中国冬季积雪特征及欧亚大陆积雪对中国气候影响

该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展,包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化,中国冬季降雪特征,气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响,外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布,引起大气环流异常,进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果,对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明,CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。     

南北半球大气定常波的相互对应关系

本文利用NCEP／NCAR的月平均高度场资料，计算了全球各层月平均纬向偏差，分析结果表明，在对流层普遍存在着南北半球的奇对称现象，在4月和10月，这种对称性特别明显；在对流层低层，南半球的定常波动强度明显大于北半球，但在对流层中层，北半球的波动强度明显大于南半球，且南北半球都在冬季时达到最大振幅，在南半球全年和北半球的冬季，极区附近偶板子特征明显，在上半年，北半球偶板子按逆时针转动，而南半球则顺时针转动，在下半年，则情况相反。     

欧亚大陆积雪两种物理效应对2010年春末夏初华南降水的影响

本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。     

冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation,IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。     

青藏高原春季积雪对大气环流影响的模拟研究

应用ＮＣＡＲＣＣＭ２气候模式就青藏高原春季积雪对大气环流的影响进行了模拟研究，结果表明，青藏高原春季积雪对气环流有很大的影响，这增大了高原地区的地面反照率，减少了地面吸收的短波辐射，地气界面处的感热和潜热通量，从而引起高原及其附近地区温度场，气压扬，风场，散度场以及降水量及其分布的一系列变化。     

欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响

利用大气环流模式IAP9L_CoLM,通过两组集合后报试验,考察了欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响。一组试验为常规后报试验,积雪是由模式陆面过程预报得到的,另一组试验为积雪试验,模式积分过程中欧亚大陆雪水当量由微波遥感积雪资料替代,一天替换一次。通过分析两组试验后报结果的差异,来考察欧亚大陆积雪对我国春季（3~5月）气候可预报性的影响。分析表明:欧亚大陆积雪模拟水平的改善能提高春季欧亚大陆中高纬环流场（海平面气压场和中、高层位势高度场）的可预报性,模式对我国春季气温异常的年际变化和空间分布的可预报能力也有显著增强。对我国春季降水,虽然预报技巧较低,但引入较真实的欧亚积雪作用后,由于中高纬环流场预报技巧的改进导致降水的预测能力也有所改进。个例分析也表明,欧亚中高纬春季积雪异常模拟水平的改善导致了欧亚中高纬贝加尔湖及以南区域环流场可预报性的提高,最终使中国东部区域春季气候异常模拟技巧得以改善。以上结果也证实,欧亚大陆积雪是影响东亚区域春季气候的一个重要因子,要提高模式对中国春季气候的预报技巧,积雪模拟水平的改进是非常必要的。     

欧亚大陆中高纬积雪消融异常对东北夏季低温的影响

利用美国冰雪资料中心提供的1979~2007年月平均积雪水当量资料、NCEP/NCAR的逐月再分析资料 以及中国743站的逐日气温资料,讨论了欧亚中高纬春季融雪异常分布与中国东北夏季温度的联系及其可能的影响机理。结果表明:欧亚大陆中高纬西部春季融雪偏多、东部春季融雪偏少时,我国东北夏季易出现低温。春季东部融雪量少,导致夏季剩余积雪偏多;夏季积雪融化吸热增多,加上后期的土壤湿度增加会导致该地区夏季温度异常偏低,高度场下降,500 hPa上欧亚中高纬东部的长波槽加深,槽后偏北气流加强;来自极地的冷空气容易入侵东亚中高纬地区,引起我国东北夏季低温。     

索马里越赤道气流对西南雨季开始早晚的影响

基于中国气象局西南雨季监测标准和高空间分辨率的台站日降水资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了西南雨季开始日期的气候特征及和索马里、孟加拉湾越赤道气流的关系,发现西南雨季的气候平均开始时间约为5月第4候,且在2000年前后有从偏晚向偏早转变的趋势。统计诊断分析表明,在东半球低层的几支越赤道气流中,只有索马里和孟加拉湾越赤道气流的强弱会影响到雨季开始早晚和雨量大小,且都对应于急流强雨季早、急流弱雨季晚的特征,但在月尺度上前者的作用更强。急流通道中心经向风和赤道印度洋纬向风对雨季的超前相关及逐日变率合成分析表明,索马里地区经向风速在雨季爆发前十日开始为正的日较差,即十日前经向风持续增强,并在约七日至五日前作用最为显著,从而对西南雨季起到触发作用。在这一触发过程中,索马里急流的超前影响要早于孟加拉湾越赤道气流。受上游越赤道气流影响,赤道印度洋西风和孟加拉湾西南气流也会增强,为西南地区提供充沛的水汽。     

青藏高原春季积雪对北半球夏季季节内振荡的影响

利用中国科学院西北生态环境资源研究院提供的1981-2016年雪深资料,分析了青藏高原春季雪深异常对北半球夏季季节内振荡（Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO）的影响。BSISO包括周期为30～60天的BSISO1模态和周期为10～30天的BSISO2模态。结果表明,当青藏高原积雪偏多（偏少）时,与BSISO1相关的对流在印度、孟加拉湾以及“海洋性大陆”（Maritime Continent,MC）区域偏多（偏少）,而在南海和西北太平洋区域偏少（偏多）;与BSISO2相关的对流在北印度洋、MC以及东海南海区域偏多（偏少）,而在西北太平洋区域偏少（偏多）。高原积雪可以通过改变背景风场以及湿度场来影响BSISO1的对流活动。当高原春季积雪异常增多（减少）时,垂直东北风切变在北印度洋区域增强（减弱）,北印度洋与孟加拉湾间的湿度梯度增加（减小）,有（不）利于与BSISO1相关的对流活动传播到孟加拉湾及MC区域;MC区域水汽减少（增多）,不（有）利于与BSISO1相关的对流活动继续传播到南海和西北太平洋区域。     

春季马斯克林高压对中国东北地区夏季气温的影响

利用中国东北地区26个站点的月平均温度资料和NCEP/NCAR月平均高度场、风场、海温场资料,研究了春季马斯克林高压(下称马高)对中国东北夏季气温的影响及其途径。结果表明:(1)春季马高与后期东北地区夏季气温呈明显的正相关关系。春季马高偏强年,后期夏季北半球盛行纬向环流,东北地区与阿留申群岛南侧为主要的正距平中心,东北地区上空为高压系统所控制,总云量偏少,气流辐散下沉,冷空气不易南下,造成该区域的高温天气。春季马高偏弱年则相反,后期夏季东北地区为高度场的负距平中心,受低压影响,总云量偏多,高纬冷空气与低纬气流辐合上升,使该区域气温容易偏低;(2)春季马高异常会引起印度洋中部地区的海温异常,并持续到夏季且进一步加强,从而在200 hPa纬向风场上激发出一个从南半球中高纬到北半球中高纬的经向遥相关波列,通过该波列可以影响到东北地区夏季500 hPa高度场,进而影响东北地区的夏季气温;(3)春季马高偏强时还可以通过增强后期夏季的索马里越赤道气流与80°E附近的越赤道气流,从而减弱赤道印度洋上的异常西风,使西太平洋副热带高压加强西伸,造成东北地区的夏季高温天气,春季马高偏弱年则相反。     

欧亚冬季雪盖对北半球夏季大气环流的影响及其与东亚太平洋型遥相关的可能联系

利用NOAA的欧亚大陆冬季月平均雪盖面积资料和中国气象局的北半球夏季500 hPa高度场资料进行统计分析,发现欧亚大陆冬季雪盖面积异常可以激发北半球夏季积雪强迫型遥相关,它具有显著的准4年周期。在准4年时间尺度上,建立了积雪强迫型遥相关和东亚太平洋型遥相关的可能联系,推测了准4年循环中的可能作用过程。     

冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响

通过对23个冬季,欧亚积雪与北太平洋风暴轴区域500 hPa天气尺度滤波位势高度方差进行奇异值分解(SVD)、相关分析和合成分析,研究了冬季欧亚积雪异常对北太平洋风暴轴的影响.结果表明,冬季欧亚积雪面积正异常时,北太平洋风暴轴主体位置南压,并且中心强度减弱;积雪面积负异常时,结果相反.进一步的分析显示,欧亚雪盖面积异常所导致的冷却效应异常通过改变欧亚大陆及其下游北太平洋上空的高度场,进而改变东亚急流和斜压性,从而对北太平洋风暴轴产生影响.     

春季欧亚积雪异常影响中国夏季降水的数值试验

 利用NCAR的新一代GCM CAM3.1版本模式,研究了欧亚大陆春季积雪异常对北半球大气环流和中国夏季降水的影响。结果表明,春季积雪异常通过改变其后夏季的土壤湿度和温度分布,造成对流层厚度场的异常,激发一个从欧洲西部到东亚的500 hPa高度场异常波列。我国南、北方处于符号相反的高度场异常区,同时降水也呈现南北相异的态势,这表明春季欧亚积雪异常是影响我国夏季降水分布的一个重要因子。     

中国春季降水异常及其与热带太平洋海面温度和欧亚大陆积雪的联系

利用降水观测资料, 研究了1979～2004年中国春季 (3～5月) 标准化累积降水异常的时空特征及其与前冬、 春热带太平洋海面温度和春季欧亚大陆积雪的关系。中国春季标准化累积降水量EOF第一模态最大变率位于中国东部中纬度地区, 主要反映了中国东部中纬度地区春季降水的变化特征。同时, 中国东部春季降水异常具有南、 北反相变化的特征。当长江以南大部分地区的降水偏少时, 长江以北地区的降水偏多。春季降水异常具有显著的年际变化, 但在1980年代末出现年代际转型, 即年际变化的振幅明显增大变强、 周期变长。从华北到长江流域中纬度地区的春季降水异常特征与前冬热带太平洋海面温度有密切的关系。当前冬、 春热带东太平洋海温偏暖, 西太平洋海温偏冷时, 中国东部从华北到长江流域中纬度地区的春季降水偏多, 反之亦然。虽然当春季欧亚大陆楚科奇半岛和青藏高原积雪偏多, 贝加尔湖到中国东北地区的积雪偏少时, 对应着中国东部从华北到长江流域中纬度地区的降水偏多, 但当去掉ENSO信号后, 这种关系并不显著。说明EOF第一模态所反映的中国东部从华北到长江流域中纬度地区春季降水与欧亚大陆积雪的相关关系可能是前冬热带太平洋海面温度异常的一个体现。     

Influence of October Eurasian Snow on Winter Temperature over Northeast China

This paper addresses the interannual variation of winter air temperature over Northeast China and its connection to preceding Eurasian snow cover.The results show that there is a significant negative correlation between October Eurasian snow cover and following-winter air temperature over Northeast China.The snow cover located in eastern Siberia and to the northeast of Lake Baikal plays an important role in the winter air temperature anomaly.More(less)eastern Siberia snow in October can cause an atmospheric circulation anomaly pattern in which the atmospheric pressure is higher(lower)than normal in the polar region and lower(higher)in the northern mid-high latitudes.Due to the persistence of the eastern Siberia snow from October to the following winter,the winter atmospheric anomaly is favorable(unfavorable)to the widespread movement of cold air masses from the polar region toward the northern mid-high latitudes and,hence,lower(higher)temperature over Northeast China.Simultaneously,when the October snow cover is more(less),the SST in the northwestern Pacific is continuously lower(higher)as a whole; then,the Aleutian low and the East Asia trough are reinforced(weakened),favoring the lower(higher)temperature over Northeast China.     

Vertical Air Mass Exchange Driven by the Local Circulation on the Northern Slope of Mount Everest

To better understand vertical air mass exchange driven by local circulation in the Himalayas, the volume flux of air mass is estimated in the Rongbuk Valley on the northern slope of Mount Everest, based on a volume closure method and wind-profiler measurements during the HEST2006 campaign in June 2006. Vertical air mass exchange was found to be dominated by a strong downward mass transfer from the late morning to late night. The average vertical air volume flux was 0.09 m s-1, which could be equivalent to a daily ventilation of 30 times the enclosed valley volume. This vertical air mass exchange process was greatly affected by the evolution of the South Asian summer monsoon (SASM), with a strong downward transfer during the SASM break stage, and a weak transfer during the SASM active stage.     

Assessing the Impacts of Eurasian Snow Conditions on Climate Predictability with a Global Climate Model

On the basis of two ensemble experiments conducted by a general atmospheric circulation model (Institute of Atmospheric Physics nine-level atmospheric general circulation model coupled with land surface model, hereinafter referred to as IAP9L_CoLM), the impacts of realistic Eurasian snow conditions on summer climate predictability were investigated. The predictive skill of sea level pressures (SLP) and middle and upper tropospheric geopotential heights at mid-high latitudes of Eurasia was enhanced when improved Eurasian snow conditions were introduced into the model. Furthermore, the model skill in reproducing the interannual variation and spatial distribution of the surface air temperature (SAT) anomalies over China was improved by applying realistic (prescribed) Eurasian snow conditions. The predictive skill of the summer precipitation in China was low; however, when realistic snow conditions were employed, the predictability increased, illustrating the effectiveness of the application of realistic Eurasian snow conditions. Overall, the results of the present study suggested that Eurasian snow conditions have a significant effect on dynamical seasonal prediction in China. When Eurasian snow conditions in the global climate model (GCM) can be more realistically represented, the predictability of summer climate over China increases.