北极涛动与我国北方强沙尘暴的关系

使用1954—2003年北极涛动指数、500hPa纬向环流指数和沙尘暴等气候观测资料,针对我国北方春季沙尘暴年际和年代际变化趋势,分析了以北极涛动为代表的大气环流异常变化的气候特征,揭示了其与我国春季沙尘暴相关的事实。结果表明：近50年北极涛动指数表现出由负位相向正位相转变的趋势,当冬季(12月～2月)北极涛动为负位相时,相应的纬向环流指数为负距平,中高纬度西风气流偏弱,有利于极地冷空气向南输送,西伯利亚高压偏强,我国北方春季易多发区域性沙尘暴;反之则不易发生区域性沙尘暴。     

河南省气候变化与北极涛动的时频相关

利用交叉谱与小波变换分析方法,分析了北极涛动指数(AOI)距平和河南省月平均降水距平、月平均气温距平序列的时频变化特征及河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关,结果表明,河南省降水和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期的互相关系数明显大于年际尺度周期的互相关系数,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱的分布具有明显的阶段性特征,说明北极涛动的年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响.     

2010年冬季江苏省雷暴异常活动与北极涛动的相关分析

运用江苏省冬季雷暴日数统计数据和NCEP/NCAR再分析数据,在结合30 a江苏冬季雷暴异常变化可能机理的基础上,分析了2010年冬季雷暴异常变化的原因。结果表明:2010年冬季江苏省雷暴活动异常偏多,其异常变化与同期北极涛动环流异常有密切的负相关关系。AO(Arctic Oscillation)指数偏弱时江苏雷暴增多的天气原因主要是:1)中西伯利亚和西西伯利亚地区气压异常偏高,中纬度地区气压异常偏低,乌拉尔山以西有阻塞高压与之配合,因此东亚冬季风偏强,冷空气南下频繁。对流层低层30°N附近表现为异常暖中心,低层孟加拉湾水汽输送强盛,江苏处于水汽辐合中心,这样"上冷下暖"和"上干下湿"的配置不仅有利于引起大气异常上升运动,也易于不稳定层结的形成,利于雷暴天气的发生。2)30~50°N北太平洋中东部海温异常偏低,引起低层风场异常辐散,对应上空为异常的下沉运动,通过类似于沃克环流圈形式使得东亚同纬度地区低层辐合异常,有利于该地区异常气旋性环流的加强。     

河南省气候变化与北极涛动的多时间尺度相关

将交叉谱与小波变换方法相结合,采用交叉小波分析方法,分析了冬、夏季北极涛动指数距平(ΔIAO)、河南省降水距平(ΔR)和气温距平(ΔT)序列的时频结构及其联合统计特征,讨论了近55年来河南省气候变化与北极涛动之间的多时间尺度相关。结果表明:冬、夏季ΔIAO、ΔR和ΔT都存在准2年、4年、6~8年和11~22年左右的周期信号。冬季ΔR与ΔIAO之间的显著相关表现在准2年和14~22年尺度共振周期上,年代际尺度正相关振荡的凝聚性最强且为全时域分布;冬季ΔT与ΔIAO的显著正相关表现在2~4年和6~10年尺度共振周期上,时域中相关振荡存在局部化特征;年代际尺度上ΔR与ΔIAO的相关显著性高于ΔT与ΔIAO的相关而年际尺度上ΔT与ΔIAO的相关比ΔR与ΔIAO的相关更显著,表明冬季AO对河南省降水和气温变化的影响机制不同。夏季ΔR与ΔIAO之间的显著相关表现在准2年、4~6年、6~8年和16年左右尺度共振周期上,以6~8年尺度正相关振荡凝聚性最强;夏季ΔT与ΔIAO的相关显著性较低,仅在年际尺度周期上局部时域中有所表现;夏季AO主要通过影响东亚季风强度对河南省降水和气温变化产生间接影响。     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

近51年500 hPa上北极涛动的时空变化特征分析

对1951-2001年北半球500hPa高度场月、季及年平均资料分别进行EOF分析．并对EOF分析得到的第一特征向量时间系数进行功率谱分析。结果发现：北极涛动是近51年北半球500hPa高度场异常的第一特征,方差贡献率在10％～20％之间;极区中心具有明显的偏心结构,范耐冬、春季大而向高纬伸展;夏、秋季小且向极区收缩。中高纬冬季中心区范围比夏季大且系统比较集中：极地到格陵兰岛附近、西南欧洲到地中海地区、贝加尔湖到日本海以及北美洲东南部地区是500hPa高度场上环流异常的主要发生地区;北极涛动正位相时期,冬季在20世纪90年代,春季在70年代中期以前,夏季在60,70年代,秋季在80年代中后期到90年代前期;北极涛动负位相时期,冬季在50年代．春季在70年代中期以后,夏季在50,90年代,秋季在90年代后半期。另外,只有1998年相对来说为全年各月北极涛动强年,说明1998年是近51年来气候最异常的一年。     

近50a安徽省冬半年寒潮气候特征及其对越冬作物的影响

利用安徽省71个气象台站1961—2010年冬半年逐日平均气温和最低气温资料,采用气候倾向率以及M-K检验等方法,分析了安徽省寒潮频次和强度时空分布特征及其对越冬作物的影响。结果表明：近50 a,安徽省寒潮发生频次山区多于平原、北部多于南部的特征明显;每年10月至翌年4月是寒潮活动期,以3月和11月发生频次最高;寒潮频次年际波动大,总体呈线性减少趋势,特别是2001年来频次明显减少。强寒潮以冬季居多,其频次占总数的20％,年代际变化呈减少趋势。安徽省寒潮天气造成的农作物受灾面积约占各类气象灾害的10％,仅次于暴雨洪涝和干旱;寒潮以对冬小麦和油菜冻害为主,其中春季寒潮强降温危害最为严重,在气候变暖背景下寒潮冻害风险加大。     

冬季北极涛动与极涡的变化分析

利用NCEP／NCAR资料计算出冬季极涡面积（PVA）指数和极涡强度（PVI）指数，对冬季北极涛动（AO）和北半球500hPa极涡指数进行周期分析，讨论了冬季AO与极涡的年际、年代际变化。结果表明：冬季AO指数与PVA指数呈反相关关系，与PVI指数呈正相关关系，且AO指数呈上升趋势，PVA指数呈下降趋势。冬季AO指数、PVA指数以及PVI指数均具有多重周期。强（弱）AO指数年，极地500hPa高度场降低（升高），PVI指数偏大（偏小），PVA指数偏小（偏大）。500hPa高度场上亚洲大槽、北美大槽均减弱（加强）。AO可激发出类似EU遥相关型的异常，从而影响到东亚地区的气候。冬季AO指数在1982年发生突变，且突变后北太平洋地区的正中心位置更靠东，强度更大。此外，AO突变前后极涡变化不是很显著。     

中国冬季积雪变异及其与北极涛动的联系

本文利用1979～2010年NCEP/NCAR再分析资料、中国台站观测雪深、气温和降雪资料, 分析了中国冬季积雪时空分布特征, 结果表明:雪深经验正交分解第一模态有显著的南、北反位相特征, 当新疆北部、东北地区积雪偏多(少)时, 对应黄河以南和青藏高原地区积雪偏少(多)。近30年来中国冬季积雪变异与北极涛动(AO)有非常紧密的联系, 雪深的南、北反位相分布型与北极涛动有明显的反相关关系。AO负位相时, 500 hPa等压面上40°N以北存在着中心在贝加尔湖附近的气旋环流, 而在其南存在着中心在中国西南的反气旋性环流, 中国北方和南方地区分别受气旋和反气旋的控制。在我国北方地区, 与AO相联系的气旋环流异常导致降雪增多、地表温度偏低, 使得积雪增加;而在南方地区, 与AO相联系的反气旋性环流异常导致的降雪减少和气温偏高, 导致了积雪减少。本文的研究说明了北极涛动通过影响中国降雪和气温, 进而对中国冬季积雪产生可能的影响。     

我国近46年来的寒潮时空变化与冬季增暖

使用中国气象局资料中心整编的572个站点1960年1月1日到2005年12月31日日最低温度、日平均气压、日平均风速和北极涛动(AO) 指数等气象要素，从一个新的角度分析了我国寒潮时空变化与冬季增暖的联系。寒潮爆发以降温、升压和大风天气为主要特征。定义1日和2日降温达到10℃以上的降温事件为寒潮，大于20℃为极端寒潮。发生在我国的寒潮以北方(35°N以北)最多，其次是中国东部的江南地区。东北的寒潮始于10月，而河套和江南的寒潮在4月份比较频繁。把10月到次年4月寒潮频繁活动的时段确定为冬季风时期。在所有的降温事件中，只有不到1/3的事件伴随有升压和大风天气。过去的45个冬季风期间，寒潮和极端寒潮事件普遍减少，我国新疆、华北、东北和华东减少最为显著，减少的最大幅度达到1～2次/10 a。降温事件、升压频次和大风频次也都在减少。AO指数升高表征了西风带上天气尺度斜压波动的减少和减弱，从而导致我国中高纬度寒潮事件的减少。降温频次的减少在一定程度上导致了冬季最低温度平均值的升高，形成了持续的暖冬。     

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR 再分析资料分析了2011～2012 年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012 年1 月下旬至2 月上旬,持续大约3 周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO 可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO 位相首先在平流层由正变负;在2～3 周左右的时间内,平流层AO 异常信号逐渐下传,使得对流层AO 也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。     

近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因

利用1951～2004年中国740站逐日温度资料, 对中国寒潮频次的气候特征及其变化进行了分析, 并在此基础上对中国寒潮频次减少的可能原因进行了讨论: 冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度与中国寒潮频次呈显著的正相关.秋冬季节西伯利亚上空低层冷堆温度和中国寒潮频次呈显著的负相关.在气候变暖的大背景下, 西伯利亚高压和冬季风强度的减弱使得冬季中国地表温度持续升高, 而温度的这种变化与中国寒潮频次及其相伴随大风频次的减少均有密切的联系.西伯利亚高压和冬季风强度的减弱, 西伯利亚上空低层冷堆温度和中国地表温度的显著升高是中国寒潮及其相伴随大风频次减少的可能原因.     

Association of Indian Ocean ITCZ Variations with the Arctic Oscillation during Boreal Winter

In this study,the authors analyzed the associations between the Arctic Oscillation(AO)and the tropical Indian Ocean(TIO)intertropical convergence zone(ITCZ)in boreal winter for the period 1979–2009.A statistically significant AO-TIO ITCZ linkage was found.The ITCZ vertical air motion is significantly associated with the AO,with upward(downward)air motion corresponding to the positive(negative)AO phase.The Arabian Sea anticyclone plays a crucial role in linking the AO and the TIO ITCZ.The Arabian Sea vorticity is strongly linked to high-latitude disturbances in conjunction with jet stream waveguide effects of disturbance trapping and energy dispersion.During positive(negative)AO years,the Arabian Sea anticyclone tends to be stronger(weaker).The mean vorticity over the Arabian Sea,averaged from 850hPa to 200 hPa,has a significant negative correlation with AO(r=0.63).The anomalous anticyclone over the Arabian Sea brings stronger northeastern winds,which enhance the ITCZ after crossing the equator and result in greater-than-normal precipitation and minimum outgoing long-wave radiation.     

冬季北极涛动和华北冬季气温变化关系研究

利用北极涛动指数（AOI）、NCEP／NCAR40a再分析资料中的海平面气压（SLP）、850、500、200hPa等压面高度场资料及中国160站月平均气温资料，运用小波分析，经验正交函数（EOF）分析等方法，分析了华北冬季气温和冬季北极涛动指数的变化特征及其关系。结果表明它们之间存在有着显著相关，特别是在年代际尺度上关系尤其密切。华北在20世纪70年代初以前为持续冷冬，80年代中期之后变为持续暖冬，其间相对正常，而冬季北极涛运指数亦存在类似的3个阶段，冬季北极涛动高（低）低数年，华北地区为暖（冷）冬年。其原因在于，北极涛动在于对流层低层和高层都可激发类似EU遥相关型的异常，通过影响西伯利亚高压和东亚大槽影响华北地区气温。强（弱）涛运年大气环流具有弱（强）东亚冬季风特征，西伯利亚高压减弱（增强），亚洲大陆地面东北风减弱（增强），高空东亚大槽减弱（增强）。     

北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系

利用国际北极浮冰运动观测资料（IABP）（1979-1998）以及NCEP／NCAR月平均海平面气压再分析资料（1960-2002）,通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵,研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系。冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成,与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区。尽管北极涛动（北大西洋涛动）通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动,但是,北极涛动（北大西洋涛动）并不是决定海冰运动主模态的关键性因素。     

A preliminary study on the relationship between Arctic Oscillation and daily SLP variance in the Northern Hemisphere during wintertime

In the present study, the authors investigated the relationship between the Arctic Oscillation (AO) and the high-frequency variability of daily sea level pressures in the Northern Hemisphere in winter (November through March), using NCEP/NCAR reanalysis datasets for the time period of 1948/49-2000/01.High-frequency signals are defined as those with timescales shorter than three weeks and measured in terms of variance, for each winter for each grid. The correlations between monthly mean AO index and high-frequency variance are conducted. A predominant feature is that several regional centers with high correlation show up in the middle to high latitudes. Significant areas include mid- to high-latitude Asia centered at Siberia, northern Europe and the middle-latitude North Atlantic east of northern Africa. Theirs trong correlations can also be confirmed by the singular value decomposition analysis of covariance between mean SLP and high-frequency variance. This indicates that the relationship of AO with daily Sea Level Pressure (SLP) is confined to some specific regions in association with the inherent atmospheric dynamics. In middle-latitude Asia, there is a significant (at the 95% level) trend of variance of-2.26% (10yr)^-1. Another region that displays a strong trend is the northwestern Pacific with a significant rate of change of 0.80% (10 yr)^-1. If the winter of 1948/49, an apparent outlier, is excluded, a steady linear trend of 1.51% (10 yr)^-1 shows up in northern Europe. The variance probability density functions (PDFs) are found to change in association with different AO phases. The changes corresponding to high and low AO phases, however, are asymmetric in these regions. Some regions such as northern Europe display much stronger changes in high AO years, whereas some other regions such as Siberia show a stronger connection to low AO conditions. These features are supported by ECMWF reanalysis data. However, the dynamical mechanisms involved in the AO-high frequency SLP variance connection have not been well understood,and this needs further study.