我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。     

东北地区夏季干旱的年际—年代际变化特征

利用国家气候中心提供的1951—2012年160个标准站的逐月降水和温度资料,计算了表征东北地区干旱的SPEI指数,并对该指数进行EMSD分解,研究了东北地区干旱的年际—年代际变化特征。结果表明,东北地区夏季干旱年际—年代际变化特征明显,年际变化中具有显著的准2 a、准5 a和准7 a振荡周期;年代际变化中则具有显著的准17 a和22 a振荡周期。进一步分析发现,1975—1984年和1994—2008年为相对干旱阶段,其中1994—2008年旱情比较严重,1953—1975年、1984—1994年以及2009—2012年为相对湿润阶段。Mann-Kendal检验结果表明,东北地区夏季旱涝突变发生在1975年和1994年。     

中国东北冬季极端低温的年代际变化及其成因

利用JRA-55再分析资料和中国824站日最低气温数据,分析了1961—2013年冬季中国东北地区极端低温的年代际变化及其动力成因。结果表明:东北冬季极端低温1980s中期前频发,1980s后期到2000s初少发,2000s后恢复多发。这与贝加尔湖阻塞高压频次偏多—偏少—偏多的同步年代际变化直接相关,与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和准定常行星波活动的年代际振荡相联系。相比于1980s中期前,1988—1999年期间行星波沿极地波导向平流层的传播减弱,引起高纬度平流层下层E-P通量辐合变弱;而行星波沿低纬波导往副热带对流层上层的传播增强,造成副热带对流层中上层E-P通量辐合增强。行星波E-P通量散度的异常由于波—流相互作用,分别导致了极夜急流加强、副热带急流减弱,因而AO增强,不利于贝湖阻高建立和环流经向型发展,极端低温减少。2000—2013年,行星波活动相反,导致AO减弱,贝湖阻高多发,极端低温恢复增多。     

中国干旱发生频率的年代际变化特征及趋势分析

利用1951年1月—2007年10月中国160站逐月降水资料计算了12个月时间尺度的标准化降水指数（ISP）。依据旱涝等级划分标准统计中国各年代干旱发生的频率,并用Mann-Kendall法分析干旱的年代际变化趋势。结果表明,20世纪50年代中国干旱集中发生在新疆南部,60年代主要发生在新疆北端至黄河上游一带地区和以长江中下游为中心的东南部地区,70年代发生在黑龙江、吉林一带以及长江中游地区,80年代发生在西南、华北的两条纬向分布带上,90年代发生在长江、黄河中游地区,21世纪初干旱主要集中在华北北部和内蒙古东部地区。和此前10a相比,趋向干旱的地区在20世纪50—60年代主要位于新疆北部、内蒙古东部以及长江下游至东南部地区,60—70年代主要位于东北地区,70—80年代主要位于山东、西南东部,80—90年代主要位于长江、黄河中游之间,90年代至今主要位于华北北部、内蒙古东部和黑龙江东部地区。80年代前后中国干旱高发区的地理分布发生了一次年代际跃变。50—70年代中国干旱主要发生在西北、东北、江淮流域以及长江中下游至华南地区,而80年代至今干旱高发区转移到以前的干旱低发区。50年代至今,吉林和黑龙江东部以及自河北至贵州的狭长干旱带的干旱化趋势增长迅速,而新疆、甘肃、青海一带的干旱化趋势显著下降。     

1961~2014年中国冬季极端低温变化特征分析

利用中国691个无缺测站点的经均一化处理及质量控制的逐日最高、最低气温资料,基于冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数、冰冻日数、月最低气温极大值以及月最低气温极小值等6个由世界气象组织定义的极端气温指数,分析了1961~2014年中国冬季的极端低温变化特征。结果表明:冷昼日数、冷夜日数、霜冻日数以及冰冻日数在全国大部分地区均呈现下降的趋势,下降趋势较为明显的区域集中在东北南部、华北、西北东部、华东、华中、西南及高原地区,全国整体上下降幅度分别为-0.9 d/10 a、-1.7 d/10 a、-1.5 d/10a和-1.4 d/10 a。最低气温极大值和最低气温极小值在全国范围内则主要呈现上升的趋势,全国整体上分别为0.4℃/10 a和0.6℃/10 a;极端低温天数在20世纪60年代至70年代中后期呈现波动状,随后自20世纪70年代末80年代初至21世纪初呈明显下降趋势,从2006年左右以后其下降趋势较之前有所减缓,是对全球变暖减缓背景下的气候响应;与其他时间段相比,20世纪60年代至70年代为冬季极端低温事件较为频发的时间段,这可能与该时段陆地冷高压频繁活动有关。     

1955-2005年中国极端气温的变化

利用1955-2005年中国234站逐日最高、最低气温资料,通过计算趋势系数等,研究了中国年、季极端气温变化趋势的时空特征。结果表明：空间分布上,我国年和四季的极端低温均表现出稳定的增温趋势;年、春季和夏季极端高温在黄河下游地区出现了较明显的降温趋势,而在华南地区增温趋势较显著;时间演变上,无论年还是四季,极端低温的增温幅度明显大于极端高温的增幅;极端气温在四季均有增温趋势,尤其以冬季的升温最明显;年极端高温和低温的年代际变化基本一致。     

驻马店极端气温分析

利用驻马店10个站气象资料，分析了极端温度的时间变化特征、高温天气与6--8月降水量之间的关系和极端睛热高温、极端湿热高温天气形成的天气背景及影响因子，确定了高温出现的前期预报指标。     

1951—2010年长沙市极端气温事件的变化特征

利用1951-2010年长沙最高和最低气温资料,运用国际上通用的百分位阈值法确定暖日、暖夜和冷日、冷夜数,采用线性倾向估计法和M-K突变检测等方法,研究长沙市60 a来极端气温事件的时空变化特征。结果表明,暖日和暖夜数分别以3.48个.（10a）-1和3.06个.（10a）-1的速率显著增加,冷日和冷夜数分别以-2.13个.（10a）-1和-1.78个.（10a）-1的速率显著减少,白天增暖幅度大于夜间增暖幅度。研究还表明,阶段性特征明显,近60 a来暖日和冷日、冷夜数发生了明显的突变。暖日数增加秋季最显著,春季次之;暖夜数增加夏季最显著,冬季次之。冷日（夜）数减少的季节主要是春季和冬季;四季都在变暖,但以春季、冬季变暖最明显。7月暖日（暖夜）数增加最显著,4月和2月冷日（冷夜）数减少最显著。     

1956-2005年中国暖冬和冬季温度变化

利用全国565个台站1956-2005年冬季平均温度资料,将多年温度变化划分为偏暖、偏冷和正常三类等概率气候事件,由此给出了一个新的暖冬指数和暖冬的定义。结果表明：暖冬指数与中国冬季温度的变暖趋势相一致,并表现出显著的年代际变化特征,其变率分别为10%/10 a和0.4℃/10 a。近50 a暖冬事件共计发生13次,其中近85%的暖冬发生在1986年以后。受年际尺度变化的影响,2004/2005年和2005/2006年暖冬主要发生在青藏高原和华南南部,而东北、内蒙古及中部大部分地区为冷冬或正常。     

冬季北大西洋涛动与中国北方极端低温相关性的年代际变化

本文基于中国地面气温日值网格数据集（V2.0）,采用滑动相关和相关分析等方法,揭示了冬季北大西洋涛动（NAO）对中国北方极端低温影响的事实,进一步证实了东北后冬（1、2月）冷日（夜）与同期NAO相关性的年代际变化。研究发现:在20世纪80年代中期前,东北后冬冷日（夜）频发,与NAO的相关性较好,而在80年代中期后东北后冬冷日（夜）少发,与NAO的相关性减弱。其中,1月在1969~1988阶段,东北冷日（夜）与NAO的相关性最好,相关区域显著,相关系数可达-0.68（-0.66）,而在1989~2009阶段二者相关性最弱,相关区域不显著。进一步分析发现,在不同年代际背景下,NAO引起的大气环流异常是导致东北1月冷日（夜）与1月NAO相关性年代际变化的重要原因。相关性较好的年代,NAO引起的环流异常有利于冷涡等天气系统维持在贝加尔湖到东北一带,使东北地区气温偏低,冷日（夜）频发;相关性较弱的年代,不利于冷空气南下,使东北地区气温偏高,冷日（夜）少发。     

全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化

利用1979~2013年实时多要素MJO（Madden-Julian Oscillation）监测（RMM）指数,美国NOAA逐日长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析了全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化特征。从全球平均气温快速增暖期（1985~1997）到变暖趋缓期（2000~2012）,MJO 2~4位相频次减少,5~7位相频次增多,即MJO对流活跃区在热带印度洋地区停留时间缩短、传播速度加快,而在热带西太平洋停留时间加长、传播明显减缓。进一步分析发现,以上MJO的年代际变化特征与全球变化年代际波动有关。当太平洋年代际涛动（PDO）处于负位相时,全球变暖趋缓,热带东印度洋—西太平洋海温异常偏暖,使其上空对流加强,垂直上升运动加强,对流层低层辐合,大气中的水汽含量增多,该区域的湿静力能（MSE）为正异常。当MJO对流活跃区位于热带印度洋地区时,MJO异常环流对季节平均MSE的输送在强对流中心东侧为正、西侧为负,有利于东侧MSE扰动增加,使得MJO对流扰动东移加快;而当MJO对流活跃区在热带西太平洋地区,MJO异常环流对平均MSE的输送形成东负西正的形势,东侧MSE扰动减小,不利于MJO快速东传。因此,全球变化背景下PDO引起的大气中水汽含量及MSE的变化可能是MJO传播年代际变化的重要原因。     

Interdecadal Change in Extreme Precipitation over South China and Its Mechanism

Based on the daily precipitation data taken from 17 stations over South China during the period of 1961--2003, a sudden change in summer extreme precipitation events over South China in the early 1990s along with the possible mechanism connected with the anomalies of the latent heat flux over the South China Sea and the sensible heat flux over the Indochina peninsula are examined. The results show that both the annual and summer extreme precipitation events have obvious interdecadal variations and have increased significantly since the early 1990s. Moreover, the latent heat flux over the South China Sea and the sensible heat flux over the Indochina peninsula also have obvious interdecadal variations consistent with that of the extreme precipitation, and influence different months' extreme precipitation, respectively. Their effects are achieved by the interdecadal increases of the strengthening convection over South China through the South China Sea Summer Monsoon.     

Interdecadal variation in Korean spring drought in the early 1990s

Statistical change-point analysis was applied to a spring time series of the Palmer Drought Severity Index (PDSI) in Korea, and this showed that the total analysis period can be divided into two periods: a wet period (1975–1990) and a dry period (1991–2014). To investigate the deepening of the spring drought in Korea, a difference in the spring means between the 1991–2014 and 1975–1990 periods was analyzed with respect to large-scale environments. In the recent spring, a typical pressure system pattern in winter, which was an anomalous west-high east-low pressure system pattern, was strengthened throughout the troposphere around Korea. Due to the anomalous pressure system pattern, Korea was affected by relatively cold and dry anomalous northerlies. Furthermore, the western North Pacific subtropical high (WNPSH) was not intensified, and thus the supply of warm and moist airs into Korea was further reduced due to the upper-level jet moving further to the south. In order to determine the reason for the development of the anomalous west-high east-low pressure system pattern in East Asia, the difference in spring snow depth between the two periods was analyzed, and the analysis results showed that positive anomalies were predominant throughout most regions in East Eurasia. As a result, in the analysis of the ground heat net flux, negative anomalies were strengthened in most regions in East Eurasia. The cooling effect in the surrounding regions due to the high snow depth in East Eurasia strengthened the anomalous pressure system pattern as a west-high east-low type.     

青藏高原冬季积雪年代际变化及对中国夏季降水的影响

通过对1961-2006年青藏高原原始测站资料的筛选、剔除和插补等处理,得到了一套具有51站连续的、长序列的积雪观测资料。利用国家气候中心整理的1951-2006年中国160站月降水和月平均气温资料,分析了青藏高原冬、春季积雪年代际变化特征与中国夏季降水和气温的关系,并研究了全球变暖影响下青藏高原积雪对中国大陆对流层温...     

京津冀平原地区灰霾天气的年代变化

首次利用高时空密度机场逐时能见度和天气现象的历史数据(1961～2006年), 对京津冀平原地区的灰霾天气现象进行了分析研究。初步的研究结果表明:(1)该地区的灰霾天气具有年代演变特征, 从20世纪90年代开始, 该地区的灰霾天气从局地性演变为区域性;(2)20世纪70年代中期至20世纪90年代初期, 该地区的大城市(如北京和石家庄)灰霾天气日数呈增加的趋势, 而中小城市却呈现出下降的趋势;考虑到这一时期经济高速增长的现实, 而中小城市的灰霾却表现出减少的趋势, 这一现象从污染控制的角度值得关注和借鉴;(3)20世纪70年代以前, 北京与石家庄的灰霾日数基本相同(100 d左右), 但20世纪70年代中期以后石家庄地区急剧增加并大幅超出, 超出的幅度近100 d左右;考虑到城市化对灰霾的影响以及北京地区的城市化水平远大于石家庄地区, 这一现象值得进一步深入研究。     

北半球大气环流及其冬季风的年代际变化对青藏高原冬季降雪的影响

对1961~2010年间北半球大气环流背景异常变化及其东亚冬季风指数(东亚大槽位置指数-CW、西伯利亚高压指数-SH)与青藏高原降雪之间在年代际尺度上的相关关系进行了分析,结果表明:北半球冬季行星波年代际尺度上的异常导致了青藏高原地区冬季降雪在年代际尺度上的变化,北半球行星波"冬三(波)"流型的年代际尺度变化是青藏高原地区冬季降雪年代际尺度上增加/减少的环流背景;青藏高原冬季降雪与东亚冬季风之间也存在着年代际尺度上的显著相关。相对于1961~1986年间的冬季风减弱,青藏高原地区冬季降雪量呈现出增加趋势。结果也指出,青藏高原地区的冬季降雪、CW和SH在1986年前后存在一次显著的突变;突变后北半球冬季三波流型明显增强,青藏高原地区的降雪也相应发生了由多到少的变化。     

2010年陕西盛夏极端多雨的气候特征及成因研究

利用NCEP/NCAR再分析资料,对陕西省2010年盛夏极端多雨的形成机理进行了个例分析研究。结果表明:2010年盛夏极端多雨的主要成因是大尺度环流形势异常及海温异常等多种因素综合作用的结果。在500 hPa高度场上欧亚中高纬区为"两脊一槽"型分布,乌拉尔山阻塞高压与咸海到巴尔喀什湖的低压槽稳定维持,低槽分裂冷空气沿中纬度西风带东移,与西太平洋副热带高压外围西北侧暖湿气流在陕西上空相汇,是造成2010年陕西盛夏极端多雨的直接原因。来自南海的水汽输送在850 hPa、700 hPa上表现都很显著,来自孟加拉湾的水汽只有850 hPa表现明显。La Ni?a事件当年陕西盛夏降水易偏多利于出现极端降水。盛夏降水量年代际变化特征显示,陕西中部和南部2010年处于一个年代际的多雨期内,出现极端降水的可能性增大。     

中高纬度气压系统异常对东亚夏季风年代际变化的影响

中高纬度气压系统的异常对东亚夏季风年代际变化具有重要的影响。中蒙地区平均海平面气压和500hPa位势高度距平异常与东亚夏季风年代际变化的负相关系数分别达-0．67和-0．69,远远超过了99．9％信度。在中高纬度地区气压系统异常表现为距平低压的1960-1976年期间,东亚季风区盛行较强的偏南风,增强了东亚夏季风,造成华北地区多雨;而在中高纬度地区气压系统异常为距平高压时的1977-2000年,其东部的偏北风阻止了南来水汽的往北输送,减弱了东亚夏季风强度,使华北地区降水明显减少,江淮流域降水增多。100hPa位势高度的距平场呈偶极子型分布,表现为东高西低时东亚夏季风偏强,西高东低时东亚夏季风偏弱,这一现象在东亚夏季风年代际变化中的影响有待进一步深入研究。