北极海冰年际变化对东亚中纬度夏季陆面热力异常的指示作用及其可能原因

本文分析了夏季东亚中纬度近地面温度和春、夏北极海冰时空变化特征,探讨了格陵兰海、巴伦支海海冰异常变化与夏季东亚中纬度陆面热力异常在年际上的可能联系。结果表明:(1)1950—2014年,东亚中纬度夏季近地面温度明显增暖,并伴有明显的年际变化,年际变率最大值的区域主要位于40°N以北至贝加尔湖地区;春、夏格陵兰海和巴伦支海的海冰也呈现明显的减少趋势,同时表现出较强的年际变化特征。(2)春、夏格陵兰海、巴伦支海海冰异常对东亚中纬度夏季陆面热力异常具有一定的指示作用:春、夏格陵兰海、巴伦支海海冰异常偏多,通常对应夏季东亚中纬度近地面的东亚中纬度夏季增暖现象;反之亦然。(3)春、季格陵兰海、巴伦支海北极海冰指数(Arctic Sea Ice Index,ASII)高值年(海冰异常偏多年份),贝加尔湖及西南的蒙古高原地区通常为大范围的异常高压控制,有利于近地面温度升高;同时由于乌拉尔山阻塞高压减弱,极地南下的冷空气减弱,有利于东亚中纬度区域的温度升高。而ASII低值年的情形则相反,贝加尔湖以南地区受异常低压控制,乌拉尔山阻塞高压增强,冷空气易向南侵袭,不利于东亚中纬度近地面升温。     

On the Association between Spring Arctic Sea Ice Concentration and Chinese Summer Rainfall： A Further Study

In our previous study,a statistical linkage between the spring Arctic sea ice concentration(SIC)and the succeeding Chinese summer rainfall during the period 1968–2005 was identified.This linkage is demonstrated by the leading singular value decomposition(SVD)that accounts for 19%of the co-variance.Both spring SIC and Chinese summer rainfall exhibit a coherent interannual variability and two apparent interdecadal variations that occurred in the late 1970s and the early 1990s.The combined impacts of both spri...     

MPI-ESM-LR模式中RCP8.5情景下春季北极海冰突变对东亚夏季降水的影响

利用MPI-ESM-LR模式RCP8.5情景下海冰浓度、降水、海表面温度、500 hPa位势高度和850 hPa风场等数据,对比分析了一次北极海冰突变前后春季海冰与东亚夏季降水关系的差异,并探究其可能成因.结果表明:1)北极海冰突变导致北极海冰浓度(Sea Ice Concentration,SIC)和ENSO对东亚夏...     

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。      

Relationship between Arctic sea ice thickness distribution and climate of China

Based on the simulated ice thickness data from 1949 to 1999,monthly mean temperature data from 160 stations,and monthly mean 1 × 1 precipitation data reconstructed from 749 stations in China from 1951 to 2000,the relationship between the Arctic sea ice thickness distribution and the climate of China is analyzed by using the singular value decomposition method.Climate patterns of temperature and precipitation are obtained through the rotated empirical orthogonal function analysis.The results are as follows.(1) Sea ice in Arctic Ocean has a decreasing trend as a whole,and varies with two major periods of 12-14 and 16-20 yr,respectively.(2) When sea ice is thicker in central Arctic Ocean and Beaufort-Chukchi Seas,thinner in Barents-Kara Seas and Baffin Bay-Labrador Sea,precipitation is less in southern China,Tibetan Plateau,and the north part of northeastern China than normal,and vice versa.(3) When sea ice is thinner in the whole Arctic seas,precipitation is less over the middle and lower reaches of Yellow River and north part of northeastern China,more in Tibetan Plateau and south part of northeastern China than normal,and the reverse is also true.(4) When sea ice is thinner in central Arctic Ocean,East Siberian Sea,Beaufort-Chukchi Seas,and Greenland Sea;and thicker in Baffin Bay-Labrador Sea,air temperature is higher in northeastern China,southern Tibetan Plateau,and Hainan Island than normal.(5) When sea ice is thicker in East Siberian Sea 5 months earlier,thinner in Baffin Bay-Labrador Sea 7-15 months earlier,air temperature is lower over the north of Tibetan Plateau and higher in the north part of northwestern China than normal,and a reverse correlation also exists.     

北极海冰及其与气象要素年际关系的年代际变化

利用Hadley海冰密集度资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系的年代际变化。结果表明,北极海冰存在显著的年代际变化,且有较强的区域性。东西伯利亚海和波弗特海海冰融冰量的平均值变大且方差增大,格陵兰岛以东洋面海冰融冰量的量值和变率均在减弱。对3个不同气候时段内北极海冰融冰量进行EOF分解,前两个模态均在3个气候时段发生显著的年代际变化,东西伯利亚海海冰融冰量的增加与EOF第一模态年代际变化相关,而EOF第二模态则明显造成了波弗特海海冰的年代际消融。并且,与之相应的大气环流也出现了明显的年代际变化,它们与AO/NAO的年际关系也存在年代际转折,融冰量第二模态与AO的年际关系更为紧密,1960—1990年第二模态与AO的相关系数仅为0.186,而1980—2010年相关系数已升高至0.367。整个北冰洋的海冰融冰量与AO的年际关系也出现了年代际增强,尤其是东西伯利亚地区海冰融冰量与AO的年际关系发生了年代际增强,1980—2010年两者相关达到了0.4以上。而波弗特海融冰量与AO相关系数变化较大,1960—1990年其的相关系数高达-0.488,1980年后却减少至0.161。然而AO却未发生明显的年代际变化。造成北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系发生年代际变化的主要因子之一是波弗特高压,其年代际减弱使得极区向东西伯利亚海和波弗特海的海冰输送减弱,导致这两个区域海冰减少,使得AO与北极海冰的年际关系发生了年代际转折。     

BCC_CSM北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候模拟的影响

国家气候中心气候系统模式(BCC_CSM)将美国Los Alamos国家实验室发展的海冰模式CICE5.0替代原有的海冰模式SIS,形成一个新版本耦合模式,很好地提高了模式对北极海冰和北极气候的模拟能力.在此基础上,本文评估新耦合模式对1985-2014年东亚冬季气候的模拟性能,检验北极海冰模拟性能的改进对东亚冬季气候...     

不同类型ENSO事件对初冬北极海冰的影响

基于1951—2019年NCEP/NCAR再分析资料、Hadley环流中心海温、海冰密集度资料,通过合成分析和诊断温度异常方程,研究不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响。结果表明,EP La Ni1a发展年初冬(11—12月),巴伦支—喀拉海海冰异常减少;CP La Ni1a发展初冬,巴伦支—喀拉海海冰异常增加。EP和CP型El Ni1o对初冬北极海冰的影响类似：格陵兰海海冰异常减少,而哈德逊—巴芬湾海冰异常增加。不同类型ENSO对初冬北极海冰的影响主要通过产生不同的大气遥相关,引起同期和前期的海表气温异常而实现。     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

海冰覆盖度变化下北冰洋海浪研究进展

北冰洋地区海浪的生成和发展会受到海冰范围变化的显著影响.本文介绍了近年来基于浮标、潜标和走航观测,以及卫星遥感和数值模拟等方法开展的不同海冰覆盖度下北冰洋海浪的研究进展,包括海冰覆盖区海浪的传播机制等.北冰洋夏季开阔海域的平均有效波高可达3 m,在风暴期间,波弗特海有效波高可达5 m.除大西洋一侧,夏季北冰洋大部分海域...     

全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风关系的变化及其机制

为了进一步了解全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风的关系及其变化,本文选用东亚冬季风北模态及南模态作为东亚冬季风指数,利用滑动相关分析、回归分析及合成分析研究了全球变暖背景下1953—2021年北极海冰密集度与东亚冬季风关系的变化特征及其机制。结果表明:11月巴伦支海海冰密集度与东亚冬季风北模态之间的关系发生了显著变化,从1962—1977年显著正相关转为1983—1999年显著负相关,2000年以后两者无显著关系。1962—1977年11月巴伦支海海冰偏多对应东亚冬季风偏强,这是大气环流影响海冰的结果,11月的大气环流异常特征维持到了冬季,使得欧亚大陆上空大气呈现出北极涛动(Arctic Oscillation,AO)负位相,在增强东亚冬季风的同时将中高纬大陆干冷空气输送至巴伦支海,在表面风应力的作用下巴伦支海海冰增多。1983—1999年则由前一时期的大气环流影响海冰变为海冰影响大气环流,11月巴伦支海海冰显著减少在冬季激发出了北极涛动负位相,加强东亚大槽及东亚高空西风急流,从而使得东亚冬季风偏强。2000年以后北极海冰与东亚冬季风北模态的关系明显减弱,此时东亚冬季风与北极涛动的负相关关系更为显著。     

1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料,定义了中国东北地区秋冬季霾日指数,分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明：中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征,欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区,该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关,北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次,当北极海冰异常偏少时,东亚冬季风偏弱,近地面风速偏低,环境湿度偏高,中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制,且受“EUP”负位相模态影响,东亚大槽减弱,有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送,该地区秋冬季霾的发生频次增加。     

中国夏季气温对东亚土壤湿度异常响应的统计评估

基于欧亚夏季土壤湿度变化特征及其与中国夏季气温的相关分析,选取东亚地区作为土壤湿度异常影响中国夏季气温的陆面关键区,采用广义平衡反馈分析方法(GEFA)探讨了我国夏季气温对东亚地区土壤湿度异常的可能响应,并初步讨论了相关的物理过程。结果表明:中国夏季气温与东亚地区初夏和同期的土壤湿度异常具有密切的联系;进一步分析表明,夏季气温距平场对土壤湿度第一模态的响应最显著:当东亚中纬度及我国东部地区土壤湿度异常偏干时,夏季气温表现为一致增暖;而土壤湿度第二模态对长江流域至我国西部地区的气温有较弱的强迫作用;气温对第三模态的响应主要表现为华南地区的显著降温。并以对气温影响最为显著的土壤湿度异常第一模态为例,初步探讨了气温对土壤湿度异常响应的可能物理过程。当贝加尔湖以南以及我国东部的土壤偏干时,地表异常加热容易引起我国北方高层大气出现明显正异常和低层的反气旋性异常环流,上述环流异常容易导致温度偏高,同时不利于该区域降水的发生,进而导致土壤湿度偏低,上述正反馈机制可能是该区域土壤湿度与大气之间联系的一种可能途径。     

Possible contribution of Arctic sea ice decline to intense warming over Siberia in June

西伯利亚地区异常的升温可能会给生态系统带来灾难性的影响.本文从气候角度分析西伯利亚地区初夏升温的特征以及北极海冰减小的可能贡献.观测和再分析资料表明,1979-2020年间西伯利亚地区6月地表气温有很强的升温趋势(0.9℃/10年),明显高于同纬度地区平均的升温趋势(0.46℃/10年).升温从地表延伸至300hPa左...     

Impact of intensity variability of the Asian summer monsoon anticyclone on the chemical distribution in the upper troposphere and lower stratosphere

During the Asian summer monsoon (ASM) season, the process of stratosphere–troposphere exchange significantly affects the concentration and spatial distribution of chemical constituents in the upper troposphere and lower stratosphere (UTLS). However, the effect of the intensity of the Asian summer monsoon anticyclone (ASMA) on the horizontal distribution of chemical species within and around the ASMA, especially on the daily time scale, remains unclear. Here, the authors use the MERRA-2 reanalysis dataset and Aura Microwave Limb Sounder observations to study the impact of ASMA intensity on chemical distributions at 100 hPa during the ASM season. The intraseasonal variation of ASMA is classified into a strong period (SP) and weak period (WP), which refer to the periods when the intensity of ASMA remains strong and weak, respectively. The relatively low ozone (O₃) region is found to be larger at 100 hPa during SPs, while its mixing ratio is lower than during WPs in summer. In June, analysis shows that the O₃ horizontal distribution is mainly related to the intensity of AMSA, especially during SPs in June, while deep convections also impact the O₃ horizontal distribution in July and August. These results indicate that the intraseasonal variation of the ASMA intensity coupled to deep convection can significantly affect the chemical distribution in the UTLS region during the ASM season.摘要亚洲夏季风期, 平流层–对流层物质交换过程能显著影响上对流层下平流层化学成分的浓度变化和空间分布. 然而, 亚洲夏季风反气旋强度的季节内变化对其内部和周围地区化学成分水平分布的影响尚不清楚. 本文将亚洲夏季风反气旋划分为季节内强周期和弱周期, 发现当亚洲夏季风反气旋更强时, 100 hPa O₃低值区的面积更大, O₃浓度更低. 但是这种影响主要体现在6月份, 7, 8月的O₃水平分布还受东南亚地区深对流的影响. 这些结果表明亚洲夏季风反气旋强度和深对流的季节内变化可以显著影响亚洲夏季风期上对流层下平流层的化学分布.     

东亚夏季风年际变率及其与中、高纬度大气环流以及外强迫异常的联系

利用欧洲中心35年(1968-2002年)月平均再分析资料(ERA-40),通过矢量经验正交分析方法,研究了东亚夏季风年际变率的第2、3优势模态及其与中、高纬度大气环流和外强迫异常之间的联系.这两个优势模态均与北半球中、高纬度大气环流异常有密切的关系,累计解释协方差超过了东亚夏季风的第1模态.东亚夏季风变率的第2模态解...