南方涛动指数的多元统计分析及其与北半球500hPa月平均环流的关系

本文对美国的CAC南方涛动指数进行了相关分析、因子分析、模糊聚类、主成份分析.指出,月指数可分为二组:1-4月,5-12月,它们的持续性和相关性不相同.还指出,强弱南方涛动可以用涛动指数的第一主成份来定义.此外,用1951-1984年的月资料讨论了南方涛动指数与当年1月到来年12月的500hPa位势高度场、月平均纬圈高度、月平均纬际高度差、大气活动中心以及大气环流特征量的相互关系.分析表明,在涛动低值年的前期4月份75°N以北的500hPa位势高度明显偏低,5月份偏高;低值年4月第一谐波槽位于东半球并且方差贡献小,5月份一波槽方差贡献大,高值年相反.500hPa位势高度在4-5月的这种变化是涛动在高纬度的一个早期讯号.最后,我们建立了一个涛动指数的统计预报模式.利用这个模式可成功地预报出1986年的弱涛动并发生El Nino现象.     

自适应原理在尺度分离技术中的应用

采用1951—1986年月平均北大平洋海表面温度(SST)、500hPa高度、副高特征量以及华北降水资料,分析了北太平洋SST涛动的时空特征及其与夏季副高、华北降水之间的关系,进而讨论了四月SST涛动偏强(弱)对八月副高偏强(弱)、副高脊线偏南(北)和华北降水偏弱(强)的影响过程.     

中国西南地区春季异常冷暖气候的相关分析及统计预测

利用1951-2006年西南地区春季4～5月温度资料和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料等,通过合成分析、相关分析及关联表方法,研究了西南地区春季气温的气候变化及其与北半球500hPa高度场、热带海温场和南方涛动的联系.结果表明:西南地区春季气温具有明显的年代际气候变化特征;春季异常冷暖年份,北半球500 hPa高度距平场和热带海温距平场分布具有明显不同;前期1～3月北半球诸副热带高压体强、弱变化和前期8月～2月热带海温,尤其是前期12月～1月NINO 3区海温高低变化对西南地区春季气温具有很好的预测指示性,它们之间存在着密切的正相关关系;前期8～9月南方涛动强、弱变化对西南地区春季气温也有很好的指示意义,它们之间负相关关系密切.     

1948～2004年全球越赤道气流气候变化

利用1948年1月～2004年12月逐月NCEP/NCAR的全球1000 hPa、850 hPa、700 hPa、600 hPa、500 hPa、400 hPa、300 hPa、200 hPa、150 hPa、100 hPa的10层经向格点风,计算了全球越赤道气流和年变化,分析了全球850 hPa越赤道气流通道的时、空变化特征。指出在研究的时间段内,全球850 hPa越赤道气流有明显的长期趋势变化和年代际变化。近57年,6～8月的45～50°E、5～9月的105～115°E、5～9月和5～11月的130～140°E、2～4月的20～25°E的越赤道气流有明显的加强,6～8月的50～35°W的越赤道气流减弱。夏季索马里的越赤道气流,平均每10年增强0.25 m/s,而130～140°E,5～9月的越赤道气流,平均每10年增强0.32 m/s。奇异谱分析表明,850 hPa越赤道气流的年代际变化和趋势变化的方差贡献达到35%～45%。年际变化的方差贡献不超过30%,还指出夏季太平洋的越赤道气流的强度变化与南方涛动有明显关系,弱南方涛动时,有强的越赤道气流。而索马里急流强度与北大西洋涛动有弱的正相关。     

冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国天气气候的关系

用1948-2000年的北半球海平面气压场月平均资料，计算了北太平洋涛动指数和东亚冬季风指数，并研究了北太平洋涛动与东亚冬季风及我国冬季天气气候的关系。研究表明，北太平洋涛动异常变化与我国冬季天气、气候关系密切。强涛动年，东亚冬季风偏弱，我国气温普遍偏高，长江中下游地区降水偏少，而华南降水偏多；而弱涛动指数年，东亚冬季风偏强，我国气温普遍偏低，降水偏少。此外，还指出，强(弱)INPO年大气环流具有弱(强)WP型和强(弱)EU遥相关型。     

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。     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动（Arctic Oscillation,AO）指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明：1）风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2）在北极涛动强正（负）位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强（弱）、500 hPa高度场上东亚大槽减弱（加深）、急流偏北偏强（偏南偏弱）、扰动动能增强（减弱）、斜压性增强（减弱）。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

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。     

北极涛动对我国冬季同期极端气温的影响研究

使用1955～2004年1月500 hPa高度场和同期我国107个测站最高和最低气温的逐月资料,计算极端气温与北极涛动指数的相关矩场,并对此相关矩场进行经验正交函数分析来研究我国最高和最低气温对北极涛动响应的年际变化.北极涛动指数定义为1月500 hPa标准化高度场经验正交函数分解所得到的第1时间函数.研究过程中对北极涛动一般年份和异常年份两种情况进行比较分析.研究发现北极涛动指数的正负极端异常年份,对我国冬季同期最高和最低气温有十分明显的影响.我国冬季最高气温响应主要表现地域是长江中下游、华北和河套地区,最低气温的响应主要表现地域是东部沿海和长江黄河上游地区.同时分析了不同年份冬季极端气温对于北极涛动响应的不同形势.     

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。     

桂西北夏季高温天气与前期500hPa环流特征的关系

统计1971～2003年桂西北地区7～9月的高温日数情况,并对高温日数偏多年的前期(1～6月)500hPa环流指数进行分析.结果表明与多高温年关系密切的是前期(1～6月)北半球500hPa极涡中心位置偏西及偏于极地,强度偏强;印缅槽强度偏弱;西太平洋副高面积指数偏小,强度偏弱,脊线、北界位置偏南,西脊点偏东.     

南方涛动与我国东部盛夏季风雨北进程度的年际遥联

上年6月南方涛动指数(SOI)和盛夏(7-8月)我国东部季风雨带位置及江淮下游雨量存在显著的相关,经过分析,发现此种遥联是通过长达15个月的如下海-气相互作用形成的:偏强(弱)的南方涛动会伴随着赤道中-东太平洋海面水温偏低(高);此种趋势会从上年6月持续到次年初春,而同时冬季中太平洋中低纬经向海温梯度(△T)即趋向减弱(增强),向中高纬的热量输送偏少(多).△T和随后春夏各月北半球100hPa高度场和500-100hPa厚度场的相关计算表明,正高相关区从热带中太平洋区逐步向东亚中纬输送,这可能反映出高空热量经由一系列行星波西传并于盛夏抵达东亚中纬,从而影响到100hPa层青藏高压东部的伸缩、我国东部季风雨带的南北位置和江淮下游的旱涝趋势.     

吉林省夏季旱涝的前期影响因子分析

通过吉林省夏季降水与前期各层高度场(500hPa、100hPa、slp和sst)逐季滑动相关普查,发现与前冬的各层高度场均有较好的相关,相关较好的区域分别在大西洋、亚洲北部和太平洋中部等区域,进而分析北大西洋涛动(NAO)、亚洲区环流和太平洋中部的副高对吉林省夏季降水的形成的可能影响,发现当前一年秋冬季大西洋暖高异常弱(即北大西洋涛动偏弱),亚洲冬季风偏弱(亚洲区域极涡纬度偏北)和太平洋中部暖高异常强大时对应着吉林省夏季降水偏少,极易发生干旱;反之,对应吉林省夏季降水偏多,易发生洪涝;并结合ENSO等与旱年和涝年进行综合分析,制定出用前冬的异常环流因子及ENSO信号预测夏季旱涝的预测指标。     

抚顺地区夏季降水异常的气候特征分析

利用1951—2012年NCEP/NCAR再分析月平均资料及章党观测站月平均降水数据,利用统计学方法从大气环流等方面对抚顺地区夏季降水异常气候特征进行了分析探讨。结果表明:抚顺地区夏季降水存在明显年际尺度周期特征,西太平洋副热带高压北界越偏北、强度越强则抚顺地区降水强度越大。抚顺地区降水强(弱)年,500hPa高度场抚顺地区位于距平低涡(高压)底前部,850hPa风场抚顺地区处于西南(偏北)气流控制之下,海平面气压场抚顺地区位于蒙古气旋底前部(反气旋前部),比湿场抚顺位于比湿距平正值(负值)区内。降水强年的温度场距平低值中心落后于500hPa高度场低值中心,利于高空槽的发展,有利于降水的维持加强,降水弱年的温度场距平低值中心与500hPa高度场低值中心相配合,对高空槽脊的发展无明显的影响。     

桂西北夏季高温天气与前期500hPa环流特征的关系

统计1971～2003年桂西北地区7～9月的高温日数情况，并对高温日数偏多年的前期(1～6月)500hPa环流指数进行分析。结果表明：与多高温年关系密切的是前期(1～6月)北半球500hPa极涡中心位置偏西及偏于极地。强度偏强；印缅槽强度偏弱；西太平洋副高面积指数偏小，强度偏弱，脊线、北界位置偏南，西脊点偏东。     

1—3月北极涛动对北半球热带太平洋和大西洋对流活动的可能影响

利用1979—2008年日分辨率的向外长波辐射资料以及NCEP再分析资料,去除ENSO影响后,分析了1—3月北极涛动对热带太平洋和热带大西洋对流活动及降水的可能影响。结果表明北极涛动偏强(弱)时,热带太平洋和大西洋对流活动显著偏强(弱)。北半球热带大洋冬季平均向外长波辐射与北极涛动指数的相关系数存在两个显著负相关区:一个位于中太平洋区,大致包括13°—20°N、160°E—170°W;另外一个位于热带大西洋,显著区覆盖的范围大体包括5°—20°N、15°—70°W。这些区域的降水量也表现出显著的正相关。向外长波辐射、强对流面积指数、强对流强度指数、平均降水量等指标与北极涛动指数的相关均以冬季同期最高,随时间滞后相关迅速减弱。与此对应的对流层低层大气环流也有显著变化,850hPa风场的变化表现为热带太平洋有异常的气旋性环流,气旋中心区与显著强对流和降水异常区一致。而热带大西洋有显著的经向环流辐合和风切变,与异常对流和降水区吻合。海洋模式的模拟结果表明,与北极涛动有关联的海温分布,很大程度上与大气强迫有关,说明热带1—3月降水和对流活动与海温的关联较弱。北极涛动与热带太平洋、大西洋对流和降水活动之间主要是通过大气环流的变动产生联系的。     

“拉尼娜”非典型影响下的新疆2021/2022年冬季气温

2021/2022年冬季新疆大部气温偏高,影响新疆冷空气活动频次少,并非拉尼娜事件对新疆冬季气温的典型影响特征。成因分析表明：2021/2022年冬季北极涛动（AO）为正位相,欧亚中高纬度500 h Pa位势高度西高东低,新疆上空700 hPa南风距平优势明显。2021/2022年冬季“拉尼娜”非典型影响新疆气温的原因主要来自于东部型弱拉尼娜事件对北大西洋涛动（NAO）和亚洲极涡面积的非典型影响,而对亚洲极涡面积的非典型影响是来自东部型拉尼娜事件对冬季AO的不确定性影响,冬季AO正位相有利于新疆气温正距平。2月300 hPa区域纬向风异常偏弱,削弱了NAO正位相对新疆气温的影响;70°E以东中纬度高度场负距平是冬季气温阶段性变化的原因之一。     

南半球10 hPa极地涡旋的多尺度变化特征分析

利用NCEP/NCAR 10 hPa月平均高度场资料, 计算了1948\_2007年南半球10 hPa极地涡旋的强度指数P、 面积指数S和中心位置指数(λc, φc)。用它们分析了南半球10 hPa极地涡旋的季节变化、 年际异常及其可能成因, 分析了10 hPa极地涡旋强度与南极涛动的关系。结果表明： (1) 南半球10 hPa极区12月~1月受反气旋控制, 3~10月受气旋控制, 2月、 11月为环流转换季节。(2) 1(7)月反气旋(气旋)指数P\, S均在1970年代后期发生了显著的跃变; 跃变前反气旋(气旋)由极弱(极强)振荡地增强(减弱)至接近气候均值, 跃变后反气旋由极强振荡趋于气候均值, 气旋在偏弱的状态下振荡。(3) 1月反气旋中心位置存在显著的年代际变化, 而7月气旋中心位置的年际变化明显。(4) 臭氧异常可引起南半球10 hPa 1月极地反气旋年际异常(正相关), 但与7月极地气旋异常无关。(5) 1月、 7月极地涡旋强度指数P与南极涛动指数(AAOI)呈显著的负相关, 可由P来表征AAOI。     

近45a冬季北大西洋涛动异常与我国气候的关系

利用1873－1995年的北半球海平面气压月平均资料，定义了北大西洋涛动指数。用近45a资料研究了北大西洋涛动与我国冬、夏季气候变化的关系。指出，北大西洋涛动异常变化与我国冬、夏季天气气候关系密切。强涛动年，冬季我国是偏暖、多雨的气候特征；夏季我国江淮之间地区气温明显偏低。还表明，强涛动年冬季，西太平洋副热带高压强度与西伯利亚高压及高空经向环流都明显偏弱，大气环流具有弱WA遥相关型、弱的东亚冬季风特征，对应的夏季环流特征与强东亚夏季风特征较接近。