太平洋年代际振荡对中国冬季最低气温年代际变化的贡献

基于1961—2013年中国台站的均一化气温数据、NOAA月平均海温资料和CMIP5气候模式数据,利用气候统计手段,定量分析太平洋年代际振荡（PDO）对中国冬季最低气温年代际变化的贡献。结果表明：PDO的年代际序列与年代际滤波后的最低气温场在全国大部分地区呈显著正相关,即PDO负位相时中国冬季最低气温偏低,反之偏高。2006年后中国冬季最低气温变暖减缓,造成这一现象的主要原因是自然变率起到的降温作用,而自然变率又主要由PDO起主导作用,约占自然变率贡献的40%左右。PDO对温度的贡献呈现出明显的年代际变化,在变暖减缓期对升温有明显的负贡献,且负贡献逐渐增大至超过50%。     

太平洋年代际振荡的年代际预测方法

太平洋年代际振荡(PDO)是北太平洋海表温度年代际变率的主模态。由于太平洋年代际振荡对区域乃至全球气候的显著影响,其合理的预测结果可以带来多方面收益。然而,针对太平洋年代际振荡及其有关的海表温度的年代际预测,目前气候模式的预测水平还十分有限,因此,提出了一个新的增量方法。一系列的验证结果表明,增量方法可以有效预测太平洋年代际振荡,其中包括成功预测出其振荡的年代际转折。增量方法的预测过程主要包括3个步骤:(1)采用5 a滑动平均得到太平洋年代际振荡的年代际变率;(2)利用3 a增量形式的预测因子构建预测模型,预测3 a增量的太平洋年代际振荡(DI_PDO);(3)将预测得到的DI_PDO加上3 a前的观测PDO,得到最后预测的PDO。增量方法亦可以应用到气候系统年代际内部变率的其他模态(如:北大西洋年代际振荡)和其他气候变量的年代际预测(如:海表温度)。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

太平洋年代际振荡与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系

利用1961年1月至2012年12月太平洋年代际振荡指数(Pacific Decadal Oscillation Index,PDOI)、NCEP/NCAR再分析环流数据集和江苏13个市级观测站点的夏季雷暴日数观测资料,分析了PDO与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系及其可能原因。结果表明,春季PDOI与江苏夏季雷暴日数均具有明显的年代际波动,两者年代际变化的趋势几乎相反:20世纪70年代中期以前和2006年以来,均对应PDO的冷位相和江苏夏季雷暴的多发时期,而20世纪70年代中后期至21世纪初,PDO处于暖位相期,江苏夏季雷暴频数明显偏少。PDO冷期,欧亚大陆和西太平洋地区夏季海平面气压和500 h Pa位势高度呈现大范围的负距平环流异常,近地面亚洲热低压显著增强,对流层中层极涡易于偏向亚洲区,青藏高原北部亚洲中部大槽加深,西太平洋副热带高压偏弱偏东,印缅槽偏强。在此环流形势下,夏季江淮流域上空低层有较强的异常西南水汽输送,江苏上空低层偏湿、中层偏干,上干下湿的垂直分布有利于对流不稳定的产生。同时,PDO冷期,江苏上空低层辐合、高层辐散,有明显的上升运动,并具有较强的低层垂直风切变,为夏季雷暴的发生、发展提供了有利的气象条件;PDO暖期,则情况相反。PDO作为一种比较稳定的年代际尺度的气候变率强信号,其对应的环流异常为雷暴现象这类中小尺度天气现象的发生、发展提供了重要的环境背景和气象条件。     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

冬季太平洋海温的年代际变化对亚洲地表气温异常的影响

本文利用1951年～1999年冬季海温场(SST)再分析资料，分析得到20世纪70年代中期太平洋年代际振荡(PDO)由负(冷)位相转为正(暖)位相，发生了显著的年代际变化。SVD分析冬季北太平洋SST与亚洲地表温度(SAT)的结果表明，PDO的年代际变化对亚洲SAT北部的增暖有显著的影响。这种影响主要是通过海气间的相互作用间接对亚洲SAT产生作用。当PDO模态进入暖位相的时候，北半球SLP场主要表现出强阿留申低压，弱西伯利亚高压和中低纬气压加强的特征，SLP场的这种变化有利于中纬度西风带的加强，使得亚洲北部大部分区域冬季增暖明显。     

太平洋年代际振荡研究进展

近10年来，太平洋年代际振荡(PDo)因其对全球气候系统的深远影响而得到广泛的研究。PDo指的是在太平洋的气候变率中具有类似ENSo空间结构但周期为10-30年的一种振荡，当北太平洋中部海面温度异常增暖(冲却)时，热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却(增暖)。总体而言，有两类观点分别认为PDO起源于确定的海气耦合过程或起源于大气的随机强迫。确定性起源论强调，一个海气耦合系统内部的物理过程可以提供一个正反馈机制以增强一初始扰动，及一个负反馈机制以促使振荡位相发生逆转；海洋环流的动力演变过程决定了振荡的时间尺度。随机性起源论则强调，因为大气活动没有一个特定的时间尺度，其时间尺度谱实际上对应于白噪音谱，所以大气对海洋的强迫是随机的；而海洋常在低频谱段有最大的响应振幅，其对应的周期约为十几年或几十年。作试图系统性地理解PDO在观测、理论和数值方面的研究现状，从而为当前研究提供一个有用的背景性参考。     

1951—2013年我国冬季气温年代际变化与PDO的关系

利用我国160个测站1951—2013年冬季月平均气温资料和1951—2016年间冬季太平洋年代际振荡(PDO：Pacific Decadal Oscillation)指数资料,分析了两者在年际和年代际时间尺度上的相关关系,探讨了PDO对我国冬季气温影响的可能物理过程。结果发现：PDO与我国冬季气温年际变化不显著;在冬季期间,PDO对我国气温的影响是滞后的;PDO与我国冬季气温年代际变化存在密切关系,当PDO处于年代际正(负)位相时,我国气温普遍偏高(低);PDO年代际分量对我国的影响机制为：当PDO指数位于年代际正(负)位相时段,海平面气压场上西伯利亚高压减弱(增强),500 hPa高度场东亚大槽强度减弱(增强),200 hPa纬向风场东亚北支急流减弱(增强),这些都有利于我国冬季气温偏高(低)。     

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

CMIP5耦合模式对太平洋年代际振荡的模拟与预估

利用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）40个模式的模拟资料和分类集合的方法,评估了耦合模式对20世纪太平洋年代际振荡（PDO）特征的模拟能力。结果表明,CMIP5多数模式对PDO周期有着较好的刻画能力,能模拟出PDO的年代际变化周期。模式对PDO模态空间特征的模拟能力存在较大差异,小部分模式模拟效果较差。进一步的分析表明,对PDO模态模拟较好的第1类模式,能较好地再现热带太平洋与北太平洋海表温度异常（SSTA）年代际变化间的关系,而且热带太平洋SSTA通过大气遥相关影响北太平样海表温度的过程也模拟的较成功。对PDO模态模拟差的模式,不能合理模拟出热带太平洋SSTA对北太平洋海表温度影响的遥相关过程。以上研究也证实了热带太平洋地区海表温度的年代际变率对北太平洋海表温度年代际变率的重要影响,热带太平洋SSTA对北太平洋SSTA的影响是通过大气遥相关实现的。利用CMIP5中等排放情景模拟结果,分析了第1类模式预估的北太平洋年代际变率的特征,发现21世纪北太平洋年代际变率的主要模态为一致的正异常分布且呈现明显的上升趋势,第二模态则表现为类似于20世纪典型PDO的马蹄型SSTA分布。     

Dry/Wet Changes and Their Standing Characteristics in China During the Past 531 Years

Time series of the dryness-wetness(DW) index of 531 yr(AD 1470-2000) at 42 stations in regions A(most of North China and the east of Northwest China) and B(the Yangtze-Huaihe River valley) in China are applied to investigating the historical DW characteristics over various periods of the series with a relatively stationary average value using Bernaola-Galvan(BG) algorithm.The results indicate that region A/B underwent three drought-intensive periods(DIP;1471-1560,1571-1640,and 1920-2000/1501-1540,1631-1690,and 1911-1960) in the last 531 years.In the DIP of the last 130 years,the frequency of DW transition has increased in region A,but not obviously changed in region B in comparison with the other two historical DIPs.The dry period started in about 1920 in region A with severe drought events occurring from the late 1970s to the early 1980s.It lasted for about 50-70 yr in this century,and then a DW shift took place.The wet period in region B might maintain for the coming several decades.The variations of DW in region A are positively correlated with changes in temperature,but in region B,the correlation with temperature is weaker.It is found that the number of DW indices of various categories within a running window is an exponential function of the running window length.The dryness scale factor(DSF) is defined as the reciprocal of the characteristic value of the exponential distribution,and it has a band-like fluctuation distribution that is good for the detection of extreme drought(flood) clustering events.The results show that frequencies of the severe large-scale drought events that concurrently occurred in regions A and B were high in the late 12th century,the early 13th century,the early 17th century,and the late 20th century.This provides evidence for the existence of the time-clustering phenomena of droughts(floods).     

中国干湿状况和干湿气候界限变化研究

选取全国616个地面气象台站1975-2004年的地面资料,通过Penman-Monteith公式计算的参考蒸散确定湿润指数（W）,按W为0．03、0．2、0．5和1．0把中国分为极干旱、干旱、半干旱、半湿润和湿润5个干湿区,给出了湿润指数的变化趋势和变异状况的地理分布,讨论了湿润指数的年代际变化特征。结果表明：湿润状况显著增加的地区主要为新疆西北部和中国的西南部,干旱化显著的地区主要在青海的东部、甘肃的南部和四川北部;干湿状况变化从中国的东部向西部逐渐增大,中国的西南地区干湿状况最为稳定;20世纪80年代初全国的平均干湿状况发生变化,由干旱趋向湿润,30a来半湿润、湿润地区干湿状况年际变化大,半干旱区和湿润区增多,半湿润区减少。     

近46年青藏高原干湿气候区动态变化研究

利用青藏高原62个气象站1961～2006年逐日气象资料, 用世界粮农组织 (FAO) 在1998年推荐的、并唯一承认的Penman-Menteith模式计算潜在蒸散量; 比较了降水量、积温降水比、气温降水比、蒸散降水比和降水蒸散比5种湿润度指标在青藏高原的适用性, 用常规统计方法和墨西哥帽小波变换分析青藏高原各气候区干湿状况及其界线的动态变化。结果表明: 5种指标中, 用降水蒸散比得到的青藏高原湿润、半湿润、半干旱、干旱和极端干旱气候区的分区结果比较合理; 近46年来青藏高原大部分地区湿润度和每个气候区的平均湿润度均呈增加趋势, 半干旱和半湿润气候区的界线呈向西北推进趋势, 气候在向暖湿方向发展。     

西北地区干、湿夏季的前期环流和水汽差异

用西北地区夏季 (6、7、8月) 共19个站降水量观测资料以及NCEP/ NCAR 1958~1997年再分析全球月平均网格点前期 (春季) 资料, 选取西北地区周边范围内夏季干、湿年的前期春季各个物理量场进行相关统计分析, 结果表明前期春季影响西北地区夏季干、湿的相关区域环流特征和水汽特征有显著差异。     

1961—2014年我国西南地区干湿季变化特征

利用中国1961—2014年逐日降水观测等资料,分析了西南地区的干湿季变化特征。结果表明：西南地区东部和西北部最早进入湿季;干季由四川盆地、贵州南部开始。西南中东部以及南部等地的湿季长度较长,干季则与之相反。干湿季开始日期以及干湿季长度均具有明显的年代际变化特征,在1970年代中期到1980年代发生了气候突变,呈现湿季长度变短,干季变长的趋势。湿季降水呈现东南多、西北少的特征,并表现出中东部减少,西部增加的趋势;干季降水则表现为东多西少的特点,在东部呈增加,在四川等地呈减少趋势。进一步分析表明：湿季异常偏湿(干)年,开始日期易偏早(晚),结束易偏晚(早),长度偏长(短);干季开始异常偏早(晚）年,干季长度长(短),干季略偏湿(干);太平洋、印度洋海温异常影响东亚大气环流的异常是造成西南地区干湿季出现异常的主要原因。     

用CEOF分析近百年中国东部旱涝的分布及其年际变化特征

通过1850～1991年旱涝百分率的CEOF分析，研究了近百年来中国东部旱涝的分布特征、时空变化特点及年际演变规律。结果表明，我国东部主要有三种旱涝分布类型。第一种类型是以长江流域为中心全国大范围旱或涝，空间位相近似相同，且有10.7年和3.1年周期性变化，振幅强度在1923～1924年间曾发生过增强突变。第二种类型为南北旱涝趋势相反的分布，空间位相自北向南变化显著，且有4.3年周期性变化，振幅强度在1884～1885年间曾有一次减弱突变。第三种类型呈江淮流域与华北和华南旱涝趋势相反的分布，空间位相从南北两个方向向中间或相反方向移动，并有3.4年周期性变化，振幅强度在1911～1912年有过增强突变。     

APO异常对我国西北地区东部秋季干湿变化影响

利用1961—2010年NCEP/NCAR的月平均和逐日再分析资料、中国区域589个站月降水量和气温月平均资料,研究夏季亚洲—太平洋涛动 (APO) 异常与我国西北地区东部秋季干湿变化的关系。结果表明:夏季亚洲—太平洋涛动指数 (APOI) 的异常变化与我国西北地区东部干湿指数 (DROI) 呈显著正相关。夏季APOI正异常年对应的秋季中高纬度地区500 hPa高度场乌拉尔山以西高压脊加强、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽加深、鄂霍次克海东部高压脊加强;东亚西风急流轴偏北;经阿拉伯海、印度半岛—孟加拉湾的西风水汽以及北太平洋反气旋底部的偏东水汽输送均为加强趋势,并结合中纬度西风水汽输送使研究区秋季偏湿,反之亦然。进一步研究表明,夏季APO为正异常时,秋季西北地区东部上升运动加强、暖湿气流加强 (均在第54—56候最为明显)。     

近代中国北方干湿变化趋势的多时段特征

利用CRU(Climate Research Unit)月降水和月平均气温资料, 通过构造一个既包含降水变化又考虑温度变化对潜在蒸发影响的干湿指标, 对我国北方近100年(1901～1998年)、 50年(1951～2002年)、 20年(1981～2002年)和近10年(1991～2002年)干湿变化趋势进行了系统的检测和分析, 突出了在全球增暖背景下温度变化对干湿变化的重要影响, 揭示了中国北方四个不同时段干湿变化趋势的基本特征.结果表明: 由于受温度升高的影响, 近100年我国西部地区降水尽管增加但并不存在变湿趋势, 而东部地区降水显著增加的地区明显呈现出变湿趋势, 显著变湿的范围较降水增加的范围大, 且强度明显增强, 这与这个地区温度的降低有关.在近50年, 100°E以东的北方地区是明显的干旱化趋势; 西北西部显著变湿的范围较降水显著增加的范围为小, 而东部干旱化区域的范围较降水显著减少的区域大.这充分说明了增暖能够减弱降水增加对地表水分收支的贡献, 也就是加剧降水减少的干旱化程度.在近20年, 新疆北部尽管降水量有所增加, 但并未改变该地区干旱化的时空格局, 也未发现显著的变湿趋势存在, 这个时段北方大部分地区仍然以干旱化趋势为主.特别值得注意的是, 在有些地区干湿指标的变化趋势与降水的变化趋势完全相反.在20年和近100年时段上, 我国西部大部分地区仍处在一个干旱化的进程中, 而华北地区在20年和50年时段上均表现为一个干旱化的趋势.     

北美和欧亚大陆冬季快速增温与地表干湿变化

采用东英吉利大学气候研究中心（CRU）提供的月地表温度和降水资料,分析了全球年平均及冬季地表温度变化趋势,发现在北半球中高纬地区半干旱区冬季快速增温。在此基础上通过分析帕默尔干旱指数（PDSI）研究了北美和欧亚大陆冬季地表干湿变化的时空特征和差异,并讨论北美和欧亚大陆冬季快速增温对地表干湿变化的影响。结果表明,北美大陆南部微弱变湿,加拿大北极群岛变湿明显,而在北美大陆的中西部有明显的变干趋势;欧亚大陆大部分地区在冬季有一定的变干趋势,其中尤以西欧南部,中国华北、东北,蒙古中北、东北部及俄罗斯远东地区变干最为显著。但北美和欧亚大陆1950-2008年冬季降水并无显著变化趋势,地表干湿变化主要受气温的影响,尤其是在冬季增温最为快速的地区。     

Springtime Convective Quasi-Biweekly Oscillation and Interannual Variation of Its Intensity over the South China Sea and Western North Pacific

This study investigates characteristics of the convective quasi-biweekly oscillation(QBWO) over the South China Sea(SCS) and western North Pacific(WNP) in spring, and the interannual variation of its intensity. Convective QBWO over the WNP and SCS shows both similarities and differences. Convective QBWO over the WNP originates mainly from southeast of the Philippine Sea and propagates northwestward. In contrast, convective QBWO over the SCS can be traced mainly to east of the Philippines and features a westward propagation. Such a westward or northwestward propagation is probably related to n = 1 equatorial Rossby waves. During the evolution of convective QBWO over the WNP and SCS, the vertical motion and specific humidity exhibit a barotropic structure and the vertical relative vorticity shows a baroclinic structure in the troposphere. The dominant mode of interannual variation of convective QBWO intensity over the SCS–WNP region in spring is homogeneous. Its positive phase indicates enhanced convective QBWO intensity accompanied by local enhanced QBWO intensity of vertical motion throughout the troposphere as well as local enhanced(weakened) QBWO intensity of kinetic energy, vertical relative vorticity,and wind in the lower(upper) troposphere. The positive phase usually results from local increases of the background moisture and anomalous vertical shear of easterlies. The latter contributes to the relationship between the dominant mode and QBWO intensities of kinetic energy, vertical relative vorticity, and wind. Finally, a connection between the dominant mode and the sea surface temperature anomalies in the tropical Pacific Ocean is demonstrated.