关关系的主要原因。欧亚春季雪盖异常可能是印度洋偶极子发生的一个重要的外在诱发因子。     

气候变化背景下北极海冰对我国冬季气温的影响研究

利用1961—2015年中国冬季气温资料、中国气象局逐月北极海冰密集度指数资料和美国国家海洋和大气管理局(NCEP/NCAR)环流资料,采用滑动相关、时滞相关及偏相关等分析方法,探讨了秋季北极海冰对中国冬季气温的影响。结果表明,秋季北极海冰改变了后期冬季西西伯利亚高压和华北高压强弱,导致我国西北地区和长江与黄河之间地区冬季气温异常。进一步分析发现,西北地区冬季气温的异常主要是受西西伯利亚高压影响,而长江与黄河之间冬季气温的异常主要是受华北高压影响。而秋季北极海冰通过改变后期冬季欧亚中高纬度环流,进一步影响高原地区冬季气温。     

南极长城站和中山站的近期气候变化及其对南极涛动的响应

利用长城和中山站的多种气象观测资料,揭示了南极气候在近15—30年全球气候变化关键时期的最新动态及其对南极涛动变化的响应。结果显示,近15年来,位于南极半岛地区的长城站增暖趋势减缓且有变冷迹象,并伴随气压下降和降水增多的趋势,表明全球增暖停滞期南极半岛经历了与过去几十年长期趋势有所不同的新变化,而位于南极大陆沿海的中山站气象要素变化趋势相对平缓,表明南极半岛和南极大陆气候变化特征存在显著的区域性差异。两站多个气象要素与南极涛动指数显著相关,两站温度与南极涛动相关关系相反等研究事实说明了两站气候与南极涛动及其对应的大气环流区域特征有着密切的联系。     

近500 年南极涛动指数重建及其变率分析

南极涛动是南半球大气环流的主要模态, 在多种尺度上对南半球及北半球部分地区的气候系统产生重要影响。在对树轮、珊瑚、冰芯等多种代用资料进行挑选与主成分分析的基础上,重建了公元1500 年以来南半球夏季(当年12 月-次年2 月) 的南极涛动指数。重建序列的解释方差(r2)、误差减少量(RE) 平均值分别为59.9%、0.47,较高的r2、RE表明重建具有了较高的可信度;而整体呈减少趋势的标准误差(SE) 表明代用资料的增多可以减少重建序列的不确定性。重建结果与其它研究给出的南极涛动指数有着较好的一致性。重建序列的功率谱分析表明,过去500 多年南极涛动年际变率突出的周期有2.4a、2.6a、6.3a,年代际变率突出的周期有24.1a、37.6a,均达到95%显著性水平。进一步的小波分析表明南极涛动在不同时间尺度上的变率及其周期有着随时间而演变的特征。     

南极温度的时空特征及其与我国夏季天气的关系

本文利用南极地区20个站1958—1983年逐年逐月温度资料和同期南方涛动指数、北半球高度场资料及我国大范围温度和降水资料,对南极地区冷暖变化规律及其与北半球大气环流和我国夏季降水的关系进行了初步分析。发现南极地区的温度和南方涛动都存在准3年振荡,我国华北地区的夏季温度与前期和同期南极大陆的温度存在显著的遥相关。 当南极大陆夏季温度偏高时,翌年我国华北地区夏季降水往往偏多,东北地区夏季温度偏低,反之亦然。     

南半球降水对南极海冰涛动异常的响应

运用NCAR/CAM3全球大气环流模式,结合气候学诊断方法,分析了南极海冰涛动异常对南半球降水的影响,并对可能的作用机理进行了初步探讨。结果表明,南半球中纬度降水对海冰涛动异常的响应较为显著,且异常响应的空间分布与海冰涛动类似,分别在南美洲大陆以东大西洋和以西太平洋的广阔海域上存在两个正负值中心。 数值模拟结果显示,海冰涛动异常可以通过改变地表热通量,影响对流层中层大气,进而驱动费莱尔环流的上升支,加强或减弱费莱尔环流的强度,最终对南半球中纬度地区的降水分布产生影响。在阿蒙森/别林斯高晋海外围海冰异常偏少的海域,向上的热通量增加,局地加热会使得费莱尔环流的上升支异常偏强,费莱尔环流的经向输送增强,对应其在中低纬的下沉支也偏强,局地下沉气流异常偏强则会抑制降水的生成,导致降水异常偏少。在威德尔海外围海冰异常偏多的海域,经向环流和降水的响应几乎相反,但因受西南极半岛和南美洲陆面作用的影响,对应经度带费莱尔环流对海冰异常的响应较弱。     

冬季北极涛动和北极海冰变化对东亚气候变化的影响

本文简要回顾了冬季北极涛动 (北大西洋涛动 )和北极海冰面积变化对东亚气候变化的影响、研究中存在的问题以及目前亟待解决的科学问题。     

The role of declining Arctic sea ice in recent decreasing terrestrial Arctic snow depths

The dramatic decline in Arctic sea ice cover is anticipated to influence atmospheric temperatures and circulation patterns. These changes will affect the terrestrial climate beyond the boundary of the Arctic, consequently modulating terrestrial snow cover. Therefore, an improved understanding of the relationship between Arctic sea ice and snow depth over the terrestrial Arctic is warranted. We examined responses of snow depth to the declining Arctic sea ice extent in September, during the period of 1979–2006. The major reason for a focus on snow depth, rather than snow cover, is because its variability has a climatic memory that impacts hydrothermal processes during the following summer season. Analyses of combined data sets of satellite measurements of sea ice extent and snow depth, simulated by a land surface model (CHANGE), suggested that an anomalously larger snow depth over northeastern Siberia during autumn and winter was significantly correlated to the declining September Arctic sea ice extent, which has resulted in cooling temperatures, along with an increase in precipitation. Meanwhile, the reduction of Arctic sea ice has amplified warming temperatures in North America, which has readily offset the input of precipitation to snow cover, consequently further decreasing snow depth. However, a part of the Canadian Arctic recorded an increase in snow depth driven locally by the diminishing September Arctic sea ice extent. Decreasing snow depth at the hemispheric scale, outside the northernmost regions (i.e., northeastern Siberia and Canadian Arctic), indicated that Arctic amplification related to the diminishing Arctic sea ice has already impacted the terrestrial Arctic snow depth. The strong reduction in Arctic sea ice anticipated in the future also suggests a potential long-range impact on Arctic snow cover. Moreover, the snow depth during the early snow season tends to contribute to the warming of soil temperatures in the following summer, at least in the northernmost regions.     

欧亚大陆冬季雪深的时空演变特征及其影响因子分析

利用美国冰雪资料中心(National Snow and Ice Data Center)提供的前苏联1948~1994年逐日积雪深度资料,定义了冬季雪深增量的概念,探讨了欧亚大陆秋末雪深、冬季雪深、冬季雪深增量的时空演变规律,通过比较分析三者的异常变化特征,揭示了三者之间可能存在的联系。经验正交函数分解(EOF)结果表明:欧亚大陆冬季雪深、冬季雪深增量的第一模态的空间分布特征均为大致以50°N为界的南北反相变化,欧亚大陆北部的积雪深度和冬季雪深增量都呈现出一致性的变化趋势;两者对应的时间序列均反映了显著的年代际变化特征,且年代际转变均发生在20世纪70年代中期前后。第二模态则呈现出欧亚大陆东、西部反相的偶极型空间分布特征。进一步分析表明,欧亚大陆秋末雪深无论从空间分布还是时间演变来看与冬季雪深几乎不存在相关性。欧亚大陆冬季雪深变化主要是冬季雪深增量影响所致,与秋末雪深无关。     

基于遥感监测的秦岭南北积雪日数时空变化及影响因素

以海拔依赖型变暖为理论基础,研究山地积雪对气候变暖的响应机制,是当前气候变化研究的热点问题。基于2000—2019年MODIS积雪物候数据,对秦岭南北积雪日数时空变化进行分析,探讨了秋冬两季厄尔尼诺指数（NINO）、青藏高原气压对积雪异常的影响。结果表明：(1) 2013年后秦岭南北气候由“变暖停滞”转为“增温回升”,积雪日数随之呈现转折下降,积雪日数≥10 d栅格占比由前期的35.1%下降为8.6%。(2)在垂直地带规律上,秦岭山地以1950～2000 m为临界点,大巴山区以1600～1650 m为临界点,低海拔地区积雪日数随海拔增加速率要低于高海拔地区。2100～3150 m海拔带是积雪日数的垂直变化的关键带;(3)在影响因素上,NINO C区、NINO Z区秋冬海温和青藏高原冬季高压,是秦岭山地、汉江谷地和大巴山区积雪异常的有效指示信号。当赤道太平洋中部秋冬海温偏低,且青藏高原冬季高压偏低时,上述3个子区积雪日数异常偏多。(4)在环流机制方面,相对于积雪日数偏少年,秦岭南北积雪日数偏多年1—2月0℃等温线位置偏南,低温环境为增加冰雪物质积累、延缓冰雪消融提供了气温条件;1月区域存...     

中国天山积雪垂直分布异质性研究

基于2001—2018年MOD10A2积雪产品和MOD11A2陆地表面温度数据,采用精细分区统计和相关性分析方法,研究了中国天山不同海拔高度上积雪垂直分布特征及其与地表温度（Land surface temperature,LST）的响应关系。结果表明：中国天山积雪覆盖率（Snow cover percentage,SCP）随海拔的变化呈现春、夏、秋、冬4种不同的季节变化模式。SCP在海拔4200 m以下呈秋冬季增加、春夏季减少态势,在海拔4200 m以上呈秋冬季减少、春夏季增加态势。除冬季外,春、夏、秋3个季节的SCP与LST均具有显著强负相关性。     

北半球积雪/海冰面积与温度相关性的差异分析

积雪和海冰的时空变化对区域以及全球的气候、水文具有重要影响。基于雪冰数据和NCEP再分析气温数据,利用MK检验、滞后分析等方法,分析了积雪、海冰的时空变化特征及其与温度的相关特征。结果表明：1979-2013年,北半球积雪区、北极圈的年均温度呈显著上升的趋势,而积雪面积和海冰面积呈显著下降的趋势。在大部分地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著减少的趋势,但在中国长江中下游、青藏高原等局部地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著增加趋势。在大部分的近陆地海域,海冰覆盖频率随着温度的上升呈显著下降趋势。超前时间1~2个月的温度与海冰面积的负相关性最高。超前1~4个月的温度与积雪面积的负相关性最高。温度对海冰的影响时间比对积雪的影响时间长1~2个月。温度变化对海冰和积雪的影响存在一致性,但积雪和海冰对温度的响应时间存在差异,具有空间变异性。     

2001-2017年祁连山积雪面积时空变化特征

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据，分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示：（1）2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大，呈减小趋势，多年平均积雪面积约为5x104 km2，占祁连山总面积的25.9%；年内变化成 “M”型，即在一个积雪年中有两个波峰和波谷，波峰出现在11月和1月，波谷出现在7月；季节变化波动趋势较大，夏冬季积雪面积减小趋势大于春季，秋季呈现略微增加趋势。（2）祁连山区积雪面积主要分布在3 000~4 000 m及4 000~5 000 m，积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势；祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大，积雪覆盖率差异较小；积雪频率高值区呈典型的条带状分布，与祁连山地形相一致，呈西北-东南分布，积雪频率高值区的分布西部大于东部。（3）初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。     

Interdecadal correlation of solar activity with Tibetan Plateau snow depth and winter atmospheric circulation in East Asia

Studies on the impact of solar activity on climate system are very important in understanding global climate change. Previous studies in this field were mostly focus on temperature, wind and geopotential height. In this paper, interdecadal correlations of solar activity with Winter Snow Depth Index (WSDI) over the Tibetan Plateau, Arctic Oscillation Index (AOI) and the East Asian Winter Monsoon Index (EAWMI) are detected respectively by using Solar Radio Flux (SRF), Total Solar Irradiance (TSI) and Solar Sunspot Number (SSN) data and statistical methods. Arctic Oscillation and East Asian winter monsoon are typical modes of the East Asian atmospheric circulation. Research results show that on interdecadal time scale over 11-year solar cycle, the sun modulated changes of winter snow depth over the Tibetan Plateau and East Asian atmospheric circulation. At the fourth lag year, the correlation coefficient of SRF and snow depth is 0.8013 at 0.05 significance level by Monte-Carlo test method. Our study also shows that winter snow depth over the Tibetan Plateau has significant lead and lag correlations with Arctic Oscillation and the East Asian winter monsoon on long time scale. With more snow in winter, the phase of Arctic Oscillation is positive, and East Asian winter monsoon is weak, while with less snow, the parameters are reversed. An example is the winter of 2012/2013, with decreased Tibetan Plateau snow, phase of Arctic Oscillation was negative, and East Asian winter monsoon was strong.     

积雪覆盖度对沙尘暴的影响分析

采用遥感监测内蒙古中西部地区积雪覆盖度数据以及地面气象观测站1961—2005年沙尘天气观测资料,以沙尘暴、扬沙发生日数为定量指标,分析了内蒙古中西部地区积雪覆盖度与沙尘暴、扬沙发生日数的关系。研究结果表明,在内蒙古中西部地区,积雪覆盖度与沙尘天气的发生有负相关关系,但地表积雪覆盖对沙尘暴的抑制作用要小于对扬沙的抑制作用,这种负相关关系在1—3月较11—12月更为显著。积雪覆盖度决定了积雪的影响范围,而积雪日数则决定了这种影响持续的时间,综合考虑这两种因素,构建了积雪指数用以反映积雪的这种空间和时间的共同作用。积雪指数能较好地反映积雪日数与积雪覆盖度对沙尘天气的综合作用。