欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系

采用相关及合成分析方法,对ＥＭＭＷＦ１９７９－１９９３年的网格积雪深度资料深度资料,冬季海平面气压场,５００ｈＰａ高度场及中国冬季气温场进行了分析,研究了欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系。结果表明：欧亚大陆中高纬地区冬季积雪异常与东亚冬季风和中国冬季气温明显的关系。     

我国冷空气活动的特征及其与欧亚大陆积雪的关系

本文用1951—1989年38个冬半年的冷空气活动的资料,分为寒潮、强冷空气、弱冷空气三级,并按候、月、年研究其统计特征。结果指出：1.寒潮逐月累计频数表明,以11月和3月最多,2月最少。2.寒潮和强冷空气总和的强过程的年频数存在很大的年际变化,不但有2~5年变动,而且有约20年的气候变动。自1970年以后,强过程总的趋势是逐渐减少的。另外,本文还初步探索了冬季欧亚大陆积雪与侵入我国冷空气的关系,冷空气是经过数据化处理的。得到的初步结果是,两者同期关系很差,而冬季积雪与春季冷空气有很好的正相关。     

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。     

欧亚大陆积雪与亚洲季风关系研究进展

系统回顾了欧亚大陆积雪和亚洲季风之间联系的国内外研究进展,并对研究中存在的一些问题做出评述。积雪可以显著影响地表温度、土壤湿度以及地表辐射状况,从而影响亚洲夏季风的建立和发展。普遍认为,积雪增加会导致亚洲夏季风减弱或者爆发推迟,在众多诊断分析和模拟研究中都发现了这种积雪和季风的负相关关系。但这种关系是十分复杂的,不同区域的积雪以及雪盖或者雪深都对亚洲季风有不同的影响,而且积雪和季风之间的关系也存在年代际的变化。积雪和亚洲季风的联系还受到ENSO以及北大西洋涛动等因素的影响。目前的研究工作中,有关积雪和季风的关系以及积雪影响季风的机制和过程,还存在很多的分歧和疑问,有待于进一步的研究。     

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。     

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。     

欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。     

欧亚大陆积雪与2010年中国春末夏初降水的关系

利用欧亚大陆地区的积雪覆盖日数资料、中国160个台站逐月降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,采用奇异值分解(SVD)方法和数值试验研究了欧亚大陆2-4月积雪与后期5-6月中国降水的关系。结合2010年积雪和降水的分布特征可以发现,SVD第二模态基本反映了2010年积雪异常与降水异常的时滞耦合关系。欧亚大陆积雪在欧洲、青藏高原东部和东亚地区异常偏多时,我国华南降水增多,长江中下游降水减少,欧亚大陆东、西部积雪异常偏多与后期中国华南降水存在正相关关系。根据统计分析得到的空间分布特征和积雪参数的观测数据,选用大气环流模式CAM3.1进行数值试验,模拟结果与统计分析结果比较一致。积雪异常通过反照率效应和水文效应引起地表及其上的大气热力状况异常,进而引起位势高度场、风场等各个大气环流要素场的调整,导致后期华南降水异常偏多。欧亚大陆积雪异常很可能是2010年春末夏初华南降水异常的一个重要诱发因子。     

陕西省冬季霾天气的背景环流与欧亚大陆积雪深度的联系

基于1980-2017年陕西省地面气象观测站观测资料、NCEP/NCAR月平均再分析资料和日本JRA-55再分析陆地雪深资料,对1980-2016年陕西冬季霾日数的时空变化及可能原因进行了分析。根据陕西冬季霾日数偏多年与偏少年的高度场环流背景,研究了影响陕西省冬季霾日数的主要环流系统。对欧亚大陆积雪深度分布对于陕西省冬季霾日数的影响进行了探讨。研究表明:(1)乌拉尔山地区的500hPa高度场负(正)异常中心,是有利于陕西省冬季霾日数增多(减少)的大气背景环流,影响陕西省霾日数变化的海平面气压存在地中海地区与中亚至西伯利亚地区反位相变化的特征。(2)欧洲地区积雪深度增加(减小),会造成陕西省冬季霾日数的减少(增多)的气象条件。(3)欧亚大陆积雪深度分布与陕西省冬季霾日数的相关呈现欧洲地区与西伯利亚地区反位相的分布,冬季积雪深度指数与陕西省冬季霾日数相关大于0.41,积雪深度指数正(负)异常会造成乌拉山地区位势高度负(正)异常,不利于(有利于)冷空气向东亚移动,造成有利于陕西省冬季霾日数的增多(减少)的气象条件。     

欧亚大陆积雪覆盖率的模拟评估及未来情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)历史模拟试验(historical run)的模式输出结果以及遥感数据,采用相关分析、均方根误差、标准差等统计方法,评估了13个气候(或地球)系统模式对欧亚大陆积雪覆盖率的模拟能力,在此基础上,采用多模式集合平均的方法对未来不同温室气体排放情景下(rcp2.6、rcp4.5和rcp8.5)欧亚大陆积雪覆盖率的变化进行预估。结果显示:尽管各模式模拟的积雪覆盖率在高原地区与观测差异较大,但总体看来模式能够对欧亚大陆积雪覆盖率的空间形态、季节变化及年际变化特征做出较好地模拟。未来预估结果表明,多模式集合平均预估的欧亚大陆积雪覆盖率从2006年到2040年左右减少趋势非常明显,且不同排放情景下模式模拟的积雪减少速率非常接近;然而,大约从2040年之后,不同排放情景下的积雪覆盖率减小趋势的差异越来越大,rcp2.6和rcp4.5下积雪覆盖率的变化趋于平缓,而rcp8.5情景下,积雪覆盖率一直减少,冬季、春季和秋季都明显减少,减少最显著的区域位于西欧和青藏高原地区。由此可见,控制温室气体的排放对于未来欧亚大陆积雪的变化是至关重要的。     

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。     

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.     

Eurasian Snow Cover Variability and Its Association with Summer Rainfall in China

This study investigates the statistical linkage between summer rainfall in China and the preceding spring Eurasian snow water equivalent (SWE), using the datasets of summer rainfall observations from 513 stations, satellite-observed snow water equivalent, and atmospheric circulation variables in the NCEP/NCAR re-analysis during the period from 1979 to 2004. The first two coupled modes are identified by using the singular value decomposition (SVD) method. The leading SVD mode of the spring SWE variability shows a coherent negative anomaly in most of Eurasia with the opposite anomaly in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia. The mode displays strong interannual variability, superposed on an interdecadal variation that occurred in the late 1980s, with persistent negative phases in 1979--1987 and frequent positive phases afterwards. When the leading mode is in its positive phase, it corresponds to less SWE in spring throughout most of Eurasia. Meanwhile, excessive SWE in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia, summer rainfall in South and Southeast China tends to be increased, whereas it would be decreased in the up-reaches of the Yellow River. In recent two decades, the decreased spring SWE in Eurasia may be one of reasons for severe droughts in North and Northeast China and much more significant rainfall events in South and Southeast China. The second SVD mode of the spring SWE variability shows opposite spatial variations in western and eastern Eurasia, while most of the Tibetan Plateau and East Asia are in phase. This mode significantly correlates with the succeeding summer rainfall in North and Northeast China, that is, less spring SWE in western Eurasia and excessive SWE in eastern Eurasia and the Tibetan Plateau tend to be associated with decreased summer rainfall in North and Northeast China.     

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.     

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。     

中国天山积雪对气候变化响应的多通径分析

基于天山山区1961-2013年60个气象站点实测气温、降水、相对湿度、日照时数和积雪深度等气候资料,结合时间序列分析、空间分析以及通径分析等方法,全面精确地获取了天山山区气候变化特征以及气候变化对积雪的通径影响。结果表明：天山山区气候变化显著,主要表现为整体增暖、局部变湿与黯化;气候变暖导致天山山区固态降水（降雪）保证率明显降低,尤其是低海拔区域。各气象要素对积雪不仅存在直接的单因素影响而且各气象要素之间还存在间接的相互交叉、相互联结的多因素影响。单因素影响通径分别为气温、降水和日照时数对积雪深度的3条直接影响通径;多因素影响通径分别为气温、降水和日照时数通过相互之间的内在关系对积雪深度产生的6条间接影响通径。最终结果表明气温是积雪变化的主要影响因素,其影响效应远远大于降水和日照时数的影响。     

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.