MJO与北半球高纬地区冬季地表气温异常的联系

基于1979—2016年NCEP-NCAR逐日再分析资料研究了热带季节内振荡(MJO)和北半球冬季高纬地区地表气温(SAT)之间的联系。利用实时多变量MJO(RMM)指数,将MJO分为8个位相,其中位相2(位相6)对应于位于印度洋地区的正(负)对流。不同MJO位相下的SAT合成结果显示MJO第二位相后的5～15 d,北半球高纬地区(60°～90°N、180°～60°W)有明显的负SAT异常;由于热带异常加热信号的改变,在MJO第六位相后的5～15 d该地区则对应于显著的正SAT异常。该地区温度的垂直结构在各个位相下也表现出类似的分布特征。合成的500 hPa位势高度异常场显示,在温度负(正)异常的位相对应有明显的位势高度负(正)异常,这种环流异常主要是由与热带对流异常相联系的向东北方向传播的罗斯贝波列所引起的。通过对波活动通量的计算,推断该东北方向传播的罗斯贝波列很可能是罗斯贝波能量频散的结果。合成的700 hPa比湿异常场和SAT之间在存在着较好的对应关系,考虑到对流层中层的比湿与向下长波辐射之间存在着正相关关系,说明该温度异常也可能与辐射过程相关。上述分析表明与MJO对流相关的大尺...     

MJO对春季中国东部大气环流和降水的影响

利用再分析资料分析了MJO（Madden-Julian Oscillation）不同位相对春季中国东部降水的影响。结果表明：MJO处于位相3时对应长江及其以南地区降水增多,处于位相7时该区域降水减小。当热带MJO对流从位相1东传至位相4,与其相伴的北向辐散辐合流会在印度东北部—长江及副热带西北太平洋地区的对流层中低层产生明显的辐合异常,且在MJO位相3时中国东部的辐合异常达到最大。从Rossby波源角度分析,这种辐合异常会增强对流层中低层气旋性环流,导致MJO处于位相3时长江流域及其以南地区降水增多。同时,利用现代次季节和季节预报业务系统探讨了MJO与降水的关系对降水预报技巧的影响,发现预报降水和再分析产品的相关系数在MJO处于位相3和7时有所增加。     

东亚地区冬季地面气温延伸期概率预报研究

利用TIGGE资料中的ECMWF、NCEP、UKMO三个中心集合预报系统以及由此构成的多中心集合预报系统所提供的地面2 m气温10~15 d延伸期集合预报产品,建立贝叶斯模式平均(Bayesian Model Averaging,BMA)概率预报模型,对东亚地区冬季地面气温进行延伸期概率预报研究。采用距平相关系数、均方根误差、布莱尔评分、等级概率评分等指标分别对BMA确定性结果与概率预报进行评估。结果表明,BMA方法明显地改进了原始集合预报结果,预报技巧优于原始集合预报,且多中心BMA预报优于单中心BMA预报,最佳滑动训练期取35 d。BMA预报为气温的延伸期概率预报提供了更合理的概率分布,定量描述了预报的不确定性。     

Enhancement of the summer North Atlantic Oscillation influence on Northern Hemisphere air temperature

This study investigates the relationship between the summer North Atlantic Oscillation (SNAO) and the simultaneous Northern Hemisphere (NH) land surface air temperature (SAT) by using the Climate Research Unit (CRU) data. The results show that the SNAO is related to NH land SAT, but this linkage has varied on decadal timescales over the last 52 years, with a strong connection appearing after the late 1970s, but a weak connection before. The mechanism governing the relationship between the SNAO and NH land SAT is discussed based on the NCEP/NCAR reanalysis data. The results indicate that such a variable relationship may result from changes of the SNAO mode around the late 1970s. The SNAO pattern was centered mainly over the North Atlantic before the late 1970s, and thus had a weak influence on the NH land SAT. But after the late 1970s, the SNAO pattern shifted eastward and its southern center was enhanced in magnitude and extent, which transported the SNAO signal to the North Atlantic surrounding continents and even to central East Asia via an upper level wave train along the Asian jet.     

The Prediction of winter surface air temperature

The author investigates the prediction of Northeast China’s winter surface air temperature (SAT),and first forecast the year to year increment in the predic-tand and then predict the predictand.Thus,in the first step,we determined the predictors for an increment in winter SAT by analyzing the atmospheric variability associated with an increment in winter SAT.Then,multi-linear re-gression was applied to establish a prediction model for an increment in winter SAT in Northeast China.The pre-diction model shows a high correlation coefficient (0.73) between the simulated and observed annual increments in winter SAT in Northeast China throughout the period 1965-2002,with a relative root mean square error of -7.9%.The prediction model makes a reasonable hindcast for 2003-08,with an average relative root mean square error of -7.2%.The prediction model can capture the in-creasing trend of winter SAT in Northeast China from 1965-2008.The results suggest that this approach to forecasting an annual increment in winter SAT in North-east China would be relevant in operational seasonal forecasts.     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

热带大气季内振荡对中国冬季持续低温事件的影响

利用1959—2011年中国522个站点冬季日平均温度资料,选出期间中国发生的持续低温事件,统计了MJO位于各位相时中国各区域发生持续低温事件的概率,并试图从垂直速度以及经向环流异常入手,研究MJO影响中国冬季持续低温事件的机制。统计研究表明,MJO位于2、3位相时,中国大部分地区发生持续低温事件的概率相对更高。中国北方部分地区在MJO位于5、6位相时,也有相对较高的概率触发持续低温事件。而MJO位于7位相时中国南方地区发生持续低温事件的概率较高。从影响机制看,MJO能够激发出西北向传播的Rossby波,引起局地Hadley环流异常,在副热带亚洲地区激发出大气异常显著的垂直运动,影响东亚地区大气环流形势,进而改变冷空气活动的路径或区域,导致中国冬季的持续低温事件发生概率的变化。     

层云加热对热带大气季节内振荡的影响

本文研究了层云降水加热对于激发热带大气季节内振荡(Madden-Julian oscillation,简称MJO)所起到的作用.将层云加热作用引入到非线性的CISK (Conditional Instability of Second Kind)-Kelvin波方程组,并分别利用截谱方法和四阶Runge-Kutta方法...     

未来20年中国气温变化预估

利用大约40余个气候模式和模式集合,考虑多种人类排放情景,预估到2025年前相对于1961－1990年中国的气温变化。只考虑未来人类排放增加多模式集成预估结果表明,中国年平均气温自2006到2025年的20 a期间将继续变暖0.55 ℃,至2010年年平均气温平均变暖大约为1.08 ℃（平均变暖范围为 0.73-1.54 ℃）,至2020年年平均变暖约为1.43 ℃（平均变暖范围为1.10-2.09 ℃）,至2025年平均变暖约为1.39 ℃（平均变暖范围为0.94-2.19 ℃）。 对1990－2005年已经出现观测事实的近16 a气候模式预估结果进行检验表明,多模式考虑多种排放情景集成,一致预估出这16 a的明显变暖趋势,但是变暖幅度略低于实际观测值。经检测证实,对2006－2025年中国气温的预估具有一定的可信度。需要指出的是,目前的预估没有考虑未来的自然变化,只考虑人类排放继续增加的影响。     

中国东部地区城市化对气温影响的观测分析

现有场地观测表明,城市化对于气温的影响在静风、无云条件下的晚上最明显,而在大风、多云条件下的晚上最小.本文采用一套经过均一化处理的中国地区逐日平均、最高以及最低气温序列资料集,分析了中国东部地区在不同风速、云量条件下地面气温变化的趋势.结果表明,从1960-2008年,中国东部地区(20～45° N,110～125° ...     

Teleconnected influence of the boreal winter Antarctic Oscillation on the Somali Jet: Bridging role of sea surface temperature in southern high and middle latitudes

The teleconnection impact of the boreal winter Antarctic Oscillation(AAO) on the Somali Jet(SMJ) intensity in the following spring and summer is examined in this paper.The variability of the boreal winter AAO is positively related to the SMJ intensity in both spring and summer.The analyses show that the SST in southern high and middle latitudes seems to serve as a bridge linking these two systems.When the AAO is in strong positive phase,SST over the Southern Ocean cools in the high latitudes and warms in the middle latitudes,which persists into summer;however,the variability of SST in southern high and middle latitudes is also closely correlated to SMJ intensity.A possible mechanism that links SST variability with the AAO-SMJ relationship is also discussed.The AAO in boreal winter produces an SST anomaly pattern in southern high and middle latitudes through the air-sea coupling.This AAOrelated SST anomaly pattern modulates the local Ferrel cell anomaly in summer,followed by the regional Hadley cell anomaly in tropics.The anomalous vertical motion in tropics then changes the land-sea thermal contrast between the tropical Indian Ocean and the Asian continent through the variability of low cloud cover and downward surface longwave radiation flux.Finally,the land-sea thermal contrast anomaly between the tropical Indian Ocean and the Asian continent changes the SMJ intensity.The results from Community Atmosphere Model experiments forced by the SST anomaly in southern high and middle latitudes also confirm this diagnostic physical process to some extent.     

大气动力学中三种Rossby波作用通量的特征差异和适用性比较

大气动力学诊断Rossby波的传播时,通常用波作用通量来表示。常用的三种波作用通量分别为Plumb波作用通量,T-N波作用通量和局地E-P通量。本文详细讨论了这三种方法的特征差异,并结合2016年1月的一次寒潮事件,比较了三种方法在该事件中的适用性。结果表明:1)Plumb波作用通量的纬向分量较大而经向分量较小,适用于振幅较小的纬向均匀的西风带Rossby长波的诊断。2)T-N波作用通量是对Plumb波作用通量的改进,经向分量得以增强,能更好地描述纬向非均匀气流中的较大振幅的西风带Rossby长波扰动。T-N波作用通量计算时,背景场取多年平均的当月气候场较合适,能更好地反映当前季节内的Rossby波传播异常。3)局地E-P通量可以诊断一段时间内天气尺度瞬变波对背景场(定常波)总的调控作用,但无法直接反映Rossby长波的逐时演变(T-N波或Plumb波作用通量则可以)。     

冬季与北大西洋涛动相关Rossby波列传播特征及对下游气候的影响

利用再分析数据,以在北半球冬季与北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)相关的向下游传播的准定常波列在欧洲地区是否发生反射为标准,将1957/1958年至2001/2002年这45个冬季分为高纬型和低纬型两类冬季,分别简称为在H型和L型冬季。在H(L)型冬季,和NAO相联系的向下游传播的Rossby波列主要沿高纬度(低纬度)路径传播。对比了在两种类型冬季NAO与同期大气环流、近地面温度(Surface Air Temperature,SAT)、海表面温度(Sea Surface Tempertaure,SST)和降水的关系。结果表明:大气环流方面,在H型冬季,300 hPa位势高度异常在西-西伯利亚和中-西伯利亚西部与NAO呈现正相关,而在L型冬季300 hPa位势高度异常在亚洲东海岸(约40°N)和北太平洋呈现正相关,在H型冬季与NAO相关的经向风异常在中纬度形成波列,而在L型冬季与NAO相关的经向风异常在副热带形成波列;SAT方面,在H型冬季SAT异常在欧亚大陆腹地高纬度地区与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SAT异常在欧亚大陆腹地的高纬度地区相对较弱,但NAO造成的SAT异常可以扩展到亚洲东北部;降水方面,H型冬季与L型冬季主要区别在中国南方,在H型冬季降水异常与NAO的关系相对较弱,而在L型冬季降水异常与NAO呈现正相关关系;SST方面,同期SST异常在北大西洋中纬度海域与NAO呈现正相关,而在L型冬季与NAO相关的SST异常在北大西洋中纬度地区相对较弱,在北大西洋北部和南部较强。总体而言,在H型和L型冬季,NAO具有不同下游影响。     

中国东部地区冬季气温与北极涛动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、北极涛动（AO）指数序列及中国160个台站月温度资料,分析1951-2007年中国冬季气温与AO指数的变化特征及其相互关系。结果表明：1951-2007年AO与中国东部地区冬季气温基本呈正相关关系。中国东部地区冬季气温指数（IWT）与北极涛动指数（IAO）均逐渐增强,并有显著的年际和年代际变化,均存在准18 a的周期变化特征。从偏相关系数来看,在年际尺度上,西伯利亚高压对中国东部地区冬季气温的年际变化影响较大,而AO与冬季气温无显著相关关系;在年代际尺度上,AO对中国东部地区冬季气温的影响较显著,比西伯利亚高压影响大。东亚大槽偏弱时,中国冬季气温偏高,AO指数也偏高,反之则相反。在年际尺度上,东亚大槽对中国东部地区冬季气温的年际变化影响较大,而AO与冬季气温无显著相关关系;在年代际尺度上,AO和东亚大槽对中国冬季气温的变化影响均较显著。     

基于贝叶斯模型的中国未来气温变化预估及不确定性分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)中35个全球气候模式历史模拟与RCP4.5预估结果,通过贝叶斯模型平均(Bayesian Model Averaging,BMA)对中国气温进行多模式集合研究,给出了中国未来气温变化预估及其不确定性的时空分布。结果表明,中国21世纪冬夏将持续升温,且升温具有冬季高于夏季,北方高于南方的特点。初期(2016—2035年)北方有很大可能(80%)升温超过0.7℃,南方升温相同幅度的概率则超过50%;中期(2046—2065年)北方和南方升温超过1.5℃的概率分别为80%和50%;末期(2081—2100年),北方(南方)有80%(50%)的可能的升温超过2℃。气温预估的不确定性研究发现,无论冬夏,21世纪不同时期升温相对较弱的塔里木盆地、青藏高原南侧和中国东南地区为不确定性低值区,基本低于0.6℃,对应可信度较高,如21世纪初期信噪比超过4;而不确定性的高值区则主要分布在新疆北部、东北平原北部和青藏高原东南侧等升温相对较大的地区,普遍高于1℃,对应可信度较低,如初期信噪比低于2.5。此外,基于信噪比对比发现除青藏高原东部外,其他区域夏季预估的可信度均高于冬季,21世纪末期高于初期,且空间分布特征一致。     

基于多种集合的中国冬季气温逐月滚动预测

利用1979—2015年中国国家气候中心整编的160站月平均气温和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,从1979/1980—2008/2009年冬季前期500 h Pa高度场、200 h Pa势函数和850 h Pa势函数场选择预测因子,考虑不同时效因子的组合及其独立性,综合应用多因子回归集合、交叉检验集合、逐月滚动集合,建立了针对中国冬季气温的逐月滚动预测模型,并利用该模型对2010/2011—2014/2015年冬季气温进行了独立预测试验和检验。结果表明,综合运用多种集合可提高短期气候客观定量预测的可行性和稳定性。多因子回归集合能增加可预测站点数,交叉检验集合可减少因统计关系不稳定而产生的对预报效果的影响,逐月滚动集合的应用不仅增加了可预测站点数,而且使预测效果更加稳定。本文建立的预测模型可对中国冬季气温进行长时效的预测,且有一定的预报技巧,对实际的季节预测业务有重要应用价值。     

冬季南极涛动对欧亚大陆地表气温的影响

基于1962~2011年NCEP/NCAR逐日再分析资料,本文研究了北半球冬季南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）对欧亚大陆地表气温的影响及其物理过程。线性回归结果表明,在扣除冬季ENSO信号后,1月AAO与2月欧亚大陆地表气温呈显著正相关关系。当1月AAO处于正位相时,东南太平洋出现显著的位势高度正异常,这对应着南半球副热带高压的增强。该高度正异常在空间上从南半球向北扩展至北半球东太平洋地区,在时间上可一直持续到2月,它在南北半球相互作用过程中起重要作用。2月,北半球东太平洋高度正异常随高度向北倾斜,在对流层上层位于美国西南侧,该位置对应着北大西洋风暴轴入口处。进一步的相关分析表明,美国西南侧的高度正异常与地中海西北侧的瞬变波活动显著正相关,进而对应着斯堪的纳维亚半岛地区的高度负异常的形成。该负异常通过向下游频散波能量,引起贝加尔湖西侧高度正异常,形成典型的负位相斯堪的纳维亚环流型。该环流型对应60°N附近的西风异常,抑制了北侧冷空气南下,进而引起欧亚大陆地表气温正异常,反之亦然。     

2018年春末南方极端持续高温及MJO影响

本文分析了2018年春末我国南方地区持续性极端高温过程及其影响系统。本次事件自5月15日首先在江淮等地迅速发展,17日之后扩展至华南并在该地区维持至6月初。江南南部和华南东部等地高温日数比常年同期偏多6～10 d,累计近两千站次出现了35℃以上的高温天气,约是之前最多年（1991年）的2.6倍。研究区域内有超过三分之一的测站高温日数突破5月历史极值。统计分析结果显示,春末南方高温日数与该地区上空位势高度、其西侧经向风及其上空对流活动均有显著关系,但对流的影响更为超前,约在一周左右。除和华南地区对流呈显著正相关外,春末南方高温还和热带印度洋OLR（Outgoing Longwave Radiation）呈显著的负相关,这种相关模态和MJO（Madden-Julian Oscillation）的第一、二位相对应的对流异常分布一致。对2018年的个例分析支持这一统计结果。2018年5月,MJO有20 d持续位于这两个位相,且振幅均超过1,是有MJO监测以来5月这两个位相最多的一年。因此,无论是统计分析还是个例都表明MJO对本次春末南方高温有重要影响。     

协调大集合模拟下全球海表面温度对北极对流层早冬增暖的影响

本文使用六个不同的最新大气模式进行了协调数值集合实验,评估和量化了全球海表面温度(SST)对1982-2014年冬季早期北极变暖的影响.本研究设计了两组实验:在第一组(EXP1)中,将OISSTv2逐日变化的海冰密集度和SST数据作为下边界强迫场;在第二组(EXP2)中,将逐日变化的SST数据替换为逐日气候态.结果表明...     

中高纬大气ISO对夏季鄂海阻高形成和维持的调节作用

运用1979—2015年的逐日NCEP-DOE再分析资料,探讨了夏季鄂霍次克海阻塞高压(简称“鄂海阻高”)与中高纬大气季节内振荡(简称“ISO”)之间的可能联系。研究发现,ISO扰动与夏季鄂海阻高在关键区(130°~160°E,60°~75°N)有最好的耦合关系,且关键区位势高度表现出显著的10~30 d的振荡周期。超前滞后合成分析表明,与鄂海阻高相联系的ISO扰动具有明显的向西传播的特征。波活动通量分析结果显示,波能量在中高纬140°W附近累积,因此西传的ISO扰动可能源自中高纬140°W附近。对位势倾向方程的诊断结果显示,动力作用对关键区位势高度的时间变化起主要作用。进一步运用尺度分析表明,在夏季鄂海阻高发生和维持的过程中,ISO经向风引导的平均涡度平流对位势高度的时间变化起主导作用。