近百年北极涛动对中国冬季气候的影响

北极涛动 (AO) 是北半球冬季热带外行星尺度大气环流最重要的一个模态,对北半球及区域气候有重要影响。利用中国近50年和近百年气温和降水资料分析了北极涛动对我国冬季气候的影响。当AO指数偏强时,我国大部分地区冬季气温偏高,同时降水也偏多。AO和西伯利亚高压对我国冬季气候的影响在年际和年代际尺度上有不同的特征, 在年际尺度上西伯利亚高压对我国气温的影响要远强于AO,而AO对我国降水的影响则比西伯利亚高压的影响要显著。这种关系也可以通过比较分析对流层低层和中高层环流形势在AO不同位相时的变化得到进一步验证。这说明AO对我国冬季气温和降水影响的机制是不一样的。在年代际尺度上,AO对气温和降水都有显著的影响。AO和西伯利亚高压一起能解释近百年来我国冬季温度和降水方差的35% 和11%。     

北极涛动对中国冬季气候的影响

1IntroductionIt is noteworthy that there is significant association between the surface climate over northern continents and atmospheric circulation (Hurrell, 1995, 1996; Gong and Ho, 2002a). Thompson and Wallace (1998) pointed out that the leading empirical orthogonal function of the wintertime northern hemisphere sea level pressure field resembles the North Atlantic Oscillation but with more zonally symmetric appearance. This annular-like mode in the northern extratropical circulation, wh…     

青藏高原冬季积雪时空变化特征及其与北极涛动的关系北大核心CSCDCSSCI

青藏高原积雪不仅是气候变化的敏感指示器,而且对亚洲季风区乃至全球气候具有显著影响。利用2002-2014年MODIS积雪覆盖范围产品及ERA-Interim再分析资料,采用气候统计诊断方法探究了青藏高原冬季积雪的时空变化特征及其与北极涛动(AO)的关系,结果表明:(1)高原冬季积雪空间分布差异明显,高原西部和东南部多雪,中部和北部少雪,东部积雪年际变化大,西部多雪区积雪较为稳定。(2)高原冬季积雪EOF分解第一模态具有东—西反位相变化特征,当高原东部积雪偏多(少)时,西部积雪偏少(多)。(3)该模态与AO密切相关。AO正位相时,东亚大槽减弱,南支槽加深东移,西太平洋副高加强使得更多暖湿气流到达高原,有利于高原东部降雪,而高原西南侧阿拉伯海附近存在反气旋异常,使得阿拉伯海的水汽不易抬升进入高原西部,高原西部盛行干燥的下沉气流异常,造成少雪的环流背景,且地表温度偏高不利于积雪维持,从而导致高原西部积雪的减少;AO负位相时,东亚大槽增强使得冬季风加强,高原东部受来自西北的干冷气流控制,不利于降雪产生,高原西南侧出现气旋异常,促使来自阿拉伯海和孟加拉湾的暖湿气流输送至高原西部,与来自西伯利亚的冷空气相遇,营造多雪的环流背景。     

冬季北极涛动和北极海冰变化对东亚气候变化的影响

本文简要回顾了冬季北极涛动 (北大西洋涛动 )和北极海冰面积变化对东亚气候变化的影响、研究中存在的问题以及目前亟待解决的科学问题。     

夏季北极涛动与西北夏季干湿特征的年代际关系

 摘要： 利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960—2003年131个测站夏季降水量、小型蒸发皿蒸发量，NECP/NCAR月平均再分析资料及夏季北极涛动指数，首先通过降水量和蒸发量定义了均一化干湿指数，进而分析了夏季北极涛动同西北地区夏季干湿特征之间的关系。研究表明：夏季北极涛动与西北地区大部分地区夏季干湿特征之间存在着显著的正相关关系，特别是年代际尺度上关系尤其密切。夏季北极涛动与西北地区夏季干湿特征空间变化的南北差异密切相关，在夏季AO偏强年代，海平面气压场在东亚大陆为正距平，太平洋为负距平;700 hPa风场在贝加尔湖地区及其下方有较强的反气旋性距平环流，西北西风带区出现西风距平，季风区出现北风距平，而500 hPa高度场在中国西北地区表现为西低东高结构。这样使得东亚夏季风偏弱，西北西风带区在夏季以西风气流为主，降水偏多，气候偏湿，而季风区盛行偏北气流，降水偏少，气候偏干。反之亦然。     

北疆西部近50 a来气候、水文变化趋势及其与北大西洋/北极涛动的关系

 根据北疆西部11个气象站点1957—2007气象资料,主要代表性河流1960—2006年流量数据以及1957—2007年NAO和AO时间序列数据,采用趋势分析,Mann-Kendall检验以及相关分析等方法,研究了北疆西部地区近50 a来气候、水文的变化趋势,分析了气候变化对径流的影响,初步探讨了NAO和AO对区域气候变化的影响。研究结果表明,近50 a来,北疆西部地区增温、增湿显著,但二者变化幅度存在季节差异。受气候变化的影响,奎屯河年径流量表现出显著增加趋势。进一步分析发现,奎屯河、四棵树河年径流量的变化主要受温度因子控制,卡琅古尔河、精河和博尔塔拉河的年径流量则主要受降水因子控制。研究表明,艾比湖水域面积同样受气候变化的影响,尤其是与年降水量增加紧密相关,二者相关系数为0.584。相关分析证实NAO和AO确实对北疆西部地区的气候变化具有显著影响。具体体现在,NAO和AO显著的影响研究区冬季温度和全年的温度变化;NAO对整个区域年降水具有显著影响。温度比降水对NAO和AO的响应更敏感。     

南北两极海冰的涛动关系

本文将南极海冰分为４个区：ＳＰＩ１（０°－１２０°Ｅ），东南极海冰；ＳＰＩ２（１２０°Ｅ－１２０°Ｗ），以罗斯海为主体的海冰区；ＳＰＩ３（１２０°Ｗ－０°），以威德尔海为主体的海冰区；ＳＰＩ４，全南极海冰区。北极海冰区分为３个区：ＮＰＩ１（９０°Ｅ－１８０°－９０°Ｗ），太平洋侧冰区；ＮＰＩ２（９０°Ｗ－０°－９０°Ｅ），大西洋侧冰区；ＮＰＩ３，全北极冰区。本文使用了ＷＤＣ－Ａ的ＳＩＧＲＩＤ海冰资料，以分析南极和北极各冰区之间的相互关系。发现两极各冰区之间存在着非常复杂的相互作用。其中最突出的特征是：两极海冰之间相互作用的振源是ＮＰＩ２。ＳＰＩ３是影响南极海冰的正反馈中心。ＳＰＩ２则是南北两极海冰的负反馈中心。ＮＰＩ２，ＳＰＩ３和ＳＰＩ２之间的相互作用最强，形成涛动关系。这种涛动关系不是同时期的，而是有较长的滞后时间差。两极海冰形成周期变化，其周期为５－６年，正与ＮＰＩ２和ＳＰＩ３自身变化周期一致。另外还有更长的循环周期９－１１年     

西南地区冬季气候异常的时空变化特征及其影响因子

利用1961-2010 年的多种观测资料,对西南地区冬季气候异常的时空演变特征及其影响因子进行了分析。结果表明：西南地区冬季气温变化主要存在全区一致和东、西部反位相两种模态,这两种模态均存在显著的年代际变化。全区温度的一致变化与东亚冬季风的异常有关,东、西反位相的变化与西太平洋副热带高压和冷空气的异常活动有关。冬季降水异常主要表现为全区一致的变化特征。北半球环状模(NAM,AO) 和ENSO对西南地区气温没有显著的影响。当NAM偏强(弱) 时,西南地区降水偏多(少)。El Niño 年,西南地区降水一致偏多;La Niña 年,西南地区中部降水偏多,东、西部降水偏少。2010 年冬季西南地区的干旱更有可能是由NAM异常引起的,而不是El Niño。     

Influence of Arctic Oscillation on winter climate over China

In this study the relationship between the Arctic Oscillation (AO) and climate in China in boreal winter are investigated. Correlation analysis for the last 41 years shows that the winter temperature and precipitation in China change in phase with AO. High positive correlation (>0.4) between temperature and AO appears in the northern China. High correlation coefficients between precipitation and AO cover the southern China (close to the South China Sea) and the central China (between 30o-40oN and east of ~100oE), with the values varying between +0.3 and +0.4. It is found that during the past several decades the precipitation was strongly affected by AO, but for the temperature the Siberian High plays a more important role. At the interdecadal time scale the AO has significant influence on both temperature and precipitation. Multivariate regression analysis demonstrates that AO and the Siberian High related variance in temperature and precipitation is 35% and 11% respectively. For precipitation, however the portion is rather low, implying that some other factors may be responsible for the changes in precipitation, in addition to AO and the Siberian High.     

过去千年太阳活动异常期的中国东部旱涝格局

根据过去千年中国东部旱涝等级资料,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,参照新近重建的5条过去千年太阳活动序列,重建了其间11个太阳活动异常期的中国东部旱涝格局。结果发现：在11个太阳活动异常期,中国东部旱涝格局各不相同。其中在5个太阳活动极小期（1010-1050年、1280-1350年、1460-1550年、1645-1715年、1795-1823年）,中国东部旱涝格局虽不一致,但长江中下游地区（华北地区）出现偏旱（涝）的几率更高;而在2个太阳活动极大期和4个太阳辐射高值期,中世纪极大（1100-1250年）整个东部多偏旱,1845-1873年的太阳辐射高值期,整个东部多偏涝;其余4个时段（1351-1387年、1593-1612年、1756-1787年、1920-2000年）则旱涝相间出现。集合平均表明：在太阳活动极小期,中国东部呈自南向北的“涝—旱—涝”分布：长江流域偏旱,南北两侧的华南沿海和华北平原偏涝,且西北东部及西南偏旱;而在太阳活动极大期和太阳辐射高值期,长江流域及西北东部多偏涝,华南和华北多偏旱。     

西南地区干旱的变化特征及其与大气环流的关系

选用1962—2017年(10月～次年5月)西南地区(四川、贵州、云南和重庆市)90个地面气象观测台站的逐日降水和日平均气温实测气象要素资料,运用综合气象干旱指数(CI)统计出西南地区累计干旱日数和频次,并分析两者近56 a来的时空变化特征,再挑选其高、低值年进行大气环流形势讨论,最后制作差值图(均为高值年减低值年)与相关场构造的图进行比较。研究结果表明:累计干旱日数和频次均呈逐渐降低的趋势;两者的年代距平在20世纪60年代～80年代同为正,而在20世纪90年代同为负,其后21世纪初两者距平则相反;累计干旱日数具有5 a和9 a的年际周期变化,12 a的年代际周期,干旱频次具有8 a左右的年际周期和20 a的年代际周期;两者均在四川西部地区和云南中北部为大值中心,云南西部、重庆和贵州中东部为小值中心;高、中和低层的环流形势也缺少水汽和系统抬升等配置关系。     

西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素

山洪灾害时空特征和影响因素是山洪评估与管理的重要内容。根据1960-2015年中国西南地区历史山洪资料,采用线性回归、标准差椭圆、空间自相关和Logistic回归模型,深入分析了西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素。结果表明：① 西南地区年度山洪灾害频次呈指数增长,年际变化呈现出稳定（1960-1980年）、缓慢波动增加（1981-1998年）、快速增加（1999-2015年）3个阶段;月际特征明显,山洪主要发生在每年6-8月,尤以7月频次最高;② 西南地区山洪灾害空间差异性显著,灾害高密度区主要集中于滇中高原地区、四川盆地和周边山地单元,山洪灾害数量分布呈显著的空间正相关,空间集聚特征明显（Moran's I指数为0.127、Z = 5.784、P = 0.007）;③ 西南地区历史灾害点的重心在年内存在明显的向正西方向移动的趋势,年内标准差椭圆转角均逐渐弱化,长轴逐渐变长,短轴逐渐变短;④ 降雨因子对山洪的影响度最高,人类活动因子次之,地表环境因子最低,降雨因子中1 h降雨量对山洪的影响最强,优势比值达到3.654。研究结果可为西南地区山洪灾害形成机理、监测预警研究,实施防灾减灾措施等提供科技支撑。     

PDSI及sc_PDSI干旱指数在中国西南地区适用性分析

西南地区是中国干旱灾害频发地区,且在全球变暖背景下,干旱发生的频率和程度都有所增加,对农业生产和水资源安全造成威胁。帕默尔干旱强度指数（PDSI,Palmer Drought Severity Index）及在其基础上发展而来的自适应帕默尔干旱强度指数（sc_PDSI,self-calibrating Palmer Drought Severity Index）作为较成熟的干旱监测指标已得到广泛应用。本文利用土壤可含水量（AWC,Available Water Holding Capacity）地理空间模型中土种与AWC的对应关系,反演出西南地区更高分辨率的AWC分布,并采用中国西南70站温度月均值、月累积降水数据,分别计算了PDSI指数及sc_PDSI指数,进而比较分析两种指数的时间变化特征及统计分布性质,探讨二者在西南地区对干旱监测的适用性。结果表明：（1）PDSI与sc_PDSI均反映了西南地区在1965—2010年变干的趋势,但PDSI时间序列振动幅度更大;（2）PDSI的频率分布出现“翘尾”现象,监测到的极端干旱/湿润事件的发生频率高于严重干旱/湿润事件,而sc_PDSI的频率分布则更接近于正态分布;（3）两种指数对2009/2010年西南地区干旱事件的监测结果表明,sc_PDSI对干旱落区和干旱级别的监测均一定程度上优于PDSI,与土壤湿度结果更为接近,而PDSI更易对旱情估计过重;（4）虽然整体上sc_PDSI对PDSI具有一定的调整作用及一定的优越性,但在个别区域（如热带季风气候）并没有体现出调整效果,应用时应当考虑区域因素。     

1980—2019年中国西北地区降雪和融雪时空变化特征北大核心CSCDCSSCI

西北地区降雪和融雪特征的长期变化对于融雪洪水过程的准确模拟具有重要意义。本研究基于1961—1979年站点观测的日降水和气温等数据,首先对比了湿球温度法、KS方法和双临界气温法计算的降雪量,确定了精度最高的双临界气温方案,进而计算了1980—2019年的日雪雨比,最后分析了雪雨比、降雪开始日期和融雪开始日期的变化规律。结果包括:①春季平均气温呈显著上升趋势,随海拔上升升温速率减小,青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区春季气温上升速率略低于北疆、南疆、河西走廊及内蒙古西部,春季雪雨比在海拔1000 m以上呈显著下降趋势,在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈显著下降趋势;秋季平均气温显著上升,随海拔上升升温速率增大,空间上在青藏高原地区上升速率最快,秋季雪雨比在不同海拔和部分气候分区都呈不显著下降趋势;冬季平均气温在海拔2000 m以上呈现显著升温,且随着海拔的升高升温速率加快,空间上在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈现显著升温,降雪量在1000~2000 m呈现显著增加趋势,空间上在北疆地区呈现显著增加趋势。②降雪开始日期随着温度的升高在所有区域都没有显著的推迟,每一年的降雪开始日期在不同高程带和不同气候区之间的差别没有变化,仍为30~40d。③融雪开始日期在所有海拔区间和气候分区都呈现出显著的提前趋势,每一年的融雪开始的日期在不同高程带和不同气候区的差别仍为25~30d。降雪和融雪特征的变化说明气候变化可能已经对融雪洪水的特征产生了明显的影响。     

Spatial and temporal variations in the grain-size characteristics of historical flood plain deposits, Blue River, Wisconsin, USA

This study examined vertical, lateral, and downstream variations in the grain-size characteristics of historical (post-1830) overbank deposits in a watershed that has experienced high rates of accelerated flood plain sedimentation. More than 800 samples were collected from 53 cores along nine flood plain transects. Overbank deposits exhibit a coarsening-upward sequence attributed to historical changes in the sand content of source materials. The erosion of loess-capped soils increased the exposure, erosion, and transport of sandy parent materials. The average sand content of near-channel cores increases moderately downstream along two of the reaches because sandy source materials are increasingly exposed in larger main valleys in the northern part of the watershed. The two northernmost reaches are coarser overall, but do not display significant downstream trends. The sand content of surface and early historical overbank deposits generally decreases laterally as an exponential function of distance from the channel, suggesting transport by turbulent diffusion. The presence of sand throughout the transects and lateral coarsening at two of the transects, however, suggests that sediment transport by convection is also important.