山东春季极端低温与前冬北大西洋海温的关系

基于1961—2018年山东122个国家级气象站逐日气温资料,计算3个极端低温指数,发现利用日最低气温24 h降温幅度定义的极端低温事件发生频率可以更好地反映山东春季极端低温特征。在此基础上利用ERA-Interim逐月再分析资料和Hadley海温数据分析山东春季极端低温事件发生频率时空分布特征及大气环流异常特征。结果表明：(1)山东春季极端低温事件发生频率具有多时间尺度变化特征;(2)山东春季典型极端低温年500 hPa位势高度距平场中高纬呈现出明显的波列结构;(3)格陵兰岛以南的北大西洋是垂直波作用通量传输的关键区,在该关键区低层能量向上传输,传输到高层的能量向外频散,有利于山东地区春季极端低温的维持和加强;(4)前冬北大西洋海温“三极子”模态与山东春季极端低温事件发生频率显著正相关,海温“三极子”模态异常激发出欧亚波列,导致贝加尔湖地区500 hPa高空槽加深加强,受槽后冷空气影响,山东春季极端低温事件频发。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加...     

20世纪90年代以后华北初春低温增强和北大西洋海温关系

本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋“马蹄型”海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量有着较密切的相关关系,1997年以后北大西洋地区的500 hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法（Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA）证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“马蹄型”海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。     

春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

中国东北冬季极端低温的年代际变化及其成因

利用JRA-55再分析资料和中国824站日最低气温数据,分析了1961—2013年冬季中国东北地区极端低温的年代际变化及其动力成因。结果表明:东北冬季极端低温1980s中期前频发,1980s后期到2000s初少发,2000s后恢复多发。这与贝加尔湖阻塞高压频次偏多—偏少—偏多的同步年代际变化直接相关,与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和准定常行星波活动的年代际振荡相联系。相比于1980s中期前,1988—1999年期间行星波沿极地波导向平流层的传播减弱,引起高纬度平流层下层E-P通量辐合变弱;而行星波沿低纬波导往副热带对流层上层的传播增强,造成副热带对流层中上层E-P通量辐合增强。行星波E-P通量散度的异常由于波—流相互作用,分别导致了极夜急流加强、副热带急流减弱,因而AO增强,不利于贝湖阻高建立和环流经向型发展,极端低温减少。2000—2013年,行星波活动相反,导致AO减弱,贝湖阻高多发,极端低温恢复增多。     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

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。     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料,研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明,夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列,引起贝加尔湖地区位势高度升高,产生反气旋性环流异常,并引起东亚地区位势高度降低,产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部,在两者的共同作用下,受异常偏北气流影响,有利于冷空气南下和堆积。与此同时,对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南,西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低,反之亦然。     

近60年华北春季干旱特征及其与北大西洋海表温度的关系

利用观测资料统计分析和CAM5.3数值模拟相结合的方法,基于标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析了1955-2018年华北地区春季干旱特征,并重点探讨了对北大西洋产生的影响.华北春季干旱的主要空间分布型为全区一致型,...     

云南冬半年极端低温事件与大气环流的关系

利用一种简化的识别方法,对1961-2019年云南冬半年区域性极端低温事件进行了判别和分析,结果表明：近59年来,云南区域性极端低温事件发生频次、累积强度和累积影响站次均呈现下降趋势,但近10年中,极端低温事件的发生频次、累积影响的站点数有所增长。云南区域性极端低温事件持续天数集中在1～4 d之间,冬半年的11月和3月发生概率较高;云南东部地区发生频率高,怒江以西的狭窄区域发生频率较低;进入20世纪80年代中以后,云南无三个季节均发生极端低温事件的年份;深秋时段极端低温事件出现的频率减少较快,近10年中没有发生。从环流特征分析来看,不同季节影响云南极端低温事件的大气环流有所不同：深秋高层300 hPa在北美大陆有Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场“西高东低”,850 hPa东北风引导冷平流南下引起云南深秋极端低温事件活跃;冬季的极端低温事件是由300 hPa北大西洋亚速尔群岛上空Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场“北高南低”,850 hPa中纬度东风引导冷平流东进影响;初春,300 hPa东北太平洋Rossby波东传经由斯堪的纳维亚半岛上空至东亚,500 h...     

北京极端低温事件的长期变化特征

利用1951—2008年北京逐日最低气温资料和新的气候极端事件阈值计算方法,对北京地区最低气温第10百分位阈值进行了计算,并分析了最低气温极端气候事件出现频率和寒冷程度的年际和年代际变化。结果表明,北京比较寒冷事件发生的频率和寒冷程度存在年代际变化,其变化趋势呈减少或减弱趋势,且在21世纪初发生了转变。北京地区最低气温的年代际变化存在13.3年和2.1年的主要变化周期。     

新疆春季降水与北大西洋海温关系的事实分析

首先计算了新疆的北疆、南疆和天山山区的春季降水量与北大西洋海温场的滞后和同期相关系数,发现新疆春季降水距平总体上与前一年7月北大西洋海温距平 (SSTA) 场相关最好。然后又采用奇异值分解 (SVD) 法找到了两场之间较好的对应分布型,并由实测资料得到验证。     

中国大范围极端低温事件的特征分析

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料和国家气象信息中心的观测站温度资料,分析了中国大范围极端低温事件的特征。基于强度、范围和时间3个条件定义了全国性极端低温事件,得到38个大范围极端低温事件(LECES),根据影响地域分为全国型、东部型、华南华北型、西北华南型、华北东北型5类,对比分析各类型事件的环流形势特征。结果表明：全国型LECES在发生前15 d左右存在前兆信号,乌拉尔山出现明显的阻塞形势,300 hPa高空急流呈正负纬向带状分布,急流增加,东亚季风强,西伯利亚高压增强,冷空气在亚洲北部堆积。在850 hPa上,西伯利亚地区为异常强大的反气旋,中国大部分地区受北风控制,这种高低空环流系统的配置和演变影响着我国,使中国发生极端低温天气。此外,与全国型LECES相比,其他型LECES在发生前5 d左右出现前兆信号,事件持续时间短,强度弱,且500 hPa高度场、海平面气压场的异常区域决定了LECES的类型。     

区域性极端低温事件的识别及其变化特征

区域性极端低温事件的客观识别方法主要包括4个部分:极端低温阈值的确定、极端低温事件空间区域的识别、空间区域的连续性过程提取和指标体系,结合个例分析验证了该方法在实际低温事件检测中的有效性。从空间分布和时间变化趋势等角度分析了近50年区域性极端低温事件的变化特征:区域性极端低温事件的发生频次较高的纬度带主要位于32°N和42°N附近,区域性极端低温事件的发生频次、强度和最大覆盖面积等存在总体减弱的趋势,在20世纪80年代后期存在显著的转折,90年代后期以来变化逐渐趋于平缓。此外,对各种单一指标与我国冷冻害造成的经济损失和受灾人口之间的相关分析,构建了体现区域性极端低温事件多方面影响的综合指标。     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

1951-2009年冬季北京极端低温事件变化分析

根据1951-2009年冬季北京观象台逐日最高、最低气温资料,对近59 a冬季北京极端低温事件的发生频次、强度进行了分析.结果表明,近59 a冬季北京极端低温事件呈减少趋势,且在1984年冬季存在气候突变点,1984年后为极端低温事件相对低发期;随着极端低温事件发生频次减少,强度也趋于减弱,20世纪80年代之后极端低温...     

增暖背景下新疆冷冬与极端低温事件的联系

为了客观准确地描述新疆冬季偏冷的特征,基于新疆99个国家气象观测站1981－2020年逐日最低气温、日平均气温和欧洲数值预报中心再分析资料（ERA5）逐日最低气温再分析资料,对于冬季气温异常偏低年、冷冬年、强冷冬年以及单站极端低温事件、区域性持续极端低温事件进行了识别。结果表明：1981—2020年,新疆区域冬季平均气温异常偏低年与冷冬年有差异。新疆冬季单站极端低温事件总体呈减少趋势;12月和2月的出现频次高于1月,但12月减少速率大于2月,1月总体呈增加趋势。新疆共出现53次冬季区域性持续极端低温事件,其中,全疆型出现频次最高,北疆型次之,南疆型第三,山区型最少;出现频次最多的是持续10～15 d的事件;新疆冬季区域性持续极端低温事件发生频次减少,但单站事件持续时间并没有明显减少,而且影响范围在扩大。当冬季极端低温事件出现频次高、持续时间长时,50%以上的测站出现冷冬（强冷冬）时,区域内冬季平均气温一致偏低的概率较大;当冬季极端低温事件出现频次低、持续时间在10d以内时,出现冷冬的测站很少或没有,冬季平均气温一致偏低的概率较小。