冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。     

季风湿润区冬季水汽收支年际及年代际变化特征

采用1958—2007年NCEP/NCAR再分析资料和我国160站降水资料,对东亚大陆季风湿润区冬季的水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:冬季水汽收支时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。挑选的水汽收支高、低值年不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚冬季风的强弱和降水的异常变化。高值年,蒙古冷高压和阿留申低压偏弱,对流层低层为异常偏南风,整层为异常逆时针环流,30°N以南的辐合和上升运动强,大气水分收入增多,降水增加;低值年则相反。差值合成的异常降水量中心值可达40 mm以上,差值合成的水汽异常输入主要集中在600~900 hPa。合成的经向水汽收支占净收支变化的91.3%,纬向上相差较小。季风湿润区南、北区域的水汽收支及降水的差异明显,纬向的收入支出对此差异贡献较大。水汽收支的年代际特征,不仅能够指示水汽输送的强弱及从海洋输入水汽的多少,还能够指示季风湿润区降水的变化,且差值合成的异常降水量最大可达30 mm以上。     

山东冬季气温年际变化及大气环流特征

采用经验正交函数(EOF)方法分析山东省43年(1961—2003年)冬季气温变化，结果表明，第1模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征，冬季气温年际变化明显，增温显著；采用NCEP／NCAR月平均大气环流再分析资料(1961—2003年)，分析表明，冷、暖冬大气环流差异明显，冷冬年500hPa高度距平场呈北高南低的特征，西伯利亚高压加强，东亚大槽偏西加深，亚洲地区维持稳定的经向环流，利于冷空气南下，易造成冷冬；暖冬年呈相反特征。     

巴彦淖尔市冬季温度变化及背景特征分析

利用1962—2002年巴彦淖尔市8个站冬季11—2月平均温度资料,分析了全市冬季11—2月温度的异常空间分布特征和冬季温度的年代际变化及其对应的大气环流和西太平洋海表温度背景特征,并初步探讨了巴彦淖尔市冬季气温的年代际变化与华北地区和全国温度变化的关系。分析表明:1.巴彦淖尔市冬季温度空间上呈整体偏低或偏高的变化趋势;2.41年的温度变化具有显著的年代际变化特征,并以1986年为界,其中:1963—1985年为偏冷期,1986—2002年为偏暖期;3.整个冬季偏冷期和偏暖期的高空环流、西太平洋海表温度距平背景场有着明显的差异;4.在年代际变化特征上,巴彦淖尔市冬季温度变化与华北、全国的冬季气温异常有较好的一致性,与80年代中期以来的温度升高,表现为同步响应。     

江苏冬季气温的年代际变化及其背景场分析

利用1961-2000年江苏省60个台站的月平均气温资料，分析了江苏冬季(12月至次年2月)气温的异常空间分布特征；在此基础上，研究了江苏冬季气温的年代际变化及其对应的大气环流和SST异常的背景场特征；最后，初步探讨了江苏冬季气温的年代际异常与全球气温变化之间的可能联系。结果表明：(1)江苏冬季气温异常表现出整体偏冷或偏暖的趋势；(2)近40a，江苏冬季气温的异常变化具有显著的年代际变化特征，其中1961—1985年为偏冷期，而1986—1999年为偏暖期；(3)江苏冬季冷、暖期的大气环流、SSTA背景场存在显著的差异；东亚冬季风及江苏冬季气温的年代际异常与SSTA的年代际背景有着十分密切的联系。(4)在年代际尺度上，江苏冬季气温的异常变化与全球气温的异常变化具有较好的一致性，尤其是1980年代中期以来的异常升温与全球气温的明显增暖是同步的，可以认为江苏冬季气温的年代际变化主要体现为对全球增暖的响应。     

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

大气环流年代际变化问题

本文对大气环流的年代际变化问题的研究工作和结果作了综合评述并给出了一些新的结果。     

塔里木河流域夏季降水年际和年代变化的环流异常

基于1961-2020年夏季（6-8月）NCAR/NCEP再分析资料和塔里木河流域（简称“塔河”）38个气象站降水资料,使用5年滑动平均分离出塔河夏季降水年代际和年际变化,选出了典型的年际变化的干年和湿年与年代际变化的干期（1963-1986年）和湿期（1989-2018年）,分析了与这两种时间尺度变化相关联的大气环流异常。结果表明,两者的变化不同,影响两者变化的大气环流不同。影响年代际变化的大气环流异常主要表现在欧亚大陆对流层从西北至东南交替出现正负位势高度异常中心,在湿期塔河东部和西部分别出现明显的东风和西南风异常,水汽主要由西北太平洋和印度洋输送至塔河,在干期则与之相反;影响年际变化的大气环流异常主要表现为在塔河东部和西部对流层分别为反气旋异常和气旋异常,在多雨年从南北方向向塔河输送的水汽增多,北风水汽通量异常向流域输送较多,南风水汽通量异常向流域输送较小且主要集中在流域西部,水汽主要由北冰洋洋和印度洋输送至塔河。在干年则与之相反。     

东亚夏季风的年际到年代际变化及其与全球大气环流和海表温度的联系

The East Asian summer monsoon (EASM) underwent an interdecadal variation with interannual variations during the period from 1958 to 1997, its index tended to decline from a higher stage in the mid-1960＇s until it reached a lower stage after 1980＇s. Correlation analysis reveals that EASM is closely related with the global atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). The differences between the weak and strong stage of EASM shows that, the summer monsoon circulation over East Asia and North Africa is sharply weakened, in the meantime, the westerlies in high latitudes and the trade--wind over the tropical ocean are also changed significantly. Over the most regions south of the northern subtropics, both air temperature in the lower troposphere and SST tended to rise compared with the strong stage of EASM. It is also revealed that the ocean-atmosphere interaction over the western Pacific and Indian Ocean plays a key role in interannual to interdecadal variation of EASM, most probably, the subtropical Indian Ocean is more important. On the other hand, the ENSO event is less related to EASM at least during the concerned period.     

20世纪90年代末东亚冬季风年代际变化的外强迫因子分析

使用NCEP/NCAR、英国气象局哈德莱中心(Met Office Hadley Center)Had ISST以及NOAA提供的再分析资料分析了海温、海冰及雪盖异常对20世纪90年代末我国冬季气温和东亚冬季风(EAWM)年代际跃变的外部强迫作用,同时也对比分析了20世纪90年代EAWM年代际跃变与20世纪80年代EAWM年代际跃变特征和成因的一些差异。结果表明:20世纪80年代中期EAWM的年代际变化特征主要表现为全国一致偏冷型,同时中国近海的海温也偏低;该年代际变化的主要原因来自大气内部动力过程,而海温和海冰的作用不显著。20世纪90年代末EAWM年代际变化的特征表现为东亚北方气温显著偏冷而南方偏暖的南北反相变化分布;EAWM在20世纪90年代末的年代际变化受北大西洋海温和热带太平洋海温的共同影响。北大西洋显著的异常暖海温,激发一个向下游传播的波列,使得西伯利亚高压加强,EAWM加强,从而导致我国北方气温下降;同时,秋冬季北极海冰异常偏少和秋季欧亚雪盖偏多对东亚冬季风的增强也有一定的作用。此外,热带西太平洋的暖海温异常会导致在海洋性大陆地区有异常的辐合和对流增强,引起大气环流的Gill型响应,对流西侧的异常气旋在孟加拉湾至我国西南地区出现南风异常,使得东亚南部地区温度偏高。因此,20世纪90年代末之后东亚温度呈现南暖北冷的分布特征。     

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:（1）指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。（2）揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多（少）型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋（气旋）性异常,有（不）利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多（少）。东多西少（西多东少）型降水对应着中国东南地区高空的正（负）异常中心,有利于高空辐散（辐合）及异常的上升（下沉）运动,其与南方地区东部低空的气旋（反气旋）性异常共同作用,有利于东部降水偏多（偏少）。与此同时,低空中南半岛反气旋（气旋）性异常及菲律宾地区反气旋（气旋）性异常,不（有）利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少（西多东少）的降水型。（3）揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。     

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。     

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。     

南海季风区地面温度变化特征及其与季风爆发的联系

分析1979年1月至1995年12月17a南海季风区修平均地面温度资料的时空变化特征发现，中南半岛西北部和印度半岛分别为地面修平均温度标准差的大值区，其位置和强度在南海季风爆发前后月份具有显著差异。从候平均温度纬圈偏差的时间演变来看，中南半岛地区纬圈温度偏差由正转负的时间早于印度半岛地区，并分别与南海夏季风和印度夏季风爆发的时间其本对应。在夏季风爆发之前，印度半岛和中南半岛地区的地面温度是逐候增加的，季风爆发以后地面温度迅速降低，而海洋上的表面温度增温幅度明显小于与其相邻地陆地，此外，从南海季风爆发早晚年中南半岛与南海地区表面温度距平差和各自温度距平的时间演变看，中南半岛地区地面温度的变化在触发南海季风爆发及其年际变化过程中可能起主导作用。     

北极海冰变化对新疆冬季气温的影响研究

利用1961年12月—2022年2月新疆冬季气温、北极海冰等资料,探讨北极海冰变化影响新疆冬季气温的物理模态、影响机制。结果表明,北极海冰的变化与新疆大部冬季气温呈正相关,北极海冰变化通过改变北半球大气高低空配置进而影响新疆冬季气温。另外,不同海区的海冰变化对新疆冬季气温的影响有显著区别：格陵兰海—丹麦海峡、拉普捷夫海—东西伯利亚海海冰异常偏多时,新疆大部冬季气温偏高。巴伦支海—喀拉海、鄂霍次克海—白令海峡、哈德孙湾—戴维斯海峡海冰异常偏多时,新疆大部冬季气温偏低。     

热带风场季内振荡强度与海表温度异常关系研究

利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa（850hPa）风场季内振荡在赤道东太平洋增强（减弱）,在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱（增强）,促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层（850hPa）风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。     

南海夏季风爆发与热带太平洋两类海温型关系的年代际差异

南海夏季风爆发日期在1993/1994年出现年代际偏早的转变,利用海温和再分析资料的研究证实西北太平洋增暖和两类海温型的年代际差异可能是导致此种变化的重要成因。进一步的研究揭示出在南海夏季风爆发出现年代际变化的背景下,南海夏季风爆发日期与太平洋海温的关系也出现明显的变化:1993/1994年之前的第一年代东太平洋(EP)型海温异常起主导作用,而1993/1994年之后的第二年代两类海温型均影响了季风爆发,但以中太平洋(CP)型海温异常为主。第一年代,东太平洋型增温(EPW)通过抑制西北太平洋-孟加拉湾的对流活动,在菲律宾海、孟加拉湾西部激发出两个距平反气旋,使越赤道气流建立偏晚、孟加拉湾低槽填塞、西北太平洋副热带高压增强,进而导致南海夏季风爆发偏晚,且其影响可从4月维持到5月;而中太平洋型增温(CPW)对季风爆发前期的流场无显著影响。第二年代,CPW通过抑制菲律宾-孟加拉湾东部的对流活动,在菲律宾-孟加拉湾激发出一个距平反气旋,使孟加拉湾低槽填塞、南海地区副高增强,进而阻碍季风爆发,且显著影响仅出现在4月;EPW对4月大气环流场的影响与第一年代较为接近,在菲律宾-孟加拉湾一带产生的风场、对流场异常稍弱于CPW,但其影响无法持续到5月。     

Interannual and Interdecadal Variations in Atmospheric Circulation Factors and Rainfall in China and Their Relationship

Wavelet analysis is used to study the interannual and interdecadal variations of rainfall in China and atmospheric circulation factors, including the key atmospheric oscillations, W, C, E patterns and subtropical high. Regression analysis and correlation analysis are both used to study the relationship of atmospheric circulation factors and China rainfall on different time scale and spatial scale. The results are as follows: (1) The variations of atmospheric circulation and rainfall in China are characterized by interannual and interdecadal scales. The variations of atmospheric circulation and rainfall are composed of interannual and interdecadal variations. It is necessary to separate those two time scales when climate changes and forecast are studied. (2) The variations of China rainfall are due to the interaction of multi-factors rather than single factors. The marked factors which influence the interannual and interdecadal variations are various. Subtropical high is one of the marked factors which influence interannual variations of rainfall, while AO, NAO, and NPO are one of the marked factors which influence interdecadal variations of rainfall. (3) The longer the time scale is, and the larger the spatial scale is, and the more remarkable the relationships between atmospheric circulation and rainfall are.