北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

北极涛动与北大西洋涛动的低频变化特征

本文主要利用小波分析方法研究北极涛动(AO)和北大西洋涛动(NAO)的低频变化和周期特征。结果表明:AO在1965年以前有准两年周期振荡,1975年后转为准8 a周期和准16 a周期;NAO也存在相似的周期转变,但其准8 a周期出现在60年代末到1976年前后,并且没有明显的准16 a周期;AO和NAO准8 a周期的交叉小波能谱在1975年前后达到极大值,这与北半球气候突变时间基本吻合。另外,AO和NAO模态的北大西洋中心在1975年后表现出不同程度的东移,AO中心移到地中海地区,且太平洋中心明显增强,使其纬向对称的环形模态较突变前更显著。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

夏季北极涛动的时空特征

运用NCEP/NCAR SLP再分析月资料,分析研究了北极涛动的季节性差异,着重讨论了夏季北极涛动的时空特征。结果表明,除了强弱的季节差异,夏季北极涛动与冬季北极涛动在空间模态上也存在较大差异,主要表现在夏季北极涛动的中纬度强活动中心从北大西洋地区转移到亚洲大陆上,其亚洲中心只在对流层低层比较明显,强度随高度增加而减小,因而在对流层中呈现出比冬季北极涛动更强的斜压性。这种模态在年际和月际时间尺度上均有所体现。夏季北极涛动在近50年来一直存在稳定的准22年周期,其次为6~7年周期。另外,从1970年左右开始出现准2年周期振荡,而1970年代以前准2年周期不明显。     

北极涛动与北大西洋涛动的差异

根据北极涛动和北大西洋涛动指数的时间序列,选取两者差异较大的13个年份进行合成分析。结果表明：除北太平洋地区外,北极涛动与北大西洋涛动差异最显著的区域是西欧-地中海区域和亚洲东北部地区。北极涛动高指数阶段,对流层中层为纬向二波的驻波型,分别对应于极地-欧亚遥相关型和太平洋-北美遥相关型。同时,纬向平均纬向风偶极型使西风急流向极地偏移,与增强的中纬度经圈环流相互作用,引导对流层上层异常信号向下传播,形成高低空耦合机制。进一步分析发现,这种中纬度经圈环流异常和高低空耦合形势的差异主要表现在欧亚大陆地区;在北大西洋区域差异并不显著。     

河南省气温变化与北极涛动指数的关系研究

利用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了北极涛动指数和河南省近50多年来月平均气温距平序列的时频变化特征以及两者之间的关系.结果表明:河南省气温和北极涛动都存在着不同时间尺度的周期性变化,且各周期分量的强度不同.北极涛动指数具有2～4 a、8 a左右年际尺度和12～25 a、35 a以上年代际尺度的周期振荡;河南气温存在准2 a、4 a、6～8 a、10～20 a、28 a和35 a以上时间尺度的周期性变化.AO振荡过程影响河南省气温变化的时频结构,且主要表现在年代际时间尺度上.     

河南省气温变化与北极涛动指数的关系研究

利用连续小波变换和交叉小波变换方法,分析了北极涛动指数和河南省近50多年来月平均气温距平序列的时频变化特征以及两者之间的关系。结果表明:河南省气温和北极涛动都存在着不同时间尺度的周期性变化,且各周期分量的强度不同。北极涛动指数具有2-4 a、8 a左右年际尺度和12-25 a、35 a以上年代际尺度的周期振荡;河南气温存在准2 a、4 a、6-8 a、10-20 a、28 a和35 a以上时间尺度的周期性变化。AO振荡过程影响河南省气温变化的时频结构,且主要表现在年代际时间尺度上。     

春季格陵兰海冰变化及与北大西洋涛动和北极涛动的联系

采用长序列(1903—1994年)GISST海冰面积和海表温度(SST)资料、NCEP／NCAR再分析资料等，分析了春季格陵兰海冰面积年代际变化特征及其同北大西洋海气变化的关系。结果表明：春季格陵兰海冰面积变化的主要特征可由海冰变化的EOF第一主分量表示。春季海冰变化与前冬NAO／AO以及冬春1—4月份北大西洋墨西哥湾流区SST具有明显的反相变化趋势，且均具有准60a的周期变化特征。海洋向大气的热量输送(感热、潜热)受到海冰变化的显著影响(冰多输送少)。海冰作为大气的冷源，也明显影响地表净辐射的变化。进而，春季海冰变化可影响后期的大气环流变化：海冰面积偏大(偏小)，冰岛低压和阿留申低压偏弱(偏强)，夏季北非和亚洲大陆的SLP明显偏低(偏高)，两大陆夏季热低压加强(减弱)。     

冬季北极涛动与极涡的变化分析

利用NCEP／NCAR资料计算出冬季极涡面积（PVA）指数和极涡强度（PVI）指数，对冬季北极涛动（AO）和北半球500hPa极涡指数进行周期分析，讨论了冬季AO与极涡的年际、年代际变化。结果表明：冬季AO指数与PVA指数呈反相关关系，与PVI指数呈正相关关系，且AO指数呈上升趋势，PVA指数呈下降趋势。冬季AO指数、PVA指数以及PVI指数均具有多重周期。强（弱）AO指数年，极地500hPa高度场降低（升高），PVI指数偏大（偏小），PVA指数偏小（偏大）。500hPa高度场上亚洲大槽、北美大槽均减弱（加强）。AO可激发出类似EU遥相关型的异常，从而影响到东亚地区的气候。冬季AO指数在1982年发生突变，且突变后北太平洋地区的正中心位置更靠东，强度更大。此外，AO突变前后极涡变化不是很显著。     

北极涛动指数及其年代际变化研究

运用NCEP／NCAR再分析月资料，根据北极涛动经向振荡的特征构建一个新的AO指数，使其能较好地表现AO的季节变化，并用回归分析和相关分析方法对指数进行检验。同时，用滑动平均方法对北极涛动的年代际变化进行研究，发现北极涛动在70年代中期存在位相突变，由负位相转为正位相，并解释了这种位相突变的气候意义。     

近40年我国气温时空变化特征

根据全国336个站逐旬地面气温资料,使用EOF分析、周期图等统计方法,揭示了最近40年我国气温时空变化特征。研究结果表明：我国气温年际变化和变化趋势存在明显的地区、季节差异。在总趋势升高的基础上,具有前期降温、后期升温,冬季升温、夏季降温等特点。而且在气温变化趋势上存在准周期振荡。     

1948—2005年7月500hPa高度场EOF分析

利用1948—2005年逐年7月份的NCEP/NCAR格点资料,对北半球的亚洲和太平洋区域500hPa高度场进行经验正交函数(EOF)分解,分析了前3个特征向量(模态)的空间分布特征和时间系数的变化,结果表明:7月份的500hPa高度场的分布特征比较复杂,但第一模态有一定的代表性,反映出西太平洋副热带地区高度场与亚洲大陆的反相关关系,而这种关系在20世纪80年代以后出现了反位相的变化。     

近51年我国对流层顶高度的变化特征

利用NCEP/NCAR的对流层顶气压多年月平均和逐月平均再分析资料,运用EOF和REOF方法对近51年中国对流层顶高度的空间分布和时间演变特征进行了详细分析。结果表明,中国地区热带对流层顶(第二对流层顶)和极地对流层顶(第一对流层顶)的边界线,2月最南,8月最北,较高的热带对流层顶从2月开始,逐渐北进,8月到达最北界(44°N附近),然后开始南退,2月其北界处于最南端,在29°～30°N附近;我国29°～44°N之间的中纬度地区,对流层顶高度的年变化幅度较大;对流层顶高度场有三种主要的模态:第一种为全区一致的偏高(偏低)型;第二种为南高(低)北低(高)的南北相反分布型;第三种为南北地区-中部地区相反分布型。对对流层顶高度场进行REOF分解可将中国地区分为6个气候分区,即华南区、新疆区、东北区、华北区、长江流域区和青藏高原区,各区对流层顶高度最大值一般都出现在夏季,最小值出现在冬季,只有华南区的最大值出现在春季,最小值出现在夏季。中国地区对流层顶高度的年际变化和长期趋势具有十分明显的区域性。     

近40年高层温度场和高度场的时空变化特征

用4种方式对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958－1997年300hPa月均温度、100hPa月均高度资料序列进行对比分析，发现300hPa温度资料可靠性高于100hPa高度资料；详细考察近40a高层温度场、高度场的时空变化特征，并通过Morlet小波进一步分析两要素场的周期变化发现，温度场和高度场的EOF第1模态具有很好的空间整体民生和明显的年际和年代际变化，以10a左右和3a左右的周期为主要周期。     

河南省大雾的时空分布特征及500hPa环流特点分析

对河南省45年的大雾日数进行分析研究,结果表明：河南省年平均大雾日数秋冬季多,春夏季少,雾日主要集中在11月到翌年1月;大雾区域分布极不均匀,总体来说是东多西少,平原和盆地多山区明显少,全省有5个多雾中心。选择40个代表站进行经验正交函数（EOF）展开分析,前三个模态的积累方差贡献率为76．5％,通过相关系数和第一模态的时间系数分析,全省大部分地区大雾日数呈增加的趋势,与温度变化趋势相同。小波分析存在2～4年、8～10年和19～22年的周期变化。进一步对历史上典型多雾年和少雾年500hPa高度距平场分析,发现多雾年与少雾年欧亚中高纬度地区高度距平趋势恰好相反,多雾年呈＋-＋分布,而少雾年呈-＋-分布。     

我国北方500hPa春、夏季平均长波年际异常的EOF分析

利用1958—2008年全球逐日2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)和谐波分析方法对我国北方地区春、夏季平均长波进行了分析。结果表明:(1)我国北方春季平均长波主要表现为亚洲北部从咸海到日本存在一个完整的长波:巴尔喀什湖到我国罗布泊地区以长波脊活动为主,我国东北地区以长波槽活动为主,长波槽、脊的强度均呈增强趋势;夏季平均长波主要表现为乌拉尔山、贝加尔湖及鄂霍次克海地区的长波脊、槽、脊分布,蒙古国到我国北部地区多为长波槽活动,近51年来长波槽存在减弱趋势。(2)春季平均长波的距平变化主要表现为我国西北、华北地区与其上游和下游邻近地区存在反相关关系;夏季平均长波距平变化和春季相比有所东移,即我国北方大部分地区距平变化与其上游和下游地区存在反相关关系。     

近40年黄河源区气候要素分布特征及变化趋势分析

用Mann-Kendall统计检验方法对黄河源区13个气象站点1959—1997年日照、气温、降水、蒸发的分布特征和变化趋势进行了分析,结果表明:近40年黄河源区年平均日照时数表现为微弱的下降趋势,空间分布呈明显的从北部向南部减少的态势,变化趋势从中部向西部、东部、北部逐渐减少;年平均气温呈明显的上升趋势,空间分布规律从西向东、从南向北逐渐增加,变化趋势为中部、南部地区上升趋势最小,北部、东部、西部上升幅度较大;多年平均降水呈较弱的下降趋势,空间分布规律从东南向西北逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区降水量呈下降趋势;年平均蒸发量的下降趋势幅度较大,空间分布规律从北部向南部逐渐减少,变化趋势表现为大部分地区呈减少趋势,以北部地区最为明显。另外,本文也应用线性倾向估计方法对黄河源区各气候要素进行了分析,这两种方法得到的结果基本一致。     

近50年来东北地区暴雪时空分布特征

利用东北地区(黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古东部)93个气象台站近50年(1958-2007年)的逐日观测资料,分析了东北地区暴雪发生的时空分布特征。结果表明:该地区暴雪发生具有明显的季节分布特征,其中春季(3-4月)和秋季(10-11月)为暴雪主要发生期;东北暴雪在空间分布具有明显的地域性,暴雪主要集中出现在东南部的长白山区、南部的辽东半岛和西北部的大兴安岭山区;近50年来,东北地区全年暴雪量呈现出一定的增加趋势,其中春季在北部和南部呈现明显的上升趋势,然而秋季东北大部分地区暴雪存在显著的下降趋势。     

川北绵阳地区降水量的时空分布特征及变化趋势

选用四川省绵阳地区8个台站1959~2005年日降水资料,采用经验正交函数分解法和连续功率谱分析等方法分析了绵阳地区年降水量的时空分布特征及变化趋势,结果表明,绵阳地区年降水量的空间分布不均匀,局地差异大,主要表现为3种分布型:①区域一致型;②东南—西北型;③中部型。绵阳地区的年降水量呈整体下降趋势,但降水剧烈程度加大,同时东南—西北分布型在加剧;功率谱分析发现,绵阳年降水量的变化具有2.9年和6.7年的显著变化周期;绵阳地区各站的年降水和不同等级降水的降水量和降水日数大致呈不同程度的下降趋势和减少趋势,但不同站点暴雨以上量级的降水量和降水日数变化特征又有所不同;绵阳地区区域平均年降水量呈减少趋势主要是由于雨季降水量和降水日数均出现减少趋势造成的。