冬春季节北极海冰的年际和年代际变化

利用1953～1990年海冰密集度资料,研究了冬、春季节北极海冰的时空变化特征.结果表明:冬,春季节海冰变率大的海区主要有巴伦支海、格陵兰海、巴芬湾、戴维斯海峡以及白令海;在巴芬湾、戴维斯海峡和白令海海区,冬季海冰变率比春季的大;冬、春季节喀拉海、巴伦支海海冰面积均与春季白令海海冰面积呈反向变化关系,与巴芬湾、戴维斯海峡海冰面积也存在相反的变化趋势.分析还表明:北极海冰面积还表现出年代际时间尺度变化,尤其在冬季.春季格陵兰海海冰明显存在12年变化周期,而在冬、春季节,喀拉海、巴伦支海海冰存在l0年变化周期.     

冬季欧亚大陆盛行天气型与北极增暖异常的可能联系

利用ERA-interim的再分析资料和英国大气数据中心的海冰密集度资料,通过复矢量经验正交分析方法(CVEOF),本文研究了自1979-2016年37个冬季(12月1日至次年2月28日)共3330 d对流层中层500 hPa欧亚盛行天气型主要时空变化特征及其与近年来北极对流层中、低层增暖异常和北极海冰减少的可能联系。结果表明,CVEOF1解释了总异常动能的15. 82%,其两个子模态空间型分别表现为三极子型(0°和180°位相)和偶极子型(90°和270°位相)。其中,180°和270°位相的天气型发生时,冬季北极对流层中、低层偏暖,盛行暖北极-冷欧亚的大气环流形势。前期秋季从巴伦支海海域以东到波弗特海海域的海冰密集度(SIC)异常偏少可能是其影响因素之一。近年来这两个位相(180°和270°位相)的发生频次逐渐增多,与冬季频发的极端低温事件有紧密联系。在2005/2006年和2011/2012年冬季的冷事件中,180°和270°位相的发生频次明显偏多。因此,秋季从巴伦支海海域以东到波弗特海海域的SIC偏少,冬季北极对流层中、低层异常偏暖,有利于180°和270°位相天气型盛行,可能是导致冬季极端天气事件频发的主要原因之一。     

从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用

利用美国NCEP/NCAR、欧洲中心ERA-Interim再分析资料,以及英国哈得来中心海冰密集度资料,通过诊断分析和数值模拟试验,研究了2011/2012和2015/2016年两个冬季大气环流异常的主要特征和可能原因。结果表明,尽管热带太平洋海温背景截然不同（分别为弱的拉尼娜事件和强厄尔尼诺事件）,但这两个冬季西伯利亚高压均异常偏强,自1979年以来其强度分别排第1和第5位。前期秋季北极海冰异常偏少是导致这两个冬季西伯利亚高压偏强的主要原因。更为重要的是,前期夏季北冰洋表面反气旋风场,以及其上空对流层中、低层平均气温偏高,加强了北极海冰偏少对冬季大气变率的负反馈,进一步促进了西伯利亚高压的加强,从而有利于东亚地区冬季阶段性强严寒的出现。因此,夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰,而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要调节作用。2015/2016年冬季强厄尔尼诺事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流的影响。      

10—20天准双周振荡的经向传播及地理特征

本文采用ECMWF 1983年7月1日至9月12日逐日200hPa纬向风场资料， 用复经验正交方法讨论了10—20天低频振荡的经向传播及地理特征。结果表明:(1) 10—20天振荡有三个显著区域:贝加尔湖附近地区；赤道90°E附近以及新加坡、马来西亚地区；80—100°E, 22-32°N之间。(2) 源于较高纬度地区的振荡与源于赤道附近地区的振荡在105°E，17—23#+[o]N附近同位相相遇，在90°E, 20°N附近反位相相叠加，振荡相互削弱，在25°N附近同位相相遇。(3) 从振荡位相来看，中南半岛东南部、马来西亚北部、菲律宾以西区域的振荡向北传播到中国东南沿海，向西传播到孟加拉湾印度半岛；20°N 以南低纬度地区的振荡很少能传播到8°E以东30°N附近地区；位于90—95°E, 25-27°N之间的振荡以及贝加尔湖附近地区的振荡可以向南北两个方向传播。     

EFFECTS OF VARIATION OF WINTER SEA-ICE AREA IN KARA AND BARENTS SEAS ON EAST ASIA WINTER MONSOON

By analyzing the observation data and performing the numerical simulation tests,it is shownthat the Kara and the Barents Sea area is a key region to influence climate variation over theNorthern Hemisphere.The variation of winter sea-ice area in the key region is closely associatedwith that of the EU teleconnection pattern at 500 hPa and East Asia winter monsoon(EAWM)intensity.When a heavy sea-ice prevails in the key region,the EU teleconnection pattern at 500hPa is excited easily(there are positive 500 hPa height anomalies over around Japan and WestEurope),and winter Siberia high is weakened,meanwhile,sea level pressure(SLP)has positiveanomalies over the Northern Pacific.Therefore,EAWM will be weakened,winter temperatureover East Asia is above normal and the frequency of cold-air activity in February in China will bedecreased.When the light sea-ice occurs in the key region,the results will be opposite.     

北极大气偶极子异常与冬季北极海冰运动

依据国际北极月平均浮冰观测资料(1979~1998)、美国国家环境预测中心和国家大气研究中心再分析资料(1960~2002), 研究了一个以前被忽略的大气环流异常——北极大气偶极子结构异常及其与冬季海冰运动的关系. 偶极子结构异常是冬季(10月~ 次年3月)70°N以北月平均海平面气压经验正交分析的第二个模态, 它解释了总方差的13%. 偶极子异常中心之一位于加拿大的北极地区, 另外一个中心位于欧亚大陆北部和西伯利亚边缘海区. 由于大气偶极子异常强的经向性, 它成为驱动北冰洋海冰和冷空气进入巴伦支海、北欧诸海以及北部欧洲的重要机制.     

夏季欧亚中高纬大气低频振荡的纬向传播特征

基于NCEP/NCAR再分析资料,运用经验正交函数分解、线性回归和位相分析等方法,分析了夏季(5～8月)欧亚中高纬度地区主要低频周期的低频环流的纬向传播特征,并对其环流实体进行了探讨.分析结果表明,夏季欧亚中高纬度对流层中层(500hPa)的低频振荡周期主要集中在10～30d,该低频振荡同时存在明显的经向(向南)和纬向(向西)传播特征.着重分析其中的纬向传播特征后得出,其纬向平均传播速度约为9～10经度d-1.进一步分析表明,在东半球,北半球夏季极涡的最南端随10～30d的低频位相向西顺时针偏转.表征东半球大槽位置的5400,5500gpm等值线最南端,其随低频振荡位相亦有明显向西移动的特征.其中,5500gpm等值线最南端的移动速度也约为9～10经度d-1.此外,10～30d的低频冷空气也存在着随低频位相向西传播的特征.欧亚中高纬度低频振荡环流的向西传播是极涡向西顺时针旋转现象在低频尺度上的体现.与极涡或槽脊活动密切相连的冷空气即为夏季欧亚中高纬度10～30d低频振荡的环流实体.     

欧亚大陆春季融雪量与东亚夏季风的可能联系

通过对观测资料的分析, 本文研究了春季欧亚大陆融雪量与东亚夏季风的关系, 并初步讨论了其可能联系机制。研究表明, 春季融雪量EOF (Empirical Orthogonal Function) 第一模态表现出年代际变化特征, 这与东亚夏季风和中国夏季降水的年代际转型具有非常好的一致性。而EOF第二模态与东亚夏季风在年际尺度上具有同位相变化关系, 当春季融雪量在东西伯利亚和巴尔喀什湖附近异常偏多时, 后期在东亚地区容易出现由高纬至低纬的“负—正—负”经向波列结构。融雪量异常偏少时, 情况则相反。文中初步分析了春季融雪量异常与后期夏季东亚地区大气环流出现经向波列结构的可能联系机制, 指出东西伯利亚以及巴尔喀什湖附近异常偏多的春季融雪量能够在该地区促使位势高度场表现为正异常, 随着时间的演变, 巴尔喀什湖附近地区的高压向东移动发展, 东西伯利亚地区的高压一部分向低纬移动, 可能造成夏季东亚地区的经向波列结构, 进而对东亚的天气和气候产生影响。     

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。     

印度夏季风的减弱及其与对流层温度的关系

对43aNCEP/NCAR再分析资料和台站实际观测资料的分析,揭示了对流层温度变化和印度夏季风环流减弱之间的联系。印度夏季风的变化与东亚上空对流层温度具有密切的关系,主要表现为对流层平均温度与整个印度夏季降雨和季风环流强度之间存在显著的正相关。结果表明:印度夏季风环流在近几十年经历了两次减弱过程,第一次减弱约发生在20世纪60年代中期,第二次减弱则发生在20世纪70年代后期;通过改变海陆热力对比,对流层平均温度在印度夏季风减弱过程中可能起着重要作用,东亚地区与东印度洋至西太平洋热带地区之间的对流层温度差异导致了印度夏季风环流的减弱。