冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。     

南、北极海冰的长期变化趋势及其与大气环流的联系

采用南、北极海冰面积指数 1°× 1°经纬度格点资料及海平面气压资料 ,运用多种统计方法 ,研究了南、北极海冰的长期变化趋势、突变特征及其与大气环流的联系 ,发现近年来南极冬、春、秋季海冰逐渐减少 ,夏季海冰逐渐增加 ;北极春、夏、秋季海冰均不同程度地减少 ,冬季海冰变化趋势不明显 ;南、北极各季海冰的年际变化均存在一定的突发性 ,大气环流在海冰突变年前后有显著的差异     

冬春季节北极海冰的年际和年代际变化

利用1953～1990年海冰密集度资料,研究了冬、春季节北极海冰的时空变化特征.结果表明:冬,春季节海冰变率大的海区主要有巴伦支海、格陵兰海、巴芬湾、戴维斯海峡以及白令海;在巴芬湾、戴维斯海峡和白令海海区,冬季海冰变率比春季的大;冬、春季节喀拉海、巴伦支海海冰面积均与春季白令海海冰面积呈反向变化关系,与巴芬湾、戴维斯海峡海冰面积也存在相反的变化趋势.分析还表明:北极海冰面积还表现出年代际时间尺度变化,尤其在冬季.春季格陵兰海海冰明显存在12年变化周期,而在冬、春季节,喀拉海、巴伦支海海冰存在l0年变化周期.     

华北夏季降水的年代际变化及其与东亚地区大气环流的联系

利用1990－1999年华北夏季降水，海平面气压和1950－1999年NCEP月平均资料，借助小波变换研究了华北夏季降水的年代际变化特征，再用合成分析研究了华北夏季降水的年代际变化与东亚地区大气环流的联系，结果表明：近百年的华北夏季降水经历了20世纪30年代末之前和40年代末到70年代末两个多雨期阶段，20世纪30年代末到40年代末和70年代末之后两个少雨期阶段，华北夏季少雨期，东亚夏季风偏弱，亚洲地区500hPa高度场为正距平，副高脊线和北界位置偏南，贝加尔湖附近常伴有阻塞高压存在，而华北夏季多雨期则相反。     

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。     

大气环流年代际变化问题

本文对大气环流的年代际变化问题的研究工作和结果作了综合评述并给出了一些新的结果。     

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP／NCAR再分析资料和华北夏季降水资料，研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系，进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明，北极涛动具有明显的年代际变化，并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上，北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。     

东亚夏季风的年际到年代际变化及其与全球大气环流和海表温度的联系

The East Asian summer monsoon (EASM) underwent an interdecadal variation with interannual variations during the period from 1958 to 1997, its index tended to decline from a higher stage in the mid-1960＇s until it reached a lower stage after 1980＇s. Correlation analysis reveals that EASM is closely related with the global atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). The differences between the weak and strong stage of EASM shows that, the summer monsoon circulation over East Asia and North Africa is sharply weakened, in the meantime, the westerlies in high latitudes and the trade--wind over the tropical ocean are also changed significantly. Over the most regions south of the northern subtropics, both air temperature in the lower troposphere and SST tended to rise compared with the strong stage of EASM. It is also revealed that the ocean-atmosphere interaction over the western Pacific and Indian Ocean plays a key role in interannual to interdecadal variation of EASM, most probably, the subtropical Indian Ocean is more important. On the other hand, the ENSO event is less related to EASM at least during the concerned period.     

1990年代和2000年代华北寒潮的对比及其与北极海冰的联系

基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代（2000年代）发生的频次为1957~2011年最多（少）,但寒潮平均强度偏弱（强）,冷空气大多源自格陵兰岛（新地岛）附近,取偏西（偏北）路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代（2000年代）极区位势高度存在负异常（正异常）,欧亚大陆大型槽脊波动较弱（强）,绕极区西风较强（弱）,东亚大槽较弱（强）,西伯利亚高压较弱（强）,使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。     

中国气候年代际变化的大气环流形势对比分析

该文通过５０年代和８０年代大气环流形势异常的对比,分析了中国气候年代际变化的特征．其主要结果是：中国气候变化存在明显的年代际变化特征;在中国气候年代际变化的不同气候阶段,北半球大气环流也有明显的不同异常形势,尤其是西北太平洋和中国大陆一带地区的环流异常非常不一样;同时,与空间分布的明显差异相类似,子波分析表明对于不同的气候阶段,也有不同的时间变化型与之相对应．     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

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。     

Arctic Sea Ice Decline Intensified Haze Pollution in Eastern China

Air quality in eastern China has becoming more and more worrying in recent years, and haze is now No.1 air pollution issue. Results in this study show the decreasing Arctic sea ice(ASI) is an important contributor to the recent increased haze days in eastern China. The authors find that the number of winter haze days(WHD) in eastern China is strongly negatively correlated with the preceding autumn ASI during 1979–2012, and about 45%– 67% of the WHD interannual to interdecadal variability can be explained by ASI variability. Following previous studies on the impact of ASI loss on the northern hemisphere climate, the authors' studies further reveal that the reduction of autumn ASI leads to positive sea-level pressure anomalies in mid-latitude Eurasia, northward shift of track of cyclone activity in China, and weak Rossby wave activity in eastern China south of 40N during winter season. These atmospheric circulation changes favor less cyclone activity and more stable atmosphere in eastern China, leading to more haze days there. Furthermore, the patterns of circulation changes associated with autumn ASI and WHD are in very good agreement over the East Asia, particularly in eastern China. The authors suggest that haze pollution may continue to be a serious issue in the near future as the decline of ASI continues under global warming.     

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.     

北极涛动的年代际变化及其气候影响

北极涛动(Arctic Oscillation,AO)是北半球热带外地区大气环流变率的主导模态,对北半球以及区域尺度气温变化具有重要影响.AO可在没有外强迫条件下通过d波流相互作用形成,因此它被认为是全球气候系统内部变率的重要组成部分.研究年代际尺度上AO的变化及其气候影响,可加深对当前北半球气候变化规律的物理理解,也...     

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。      

Possible impacts of Barents Sea ice on the Eurasian atmospheric circulation and the rainfall of East China in the beginning of summer

Possible influences of the Barents Sea ice anomalies on the Eurasian atmospheric circulation and the East China precipitation distribution in the late spring and early summer (May-June) are investigated by analyzing the observational data and the output of an atmospheric general circulation model (AGCM).The study indicates that the sea ice condition of the Barents Sea from May to July may be interrelated with the atmospheric circulation of June. When there is more than average sea ice in the Barents Sea, the local geopotential height of the 500-hPa level will decrease, and the same height in the Lake Baikal and Okhotsk regions will increase and decrease respectively to form a wave-chain structure over North Eurasia.This kind of anomalous height pattern is beneficial to more precipitation in the south part of East China and less in the north.     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。