青藏高原冬季积雪时空变化特征及其与北极涛动的关系

青藏高原积雪不仅是气候变化的敏感指示器,而且对亚洲季风区乃至全球气候具有显著影响。利用2002-2014年MODIS积雪覆盖范围产品及ERA-Interim再分析资料,采用气候统计诊断方法探究了青藏高原冬季积雪的时空变化特征及其与北极涛动(AO)的关系,结果表明:(1)高原冬季积雪空间分布差异明显,高原西部和东南部多雪,中部和北部少雪,东部积雪年际变化大,西部多雪区积雪较为稳定。(2)高原冬季积雪EOF分解第一模态具有东—西反位相变化特征,当高原东部积雪偏多(少)时,西部积雪偏少(多)。(3)该模态与AO密切相关。AO正位相时,东亚大槽减弱,南支槽加深东移,西太平洋副高加强使得更多暖湿气流到达高原,有利于高原东部降雪,而高原西南侧阿拉伯海附近存在反气旋异常,使得阿拉伯海的水汽不易抬升进入高原西部,高原西部盛行干燥的下沉气流异常,造成少雪的环流背景,且地表温度偏高不利于积雪维持,从而导致高原西部积雪的减少;AO负位相时,东亚大槽增强使得冬季风加强,高原东部受来自西北的干冷气流控制,不利于降雪产生,高原西南侧出现气旋异常,促使来自阿拉伯海和孟加拉湾的暖湿气流输送至高原西部,与来自西伯利亚的冷空气相遇,营造多雪的环流背景。     

近50年青藏高原东部冬季积雪的时空变化特征

选取青藏高原东部地区1961-2010 年64 个测站的积雪数据,分析了冬季积雪日数的空间分布和年代际变化特征,结果表明：高原东部冬季积雪空间分布差异较大,巴颜喀拉山、唐古拉山和念青唐古拉山多雪且变率大,藏南谷地、川西干暖河谷地带及柴达木盆地少雪且变率小,这样的空间分布是由周边大气环流系统及复杂局地地形共同造成的;高原东部冬季积雪表现出“少—多—少”的年代际变化特征,分别在80 年代末和20 世纪末发生由少到多和由多到少的两次突变,尤其是20 世纪末的突变更为显著;降雪和气温的变化是影响积雪日数的重要因素,其中降雪的影响更为显著;80 年代末高原冬季降雪由少到多的突变是造成积雪日数发生相应变化的主要原因;20 世纪末高原冬季气温和降雪分别发生由低到高和由多到少突变,其影响叠加导致积雪日数发生了更为显著的突变。     

青藏高原积雪分布与变化特征

本文对青藏高原ＳＭＭＲ修积雪深度、ＮＯＡＡ周积雪面积、地面台站积雪深度进行了分析。结果表明青藏高原东西两侧多雪与腹地少雪形成鲜明对比,高原东部是高原积雪年际变化最显著的地区,它主导了整个高原积雪的年际变化,并且与西部多雪区年际波动呈反位相关系。从６０年代到８０年代积雪年际波动幅度有明显增加趋势,积雪变化具有３年左右准周期。随着全球变暖,青藏高原积雪将会有所增加。     

青海南部冬季积雪和雪灾变化的特征及其预评估

利用1961-2003年青海南部牧区气象台站观测的气温、降水、积雪资料,用气候诊断方法分析了该地区积雪等气候要素的年代际演变特征以及雪灾变化的成因。结果表明:20世纪60-90年代冬季,青南牧区中雪和大雪出现的站次以及雪灾出现的站次有逐步增多的趋势,降雪量和地表平均积雪量每10 a分别增加1.454 mm、9.861cm,单站积雪量在4 100 m左右的高度上增加比较明显,冬季降雪和积雪增加的趋势和新疆完全一致。典型多(少)雪年500 hPa高度距平场高原西部与中国东部地区为“- ”(“ -”)型。未来10 a冬季积雪增多的趋势仍将维持,雪灾发生的几率仍然偏大。     

西南地区冬季气候异常的时空变化特征及其影响因子

利用1961-2010 年的多种观测资料,对西南地区冬季气候异常的时空演变特征及其影响因子进行了分析。结果表明：西南地区冬季气温变化主要存在全区一致和东、西部反位相两种模态,这两种模态均存在显著的年代际变化。全区温度的一致变化与东亚冬季风的异常有关,东、西反位相的变化与西太平洋副热带高压和冷空气的异常活动有关。冬季降水异常主要表现为全区一致的变化特征。北半球环状模(NAM,AO) 和ENSO对西南地区气温没有显著的影响。当NAM偏强(弱) 时,西南地区降水偏多(少)。El Niño 年,西南地区降水一致偏多;La Niña 年,西南地区中部降水偏多,东、西部降水偏少。2010 年冬季西南地区的干旱更有可能是由NAM异常引起的,而不是El Niño。     

中国热带东,西部地区冬季气候的差异与橡胶树的引种

由于青藏高原的动力影响，使得西部地区冬季出现下沉气流，多日照，利于橡胶树的越冬，而东部则出现上升气流，少日照，不利越冬，又由于青藏高原大山体，冬季明显地阻挡低层空气平流，导致高原南侧的西部地区冬季降温和缓，有利橡胶树越冬，而东部地区因无高大山体阻挡，寒潮初期降温剧烈，后期低温阴雨天气持续甚久，易导致橡胶树的严重寒害。     

青藏高原对我国热带气候及橡胶树种植的影响

影响我国橡胶树存活以及产胶量的主要自然因素为寒潮低温与台风的强风.这些都与青藏高原的动力和热力作用有关:1.高原促进并加强寒潮爆发南下,使得我国热带冬季低温比同纬度地区较低.2.高原对于我国热带西部起着屏障寒潮减缓降温,而对于热带东部则起着漏斗狭管效应而加剧了降温.3.冬季高原的动力作用,在热带东部形成上升气流,在热带西部形成下沉气流,因而东部多阴雨天而西部多睛天.4.夏季的季风雨保证了橡胶树生长的需要,而冬季少雨尤其是西部少雨而多日照,有利于橡胶树的越冬,并有利于抑制某些病害.5.滇中、滇东的横断山脉可     

陕西春季干旱与多雨的环流特征对比分析

选用陕西86个气象站1961-2007年3~4月降水量和NCEP/NCAR再分析资料,利用标准化降水指数确定陕西春季干旱与多雨的划分指标,并对陕西省春季干旱与多雨年的同期和前期大气环流特征进行了合成分析,结果表明陕西春季降水具有南多北少,年际变率大等特点。陕西春季干旱少雨年同期500 hPa欧亚中高纬度距平场呈"-+-"分布,反映了中亚长波脊强盛,东亚大槽偏深的主要环流特征;而陕西春季多雨年乌拉尔山和日本海为正距平,鄂霍次克海和咸海、里海为负距平,欧亚中、高纬度距平场呈反位相分布,反映乌山阻塞高压建立与崩溃过程中,中亚长波槽经高原东移的环流特征,东亚中纬度纬向环流发展,冷空气易滞留在偏北地区,暖湿气流活跃更易北上,形成了陕西春季多雨天气。从850 hPa流场分布看,陕西春季多(少)雨通常对应同期对流层低层亚洲大陆东岸偏南气流的增强(减弱)。此外前年冬季乌山高压脊偏弱(强)和东亚大槽偏浅(深)与陕西春季多(少)雨有密切联系。     

新疆冬季气温年际异常的主模态及其成因分析

基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态，讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征，结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类，根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用，也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱，中高纬度环流经向度加大，乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深，50°N以南为负高度距平，新疆冬季平均气温一致偏低；反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似，但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高；北暖南冷型出现时，乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱，新疆上空为浅脊控制，新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。     

近50年青藏高原东部降雪的时空演变

选用1967-2012年青藏高原东部60个站点的观测资料,分析了该地区降雪的时空演变特征,并结合降水和气温的变化,探讨了降雪与积雪的关系,结果表明：青藏高原东部年降雪量在1.3~152.5 mm范围内变化,空间分布差异显著;秋季降雪表现出中间多、周边少的特征,冬季降雪表现出由东南向西北递减的特征,春季降雪最多且空间分布与年降雪基本一致;降雪可划分为青南高原区、藏北高原区、柴达木盆地区、青藏高原东南缘区、川西高原西北部区、青藏高原南缘区、青海东北部区及藏南谷地区;就青藏高原整体而言,除秋季外,整年、冬季和春季降雪均表现出“少—多—少”的年代际变化特征,其中冬季降雪在1986年发生了由少到多的突变,整年、冬季和春季降雪均在1997年发生了由多到少的突变;不同区域降雪的时间变化规律各具特点;降雪与积雪的关系十分密切,春季降雪受气温的影响最为显著,秋季次之,冬季最弱;20世纪末,春季降雪受气温升高的影响表现出与降水变化相反的由多到少的气候突变特征。     

青藏高原东北部区域持续性低温事件的特征及影响因子分析

利用1960—2020年青藏高原东北部66个观测站日最低气温资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据百分位法确定了32个区域持续性低温事件,并对该事件发生的概率分布及影响其发生的主要环流系统进行了分析,同时探讨了冬季气候指数的极端性与低温事件发生的关联性。结果表明:(1)区域持续性低温事件主要集中在东部农业区。(2)不同类型低温事件环流差异主要表现在高层500 h Pa高度场正异常中心和负异常中心的纬度位置以及700 h Pa北风分量向南延伸的强度。(3)冬季极涡、印缅槽、高原高度场、高原加热场、AO的极端性与区域性极端低温事件的发生相对应,低温事件的发生概率均超过60%,利用它们可以提升高原区域持续性低温事件的诊断和预测能力。     

秦岭南北降雪异常空间模态识别及其影响因素分析

识别降雪异常空间模态,明晰降雪异常的影响因素,对理解中国南北过渡带气候变化规律具有重要的实践意义。论文基于1970—2020年逐日气象数据,辅以湿球温度动态阈值法、经验正交分解法等气候诊断方法,对秦岭南北冷季(11月—次年5月)降雪异常空间模态进行识别,探讨了不同主导模态与海气异常的相关关系。结果表明：(1)秦岭南北冷季降雪异常存在2个主导模态。第1模态为“全区一致型”,降雪异常偏强区分布于关中平原、秦岭山地、汉江谷地和大巴山区东段;第2模态为“山地主导下降型”,反映山地降雪异常对气候变化的敏感性;(2)在时间变化上,第1模态以年际波动为主,20世纪90年代中期后,空间模态多处于负相位,即全区一致降雪偏少;第2模态以年代转折为主,近期空间模态多处于正相位,即山地降雪异常偏少;(3)在影响因素上,第1模态降雪异常与1月中高纬度500 hPa欧亚遥相关波列相关,第2模态降雪异常与冬季赤道中东太平洋海温异常密切相关。研究将降雪异常格局与环流异常机制组合研究,可为理解中国南北过渡带降雪异常预警信号提供理论基础。     

中国降雪气候学特征

利用逐日地面降雪观测资料,分析中国25oN以北范围内降雪量、降雪日数、雪带分布和各强度降雪的气候学特征,得到以下结论:①雪季长度与年降雪日数在东部呈纬向分布,大兴安岭北部最长(>210 d),长江以南最短(常年无雪或偶尔降雪);在西部青海省南部和西藏自治区北部最长(>300 d),滇、川、藏交界处及新疆自治区北部较长,南疆较短(<60 d)。年降雪量东南部最少,东北和西北北部较多(>30 mm),青海和西藏降雪量最多(>60 mm)。平均降雪强度江淮一带最大。②根据雪季降雪频次划分中国的雪带,东北大部、内蒙自治区东部、新疆北部、青藏高原大部、秦岭等地区为常年多雪带;长江以南的滇南、四川盆地、江浙沿海等地区为永久无雪带;其余地区为常年降雪带和偶尔降雪带。③不同区域各级降雪日数占总降雪日数的比例都是暴雪日数最少,大雪日数其次,小雪日数最多;但中雪降雪量占总降雪量的比例在东北北部、华北、西北、新疆、东南、青藏高原东部等区域仅高于小雪降雪量,而在黄-淮地区仅次于暴雪降雪量。④降雪年内分配在东北北部、西北、新疆、青藏高原东部等地区都呈双峰型,最多雪时节在早冬和晚冬、早春,隆冬时节并不是降雪最多时间,黄-淮和东南地区呈单峰型,东南地区峰值更陡。⑤总降雪日数和除暴雪外的各等级降雪日数与地理位置关系较明显,在中国东部主要随着纬度升高增加,在中国西部随海拔高度增加而增加;随着纬度升高,东部和西部的总降雪强度都减小,西部的小雪强度也减小。     

我国南方冬季异常低温和异常降水事件分析

统计分析1951 年以来1 月份以及1880 年以来冬季, 我国南方的异常低温与降水事件, 结果表明1 月异常低温(温度距平< -1σ) 有12 次, 降水异常偏多(降水距平> +1") 有10 次, 冷湿组合有3 次(1969、1993、2008); 冬季异常低温有29 次, 降水异常偏多有16 次, 冷湿组合有2 次(1886/87、1904/05)。利用NCEP/NCAR 再分析资料等, 采用合成方法分析异常低温与异常降水事件时大气环流特征, 结果表明有利于南方低温的环流特征是: 西伯利亚高压、东亚大槽及东亚急流异常偏强。有利于降水偏多的环流特征是: 东亚大槽偏弱; 200 hPa 上中东急流异常偏强、东亚急流偏弱; 东亚从对流层低层到中高层都有异常南风。当发生冷湿组合时, 低温主要是受到西伯利亚冷高压异常偏强的影响, 而降水主要受对流层850 hPa 至200 hPa 环流异常的作用。南方冬季水汽主要来自南支槽的西南气流和南海上空的转向 气流, 在降水偏多时有异常西南水汽输送距平。西伯利亚高压、欧亚遥相关型、西太平洋遥相关型、北极涛动4 个环流因子能解释南方1 月和冬季气温方差的47.2%和51.5%; 而中东 急流、东亚经向风、欧亚遥相关型则能共同解释南方1 月和冬季降水方差的49.4%和48.4%。 统计降水异常与ENSO 的对应关系表明, 当发生El Niño 事件时南方冬季降水偏多的概率较 大, 当发生La Niña 事件时, 降水偏少的概率较大, 而温度与ENSO 没有明显的统计相关。     

中国北方百年四季降水趋势与海平面气压形势

根据中国东部33站1884～1995年的四季降水进行了经验正交函数(EOF)开展,得到了前三个模态随时间的演变,重点分析与我国北方降水变化有关的趋势及与同期海平面气压距平的关系.夏季降水的第一模态反映在长江和黄河中部与华南沿海的降水位相相反.这一降水模态在20年前的变率较大.当夏季东北亚出现稳定的地面高压距平,中国东部处于气压槽中时长江和黄河中部降水偏多,而当地面高压距平稳定于我国西北和低压距平处于东部海上时降水为负距平.夏季降水的第三模态表现为以长江为界的南北反向变化.秋季降水的第二模态表现为以长江为界的南北反向变化,第三模态表现为东部沿海与西部的反向变化.这些降水模态与一定环流形势相联系,特别是秋季降水的第三模态受台风路径的环流形势所决定.冬季降水的第一模态中心也出现在长江和黄河中部,年代际变化的幅度趋于增强.对春季降水,第一模态表现为长江及其以北的降水与华南的降水反位相.2～3年变化幅度大于年代际变化的幅度.第2模态反映出华北和东北的降水与其它地区的降水位相相反,存在30年左右的位相转换关系.北方地区的春旱从1980年代开始有所加重.     

准噶尔盆地积雪储量的遥感反演及变化特征分析

利用被动微波遥感SSM/I亮温数据反演的积雪深度,采用积雪密度经验算法,计算了准噶尔盆地1987-2008年逐日雪储量及其分布状况。结果表明:(1)准噶尔盆地年最大雪储量22 a平均为4.53×109m3,最大年份为1994/1995年冬季,雪储量达7.13×109m3,最小年份为1995/1996年冬季,雪储量为2.74×109m3。(2)准噶尔盆地冬季雪储量空间分布不均匀,雪储量较大的区域分布在阿尔泰山南麓和天山北麓,且由盆地边缘向中心逐渐减少,两个明显的低值区分别位于盆地西部克拉玛依地区附近和盆地东部北沙窝附近。(3)季节内变化特征表现为:11月上旬至2月中旬为雪储量缓慢累积的过程,3月上旬雪储量达到峰值,持续时间很短(约15 d),3月中旬至4月下旬雪储量迅速消退,季节内变化主要受降雪和气温年内分配的影响。(4)1987-2008年准噶尔盆地雪储量的年际变化较大,65%的区域呈现线性增加趋势,但不显著。(5)冬季降水量和气温是影响雪储量变化的主要因素,雪储量与冬季降水量呈显著正相关,与气温呈显著负相关关系。     

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%。     

西南地区春季降水异常与大尺度环流关系

根据1961-2013年NCEP/NCAR逐月再分析资料、NOAA月平均海表温度资料和西南地区(四川、重庆、贵州、云南)116个气象台站逐月降水资料,利用EOF分析等方法分析了西南地区春季降水空间分布特征,研究了西南地区春季降水异常与大气环流的关系。结果表明:西南地区春季降水不仅有区域一致的增加趋势,还表现出纬向偶极型空间分布;西南地区春季东部降水偏多西部偏少时,受到印度洋和太平洋两个反气旋气流影响,利于印度洋地区的暖湿水汽和西太平暖湿气流的输送,有利于该地区降水偏多;东部降水偏少西部偏多时,东亚大槽、乌拉尔山高压脊、南支槽分别加强,抑制了西风气流向东推进,使水汽更容易在西南地区西部辐合上升形成降水。结合海表温度分析发现,这种槽脊和反气旋强度变化和太平洋海表温度的变化有重要关系。     

利用NCEP再分析资料和新一代天气雷达资料对干旱区一次持续阴雪天气的分析研究

利用NCEP再分析资料和银川新一代天气雷达资料,对2008年元月中下旬宁夏持续阴雪极端天气进行了环流背景及雷达回波特征分析。分析表明:欧洲阻高的建立与崩溃、里海到巴湖切断低压的维持加深与减弱、东亚大槽的稳定维持、副高的偏北偏强及高原东侧西南气流的存在,为宁夏持续阴雪天气提供了有利的环流背景及较好的水汽条件,低层辐合、高层辐散为降雪天气提供了持续的上升运动,而低层高原低值系统的作用,是造成局地大降雪的主要原因。降雪雷达回波强度一般维持在10～25 dBz,超过30 dBz的回波面积小,回波顶比较平整,顶高普遍在4.0～6.0 km,最高达到7.0 km左右,零速度线有时可表现为明显的 “S”型结构;利用Z-I关系进行雷达定量降水估测对降雪有一定的反演能力。     

初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常关系

应用1979-2011年NCEP/NCAR再分析资料和陕西地面月降水资料,分析计算东亚初夏季风强度指数和陕西降水距平一致率,采用统计相关分析方法分析初夏东亚季风强度指数与陕西降水异常的统计关系,并采用合成分析方法讨论了初夏强(弱)东亚季风年陕西多雨(少雨)的大气环流特征。结果表明:初夏东亚季风偏强,陕西易多雨,且陕北、关中比较显著,而初夏东亚夏季风偏弱,陕西易少雨,偏少的程度陕北北部最明显;初夏东亚季风偏强时,欧亚中高纬度距平场自西向东呈"+-+"的波列分布,环流场中乌拉尔山长波脊偏强,贝加尔湖到巴尔喀什湖低槽偏深,西太平洋副热带高压偏强,相应的对流层低层青藏高原东侧为偏南距平风,而华北为弱偏东距平风,在西北地区东部形成了距平风的气旋性切变,有利于该区域初夏多雨;初夏东亚夏季风偏弱时,欧亚中高纬度距平场距平自西向东呈"-+-"的分布,中亚长波脊强盛,西太平洋副热带高压偏弱且位置偏东。陕西主要受中亚高脊前西北气流控制,陕西初夏多晴热天气,易少雨;但初夏东亚季风偏弱时,东亚中纬度盛行平直西风气流,西风锋区位于40°N附近,西太平洋副热带高压位置偏西偏南,青藏高原位势高度偏低,并多短波槽或低值系统活动,陕西初夏受西风带系统和高原东移的低气压系统影响,陕西大部易多雨。