Enhancement of Winter Arctic Warming by the Siberian High over the Past Decade

In recent decades the Arctic surface air temperature(SAT) in autumn has been increasing steadily. In winter, however, instead of a linear trend, the Arctic SAT shows an abrupt change that occurred in 2004. During the years from 1979 to 2003, the first principle component(PC1) of winter Arctic SAT remains stable, and no significant increasing trend is detected. However, the PC1 changes abruptly from negative to positive phase in the winter of 2004. The enhanced Siberian high may have contributed to this abrupt change because the temporal evolution of Arctic temperature correlates significantly with sea level pressure variation in the northern Eurasian continent, and the atmospheric circulation anomaly related to the Siberian high from 2004 to 2013 favors a warmer Arctic. With the help of the meridional wind anomaly around the Siberian high, warmer air is transported to the high latitudes and therefore increases the Arctic temperature.     

冬季中国东部与北极之间近地面温度变化的年际联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和国家气象信息中心整编的425站气温资料,借助经验正交函数分解（EOF）、相关分析和回归分析等方法探讨1956~2015年冬季北极及中高纬度近地面温度、西伯利亚高压的变化特征以及两者与中国东部气温直接和间接的年际联系。为此定义了3个西伯利亚高压指数,即西伯利亚高压中心强度指数（SHCI）、西伯利亚高压面积指数（SHA）和西伯利亚高压东边界指数（SHEB）。结果表明:从1998年开始冬季巴伦支海、喀拉海迅速增温,并在年际尺度上与中国东部气温存在显著的负相关关系,即北极近地面温度与中国东部气温的直接联系。同时,西伯利亚高压的3个指数也与北极地区近地面温度和中国东部气温有较好的年际关系,体现了西伯利亚高压是联系北极和东亚气候的桥梁,当北极近地面温度升高（降低）时,西伯利亚高压中心强度增强（减弱）,面积扩大（缩小）,东边界东伸（西退）,中国东部气温降低（升高）,即北极近地面温度（西伯利亚高压）与中国东部气温的间接（直接）联系。最后,讨论了北极近地面温度变化影响中国东部气温的可能物理机制。     

中国CMIP5模式对未来北极海冰的模拟偏差

本文对中国参加CMIP5的6个气候模式对未来北极海冰的模拟情况进行了评估。通过与1979-2005年海冰的观测值以及2050年代的多模式集合平均值对比发现,中国的气候模式对海冰范围的模拟结果与CMIP5模式的平均水平存在一定差距,具体表现为：BNU-ESM和FGOALS-s2对当前海冰范围估计很好,但对温度敏感性略偏高;FIO-ESM对当前海冰范围估计很好,但由于海冰对温度的敏感性偏低,导致其模拟的未来海冰在各种RCP情景中都融化缓慢;FGOALS-g2（BCC-CSM1-1和BCC-CSM1-1-m）对当前海冰范围的模拟存在显著偏多（显著偏少）的问题,这导致其对未来海冰融化的估计也持续偏多（偏少）。中国模式对北极海冰的模拟偏差导致它们对极区地表大气温度和湿度的模拟出现偏差,并且这些极区气象要素的偏差会进一步通过动力过程传导到对秋、冬季西风带、极涡的模拟中去。研究表明：从对海冰本身的模拟以及海冰偏差带来的气候影响这两个角度看,BNU-ESM在中国模式中水平较高,但总体上中国6个气候模式在海冰分量的模拟上仍与世界平均水平存在差距,这需要中国各模式中心的持续改进。     

Projected changes in Eurasian and Arctic summer cyclones under global warming in the Bergen climate model

Using the coupled ocean-atmosphere Bergen Climate Model,and a Lagrangian vorticity-based cyclone tracking method,the authors investigate current climate summer cyclones in the Northern Hemisphere and their change by the end of the 21st century,with a focus on Northern Eurasia and the Arctic.The two scenarios A1B and A2 for increasing greenhouse gas concentrations are considered.In the model projections,the total number of cyclones in the Northern Hemisphere is reduced by about 3% 4%,but the Arctic Ocean and adjacent coastal re-gions harbour slightly more and slightly stronger summer storms,compared to the model current climate.This in-crease occurs in conjunction with an increase in the high-latitude zonal winds and in the meridional tempera-ture gradient between the warming land and the ocean across Northern Eurasia.Deficiencies in climate model representations of the summer storm tracks at high lati-tudes are also outlined,and the need for further model inter-comparison studies is emphasized.     

Arctic sea ice and Eurasian climate: A review

The Arctic plays a fundamental role in the climate system and has shown significant climate change in recent decades,including the Arctic warming and decline of Arctic sea-ice extent and thickness. In contrast to the Arctic warming and reduction of Arctic sea ice, Europe, East Asia and North America have experienced anomalously cold conditions, with record snowfall during recent years. In this paper, we review current understanding of the sea-ice impacts on the Eurasian climate.Paleo, observational and modelling studies are covered to summarize several major themes, including: the variability of Arctic sea ice and its controls; the likely causes and apparent impacts of the Arctic sea-ice decline during the satellite era,as well as past and projected future impacts and trends; the links and feedback mechanisms between the Arctic sea ice and the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation, the recent Eurasian cooling, winter atmospheric circulation, summer precipitation in East Asia, spring snowfall over Eurasia, East Asian winter monsoon, and midlatitude extreme weather; and the remote climate response(e.g., atmospheric circulation, air temperature) to changes in Arctic sea ice. We conclude with a brief summary and suggestions for future research.     

Impacts of the Autumn Arctic Sea Ice on the Intraseasonal Reversal of the Winter Siberian High

During 1979–2015, the intensity of the Siberian high(SH) in November and December–January(DJ) is frequently shown to have an out-of-phase relationship, which is accompanied by opposite surface air temperature and circulation anomalies.Further analyses indicate that the autumn Arctic sea ice is important for the phase reversal of the SH. There is a significantly positive(negative) correlation between the November(DJ) SH and the September sea ice area(SIA) anomalies. It is suggested that the reduction of autumn SIA induces anomalous upward surface turbulent heat flux(SHF), which can persist into November, especially over the Barents Sea. Consequently, the enhanced eddy energy and wave activity flux are transported to mid and high latitudes. This will then benefit the development of the storm track in northeastern Europe. Conversely, when downward SHF anomalies prevail in DJ, the decreased heat flux and suppressed eddy energy hinder the growth of the storm track during DJ over the Barents Sea and Europe. Through the eddy–mean flow interaction, the strengthened(weakened)storm track activities induce decreased(increased) Ural blockings and accelerated(decelerated) westerlies, which makes the cold air from the Arctic inhibited(transported) over the Siberian area. Therefore, a weaker(stronger) SH in November(DJ) occurs downstream. Moreover, anomalously large snowfall may intensify the SH in DJ rather than in November. The ensemble-mean results from the CMIP5 historical simulations further confirm these connections. The different responses to Arctic sea ice anomalies in early and middle winter set this study apart from earlier ones.     

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。     

北极涛动、极涡活动异常对北半球欧亚大陆冬季气温的影响

利用1951-2012年NCEP/NCAR全球月平均500 hPa高度场、气温场等再分析资料,北极涛动（AO）指数,北半球及其4个分区的极涡指数等资料,分析极涡和AO对北半球特别是欧亚大陆冬季气温异常分布的影响。北半球极涡面积指数与北半球气温相关场呈由北向南的“+、-”分布,显著正相关中心位于极区,显著负相关中心位于欧亚大陆中高纬度地区;AO指数与气温的相关场分布与此反位相。极涡各分区面积指数体现与各大洲气温显著相关的地域特征,尤其是亚洲极涡面积指数比AO的相关区域更偏向亚洲和中国东部及沿海地区,能表征亚洲大陆冬季风向中低纬度爆发的某些特征。2006年以来AO指数呈较明显的下降趋势,北半球、亚洲区极涡面积指数呈显著的上升趋势,这是有利于欧亚大陆近几年连续冬季气温异常偏低的年代际背景;2009-2011年北半球欧亚大陆冬季大范围低温事件,不仅与冬季AO负位相明显变强有关（2011年除外）,与北半球以及亚洲区极涡面积指数偏大联系更为密切,亦表明该区域冬季变冷的自然变率明显增强。     

冬季北极涛动和华北冬季气温变化关系研究

利用北极涛动指数（AOI）、NCEP／NCAR40a再分析资料中的海平面气压（SLP）、850、500、200hPa等压面高度场资料及中国160站月平均气温资料，运用小波分析，经验正交函数（EOF）分析等方法，分析了华北冬季气温和冬季北极涛动指数的变化特征及其关系。结果表明它们之间存在有着显著相关，特别是在年代际尺度上关系尤其密切。华北在20世纪70年代初以前为持续冷冬，80年代中期之后变为持续暖冬，其间相对正常，而冬季北极涛运指数亦存在类似的3个阶段，冬季北极涛动高（低）低数年，华北地区为暖（冷）冬年。其原因在于，北极涛动在于对流层低层和高层都可激发类似EU遥相关型的异常，通过影响西伯利亚高压和东亚大槽影响华北地区气温。强（弱）涛运年大气环流具有弱（强）东亚冬季风特征，西伯利亚高压减弱（增强），亚洲大陆地面东北风减弱（增强），高空东亚大槽减弱（增强）。     

冬季欧亚大陆北部新增雪盖面积变化与中国夏季气候异常的关系

利用美国冰雪资料中心 (The National Snow and Ice Data Center) 提供的近40年逐周的卫星反演雪盖资料, 考察了冬季欧亚大陆北部新增雪盖面积 (Total Fresh Snow Extent, 冬季TFSE) 与我国夏季 (6～8月) 气候异常的关系。分析发现, 冬季TFSE与我国夏季气候异常存在明显关联: 当冬季TFSE偏大时, 夏季贝加尔湖以东易盛行异常冷低压, 内蒙古东部和东北西部易出现凉夏, 同时, 东亚副热带西风急流增强, 西太平洋副热带高压易加强且西伸和北扩, 江南地区在副高的控制下易干热; 冬季TFSE偏小时的情况相反。这种显著关联独立于ENSO事件, 并且在近40年来较为稳定; 冬季TFSE与我国江南夏季降水在20世纪90年代初均发生过一次十年际尺度变化, 表现为在20世纪90年代初之后, 冬季TFSE (江南降水) 明显减小 (增多), 同时, 冬季TFSE与江淮夏季降水的正相关关系明显增强。进一步的分析表明, 冬季TFSE可能通过某种途径来影响东亚副热带急流的变化, 进而影响我国夏季气候异常。     

北极海冰与ENSO事件在准四年时间尺度上的可能联系

分析了北极海冰的变化规律及其与ENSO循环在准四年时间尺度上的可能联系.结果表明(59.5～179.5°E,60.5～89.5.N)的高纬海域范围内(包括喀拉海、拉普捷夫海及东西伯利亚海,简称为A区)的北极海冰变化以9月份变率最大并具有准四年周期,在这个周期段上A区极冰与Nino 3区的海温变化有明显的位相差.当Nino 3区SST滞后海冰约16个月时,两者达到最大负相关.A区的9月海冰面积指数和SST的时滞相关系数分布表明,次年4月开始在赤道东太平洋区域出现一显著负相关区,次两年的2月负相关达到最大,之后减弱消失.这表明9月A区海冰面积偏小,则次年春季以后出现E1 Nin0现象.海冰与环流相关分析表明,其相互影响机制可能是由于少冰年的弱冷源效应,使得该地区上空气旋环流发展,并通过中高纬相互作用促进北太平洋西北部及东亚沿岸距平气旋式环流的发展,有利于赤道异常西风形成从而触发和维持El Nino事件的产生和发展.     

北极涛动与我国北方强沙尘暴的关系

使用1954—2003年北极涛动指数、500hPa纬向环流指数和沙尘暴等气候观测资料,针对我国北方春季沙尘暴年际和年代际变化趋势,分析了以北极涛动为代表的大气环流异常变化的气候特征,揭示了其与我国春季沙尘暴相关的事实。结果表明：近50年北极涛动指数表现出由负位相向正位相转变的趋势,当冬季(12月～2月)北极涛动为负位相时,相应的纬向环流指数为负距平,中高纬度西风气流偏弱,有利于极地冷空气向南输送,西伯利亚高压偏强,我国北方春季易多发区域性沙尘暴;反之则不易发生区域性沙尘暴。     

北极海冰融化影响东亚冬季天气和气候的研究进展以及学术争论焦点问题

北极历来是影响东亚冬季天气、气候的关键区域之一。北极表面增暖要比全球平均快2~3倍,即所谓北极的放大效应。随着全球增暖的持续以及北极海冰的持续融化,北极的生态环境正在发生显著的变化,进而可能对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。本文概述了有关北极海冰融化影响冬季东亚天气、气候的主要研究进展,特别是自2000年以来,北极海冰异常偏少影响东亚冬季气候变率以及极端严寒事件的可能途径、存在的科学问题,以及学术界的争论焦点。秋、冬季节是北极海冰快速形成时期,此时北极海冰对大气环流的影响要强于大气对海冰的影响。近二十年来的研究结果表明,北极海冰异常偏少,不仅影响北冰洋局地的气温和降水变化,而且通过复杂的相互作用和反馈过程,对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。北极海冰通过以下两个可能机制来影响东亚冬季的天气、气候:（1）北极海冰的负反馈机制;（2）由海冰异常偏少引起的平流层-对流层相互作用机制。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,特别是,巴伦支海-喀拉海海冰异常偏少,既可以加强冬季西伯利亚高压（东亚冬季风偏强）,也可以导致冬季风偏弱。导致海冰影响不确定性的部分原因是:（1）夏季北极大气环流状态影响北极海冰异常偏少对冬季大气环流的反馈效果;（2）冬季大气环流对北极海冰异常偏少响应的位置、强度不同造成的。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,在适宜的条件下（例如,前期夏季北极大气环流的热力和动力条件,有利于加强北极海冰偏少对冬季大气的反馈作用）,可以激发出有利于冬季亚洲大陆极端严寒过程的大气环流异常。目前学术界争论焦点主要集中在以下两个方面:（1）关于北极增暖、北极海冰融化对中纬度区域影响的争论;（2）关于1980年代后期以来,冬季欧亚大陆表面气温呈现降温趋势的原因。目前,有关北极海冰融化影响冬季欧亚大陆次季节变化以及极端天气、气候事件的过程和机制,我们认知非常有限,亟需开展深入细致的研究。     

Influence of the Arctic on the Predictability of Eurasian Winter Extreme Weather Events

The linkage between the Arctic and midlatitudes has received much attention recently due to the rapidly changing climate. Many investigations have been conducted to reveal the relationship between the Arctic and Eurasian extreme events from the perspective of climatological statistics. As a prediction source for extreme events in Eurasia, Arctic conditions are crucial for extreme event predictions. Therefore, it is urgent to explore the Arctic influence on the predictability of Eurasian extreme ...     

北极涛动与东亚冬季气候在年际尺度上的联系:准定常行星波的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月平均气温资料,首先采用线性回归的方法分析了从1958至1998年40个冬季北极涛动(AO)与东亚气候异常的关系.结果表明,当AO处于正位相时,东亚地区200 hPa的急流明显北跳,东亚大槽显著减弱,而在中国的华北、东北到西伯利亚出现大范围的地表南风异常,使得低空从西伯利亚到我国的东北、华北以及韩国、日本有显著的暖异常; 而当AO处于负位相时,则往往出现相反的情形.进一步的相关和合成分析发现,准定常行星波活动可以在AO与东亚气候之间起到桥梁作用.AO可以通过影响中高纬平流层下层的西风强弱,进而影响到准定常行星波的垂直传播,使得对流层下层中高纬地区的行星波振幅发生变化,从而导致低层的西伯利亚高压和阿留申低压同时减弱或增强,最终导致东亚地区异常偏暖或偏冷; 其中低层中高纬地区纬向波数2的扰动对西伯利亚高压和阿留申低压的变化起了最主要的作用.作者提出的AO通过影响准定常行星波的活动而导致东亚气候异常的机理,不但强调了西伯利亚高压的贡献,而且特别从波动的意义上强调了阿留申低压的重要性.文中还讨论了值得进一步研究的有关问题.     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

The Significant Relationship between the Arctic Oscillation (AO) in December and the January Climate over South China

Using NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall and surface temperature data of the China Meteorological Administration, and the Arctic Oscillation (AO) indices of NOAA, the author investigates relationships between the AO and the precipitation and temperature over China. There exists a good relationship between the AO index in December and the succeeding January precipitation over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January precipitation over South China increases (decreases). A remarkable negative correlation between the December AO index and the January surface temperature also exists over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January temperature over South China drops (rises). The occurrence of this anomalous climate is related to the anomalies of the atmospheric circulation systems. The December AO greatly influences circulation anomalies in January. A positive phase of the AO is found to lead to a stronger subtropical jet over the south side from the Iran Plateau to the Tibetan Plateau. Consequently, it results in a deepening pressure trough around the Bay of Bengal, which transports the warm and wet air to South China continuously. The Siberian High in January is stronger and extends farther southeastward. It results in continual cold air at 1000 hPa pouring into South China, inducing low temperature. Cooperating with the trough of the Bay of Bengal, anomalous precipitation occurs over South China. For the negative phase of the December AO, the opposite situation is observed.     

北极涛动与东北冬季温度的联系

利用1950-1999年NCEP／NCAR再分析资料和东北地区冬季温度资料,借助经验正交函数（EOF）分解、相关分析、合成分析以及关联表方法,研究了北极涛动指数（Arctic Oscillation Indices,AOI）与我国东北地区冬季温度的联系。结果表明,AOI具有明显的上升趋势（趋势系数R=0．35）,其振幅在1968／1969年之前较小,而在1968／1969年之后明显增大,具有明显的年代际变化;并且AOI与东北地区冬季温度具有一致的上升趋势（相关系数R=0．59）。研究表明,AO的异常变化通过西伯利亚高压、阿留申低压、东亚地区极地东风以及东亚冬季风异常,进而影响我国东北地区冬季温度异常,它们之间存在着密切的相关关系。     

北极增幅性变暖对欧亚大陆冬季极端天气和气候的影响:共识、问题和争议

北极增幅性变暖和北极海冰快速减少不仅使北极气候系统成为国际前沿性问题,且对其导致的中纬度极端天气气候的影响研究也备受关注,这一研究成为目前少数几个最活跃的气候研究领域之一。本文回顾了这一研究领域的早期探索,总结了最新的科学假设和科学问题、研究的进展、目前的共识以及亟待解决的问题和主要争论。最后提出了未来取得新进展的共性问题。     

基于IPCC A1B情景的中国未来气候变化预估:多模式集合结果及其不确定性

利用耦合模式比较计划(CMIP3)提供的20世纪气候模拟试验(20C3M)及A1B情景预估试验,讨论了全球增暖情景下21世纪中期中国气候的可能变化。结果表明,A1B情景下,中国夏季降水变化在-0.1～1.1mm/d,冬季降水变化在-0.2～0.2mm/d。模式对降水变化的预估存在较大不确定性。无论冬夏,预估的全国表面气温都将升高,升温幅度在1.2～2.8℃;随纬度升高,增暖幅度相应增大。模式对表面气温变化的预估能力强于对降水变化的预估能力。在A1B情景下,东亚夏季风增强,而冬季风则略为减弱,东亚夏季风雨带到达最北后南撤的时间较之20C3M滞后约一个月。