近50年华北干旱的年代际和年际变化及大气环流特征

利用1948～2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均位势高度、风、温度、垂直速度等物理量和中国气温、降水资料,分析近50年中国华北地区干旱的年代际、年际变化及其环流特征,并探讨1999和2000年华北地区持续干旱环流型及其成因.研究指出:20世纪80年代以来华北地区降水持续偏少,干旱强度有所增加,这与夏季200 hPa矢量风距平场亚洲中纬度西风环流加强,850 hPa风矢量距平场中国东部110～120°E范围内偏南气流比气候平均状况偏弱有关.夏季华北降水偏少的一种主要大气环流型是:500hPa位势高度场上40～50°N的欧亚大陆位势高度偏高并叠加欧亚(EU)遥相关型,华北大部分地区受高压控制.1999和2000年夏华北地区持续严重干旱的主要环流特征是:亚洲大陆高压持续发展、长期维持并相当稳定,华北地区上空受闭合暖性高压控制,高空暖性高压气流强烈下沉,引起空气绝热增温,近地面感热增加使得干旱区气温升高,下垫面非绝热强迫作用与大陆暖高压加强形成正反馈过程.     

春季北大西洋三极型海温模态与中国东部极端低温事件频次年际变化关系的年代际增强

本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明,北大西洋三极型海温异常模态（NATSST）在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化,但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明,这两者关系之所以发生年代际变化,可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960～1987年,NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播,路径偏南,对东亚地区大气环流的影响较弱,从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992～2019年,NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中,北支波列与北大西洋涛动（NAO）有关,该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播,可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流;南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播,可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下,同时改变中国东部地区地表热通量,从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件,使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通...     

新疆春季降水与北大西洋海温关系的事实分析

首先计算了新疆的北疆、南疆和天山山区的春季降水量与北大西洋海温场的滞后和同期相关系数,发现新疆春季降水距平总体上与前一年7月北大西洋海温距平 (SSTA) 场相关最好。然后又采用奇异值分解 (SVD) 法找到了两场之间较好的对应分布型,并由实测资料得到验证。     

华北春季降水及其与前期印度洋海温的关系

利用华北17站1951-2002年春季（3-5月）逐月降水资料和NOAA再分析海表温度资料，研究了华北地区春季降水特征及其与海温的关系。得知华北春季降水偏少年出现频次比偏多年频次高，但是年际变化明显，强度没有偏多年严重。华北地区春季降水有一定的年代际变化和周期性，降水周期在20世纪70年代中期以前为4-6a，在70年代中期以后为6-8a。同时用相关分析方法找出了影响华北地区春季降水的海温关键区为印度洋，发现印度洋在前一年11月到当年1月存在一个相关系数较高海区。用SVD方法证实了前期冬季印度洋海温正是与华北春季降水相关最显著的时段和地区。并用合成分析初步得到印度洋海温异常强迫影响大气环流，并通过遥相关影响华北地区降水。     

2010年春季全国干旱状况及其影响与成因

2010年春季,我国四川、云南、西藏、广西、贵州、甘肃、宁夏、青海、山西、湖南、海南以及黑龙江等省区存在不同程度的旱情,旱区农作物受旱形势严峻,河流流量减小,部分小水库及河渠干涸,人畜饮水困难。大气环流异常是导致各地干旱少雨的主要原因,3～4月持续的环流异常及无有效的动力和水汽条件造成西南、西北中东部地区、华中部分地区干旱少雨。进入5月以后,水汽和动力条件都有所改善,部分地区干旱状况有所缓解。     

热带海表温度及北大西洋涛动与ENSO事件的相关分析

采用交叉小波变换方法分析了热带SST、NAO与ENSO事件之间的多时间尺度相关特征。结果表明,热带SST与ENSO事件在2～7年和30年以上尺度的周期振荡上存在着显著的同位相正相关,其中以4年尺度周期的方差贡献最大,时域中热带SST冷暖变化的时间与ENSO冷暖交替的时间一一对应;北大西洋SST与ENSO事件在4年和15年尺度周期振荡上表现为方差贡献较大的正相关;NAO与ENSO事件相关较弱,在2～7年和10～24年尺度上表现为负相关,而25年以上尺度为正相关,时域中NAO强弱变化与ENSO冷暖交替的对应关系并不完全一致。     

2011年春季全国干旱状况及其影响与成因

2011年春季(3～5月),我国内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、河北、云南、四川、贵州、甘肃、陕西、宁夏、江苏、安徽、山东、河南、江西、湖南、湖北、广东以及西藏等省区存在不同程度的旱情,旱区农业、人畜饮水、江河及湖泊水位、渔业生产、水运等受到不同程度的影响.大气环流异常仍是导致各地干旱少雨的主要原因.     

2014年春季全国干旱状况及其影响与成因

2014年春季（3~5月）,我国内蒙古中东部、东北大部、华北、黄淮、江汉北部、西北地区中东部、西南地区以及华南西部等地存在不同程度的旱情。主要存在2个明显的干旱区,分别是内蒙古中东部、东北、华北、黄淮以及西北地区东部组成的东部旱区和西南、华南西部组成的西南旱区。旱区农业、人畜饮水以及江河水位等受到不同程度的影响。大气环流异常仍是导致各地干旱少雨的主要原因。     

近50年华北区域性气象干旱事件的特征分析

本文利用区域性极端事件客观识别法(OITREE),进行了1961—2010年华北地区区域性气象干旱事件的识别,确定了该方法中相应的参数组并识别得到100次事件,并对排名前15位的事件与文献记载情况逐一进行对比检验。结果表明OITREE方法对华北地区区域性气象干旱具有良好的识别能力。100次华北地区区域性气象干旱事件分为10次极端事件、20次重度事件、40次中等事件和30次轻度事件,其中1998年9月至1999年5月秋冬春连旱是华北地区强度最强的干旱事件。事件的持续时间一般在17~120 d、最大影响面积集中在(70~105)×10~4km~2之间,干旱事件具有较明显的季节特征,3—7和10—11月是事件的两个高发时段;华北南部为干旱多发区,其中河北、河南和山东三省交界为强度中心区域。重度(含)及以上的干旱事件可分为全境型、东部型、南部型、西部型、中部型和零散型6种分布类型,其中全境型出现机率最高。近50年华北地区区域性干旱事件频次、累积综合强度总体呈上升趋势,其主要原因可能是降水量减少所致,同时气温显著升高也起到了明显的推动作用。     

北大西洋海表面温度锋与大西洋风暴路径及大气大尺度异常的关系研究

运用NCEP、Had ISST再分析资料,北大西洋涛动(NAO)月指数序列,探讨了海表面温度(SST)锋的时空变化特征,揭示了北大西洋SST锋的主要气候变率及其与北大西洋风暴轴和大气大尺度环流异常的关系。研究表明,剔除季节循环后的SST锋显示其最主要变率为锋区的向南/北摆动,其对应的风暴轴发生相应的西南/东北移动,并同时在北大西洋上空对应一个跨海盆的位势高度负/正异常。这种环流异常可引起高纬度海平面气压(SLP)的反气旋/气旋式环流,这有利于增强海表面风对大洋副极地环流的负/正涡度异常输入,进一步减弱/加强了高纬度上层冷水向SST锋区的输送。北大西洋SST锋的另一主要模态为锋区在南北方向的分支和合并。当SST锋异常在40°N~45°N以单支形式加强时,对流层位势高度场和SLP南北梯度增大,对应NAO正位相,此时风暴轴也为单支型;同时SLP异常场促使冰岛附近具有气旋式风应力异常,亚速尔地区具有反气旋式风应力异常,导致副极地环流和副热带环流均加强,增加高纬度冷水和低纬度暖水在锋区的输入,从而进一步增强40°N~45°N附近的SST锋区。当SST锋异常在40°N~45°N纬带南北发生分支时,风暴轴也同时出现北强南弱的南北分支,此时对应了负位相NAO,来自北南的冷暖水输送减弱,SST锋也发生减弱分支。此外,位于大洋内区的SST锋东端也存在一个偶极子型的模态,尽管其解释方差相对较小,但仍与偏东北的NAO型具有显著相关。谱分析表明,北大西洋SST锋与风暴轴具有1~3年和年代际共振,与中高纬大尺度环流也存在周期1~3年的共变信号,其中准一年共变信号体现了SST锋和NAO之间的对应关系。进一步诊断分析表明,SST锋上空的近表层大气斜压性和经向温度梯度随着SST锋的增强而增强,经向热通量的向北输送导致涡动有效位能的增加;海洋的非绝热加热产生更强的垂直热量通量,这有利于涡动有效位能释放成为涡动动能,从而表现为该区域的风暴轴加强,并进一步影响风暴轴中的天气尺度扰动与下游大尺度环流异常的相互作用过程。     

春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

North Atlantic forcing of autumn drought in Southwest China

干旱持续时间长,因此往往和缓慢变化的海温异常相关.本文利用观测降水和NCEP-DOE再分析资料,探讨了北大西洋中高纬地区东北-西南走向的偶极子海温异常对我国西南地区秋季干旱的影响.结果 显示该偶极子海温异常可激发向东南方向传播的Rossby波,在印度北部和青藏高原西部引起正压气旋性环流和上升运动异常,并在我国西南地区引...     

中国东北夏季极端高温的分类及其与北大西洋海表温度异常的联系

利用层次聚类方法对1979-2016年中国东北夏季259次极端高温事件爆发当天的500 hPa高度场进行聚类分型,并讨论了不同类型极端高温事件的环流演变特征及其与北大西洋海表温度异常的联系.结果表明,东北夏季极端高温事件可分为3类,即西风型、阻塞型和波列型;这3类高温事件在1979-2016年分别发生了 113、89和...     

Sea surface temperature anomaly in the tropical North Atlantic during El Nino decaying years

基于1979年到2016年多种再分析资料,本文分析了El Ni?o衰减年热带北大西洋的海温异常.结果表明,热带北大西洋海温在此期间呈显著变暖趋势.10次El Ni?o事件的合成结果表明热带北大西洋海温异常在El Ni?o事件峰值之后的春季达到最大值,并持续到夏季.一般而言,这种异常与三个因子有关,即El Nino,北大西洋涛动和长期趋势,能分别导致局地海温上升0.4℃,0.3℃和0.35℃.1983年和2005年的对比分析表明,尽管El Ni?o强度对春季北大西洋海温起到决定性作用,与长期趋势密切相关的前冬海温也很重要.此外,超前-滞后相关结果表明北大西洋涛动超前海温约2-3个月.比较两个冬季相反位相北大西洋涛动的年份(即1992年和2010年),表明北大西洋涛动也能调制北大西洋海温异常.冬季负位相北大西洋涛动能显著增强El Ni?o的强迫影响,反之亦然.换言之,如果北大西洋涛动与El Ni?o位相相合,衰减年北大西洋海温异常才更为显著.因此,为全面理解热带北大西洋海温变化,除长期趋势外,还必须考虑El Ni?o和北大西洋涛动的综合影响.     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

The Relationship between the Wintertime Blocking over Greenland and the Sea Ice Distribution over North Atlantic

The sea-ice concentration in the Northern Hemisphere, 500 hPa height, sea-level pressure and 1000-500 hPa thickness of monthly mean data are examined for the period 1953-1989, with emphasis on the winter season.Relationships between large-scale patterns of atmospheric variability and sea-ice variability are investigated, making use of the correlation method. The analysis is conducted for the Atlantic sectors. In agreement with earlier studies based upon monthly mean data on sea-ice concentration, the strongest sea-ice pattern is composed of a dipole with opposing centers of action in the Davis Straits / Labrador Sea region and the Greenland and Barents Seas. Its temporal variability is strongly coupled to the atmospheric North Atlantic Oscillation (NAO). The relationship between the two patterns is strongest with the atmosphere leading the ocean. The polarity of the NAO is associated with Greenland blocking episodes, during which the influence of the atmosphere is strong enough to temporarily halt the c     

Contribution of the sea surface temperature over the Mediterranean-Black Sea to the decadal shift of the summer North Atlantic Oscillation

Recent observational study has shown that the southern center of the summer North Atlantic Oscillation (SNAO) was located farther eastward after the late 1970s compared to before. In this study, the cause for this phenomenon is explored. The result shows that the eastward shift of the SNAO southern center after the late 1970s is related to the variability of the Mediterranean-Black Sea (MBS) SST. A warm MBS SST can heat and moisten its overlying atmosphere, consequently producing a negative sea level pressure (SLP) departure over the MBS region. Because the MBS SST is negatively correlated with the SNAO, the negative SLP departure can enhance the eastern part of the negative-phase of the SNAO southern center, consequently producing an eastward SNAO southern center shift. Similarly, a cold MBS SST produces an eastward positive-phase SNAO southern center shift. The reason for why the MBS SST has an impact on the SNAO after the late 1970s but why it is not the case beforehand is also discussed. It is found that this instable relationship is likely to be attributed to the change of the variability of the MBS SST on the decadal time-scale. In 1951--1975, the variability of the MBS SST is quite weak, but in 1978--2002, it becomes more active. The active SST can enhance the interaction between the sea and its overlying atmosphere, thus strengthening the connection between the MBS SST and the SNAO after the late 1970s. The above observational analysis results are further confirmed by sensitivity experiments.     

Weakening of Winter North Atlantic Oscillation Signal in Spring Precipitation over Southern China

In this study,the relationship between the North Atlantic Oscillation(NAO)in winter(December–February)and the precipitation over southern China(SCP)in the following spring(March–May)was investigated.Results showed an interdecadal change,from strong to weak connection,in their connection.Before the early1980s,they were highly correlated,with a strong(weak)winter NAO followed by an increased(decreased)spring SCP.However,after the early 1980s,their relationship was weakened significantly.This unstable relationship may be linked to the climatological change of East Asian jet.Before the early 1980s,the wave train along the Asian jet propagated the NAO signal eastward to East Asia and affected local upper-tropospheric atmospheric circulation.A strong NAO in winter led to an anomalous anticyclonic circulation at the south side of 30 N in East Asia in spring,resulting in an increase of SCP.In contrast,after the early1980s,the wave train pattern along the Asian jet extended eastward due to strengthening of the climatological East Asian jet.Correspondingly,the NAO-related East Asian atmospheric circulations in the upper troposphere shifted eastward,thereby weakening the linkage between the spring SCP and the winter NAO.     

Impact of the North Atlantic sea surface temperature tripole on the East Asian summer monsoon

A strong (weak) East Asian summer monsoon (EASM) is usually concurrent with the tripole pattern of North Atlantic SST anomalies on the interannual timescale during summer, which has positive (negative) SST anomalies in the northwestern North Atlantic and negative (positive) SST anomalies in the subpolar and tropical ocean. The mechanisms responsible for this linkage are diagnosed in the present study. It is shown that a barotropic wave-train pattern occurring over the Atlantic-Eurasia region likely acts as a link between the EASM and the SST tripole during summer. This wave-train pattern is concurrent with geopotential height anomalies over the Ural Mountains, which has a substantial effect on the EASM. Diagnosis based on observations and linear dynamical model results reveals that the mechanism for maintaining the wave-train pattern involves both the anomalous diabatic heating and synoptic eddy-vorticity forcing. Since the North Atlantic SST tripole is closely coupled with the North Atlantic Oscillation (NAO), the relationships between these two factors and the EASM are also examined. It is found that the connection of the EASM with the summer SST tripole is sensitive to the meridional location of the tripole, which is characterized by large seasonal variations due to the north-south movement of the activity centers of the NAO. The SST tripole that has a strong relationship with the EASM appears to be closely coupled with the NAO in the previous spring rather than in the simultaneous summer.     

中国西北地区东部近546年干旱事件特征分析

以西北地区东部的17个代表站1470—2008年的旱涝等级资料和1958—2015年5—9月气象站降水量数据为基础,建立了546年中国西北地区东部旱涝等级序列,采用经验正交函数分解、滑动t检验等统计方法,对其干湿演变规律进行分析,详细讨论了546年极端干旱事件及干旱持续性特征。结果表明:旱涝等级资料能够较好地反映西北地区东部干旱变化的时、空特征;在百年尺度上,20世纪发生旱、偏旱最为频繁,且高值区位于宁夏及陕北;干旱尺度因子的空间分布表明宁夏东部及陕北地区的干旱持续性相对较强,陇南及陕西南部地区的干旱持续性较差;空间范围较大且强度较大的重大干旱事件对干旱的持续发生起重要作用,历史上发生在1470—1500年和1910—1940年的两次西北地区东部百年甚至两百年一遇的极端干旱事件,对该地区干旱持续性的影响较为显著。