我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

冬季蒙古高压与北太平洋海温异常的年际尺度关系

蒙古高压和北太平洋海区的气压差被认为是造成东亚冬季风及其变化的重要原因,而过去有关的研究以其年代际时间尺度为多,本文的研究揭示了冬季蒙古高压和北太平洋海温异常(SSTA)在年际时间尺度上的相互关系.冬季蒙古高压的活动与太平洋年代际振荡(PDO)之间在年际时间尺度上也存在明显的负相关,冬季的强(弱)蒙古冷高压活动往往对应...     

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。     

1951—2013年我国冬季气温年代际变化与PDO的关系

利用我国160个测站1951—2013年冬季月平均气温资料和1951—2016年间冬季太平洋年代际振荡(PDO：Pacific Decadal Oscillation)指数资料,分析了两者在年际和年代际时间尺度上的相关关系,探讨了PDO对我国冬季气温影响的可能物理过程。结果发现：PDO与我国冬季气温年际变化不显著;在冬季期间,PDO对我国气温的影响是滞后的;PDO与我国冬季气温年代际变化存在密切关系,当PDO处于年代际正(负)位相时,我国气温普遍偏高(低);PDO年代际分量对我国的影响机制为：当PDO指数位于年代际正(负)位相时段,海平面气压场上西伯利亚高压减弱(增强),500 hPa高度场东亚大槽强度减弱(增强),200 hPa纬向风场东亚北支急流减弱(增强),这些都有利于我国冬季气温偏高(低)。     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

CMIP5耦合模式对太平洋年代际振荡的模拟与预估

利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法,评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明,CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力,能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异,小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明,对PDO模态模拟较好的第1类模式,能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系,而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式,不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响,热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果,分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征,发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势,第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。     

北极涛动与北太平洋和北大西洋多年代际振荡的关系研究

利用小波变换和小波互相关分析法对1901—2000年的北极涛动（Arctic Oscillation,AO）、北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）和北太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）的年代际振荡关系进行研究,并利用1 000 hPa高度场合成分析进行验证。结果表明,三个气候模态均有明显的多年代际尺度的振荡特征,且它们在各特征时间尺度上的振荡相关性存在显著区别,主要表现为:在60 a尺度上,AO超前PDO约4 a正相关,AO滞后AMO约12 a负相关;在20～30 a尺度上,AO超前PDO约12 a正相关;在30 a尺度上,AO超前AMO约8 a正相关。在60 a尺度上,超前PDO负位相4 a和滞后AMO正位相12 a的高度场合成结果为AO负位相;在20～30 a尺度上,超前PDO正位相12 a和超前AMO正位相8 a的高度场合成结果为AO正位相。合成分析结果进一步验证了三个模态的相关性。      

中国气温的年代际振荡及其未来趋势

文章用1851～2000年中国年气温资料，讨论了它的变化及其未来趋势。指出：①我国气温有3次全国性的跃变，分别在1920、1955和1978年，每个阶段平均持续期为30年，这和北半球气温跃变点是基本一致的；②我国气温从1978年开始进入了一个稳定增温的气候阶段，直到目前全国年平均气温比上一气候阶段增加了0．3l℃，增暖地区主要在黄河以北的北方地区，冬季增暖比夏季明显，1998年是我国近百年来最暖的一年；③最近一次增温开始于1978年，至2000年持续了23年，估计这个增温阶段至少还能持续10年，但未来10年主要的增温地区有可能南移，长江流域将比现在暖，夏季气温37℃以上的日数要比现阶段增多。     

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%。     

全球增暖1.5℃和2℃北太平洋年代际尺度振荡的差异

基于CESM模式对1.5℃和2℃两种增暖情景的模拟结果,对比分析了太平洋年代际振荡（PDO）和北太平洋涡旋振荡（NPGO）在全球稳定增暖1.5℃和2℃时期与工业革命前、历史时期在强度和周期上的差异。结果表明：全球稳定增暖1.5℃和2℃时期,PDO和NPGO的强度均比历史时期弱,且主周期缩短,这可能与全球增暖情景下海洋层结增强导致的Rossby波变快有关。PDO的强度和周期在全球增暖1.5℃和2℃这两种情景下没有明显差异;而NPGO的强度在全球稳定增暖2℃时期比1.5℃时有明显减弱,且周期缩短1 a左右。因此,0.5℃升温差异对PDO的强度和周期影响较小,而对NPGO的强度和周期影响较大。     

春季中国东海黑潮区大气热源异常对中国东部降水的影响

采用ERA-interim逐日再分析数据集与中国东部389个站逐日降水资料,通过相关和合成分析讨论了不同时间尺度上,春季中国东海黑潮区上空大气热源异常对东亚大气环流和中国东部降水的影响。观测分析表明,春季中国东海黑潮区上空为一显著的大气热源,大气对该热源的响应在不同时间尺度上表现出不同的形式。在较长时间的季节和年际尺度上,春季中国东海黑潮区大气热源增强时,可在大气对流层低层强迫出偏南气流,同期春季及后期夏季西太平洋副热带高压增强并西伸,相比于热源低值年西北太平洋副热带地区为一反气旋式异常环流所控制,中国长江中下游以南地区降水增多;反之亦然。与年际和季节时间尺度不同,在较短的天气时间尺度上,中国东海黑潮区上空大气热源增强可在其下方强迫出气旋式异常环流。大气热源的增强与中国东部对流层低层气旋式异常环流的东移有关,相应地在中国东部地区出现了显著的降水增多。     

东中国海黑潮海洋锋的季节变化特征及其成因

利用高分辨率海洋和大气再分析资料研究了东中国海黑潮海洋锋的季节变化特征及其成因。研究表明,东海黑潮海洋锋存在明显的季节变化,从冬季到次年春季逐渐增强,并在春季达到最强,初夏以后强度逐渐减弱,9—10月达到全年最弱。通过诊断混合层热流量方程发现,东海黑潮区一年四季均表现为暖的温度平流,有利于海洋锋的形成和维持,该暖平流也存在季节变化并在春季达到最大,对海洋锋在春季达到最强起了重要作用。海气界面净热通量在秋冬季对海洋锋的形成有促进作用,有利于海洋锋增强,而在春夏季则起抑制作用,促进海洋锋消亡。温度垂直输送全年对海洋锋起一定程度的抑制作用。总之,在海温水平平流和海表净热通量的共同作用下导致海洋锋春季达到最强,而夏秋季海表净热通量和温度垂直输送作用的共同作用致使海洋锋减弱并最后消失。因此,海洋的动力和热力共同作用导致了东海黑潮海洋锋的季节变化,其中海温水平平流和海表净热通量对海洋锋的季节变化起主要作用,而温度垂直输送项对海洋锋的发展起抑制作用,但影响相对较小。     

大气对春季东海黑潮锋响应的气压调整机制分析

采用美国国家环境预测中心的CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料和QuickSCAT(Quick Scatterometer)、AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)、TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)高分辨率卫星资料,研究了大气对春季东海黑潮锋响应的气压调整机制及其年际变化。结果表明,春季东海黑潮锋位于黑潮暖舌的西北侧,呈西南-东北走向,与大尺度气压背景场的等压线走向一致,锋区东南侧暖水与西北侧冷水之间产生的局地气压梯度与大尺度气压梯度形成同向叠加,使得锋区附近西北指向东南的气压梯度达到最大,造成该处的海表面10 m矢量风速也最大,在摩擦作用下形成东北偏北风(NNE)。锋区与其东南侧的NNE风之间沿锋区走向(跨锋区走向)的分量差,会在暖舌附近产生气旋性切变涡度(风速辐合),由此产生上升运动和强降水;而在锋区西北侧的冷水区情况正好相反,有反气旋性切变涡度(风速辐散),并伴有下沉运动和弱降水,从而形成跨锋区的次级环流圈。东海黑潮锋区偏强(弱)年,锋区东南侧暖水与西北侧冷水之间的局地气压梯度也偏强(弱),与大尺度气压梯度同向叠加后形成偏强(弱)的NNE风,造成锋区东南侧暖舌附近的气旋性切变涡度、风速辐合、上升运动和降水均偏强(弱),而锋区西北侧冷水区的反气旋性切变涡度、风速辐散和下沉运动均偏强(弱),跨锋区次级环流圈偏强(弱),这表明在年际时间尺度上气压调整机制仍起作用。     

东中国海黑潮影响热带气旋强度的观测分析和数值模拟

采用1982—2008年高分辨率海温资料及日本气象厅热带气旋资料,对6—8月经过东海黑潮海区的热带气旋进行统计,发现经过该关键海区的热带气旋中有30%的热带气旋强度加强,而其中沿黑潮暖舌方向的热带气旋中有90%的个例出现增强趋势。对其中迅速加强的热带气旋进行合成分析,发现黑潮暖舌区的热通量增加对此类热带气旋的强度起到重要的促进作用。选取热带气旋个例Noguri为研究对象,通过中尺度数值模式再现其经过黑潮暖舌区加强的过程,并设计两组试验来进一步探究东海黑潮暖舌对台风强度的影响。模拟研究表明,黑潮暖舌对热带气旋强度的增强作用要强于热带气旋引起的冷水上翻所产生的减弱作用,东海黑潮暖舌主要通过增强海表面热通量来增强台风对流发展从而促使台风加强。     

北极海冰减少及其与相关气象场的联系

利用 195 3— 1998年北极海冰资料及相应的海平面气压场和我国东北 4 2°N以北 2 2个台站气温资料 ,应用统计分析方法 ,研究海冰和气象场的年际和年代际变化以及它们的联系。得到如下结论 :(1)高纬各纬度带和主要海域的海冰范围都呈现明显的衰减现象 ,6 0°N以北纬带趋势项的方差贡献超过总方差一半 ,远远大于周期项的方差贡献 ,此海域更明显显示近年海冰减少的现象。 (2 )巴伦支海和格陵兰海 ,海冰的年代际变化具有明显的 10年以上的周期变化特点 ,也存在明显的减少趋势 ;而拉布拉多海和白令海海冰主要是 10年以上的周期变化。 (3)自 90年代开始 ,海冰均发生陡然减少的现象 ,对全球气候变暖现象 ,海冰的变化是十分敏感的。 (4) 4 0°N以北的各纬度带的海平面气压的总体趋势是下降的 ,北冰洋涛动指数明显显示海平面气压场的减少趋势和 90年代前后的显著性差异。 (5 )与海平面气压的下降相对应 ,我国东北的温度是明显上升的。 (6 )北冰洋涛动能制约巴伦支海、格陵兰海和拉布拉多海域的海冰范围 ,也与我国东北温度有十分密切的联系。当AO指数偏大时 ,即冬季冰岛附近海平面气压偏低时 ,巴伦支海和格陵兰海海冰范围缩小 ,而拉布拉多海海冰范围扩大 ;我国东北冬半年的温度出现明显上升。     

1951—2015年进入东海的台风频数及登陆点的变化

利用日本气象厅提供的西北太平洋台风最佳路径观测资料,选取东海海区为研究范围,统计处理1951—2015年台风各要素资料,研究进入东海海区的台风频数、台风登陆点位置、台风频数及登陆点位置与太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）及ENSO的关系、影响台风生成和移动的因素等。结果表明：1）每年的7—9月为东海海区的台风高发季,其中8月最高,登陆台风也有相似趋势。2）进入东海海域的台风频数存在较明显的年际和年代际变化趋势。当PDO处于暖位相时,台风频数较小且有上升趋势,反之亦然。El Niño年进入东海海区的台风频数较常年减少,反之亦然。Niño3.4指数与台风频数整体上为负相关关系,相关系数为-0.32且通过90%置信度检验。3）进入东海海域的台风登陆点纬度变化较大,处于24~36°N之间,且有年代际变化特征。当PDO处于暖（冷）位相时,台风登陆点偏北（偏南）且有向北（南）移动的趋势。而登陆点纬度与ENSO的关系较为复杂。4）西北太平洋副热带高压的位置和强度是引起台风频数及登陆点位置变化的主要原因之一。当PDO处于冷位相时,西北太平洋副热带高压强度偏弱,且副高中心向东向北方向移动,导致进入东海的台风频数偏多,且台风登陆点偏北,反之亦然。     

中国东北暖季气温变化特征及其与海温和大尺度环流的关系

利用1980~2014年CRU TS3.24月平均气温数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了中国东北暖季（5~9月）气温的时空变化特征及其相应的大气环流状况。结果表明:中国东北暖季气温主要表现为全区一致型和南北反位相型两个模态,二者总解释方差高达86%。全区一致型具有明显的年代际变化特征,并在1990年代中期发生了显著的年代际突变,而南北反位相型具有明显的年际和年代际变化特征。全区一致型增暖对应着中国东北地区上空500 hPa位势高度的正异常和850 hPa的反气旋环流异常。当500 hPa位势高度南北反相时,对应于中国东北暖季气温的南北反位相型。进一步分析表明中国东北暖季气温的全区一致型及其1990年代中期的年代际突变与日本海及黑潮延伸区的海温异常及太平洋年代际振荡和大西洋多年代际振荡指数紧密相关。菲律宾以东的西太平洋、北太平洋中部、我国东南沿海、靠近北美东北部的北大西洋等海域的海温异常对中国东北暖季气温全区一致型的出现具有一定的预测作用。而南北反位相变化型与黑潮延伸区的海温异常关系显著,与大尺度指数的相关普遍不明显。在1990年代中期突变前,南北反位相型受到ENSO事件的影响,之后影响不显著。     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。     

全球变暖背景下中国近海表层海温变异及其与东亚季风的关系

利用长时间序列HadISST、ERA-40高分辨率的海洋大气再分析资料和经验正交函数(EOF)及回归分析等方法,分析了近50年来中国近海表层海温(SST)、东亚季风的时空变化特征及两者的关系.结果表明:中国近海冬、夏季SST有明显的年际和年代际变化,并均在1980年代中期发生了位相转折,之后呈现显著的上升趋势.其中,冬...     

南海夏季风爆发与前期东亚冬季风异常的关系以及ENSO的作用

基于ERA-interim再分析资料采用相关分析研究了东亚冬季风和南海夏季风爆发的关系,并探讨了ENSO在其中的作用。结果表明,弱冬季风之后的南海地区5月有异常东风、降水偏少,对应于夏季风爆发偏晚;强冬季风之后则相反;但上述关系并不十分显著。进一步利用线性回归将东亚冬季风分为与ENSO有关和无关的部分,对于与ENSO有关的冬季风,上述冬季风-夏季风爆发的关系的显著性有明显提高;但与ENSO无关的冬季风和夏季风爆发并无显著联系。这说明冬季风-南海夏季风爆发的关系主要是由与ENSO有关的冬季风造成的。这一关系可以用ENSO激发的菲律宾异常反气旋或气旋来解释,以弱冬季风之后夏季风爆发偏晚为例:El Ni?o事件一方面激发出菲律宾异常反气旋,使得冬季风偏弱;另一方面又引起热带印度洋增暖,由于局地海气相互作用正反馈和印度洋电容器效应,菲律宾异常反气旋得以维持到晚春。该异常反气旋及其南侧的异常东风不利于南海夏季风的爆发,从而导致夏季风爆发偏晚。