中国东北夏季极端高温变化特征及其与环流异常的联系

利用东北地区1960—2010年夏季逐日气温资料,研究了中国东北地区夏季极端高温的时空变化特征和区域性特征,并对东北地区夏季极端高温事件与大气环流异常的可能联系进行分析。结果表明,东北地区夏季极端高温频数有明显的升高趋势,升高幅度由南向北逐渐增大;东北地区南部、东北部和西北部夏季极端高温频数的年际及年代际变化存在明显差异。东北地区夏季极端高温高发年500 hPa位势高度上盛行纬向环流,东北地区上空位势高度的垂直分布接近于正压结构,且一直延伸至对流层顶,海平面气压场上亚洲大陆低压明显偏弱,南北气压梯度减小,冷空气不易南下;低发年,则反之。     

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

贵州省2020年5月极端性高温事件研究

2020年5月贵州省出现极端高温天气事件,本文利用贵州省84个气象观测站日平均气温和最高气温资料、美国气象环境预报中心的逐日再分析高度场资料以及美国海洋大气管理局的日平均海表面温度（SST）资料,利用超前滞后相关等方法对贵州省2020年5月“极端性高温事件”进行研究。得出如下结论：（1）2020年5月贵州省约有29%的站点极端日最高气温超过了1981年以来的历史极值,约58%的站点突破1981年以来5月同期历史极值,西太平洋副热带高压显示为异常西扩加强的态势,同时伴随南亚高压东伸增强,两个高压在不同高度上的配合导致深厚高压的异常出现,是此次贵州极端性高温事件发生的重要因素。（2） 2020年5月在欧亚大陆中高纬对流层上层有明显的Rossby波列结构,有利于贵州极端性高温事件出现。（3）热带西大西洋SST在月尺度内异常阶段性增暖,可作为贵州省极端性高温天气发生的重要前期信号,并且增暖过程比高温事件提前约14天,具有一定的前期指示意义。     

夏季亚洲高空急流纬向非对称变异与北大西洋海温和欧亚陆面热力异常的可能联系

基于1979~2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季亚洲高空急流纬向非对称变异特征及其可能的外强迫因子。研究发现夏季亚洲200 hPa纬向风异常EOF第二模态（方差贡献为16.4%）主要表现出了急流纬向非对称的空间异常形态,反映了西亚和东亚区域急流南北偏移的反位相变化。通过进一步的诊断分析,我们发现急流纬向非对称变异与北大西洋海表温度（简称海温）和欧亚陆面热力异常可能存在一定的联系。北大西洋三极型海温异常会激发出向下游传播的异常波列,夏季该波列在欧亚大陆上空的异常环流中心与急流纬向非对称相关的异常环流中心对应一致,其中东欧平原的异常反气旋和巴尔喀什湖附近的异常气旋对西亚急流变化存在影响,东亚地区急流的变化与贝加尔湖北部异常气旋和贝加尔湖南部的异常反气旋有关。对比欧亚土壤湿度关键区内垂直环流,陆面热力异常可能会改变局地环流进而影响急流变异,且这种影响存在区域差异。     

西伯利亚高压强度与北大西洋海温异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温等资料,采用EOF、相关分析等方法,研究了西伯利亚高压(Siberian High,SH)强度和北大西洋海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的联系及其时空变化。结果表明:1)冬季SH在1960s中后期开始偏弱,2003年后略增强。2)各季北大西洋SST指数(全区平均SST的标准化距平)均在1960s中期后偏低,1990s末后偏高。北大西洋海温三极子位相由正转负的时间在春冬季(1970s初)晚于夏秋季(1960s初),而后均在1990s中期后进入正位相。3)各季偏高(低)的北大西洋SST指数和海温三极子正(负)位相均有利于冬季SH偏强(弱),但前者与SH的关系更显著,且冬季最强。北大西洋北部和西南部是影响SH强度的关键区,但SH对北部SST异常的响应范围在冬季最大,而对西南部的响应范围在夏季最大。4)当冬季大西洋SST指数异常偏高时,下游激发出的罗斯贝波列使乌拉尔山高压脊加强,使SH上空负相对涡度平流增大,高层辐合和低层辐散增强,整个对流层下沉气流深厚,促使SH增强,反之亦然。     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。     

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。     

西风异常及其与北太平洋海表温度准10a周期变率的联系

用中纬度各经度上最小位势高度梯度（绝对值最大）的纬度位置作为西风指数,能反映出西风异常的位置和强弱信息,能较好地代表中纬度环流变率。利用54 a的再分析资料研究了北太平洋准10年周期时间尺度的海气耦合的时空特征,并简要分析了前期西风异常与中国夏季降水的关系。结果表明：海洋上准10 a周期时间尺度的SST异常表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常的反相变化,大气异常表现为中纬度西风带上三槽三脊的纬向波列分布,并且与北极涛动有关;中纬度准10 a周期的年代际海气相互作用由大气主导,当大气超前SST一个月时,海气耦合相关最强;中纬度年代际海气相互作用的实质在1990年代末发生了根本性的转变,1990年代末以来由于极区和北太平洋上的大气环流异常变化,使阿留申低压和太平洋高压减弱,中纬度北太平洋上的西风减弱、海表温度升高;本文给出的西风异常指数,能较好地指示中国夏季降水的变化,前期冬春季的西风异常对后期中国夏季降水有明显的影响。     

1991年夏季大西洋东部海温异常对江淮洪涝的影响

利用１９９１年５－６月大西洋东部海温距平分布和俄立冈州立大学三层全球气候模式，研究了大西洋东部海温异常对１９９１年６月江淮洪涝灾害的影响，并讨论了影响我国江淮降水的机制。结果表明，大西洋东部中纬度海温正距平和低纬海温负距平是造成江淮洪涝的重要因素之一。     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料,研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明,夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列,引起贝加尔湖地区位势高度升高,产生反气旋性环流异常,并引起东亚地区位势高度降低,产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部,在两者的共同作用下,受异常偏北气流影响,有利于冷空气南下和堆积。与此同时,对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南,西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低,反之亦然。     

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.     

前期土壤湿度、海表面温度对中国夏季极端气温的预测能力评估

基于中国587站日最高、最低气温观测资料、月平均的ERA_interim土壤湿度（Soil Moisture,SM）再分析资料及扩展重建的海表面温度（Sea Surface Temperature,SST）资料（ERSST）,对极端气温指数进行了定义,利用变形的典型相关分析和集合典型相关分析方法（Ensemble Canonical Correlation,ECC）,分析了1979-2009年我国夏季极端气温与前期（春、前冬）SM、SST间的线性联系,建立了中国夏季极端气温预测模型,并对独立样本检验的效果进行了评估。结果表明：1）与中国夏季极端气温联系密切的前期SST异常的空间分布为类PDO（Pacific Decadal Oscillation）型,前期土壤湿度异常的区域为华南、青藏高原、东北和西北地区。2）交叉检验结果表明基于前冬预测因子的极端气温预测模型技巧高于春季,基于SM的极端气温预测模型技巧高于SST。3）独立样本检验表明基于前期SM、SST的ECC模型对中国东部夏季极端气温有一定的预测能力。因此,可以在夏季极端气温的预测业务中考虑前期SM、SST的影响。     

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。     

中国南方地区盛夏高温类型及其对应的大尺度环流和海温异常

利用中国2374个站点的日最高气温资料、NCEP/NCAR大气环流资料以及NOAA海表温度资料,分析了中国南方盛夏高温的主要类型,比较了各类型高温对应的大尺度环流以及与海表温度异常信号的联系。结果表明:中国南方地区年高温日数有明显的增多趋势,利用聚类分析将中国南方盛夏高温分为江淮型、华南型和华中型3类。江淮型高温中心区域位于江淮地区,该类型高温空间范围大、发生频次高,典型的环流系统为高、低空呈现异常反气旋,西太平洋副热带高压(西太副高)偏强偏西,南北位置略偏北。该类型高温是西太副高直接控制下的高温类型,与前冬到夏季中部型厄尔尼诺衰减和春季赤道大西洋地区海温偏高有关。华南型高温中心区域在江南南部到华南地区,典型的环流系统是东亚副热带急流的位置偏南,西太副高偏强、偏西和脊线偏南,华南型高温也是西太副高直接控制下的高温,且伴随着西南季风的减弱,干热特征明显,该类型高温与东部型厄尔尼诺衰减及其与之相联系的印度洋"电容器"效应密切相关。华中型高温主要位于湖北和湖南两省,对应的环流型为西太副高偏弱、偏东,在中高纬度与北大西洋-欧亚遥相关型类似,是大陆高压控制下的高温,使得水汽条件比另两类高温好。北...     

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.     

Variation in summer surface air temperature over Northeast Asia and its associated circulation anomalies

This study investigates the interannual variation of summer surface air temperature over Northeast Asia(NEA) and its associated circulation anomalies.Two leading modes for the temperature variability over NEA are obtained by EOF analysis.The first EOF mode is characterized by a homogeneous temperature anomaly over NEA and therefore is called the NEA mode.This anomaly extends from southeast of Lake Baikal to Japan,with a central area in Northeast China.The second EOF mode is characterized by a seesaw pattern,showing a contrasting distribution between East Asia(specifically including the Changbai Mountains in Northeast China,Korea,and Japan) and north of this region.This mode is named the East Asia(EA) mode.Both modes contribute equivalently to the temperature variability in EA.The two leading modes are associated with different circulation anomalies.A warm NEA mode is associated with a positive geopotential height anomaly over NEA and thus a weakened upper-tropospheric westerly jet.On the other hand,a warm EA mode is related to a positive height anomaly over EA and a northward displaced jet.In addition,the NEA mode tends to be related to the Eurasian teleconnection pattern,while the EA mode is associated with the East Asia-Pacific/PacificJapan pattern.     

近60年华北春季干旱特征及其与北大西洋海表温度的关系

利用观测资料统计分析和CAM5.3数值模拟相结合的方法,基于标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析了1955-2018年华北地区春季干旱特征,并重点探讨了对北大西洋产生的影响.华北春季干旱的主要空间分布型为全区一致型,...     

华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征

利用1960—2015年日降水资料,筛选出华北地区56次持续性极端暴雨过程。基于距平相关系数的客观聚类分析方法和天气学检验,将它们进行分类,并使用NCEP(2.5°×2.5°)再分析资料进行分类合成,对比分析不同环流背景下华北地区持续性极端暴雨过程的基本特征。结果表明,这些持续性极端暴雨事件按照环流背景可分为经向型、纬向型、减弱的登陆热带气旋型和初夏型4类。它们一般都与不同天气系统配置结构下的锋面动力学过程有关,由于锋面结构特征、环境大气层结状态以及与低空急流有关的暖湿气流输送通道和强度不同,造成不同环流形势背景下,暴雨日的高频站点与过程平均累计降水量在空间分布上存在差异。(1)纬向型对应的锋区强度明显强于经向型,但是其对应的层结稳定度与整个夏季状态相当,而经向型存在弱的层结不稳定异常,这表明,纬向型的对流活动一般不如经向型强,持续性锋面降水特征更清晰,造成站点上日降水量超过50 mm的最大频率明显低于经向型,但是过程累计平均最大降雨量却比经向型大。(2)从水汽输送通道来看,源于西太平洋副热带高压南侧的水汽通道只在纬向型环流主导下的华北区域持续性极端暴雨过程中起主导作用。初夏型以及减弱...