极地海冰异常对我国夏季大气环流和降水影响的数值研究

利用全球大气环流谱模式分别进行了南极和北极海冰面积异常偏大和偏小的数值试验，对６－８月的结果进行了对比分析，讨论了极地海冰异常对我国夏季大气环流和降水的可能影响。结果表明，南极或北极海冰面积异常偏大，则我国夏季风变弱，特别蝇使得南亚高压、西北太平洋副热带高压等减弱。南极海冰面积偏大使得我国黄河－长江－带地区降水减少，北极海冰面积偏大，造成我国东部地区的降水量有所减少，模拟结果与统计分析相一致。可同     

极地海冰变化对气候的影响

本文为“极地海冰变化对气候的影响”专题研究工作的简单小结。本工作从资料分析特别是从数值试验研究了极地海冰广度异常的气候效应，着重揭示了极地海冰异常对大气环流和气候的影响是全球性的，它可激发出全球大气异常遥相关型波形，表现出具有与赤道太平洋海温异常同样生命的作用；讨论了极地海冰异常对大气环流影响的机制以及极地海冰变化特征和物理过程。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

华南后汛期降雨与南极海冰变异和南半球大气环流异常的关系

利用１９７３￣１９８９年南极海冰北界资料研究海冰变异对华南不同区域后汛期降雨的影响。认为,华南后汛期降雨与南极海冰和南半球大气环流间存在遥相关显著性。分析海洋与南半球大气环流,副高、热带气旋、南亚高压等系统间的相关关系表明,海冰变异是通过影响这些系统,而对后汛期降雨产生影响作用的,其中上年９月罗斯海海冰、７月全南极海冰和威德尔海海冰的作用更明显,当年１月低纬气旋烽和前期南美深对流区强弱与广西后汛期     

华南后汛期降雨与南极海冰变异和南半球大气环流异常的关系

利用１９７３～１９８９年南极海冰北界资料研究海冰变异对华南不同区域后汛期降雨的影响,认为：华南后汛期降雨与南极海冰和南半球大气环流间存在遥相关显著性。分析海冰与南半球大气环流、副高、热带气旋、南亚高压等系统间的相关关系表明,海冰变异是通过影响这些系统,而对后汛期降雨产生影响作用的。其中上年９月罗斯海海冰、７月全南极海冰和威德尔海海冰的作用更明显。当年１月低纬气旋数和前期南美深对流区强弱与广西后汛期降雨关系显著。     

利用大气环流模式制做夏季季风模拟

本文评述近十余年国外利用全球三维大气环流模式制做夏季季风区域的模拟与敏感试验。通过比较模拟场与观测场表明,全球大气环流模式有较强的能力来模拟季风区域的各种主要特征。全球大气环流模式的敏感试验研究了季风形成的物理机制。本文对几个可能的物理因子如土壤湿度、地面反照率、海面温度、雪盖、海冰以及山地作用等的敏感试验给予专门评述,并给出不同海温状况下季风区降水特点。最后讨论与展望了有关季风的可预报性问题。     

海冰在大气环流模式中的重要作用

文章简要综述了次网格尺度海冰非均匀性对大气环流模式性能的影响；南极冰在全球环流和短期气候变化中的作用；以及模式中不同的海冰反照率参数化对地表温度和辐射的影响等研究结果．说明海冰对极地海洋和大气的能量收支及短期气候变化有重要作用，不同的海冰参数化方案对气候模拟结果有重要影响．     

海冰在大气环流模型中的重要作用

文章简要综述了次网格尺度海非均匀性大对大气环流模式性能的影响，南极冰在全球环流和短期气候变化中的作用，以及模式中不同的海冰反照率参数化对地表温度和辐射的影响等研究结果，说明海冰对极地海洋和大气的能量收支及短期气候变化有重要作用，不同的海洋参数化方案对气候模拟结果有重要影响。     

南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系

南极海冰的变化和全球大气环流关系密切。南极各区海冰的不同变化, 对南北半球大气环流有着不同的影响。文中基于对南极海冰变化的客观分区, 定义了南极海冰北界涛动指数 (ASEOI), 并结合中央气象台提供的南方涛动指数、北半球500 hPa和100 hPa高度场资料以及我国160站降水、温度资料, 利用诊断分析方法, 对ASEOI与我国夏季天气气候的关系进行了研究。研究表明:ASEOI对我国长江中下游降水及全国大部分地区温度具有指示意义。若前一年10月ASEOI偏低, 则当年7月我国长江中下游降水偏多, 引发洪涝灾害的可能性很大; 温度场上, 我国北方气温偏高, 南方气温偏低, 而高温往往伴随着少雨, 这无疑会加剧华北本就严重的旱情。     

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。     

南极海冰涛动与ENSO的关系

对近30年南极海冰密集度资料的EOF和SVD分析，发现南极地区在罗斯海外围和别林斯高晋海的海冰密集度场存在着“翘翘板”的变化特征，并与ENSO有密切联系。由此定义两个海冰关键区的差值为南极海冰涛动指数（ASOI），ASOI超前SOI和Nino3指数2个月时，其正、负相关系数达到最大，并通过α=0.001的信度检验。ASOI高、低指数阶段对应的南半球海平面气温、气压场和风场的合成分析表明，海冰关键区的异常变化可能引起温度、气压、风场的响应而影响南太平洋的洋流，进而对ENSO的发生、发展产生影响。     

Antarctica and global change

The Antarctic region of the globe is of special importance for a wide range of studies of global change. The IGBP research activities needing special focus for global change should be multidisciplinary, should involve both the geosphere and the biosphere, and should be of global as well as local interest. There are a number of important Antarctic research topics which fit these criteria.A decrease of Antarctic sea ice has a positive feedback on global warming. Reduction in the sea ice also impacts on deep ocean circulation and can give a positive feedback to the increase of atmospheric carbon dioxide by the reduction of a deep ocean sink. Changes in the mass balance of the Antarctic ice sheet impact on global sea level. A unique historic record of past climate and global environmental changes is being obtained from deep core drilling in the Antarctic ice sheet. Decreases of stratospheric ozone are most pronounced over the Antarctic in spring. The impact of increases in ultraviolet radiation on the biosphere can be studied in the Antarctic as a precurser to possible changes developing elsewhere around the globe. Changes in the atmosphere and ocean circulations resulting from the decrease in Antarctic sea ice cover can have important effects on ocean surface temperatures which impact on the climates of the continents.These topics are discussed briefly and a number of Antarctic research areas are highlighted which build on existing or planned international programmes and which can make critical contributions to multidisciplinary studies of global change.     

Stratospheric Ozone-induced Cloud Radiative Effects on Antarctic Sea Ice

Recent studies demonstrate that the Antarctic Ozone Hole has important influences on Antarctic sea ice.While most of these works have focused on effects associated with atmospheric and oceanic dynamic processes caused by stratospheric ozone changes,here we show that stratospheric ozone-induced cloud radiative effects also play important roles in causing changes in Antarctic sea ice.Our simulations demonstrate that the recovery of the Antarctic Ozone Hole causes decreases in clouds over Southern Hemisphere(SH)high latitudes and increases in clouds over the SH extratropics.The decrease in clouds leads to a reduction in downward infrared radiation,especially in austral autumn.This results in cooling of the Southern Ocean surface and increasing Antarctic sea ice.Surface cooling also involves ice-albedo feedback.Increasing sea ice reflects solar radiation and causes further cooling and more increases in Antarctic sea ice.     

NUMERICAL SIMULATION OF SSTA IMPACTS OVER THE GLOBAL OCEAN ON THE ANOMALOUS CIRCULATION OVER EURASIA IN JANUARY 2008

In this paper,we discussed the features of atmospheric circulations over Eurasia as a response to sea surface temperature anomalies (SSTAs) over the tropical Indian Ocean,the equatorial Pacific,Kuroshio and the North Atlantic.Our results are shown as follows: (1) CAM3.0,driven by the combined SSTAs over the four oceanic regions,can simulate well the features of anomalous atmospheric circulations over Eurasia in January 2008,indicating that the effects of the SSTAs over these four regions were one of the key causes of the anomalous systems over Eurasia.(2) The SSTAs over each key region contributed to the intensification of blocking over the Urals Mountains and a main East Asian trough.However,the influence of the SSTAs over individual oceanic regions differed from one another in other aspects.The SSTAs over the North Atlantic had an impact on the 500-hPa anomalous height (Z500A) over the middle-high latitudes and had a somewhat smaller effect over the low latitudes.For the warm SSTAs over Kuroshio,the subtropical high was much stronger,spread farther north than usual,and had an anomalous easterly that dominated the northwest Pacific Ocean.The warm SSTAs over the tropical Indian Ocean could have caused a negative Z500A from West Asia to Middle Asia,a remarkably anomalous southwesterly from the Indian Ocean to the south of China and an anomalous anticyclone circulation over the South China Sea-Philippine Sea region.Because of the La Nia event,the winter monsoon was stronger than normal,with an anomalously cooler northerly over the southeastern coastal areas of China.(3) The combined effects of the SSTAs over the four key regions were likely more important to the atmospheric circulation anomalies of January 2008 over Eurasia than the effects of individual or partly combined SSTAs.This unique SSTA distribution possibly led to the circulation anomalies over Eurasia in January 2008,especially the atmospheric circulation anomalies over the subtropics,which were more similar to those of the winter El Ni?o events than to the circulation anomalies following La Nia.     

近20年来中国极地大气科学研究进展

南极、北极和青藏高原是地球上的 3大气候敏感地区 ,是多个国际计划研究全球变化的关键地区。中国的南极和北极实地考察研究 ,分别始于 2 0世纪 80和 90年代 ,起步较晚 ,但近 2 0余年来有较大的进展。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。讫今为止 ,中国已组织了 2 0次南极考察和 3次北极考察 ,建立了中国南极长城站、中山站和北极黄河站等 3个常年科学考察站 ;进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、高层大气物理、冰雪和大气化学等观测 ,获得了较为系统的极地大气科学第一手资料 ;开展了有关极地与全球变化的研究 ,取得了新的进展。南极地区大气温度、臭氧和海冰的气候变化在时间和空间上都是多样的。南极地区的增暖主要发生在南极半岛地区 ,在南极大陆主体并不明显 ,近 10余年来还有降温趋势。中国南极长城站和中山站的观测资料也证实了这一点。此外 ,还揭示了南极半岛西侧和罗斯海外围的海冰变化具有“翘翘板”特征 ,由此定义的南极涛动指数可用来讨论南极海冰状况和海冰关键区的活动 ;用实地考察资料研究了极地不同下垫面的近地面物理和海 -冰 -气相互作用特征 ,给出了边界层特征参数 ;讨论了极地天气气候和大气环境特征及其对东亚大气环流和中国天气气候的影响 ;利用     

北半球海冰强迫作用下大气可预报性研究

使用LASG/IAP GOALS耦合模式中的全球大气环流模式分量AGCMR15L9的计算结果，在其他外强迫维持气候值不变的情况下，用方差分析的方法，以外部方差与总方差之比R_e作为衡量标准，考察该模式关于海冰的季节和跨季节潜在可预报性的大小。结果发现，从总体上看，北半球海冰变化所造成的潜在可预报性较小，只有在大气低层的一些气候要素，如温度、湿度的结果中，才存在R_e＞0.5的现象。潜在可预报性结果的局地特征比较明显，高值往往发生在海冰年际变率大的区域里。与中低纬海温在中高纬地区的影响相比，不排除海冰的作用更大的可能性。另外，如果分区域看，北半球某些区域的海冰，在若干挑选出的其区域海冰面积发生大异常年份中的潜在可预报性可能会比不做挑选的总体结果要大。这说明北半球某些区域海冰在面积发生较大异常的时候，可能对同期或（及）后期环流有着比较重要的影响。     

两类El Ni?o事件盛期南大洋海冰异常的对比分析

基于1979～2017年数据,利用回归方法和线性模式试验,分析了两类El Ni?o事件（东部型EP和中部型CP）盛期（12月至2月）南大洋海冰异常的差异及其可能机制。结果表明,两类事件期间尽管海冰异常定性上类似,但强度和位置存在明显差异:在罗斯海和阿蒙森海,两类事件期间海冰均偏少,但 EP期间海冰减少范围更大,振幅更强;在威德尔海,两类事件期间海冰均偏多,但EP期间增多更明显,而且位置相对CP期间偏西偏北。造成这种差异的主要因素是两类事件期间海温异常强度的不同:EP期间对应的海温偏东偏强,其激发的类太平洋—南美型（PSA）模态在南极边缘海的异常高压中心强度更大、范围更广,使得罗斯海区域为东北风异常控制,有利海冰向高纬输送,海冰范围进而减少;而威德尔海区域则是异常偏南风控制,使得海冰向北输送,有利于威德尔海南部海冰范围减少,北部海冰范围增大。相比之下,CP事件期间,赤道中东太平洋的暖海温异常偏于中太平洋且强度弱,其激发的类PSA在南极边缘的异常高压偏弱,使得动力作用引起阿蒙森海的海冰减少和威德尔海海冰增加偏弱。进一步的分析表明,CP事件期间威德尔海海冰增多还与该区域更早时间（11月份）的海冰增多,及随后海冰—太阳反照率的正反馈效应有关。本研究结果显示两类事件期间海冰异常的强度和位置的差异,与两类事件期间赤道中东太平洋SSTA强度和位置的差异,二者有很好的对应关系,相比前人的合成分析结果（CP期间海冰异常强于EP期间）,物理上更为合理。     

ATMOSPHERIC LOW-FREQUENCY TELERESPONSE TO ANOMALIES IN THE ANTARCTIC SEA ICE

IAP-GCM is used to document the forced teleresponse of the atmosphere to anomalies of the Antarctic sea ice as the important triggering mechanism for intraseasonal atmospheric oscillations across the globe. The time series of pentad-averaged deviations are then focused on and. with the band-pass filter approach, to address essential features of the 30-60 day low-frequency oscillation in the response field. It is found that tile atmospheric response to the retreat of the Antarctic sea ice is of low frequency at a period of 30-60 days. The main component is the 30-60 day intraseasonal oscillation in the forced field, with the vertical structure and distribution features similar to real atmosphere.