2012/2013年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

东亚冬季风目前处于年代际偏强的气候背景下,2012/2013年东亚冬季风强度指数(EAWM)为0.83,连续第六年强度偏强。2012/2013年冬季,北极涛动(AO)指数维持负位相,导致全国平均气温较常年同期略偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因,前期海冰范围的减少有利于冬季欧亚大陆北部的海平面气压出现正异常,致使西伯利亚高压的偏强,有利于冷空气南下我国。而西伯利亚高压和东亚冬季风季内变化主要是受平流层环流异常信号影响,1月中旬前后,北半球高纬地区平流层位势高度出现明显正异常并迅速下传影响对流层中低层,造成西伯利亚高压和冬季风季内阶段性偏弱。     

冬季北极涛动异常与新疆气温变化的关系

基于新疆96个气象站1961—2014年月平均气温、北极涛动指数和NCEP/NCAR再分析环流资料,分析了冬季北极涛动异常与新疆同期气温变化的关系及其影响。结果表明:冬季北极涛动指数与新疆冬季平均气温相关较好,42.7%的测站冬季气温与北极涛动指数的相关系数通过0.05显著性水平检验,主要集中在新疆北部地区。在冬季北极涛动指数偏强的7 a,新疆冬季气温偏高、偏低的概率分别为93.0%与6.3%;在冬季北极涛动指数异常偏低的14 a,冬季气温偏高、偏低的概率分别为41.5%和56.1%,偏低概率高于偏高概率。当冬季北极涛动指数偏强时,850 h Pa新疆及其北部广大区域盛行异常偏南风,不利于冷空气南下,新疆冬季气温高;反之,盛行异常偏北风,新疆冬季气温偏低。     

2011/2012年冬季中国气温异常的成因及前兆信号

采用国家气候中心整理的全国160站月平均气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA全球海温资料,在探讨1986年以来中国冬季气温异常机理基础上,对2011/2012年冬季气温异常特征及其前兆信号进行分析。结果表明:地面西伯利亚高压、东亚冬季风及500 hPa乌拉尔山与贝加尔湖南侧的异常环流等系统是影响中国冬季气温的主要中高纬环流系统,而中低纬环流系统主要包括西太平洋副高环流和印缅槽。前期热带印度洋和中东太平洋关键区海温异常与后期冬季气温关联的环流系统有密切的关系:前期夏季7、8月西印度洋海温偏高时,冬季西伯利亚高压将偏强,有利于冬季风偏强和中国冬季气温偏低;而当8—10月中东太平洋海温偏高时,西太平洋副高将偏强偏大偏西,北界位置偏北,印缅槽偏强,中国气温容易偏高,反之亦然。两者对后期环流的影响存在一定的独立性,中国冬季地面气温异常是它们共同作用的结果。     

东北地区冬季气温与北极涛动年代际关系研究

利用中国160站气温资料、北极涛动指数资料及关国NCEP／NCAR再分析资料中月平均海平面气压场、高度场、风场资料，分析了东北地区冬季气温、冬季北极涛动的年代际特征及其关系。结果表明：在年代际时间尺度上，两者之间存在显著正相关。冬季北极涛动处于低（高）指数期，东北冬季气温为持续冷冬（暖冬）期。可能影响机制是：在地面，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，西伯利亚高压增强（减弱），亚洲大陆偏北冬季风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期；在对流层中层，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，东亚大槽加深（减弱），贝加尔湖以西以北脊增强（减弱），环流呈经向（纬向）型发展，东北对流层中层偏北风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期。     

强厄尔尼诺背景下2015/2016年冬季气候预测的不确定性分析

2015/2016年冬季的主要气候特征为：（1）全国大部地区气温接近常年,季内,气温阶段性起伏波动大,极端天气气候事件频发;（2）全国平均降水量较常年明显偏多,为1951年以来历史同期最多,多雨带主要位于长江以南及北方大部地区;（3）东亚冬季风阶段性变化明显,前弱后强。综合考虑年代际背景、超强厄尔尼诺事件、秋季北极海冰偏少等因素的影响以及数值模式的预测结果,预测2015/2016年冬季全国气温总体以偏暖为主与实况较为一致;冬季我国东北、华北北部、新疆东北部、长江以南大部降水偏多和长江黄河之间降水偏少的预测正确;主要气象灾害与衍生灾害的预测与实况基本一致,预测取得了较好的服务效果。但对冬季我国低温区域的预测较实况偏小,尤其对内蒙古中西部、西北地区东北部、西南东南部和华南南部气温偏低及2016年1月偏冷的情况估计不足。虽然均是在强厄尔尼诺背景下,1982/1983年及1997/1998年和2015/2016年冬季气候仍存在较大差异。通过对强厄尔尼诺影响的不确定性分析,2015/2016年冬季没有准确把握冬季风后期偏强的程度,对北极涛动季节内变化特征的预测分析能力有限,对海冰影响冬季环流的研究还需进一步加强。     

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468 个站点1960～2013 年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期（暖）期西风环流减弱（增强）而东亚大槽增强（浅薄）,槽后的辐合下沉增强（削弱）,西伯利亚高压增强（减弱）,这加强（削弱）了东亚冬季风,冷空气更多（少）侵入中国大陆地区,冬季气温偏低（高）。北半球环状模/北极涛动（Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO）正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO 的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO 和厄尔尼诺—南方涛动（El Nino Southern Oscillation,ENSO）不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980 年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。     

不同年代际背景下AO与冬季中国东北气温的关系

采用1951—2006年北极涛动指数序列、NCEP/NCAR再分析资料和我国160站气温资料,利用滑动相关分析研究了不同年代际背景下北极涛动与冬季中国东北气温年际异常关系的变化情况。结果表明,两者的关系在20世纪60年代中后期显著增强,在80年代中后期减弱。不同年代际背景下,与AO相关联的中高纬度大气环流异常发生的明显改变是AO与东北冬季气温关系发生年代际变化的原因。强相关年代,西伯利亚高压与阿留申低压均明显减弱,东亚冬季风偏弱,对流层中下层异常东南风控制东北地区,对流层中层东亚大槽明显减弱,环流的经向性减弱,使该地区冬季气温偏高;相关较弱的年代则以上表现不明显。     

冬季北极涛动对西伯利亚高压、东亚冬季风以及海冰范围的可能影响

利用NCEP／NCAR月平均再分析资料（1958－1997），月平均海表面温度资料（1950－1992）以及月的海冰密集度资料（1953－1995），研究了冬季北极涛动与西伯利亚高压、东亚冬季风以及巴伦支海海冰范围之间的联系。研究结果表明，冬季北极涛动不仅影响北极和北大西洋区域气候变化，并且可能影响冬季西伯利亚高压，进而影响东亚冬季风。当冬季北极涛动处于正位相时，冬季西伯利亚高压和东亚冬季风都偏弱，在西伯利亚南部和东亚沿岸，包括中国东部、韩国和日本，从地表面到对流层中部气温偏高0.5-2℃。当冬季北极涛动处于负位相时，结果正相反。研究结果还表明，冬季西伯利亚高压对北极以及北大西洋区域气候变化没有显的影响，与北极涛动的影响相比，西伯利亚的影响强度和范围明显偏弱。研究进一步揭示了冬季北极涛动可能影响西伯利亚高压的可能机理。冬季西伯利亚高压与动力过程以及从地表面到对流层中部的气温变化有密切的关系。西伯利亚高压的西部变化主要依赖于动力过程，而其东部与气温变化更为密切。冬季西伯利亚高压的维持主要依赖于对流层中的下沉气流，这种下沉气流源于北大西洋区域，其变化受到北极涛动的影响。当冬季北极涛动处于正（负）位相时，气流的下沉运动明显减弱（增强），进而影响冬季西伯利亚高压。此处，冬季北极涛动对同时期的巴伦支海海冰范围有显的影响。     

中国东部地区冬季气温与北极涛动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、北极涛动（AO）指数序列及中国160个台站月温度资料,分析1951-2007年中国冬季气温与AO指数的变化特征及其相互关系。结果表明：1951-2007年AO与中国东部地区冬季气温基本呈正相关关系。中国东部地区冬季气温指数（IWT）与北极涛动指数（IAO）均逐渐增强,并有显著的年际和年代际变化,均存在准18 a的周期变化特征。从偏相关系数来看,在年际尺度上,西伯利亚高压对中国东部地区冬季气温的年际变化影响较大,而AO与冬季气温无显著相关关系;在年代际尺度上,AO对中国东部地区冬季气温的影响较显著,比西伯利亚高压影响大。东亚大槽偏弱时,中国冬季气温偏高,AO指数也偏高,反之则相反。在年际尺度上,东亚大槽对中国东部地区冬季气温的年际变化影响较大,而AO与冬季气温无显著相关关系;在年代际尺度上,AO和东亚大槽对中国冬季气温的变化影响均较显著。     

秋季冰雪因子对我国冬季气温预报技能的改善

对1979—2012年冬季气温应用经验正交分解方法,并利用北极海冰密集度(Sea Ice Concentration,SIC)和欧亚大陆雪盖(SNow Cover,SNC)观测数据,计算出秋季SIC和SNC对气温变化有显著影响的区域,建立SIC和SNC指数。基于交叉验证方法构建冰雪指数和我国气温的预测模型,定量评估冰雪因子对冬季气温的预测技能。结果表明,在预报技巧范围和评分上,9月SIC和11月SNC指数的综合预报效果优于单个指数的预报效果,高预报技巧区主要位于我国华北和东北地区,该区域平均距平相关系数为0.58,并且优于气候态后报高达18.7%,表明在季节预报系统中考虑冰冻圈的异常是非常有必要的。     

Teleconnection between Winter Arctic Oscillation and Southeast Asian Summer Monsoon in the Pre-Industry Simulation of a Coupled Climate Model

A 600-year pre-industrial simulation with Bergen Climate Model(BCM)Version 2 is used to investigate the linkage between winter Arctic Oscillation(AO)and the Southeast Asian summer monsoon(SEASM)on the inter-decadal timescale.The results indicate an in-phase relationship between the AO and SEASM with periods of approximately 16–32 and 60–80 years.During the positive phase of winter AO,an anomalous surface anti-cyclonic atmosphere circulation appears over North Pacific in winter.The corresponding anomalies in ocean circulation and surface heat flux,particularly the latent and sensible heat flux,resemble a negative Pacific Decadal Oscillation(PDO)-like sea surface temperature(SST)pattern.The AO-associated PDO-like winter SST can persist into summer and can therefore lead to inter-decadal variability of summer monsoon rainfall in East and Southeast Asia.     

一个反映中国大陆冬季气温变化的东亚冬季风指数的统计预测方法

利用中国160个站逐月温度、NCEP再分析和NOAA-CIRES20世纪再分析等资料, 采用统计分析方法, 就反映中国 东部大陆冬季一致性气温变化模态的能力方面, 对多种东亚冬季风指数进行了评估, 探讨了影响东亚冬季风强弱的主要前期因子及其相应的影响过程, 并据此建立了一个预测冬季风指数的预测模型。研究结果表明:1981 年前、后两个阶段, 朱艳峰 2008年定义的东亚冬季风指数都可以很好地反映中国东部大部分地区的冬季气温异常;北美大陆西侧北太平洋中纬度地区 (35°-50°N,145°-130°W)的前期秋季(9-10月)海温、北极喀拉海地区(75°-82°N,65°-85°E)的前秋海冰密集度和东亚中 纬度地区(30°-50°N,80°-140°E)的前秋高空(300-200hPa)温度异常都具有较强的持续性, 异常信号可从前秋一直持续到 冬季, 进而影响东亚冬季风的强度;根据上述3个前期因子建立了东亚冬季风统计预测模型, 评估发现该模型具有较强的预测 能力, 可用于冬季风强度以及相应的中国东部大陆冬季气温的定性预测。     

太平洋年代际振荡对中国冬季最低气温年代际变化的贡献

基于1961—2013年中国台站的均一化气温数据、NOAA月平均海温资料和CMIP5气候模式数据,利用气候统计手段,定量分析太平洋年代际振荡（PDO）对中国冬季最低气温年代际变化的贡献。结果表明：PDO的年代际序列与年代际滤波后的最低气温场在全国大部分地区呈显著正相关,即PDO负位相时中国冬季最低气温偏低,反之偏高。2006年后中国冬季最低气温变暖减缓,造成这一现象的主要原因是自然变率起到的降温作用,而自然变率又主要由PDO起主导作用,约占自然变率贡献的40%左右。PDO对温度的贡献呈现出明显的年代际变化,在变暖减缓期对升温有明显的负贡献,且负贡献逐渐增大至超过50%。     

2009年冬季黑龙江省气温异常诊断分析

利用常规观测的温度资料、国家气候中心提供的环流特征量、NCEP/NCAR再分析资料和美国气候预测中心(CPC)提供的AO指数等,分析了2009年11月到2010年2月的北半球大尺度环流及物理量特征。探讨了2009年冬季黑龙江区域温度异常偏低的可能成因。分析表明,北半球极涡向南扩展,欧亚大陆上空经向环流占优势,北方冷空气活动偏强,西伯利亚高压异常强大,AO负异常偏强是造成黑龙江地区2009年冬季温度偏低的主要原因。     

WP和NAO对中国东南部冬季温度的协同影响

利用NCEP/NCAR和ERA-Interim再分析资料,通过多元线性回归等分析方法,研究了西太平洋遥相关型(Western Pacific teleconnection,WP)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的不同配置对中国东南部冬季气温的影响.结果 表明:WP正位相年,...     

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。