北极冬季季节性海冰双模态特征分析

近年来北极海冰快速变化,北极中央区边缘正由以多年冰为主转为季节性海冰为主。通过对北极冬季季节性海冰的EOF分解发现,2002-2012年期间北极季节性海冰变化的前两模态主要体现为2005年和2007年的季节性海冰距平。其中第二模态主要体现了北极海冰在2005年的一种极端变化,而第一模态不仅体现了北极海冰在2007年的变化,还体现了北极季节性海冰的从负位相到正位相的转变。通过比较发现,在研究时段北极季节性海冰最主要的变化发生在北极太平洋扇区,在2007年,冬季季节性海冰距平发生位相转变,2007-2010年一直维持正位相,北极太平洋扇区冬季季节性海冰保持显著正距平。太平洋扇区表面温度最大异常也发生在2007年,从大气环流来看,2007年之后波弗特海区异常高压有利于夏季太平洋扇区海冰的减少,而西风急流的减弱有利于夏季波弗特海区异常高压的维持,结合夏季海冰速度,顺时针的冰速分布有利于海冰离开太平洋扇区,因而会导致冬季太平洋扇区季节性海冰转为正距平并且从2007年一直维持到2010年。     

大气环流优势模态对北极海冰变化的响应Ⅰ.北极涛动

利用美国冰雪中心海冰密集度数据,分析了1979-2012年北极海冰面积的时间变化特征,发现北极海冰具有显著的年代际变化特征,分别在1997和2007年前后存在两次年代际转型突变点,相应的大气环流优势模态——北极涛动(AO)也存在显著的时空变化。1979-1996年阶段海冰下降趋势较弱并以较强的年际振荡为主,AO模态较强且显示出低频振荡特征;1997-2006年阶段北极海冰快速减退趋势占优,同时伴随着较弱的年际振荡,AO模态减弱且振荡周期缩短;2007-2012年阶段海冰范围较快下降同时具有极强的年际振荡,方差变化是前两个阶段的2~3倍,AO不仅强度加强,空间结构也发生了变化,极涡中心分别向格陵兰岛和白令海峡一侧延伸,这种结构有利于极地冷空气入侵欧洲和北美。利用ECHAM5大气模式进行的数值试验结果也证实了较强振荡的海冰强迫对AO模态的改变具有决定作用。     

热带太平洋温度异常变化对高空大气温度的影响

对热带17层气温纬向偏差垂直剖面和气温异常垂直剖面进行了分析,发现热带太平洋大尺度准定常热源温度波和下垫面温度异常温度波都能激发温度偶极振子,使温度波波及对流层和平流层高空,不仅改变了高空大气的热力状态,也使大气热力状态随高度的分布呈现出明显的波状结构。     

东海黑潮暖舌对热带气旋“派比安”(1807)强度的影响

通过使用天气研究与预报(Weather Research and Forecasting,WRF)模式对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)个例“派比安”(1807)进行了一组数值试验,分析了东海黑潮暖舌对“派比安”强度的影响。研究结果表明,东海黑潮暖舌高海面温度(以下简称“海温”)导致TC区域内海气界面热通量显著增加,并造成TC边界层不稳定特征发展,形成了有利于垂直对流发展的边界层环境。因此TC内特别是TC眼墙处对流更为活跃,TC强度显著提高,同时黑潮暖舌对TC的局部加热还会引起TC内部对流活动的非对称分布。根据数值试验的结果,黑潮暖舌为“派比安”整体动能增加做出约24.7%的贡献,中心气压变化对东海黑潮暖舌高海温特征的响应时间约为10 h。此外,在黑潮暖舌作用下,“派比安”7级风圈半径扩张16.3%,最大风速半径收缩10.7%。     

不同气流路径的春季黄海海雾天气与大气-海洋特征

春季（四至五月）是黄海海雾的多发季节，也是亚洲季风的转换季节。 本文对发生在1960-2006年春季的黄海海雾，及其雾气相关的天气特征和大气-海洋条件进行了综合分析。海雾根据I_COADS海面观测数据和同期NCEP/NCAR再分析资料风场的气流后向轨迹聚类分析，可进行气流路径分类。在气流路径分析的基础上，对春季黄海海雾的大尺度低层环流型及其相关的地表散度、湿度垂直分布、水汽水平输送及大气-海表温度差异进行了分析。主要结论总结如下：（1）导致春季黄海海雾形成的气流主要可分为四条路径。气流分别来自黄海的西北、东、东南和西南侧。（2）春季黄海海雾的发生有两种典型的天气型：黄海高压型（HSH）、气旋和反气旋耦合型（CAC）。两种天气型在四月份的出现比例大致相同；但在五月份HSH型的出现比例下降到三分之一左右，而CAC型上升到三分之二左右。（3）HSH和CAC两种天气型的共同特征是黄海位于地面散度中心。 （4）对于HSH型海雾，水汽主要来自局部蒸发，低层大气之上存在明显的干层；对于CAC型雾，水汽主要来自黄海以外，低层大气具有深厚的高湿度层。（5）由于天气型及其湿度垂直分布和水汽水平输送的差异，海雾可分为两类。多数的CAC型海雾为“暖”海雾，而HSH型海雾中的“暖”和“冷”海雾的比例几乎相同。     

用过程透雨量确定的东亚夏季风北边缘特征

利用1951—2006年全国715个站逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日和月平均再分析资料, 以农作物生长角度为出发点, 采用过程透雨量 (20 mm) 标准确定4—10月出现6次及6次以上过程透雨量作为东亚夏季风区, 以北边缘历年波动范围确定夏季风边缘带, 根据连续透雨过程达到无旱标准来判断东亚夏季风的开始时间。主要分析了夏季风北边缘的年际、年代际变化特征和夏季风边缘带的变化范围以及夏季风边缘的推进过程和北边缘变化机制及其对我国降水的影响。结果表明:透雨标准较好地确定了边缘带位置, 夏季风北边缘呈现向南偏移的趋势, 边缘带范围有所扩大; 北边缘变化与偏南风强弱和水汽输送联系紧密, 并且对我国雨带的分布以及北方降水有一定影响, 北边缘偏北, 雨带偏北, 则华北降水偏多。     

NCEP／NCAR再分析资料中南北半球大气质量交换的特征研究

用1948～2000年共53年的NCEP／NCAR再分析资料,分析了南北半球大气质量交换的周期变化特征和两半球大气质量交换通道的空间分布。结果表明：两半球的大气质量交换从长时间来看基本上是平衡的。两半球质量交换的季节变化表现为明显的半年周期,冬季和夏季的交换比较显著,且以夏季为主;具有显著的十年际变化;年际变化特征总体来看不显著,只在1980年代～1990年代存在较为显著的2-5年的年际振荡。NCEP资料存在较大变更的三个时段（以1968、1979年为分界）的周期变化特征确实存在一定的差异。全球平均异常向南的越赤道质量输送不存在很强的季节依赖性,主要由低空北半球太平洋．大西洋副热带高压南侧东北信风和亚洲季风区对流层高层副热带高压南侧的越赤道东北气流决定,亚洲季风区冬季南下的冷空气也起到很大的作用;而异常向北的越赤道质量净输送则主要发生在夏季,主要由亚洲季风区越赤道西南季风决定,特别是索马里越赤道急流从对流层低层到高层整层的向北输送,同时对流层低层赤道中东太平洋．大西洋信风区的东南信风也有较大的贡献。     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

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。     

亚洲夏季风环流及雨季进退的非同步性

亚洲季风区雨季及高低空夏季风环流在建立、维持及撤退上存在着显著的时间差异,这种差异被称为"非同步性"。通过对1979～2006年CMAP降水资料及NCEP/NCAR再分析风场资料的分析,本文发现:(1)对于夏季风的建立,孟加拉湾中部至菲律宾海,低空850 hPa夏季西南风的建立日期明显要晚于雨季的开始,而阿拉伯海和印度地区雨季的开始则晚于夏季风的建立;对于200 hPa的高空环流,这种风雨非同步的关系与低空季风环流与降水建立的关系基本一致,但西北太平洋热带地区正好相反。(2)对于夏季风的撤退,低空850 hPa上,从75°E～125°E,夏季风的结束在雨季结束之前,其中孟加拉湾中部及南海中西部较为显著,而阿拉伯海中部以及菲律宾东南海域,雨季的结束远远早于(4～5个月)夏季风的撤退;对于200 hPa的高空环流,整个亚洲季风区夏到冬季型风场的转变要晚于雨季的撤退,但在15°N附近的印度半岛和中南半岛东部沿岸地区典型的春秋雨季转换区域,高空环流场的转换略早于雨季的终止。(3)南海北部地区,高空200 hPa环流表现出较为显著的冬夏季节翻转,与南海雨季的爆发联系紧密;印度地区雨季的开始与该处高低空异常Hadley环流的建立以及阿拉伯海上空夏季风的建立有密切联系,而与当地低空环流的季节性反转联系不大。