1961-2016年北疆冷空气过程变化特征及其环流指数分析

摘要：根据《冷空气过程监测指标》（QX/393-2017）分析1961—2016年北疆单站和区域不同等级冷空气时空变化特征以及环流指数与其相关性。结果表明：北疆单站冷空气频次中等强度冷空气最多，寒潮次多，强冷空气最少；各级冷空气在北疆北部高发，空间差异明显，一半以上站点寒潮减少趋势显著；区域冷空气寒潮最多，中等强度冷空气、强冷空气频次相当，其中寒潮减少速率为0.58次/10a，强冷空气变化不明显，中等强度冷空气增加速率为0.1次/10a；单站和区域寒潮在冬季高发，强冷空气和中等强度冷空气春秋季多发；冷空气初日无明显变化，终日呈推后趋势；不同等级冷空气过程均存在三个长短不一的变化周期，中等强度冷空气、强冷空气存在明显突变，寒潮未出现突变；88个大气环流指数中有27个与北疆不同时期冷空气发生频次显著相关，其中斯堪的纳维亚遥相关型指数偏高北疆地区气温偏低，亚洲区、北半球极涡指数偏大，新疆冬季气温偏低，冷空气发生概率增大，南极涛动指数强年北疆地区冷空气出现频次可能会减少。     

冬季极涡对欧亚大范围天气气候的影响及长期预报

本文应用统计学方法,首先分析了各种极涡指数对欧亚大范围天气气候的影响,结果表明:Ⅰ区极涡面积指数与我国及苏联乌拉尔山南部地区和西西伯利亚地区气温关系密切。而着重分析了Ⅰ区极涡面积与同期亚洲中纬地区西风环流、副热带环流及前期整个北半球大气环流的联系,得到如下主要结果:Ⅰ区极涡面积指数与亚洲中纬地区纬向环流指数及印度洋副高、西太平洋副高存在着十分密切的负相关关系。前期3月北大西洋西风环流与5月北美大槽强度对冬季Ⅰ区极涡强弱变化具有很好的指示性。用前期大气环流和北太平洋海温作为因子做冬季Ⅰ区极涡预报取得较好效果。     

2021/2022年冬季全球大气环流特征及主要灾害性天气分析

利用国家气象信息中心发布的第一代全球大气/陆面再分析产品数据分析了2021/2022年北半球冬季全球大气环流的主要特征及其主要灾害性天气。结果表明：2021/2022年北半球冬季全球陆地降水偏多、气温偏高、灾害性天气多、极端性强。北半球对流层上层中高纬大气环流主要呈现出“三槽三脊”特征,前期太平洋—北美地区PNA负位相环流形势最强,后期北大西洋涛动(NAO)正位相环流形势最为显著,中高纬度槽脊强度和位置变化是造成欧亚大陆和北美低温、寒潮暴风雪等灾害性天气的直接原因。南半球极涡为单极型,基本位于极圈内且大部分时段强度偏强,副热带高压强度偏强且稳定少动,造成澳大利亚、阿根廷等地持续高温天气。2月南印度洋热带气旋活跃,一个月内先后有4个热带气旋登陆或影响马达加斯加,造成严重洪涝灾害。     

夏季北极涡与副热带高压的联系及对华北降水的影响

由于北极涡与副热带高压是两个影响我国天气气候变化的主要大气环流实体,两者紧密相联,且均对华北夏季降水有明显作用,本文使用NCEP/NCAR再分析资料、国家气候中心提供的74个大气环流因子及中国160 站月降水资料,利用合成分析、相关分析及SVD等方法讨论了夏季北极涡与北半球大气环流及副热带高压的相互关系,分析了夏季北极涡及副高对华北降水的共同作用.结果表明:(1) 北极涡的变化不仅与高纬高度场密切相关,而且与中、低纬度环流紧密联系,当极涡异常偏大偏强,中、低纬地区位势高度均明显偏低,北半球副高的面积和强度易偏小,北界位置易偏南,其中副高强度的变化最大.(2) 各分区极涡因子与副高因子之间基本呈显著的负相关,而与西太平洋和南海副高的北界、脊线位置呈正相关.(3) 极涡指数、副高脊线及北界指数与华北降水之间以正相关为主,副高面积、强度指数与华北降水基本呈负相关.当亚洲和欧洲区极涡异常南扩,北非、大西洋、北美副高显著收缩减弱,西太平洋和南海副高明显北抬时,华北降水易增加.     

2024年2月大气环流和天气分析

2024年2月北半球大气环流主要特征表现为极涡呈偶极型,东半球极涡中心位于鄂霍次克海到勘察加半岛上空,较常年同期偏强,影响我国的冷空气路径偏东;中纬度环流呈三波型,位于西伯利亚的平均槽较常年偏强,西风带短波槽活动频繁;南支槽位置偏东,西太平洋副热带高压显著偏强。2月全国平均气温为-1.8℃,较常年同期（-1.3℃）偏低0.5℃;平均降水量为22.5mm,较常年同期（16.3mm）偏多38%。月内有3次主要冷空气过程,其中2月17—22日强寒潮造成剧烈降温和显著低温。受南下冷空气和强盛的西南暖湿气流共同影响,月内出现2次大范围持续性低温雨雪冰冻天气过程,冻雨强度大、范围广,降水量具有极端性,对春运造成严重影响。此外,2月还出现了年度首次沙尘和强对流天气过程。     

2023年11月大气环流和天气分析

2023年11月北半球大气环流的主要特征是:极涡呈多极型分布,与历史同期相比,主体强度显著偏强;中高纬度地区环流形势为“四槽四脊”,亚洲中高纬度地区环流整体呈西高东低型,但东亚大槽偏弱;副热带高压强度显著偏强。11月全国平均气温较常年同期(3.3℃)偏高0.5℃。全国平均降水量较常年同期(20.2 mm)偏多9%,降水显著偏多地区主要在内蒙古、东北地区、华北南部和黄淮北部,东北部分地区降水量突破历史同期极大值。月内冷空气活动较为频繁,大气扩散条件整体较好,中东部等地较少出现雾和霾天气。月内出现了2次北方型寒潮天气过程。     

北极涛动、极涡活动异常对北半球欧亚大陆冬季气温的影响

利用1951-2012年NCEP/NCAR全球月平均500 hPa高度场、气温场等再分析资料,北极涛动（AO）指数,北半球及其4个分区的极涡指数等资料,分析极涡和AO对北半球特别是欧亚大陆冬季气温异常分布的影响。北半球极涡面积指数与北半球气温相关场呈由北向南的“+、-”分布,显著正相关中心位于极区,显著负相关中心位于欧亚大陆中高纬度地区;AO指数与气温的相关场分布与此反位相。极涡各分区面积指数体现与各大洲气温显著相关的地域特征,尤其是亚洲极涡面积指数比AO的相关区域更偏向亚洲和中国东部及沿海地区,能表征亚洲大陆冬季风向中低纬度爆发的某些特征。2006年以来AO指数呈较明显的下降趋势,北半球、亚洲区极涡面积指数呈显著的上升趋势,这是有利于欧亚大陆近几年连续冬季气温异常偏低的年代际背景;2009-2011年北半球欧亚大陆冬季大范围低温事件,不仅与冬季AO负位相明显变强有关（2011年除外）,与北半球以及亚洲区极涡面积指数偏大联系更为密切,亦表明该区域冬季变冷的自然变率明显增强。     

2023年12月大气环流和天气分析

2023年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈多极型分布,欧亚中高纬环流经向度大,东亚大槽偏强,西太平洋副热带高压异常强盛。12月,全国平均降水量为12.2 mm,较常年同期(11.9 mm)偏多2.5%;全国平均气温为-2.6℃,比常年同期(-3.0℃)偏高0.4℃。月内共出现6次冷空气过程、1次沙尘天气过程和1次大范围持续性雾-霾天气过程。其中13—16日,我国大部地区遭遇的强寒潮过程具有影响范围广、降温幅度大和低温极端性显著等特点。     

临沂市气温变化规律及其与大气环流的关系

利用临沂市53年气温资料和北半球大气环流资料，采用相关分析、小波分析方法，对临沂市气温变化特征及其与北半球大气环流特征的关系进行分析，发现临沂市年平均气温变化具有明显的阶段特征，季节变化不同步。近年来气候变暖的主要因素是冬季平均气温及平均最低气温升高。气温变化与副高面积指数、强度指数，极涡面积指数，经、纬向环流指数等的变化密切相关，与南方涛动指数、太阳黑子相对数、东亚大槽位置等关系不显著。     

2010年2月大气环流和天气分析

2010年2月主要环流形势为:北半球有三个极涡中心,亚洲极涡的强度偏强,形状扁平;东亚大槽较弱;南支槽接近常年,中上旬较为活跃。这种环流形势使得今年2月影响我国的北支锋区偏弱,冷空气路径偏北。2月主要气候特点:气温偏高,降水接近常年。新疆、浙江降水量较历史同期偏多;云南、贵州、四川南部、广西西部等地气象干旱持续发展;8-13日受寒潮天气影响,我国出现大范围雨雪天气,全国大部地区气温明显偏低,对春运造成严重影响。     

2020年12月大气环流和天气分析

2020年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极分布,环流呈三波型,欧亚中高纬度环流经向度大,东亚大槽偏强,南支槽偏弱。12月,全国平均降水量为5.8 mm,比常年同期(10.5 mm)偏少45.3%,全国平均气温为-3.9℃,比常年同期(-3.2℃)偏低0.7℃。月内共出现2次强冷空气过程、2次大范围降水过程和2次大范围雾-霾天气过程。其中27—31日,我国大部分地区遭遇寒潮天气,降温幅度大,影响范围广,多地最低气温突破历史极值。     

南亚高压活动特征及其天气气候影响研究进展

南亚高压是夏季亚洲南部对流层上层和平流层底层的一个强大而稳定的大气活动中心,是副热带高压系统中的一个重要成员,它与夏季北半球大气环流和亚洲区域天气气候关系密切.关于南亚高压的研究,气象学者进行了很多研究工作,取得一些开创性成果,并逐渐认识到南亚高压的演变对北半球及我国天气气候的重要性.通过总结南亚高压的形成原因、结构,季节变化、年际变化、东西振荡及其对我国天气、气候的影响等方面的研究成果,简要回顾了近几十年极涡的研究及其与南亚高压的一些初步关系,指出这两个系统之间的相互作用、变化规律和异常特征存在的具体关系,是一个研究较少的重要问题,应加强这方面的研究.     

平流层异常下传对2009年12月北半球大范围降雪过程的影响

2009年12月北半球中纬度出现大范围持续低温、暴风雪等天气。采用NCEP／NCAR再分析资料研究了平流层AO（Arctic Oscillation,北极涛动）异常信号下传的特征及其对本次极端气候事件的影响,并讨论了与平流层异常信号下传相关的行星波活动。结果表明：1）与此次极端气候事件相联系的负位相A0异常11月首先发生在平流层,维持将近1个月后于12月初开始下传,并且迅速传至地面。12月整个对流层的位势高度及温度在极区附近出现强的正异常,而中纬度地区则为负异常。2）平流层AO异常信号下传后,地面出现有利于低温降雪过程的环流异常。12月上旬,亚洲大陆东部及北美大陆西部出现异常偏北风,造成了俄罗斯、北美西部大面积负的温度异常;12月中下旬,欧洲大陆盛行偏西北气流,同时蒙古高压增强,欧亚大陆北部包括中国北方出现大片负的温度异常。3）在此次极端气候事件之前,北半球高纬度地区有异常强的行星波上传至平流层,导致平流层出现负位相的AO异常,并维持了一个月;随后,上传到平流层的行星波减弱,同时平流层负位相的AO异常迅速传至地面,导致了有利于低温降雪的环流异常。     

2019年11月大气环流和天气分析

2019年11月大气环流主要特征为:北半球极涡呈偶极型分布,环流呈四波型,东亚槽略偏弱。全国平均降水量13.6 mm,较常年同期偏少27.7%,出现一次较强降水过程。全国平均气温4.0℃,较常年同期偏高1.2℃,共出现5次冷空气过程,其中1次为寒潮。22—24日,华北中南部、黄淮西部、汾渭平原等地发生1次霾过程。     

中尺度对流系统引发的致灾雷电过程分析

本文对2007年3月3日-5日华北区域爆发的强寒潮,从大尺度环流形势特征、天气过程特点及特强降温的成因进行了分析,得出了强寒潮天气爆发预报着眼点。此次寒潮天气是由于西路冷空气和极地冷空气在贝加尔湖附近地区合并加强;横槽转竖,偏北气流引导冷空气南下,并且又有补充冷空气南下造成的。欧亚500hPa中纬度大“Ω”流型为寒潮天气的产生提供了有利的环流背景。该大“Ω”流型与常见寒潮倒“Ω”流型的槽脊位置在东北亚地区接近反位相。且波长更长。     

东北冷涡持续活动时期的北半球500 hPa环流特征分析

分别对5月和6～8月东亚东北冷涡活动典型的多寡年份北半球500 hPa高度距平场进行合成、频次累积和相关分析,结果表明:东亚东北冷涡持续性活动不仅与前期、同期和后期北半球的大气环流异常密切相关,而且也是异常区的重要组成部分;500hPa 5月和6～8月东北冷涡活动多寡年的同期500hPa高度距平合成场差异显著;6～8月东北冷涡典型多寡年的同期距平场均与前冬(12～2月)的主要异常区反位相,存在半年尺度的遥相关,与北太平洋涛动(NPO)类同的500 hPa高度距平场,如前冬呈正位相,预报6～8月东北冷涡持续活动弱,反之,冷涡持续活动强;合成场和相关场通过信度检验的关键区主要位于东亚中高纬度至阿留申群岛及其以南的副热带地区、青藏高原接近巴基斯坦一侧和北非乍得盆地与撒哈拉大沙漠等地区;由此可以认为东亚地区中高纬度5月和6～8月东北冷涡持续性活动是北半球大气环流异常持续或调整的重要表征.     

2010年12月大气环流和天气分析

2010年12月环流特征如下:极涡强度偏弱,但在东亚向中纬度伸展,有利于冷空气积聚南下,北半球中高纬呈现4波型,副高位置偏东,南支槽活动略偏强.12月,全国平均降水量为18.0 mm,比常年同期偏多83.7%,而华北、黄淮中西部等地偏少8成以上,这些地区气象干旱发展.12月,全国平均气温为-3.8℃,比常年同期偏高0....     

Is There a Link between Arctic Sea Ice Loss and Increasing Frequency of Extremely Cold Winters in Eurasia and North America? Synthesis of Current Research

Studies dealing with impact of the Arctic warming and related sea ice decline on the Northern Hemisphere atmospheric circulation are considered. The causes of occurrence of extremely cold winters over the mid-latitude continents observed in the recent decades against the warming background are discussed. Several conceptions are outlined which explain potential reasons for occurrence of this phenomenon. The paper discusses impacts of the Arctic sea ice loss on the large-scale atmospheric circulation, oscillations of planetary waves. It also discusses issues related to sea ice changes in the Barents and Kara seas and their link to the frequency of extremely cold winters observed in Eurasia and North America, the contribution of internal atmospheric variability to the increasing frequency of cold weather, and the role of the Atlantic Multidecadal Oscillation in the Arctic sea ice reduction.     

Influence of Major Stratospheric Sudden Warming on the Unprecedented Cold Wave in East Asia in January 2021

An unprecedented cold wave intruded into East Asia in early January 2021 and led to record-breaking or historical extreme low temperatures over vast regions.This study shows that a major stratospheric sudden warming(SSW)event at the beginning of January 2021 exerted an important influence on this cold wave.The major SSW event occurred on 2 January 2021 and subsequently led to the displacement of the stratospheric polar vortex to the East Asian side.Moreover,the SSW event induced the stratospheric warming signal to propagate downward to the mid-to-lower troposphere,which not only enhanced the blocking in the Urals-Siberia region and the negative phase of the Arctic Oscillation,but also shifted the tropospheric polar vortex off the pole.The displaced tropospheric polar vortex,Ural blocking,and another downstream blocking ridge over western North America formed a distinct inverted omega-shaped circulation pattern(IOCP)in the East Asia-North Pacific sector.This IOCP was the most direct and impactful atmospheric pattern causing the cold wave in East Asia.The IOCP triggered a meridional cell with an upward branch in East Asia and a downward branch in Siberia.The meridional cell intensified the Siberian high and low-level northerly winds,which also favored the invasion of the cold wave into East Asia.Hence,the SSW event and tropospheric circulations such as the IOCP,negative phase of Arctic Oscillation,Ural blocking,enhanced Siberian high,and eastward propagation of Rossby wave eventually induced the outbreak of an unprecedented cold wave in East Asia in early January 2021.     

Overview of the Major 2012-2013 Northern Hemisphere Stratospheric Sudden Warming：Evolution and Its Association with Surface Weather

In this study, we analyzed the dynamical evolution of the ma jor 2012-2013 Northern Hemisphere （NH） stratospheric sudden warming （SSW） on the basis of ERA-Interim reanalysis data provided by the ECMWF. The intermittent upward-propagating planetary wave activities beginning in late November 2012 led to a prominent wavenumber-2 disturbance of the polar vortex in early December 2012. However, no major SSW occurred. In mid December 2012, when the polar vortex had not fully recovered, a mixture of persistent wavenumber-1 and -2 planetary waves led to gradual weakening of the polar vortex before the vortex split on 7 January 2013. Evolution of the geopotential height and Eliassen-Palm flux between 500 and 5 hPa indicates that the frequent occurrence of tropospheric ridges over North Pacific and the west coast of North America contributed to the pronounced upward planetary wave activities throughout the troposphere and stratosphere. After mid January 2013, the wavenumber-2 planetary waves became enhanced again within the troposphere, with a deepened trough over East Asia and North America and two ridges between the troughs. The enhanced tropospheric planetary waves may contribute to the long-lasting splitting of the polar vortex in the lower stratosphere. The 2012-2013 SSW shows combined features of both vortex displacement and vortex splitting. Therefore, the anomalies of tropospheric circulation and surface temperature after the 2012-2013 SSW resemble neither vortex-displaced nor vortex-split SSWs, but the combination of all SSWs. The remarkable tropospheric ridge extending from the Bering Sea into the Arctic Ocean together with the resulting deepened East Asian trough may play important roles in bringing cold air from the high Arctic to central North America and northern Eurasia at the surface.