西伯利亚高压的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响北大核心CSCD

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个气象站的气温资料,采用谐波分析、相关分析和奇异值分解等方法,研究了冬季西伯利亚高压(Siberian High,SH)的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响。结果表明:(1)年代际尺度上SH在20世纪60年代末后减弱、收缩、东界西撤、南界北退,21世纪以来SH面积扩张。年际尺度上SH面积的年际方差最大。(2)SH强度、面积和东界经度的年际变率在21世纪以来都增大,SH特征量的年代际变率均在1975年前后由大转小。(3)中国冬季偏冷年的SH较为强大且东扩南伸,同期500 hPa高度类似遥相关欧亚型(EU)正位相的异常分布和增强的欧亚脊对SH发展起主要作用,反之亦然。年际尺度上当SH加强扩张并东扩南伸时,强度的影响最大,中国大部为冷冬,尤其是南方。年代际尺度上面积的影响最强,SH加强扩张(减弱收缩)并东伸(西撤)时,黄河以北气温偏低(高)。(4)年际尺度上当SH强度和面积的变率偏大(小),东界和南界的变率偏小(大)时,中国大部冬季气温的年际波动剧烈(平缓)。年代际尺度上当SH特征量的变率均偏大(小)时,华北和东北冬季气温的年代际波动加大(减小),而南方冬季气温的年代际波动减弱(增大)。     

冬季西伯利亚高压的主要年际变化模态及其对东亚气温的影响

选取40°N—60°N,80°E—120°E的区域作为西伯利亚高压的主要活动区域,利用NCEP/NCAR月均海平面气压再分析资料,对该区域西伯利亚高压(Siberian High,SH)从1979—2017年共38个冬季(12月至次年2月)进行经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。结果表明,第1模态为全区一致的变化,第2模态为南北气压的反相变化关系,第3模态为东西部气压的反相变化关系,并且3个模态的时间序列都存在显著的年际变化。进一步对相关的大气环流和东亚气温异常的分析表明,第1模态相联系的大气环流在地面表现为海陆气压差的改变,500 h Pa高度上东亚大槽强度的变化,200 h Pa纬向风场上温带急流、副热带急流强度的变化,SH负位相时,东亚偏暖,SH正位相时,东亚偏冷;第2模态与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的变化有密切关系,在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态,SH北强南弱时,环流场类似AO正位相,温带急流减弱,东亚东北部偏暖,SH北弱南强时,东亚东北部偏冷;而与第3模态相联系的大气环流主要出现在欧亚大陆局部区域,与北大西洋涛动(NAO)也存在一定的关联,SH东强西弱时,东亚北部偏暖,西南部偏冷,SH东弱西强时,东亚北部偏冷,西南部偏暖。     

近134年上海冬季气温变化特征及其可能成因

使用上海1873—2006年共134年冬季气温资料和1961—2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析了上海冬季气温的变化特征及其可能成因。结果表明,百余年来上海冬季气温有3次明显的增温过程和2次降温过程,总体上呈现出显著的增温趋势,其中1970年代以来增温幅度最大。上海冬季气温具有2年、40年和80年的变化周期,在1980年代中期冬季气温发生增暖突变。134年间上海冬季平均日数显著缩短,趋势倾向率为-1.6 d/(10 a)。上海冬季气温变化是全球气候变化和局地城市化双重作用的结果。上海冬季气温变化与北半球温度和全中国气温的变化基本一致,西伯利亚高压和东亚冬季风强度的减弱使得上海冬季气温增暖,局地人口增加、土地利用变化等因素也对上海冬季气温起到了一定的增温作用。     

西伯利亚高压特征指数及其变率分析

使用1948-2005年的NCEP/NCAR再分析月平均资料,根据海平面气压场的演变特征定义了西伯利亚高压面积、中心强度、中心经度和中心纬度4个特征指数,通过分析西伯利亚高压的特征指数,揭示了西伯利亚高压的变化特征.结果表明:1948-2005年,西伯利亚高压具有明显的年际变化和年代际变化.在年代际尺度上,西伯利亚高压表现出随时间变化先减弱、缩小,后又振荡增强、加大的趋势.西伯利亚高压的位置变化趋势是先西撤、后东进,1999年后又西撤.另外,西伯利亚高压是随时间向南推进的.西伯利亚高压各指数异常变率存在不同的变化周期.西伯利亚高压面积和中心强度距平指数存在周期为24 a和14 a左右的年代际振荡和周期分别为8 a左右和4～6 a的年际振荡;中心经度和纬度距平指数都存在周期为准30 a及12～14 a左右的年代际振荡,同时还存在周期为8 a和3～6 a的显著年际变化.     

西伯利亚高压与冬季欧亚大陆热力变化的关系

主要应用EOF方法和相关、合成、小波等分析方法,初步分析了冬季欧亚大陆北部区域地面热力变化特征和西伯利亚高压(SH)的相互联系,结果表明:冬季欧亚大陆北部与南部不同区域间存在反向的热力差异,其中北部区域变化最为强烈,其地面气温存在2～4a为周期的年际振荡和准10 a为周期的年代际变化特征.SH与欧亚大陆北部区域热力变化有着紧密联系,当SH位置偏南(北),则该区域地面温度偏高(低),即SH平均纬度位置南北移动1.0°时,该区域的平均气温就变化0.65℃.进一步分析表明欧亚大陆北部区域热力异常和SH中心纬度位置的南北摆动与中高纬度环流经向度异常所激发的冷、暖平流的活动有密切联系.     

中国东北南部冬季气温异常及其大气环流特征变化

该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上，利用NCEP/NCAR再分析资料，探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征。发现:东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期，60年代达到低谷，80年代中期以后一直处于暖期，90年代为49年来最暖期，1986年是由冷转暖的明显突变点；气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期；东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好，是49年全国增暖最显著的地区之一；冷、暖冬年，欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异，西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。     

冬季北极涛动对西伯利亚高压、东亚冬季风以及海冰范围的可能影响

利用NCEP／NCAR月平均再分析资料（1958－1997），月平均海表面温度资料（1950－1992）以及月的海冰密集度资料（1953－1995），研究了冬季北极涛动与西伯利亚高压、东亚冬季风以及巴伦支海海冰范围之间的联系。研究结果表明，冬季北极涛动不仅影响北极和北大西洋区域气候变化，并且可能影响冬季西伯利亚高压，进而影响东亚冬季风。当冬季北极涛动处于正位相时，冬季西伯利亚高压和东亚冬季风都偏弱，在西伯利亚南部和东亚沿岸，包括中国东部、韩国和日本，从地表面到对流层中部气温偏高0.5-2℃。当冬季北极涛动处于负位相时，结果正相反。研究结果还表明，冬季西伯利亚高压对北极以及北大西洋区域气候变化没有显的影响，与北极涛动的影响相比，西伯利亚的影响强度和范围明显偏弱。研究进一步揭示了冬季北极涛动可能影响西伯利亚高压的可能机理。冬季西伯利亚高压与动力过程以及从地表面到对流层中部的气温变化有密切的关系。西伯利亚高压的西部变化主要依赖于动力过程，而其东部与气温变化更为密切。冬季西伯利亚高压的维持主要依赖于对流层中的下沉气流，这种下沉气流源于北大西洋区域，其变化受到北极涛动的影响。当冬季北极涛动处于正（负）位相时，气流的下沉运动明显减弱（增强），进而影响冬季西伯利亚高压。此处，冬季北极涛动对同时期的巴伦支海海冰范围有显的影响。     

中国冬季气温变化的空间模态及其与大尺度环流异常的联系

分析了近55 a来中国冬季气温变化特征及其与大尺度环流异常的关系,结果显示：1) 中国冬季气温变化有两个主要空间模态,第一模态表现为20世纪80年代中期以后全国一致变暖;第二模态表现为80年代以后东北、西北地区冬季气温升高,而西南、华南地区气温降低。2) 西伯利亚高压变化与中国冬季气温变化的第一模态关系密切,当西伯利亚高压偏强时,我国大部分地区气温偏低,反之亦然。3) 北极涛动（AO）与冬季气温变化的第二模态关系密切,它与中国冬季气温相关最显著的区域主要在东北和西北地区,当AO为正位相时,上述区域气温往往偏高。     

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。     

我国冬季气温变化与采暖分析

1　全国及各区域冬季气温序列的建立资料取自国家气象中心整理存档的地面气象记录月报表 .在 695个站点中实际序列长度在 40 a以上的站点占 82 % .考虑到我国地域特征和冬季气温的南北差异 ,在分析讨论时将全国分为 8个区 .全国和区域序列的产生方法如下 :( 1 )求算全国各站冬季气温序列 ,即 1 2、1和 2月气温月平均值 ;( 2 )将全国或某区域按 5.0°× 1 .0°经纬度网格化 ,求算各网格冬季气温序列 ,即网格内各站序列的简单均值 ;( 3)以各网格序列 1 961～ 1 990年的累年值为气候平均值 ,求算出各网格的距平序列 ;( 4 )求算全国和区域序列 :…     

山东冬季气温年际变化及大气环流特征

采用经验正交函数(EOF)方法分析山东省43年(1961—2003年)冬季气温变化，结果表明，第1模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征，冬季气温年际变化明显，增温显著；采用NCEP／NCAR月平均大气环流再分析资料(1961—2003年)，分析表明，冷、暖冬大气环流差异明显，冷冬年500hPa高度距平场呈北高南低的特征，西伯利亚高压加强，东亚大槽偏西加深，亚洲地区维持稳定的经向环流，利于冷空气南下，易造成冷冬；暖冬年呈相反特征。     

我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。     

1956-2005年中国暖冬和冬季温度变化

利用全国565个台站1956-2005年冬季平均温度资料,将多年温度变化划分为偏暖、偏冷和正常三类等概率气候事件,由此给出了一个新的暖冬指数和暖冬的定义。结果表明：暖冬指数与中国冬季温度的变暖趋势相一致,并表现出显著的年代际变化特征,其变率分别为10%/10 a和0.4℃/10 a。近50 a暖冬事件共计发生13次,其中近85%的暖冬发生在1986年以后。受年际尺度变化的影响,2004/2005年和2005/2006年暖冬主要发生在青藏高原和华南南部,而东北、内蒙古及中部大部分地区为冷冬或正常。     

1956-2005年中国暖冬和冬季温度变化

Areasonable warmer winter index(IwwI)in the framework of the three equiprobability categories(i.e.warmer,normal and colder categories)is proposed based on the winter temperature data observed at 565 stations in China during 1956-2005,where IwwI is defined as the ratio of the station number of warmer category over the total number of stations.The results suggest that the trend of IwwI was consistent with that of the winter temperature on decadal time scale,and their rates of change were 10%/10 a and 0.4℃/10 a,respectively.It is found that only 13 warmer winter events in total were detected by IwwI over the past 50 years,and 85% of them occurred after 1986.     

Changes of Warmer Winter and Winter Temperature over China During 1956-2005

 A reasonable warmer winter index (IWWI) in the framework of the three equiprobability categories (i.e. warmer, normal and colder categories) is proposed based on the winter temperature data observed at 565 stations in China during 1956-2005, where IWWI is defined as the ratio of the station number of warmer category over the total number of stations. The results suggest that the trend of IWWI was consistent with that of the winter temperature on decadal time scale, and their rates of change were 10%/10 a and 0.4 ℃/10 a, respectively. It is found that only 13 warmer winter events in total were detected by IWWI over the past 50 years, and 85% of them occurred after 1986.     

大连地区冬季气温异常与前期印度洋海温的关系

利用近40a全球海温、500hPa高度场、300hPa纬向风场和海平面气压场月平均资料以及大连地区冬季的气温资料,分析了大连地区冬季气温异常的变化特征,探讨了大连地区冬季气温异常与前期印度洋海温异常的相互联系。结果发现:影响大连地区冬季气温的海温异常关键区位于5°S~5°N、60°~75°E,关键影响时段为当年的4~7月;长时间的海气相互作用使前期的海温异常影响了后期的大气环流,在关键海区冷、暖水年,海平面气压距平场、500hPa高度距平场、300hPa纬向风距平场都存在着显著的差异;其中西伯利亚高压、极涡的位置、东亚大槽的强弱、极锋急流都差异显著,从而导致大连地区冬季气温的异常。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

冬季西太平洋副高异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系

利用1951-2005年全国160个站气温资料、西太平洋副高特征指数和北太平洋海温资料,分析了冬季西太平洋副高强度和位置异常变化对我国气温的影响及其与前期北太平洋海温的关系,结果发现:冬季西太平洋副高强度和西伸脊点与我国气温分别存在着很好的正、负相关关系;前期北太平洋海温距平场呈现厄尔尼诺和拉尼娜分布型及赤道东太平洋海温异常变化,对冬季西太平洋副高强度和位置具有很好的预测指示意义。     

影响我国冬季温度的若干气候因子

综合分析了西伯利亚高压、北极涛动、ENSO和西太平洋遥相关型（WP）在年际和年代际时间尺度上对中国冬季温度的影响，结果表明在年际尺度上，WP和西伯利亚高压都对温度有显著影响，WP的影响主要存在于中国东部从东北南部至广东沿海一带大陆边缘区，而西伯利亚高压的影响范围则大得多，几乎涵盖了除黄河长江上游部分地区外的整个中国。在年代际尺度上，北极涛动和ENSO都与东亚冬季风有关联，北极涛动比ENSO的影响范围大，除长江上游沿江地区外的其他地区基本上都是关联区，ENSO与温度的关联区位于35°N以北的整个北方及长江中下游地区。     

2017-2018年冬季黑龙江省气温异常成因分析

2017-2018年冬季全省平均气温为-19.7℃,较历年同期偏低2.2℃,为1981年以来的第3位,仅次于2000年和2012年。本文利用NCEP再分析资料,对2017-2018年黑龙江省冬季气温异常成因进行分析,结果表明大气环流的异常是造成黑龙江省冬季气温异常偏低的直接原因。东亚季风环流系统表现为:东亚冬季风强度偏强,西伯利亚高压偏强,500hPa东亚大槽异常偏深。分析下垫面外强迫因素,2017-2018年赤道中东太平洋出现拉尼娜事件,分析显示拉尼娜事件发生可能导致冬季风偏强,从而也是造成全省气温偏低的主要原因之一。