海表温度与低层气温对江苏沿海冬季近地层风场特征影响研究

统计分析与数值模拟的江苏省沿海地区冬季风场状况显示,近地层风场对海表温度与低层气温的季节性以及短时过程演变都有显著响应。风速场表现为风速自内陆向海上增加,等值线与海岸线走向一致,风速梯度在沿海岸线的近海最强。季节性特征为:夏季低风速频次多,冬季高风速频次多;随着高度的增加,相同等级的大风风速在冬季出现频次明显高于夏季。寒潮入侵时,江苏自北向南气温降温幅度递减,海温响应的演变趋势类似,但降温幅度小。具有冷锋与副冷锋的寒潮降温呈三个阶段:(1) 先缓降后速降,(2) 弱回升,(3) 再次降温。大风伴随降温,风速的明显减弱滞后于气温的速降,随着气温回升风速增大,对应副冷锋的降温风速有二次滞后减弱。当近海SST数值增大后,海上风速极大值区强度减弱。同一纬度上,内陆地区风速增加,近海海域风速减小,大值中心仍处于江苏近海海上。当低层气温温差加大、冷锋强度增强时,气旋式风场的切变线后方的风向由偏西北转为偏北风,整体风场的响应强度增大,大值风速带主要位于江苏沿海中部。      

冬季黑潮延伸体区域海表温度锋对北太平洋风暴轴的影响

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和NCEP/NCAR的逐日大气再分析资料,分析了冬季黑潮延伸体区域海表温度锋的变化及其对北太平洋风暴轴的影响。结果表明,冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和纬度位置既存在年际变化,也存在年代际变化,且强度和位置的变化是相互独立的。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度的年际变化对北太平洋风暴轴没有显著的影响,而其年代际变化则对北太平洋风暴轴具有非常显著的影响,当冬季海表温度锋偏强时,大气斜压性在鄂霍次克海及阿拉斯加附近区域上空增强,而在海表温度锋下游至东太平洋区域上空显著减弱,平均有效位能向涡动有效位能的斜压能量转换在45°N以北的太平洋区域上空有所增多,而在30°-45°N的太平洋区域上空有所减少,涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换在35°N以北的西太平洋区域以及45°N以北的东太平洋区域都显著增加,而仅在其南部边缘存在东西带状的减弱区域,导致40°N以北海区北太平洋风暴轴增强,40°N以南海区北太平洋风暴轴减弱,冬季海表温度锋偏弱时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋纬度位置的变化对北太平洋风暴轴也存在较显著的影响,当海表温度锋位置偏北时,在其下游45°N以南的太平洋区域上空大气斜压性减弱,45°N以南的中东太平洋区域上空区域平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都减少;而在45°N以北的太平洋区域上空大气斜压性增强,在阿拉斯加湾附近上空尤其显著,在黑潮延伸体区域附近以及45°N以北的中东太平洋上空平均有效位能向涡动有效位能、以及涡动有效位能向涡动动能的斜压能量转换都显著增加,导致北太平洋风暴轴在其气候平均态轴线两侧呈现北正南负的偶极子形态;海表温度锋位置偏南时则有与之相反的结果。冬季黑潮延伸体区域海表温度锋强度和位置的变化均对北太平洋风暴轴具有显著的影响,其具体的物理机制还需要进一步的研究。      

欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系

采用相关及合成分析方法,对ＥＭＭＷＦ１９７９－１９９３年的网格积雪深度资料深度资料,冬季海平面气压场,５００ｈＰａ高度场及中国冬季气温场进行了分析,研究了欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系。结果表明：欧亚大陆中高纬地区冬季积雪异常与东亚冬季风和中国冬季气温明显的关系。     

冬季东亚副热带西风急流变化及其与海表温度的关系

利用1957-2002年ERA-40月平均再分析资料以及不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋和热带太平洋等)1950-2000年逐月观测海表温度,驱动NCARCAM3全球大气环流模式,根据模拟结果,分析讨论了冬季东亚副热带西风急流的变化特征及其与海表温度异常的关系.表明:1957-2001年冬季东亚副热带西风急流有增强的趋势,且具有准3 a的显著周期.热带海表温度异常,特别是热带太平洋海表温度异常对东亚副热带西风急流变化有重要影响,即当热带太平洋海表温度升高时,东亚副热带西风急流增强.     

中国东部气温异常型与海表温度异常模关系的诊断

基于国家气候中心整编的160站常规观测气温资料和HADLEY中心的海表温度资料,应用最大协方差分析方法,诊断了中国东部各季节气温异常型和前期海表温度异常(SSTA)模的关系,并重点分析冬季气温与SSTA模的最佳耦合模态及海温异常对大气环流的影响。结果表明:中国东部四季气温异常型与前期海盆SSTA模的显著耦合关系表现出不同的特征。超前6个月的热带太平洋第二模和南印度洋第二模与东部地区冬季气温一致变化型耦合关系最佳。西南冷东北暖的气温异常型与超前4个月热带大西洋一致增暖模有最佳耦合关系。大气环流对与全区气温一致偏冷型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压增强,东亚大槽加深,中纬度西风加强。对与气温西南冷东北暖型对应的SSTA模的回归表现为:西伯利亚高压和阿留申低压略有增强,东亚大槽槽区附近位势升高,大槽变浅,槽线偏向西南,东部40°N以北风速加强,以南风速减弱。     

中国东部冬季气温异常与海表温度异常的关系分析

采用SVD、 相关分析及EOF方法, 分析了中国东部冬季地面气温与北大西洋及北太平洋海温异常变化的关系。结果表明： （1）中国东部冬季气温变化的一致性较高; （2）冬季气温异常与前一年9月北大西洋海域关键区（16°～40°N, 60°～24°W）海温和当年2月西北太平洋关键区（20°～40°N, 124°E～180°）海温呈显著的正相关分布, 即前一年9月北大西洋和当年2月西北太平洋海温异常偏高（低）, 东部冬季气温亦偏高（低）, 即前一年9月北大西洋海温的异常是否为我国冬季气温的气候预测提供了一种前期信号; （3）关键区海温对中国东部冬季气温的影响存在区域差异。北大西洋前期海温与中国东部冬季气温有密切的关系, 而西北太平洋的海温主要影响长江流域及其以北的季风中部区; （4）海温影响气温的可能机理是西北太平洋海温异常升高, 使乌山脊减弱, 阿拉斯加脊减弱, 东亚大槽减弱向东移动, 纬向环流加强, 高纬度的冷空气不易南下, 导致我国东部大部分地区冬季气温偏暖, 反之亦然。在年代际尺度上, 纬向环流和东亚大槽对海温有显著的响应; 但在年际变化方面, 东亚大槽对海温的响应不显著。     

2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的关系

利用NCEP/NCAR R2逐日再分析资料和西南地区气象台站逐日气温资料,通过带通滤波、小波分析、相关分析和合成分析等统计方法,研究了2010年东亚冬季风月内尺度振荡特征及其与西南地区冬季气温的联系。结果表明,2010年东亚冬季风在月内时间尺度上主要存在7天左右、12天左右以及30天左右为主要振荡周期的低频振荡。东亚冬季风月内尺度,准1周、准2周时间尺度内的振荡特征可以很好指示出同期西南地区较强的低温过程,且在准2周尺度比准1周尺度对西南地区冬季低温的影响更明显。月内尺度、准1周、准2周尺度上东亚冬季风正、负位相时,无论是对流层高层、中层、低层环流场分布形势均有显著差别,当东亚冬季风正位相时对流层从高层到低层环流场形势均有利于西南地区冬季低温,而负位相时环流形势相反,不利于西南地区低温。     

冬季西太平洋副高异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系

利用1951-2005年全国160个站气温资料、西太平洋副高特征指数和北太平洋海温资料,分析了冬季西太平洋副高强度和位置异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系,结果发现:冬季西太平洋副高强度和西伸脊点与我国气温分别存在着很好的正、负相关关系;前期北太平洋海温距平场呈现厄尔尼诺和拉尼娜分布型及赤道东太平洋海温异常变化,对冬季西太平洋副高强度和位置具有很好的预测指示意义.     

冬季西太平洋副高异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系

利用1951-2005年全国160个站气温资料、西太平洋副高特征指数和北太平洋海温资料,分析了冬季西太平洋副高强度和位置异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系,结果发现:冬季西太平洋副高强度和西伸脊点与我国气温分别存在着很好的正、负相关关系;前期北太平洋海温距平场呈现厄尔尼诺和拉尼娜分布型及赤道东太平洋海温异常变化,对冬季西太平洋副高强度和位置具有很好的预测指示意义。     

2012/2013年冬季中国气温异常成因分析

2012/2013年冬季,我国平均气温为-3.8℃,较常年同期(-3.4℃)偏低0.4℃,就空间分布来看,我国东北、华北、黄淮、江淮和新疆北部气温较常年同期偏低。利用1951-2013年国家气候中心整理的全国160站月平均气温资料、英国Hadley中心全球海温资料、NCEP/NCAR再分析大气环流资料、德国不莱梅大学提供的海冰卫星遥感资料,通过EOF分析、回归分析、合成分析、相关分析方法研究了引起2012/2013年冬季我国气温异常的东亚中高纬大气环流异常,并从海洋环境要素异常的角度分析造成这种环流异常的原因。分析结果表明:2012/2013年冬季我国气温异常分布主要是由于北极涛动(AO,Arctic Oscillation)呈负位相,西伯利亚地区高度场异常偏高,东亚大槽明显偏深的环流形式引起的。而太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)负位相是引起西伯利亚高压强度偏强和东亚冬季风强度偏强的年代际海洋背景,前期9月海冰范围异常偏小是导致2012/2013年冬季AO呈现负位相及我国东北和新疆北部呈现异常低温的主要原因。     

Multi-timescale variation of East Asian winter monsoon intensity and its relation with sea surface temperature during last millennium based on ECHO-G simulation

Based on the simulation results derived from ECHO-G global coupled climate model, several East Asian winter monsoon (EAWM) indices are compared in order to choose the most suitable one for signaling the intensity of winter monsoon in the last millennium. The index I_shi, which is defined with normalized sea level pressure difference between sea and land in mid and low latitudes, is selected to describe the winter monsoon intensity variation owing to its better capability for reflecting the variation of winter monsoon subsystems, such as the continental high pressure, Aleutian low, East Asian major trough, westerly jet stream, and surface air temperature than the other indices examined. Wavelet analysis on index I_shi shows that the EAWM intensity is characterized by multi-timescale variation with inter-annual, decadal, inter-decadal and inter-centennial oscillations on the background of a slight descending trend. Correlation analysis between the EAWM index and sea surface temperature (SST) at various timescales reveals that the SST in mid-latitudes might provide the background of the EAWM strength changes above decadal timescales, and a negative-feedback process lasting for about two years is found between the EAWM intensity and the SST in the eastern equatorial Pacific. According to the correlation, the El Nino occurrence in the second-half of the year leads to weaker EAWM than normal in the following winter and the weakened EAWM corresponds to lower SST in eastern equatorial Pacific after about half a year, which will then strengthen the EAWM intensity in the next winter. It is a stable feedback process and its mechanism is discussed.     

中国冬季气温月际变化特征及其对大气环流异常的响应

基于1951—2014年中国160站月气温和NCEP/NCAR再分析资料,利用季节的经验正交函数分解（S-EOF）等方法,研究了中国冬季气温月际变化的时、空演变特征及其对大气环流异常的响应。结果表明,中国冬季气温在月尺度上常常出现前、后冬相反甚至冷暖交替的现象。中国冬季气温月际变化存在3个主模态:全冬一致型、前后反相型和冷暖交替型。当西伯利亚高压冬季一致偏强（偏弱）时,冬季一致冷（暖）;当海陆热力差异由强变弱、西伯利亚高压强度由强变弱,东亚西风急流比较稳定,强度偏强,位置由南向北移动时,冬季前冷后暖;当大气环流发生突变,尤其是海平面气压场和500 hPa位势高度场上大气活动中心的频繁调整,西伯利亚高压强度在月时间尺度上强弱交替时,冬季气温呈冷—暖—冷交替变化。      

中国冬季暖夜频率变化特征及其与海温的关系

采用排除台站迁移对逐日资料均一性影响的中国201个台站1960—2009年冬季逐日最低气温资料,NCEP/NCAR再分析的月平均500 h Pa位势高度场资料,及由NOAA重构的海温场资料,对中国冬季暖夜频率(frequence of warm winter night,FWWN)的时空变化特征及暖夜频率与全球海温的关系进行了分析。结果表明:近50 a中国冬季暖夜频率显著增加,并于1988年前后发生突变;冬季暖夜频率的变化幅度及趋势均是在西北地区东部最大,西南地区最小;中国冬季暖夜频率可以分为5个各自变化特征比较一致的区域;赤道印度洋到赤道西太平洋海区、黑潮区、北大西洋海区及南太平洋海区的海温指数均与中国冬季暖夜频率在全国大部分地区呈显著正相关;4个海区海温指数的异常年对应的大气环流场背景均能反映出它们分别与中国冬季暖夜频率呈正相关的事实。     

华东冬季异常冷暖与大气环流和海温的关系

利用1951-2007年华东地区14个代表站冬季(12-2月)温度资料和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,通过合成分析、相关分析等方法,研究了华东地区冬季气温的气候变化及其与北半球500 hPa高度场、北太平洋海温场的关系.结果表明:华东地区冬季气温具有明显的年代际气候变化特征;前期夏季北半球500 hPa高度距平场和前期春季北太平洋海温距平场分布可作为华东冬季异常冷暖年的前兆信号;夏季北太平洋中部地区500 hPa高度场变化及前期10月西太平洋副高强弱变化,对华东地区冬季气温变化具有很好的指示性;春季南赤道海流区和西风漂流区海温异常变化,对华东地区冬季气温变化也具有很好的指示意义.     

The Prediction of winter surface air temperature

The author investigates the prediction of Northeast China’s winter surface air temperature (SAT),and first forecast the year to year increment in the predic-tand and then predict the predictand.Thus,in the first step,we determined the predictors for an increment in winter SAT by analyzing the atmospheric variability associated with an increment in winter SAT.Then,multi-linear re-gression was applied to establish a prediction model for an increment in winter SAT in Northeast China.The pre-diction model shows a high correlation coefficient (0.73) between the simulated and observed annual increments in winter SAT in Northeast China throughout the period 1965-2002,with a relative root mean square error of -7.9%.The prediction model makes a reasonable hindcast for 2003-08,with an average relative root mean square error of -7.2%.The prediction model can capture the in-creasing trend of winter SAT in Northeast China from 1965-2008.The results suggest that this approach to forecasting an annual increment in winter SAT in North-east China would be relevant in operational seasonal forecasts.     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

中国冬季地面气温10～30d低频变化及其与乌拉尔山环流的关系

基于国家气象信息中心冬季(12月—次年2月)逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用非滤波方法提取10~30 d低频成分,分析了1979—2011年中国低频气温及与之关联的大气环流特征,着重讨论了乌拉尔山环流对中国冬季地面低频气温的影响。结果表明:1)全国气温第一模态呈现全国大部偏冷(暖)的空间分布型;典型年气温10~30 d低频方差贡献率占30%以上。2)北大西洋到极地、乌拉尔山及贝加尔湖地区环流异常与中国冬季气温异常显著相关。当极涡偏弱或北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)正异常,乌拉尔山地区高压脊偏强时,有利于地面贝加尔湖附近的冷高压加强,使中国冬季气温偏冷;反之亦然。3)中国冬季低频气温与乌拉尔山环流密切相关,且当乌拉尔山环流异常超前约15 d时,两者相关关系最好。即乌拉尔山高度场的加强有利于乌拉尔山高压脊及西伯利亚高压加强,对应东亚冬季风加强,导致中国冬季气温偏低。     

春季东大西洋/西俄罗斯遥相关型异常与我国气温异常的联系

利用1979—2017年逐月中国160站气温资料和美国NCEP-DOE再分析资料,研究了春季东大西洋/西俄罗斯(East Atlantic/West Russia, EATL/WRUS)遥相关型异常与我国气温异常的联系,并初步探讨了这一联系的可能物理机制。研究结果表明,春季EATL/WRUS遥相关型正(负)位相表现为北大西洋至欧亚大陆中高纬地区的500 hPa位势高度场“+-+”(“-+-”)纬向波列,该波列的三个主要活动中心分别位于西欧、乌拉尔山附近和贝加尔湖南侧。在垂直方向上,春季EATL/WRUS遥相关型具有明显的相当正压结构。春季EATL/WRUS遥相关型异常与我国西北地区春季气温异常具有显著的正相关关系。当春季EATL/WRUS遥相关型处于正(负)位相年,乌拉尔山附近地区为负(正)位势高度异常和气旋性(反气旋性)环流异常,贝加尔湖南侧地区出现正(负)位势高度异常和反气旋性(气旋性)环流异常,使得影响我国西北地区的冷空气减弱(加强),从而导致我国西北地区春季气温异常升高(降低)。