The warm winter in the Russian Arctic and anomalous cold in Europe

Considered are synoptic mechanisms of the formation of abnormally warm weather and high anticyclones in the Russian Arctic as well as the generation of the series of cold cyclones in the middle troposphere over southern Europe in January–February 2012. Obtained are the typical schemes of thermobaric fields of the macro-scale reconstruction of atmospheric circulation and of the set-in of the eastern air transport from Siberia to the central and southern areas of the European part of Russia and to the Mediterranean countries. Proposed is an algorithm for predicting processes of atmospheric blocking with the help of quantitative criteria that enable to assess the existence, intensity, and lifetime of the circulation impeding the westerlies.     

Anomalies in temperature and rainfall during warm Arctic seasons

The regional patterns of change of temperature and rainfall that might accompany a global warming due to increased carbon dioxide can be studied by experiments with theoretical models of the climate system, by reconstructing the climates of past warm epochs, and by determining the anomalies of temperature and precipitation that prevailed during years or seasons when the Arctic region was unusually warm. The current study pursues the last course, making use of the northern hemisphere meteorological data record for the period 1931–1978. Hemispheric maps of anomalies of both temperature and precipitation are presented for the 10 warmest Arctic seasons and years, and for differences between the 5 warmest and 5 coldest consecutive Arctic winters. Wintertime anomalies are generally greatest and dominate in determining the annual averages. The hemispheric temperature anomalies for these data sets are similar to those determined earlier by the first author (Williams, 1980) using 1900–1969 data, but the precipitation anomalies (for North America alone) show more variation, partly due to the method of computing the anomalies. Work reported here begun while a visitor to the National Center for Atmospheric Research. The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the National Science Foundation.     

The Arctic freshwater cycle during a naturally and an anthropogenically induced warm climate

The Arctic freshwater cycle plays an important role in regulating regional and global climate. Current observations suggest that an intensification of the high-northern latitude hydrological cycle has caused a freshening of the Arctic and sub-Arctic seas, increasing the potential of weakening overturning strength in the Nordic seas, and reducing temperatures. It is not known if this freshening is a manifestation of the current anthropogenic warming and if the Arctic freshwater cycle has exhibited similar changes in the past, in particular as a response to naturally induced periods of warming, for example during the mid-Holocene hypsithermal. Thus, we have used an earth model of intermediate complexity, LOVECLIM, to investigate the response of the Arctic freshwater cycle, during two warm periods that evolved under different sets of forcings, the mid-Holocene and the twenty-first century. A combination of proxy reconstructions and modelling studies have shown these two periods to exhibit similar surface temperature anomalies, compared to the pre-industrial period, however, it has yet to be determined if the Arctic freshwater cycle and thus, the transport and redistribution of freshwater to the Arctic and the sub-Arctic seas, during these two warm periods, is comparable. Here we provide an overview that shows that the response of the Arctic freshwater cycle during the first half of the twenty-first century can be interpreted as an ‘extreme’ mid-Holocene hydrological cycle. Whilst for the remainder of the twenty-first century, the Arctic freshwater cycle and the majority of its components will likely transition into what can only be described as truly anthropogenic in nature.     

2020年11月大气环流和天气分析

2020年11月大气环流的主要特征为:北半球极涡呈偶极分布,环流呈三波型,东亚大槽偏弱,南支槽偏弱,西太平洋副热带高压偏西偏强.全国平均降水量为16.9 mm,比常年同期(19.0 mm)偏少11％,月内17-19 日出现了一次强雨雪天气过程,湖北恩施建始县和辽宁丹东出现大暴雨,黑龙江牡丹江、鸡西和七台河、内蒙古通辽和...     

湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

2019-2020冬季北半球超强极涡事件

2019-2020冬季北极平流层极涡异常并且持续的偏强,偏冷.利用NCEP再数据和OMI臭氧数据,本文分析了此次强极涡事件中平流层极涡的动力场演变及其对地面暖冬天气和臭氧低值的影响.此次强极涡的形成是由于上传行星波不活跃.持续的强极涡使得2020年春季的最后增温出现时间偏晚.平流层正NAM指数向下传播到地面,与地面AO...     

2022年华南极端“龙舟水”与大气环流及海温异常的关系

利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料,NCEP/NCAR大气环流再分析资料,NOAA月平均海表温度资料(ERSST V5)及向外长波辐射(OLR)资料,采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流及海温异常的关系。结果表明,2022年“龙舟水”期间,东亚大槽、东北冷涡偏强,南下冷空气偏强,同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强,在华南存在明显的水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件,大气环流对其有明显响应,Walker环流增强,华南对流明显加强,菲律宾以东存在异常反气旋环流,副高加强导致其西北侧的西南风加强,向华南水汽输送显著增强,同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。     

1971—2020年金华地区极端降水变化特征

利用浙江省7个国家气象站逐日降水数据和8个极端降水气候指数,应用线性拟合、Mann Kendall检验、小波分析和反距离权重插值等方法,分析1971—2020年金华地区极端降水指数时空分布特征。结果表明：金华地区除了持续干期（CDD）呈下降趋势外,年降水量（PRCPTOT）、平均日降水强度（ISDII）、强降水量（R95p）、极强降水量（R99p）、最大1 d降水量（Rx1day）、暴雨日数（R50）和持续湿期（CWD）均呈逐渐增大趋势。金华地区极端降水指数具有一定的周期性和突变特征,PRCPTOT、ISDII、R50、Rx1day、R95p和R99p第一主周期为23—25 a;CDD和CWD周期较短,第一主周期分别为2 a和4 a。PRCPTOT、ISDII、R95p和R50突变主要出现在21世纪初,Rx1day和R99p主要出现在20世纪80年代和21世纪初,均是由相对偏少期突变为相对偏多期。ISDII和CDD空间分布表现为东北部大于西南部外,除此之外的6个指数总体表现为西部大于东部。     

2020年春季南疆西部一次极端暴雨成因分析

利用常规观测、FY-2G卫星、雷达、全球同化系统(GDAS)及NCEP(1°×1°)再分析等资料,分析2020年4月17—24日南疆西部喀什地区极端暴雨过程。结果表明:此次极端暴雨是在100 hPa南亚高压呈东部型的大尺度环流背景下,主要影响系统为500 hPa中亚低涡(槽)和700～850 hPa切变线;低层辐合、高层辐散的发展及持续为暴雨提供动力支持;暴雨过程中低层θse均随高度增加而减小,为暴雨产生提供了较好的不稳定条件;且中低层水汽充沛,700 hPa喀什地区水汽辐合中心强度达-10×10~(-6)g/(cm~2·hPa·s),比湿≥5 g/kg。雷达回波图上单体风暴或线性多单体风暴持续多个体扫导致强降水的发生,风暴最大反射率因子≥55 dBZ,径向速度图上具有明显的中小尺度辐合特征;TBB低值区与降雨落区紧密结合,强降雨发生在TBB梯度最大处,且TBB等值线越密集雨强越强。     

2010年冬季江苏省雷暴异常活动与北极涛动的相关分析

运用江苏省冬季雷暴日数统计数据和NCEP/NCAR再分析数据,在结合30 a江苏冬季雷暴异常变化可能机理的基础上,分析了2010年冬季雷暴异常变化的原因。结果表明:2010年冬季江苏省雷暴活动异常偏多,其异常变化与同期北极涛动环流异常有密切的负相关关系。AO(Arctic Oscillation)指数偏弱时江苏雷暴增多的天气原因主要是:1)中西伯利亚和西西伯利亚地区气压异常偏高,中纬度地区气压异常偏低,乌拉尔山以西有阻塞高压与之配合,因此东亚冬季风偏强,冷空气南下频繁。对流层低层30°N附近表现为异常暖中心,低层孟加拉湾水汽输送强盛,江苏处于水汽辐合中心,这样"上冷下暖"和"上干下湿"的配置不仅有利于引起大气异常上升运动,也易于不稳定层结的形成,利于雷暴天气的发生。2)30~50°N北太平洋中东部海温异常偏低,引起低层风场异常辐散,对应上空为异常的下沉运动,通过类似于沃克环流圈形式使得东亚同纬度地区低层辐合异常,有利于该地区异常气旋性环流的加强。     

1961—2020年辽宁省暖冬现象气候特征分析

利用1961—2020年辽宁省56个气象站冬季逐日气温数据,根据国家标准《暖冬等级》,以1990—2020年为气候值作为参考,综合采用气候倾向率、IDW、滑动t检验突变分析以及小波分析等方法,分析辽宁省近60 a冬季平均气温的时空变化趋势,单站暖冬及区域暖冬事件的气候变化特征。结果表明：近60 a来辽宁省冬季平均气温以0.3℃/10 a的速率升高,辽宁中部和东部地区变暖趋势最为显著;20世纪90年代前的30 a属于偏冷时段,但增温效应强于后30 a,冬季平均气温在1987年前后出现了明显的由冷转暖的突变,1971年出现了相对较弱的冷暖转变;1988年后逐年单站暖冬事件的发生整体比1961—1987年出现单站暖冬事件明显增多。发生频次较高的地区分布在辽宁中部和东南部地区,为16—20次;近60 a来共有16次区域暖冬事件,21世纪后的20 a内共出现9次区域暖冬事件,占总数的60%;区域暖冬事件以准22 a和2—3 a为振荡周期。     

秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究

2021年4月23日陕西东南部出现了大范围暴雨天气,共有18站日降雨量超过4月日雨量极值,较为罕见。利用常规高空、地面观测资料及ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)对该暴雨过程成因及极端性进行诊断,结果表明：500 hPa高原槽前强西南气流带来的正涡度平流有利于低空急流的增强以及低涡的发展和维持。该过程有两支强水汽输送带,一支为偏南风水汽输送带,另一支为热带气旋外围的偏东风水汽输送带,700 hPa切变线以及850 hPa西南低涡给陕南带来显著的水汽辐合,持续充沛的水汽供应及辐合使得强降雨维持较长时间,从而形成暴雨。探空上有明显锋面逆温,锋区由南向北呈倾斜结构,锋生主要由辐合项和水平变形项贡献,其中水平变形项以伸缩变性项为主。西南暖湿气流沿着层冷垫爬升,中低层大气的风速、风向切变以及锋生造成强烈水汽辐合上升,同时偏南急流沿着秦岭和大巴山迎风坡的强迫抬升进一步增强了降水。标准化异常(SD)诊断显示,700 hPa、850 hPa超过3σ的异常偏强偏南风水汽输送以及850 hPa超过3σ异常偏强的偏东风水汽输送,造成陕西整层水汽含量异常偏大,同时由于中层辐合加上锋生造成的垂直环流,使得陕西东南部上升运动较气候态异常偏强3σ,造成4月份陕西极端暴雨过程。

     

2020年6—7月长江中下游极端梅雨天气特征分析

雨滴谱是反映降水微物理特征的重要参数,研究雨滴谱垂直结构特征有助于认识降水演变过程和改善雷达定量降水估计。基于秭归、荆州和南京三站并址观测的微雨雷达和二维视频雨滴谱仪数据,探讨了2020年梅雨期不同地区、不同降水强度下的雨滴谱垂直结构特征。结果表明,雨滴下落过程中,小雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在减少,中等雨滴和大雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在增加,最后导致对地面降水强度有最显著贡献的是中等雨滴。不同降水强度的雨滴谱垂直结构存在明显差异,弱降水时,雨滴谱较窄,雨滴蒸发和碰并作用相均衡,雨滴谱参数变化小;强降水时,雨滴谱明显拓宽增高,雨滴间存在明显的碰并过程,中滴和大滴数浓度随高度降低而增大,雨滴谱参数出现明显变化。统计分析显示,雨滴谱有明显的区域性差异,秭归数浓度最高但雨滴直径最小,荆州数浓度中等且雨滴直径中等,南京数浓度最低但雨滴直径最大。不同地区的μ-Λ关系具有差异,采用不同地区构建的Z-R关系估算的降水强度与观测值比较一致。

     

2020年夏季鄂西南一次极端暴雨过程成因分析

2020年7月26日鄂西南出现了一次极端暴雨过程,建始县城区及附近乡镇在10 h内雨量超过250 mm,导致罕见山洪灾害。利用常规资料,结合地面加密自动站、多普勒天气雷达以及高分辨率EC再分析资料,分析该过程天气形势背景、中尺度环境,以及暴雨中尺度对流系统发生发展过程及其机理,揭示极端暴雨成因。结果表明：（1）中高纬度维持两槽一脊,低纬度副热带高压稳定且位置适中,是鄂西南强降水较长时间维持的有利条件;（2）冷空气侵入四川盆地导致西南涡发展,涡前西南暖湿气流加强,加上鄂西南地形辐合抬升作用,形成深厚正涡度柱和强烈垂直上升运动,是导致极端暴雨产生的重要原因;（3）建始县附近先后经历了后向传播型（BB-QS）及涡旋型（VS）两个中尺度对流系统的影响,而“倒喇叭口”地形导致雷暴冷池逆流并与环境风形成稳定的中尺度辐合上升运动,是极端暴雨中尺度对流系统形成的关键因素。     

Anomalies in temperature and rainfall during warm Arctic seasons as a guide to the formulation of climate scenarios

Recently much concern has been expressed regarding the impact of an increased atmospheric CO₂ concentration on climate. Unfortunately, present understanding and models of the climate system are not good enough for reliable prediction of such impacts. This paper presents an analysis of recent climate data in order to illustrate the nature of regional temperature and rainfall changes in different seasons and to provide some guidance with regard to points which might be borne in mind when scenarios of future climate (especially those taking into account human impacts) are being formulated.Since it is believed that an increased atmospheric CO₂ concentration will cause a warming and models and data suggest that the Arctic is more sensitive to climatic change than other latitudes, anomalies associated with warm Arctic seasons have been studied.The regional temperature, precipitation and pressure anomalies in the northern hemisphere for the 10 warmest Arctic winters and 10 warmest Arctic summers during the last 70 years have been investigated. Even when the Arctic area is warm, there are circulation changes such that large coherent anomalies occur elsewhere, with some regions warming and some cooling. The 10 warmest Arctic winters were characterised by larger amplitude anomalies, in the Arctic and elsewhere, than the 10 warmest summers, illustrating the difference in response between seasons. The precipitation differences for the 10 warmest Arctic winters and summers show for North America large coherent areas of increase or decrease, which again differ according to season. However, in winter the differences are not statistically significant, while the differences in two areas are significant in summer.     

1971-2020年昌吉绿洲主汛期极端降水变化特征

选用昌吉州境内7个县、市气象观测站1971—2020年主汛期（6—8月）逐日降水量资料,将日雨量分为6个等级,运用线性回归、气候倾向率方法,分析各站雨日数、降水量及极端降水的变化规律。结果表明：（1）昌吉绿洲50 a主汛期雨日数最多的是木垒站,年平均24.26 d,玛纳斯次之,为20.64 d,雨日数最少的是呼图壁站,仅19.28 d。雨日数空间分布呈现出较为明显的北少南多、北部低海拔地区少于南部高海拔地区的特点,时间分布上呈单峰型,7月最多。（2）除吉木萨尔增加外,各站雨日数均呈现减少趋势;从各个量级雨日数所占比率来看,从小雨到大暴雨,随着降水量级别的增加,占比呈减少趋势;除木垒外,小雨对雨量影响最大,在6个降水量级中所占比率超过30%。（3）昌吉绿洲主汛期微雨及小雨次数贡献率为81.8%,降水量贡献率为33.9%,而大雨以上级别的降水次数贡献率仅为7.3%,降水量贡献率却达到40.4%,因此将极端降水事件的标准确定为1 d降水量≧12.1 mm。（4）昌吉绿洲50 a主汛期极端降水平均强度为20.1 mm,年平均频次为1.5次。降水频次呈增加趋势,20世纪90年代至今处于高发时段。极端降水和暴雨事件主要集中在7月中旬,其次为6月中旬,8月上旬发生次数最少。