冬春季东亚气溶胶流出通量年际变率的相关环流异常分析

本文使用戈达德对地观测系统（Goddard Earth Observing System,GEOS）全球三维大气化学传输模式GEOS-Chem模拟了气象场驱动下1986~2006年冬春季东亚到太平洋区域气溶胶的流出通量,分析了流出通量的年际变率及其相关的环流异常。结果表明,偏多（少）的东亚气溶胶流出对应东北亚-西太平洋区域（Northeast Asia-western Pacific,NAWP）500 hPa定常波负值中心强度变强（弱）。NAWP区域500 hPa位势高度场负（正）异常还可能造成气溶胶流出路径的变化,即更多（少）的气溶胶相对于气候态偏北5~10个纬度的路径向太平洋区域传输。这种位势高度场上的异常伴随着对流层中低层西风和大气斜压性异常,从而引起东亚到太平洋区域气溶胶流出通量及其路径的年际变化。     

华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。     

中国华南春季季风及其与大尺度环流特征的关系

定义了中国华南春季季风，并用NCEP／NCAR再分析资料研究了春季风的气候特征以及春季风降水和大尺度环流在年际变化上的关系。结果表明，从降水和大气环流的变化来看，华南春季风在气候上发生于4月和5月；与华南春季风相联系的大气环流特征与夏季风和冬季风所对应的大气环流特征完全不同。华南春季风降水的年际变化主要与太平洋北部的异常环流相关联，而这种异常环流又与亚洲北部的西风急流和极地涡旋有联系；华南春季风降水的年际变化还与太平洋的海表温度异常有关；而亚洲热带大气环流的年际变化与华南春季风降水的变化关系不大。     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation, AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。     

我国南方春季低温冷害气候及其大气环流特征

利用我国南方6省45个站1951－1995年2－4月的月平均气温资料分析该地区春季低温冷害气候特征，发现有7个低温冷害年，1957，1968，1969，1970，1984，1985和1988年，最严重的年份是1968和1988年，严重低温冷害主要发生在3，4月份，严重低温冷害最为频繁的地区是江南南部，南方春季低温冷害年际变化有着明显的阶段性和群发性，80年代我国南方春季低温冷害频繁，50年代次之，60，70年代较少，90年代前期几乎没有，典型的春季低温和高温年份，严洲中高纬度大气环流，西太洋平洋副热带高压以及太平洋热带海洋状况都有显著的差异，特别是，亚洲极涡，纬向环流指数，西太平洋副热带高压比界位置及太平洋暖池的海表面温度等因子均通过了95％（90％）信度水平检验。     

春季南支槽的年代际变化及其与降水、大气环流的关系

由于春季青藏高原动力作用在其南侧形成南支槽,南支槽年代际变化的异常,可能与中国降水异常有密切的关系。利用NCEP/NCAR月平均再分析资料和中国596个测站月降水资料,采用突变检验、合成分析等方法,分析了1950 2014年春季南支槽的强度和东、西位置的年代际变化特征,探讨了两者与同期中国降水年代际异常及环流背景场的关系。结果表明:春季南支槽的强度和位置都具有显著的年代际变化特征,南支槽强度在20世纪70年代末期有一次强弱突变过程,位置在90年代初期发生了明显的由东向西移动的转折,分别选取强度和位置突变前后的时间段进行分析,得到春季南支槽强度突变前(后),南支槽越强(弱),位置突变前(后),南支槽越偏东(西),会出现黄河流域、长江中下游及其以北和以南的大部分地区降水偏多(少),而青藏高原及其周围地区降水偏少(多)的现象,从两者突变前后与大气环流、垂直运动和水汽条件的显著关系能够合理地解释突变前后降水差异的原因。在此基础上,总结了春季南支槽年代际尺度与中国降水、大气环流的概念模型,可为中国春季的气候变化和气候预测提供更多的科学依据。     

华南春季降水的年代际变化及其与大气环流和海温的关系

利用1960—2010年中国降水资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA提供的海表温度资料以及太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)指数,分析了华南春季降水的年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华南春季降水经历了偏少(1960—1971年)—偏多(1972—1992年)—次偏少(1993—2010年)三个阶段。第一阶段少雨期,500 hPa上西风气流较平直,不利于北方冷空气南下,华南地区的暖气团也不活跃,对应的水汽通量散度为异常辐散。第二阶段多雨期,500 hPa高度上,高原北部脊偏强,利于冷空气南下,与华南地区活跃的暖湿气团汇合,对应的水汽场上为水汽异常辐合。第三阶段少雨期,500 hPa西风气流上的槽脊系统偏强,利于北方强冷空气南下,孟加拉湾地区的南支槽填塞,南方暖湿空气向华南的输送减弱。华南春季降水与PDO指数存在正相关关系,从不同季节来看,在年代际时间尺度上,前期秋季的PDO指数与华南春季降水的正相关显著,PDO处于负位相时,华南春季降水偏少,反之亦然;从华南春季降水年代际变化的不同阶段来看,PDO指数与华南春季降水的正相关在1960—1971年少雨期较显著。     

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。     

山东夏季降水年际优势模态及对应大气环流特征

本文基于1962-2016年山东省降水资料和JRA-55再分析资料,利用EOF、相关分析和合成分析等方法,研究了山东夏季降水年际分布型态及对应的大气环流形势。结果表明:山东夏季降水的年际型态主要分为全区一致型、西北-东南型和东北-西南型模态。在全区一致偏多(少)年,蒙古高原和日本海呈“东高西低”(“西高东低”)的环流结构,东亚地区有“-+-”(“+-+”)分布的类似EAP遥相关型经向波列,阿拉伯海、孟加拉湾和菲律宾低层为异常反气旋式环流。在西北多(少)—东南少(多)年,乌拉尔山阻塞高压和鄂霍次克海阻塞高压活动加强(减弱),沿高空急流轴自西向东有类似“丝绸之路”遥相关型的波列。在东北多(少)—西南少(多)年,在欧亚大陆中西部有“+-”(“++”)东北-西南向异常波列,热带地区为东(西)风异常。另外,西太平洋副热带高压的南北位置主要影响第一模态、西伸东退主要影响第二模态;三个模态的东亚急流在山东及其附近区域都有位于急流轴南北两侧的偶极子异常结构,但异常中心的位置有所差异。这些结论有助于进一步认识山东夏季降水异常及其环流特征,从而为预测提供参考依据。     

The Influence of Tibetan Plateau on the Interannual Variability of Atmospheric Circulation over Tropical Pacific

ＴｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕｏｎｔｈｅＩｎｔｅｒａｎｎｕａｌＶａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｏｖｅｒＴｒｏｐｉｃａｌＰａｃｉｆｉｃＷｕＡｉｍｉｎｇ（吴爱明）ａｎｄＮｉＹｕｎｑｉ（倪允琪...     

Large-scale Circulation Anomalies Associated with Interannual Variation in Monthly Rainfall over South China from May to August简

Interannual variation in summer rainfall over South China （SC） was investigated on the monthly timescale.It was found that monthly rainfall from May to August exhibits different features of variation,and the amounts are basically independent of each other.There is a significant negative correlation,however,between May and July SC rainfall,which is partially related to the developing phases of ENSO events.It was also found that stronger （weaker） lower-tropospheric winds over SC and the upstream parts are responsible for more （less） SC rainfall in every month from May to August.Despite this monthly consistent enhancement of horizontal winds,the wind anomalies exhibit distinct differences between May-June and July-August,due to the remarkable change in climatological winds between these two periods.More SC rainfall is associated with a lower-tropospheric anticyclonic anomaly over the SCS and the Philippine Sea in May and June,but with a cyclonic anomaly centered over SC in July and August.     

中国东北地区冬季气温变化特征及其大气环流异常的关系

利用1957-2010年冬季中国东北地区90站气温资料,应用REOF和聚类分析方法将东北划分为南、北两个冬季气温变化子区,分析讨论其冬季气温的变化趋势和冷暖异常特征,及其与主要环流指数之间的同期和滞后关系。使用向后去除变量选择法,选取最优预测因子,并建立了全区和各子区的回归统计模型。结果表明：东北冬季增温较明显,平均上升速率达到0. 45 ℃/ 10 a,北部略高;与同期欧亚纬向环流指数之间存在着较显著相关;前期8月东太平洋副热带高压面积指数、前期10月亚洲区极涡面积指数和前期8月北半球极涡面积指数与东北冬季气温存在着显著相关,复相关系数达到0.70,并且是回归方程最关键预测因子。在对冷、暖冬预测时,可以把选定时段和区域副热带高压和极涡面积指数作为重要的影响因素,且误报率较低。     

Climate change in terms of modes of atmospheric variability and circulation regimes over southern South America

The simulated low-frequency variability patterns of the atmospheric circulation, ranging from interannual to interdecadal timescales, are studied in an area encompassing southern South America. The experiment is a transient simulation performed with the IPSL CCM2 coupled global model, in which the greenhouse forcing is continuously increasing. The main modes of low-frequency variability are found to remain stationary throughout the simulation, suggesting they depend more on the internal dynamics of the atmospheric flow than on its external forcing. Inspection of the circulation regimes that represent the more recurrent patterns at interannual and interdecadal timescales showed that climate change manifests itself as a change in regime population, suggesting that the negative phase of the Antarctic Oscillation-like pattern becomes more frequented in a climate change scenario. Changes of regime occurrence are superimposed to a positive trend whose spatial pattern is reminiscent of the structure of the Antarctic Oscillation-mode of variability. Moreover, it resembles the spatial patterns of those regimes that show a significant change in population. The change in regime frequencies of the circulation patterns of low-frequency variability are in opposite phase with respect to the trend, thus, the behaviour of these patterns of variability, superimposed to a changing mean state, modulates the climate change signal. The analysis of the high frequencies, in terms of recurrent patterns representing intraseasonal and synoptic-scale of variability, shows no significant changes in regime characteristics, concerning both spatial and temporal behaviour.     

江南春季连阴雨的频数特征及其前期环流信号

围绕发生在江南地区的春季降水,旨在分析江南春雨发生频数的主要特征及其与前期的副热带急流和温带急流的联系。结果表明,江南春雨以持续4 d及以上的连阴雨为主(简称春季连阴雨),主要发生在13—27候,分布于(22.5~30 °N,105~120 °E)的江南地区。春季连阴雨发生频数在江南地区整体呈减少趋势,年际变率全场差异不大。江南春季连阴雨的主要时空异常模态表现为全场一致变化,其时间序列以年际变率为主并呈现多时间尺度特征。从前期信号来看,第13候(即春雨发生时)的前10天至前35天内,当持续存在偏弱的温带急流和偏北的副热带急流共同配置时,有利于春雨期连阴雨事件的发生。     

中国南方春季降水年际变化强度的年代际变化及其与海温异常的联系

基于1979—2014年中国756个站逐月降水资料,以及ERA-interim再分析资料、哈德莱中心的逐月海表温度资料,通过EOF和相关分析等统计方法,研究了1979—2014年中国南方春季降水年际变化强度的年代际变化,以及与之相关联的环流特征和海温异常信号。结果表明:中国南方春季降水年际变化强度的空间分布在不同的年代有着明显的差异,1979—1994年间,华南(SC)春季降水的年际变化强度较大,这与该段时间内春季西太平洋海表温度异常(SSTA)以及前期冬季南太平洋海温三极子(SPT)年际变化强度较大有关,西太平洋(WP)的冷(暖)SSTA会在局地激发出异常的下沉(上升)运动以及反气旋性(气旋性)环流,并通过一个垂直环流,使得华南地区出现异常的上升(下沉)运动,导致华南地区春季降水增多(减少),前冬的SPT则通过影响春季WP的SSTA从而间接影响华南的春季降水。而1995—2006年间,则是长江中下游地区(YZR)春季降水的年际变化强度更强,这可能是与这一时期年际变化加强的春季南印度洋偶极子(SIOD)有关,春季SIOD为正(负)位相时,副高异常偏强(弱)、偏西(东),有(不)利于太平洋上的水汽向长江中下游地区输送,同时中高纬西伯利亚高压脊偏弱(强),东亚大槽较浅(深),干冷空气偏北(南),使得长江中下游地区降水偏多(少)。     

Onset of southwesterly wind over eastern China and associated atmospheric circulation and rainfall

Using the 5-day averaged data from the National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis, and precipitation from rain gauge stations in China for the period 1981–2000, we investigated seasonal variations and associated atmospheric circulation and precipitation of the southwesterly wind over eastern China. The southwesterly wind over eastern China begins earliest over southeastern China and strengthens gradually from spring to the early summer, as it extends northward. The strengthening of the spring southwesterly wind, the tropospheric upward motion, and the convergence of low-level water vapor over southeastern China results in the beginning of the local rainy season. The beginning of the Mei-yu (Plum rainfall) is connected with the northward march of the southwesterly wind. The southwesterly wind reaches the valley of the Yangtze River in the early summer and northern China in the middle summer. This signifies an onset of the large-scale southwesterly wind over eastern China. Accordingly, the rain belt over southeastern China moves to the valley of the Yangtze River in the early summer and to northern China in the middle summer. Moreover, the southerly wind extends southward to the South China Sea from the spring to summer, though it does not stretch from the South China Sea to southeastern China at those times. The strengthening of the southerly wind over southeastern China is associated with a weakening/strengthening of the eastward/westward subtropical tropospheric temperature gradient between southwestern China and the western North Pacific. The developments of a low-pressure system over southwestern China and the subtropical high-pressure system over the western North Pacific may contribute to the strengthening of the southwesterly wind. A northward advance of the high-pressure system favors the southwesterly wind stretching from southeastern China to northern China. The onset of the Indian summer monsoon also strengthens the summer southwesterly wind over eastern China.     

热带太平洋低层环流主模态与东亚大气环流的可能联系

利用1958—2001年NCEP/NCAR再分析资料,探讨了热带太平洋(100°E~60°W,10°S~10°N)10 m风场的时空变化特征及其与东亚大气环流的可能联系。结果表明:1)热带太平洋风场异常存在两种主模态,第一模态对应中西太平洋一致的西(东)风异常,关于赤道呈准对称分布,与ENSO(El Nio-Southern Oscillation)暖(冷)位相时风场的分布对应;第二模态则关于赤道呈反对称分布,西北太平洋存在显著的反气旋(气旋)式环流,中太平洋异常西风不再位于赤道上,而是南移到了10°S左右,对应ENSO暖(冷)位相向相反位相转换时的风场分布特征。2)两模态时间系数的主振荡周期不同,与ENSO循环的位相关系也不同。研究发现,当两模态呈正(负)位相分布时,贝加尔湖南侧(South to Lake Baikal,SLB)容易发生持续的高压(低压)异常环流。3)两模态与SLB异常环流的联系途径不同。第一模态正位相对应热带中东太平洋大范围暖海温引起的二极型Walker环流异常,SLB异常高压不仅能通过东亚沿岸北风和南海低槽的作用促进第一模态的前期发展,还对其后期维持起重要作用。负位相时,情况相反。该环流系统既与热带中东太平洋大范围垂直运动有关,还与邻近的中国东南沿海低层异常辐合有关;第二模态则对应热带西太平洋及东印度洋为主、大西洋为辅的暖海温引起的热带四极型Walker环流异常。此时热带西太平洋到东印度洋局地偏强的经圈Hadley环流可能是SLB异常环流维持的主要原因。     

江淮夏季降水异常与西印度洋地区大气环流异常的关系

运用NCEP/NCAR再分析资料和中国气候中心整编的160站月平均降水资料应用经验正交函数、线性相关分析等,分析了江淮地区夏季降水异常特征及其与西印度洋区域大气环流年际异常关系的变化及其可能的机理。结果表明:当500 hPa中纬度低槽活动偏多(少),西太平洋副热带高压偏强(弱),东亚夏季风偏强(弱)时,江淮地区降水偏多(少)。进一步分析还发现西印度洋上空的垂直环流与江淮夏季降水存在较好的关系,但这种年际异常之间的联系受到背景场的影响明显:1979—1993年西印度洋垂直上升运动与江淮夏季降水的变化趋势基本相反,两者线性相关系数为-0.43;1994—2010年两者的变化趋势基本一致,相关系数达0.71。即当西印度洋地区存在环流异常下沉(上升)时,西太平洋副热带高压通常异常减弱东退(增强西伸),副热带季风减弱(增强),有利于雨带偏南(北)。因此,在西太平洋副热带高压和副热带季风年代际偏强(弱)阶段,西印度洋环流与江淮夏季降水呈负(正)相关。