太平洋—日本遥相关型的年代际变化特征及其成因

本文首先利用NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料以及中国753站降水资料对太平洋—日本(Pacific-Japan,简称P-J)遥相关型在上世纪70年代末期气候突变前后的年代际变化特征进行了分析研究。结果表明,在气候突变前后,P-J遥相关型的位置发生了显著的变化,气候突变以后其位置明显向西向南偏移。这种位置的变化同样也反映在纬向风场、高度场上。研究结果还表明,气候突变前后P-J遥相关型的年代际变化与热带太平洋和印度洋海温变化有关。气候突变之前,P-J遥相关型的变化与前期热带太平洋和印度洋海温不存在显著的相关;但在气候突变之后,P-J遥相关型与前期冬春季的热带太平洋、印度洋海温之间存在大范围的显著相关区。这种P-J遥相关型与热带太平洋、印度洋海温相关关系的年代改变可能与1970年代中期以后赤道中东太平洋海温变化振幅明显增强有关。随后,本文采用一个高分辨率的大气环流模式,通过一系列的数值试验也进一步证实了1970年代末期热带太平洋和印度洋海温的年代际变化确实可致使P-J遥相关型位置发生相应的改变。     

北半球冬季大气环流遥相关的长期变化及其与我国气候变化的关系

研究北半球冬季大气环流遥相关型的长期变化发现：ＷＡ，ＰＮＡ型有明显趋势变化及年代际变化。ＷＡ型有明显负趋势，ＰＮＡ型有正趋势，它们的强度突变分别发生于１９８０年代初（ＷＡ型１９８３年由强转弱）及１９７０年代中（ＰＮＡ型１９７６年由弱转强）。与此同时，亚洲地区、亚欧地区的经向环流强度于１９８３年突然减弱。大气环流及遥相关型强度的这种年代际变化是中国冬季气候变化的一个重要原因。     

20世纪70年代末前后北半球冬季对流层遥相关的时空演变研究

应用NOAA提供的1950～2008年月平均500hPa高度场再分析资料、海表温度、太平洋年代际振荡(PDO)指数和大西洋三极模(ATM)指数,研究了20世纪70年代末前后北半球冬季对流层遥相关的时空演变规律.相关分析、Mann-Kendall分析和凝聚小波分析的结果表明,20世纪70年代末以来,太平洋—北美(PNA)型、欧亚(EUP)型、西太平洋(WP)型和西大西洋(WA)型四种遥相关空间分布和时间演变产生较为显著的变化.空间分布的变化既体现在遥相关正、负异常中心的强度上,也体现在正、负异常的范围上;时间演变方面的变化则体现在PNA和WP遥相关指数具有上升趋势,EUP和WA遥相关指数具有一定     

20世纪全球温度年代和年代际变化的区域特征

利用多窗谱方法,对全球各区域平均温度序列进行多种信号的检测、重构,着重分析不同区域温度年代和年代际变化的演变特征及其遥相关特点,初步研究显著年代际振荡信号的传播特征.结果表明20世纪年代至世纪尺度温度变化的显著信号有准70年波动和准30～50年、准20～30年、准15年、准7～10年多种时间尺度的振荡,其中准70年波动主要存在于北大西洋及北太平洋的中高纬度;准30～50年振荡则覆盖了除部分中纬度海域以外的大部分海陆表面,其演变特征基本相似,全球年平均温度序列中的显著年代际振荡信号主要反映了这一振荡信号;准20～30年振荡则主要集中于大洋的中纬度和副热带纬度,且具有沿副热带海洋环流传播的特点;准15年振荡主要位于热带太平洋海域,自1930年后,该信号与北太平洋中纬度准20～30年振荡反位相;准7～10振荡则主要集中于北大西洋及北半球中高纬陆地.     

苏南地区夏季面雨量与北半球500 hPa环流遥相关的年代际变化

用40年（1961－2000年）观测资料,分成1951－1980年和1981－2000年两个时段,研究了江苏南部地区夏季（6－8月）面积平均雨量与北半球500hPa季平均环流时滞遥相关的年代际变化。结果表明这两个时段遥相关的空间分布存在显著差异,且后一时期时滞遥相关强度明显强于前一时期,它反映了北太平洋年代际振荡（PDO）对东亚季风降水和环流年际相关的影响,与年代际和年际时间尺度振荡之间的相互作用有密切联系。     

三江源地区冬季降水年代际变化特征及相关物理机制

本文主要利用1961/1962～2017/2018年CN05.1资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究三江源地区（以下简称三江源）冬季降水的年代际变化特征及相关物理机制。结果表明：三江源冬季降水在20世纪80年代末期经历了一次由少到多的年代际增多。三江源冬季降水的年代际变化受乌拉尔山上空异常低压和贝加尔湖—中国东北部上空异常高压影响,与中高纬北大西洋海气相互作用有关。从20世纪80年代末期开始,中高纬北大西洋海温增暖可以导致海表面上空上升运动异常,对流活动增强,激发向东传播的大气环流波列,引起乌拉尔山上空的异常低压和贝加尔湖—中国东北部上空的异常高压。在异常低压与异常高压的影响下,极锋急流南移加强,引起三江源高空辐散,对流活动增强,导致三江源冬季降水增多;另一方面,贝加尔湖—中国东北部上空异常高压还可以通过引起三江源上空异常东风,引起三江源水汽通量辐合异常,导致冬季降水增多。此外,印度洋海温异常可能通过影响南支槽强度变化,进一步调制三江源冬季降水。     

20世纪60~90年代辽东地区气候年代际变化特征分析

利用1961～2000年辽东地区13个观测台站的逐月降水和气温资料,分析了辽东地区降水和气温的年代际变化。并利用高桥公式计算出辽东地区的蒸发量,得出了该地区蒸发量和降水蒸发差的年代际变化特征;同时利用干燥度指标研究了辽东地区气候干旱对气候变暖的响应。结果表明:近40 a来辽东地区气候变化呈暖干变化趋势,即气温升高、降水减少,尤其以20世纪90年代变化最为明显。     

北太平洋阻塞的年际年代际变化及其与SST、遥相关及风暴路径的关系

利用NCEP／NCAR再分析资料，对1948／1949－1999／2000共52个冬季的北太平洋上空中纬度阻塞异常的气修特征进行了统计分析，小波分析和功率谱分析结果表明该区域阻塞发生的频数具有很明显的3－7年的年际振荡和年代际变化特征。同时2－7年带通平均的小波方差谱分析结果表明阻塞的这种年际变化的振幅存在着缓慢下降的趋势，且气候突变在20世纪70年代，这进一步证明了北太平洋上空的阻塞活动具有年代际变化特征。对强阻塞异常的冬季和弱阻塞异常的冬季分别进行合成分析，结果表明，对于阻塞异常强的冬季，北太平洋西向东北方向加强并分裂成两个中心，而SST异常在中纬度太平洋则对应着典型的PDO型，在赤道地区则为类La Nina型的海温分布。而对于阻塞异常弱的冬季则对应截然不同甚至相反的分布特征，即500hPa高度异常场表现为符号相反的PNA型，风暴路径中心在日界线附近呈纬向型分布。同时SST异常在赤道地区则为典型的El Nino型的海温分布。以上结果揭示出北太平洋阻塞活动的年际变化可能主要与热带海温的遥响应相联系，而年代际变化则主要与中纬度局地的PDO型海温及其通过斜压瞬变波的海－气相互作用有关。     

东亚夏季PJ遥相关型的年际及年代际变化机理

利用夏季东亚地区500 h Pa高度场和菲律宾附近的降水场进行SVD分析,将东亚500 h Pa高度场对应的时间序列定义为PJ指数,该指数不仅清楚地反映PJ型的年际变化,而且反应出PJ型的年代际变化,即500 h Pa高度场型态在20世纪70年代末由"气旋、反气旋、气旋"型突变为"反气旋、气旋、反气旋"型。本文研究表明PJ指数的年际变化与ENSO事件有密切的联系:El Ni1o事件通过电容器充电效应使印度洋海温增暖,而增暖的印度洋海温在菲律宾海附近强迫出异常反气旋,并沿东亚沿岸激发出PJ遥相关型。而PJ型态的年代际变化与热带印度洋SST的持续增暖有关。虽然许多学者认为是菲律宾附近海温异常引起对流异常,并沿东亚沿岸激发出PJ遥相关型,但我们认为该区域的海温变化并不是造成PJ型年际和年代际变化的原因,而是由于该区域有反气旋(或者气旋)异常,从而辐射增加(减少),蒸发减弱(增加),温跃层下降(上升),SST变暖(变冷),该区域的海温变暖意味着对流是减弱的。本文进一步利用大气环流模式ECHAM5.4进行数值试验,结果表明:当热带印度洋增暖时,在菲律宾海附近强迫出反气旋,并沿东亚激发出"反气旋、气旋、反气旋"PJ遥相关型。     

北半球冬半年遥相关型强度指数的年际变化特征及其与厄尔尼诺的遥响应

计算了1951—1990年冬半年逐月以及冬季的PNA、WA、WP、EA、EU型的遥相关强度指数。在此基础上,研究了它们的气候变化特征以及这5个遥相关型强度指数与厄尔尼诺的关系。指出,厄尔尼诺发展的盛期(冬季),以北半球西太平洋型(WP)明显偏弱为主要特征,其次才是太平洋北美型(PNA)偏强。1991年发生的一次厄尔尼诺,在盛期是弱PNA型,弱WP型。此外,还研究了遥相关强度指数用于天气预报的问题。     

斯堪的纳维亚遥相关对我国西南西部深秋降水的影响

使用中国台站降水数据和NCEP/NCAR再分析资料,分析了1961~2012年深秋斯堪的纳维亚遥相类型(SCA)与同期我国西南西部降水的关系,以及SCA型环流异常影响西南西部降水的具体物理过程。结果表明:SCA型遥相关与西南西部降水存在显著的负相关关系,且具有非对称性:SCA正位相时西南西部降水偏少,而SCA负位相与西南西部降水的关系不显著。SCA正位相年西南西部的降水偏少与该地区对流层中下层的异常下沉运动有关。垂直运动方程诊断结果表明该异常下沉运动主要是由冷平流异常维持。气候态风场对温度异常场的平流在西南西部的冷平流异常中起主要作用。SCA正位相时,西南西部地区的东侧有暖异常,而其西侧的印度半岛北部及伊朗高原地区为冷异常,在平均西风作用下,西南西部有冷平流异常,造成该地区的异常下沉运动,从而降水偏少。     

西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和全球海温海冰GISST2.3b资料、英国CRU提供的南方涛动指数以及中国160站月平均降水和气温资料, 分析了冬季西太平洋海温和南方涛动与中国冬季气候异常关系年代际变化特征。结果表明:最近50年, 西太平洋海温指数 (WPI) 与南方涛动指数 (SOI) 之间相关关系的年代际变化在冬季很明显。当WPI-SOI相关关系不显著时, 在西太平洋赤道北侧的对流层低层存在高 (低) 海温-反气旋 (气旋) 异常环流系统, 不利于维持ENSO与西太平洋海温变化间的紧密联系; 与此相对应, 冬季整个对流层环流呈相当正压结构。在WPI-SOI相关显著 (不显著) 时段, 冬季中国降水、气温与西太平洋海温之间的相关较弱 (较强)。     

Possible connection between anomalous activity of Scandinavian Atmospheric Teleconnection Pattern and winter snowfall in the Yangtze-Huaihe River Basin of China

利用中国地面气候资料日值数据集(V3.0)逐日气象资料研究了我国江淮冬季降雪的时空变化及其与斯堪的纳维亚遥相关型(SCAND)的可能联系。结果表明:江淮冬季降雪表现出空间一致的年际变化,SCAND与江淮地区冬季降雪异常关系密切。江淮冬季降雪偏多通常对于SCAND正位相,500hPa阻塞高压、东亚大槽加强,有利于冷空气活动增强,江淮地区垂直运动增强,水汽输送增强;降雪偏少则对应SCAND负位相。研究结果有助于深入理解江淮冬季降雪异常的相关机理。     

我国西南地区秋季降水年际变化的空间差异及其成因

使用1980～2010年全国站点降水资料、ERA-Interim再分析环流资料、哈德莱海表温度资料,运用聚类分析和旋转经验正交函数分解,对西南地区的秋季降水按照其年际变化规律进行分区,进而分析影响各区域降水变化的物理过程和机理。结果表明:西南地区被分为东、西两个区域。西南东、西区域秋季降水的年际变化、显著周期、旱涝异常年份、相关的环流系统都有明显差异。西南东部秋季降水主要与热带海温异常有关,受低纬度环流影响。当赤道东太平洋为暖海温异常,热带印度洋为西正东负的偶极子型海温异常时,分别激发出西北太平洋反气旋和孟加拉反气旋,共同向西南东部输送水汽,造成西南东部降水偏多。西南西部降水在秋季三个月份与不同的环流形势对应:9月降水由中南半岛反气旋输送的暖湿气流决定;10月降水受高原以东反气旋环流和孟加拉湾低槽共同影响;11月降水主要受中高纬环流异常的影响,与斯堪的纳维亚遥相关存在显著负相关。     

东亚高空急流协同变化对冬季欧亚遥相关型气候效应的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面735站气温和降水资料,首先分析了欧亚遥相关型的时间演变和结构特征,在此基础上探讨了欧亚遥相关型不同位相时东亚大气环流的差异,并进一步研究了欧亚遥相关型影响我国冬季气温和降水过程中东亚高空急流的重要作用。从结构上看,欧亚遥相关型位势高度异常中心位于250 hPa高度,表现出准正压的结构。欧亚遥相关型位于正位相时,东亚温带急流强度偏弱且位置向北移动;副热带急流强度偏强,两支急流在45°N附近有明显分界;西伯利亚高压和阿留申低压强度增强;东亚大槽加深,槽线倾斜不明显。负位相时则相反。欧亚遥相关型与东亚高空急流的联系是其影响我国气温降水的重要原因。正欧亚遥相关型时,偏弱的温带急流区较强的北风分量有利于北方冷空气南下,从而造成我国气温偏低;偏强的副热带急流区增强的南风将副热带地区暖湿空气向北输送,两支急流协同变化,影响我国冬季降水异常的分布。去掉温带急流或副热带急流偏强的年份,欧亚遥相关型与我国温度、降水的相关性显著减弱,说明欧亚遥相关型是通过东亚高空急流协同变化的桥梁,对我国温度和降水异常产生影响。进一步研究发现,欧亚遥相关型与副热带急流的关系不如其与温带急流稳定,导致在欧亚遥相关型同一位相时东亚高空急流存在两种不同的配置,这种高空急流配置的不唯一性使得东亚高空急流能对欧亚遥相关型的气候效应起到调控作用。     

Interdecadal Enhancement of the Walker Circulation over the Tropical Pacific in the Late 1990s

The Walker circulation is one of the major components of the large-scale tropical atmospheric circulation and variations in its strength are critical to equatorial Pacific Ocean circulation.It has been argued in the literature that during the 20th century the Walker circulation weakened,and that this weakening was attributable to anthropogenic climate change.By using updated observations,we show that there has been a rapid interdecadal enhancement of the Walker circulation since the late 1990s.Associated with this enhancement is enhanced precipitation in the tropical western Pacific,anomalous westerlies in the upper troposphere,descent in the central and eastern tropical Pacific,and anomalous surface easterlies in the western and central tropical Pacific.The characteristics of associated oceanic changes are a strengthened thermocline slope and an enhanced zonal SST gradient across the tropical Pacific.Many characteristics of these changes are similar to those associated with the mid-1970s climate shift with an opposite sign.We also show that the interdecadal variability of the Walker circulation in the tropical Pacific is inversely correlated to the interdecadal variability of the zonal circulation in the tropical Atlantic.An enhancement of the Walker circulation in the tropical Pacific is associated with a weakening zonal circulation in the tropical Atlantic and vise versa,implying an inter-Atlantic-Pacific connection of the zonal overturning circulation variation.Whether these recent changes will be sustained is not yet clear,but our research highlights the importance of understanding the interdecadal variability,as well as the long-term trends,that influence tropical circulation.     

Interdecadal variation in Korean spring drought in the early 1990s

Statistical change-point analysis was applied to a spring time series of the Palmer Drought Severity Index (PDSI) in Korea, and this showed that the total analysis period can be divided into two periods: a wet period (1975–1990) and a dry period (1991–2014). To investigate the deepening of the spring drought in Korea, a difference in the spring means between the 1991–2014 and 1975–1990 periods was analyzed with respect to large-scale environments. In the recent spring, a typical pressure system pattern in winter, which was an anomalous west-high east-low pressure system pattern, was strengthened throughout the troposphere around Korea. Due to the anomalous pressure system pattern, Korea was affected by relatively cold and dry anomalous northerlies. Furthermore, the western North Pacific subtropical high (WNPSH) was not intensified, and thus the supply of warm and moist airs into Korea was further reduced due to the upper-level jet moving further to the south. In order to determine the reason for the development of the anomalous west-high east-low pressure system pattern in East Asia, the difference in spring snow depth between the two periods was analyzed, and the analysis results showed that positive anomalies were predominant throughout most regions in East Eurasia. As a result, in the analysis of the ground heat net flux, negative anomalies were strengthened in most regions in East Eurasia. The cooling effect in the surrounding regions due to the high snow depth in East Eurasia strengthened the anomalous pressure system pattern as a west-high east-low type.     

江苏降水长期趋势及年代际变化空间差异分析

根据江苏省60个气象站1961~2001年的逐月降水量资料,计算了逐月、季和年降水量距平百分率（RAP）,以此研究了江苏降水的长期趋势和年代际变化特征及其空间差异。结果表明：全省平均降水量1、3、6月有显著的增多趋势,而4、9两月有显著的减少趋势;年降水量,南部增多,而北部减少;春季降水量大部分地区减少,夏季降水量主要是南部增多,北部减少,秋季大部分地区降水量减少,冬季全省降水量增多。4个年代年RAP符号变化,在江苏南部呈“--++”型,北部为“++--”型,中部则呈“+--+”、“+-+-”等过渡型。春季则在北方呈“-+-+”型,中部呈“+--+”型,南部呈“+---”型,徐州和盐城地区主要为“++-+”型。夏季RAP符号,主要分布型由北到南依次为“++--”、“+-+-”、“+--+”、“-+-+”和“--++”。秋季RAP符号全省绝大多数台站为“+-+-”型。冬季RAP符号在东部和南部大片地区为“-+-+”型,而西部则主要为“-+++”、“--++”、“-+-+”和“---+”型混杂。     

大气热源年代际异常与20世纪70年代末期东亚夏季风年代际减弱

利用1958-2001年ERA-40再分析资料计算大气热源,统计分析了亚洲季风区及其邻近海域大气热源年代际变异的典型模态;利用线性斜压干模式,模拟了夏季大气对大气热源年代际异常的响应,揭示了大气热源年代际异常与1970s末期东亚夏季风年代际减弱的关系。结果表明:近50 a来亚洲及其邻近海域夏季整层大气热源变异主要表现为年代际变化特征,其年代际位相转换发生在1970s中后期,这与东亚夏季风年代际减弱的时间一致;菲律宾附近海域和中国西南地区是与东亚夏季风年代际减弱有直接联系的两个热源异常关键区;东亚夏季风年代际减弱最直接地表现为这两个关键区热源异常的共同作用,而赤道中东太平洋、赤道印度洋大气热源增强则通过大气遥响应机制影响菲律宾附近海域低层大气环流异常对东亚夏季风变异起相反的贡献。