基于卫星观测的辽东湾冰情统计分析

根据渤海6个海洋站的海冰监测及气温观测数据统计,终冰日及冰期可用来表征当年渤海冰情严重程度,在大多数年份冰情与终冰日早晚和冰期长短呈负相关。根据2006/2016年的辽东湾海冰面积及外缘线资料,分析了11年间辽东湾冰情的年变化特征,分析结果显示,辽东湾海冰受局地气温影响明显,两者呈较显著的负相关关系。分析结果发现,辽东湾海冰年际变化除受局地气候的影响外,还受太平洋副热带高压(简称副高)、极涡、东亚槽和欧亚环流等气候因子的共同调控,其中受太平洋副高北界位置指数、极涡面积指数、东亚槽强度指数、欧亚纬向环流指数影响最为显著,可作为辽东湾海冰预测的重要因子,此外北极海冰密集度也可以为预测当年冬季辽东湾每月冰情提供依据。     

200O～2001年冬季北半球大气环流变化对渤海气候及海冰的影响

本文通过对2000－2001年冬季（12－2月）大气环流特征的分析，尤其关于东亚大气活动中心的位置，强度的不同会造成渤海海域气候与冰情的差异，表明由于乌拉尔山和北太平洋两大高压脊的变化，造成亚洲极涡与东亚大槽的加强和减弱，并对渤海气温变化和海冰生消的影响起着直接作用。此外，分析还表明，前期拉尼娜现象可能是造成气候变化的重要原因之一。     

北极海冰与北半球大气环流及气温的相关性分析

利用NASA的北极海冰密集度资料(分辨率1.0°×0.25°,时间1979.10-2002.8)对冬季(12-2月)鄂霍次克海到白令海(42°-66°N、131°-158°W)的海冰场进行EOF分解,得到特征向量的空间分布及时间系数.利用NCEP再分析月资料(分辨率2.5°×2.5°,时间1979-2002年),采用合成分析的方法,分别对该区域海冰分布第一特征向量时间系数超过+0.5和低于-0.5年份做冬季500hPa高度、l000hPa高度、1000hPa气温的合成距平场.分析结果表明该区域的海冰分布与北半球中高纬度的大气环流和气温有显著的关系,同一模态下的海冰分布反位相时对应的大气状况也有明显的相反趋势.     

1997～98年冬季大气环流变化及中国近海海区天气气候特征

1997－98年发生了近百年最强的厄尔尼诺现象,本文对1997－98年冬季（12－2月）500hPa环流特征、东亚温带气旋活动及天气特征进行了分析．同时也对多年厄尔尼诺过程、非厄尔尼诺过程相对应的大气环流及天气特征做了对比分析．研究表明,厄尔尼诺年北半球500hpa环流30°N以南低纬地区位势高度偏高：中纬度的槽脊分布与多年平均有较大不同,东亚大槽偏弱,同时北美大槽减弱,北太平洋高压也减弱,西风环流指数偏强,西太平洋副热带高压西伸明显,强度偏强．中国东部沿海气旋分布特征为北部偏少,南部明显偏多：降水为东部沿海地区偏多明显;气温为南部海区出现高温的机率较大。     

福建初夏(7月)旱涝特征的对比分析

以全省25个代表站1960～2000年7月的降水资料和北半球500hPa高度资料、北太平洋海温的月平均资料为素材，首先标定典型旱涝年例，其次揭示降水的演变规律，最后对比分析典型旱涝年例的500hPa环流背景和海温特征，得出以下几点初步结论：1)福建初夏发生干旱年例和洪涝年例各约“十年二遇”；2)2a、5～7a、19a和9a的周期振动较为明显；3)北半球极涡偏弱(强)，乌拉尔山附近的阻塞形势较为明显(不够明显)，冷空气路径比较偏东(西)，西太平洋副高偏强(弱)偏南(北)，东亚中纬度高度场偏低(高)，太平洋中部槽加深(槽较浅)，东亚地区高、中、低纬的距平为“ - ”(“— —”)分布特征，在这环流形势的配置下，为福建初夏发生干旱(洪涝)提供有利的环流背景；4)黑潮区海温偏高(偏低)，而太平洋中东部赤道附近海域海温儡低(偏高)时，福建初夏易于发生干旱(洪涝)。     

秋季巴伦支海海温异常对冬季我国渤海冰情的可能影响

本文利用美国NCEP/NCAR逐月的再分析资料、HadISST海温、中国160台站气温和反映渤海冰情轻重的渤海冰情等级资料,研究了前秋巴伦支海海温异常对后期渤海冰情和东亚冬季风的影响,并对相关的物理过程进行分析。结果表明,前秋巴伦支海关键区海温与该区域海冰密集度呈显著的负相关,且具有较好的持续性,通过调节随后冬季向大气释放的热通量,引起后期环流变化。偏高(偏低)年冬季亚洲纬向环流偏弱(偏强),东亚大槽加深(减弱),东亚冬季风加强(减弱),我国东北、华北及西北地区地区显著偏冷(偏暖),这与冬季渤海海冰异常的强度和范围都偏大(小)及与之相联系的环流异常相一致。进一步的分析揭示了联系上游关键区海温变化与后期东亚地区气候异常的重要途径,前秋巴伦支海海温偏高会导致200 hPa高度场形成一个自西向东的波列形式,在东亚局地Hadley环流异常的作用下,加强了我国北方地区地表的北风异常。因此,前秋巴伦支海海温异常可以作为冬季渤海冰情的预报因子。     

东亚冬季气温的年际变化特征及其与海温和海冰异常的关系

通过谐波分析的方法,对东亚31个冬季(1980—2010年)的气温提取年际变化分量(周期小于8a部分)进行EOF分析。结果发现:在年际变化的时间尺度上,东亚冬季气温表现为高纬模态和低纬模态2个主要模态,它们一起可以解释总方差73%的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温变化的高纬模态相联系的大气环流表现为显著的北极涛动(AO)负位相分布,海平面气压场上西伯利亚高压和阿留申低压北移,对流层中层东亚大槽西移,高层西风急流向西北方向移动;副热带北太平洋和阿拉斯加湾的海表面温度(SST)变化呈偶极子振荡分布,这种准两年的周期振荡对这一模态的出现有一定的预示意义。而与气温变化的低纬模态相联系的大气环流表现为类AO正位相分布,与之相关的西伯利亚高压和阿留申低压南移,对流层中层东亚大槽东移,高层的西风急流则是向东南方向移动;赤道东太平洋的SST异常可能对这一模态的形成有一定的作用,而东亚近海的SST则更多是被动地改变。此外,海冰异常变化与东亚冬季气温变化的联系主要体现在:在前夏和前秋,东西伯利亚海-波弗特海海冰异常减少(增加)对应着随后东亚冬季气温变化的高纬模态(低纬模态),而冬季东亚气温变化的高纬模态(低纬模态)又与后期春季北极东半球的海冰异常增加(减少)具有较好的相关性,此外白令海和鄂霍次克海的海冰异常变化是伴随东亚冬季气温变化产生的。     

液态降水与地表气温对北极海冰开始融化时间的影响

海冰最早开始融化时间（EMO）是体现海冰融化的重要指标,也是影响海冰热收支的关键因素。本文使用EMO遥感数据、ERA5再分析资料和海冰密集度数据分析研究了地表气温和液态降水对EMO影响的相对贡献。研究显示,在5个研究海区中,大西洋扇区南区EMO提前最显著,1979-2021年的变化率为-3.3 d/(10 a)。北极各海区的地表气温与EMO有着持续1～2个月的显著相关时段,其中太平洋扇区南区、大西洋扇区北区和南区的地表气温较液态降水与EMO相关的持续时间更长,相关性也更强;而对太平洋扇区北区和北极中央区,只有在EMO发生前的2～3周,液态降水对其EMO有着更高的贡献。对于太平洋扇区北区,大气环流提供的强水汽输送通道伸入该海区,使对流层低层饱和水汽增多,500 hPa位势高度的多年变化趋势具有三波绕极环流加强的结构,也有利于经向的热量交换,使比湿的垂向梯度进一步增加,为该海区EMO的提前起到一定的促进作用。对于北极中央区,在EMO提前的年份,液态降水较常年偏高33%,不仅气候态意义下的太平洋水汽通道的输送加强,欧亚大陆上空的水汽通道也与之汇合,促使北极东部形成气旋式水汽输送模态,为EMO...     

春季北极地区云量跷跷板式的趋势变化特征及其对北极放大的云反馈作用

利用2000—2017年月平均的CERES云量、辐射资料和ERA再分析资料,对春季北极云量趋势变化特征和成因及其对北极放大反馈的贡献进行研究,发现春季北极地区总云量的趋势在东北极海区和北欧海区呈跷跷板式的反位相变化特征,并与低云量的趋势变化有较为一致的空间分布,中高云则与低云大体上呈相反的变化特征。北欧海的低云量减少、中高云增加,主要是因为进入北欧海区的超强气旋增多带来丰富的水汽,对流增强,云底高度抬升,使得低云量减少而中高云量呈增加趋势。这种云量垂直结构的变化所引起的云辐射强迫作用分别体现了低云的正反馈和中高云的负反馈作用,增温和降温作用相互抵消,使北欧海增温不显著。东北极海区低云量显著增加而中高云变化不明显,可能由于海冰融化,海表面增温,海面蒸发加强,水汽增加,大气静力稳定度减弱,有利于低云的形成。这种低云量的显著增加使得云辐射强迫作用强化了海冰反照率正反馈机制,从而加强了东北极海区的增温趋势。     

北极冰异常对亚洲夏季风影响的数值模拟

本文利用菱形截断15波的9层全球大气环流谱模式研究了北极关键区域海冰面积异常对亚洲夏季风环流、降雨量及我国夏季天气气候的影响,结果表明,格陵兰海-巴伦支海极冰偏多,导致亚洲夏季风环流特别是东亚季风环流的增强、我国东南部降水偏多;东西伯利亚海-波弗特海极冰偏多,导致东亚夏季风环流减弱、我国东南部降水偏少,而印度半岛季风增强;该区极冰偏少引起相反的效应。文中对上述效应的可能动力学机制也进行了讨论。因此,北极冰是引起亚洲夏季风年际气候异常的重要原因之一。     

1997~89年冬季大气环流变化及中国近海海区天气气候特征

1997～98年发生了近百年最强的厄尔尼诺现象,本文对1997～98年冬季(12～2月)500hpa环流特征、东亚温带气旋活动及天气特征进行了分析．同时也对多年厄尔尼诺过程、非厄尔尼诺过程相对应的大气环流及天气特征做了对比分析．研究表明,厄尔尼诺年北半球500hpa环流30°N以南低纬地区位势高度偏高中纬度的槽脊分布与多年平均有较大不同,东亚大相偏弱,同时北美大槽减弱,北太平洋高压也减弱,西风环流指数偏强,西太平洋副热带高压西伸明显,强度偏强。中国东部沿海气旋分布特征为北部偏少,南部明显偏多;降水为东部沿海地区偏多明显;气温为南部海区出现高温的机率较大。     

北半球中高纬度大气环流主模态的季节演变及其与北极海冰变化的联系

利用31a(1979—2009)气候月平均的海平面气压(SLP)资料,提出1种与北半球中高纬度环流转变相适应的分季法。并根据这个客观分季方法,通过SEOF分析,发现大气环流主模态的季节演变有着典型的北极涛动(AO)空间结构,其时间系数在1990年代中期发生转型。500hPa上纬向波的涡度有着南北反位相的分布特征,冬季正涡度的区域对应着气旋性环流,其覆盖范围广,而夏季正涡度区域更偏北,可见AO在冬季增强,夏季减弱。北半球SLP异常的EOF分解第一模态为北极涛动(AO),第二模态是偶极异常(DA);将这2个模态称之为北半球中高纬度大气环流异常的优势模态。通过计算优势模态与海冰面积的超前滞后相关性,发现AO依然是控制海冰变化的前期大气环流异常的模态,而DA则可能是海冰快速变化后期大气环流的主导模态。     

2013年北极最小海冰范围比2012年增加的原因分析

北极海冰范围从1979年有卫星观测资料以来呈现明显下降趋势,尤其是9月份。2012年9月北极海冰范围达到有观测记录以来的最小值,而2013年9月比2012年同期增加了60%。增加的区域主要在东西伯利亚海区、楚科奇海和波弗特海区。本文应用距平和经验模态分解方法,分析了美国国家冰雪数据中心的北极海冰卫星数据、欧洲预报中心的夏季底层大气环流数据和上层海洋的温度,指出2013年北极最小海冰范围比2012年在北冰洋太平洋扇区增加的原因,是由于表面气温(SAT)降低、海平面气压(SLP)升高、气旋式风场异常、表面空气中水汽含量(SH)降低以及海表面温度(SST)降低5个条件形成的冰-SAT、冰-SST和冰-汽(SH)3个正反馈机制共同作用造成的。     

近半个多世纪以来渤海冰情对全球气候变化的响应

渤海是季节性的结冰海域,属于北半球结冰海区的南边缘,其冰情状况是对大气场和海洋场共同作用的响应。1951—2004年渤海海冰冰级与中国大陆气温距平具有很强的负相关性,渤海海冰状况是对我国北方地区、尤其是对华北地区的中短期气候变化的响应。从20世纪50年代至90年代,海冰偏轻年数逐年代增加,同时海冰平均等级也逐渐降低,是对全球气候变暖的响应。渤海重冰年出现的周期大约为10a,与太阳黑子活动周期很接近,反映太阳活动对渤海冰情具有相当大的影响,尤其是极值事件。分析表明,渤海冰情与厄尔尼诺事件之间不存在显著的线性关系,厄尔尼诺不是渤海冰情变化的原因,相反,渤海冰情的加重,预示着厄尔尼诺的来临。     

2007-2018年黄渤海海冰气候特征及其对气象因子的响应

基于美国国家冰雪数据中心 （NSIDC） 海冰资料、美国国家环境预报中心 （NCEP） 再分析格点数据和黄渤海近岸13个气象站点逐日气温数据,通过相关分析和合成分析,研究了 2007-2018 年黄渤海海冰范围的变化特征,探讨了近 12 年黄渤海海冰范围对近岸陆地气温、大气环流和局地天气过程的响应。结果表明: （1） 黄渤海海冰范围年际振荡明显,近 12 年呈现先增加后减小的趋势,与同期黄渤海近岸气温呈显著负相关关系;每年 1 月下旬至 2 月下旬是一年中海冰范围最大的时期。（2） 海冰范围偏大与偏小年份东亚地区 500 hPa 大气环流形势呈现出近乎相反的分布。 （3） 东亚阻塞形势的建立是黄渤海海冰范围爆发性增大的一个前兆信号,它带来的大风降温天气是造成黄渤海海冰范围爆发性增大的重要原因.     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

南沙海区西南大风成因及预报着眼点

本文用东亚低纬地区常规观测资料研究了1988年南沙海区夏季风期间西南大风成因及预报着眼点。结果表明,南沙海区西南大风产生的原因有:1)东亚季风环流的准双周振荡;2)南半球澳大利亚冷高压加强造成赤道105～110°E地区的过赤道气流加强,结果启动东亚季风环流并使其加强;3)北半球ITCZ上热带气旋移近南海时,也可启动季风环流并使其加强。预报着眼点主要是准双周振荡的时间、澳大利亚冷高压的强度和位置、北半球ITCZ上热带气旋的强度和路径、对流层高层北支高空东风急流的厚度变化等。     

北极楚科奇海海冰面积多年变化的研究

北极气候系统正在发生显著变化,其中,海冰面积和厚度的减小是其最主要的特征.楚科奇海是海冰面积变化最有代表性的区域.文章利用积累了9a的高分辨率海冰分布数据研究海冰面积的多年变化特征.结果表明,各年的冰情有显著的季节内变化,海冰面积距平曲线体现了不同时期海冰面积变化的动态过程.在1997~2005年间,楚科奇海海冰面积经历了轻(1997年)-重(2000~2001年)-轻(2002~2005年)的变化过程.9a的数据总体上体现了海冰面积减小的趋势,2005年的冰情呈现了历史新低.每年融冰期的长短与冰情轻重有密切的关系,冰轻年份融冰开始时间早,冻结结束时间晚.各年海冰面积最小值发生在9月下旬至10月初,各个年份海冰最小面积差别很大.有的年份只有4%,而重冰年可以大于50%.文章采用4个重要参数表达海冰多年变化.其中海冰面积指数反映了当年总体平均的海冰面积距平;海冰最小面积反映了融冰期海冰的极限情况;上一个冬季的气温积温也与翌年海冰面积有良好的关联;分析了风场对海冰的影响,表明风场在融冰期能够在短时间内改变海冰的覆盖面积.     

Impact of anomalous latitudinal position of western pacific subtropical high on climate change in midsummer in China

利用1951-2008年全国160站盛夏(7-8月)气温和降水资料、北半球500hPa高度场和北太平洋海温场资料及相关环流特征指数资料,分析了盛夏(7-8月)西太平洋副高东西位置异常变化对我国气候的影响及其与北半球500hPa大气环流和北太平洋海温的关系.发现:盛夏副高东西位置异常偏西年主要集中出现在上世纪90年代和60年代,异常偏东年则集中出现在80年代、70年代和90年代.盛夏副高东西位置与长江流域及其以南地区气温存在着很好的负相关关系,与长江流域及其以北地区降水表现为负相关,与江南和华南地区降水表现为正相关.盛夏副高东西位置异常变化与北半球大范围环流形势调整相联系;前期春季(4-5月)北半球各副高单体强度变化,对盛夏副高东西位置变化具有很好的预测指示性.前期9-3月NINO4区和NINO3区海温,尤其是前期3月NINO4区海温,前期1月NINO3区海温对盛夏副高东西位置异常变化也具有很好的指示意义.     

北极中央区海冰低密集度现象研究

近年,北极中央密集冰区出现海冰低密集度的异常现象。为了探讨这一现象的成因,本文使用ERA-Interim再分析资料,定义了北极中央区海冰低密集度（LCCA）指数,研究了2009-2016年的6-9月北极中央区发生的海冰低密集度现象。分析表明,研究时段内在北极中央区发生了6次明显的海冰低密集度（LCCA峰值）过程。在这些过程中,局地气温异常并不是导致海冰低密集度现象发生最主要的因素;海冰低密集度区域的形态及冰速场分布均与大气环流场相对应;在LCCA指数峰值发生前均有气旋中心出现在北冰洋70°N以北并伴随向北移动,气旋引起海冰辐散,同时所携带的较低纬度的热量导致海冰迅速融化。在6次过程中,有3次为气旋影响配合北极偶极子（DA）型环流。LCCA指数与84°N平均向北温度平流和北极中央区海冰速度散度呈正相关。在LCCA指数峰值前,温度平流对海冰低密集度区域形成的影响大于海冰辐散的影响。