中国冬季最低气温观测与再分析资料的比较

运用EOF分解、线性趋势分析、方差分析、小波分析、相关分析等方法,从均值、长期变化、年际和年代际变化特征等方面对NCEP/NCAR(N1T)、NCEP/DOE(N2T)、ERA-Interim(ET)、JRA-25(JT)4种再分析资料集和194站观测资料集中1979—2012年我国冬季最低气温(WTMIN)进行比较。结果表明:(1)ET在再现观测冬季最低气温多年平均时最优;(2)除新疆北部和西南部以及东北北部有降低趋势外,我国大部分地区WTMIN有升高的趋势,N1T对观测温度长期变化趋势再现能力优于其他3种资料;(3)观测WTMIN在中国北方和高原地区年际和年代际变化大于南方地区,四种再分析WTMIN对我国冬季最低气温的年际和年代际变化的再现在不同区域各有所长,总体上以ET为优。(4)再分析资料在再现观测WTMIN年代际时间尺度上的能力相当,以ET最优,尤其是在我国中东部地区和新疆北部地区。N1T和N2T对东北地区观测冬季最低气温年际变化的再现能力较好,ET再现观测WTMIN在1990s之前,2005年之后的3~4 a变化周期特征时能力略优于其他3种资料。     

Five centuries of Stockholm winter/spring temperatures reconstructed from documentary evidence and instrumental observations

Historical documentary sources, reflecting different port activities in Stockholm, are utilised to derive a 500-year winter/spring temperature reconstruction for the region. These documentary sources reflect sea ice conditions in the harbour inlet and those series that overlap with the instrumental data correlate well with winter/spring temperatures. By refining dendroclimatological methods, the time-series were composited to a mean series and calibrated (1756–1841; r ²?=?66%) against Stockholm January–April temperatures. Strong verification was confirmed (1842–1892; r ²?=?60%; RE/CE?=?0.55). By including the instrumental data, the quantified (QUAN) reconstruction indicates that recent two decades have been the warmest period for the last 500 years. Coldest conditions occurred during the 16th/17th and early 19th centuries. An independent qualitative (QUAL) historical index was also derived for the Stockholm region. Comparison between QUAN and QUAL shows good coherence at inter-annual time-scales, but QUAL distinctly appears to lack low frequency information. Comparison is also made to other winter temperature based annually resolved records for the Baltic region. Between proxy coherence is generally good although it decreases going back in time with the 1500–1550 period being the weakest period—possibly reflecting data quality issues in the different reconstructions.     

Impact of Southern Indian ocean dipole via the ITCZ on winter and spring precipitation in China

本文分析了1979-2021年南印度洋冬季海表面温度特征,印度洋热带辐合带(ITCZ)位置变化及其对中国冬春季降水的影响.EOF分析第一模态表明南印度洋冬季海表面温度异常显示西南-东北反相分布,即南印度洋偶极子模态(SIOD).分离厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)信号后,纯SIOD事件对同年冬季和次年春季的印度洋ITCZ位置(35°-75°E平均)均有影响,冬季,纯正(负)SIOD事件使印度洋ITCZ往南(北)移动.春季,SIOD则使印度洋ITCZ移动方向与冬季相反,且移动幅度更大.冬,春季长江中下游地区(MLYR)的降水量与印度洋ITCZ位置分别呈正,负相关.同时,在纯正(负)SIOD事件下,冬,春季MLYR的降水分别减少,增加,可见印度洋ITCZ位置变化可能是SIOD影响MLYR冬,春季降水的媒介之一.     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

冬季北大西洋涛动与中国西南地区降水的不对称关系

利用1951-2010年NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站逐月降水资料,探讨了冬季北大西洋涛动(NAO)与同期中国西南地区降水的关系.结果表明,冬季北大西洋涛动与西南地区降水存在显著的正相关关系,并且,正相关具有不对称性,即当冬季北大西洋涛动处于负位相时,东亚地区环流形势不利于中国西南地区降水的形成,对应着中国西南地区冬季降水的显著减少.而当冬季北大西洋涛动处于正位相时,北大西洋涛动与中国西南地区降水的正相关关系并不显著.进一步的分析表明,与中国西南冬季降水变化密切相关的主要环流结构是里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关型(CAT遥相关型).北大西洋涛动与里海和中东阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关结构存在不对称关系,两者的关系仅在北大西洋涛动负位相时显著.冬季北大西洋涛动高、低指数年分别合成的波射线和波作用通量的结果表明,当冬季北大西洋涛动为负位相时,冬季地中海地区的扰动源会形成与里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关路径一致的波射线,同时波作用通量的结果表明,定常波由里海和中东、阿拉伯海一直传播到青藏高原及下游地区,而冬季北大西洋涛动高指数年,地中海地区的扰动源所形成的波射线偏北,波动传播到达印度半岛地区之后不再向下游传播.冬季北大西洋涛动对里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关波列的不对称影响决定了北大西洋涛动与西南冬季降水的不对称关系.     

绥化市初冬气候异常偏暖的特点与倒春寒天气的关系

用1980年以来25年绥化市初冬和春季(4￣5月)的气温、降水、500hPa高度场资料,对初冬气候异常偏暖,植物二次发育,次年春季发生倒春寒天气的奇异现象进行分析,特别对2004年初冬和2005年春季发生的偏暖气候和春后期低温阴雨天气作了总结。讨论初冬异常偏暖的特点与倒春寒天气的关系,试求今后这类天气气候预测着眼点。     

The relationship between spring soil moisture and summer hot extremes over North China

The increase in the occurrence of hot extremes is known to have resulted in serious consequences for human society and ecosystems. However,our ability to seasonally predict hot extremes remains poor,largely due to our limited understanding of slowly evolving earth system components such as soil moisture,and their interactions with climate. In this study,we focus on North China,and investigate the relationship of the spring soil moisture condition to summer hot extremes using soil moisture data from the Global Land Data Assimilation System and observational temperature for the period 1981–2008. It is found that local soil moisture condition in spring is closely linked to summer hot days and heat waves over North China,accounting for 19%–34% of the total variances. Spring soil moisture anomalies can persist to the summer season,and subsequently alter latent and sensible heat fluxes,thus having significant effects on summer hot extremes. Our findings indicate that the spring soil moisture condition can be a useful predictor for summer hot days and heat waves over North China.     

冬季北太平洋涛动和我国夏季降水

本文分析了冬季北太平洋涛动与我国夏季降水的关系。结果表明,当冬季北太平洋涛动偏强时,我国夏季主要多雨带位于黄河流域及其以北地区(即1类雨型);当冬季北太平洋涛动偏弱时,夏季主要多雨带位于黄河与长江之间,中心在淮河流域一带(即2类雨型)。据此建立了我国夏季1、2类雨型的预报判据。并进一步分析了北太平洋涛动遥相关型从冬到夏的演变过程及其对北太平洋地区海温异常的响应。     

An examination of the relationship between the Southern Annular Mode and Antarctic surface air temperatures in the CMIP5 historical runs

Climate Dynamics - Strong relationships exist between the Southern Annular Mode (SAM) and surface air temperature (SAT) across much of Antarctica. Changes in the SAM will have a profound influence...     

夏季西北太平洋和南中国海台风生成与前期冬春主要环境条件的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料、OLR资料和中国气象局编辑的<台风年鉴>及<热带气旋年鉴>资料,对西北太平洋和南中国海夏季中心附近的平均风力达8级(17 m/s)或以上的热带气旋(含热带风暴、强热带风暴和台风,以下统称台风)牛成频数与气候背景的关系进行了研究分析.对台风牛成多寡的气候背景差异和特征进行比较表明,前期冬春季海温和赤道辆合带的异常与夏季台风生成有密切的关系.前期冬春季在类似于La Nina型海温距平分布背景下,从冬至夏在赤道中太平洋160°E附近的ITCZ有一个向西北方向加强北抬的过程,太平洋ITCZ的活动偏北偏强,赤道太平洋有异常活跃的ITCZ向西太平洋台风主要源地推进,有利于后期夏季台风的生成;相反,前期冬春季在类似于E1 Nino型海温距平分布背景下,赤道西太平洋ITCZ偏弱偏南,不利于后期夏季的台风生成.在夏季多台风年,前期冬季西太平洋暖海温异常为后期台风的发展提供了重要的有利背景,在暖海温的持续作用下,对流层的风场辐合异常增强,增加了暖海温区的水汽供应.到了前期春季,热带辐合带的扰动扮演了更为重要的角色.随着赤道辐合带的北移,附加的异常辐合位于暖海温区时,会激发出低空大尺度水汽辐合与自由大气中潜热释放之间的正反馈,有利于后期台风的生成.当前期冬季至春季西北太平洋海温持续异常偏冷时,对流层的风场为辐散异常,减少了冷海温区的水汽供应,导致赤道辐合带不活跃,缺乏必要扰动,夏季台风生成偏少.     

2017年漳州海陆风特征与冬春季污染物浓度关系

利用2017年福建漳州和南部海岛气象观测资料,通过统计分析和人工订正判识海陆风日,再结合天气形势和污染物浓度资料分析海陆风日的天气特征及其与污染物浓度的关系。结果表明：漳州海陆风日是海岛站的2.2倍,春夏季是海陆风的高发季节,秋冬季相对较少。冬季海陆风日主导天气形势为变性冷高压、高压后部、锋前暖区等,气象要素场配置为气压梯度小、气温高、风速小、日照时间长、湿度低、云量少,气象条件不利于污染物的稀释、扩散;海陆风影响下除了O₃,其他5种污染物浓度均高于系统风日2—3倍,其中颗粒物浓度明显偏高。与冬季不同,春季海陆风不仅对颗粒物浓度升高有利,对O₃浓度升高贡献更加明显,主导天气形势、气象要素场配置与冬季类似;海陆风影响下所有污染浓度均高于系统风日1—2倍,且易出现O₃超标现象。研究显示,漳州的海陆风全年发生频率虽然不到30%,但其特有的日变化规律和局地环流结构对污染物累积、输送具有重要的影响。     

华北地区秋冬季气溶胶污染与不同类型降水的关系

气溶胶对降水的影响具有很大的不确定性,正确理解和认识气溶胶对不同类型降水的影响对提高天气预报的准确度和全球气候变化具有重要意义。利用GPM-DPR观测资料和MERRA-2再分析资料分析了气溶胶污染与华北地区2014—2020年秋、冬季对流云降水和层状云降水的关系。结果表明:与清洁状况相比,气溶胶污染状况下对流云降水的降水强度有所增强,雨顶高度更高。在污染状态下对流云降水具有粒径小但数浓度高的降水粒子,潜热加热率更高。气溶胶污染与层状云降水的降水强度、雨顶高度等宏观特征不存在明显相关。层状云降水相比对流云降水更容易受到大气水汽条件和垂直上升运动的影响。因此,在气象条件主导降水的情况下,气溶胶污染对华北地区层状云降水的影响很难通过GPM-DPR和MERRA-2数据观测到。      

前期春季北太平洋海温异常与冬季北半球极涡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料,用EOF、相关分析等方法,分析了1960—2010年500 hPa和100 hPa等压面上北半球后冬(2月)极涡面积和前春(4月)北太平洋(20~60 °N,120 °E~120 °W)海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的时空联系。结果表明:近50 a来,(1)冬季北半球500 hPa和100 hPa极涡面积整体经历了先扩张后收缩的变化。春季北太平洋SST经历了先降低后升高的变化。其突变时间与500 hPa极涡面积的突变时间相近,均出现在1987年,且与后冬500 hPa大西洋欧洲大陆区(Ⅳ区)极涡面积相关更好。(2)春季北太平洋SST的EOF第一模态空间型表现为PDO,第二模态表现为三极子型,突变分别出现在1980s初期和中期。(3)北太平洋SST与500 hPa Ⅳ区极涡面积相关的空间分布表现为:当前期春季北太平洋中部海温异常偏高(低),南部和北部海温异常偏低(高),使得下一个冬季500 hPa Ⅳ区极涡面积的扩大(缩小),这种空间遥相关型对应着海温的第二模态。北太平洋海温异常以第一模态空间型居多,但是对后冬北半球极涡面积影响大的却是第二模态。(4)当前春北太平洋SST呈第二模态时,对应次年冬季中高纬度对流层温度"上冷下暖",极地东风和绕极西风环流加强,极涡面积偏大。     

The relationship between winter lake cover,radiation receipts and the oxygen deficit in temperate lakes

Abstract

The composition, timing and duration of winter lake cover are shown to produce significant spatial and temporal variations in the radiation received at the surface of the water column, and are linked to the timing and rate of oxygen depletion of a temperate lake. In particular, the first snowfall to accumulate on the ice cover reduces radiation input to nearly zero and coincides with the initiation of the linear phase of oxygen depletion. Ablation of the snow cover in spring results in increased radiation receipts and oxygen levels. A simple model shows that the conversion of snow to white ice, which normally occurs during the midwinter period, increases radiation receipts and oxygen levels. Manipulation of the cover by artificially induced slushing is suggested as a management technique in the control of winter oxygen deficits.     

华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系

采用1959—2009年日平均气温观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对华北地区冬季持续性异常低温事件进行了定义,并在此基础上统计分析了该区近50 a来冬季持续性异常低温事件的发生规律及环流特征,然后对华北地区持续性异常低温事件与大气低频振荡之间的关系进行了研究。研究表明,近50 a来华北地区共出现26次持续性异常低温事件;环流场上持续性异常低温过程对应的是乌拉尔山高压脊的建立、发展、消亡以及东亚大槽的维持、加深、减弱过程;同时,分析发现低频波动与持续性异常低温事件密切相关,10~20 d低频环流场上华北、东北地区上空的低频气旋、中西伯利亚的低频反气旋,及30~60 d低频环流场上西西伯利亚附近的低频反气旋及日本海附近的低频气旋是造成持续性异常低温事件的重要低频影响因子,进一步分析发现对流层高层到低层的低频信号主要是由中高纬向低纬且自西向东传播,来影响我国华北地区的。     

Air temperature trend and the impact on winter wheat phenology in Romania

Air temperature variability and trends in Romania were analysed using monthly, seasonal, and annual datasets. Temperature data of winter wheat season were also analysed. The Mann-Kendall test, Sen’s slope estimate, the sequential version of the Mann-Kendall test, the Pettitt test and spatial and temporal hierarchical cluster analyses were used. First, the datasets were checked for changing points. The 106-year period was divided into two long periods of 100 years each to verify the importance of a very short interval in changing of general trends; after that it was divided into three shorter periods of 35–36 years each. The main conclusions are as follows: the 6 years making up the difference between the two long periods are very important in the context of the recent global warming; the three shorter periods analysis indicate some fluctuations rather than continuous warming. The latest short period is the most relevant for global warming. Spatial hierarchical cluster analysis indicated the existence of two distinctive groups. One of them, which includes stations in the south-east part of the country, seems to be influenced by the Black Sea surface temperature. Temporal hierarchical cluster analysis reveals that annual data series have the closest relation with the summer data series. Further, the impact of temperature changes on winter wheat phenology was determined using a phenology simulation performed with the model from the Decision Support System for Agrotechnology Transfer v. 4.0.2.0 platform. Earlier occurrences of anthesis and maturity were noticed for several regions in the country.     

亚洲急流与冬季风的关系及其对中国气候的影响

利用NCEP\NCAR逐月再分析资料和中国台站逐日观测数据,采用奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析等方法,研究冬季亚洲高空急流的配置与冬季风的关系及其对地面气候的影响.结果表明,青藏高原至亚洲东部沿海的副热带急流强(弱),高纬的温带急流弱(强)时,中国中、东部大范围地区气温偏低(高);中东急流强(弱),东亚副热带急流偏南(北),温带急流东南部较弱(强)时,西南气温偏低(高),东北气温偏高(低),中、东部地区冬季降水偏多(少).结合水平风场的变化,副热带地区出现西风异常弱,温带出现东风异常时,有利于东亚大槽加深并向南扩张,低层偏北风加强,东亚冬季风增强,而青藏高原反气旋环流被削弱,冷高压减弱,相应的高原季风减弱.高、低纬急流区纬向风的差异较大时,加强了急流对低层冷、暖空气交绥的引导和汇聚的作用.东亚季风指数(EAMI)与高原季风指数(PMI)在冬季多呈负相关.冬季风异常期间,若副热带急流偏强,温带急流偏弱,高纬的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵,有利于中国大部分地区降温,降水减少;反之,低纬的暖湿气流受到北侧急流引导而向北输送,导致中国大部分地区升温,降水偏多.     

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。     

The influence of the Arctic Oscillation on winter temperatures in Iran

Summary The impact of the Arctic Oscillation (AO) on the winter surface air temperature (SAT) over Iran is demonstrated. Winter SAT data for 50 years (1951–2000) are analyzed for the negative and the positive AO phases. Using the Median Sequential Correlation Analysis (MSCA) technique it is shown that the winter SAT is negatively correlated to the winter AO index for most parts of Iran. The winter AO index accounts for about 14% to 46% of the winter SAT variance. The positive (negative) SAT anomaly is found to be associated with the onset of the negative (positive) phase. The overall probability of below long-term mean temperature during the positive and the negative phases are estimated to be around 70% and 25%, respectively. For the negative phase, westerly winds that originate from the warm Atlantic regions increase over Iran and consequently positive temperature anomalies are found across the country. The positive AO phase is accompanied by northerly winds that allow continental polar and arctic air masses to move into Iran, producing below normal temperatures. The summer AO is found to explain about 25–32% of the winter SAT variance in Iran. The reason for this is explained by the significant correlation (+0.38) between the summer and the following winter AO indices. These results indicate that the summer climate is linked to changes in atmospheric circulation which persist through to the following autumn and winter.     

2015/2016超强El Nio对中国南方冬春季降水的影响分析

利用1981—2016年的中国160站降水资料、OISST海温资料和NCEP/NCAR大气环流资料,对比分析了中等强度El Nio和2015/2016超强El Nio对中国东南部、江淮流域和西南地区冬春季降水影响的异同。结果表明:在中等强度El Nio的冬季,偏暖的赤道中东太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)所激发的西北太平洋和日本附近的异常反气旋环流,其异常的西南风会加强南海—西北太平洋的水汽向中国东部输送,造成中国东南部和江淮流域的降水一致偏多。2015/2016超强El Nio的冬季,赤道中东太平洋SST的强度异常偏强,中国东部异常偏冷的表面气温和对流层低层温度加强大陆冷高压,长江流域及其以北地区受异常强的北风控制,从而造成中国东南部降水增多、江淮流域降水减少。在2015/2016超强El Nio事件衰减位相的春季,中国东南部和西南部降水的增加主要归因于异常偏暖的西北印度洋和东南印度洋SST的作用。经CAM5模式试验证明,西北印度洋异常偏暖的SST引起了北印度洋的异常西南风,激发了孟加拉湾—西北太平洋的异常反气旋,加强了印度洋和南海—西北太平洋的水汽向中国西南和东南部输送。此外,东南印度洋异常偏暖的SST还会激发局地异常上升运动,通过经向垂直环流加强南海—西北太平洋异常下沉运动,诱使中国东南部的上升运动加强,导致降水增多。