西北地区4月降水异常的环流特征及前兆海温信号

利用1981—2019年西北地区4月降水站点资料、美国国家环境预报中心第二套再分析资料(NCEP/DOEⅡ)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海温场资料,研究了西北地区4月降水的异常特征以及对应的同期环流场特征,寻找可能的前兆海温信号并讨论其影响机制.结果表明:(1)西北地区4月降水以全区一致性分布为主,具有明显的...     

南半球降水对南极海冰涛动异常的响应

运用NCAR/CAM3全球大气环流模式,结合气候学诊断方法,分析了南极海冰涛动异常对南半球降水的影响,并对可能的作用机理进行了初步探讨。结果表明,南半球中纬度降水对海冰涛动异常的响应较为显著,且异常响应的空间分布与海冰涛动类似,分别在南美洲大陆以东大西洋和以西太平洋的广阔海域上存在两个正负值中心。 数值模拟结果显示,海冰涛动异常可以通过改变地表热通量,影响对流层中层大气,进而驱动费莱尔环流的上升支,加强或减弱费莱尔环流的强度,最终对南半球中纬度地区的降水分布产生影响。在阿蒙森/别林斯高晋海外围海冰异常偏少的海域,向上的热通量增加,局地加热会使得费莱尔环流的上升支异常偏强,费莱尔环流的经向输送增强,对应其在中低纬的下沉支也偏强,局地下沉气流异常偏强则会抑制降水的生成,导致降水异常偏少。在威德尔海外围海冰异常偏多的海域,经向环流和降水的响应几乎相反,但因受西南极半岛和南美洲陆面作用的影响,对应经度带费莱尔环流对海冰异常的响应较弱。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

2012年南极长城站气象和海冰特征分析

基于中国第28次南极科学考察长城站越冬期间获取的常规气象和海冰观测资料,结合统计的1985—2010年气候值,对比分析了长城站2012年的气象及海冰特征。气象分析表明,该年平均气压和气温偏低,N—W风向频率显著偏低,E—SE风向频率显著偏高;雾日偏少,降雪量、吹雪及雪暴显著偏多;针对观测期间某些月份比较明显的气象要素和天气现象异常,从大气环流角度进行了分析解释。海冰观测表明,长城湾冰情变化受大气动力作用影响大,冰情稳定性差,外围海域海冰极不稳定,2012年4月至2012年11月冰情几经进退,先后交替出现3个完全冰冻和3个部分冰冻期。     

ENSO循环过程对南极海冰的影响

应用 1 951- 2 0 0 2年NINO特征指数 (NINO1 +2 ,NINO3 ,NINO4 ,NINO3 .4)和 1 973-1 998年南极海冰北界范围以及 1 950- 2 0 0 1年SODA海洋温度资料。首先分析探讨了在ElNi no期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水在南半球的传播途径 ,进而研究了ENSO以及东南太平洋异常海温场与南极海冰之间的关系。结果表明 ,在ElNino期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水 ,是沿秘鲁和智利沿岸向极传播。其传播过程持续大约 1年的时间 ,但未发现沿南赤道流的西传现象。ENSO循环过程与南极海冰变化存在一定联系 ,特别是Amundsen Belling shausen海和南极半岛海冰的变化与ENSO暖事件 (ElNino)较为密切。当ElNino事件发生后 ,时滞 2年左右的时间 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰将出现明显的减少现象 ,特别是南极半岛的海冰减少最为明显。ElNino事件对南极海冰的影响过程是 ,堆积于赤道东太平洋的大量异常暖水 ,沿南美 (秘鲁和智利 )沿岸近海向极地传播 ,异常暖水的这种向极传播过程将引起近极的海温场出现异常升高 ,最终导致Amundsen Bellingshausen海和南极半岛地区的海冰减少。自 2 0世纪 80年代以来 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰出现明显减少的趋势 ,与这一时期的ElNino事件的频繁发生     

中国西北地区大范围极端高温事件的大气环流异常特征

 利用中国西北5省(区)90个台站1961—2005年的逐日气温资料,分析了西北五省(区)发生大范围极端高温事件时的大气环流异常特征。结果表明,当出现大范围极端高温事件时,100 hPa南亚高压强度偏强并北移至西北地区上空,副高脊线偏北,同时500 hPa高度场上有一与温度暖中心相匹配的闭合高压单体控制着西北地区,西北地区上空大气高(中低)层为负(正)温度距平。此外,西北地区上空下沉气流强度明显偏强,下沉运动加强中心在300 hPa高度左右。与此同时,除了新疆西南部,西北其他地区的散度场形势都是大气上层辐合,下层辐散,并且辐合辐散强度都偏强,其中的辐合带主要位于150～300 hPa高度,辐合中心及其加强中心在200 hPa高度左右。     

宁夏春季沙尘暴频次异常与北太平洋海温异常的关系研究

利用宁夏沙尘暴频次资料、500 hPa环流特征量资料、NCEP再分析资料、北太平洋海温场格点资料,采用相关分析、合成分析、小波变换、SVD分析,对宁夏沙尘暴频次与北太平洋海温场的关系进行了研究,探讨了北太平洋海温场通过影响大气环流异常再影响沙尘暴异常的途径。结果表明：宁夏春季沙尘暴频次与前一年10月到当年5月加利福尼亚海温有显著的负相关关系,关键区海温冷、暖异常与宁夏春季沙尘暴日数多、少有较好的时频对应关系;另外发生在北太平洋的厄尔尼诺事件对宁夏春季沙尘暴有重要影响,当北太平洋海温场呈厄尔尼诺（拉尼娜）型分布时,宁夏各地沙尘暴日数以偏少（多）为主。加利福尼亚海温通过影响大气环流,进而影响宁夏沙尘暴的发生,冷水年春季（3—5月）,欧亚大陆高空系统较强,环流经向度加大,蒙古气旋加深,有利于极地冷空气南下;从风场形势看,冷水年河套至甘肃、内蒙西部及蒙古国中西部一带高层盛行西北风,而低层多为东南风,这种不稳定形势,也为西北沙尘暴的发生发展创造了有利气候条件。另外,冷水年冬春季东亚大槽位置以偏西为主,极涡强度偏强的年份占优势,西风环流指数负距平的年份偏多,经向环流偏强,冷锋活动频繁,大部分冬季平均气温偏低,表明冬季风偏强的年份为主;而暖水年基本相反。     

中国西北地区降水异常的气候分析

利用中国西北地区128个气象站1971—2009年逐月的降水资料,用经验正交函数（EOF）、旋转经验正交函数（REOF）、小波分析以及突变分析等方法对西北地区降水的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断分析。结果表明:西北地区降水类型可分为降水一致型、东-西型、以及南-北型,并且重要程度依次递减;整个西北地区可以分为6个降水区域,分别为高原东北侧区、北疆区、渭河流域区、高原区、河西走廊区、南疆区;尽管在1971—1909年近40年中西北地区整体呈现出少雨、多雨交替的波动变化特征,却未有明显的变干或变湿的倾向,但是各个异常区的气候变化呈现出了不同的趋势倾向;每个降水异常区域都有明显的周期性和年际、年代际变化特征,普遍存在3~5年左右的短周期和10年、20年左右的长周期,各个异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。     

陕西汛雨开始日期异常的气候特征及其影响系统

利用陕西省1961-2018年逐日降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,基于合成分析、相关分析等方法,研究了陕西汛雨开始早晚的气候特征及其影响系统.结果表明:陕西入汛日具有显著的年际和年代际变化特征,20世纪60年代主要以偏晚为主,70、80年代以偏早为主,90年代偏晚,进入21世纪以后以偏早为主,...     

西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化

应用面积权重方法,利用西北地区东部80个测站1960-2000年的资料,对降水的变化及极端降水事件进行了分析。结果表明:西北区东部的气候在近十几年变得更加极端。降水量虽然没有一致的增加或减少的趋势,但自从1990年开始,降水距平百分率低于气候平均值,变化异常;降水异常偏多的区域呈减少趋势,到20世纪90年代中期以后,就几乎没有出现过降水异常偏多的区域;1960-1962年连续3年降水异常偏少的情况是近40a来少见的,这种偏少主要发生在干旱地区;90年代的异常偏少则是全区域的,特别是在湿润、半湿润地区,降水偏少尤其明显;1997年降水偏少最为明显,偏少的区域达20%以上。而在这种气候背景下,90年代极端降水事件并没有减少。     

西北地区东部汛期降水季节内分布特征分析

基于西北地区东部1961-2015年54个台站汛期（5~9月）逐日降水资料,通过表征时间分配特征的参数-降水集中度和集中期,对西北地区东部5~9月逐旬降水的季节内非均匀性分布特征进行分析,结果表明：西北地区东部5~9月降水集中度和集中期的平均空间分布存在明显差异,从集中度来看,其东北部降水较集中,西南部较分散,而集中期主要在7月中旬到8月上旬,相比较甘肃陇东地区集中期较晚;从降水集中度与集中期的异常特征来看,第一模态均表现为全区一致性,第二模态均表现西北和东南反向变化特征,而集中度第三模态表现为东北和西南反向变化特征,集中期第三模态表现为东西反向变化特征;从降水集中度与集中期的变化趋势来看,近50 a来降水集中度越来越小,而降水集中期越来越早;另外从汛期降水量同同期降水集中度与集中期的关系来看,其与两者均存在正相关,其中集中度与降水的显著相关区在内蒙古西部以及陕西和宁夏北部,而集中期与降水的显著相关区在陕西和甘肃南部。另外利用前期大气环流指数对降水集中度和集中期建立的预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东部汛期降水的季节内非均匀性分布特征的短期气候预测提供参考依据。     

印度洋SSTA对西北夏季空中可降水量的影响研究

利用近50年NCEP再分析月平均高度场、风场、地面气压,比湿以及NOAA重构海表温度资料,运用SVD及合成分析等方法,研究了印度洋SSTA对我国西北地区夏季空中可降水量的影响,结果表明前期秋季印度洋海温异常对预测夏季中国西北空中可降水量的变化特征具有明确的指示意义,而且关键区主要在赤道印度洋,如果印度洋秋季海温异常偏暖,则中国西北夏季空中可降水量异常偏少,反之亦然.同时发现由于印度洋秋季海温近50年有变暖趋势,使得中国西北夏季空中可降水量呈变少趋势.另外通过分析还发现,若印度洋秋季海温异常偏冷(暖),中国大陆上空从同期秋季到后期夏季500 hPa高度场呈西低(高)东高(低)型,这样新疆有明显偏弱(强),而期间南压夏季风也强(弱)于常年.冬季风弱(强)于常年,后期夏季我国西北地区东北部有异常偏强(弱)的偏南的水汽输送,使得空中可降水量异常偏多(少).     

北半球积雪/海冰面积与温度相关性的差异分析

积雪和海冰的时空变化对区域以及全球的气候、水文具有重要影响。基于雪冰数据和NCEP再分析气温数据,利用MK检验、滞后分析等方法,分析了积雪、海冰的时空变化特征及其与温度的相关特征。结果表明：1979-2013年,北半球积雪区、北极圈的年均温度呈显著上升的趋势,而积雪面积和海冰面积呈显著下降的趋势。在大部分地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著减少的趋势,但在中国长江中下游、青藏高原等局部地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著增加趋势。在大部分的近陆地海域,海冰覆盖频率随着温度的上升呈显著下降趋势。超前时间1~2个月的温度与海冰面积的负相关性最高。超前1~4个月的温度与积雪面积的负相关性最高。温度对海冰的影响时间比对积雪的影响时间长1~2个月。温度变化对海冰和积雪的影响存在一致性,但积雪和海冰对温度的响应时间存在差异,具有空间变异性。     

中国西北干旱区TRMM遥感降水探测能力初步评价

西北干旱区雨量站点稀少且分布不均,为水文过程研究带来一定困难。TRMM遥感降水数据覆盖范围广、时空分辨率高,是很有潜力的降水替代品,但其在西北干旱区应用的可靠性需要评价。对TRMM网格降水量与地面实测降水量在日尺度和月尺度上进行比较,通过FBI（frequency bias index）、POD（probability of detection）、FAR（false alarm ratio）、偏差和相关系数等指标分析TRMM对降水的探测能力。结果表明：TRMM对降水的探测能力因区域、海拔和冷暖季而异,月时间尺度上TRMM对降水事件的发生频率和降水量的估计比日时间尺度更为准确,但二者探测能力都非常有限;76个格点中,日降水的[FBI]值都远离最优值1,POD值和FAR值则分别在0.72以下和0.37以上,离最优值较远,相关系数几乎都在0.4以下,只有14个格点的偏差在±10%之间,其余格点最大偏差高达389%。最多有9个格点的月降水[FBI]值达最优,14个格点的POD值达最优,24个格点的FAR值达最优,67个格点的相关系数在0.4以上,14个格点的偏差在±10%之间,只有极少数格点的全部指标都在可接受范围之内,多数站点是某些指标达最优值,而某些指标在可接受范围之外。总体来讲,TRMM遥感降水数据在西北干旱区难以直接应用,需要进一步纠正处理。     

西北地区东部可利用降水的时空变化特征

 利用西北地区东部91站1961-2009年间的实测气温降水资料,分别计算了该区水分资源各分量降水、蒸发及可利用降水,使用REOF等统计方法,整体分析了该区可利用降水的时空变化特征。结果表明：西北地区东部水分资源匮乏且年际变化大,水分资源各分量时空分布极不均匀;总体上各分量从该区东南部向西北部递减,呈南多北少特征,其中该区东南侧的陕南、陇南、六盘山区及青藏高原东部部分地区年降水量、蒸发量和可利用降水量分别在500、200和200 mm以上,年降水可利用率在30%~50%,可利用降水标准差达80~110 mm,而该区西部的河西走廊和青海西部的年降水量不足50 mm、年可利用降水量不到10 mm,年降水可利用率不足10%,可利用降水标准差在20 mm以下;各分量夏季最大,冬季最小,5~9月是该区主要降水和可利用降水的集中期;降水在水资源各分量中起决定性作用,因此降水的小幅变化导致可利用降水的大幅变化是降水稀少的西北地区东部可利用降水资源匮乏的主要原因,但气温变化造成的影响也不可忽视;西北地区东部5~9月可利用降水异常分布的局域特征明显,常出现陇南、河东、高原、河西走廊等4种异常分布特征。近50 a来,区内可利用降水总体呈东部减少(六盘山区及陇南区尤甚),西部增加的变化格局。     

1971——2010年中国西北地区秋季降水变化特征

本文采用1971—2010年9—11月逐月NCEP/NCAR再分析数据和国家气候中心全国台站资料,通过常规统计分析、趋势分析、Morlet小波变换、M-K 检验以及奇异值分解,对中国西北地区秋季降水量与降水日数两个方面进行了较为详细的分析,得到了较为全面的中国西北地区秋季降水时空分布特征,并分析了500 hPa环流异常对其可能的影响。结果表明：1971—2010年间西北地区秋季降水量与降水日数均为上升趋势,相对来说,秋季降水日数在这40年间的变化趋势更为显著;西北地区秋季降水量及降水日数整体呈现出增加的趋势,主要是受青海、甘肃两省大部分站点的降水量及降水日数明显增多引起的;西北地区秋季降水量、降水日数变化幅度较大区主要位于青海东南部与陕西南部;降水日数在未来将会有减少的变化趋势;500 hPa东高西低的异常环流形势越明显,甘肃东南部、宁夏、陕西大部秋季降水量越大,北高南低的异常环流形势则在中国西北地区大部易造成秋季降水量偏多。     

中国西北干旱半干旱区年平均气温的时空变化规律分析

利用中国西北干旱区138个测站,近46年历年平均地面月气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、子波分析等方法,分析了干旱区年平均气温对气候变暖的响应.结果表明:(1)中国西北干旱半干旱区年平均气温近46年增温率为0.34℃/10 a.新疆西部、青海高原东部的部分地方受大地形背风坡影响有不显著的上升趋势,其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖.(2)年平均气温标准差分布不均匀.除南疆和海东-陇南-带相对较小,该区其余大部分区域年平均气温的年际变化稳定性差.(3)蒙陕甘宁-塔里木盆地是该区气温变化最敏感的区域.年平均气温的演变在干旱半干旱区一致性程度较高.从20世纪70年代初期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期;全区性的前10个偏热年,全部出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,大多数也出现在1990年以后;气温异常变化存在5年和10年左右的周期,从15年以上的变化层次来看,气温趋势还在偏高的位置.(4)年平均气温存在演变的地域差异,蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反.(5)根据REOF分析将该区年平均气温异常细分为北部区、高原区、南疆区和东部区4个分区.西部干旱半干旱区年平均气温的转折存在区域差异,高原和南疆区单调增暖,无明显转折,北部区的转暖时间比较低纬度的东部大致要早5年左右.受高原"启动区"影响,其它区的突变比高原要晚3～10年,其它区的年代际变化比高原要晚1～2年.     

西北地区东部季风摆动区大气边界层高度对夏季风活动和季风降水的响应特征

大气边界层高度影响着近地层能量、水分的发展变化,而季风摆动区边界层受夏季风活动和季风降水影响很大,变化特殊,但其边界层高度的响应特征并不清楚。应用西北地区东部5站民勤、榆中、平凉、银川和延安2006—2016年5～9月逐日19时每隔10 m高度高空加密观测资料,以及民勤2006—2016年逐日07时探空规定层和特性层资料,结合地面逐日观测资料,对比计算多种资料找到合适的边界层高度。进一步运用NCEP、EC再分析资料,分析夏季风对季风摆动区的影响,得出边界层高度与夏季风、季风期降水影响的关系。结果表明:基于每隔10 m加密压温湿风探空资料,确定了9点平均位温梯度法作为边界层高度的最佳计算方法,该区边界层高度5～6月较高,7～9月逐渐降低,5～9月平均高度由非季风影响区的2 600 m、季风摆动区的1 800 m逐渐降低到季风影响区的1 500 m以下。边界层高度与地面相对湿度、地温和风场关系密切,湿度越大、风速越大,边界层高度越低,相反,近地面地气温差越大,气温越高,吹西北风时,边界层高度越高。在不受夏季风影响时,边界层高度较高,有夏季影响风时,边界层高度较低。夏季风持续时间越长,边界层...     

中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。