欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响 II.数值模拟

基于观测分析的结果 ,采用NCARCCM2模式 ,设计了三组数值试验方案 ,研究了积雪的异常分布对冬季大气环流的影响及其可能的物理过程。结果表明 ,数值模拟与观测分析所得结果一致 ,冬季积雪的异常分布 ,通过积雪的辐射冷却效应 ,可以改变地表的热状况以及地表对大气加热的异常 ,引起大气温度、位势高度场的调整 ,激发冬季大气EUP遥相关型 ,导致东亚冬季风环流的异常     

欧亚冬季雪盖对北半球夏季大气环流的影响及其与东亚太平洋型遥相关的可能联系

利用NOAA的欧亚大陆冬季月平均雪盖面积资料和中国气象局的北半球夏季500 hPa高度场资料进行统计分析,发现欧亚大陆冬季雪盖面积异常可以激发北半球夏季积雪强迫型遥相关,它具有显著的准4年周期。在准4年时间尺度上,建立了积雪强迫型遥相关和东亚太平洋型遥相关的可能联系,推测了准4年循环中的可能作用过程。     

春季欧亚积雪异常影响中国夏季降水的数值试验

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.1版本模式,研究了欧亚大陆春季积雪异常对北半球大气环流和中国夏季降水的影响。结果表明,春季积雪异常通过改变其后夏季的土壤湿度和温度分布,造成对流层厚度场的异常,激发一个从欧洲西部到东亚的500 hPa高度场异常波列。我国南、北方处于符号相反的高度场异常区,同时降水也呈现南北相异的态势,这表明春季欧亚积雪异常是影响我国夏季降水分布的一个重要因子。     

中国冬季积雪特征及欧亚大陆积雪对中国气候影响

该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展,包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化,中国冬季降雪特征,气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响,外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布,引起大气环流异常,进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果,对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明,CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。     

中国东北南部冬季气温异常及其大气环流特征变化

该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上，利用NCEP/NCAR再分析资料，探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征。发现:东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期，60年代达到低谷，80年代中期以后一直处于暖期，90年代为49年来最暖期，1986年是由冷转暖的明显突变点；气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期；东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好，是49年全国增暖最显著的地区之一；冷、暖冬年，欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异，西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。     

青藏高原冬季雪盖异常与冬夏季风变异 及其相互联系的物理诊断研究

利用1955～1993年各种类型青藏高原冬季异常积雪资料的综合再分析结果,首次分析、阐明并讨论了青藏高原雪盖异常与中纬度大气环流的关系及其对低纬热带大气和海洋的影响。结果表明,高原冬季雪盖异常影响东亚冬季风的异常,进而通过东亚Hadley环流引起南海南部积云对流活动的异常,结果造成赤道太平洋纬向风出现变异并引发SSTA位相和副高活动及夏季风强度的显著不同,由此对我国夏季风雨带分布产生影响。最后给出青藏高原冬季雪盖异常可能对我国夏季风影响的一个初步模型。这对于进一步认识和揭示雪盖-环流-SST-雨带的相互联系及其可能的“隔季相关”机制具有重要意义     

Autumn Snow Cover Variability over Northern Eurasia and Roles of Atmospheric Circulation

This study analyzes the variability of northern Eurasian snow cover(SC) in autumn and the impacts of atmospheric circulation changes. The region of large SC variability displays a southward shift from September to November, following the seasonal progression of the transition zones of surface air temperature(SAT). The dominant pattern of SC variability in September and October features a zonal distribution, and that in November displays an obvious west–east contrast. Surface air cooling and snowfall increase are two factors for larger SC. The relative contribution of SAT and snowfall changes to SC, however, varies with the region and depends upon the season. The downward longwave radiation and atmospheric heat advection play important roles in SAT changes. Anomalous convergence of water vapor flux contributes to enhanced snowfall.The changes in downward longwave radiation are associated with those in atmospheric water content and column thickness.Changes in snowfall and the transport of atmospheric moisture determine the atmospheric moisture content in September and October, and the snowfall appears to be a main factor for atmospheric moisture change in November. These results indicate that atmospheric circulation changes play an important role in snow variability over northern Eurasia in autumn. Overall, the coupling between autumn Eurasian snow and atmospheric circulation may not be driven by external forcing.     

欧亚积雪异常分布对冬季大气环流的影响I. 观测研究

利用ECMWF 1979～1993年2.5°×2.5°的网格点积雪深度资料、中国气象局整编的海平面气压、500 hPa高度场和NCEP再分析资料,探讨了欧亚冬季积雪异常对同期大气环流的影响.结果表明:(1) 欧亚中高纬冬季积雪面积与同期大气环流具有密切的联系:积雪面积为正(负)异常时,冬季500 hPa高度场对应正(负)欧亚-太平洋(简称EUP)遥相关型,东亚冬季风活动偏强(弱).(2)诊断结果表明,积雪异常与大气环流之间的密切联系在一定程度上反映了冬季积雪的异常分布可能对大气EUP遥相关型和东亚冬季风活动产生影响.(3)SVD分析得到的冬季积雪的异常分布与同期大气环流的耦合模态,证实了前面所得结果.     

Individual Variations of Winter Surface Air Temperature over Northwest and Northeast China and Their Respective Preceding Factors

Based on monthly mean surface air temperature （SAT） from 71 stations in northern China and NCEP/ NCAR and NOAA-CIRES （Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences） twentieth century reanalysis data, the dominant modes of winter SAT over northem China were explored. The results showed that there are two modes that account for a majority of the total variance over northern China. The first mode is unanimously colder （warmer） over the whole of northern China. The second mode is characterized by a dipole structure that is colder （warmer） over Northwest China （NWC） and warmer （colder） over Northeast China （NEC）, accounting for a fairly large proportion of the total variance. The two components constituting the second mode, the individual variations of winter SAT over NWC and NEC and their respective preceding factors, were further investigated. It was found that the autumn SAT anomalies are closely linked to persistent snow cover anomalies over Eurasia, showing the delayed effects on winter climate over northern China. Specifically, the previous autumn SAT anomalies over the Lake Baikal （LB; 50-60°N, 85-120°E） and Mongolian Plateau （MP; 42-52°N, 80-120°E） regions play an important role in adjusting the variations of winter SAT over NWC and NEC, respectively. The previous autumn SAT anomaly over the MP region may exert an influence on the winter SAT over NEC through modulating the strength and location of the East Asian major trough. The previous autumn SAT over the LB region may modulate winter westerlies at the middle and high latitudes of Asia and accordingly affects the invasion of cold air and associated winter SAT over NWC.     

冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响

通过对23个冬季,欧亚积雪与北太平洋风暴轴区域500 hPa天气尺度滤波位势高度方差进行奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析,研究了冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响.结果表明,冬季欧亚积雪面积正异常时,北太平洋风暴轴主体位置南压,并且中心强度减弱;积雪面积负异常时,结果相反.进一步的分析显示,欧亚雪盖面积异常所导致的冷却效应异常通过改变欧亚大陆及其下游北太平洋上空的高度场,进而改变东亚急流和斜压性,从而对北太平洋风暴轴产生影响.     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

东北三省冬季气温变化的有关研究进展

 通过简要回顾中国学者有关东北三省冬季气温变化的研究成果,概括分析了近百年或近几十年时间尺度平均气温及最高、最低气温年际、年代际变化的基本特征,综述了与冬季气温年际、年代际变化相关的各类海-气环流因子。近百年来,东北冬季气温上升,1987年前后发生增暖突变;北极涛动、西伯利亚高压、东亚冬季风等是影响东北冬季气温年际变化的主要因子;北极涛动、东亚冬季风、东亚中高纬环流型等的持续性是冬季气温年代际变化的主要因子。对多种变化特征集中出现的20世纪70年代末的气候变化值得深入探讨,也有必要在整个东北三省的范围内,深入开展冬季气温预测方法的系统研究。另外,测站气温序列的非均一性问题也应引起足够重视。     

冬季高原积雪和欧亚积雪对我国夏季旱涝不同影响关系的环流特征分析

冬季高原积雪和欧亚积雪异常对我国夏季旱涝有一定的影响作用,但是它们与我国夏季降水的相关分布基本上是相反的.通过冬季积雪与北半球500hPa高度场的相关分析,从春季和夏季平均环流场对前期冬季高原积雪和欧亚积雪异常的不同响应,来探讨冬季高原积雪和欧亚积雪与我国夏季降水不同相关关系的原因,也为积雪因子在我国汛期旱涝预测中的应用提供一定的物理基础.     

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。     

Eurasian Snow Cover Variability and Its Association with Summer Rainfall in China

This study investigates the statistical linkage between summer rainfall in China and the preceding spring Eurasian snow water equivalent (SWE), using the datasets of summer rainfall observations from 513 stations, satellite-observed snow water equivalent, and atmospheric circulation variables in the NCEP/NCAR re-analysis during the period from 1979 to 2004. The first two coupled modes are identified by using the singular value decomposition (SVD) method. The leading SVD mode of the spring SWE variability shows a coherent negative anomaly in most of Eurasia with the opposite anomaly in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia. The mode displays strong interannual variability, superposed on an interdecadal variation that occurred in the late 1980s, with persistent negative phases in 1979--1987 and frequent positive phases afterwards. When the leading mode is in its positive phase, it corresponds to less SWE in spring throughout most of Eurasia. Meanwhile, excessive SWE in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia, summer rainfall in South and Southeast China tends to be increased, whereas it would be decreased in the up-reaches of the Yellow River. In recent two decades, the decreased spring SWE in Eurasia may be one of reasons for severe droughts in North and Northeast China and much more significant rainfall events in South and Southeast China. The second SVD mode of the spring SWE variability shows opposite spatial variations in western and eastern Eurasia, while most of the Tibetan Plateau and East Asia are in phase. This mode significantly correlates with the succeeding summer rainfall in North and Northeast China, that is, less spring SWE in western Eurasia and excessive SWE in eastern Eurasia and the Tibetan Plateau tend to be associated with decreased summer rainfall in North and Northeast China.     

东北地区冬季气温与北极涛动年代际关系研究

利用中国160站气温资料、北极涛动指数资料及关国NCEP／NCAR再分析资料中月平均海平面气压场、高度场、风场资料，分析了东北地区冬季气温、冬季北极涛动的年代际特征及其关系。结果表明：在年代际时间尺度上，两者之间存在显著正相关。冬季北极涛动处于低（高）指数期，东北冬季气温为持续冷冬（暖冬）期。可能影响机制是：在地面，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，西伯利亚高压增强（减弱），亚洲大陆偏北冬季风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期；在对流层中层，冬季北极涛动处于低（高）指数期时，东亚大槽加深（减弱），贝加尔湖以西以北脊增强（减弱），环流呈经向（纬向）型发展，东北对流层中层偏北风增强（减弱），东北为持续冷冬（暖冬）期。     

欧亚大陆中高纬积雪消融异常对东北夏季低温的影响

利用美国冰雪资料中心提供的1979~2007年月平均积雪水当量资料、NCEP/NCAR的逐月再分析资料 以及中国743站的逐日气温资料,讨论了欧亚中高纬春季融雪异常分布与中国东北夏季温度的联系及其可能的影响机理。结果表明:欧亚大陆中高纬西部春季融雪偏多、东部春季融雪偏少时,我国东北夏季易出现低温。春季东部融雪量少,导致夏季剩余积雪偏多;夏季积雪融化吸热增多,加上后期的土壤湿度增加会导致该地区夏季温度异常偏低,高度场下降,500 hPa上欧亚中高纬东部的长波槽加深,槽后偏北气流加强;来自极地的冷空气容易入侵东亚中高纬地区,引起我国东北夏季低温。     

欧亚大陆积雪与2010年中国春末夏初降水的关系

利用欧亚大陆地区的积雪覆盖日数资料、中国160个台站逐月降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,采用奇异值分解(SVD)方法和数值试验研究了欧亚大陆2-4月积雪与后期5-6月中国降水的关系。结合2010年积雪和降水的分布特征可以发现,SVD第二模态基本反映了2010年积雪异常与降水异常的时滞耦合关系。欧亚大陆积雪在欧洲、青藏高原东部和东亚地区异常偏多时,我国华南降水增多,长江中下游降水减少,欧亚大陆东、西部积雪异常偏多与后期中国华南降水存在正相关关系。根据统计分析得到的空间分布特征和积雪参数的观测数据,选用大气环流模式CAM3.1进行数值试验,模拟结果与统计分析结果比较一致。积雪异常通过反照率效应和水文效应引起地表及其上的大气热力状况异常,进而引起位势高度场、风场等各个大气环流要素场的调整,导致后期华南降水异常偏多。欧亚大陆积雪异常很可能是2010年春末夏初华南降水异常的一个重要诱发因子。     

中国春季降水异常及其与热带太平洋海面温度和欧亚大陆积雪的联系

利用降水观测资料, 研究了1979～2004年中国春季 (3～5月) 标准化累积降水异常的时空特征及其与前冬、 春热带太平洋海面温度和春季欧亚大陆积雪的关系。中国春季标准化累积降水量EOF第一模态最大变率位于中国东部中纬度地区, 主要反映了中国东部中纬度地区春季降水的变化特征。同时, 中国东部春季降水异常具有南、 北反相变化的特征。当长江以南大部分地区的降水偏少时, 长江以北地区的降水偏多。春季降水异常具有显著的年际变化, 但在1980年代末出现年代际转型, 即年际变化的振幅明显增大变强、 周期变长。从华北到长江流域中纬度地区的春季降水异常特征与前冬热带太平洋海面温度有密切的关系。当前冬、 春热带东太平洋海温偏暖, 西太平洋海温偏冷时, 中国东部从华北到长江流域中纬度地区的春季降水偏多, 反之亦然。虽然当春季欧亚大陆楚科奇半岛和青藏高原积雪偏多, 贝加尔湖到中国东北地区的积雪偏少时, 对应着中国东部从华北到长江流域中纬度地区的降水偏多, 但当去掉ENSO信号后, 这种关系并不显著。说明EOF第一模态所反映的中国东部从华北到长江流域中纬度地区春季降水与欧亚大陆积雪的相关关系可能是前冬热带太平洋海面温度异常的一个体现。     

冬季欧亚型遥相关候时间尺度异常特征及其对我国天气的影响

本文利用NCEP/NCAR全球逐日再分析资料,确定了冬季欧亚（EU）型遥相关逐候指数持续性异常的标准,继而分析了EU指数持续性异常的特征,探讨了对应时段的环流特征及其对我国冬季天气的影响。统计结果表明：1957—2010年的54个冬季共发生了26次异常过程;正、负异常过程各有三个高发时段分别为12月、1月第2—5候、2月第4候至3月第1候,以及12月第4—5候、1月前3候、2月第3候至3月第1候。选取200、850 hPa分别代表高低层大气,对异常过程合成分析后发现：指数异常时,高低层大气具有强的EU型特征;我国大部分地区的气温受EU指数异常影响,差异显著;黄河中下游、长江中下游及东南局部地区的降水差异显著;正异常过程中,受西伯利亚高压加强的影响,我国对流层低层盛行偏北风,温度普遍偏低,降水偏少;负异常过程相反。