冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation,IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。     

近45a冬季北大西洋涛动异常与我国气候的关系

利用1873－1995年的北半球海平面气压月平均资料，定义了北大西洋涛动指数。用近45a资料研究了北大西洋涛动与我国冬、夏季气候变化的关系。指出，北大西洋涛动异常变化与我国冬、夏季天气气候关系密切。强涛动年，冬季我国是偏暖、多雨的气候特征；夏季我国江淮之间地区气温明显偏低。还表明，强涛动年冬季，西太平洋副热带高压强度与西伯利亚高压及高空经向环流都明显偏弱，大气环流具有弱WA遥相关型、弱的东亚冬季风特征，对应的夏季环流特征与强东亚夏季风特征较接近。     

冬季北极涛动异常与新疆气温变化的关系

基于新疆96个气象站1961—2014年月平均气温、北极涛动指数和NCEP/NCAR再分析环流资料,分析了冬季北极涛动异常与新疆同期气温变化的关系及其影响。结果表明:冬季北极涛动指数与新疆冬季平均气温相关较好,42.7%的测站冬季气温与北极涛动指数的相关系数通过0.05显著性水平检验,主要集中在新疆北部地区。在冬季北极涛动指数偏强的7 a,新疆冬季气温偏高、偏低的概率分别为93.0%与6.3%;在冬季北极涛动指数异常偏低的14 a,冬季气温偏高、偏低的概率分别为41.5%和56.1%,偏低概率高于偏高概率。当冬季北极涛动指数偏强时,850 h Pa新疆及其北部广大区域盛行异常偏南风,不利于冷空气南下,新疆冬季气温高;反之,盛行异常偏北风,新疆冬季气温偏低。     

中国地面气温年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系

利用中国气象局气候中心数据库1958-1994年中国160个测站的月平均温度资料,分析了中国37年气温的年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系.结果表明(1)1958-1994年以来,东北地区全年、秋季和冬季温度上升都很明显,其中冬季最明显;新疆冬季温度升高也很明显;华南夏季温度明显升高.(2)通过对各区温度的年代际变化检验可知,东北全年、秋季和冬季1983年以后温度有非常显著的升高;新疆冬季1976年以后温度也有显著升高;华南夏季1976年以后温度有明显升高.(3)从全国来看,北方各区气候变暖要比南方显著一些,特别是冬季.(4)北冰洋涛动与我国东北温度有十分密切的联系,当AO指数偏小时,冬季冰岛附近海平面气压偏低,西伯利亚高压范围缩小,东亚冬季风比较弱,我国东北冬半年的温度出现明显上升.     

北极涛动年代际变化对东亚北部冬季气温增暖的影响

利用NCEP／NCAR再分析资料中的地表气温资料,分析了1949-1999年东亚北部地区冬季气温的变化。结果表明,从20世纪70年代中期开始东亚北部的气温显著升高,具有明显的年代际变化特征。这种气温的异常变化主要受东亚冬季风的直接影响。近二十几年来,北极涛动对东亚冬季风的影响越来越显著,北极涛动维持在正位相并持续增强,同期东亚冬季风持续减弱。研究表明,北极涛动持续增强的趋势是东亚北部地区冬季增暖的重要原因之一。     

秋季南极涛动异常对冬季中国南方降水的影响

本文针对秋季南极涛动（AAO）和冬季中国南方降水的关系作了研究,发现两者之间存在显著的反向年际变化关系。AAO正（负）异常年,副热带西风急流显著增强（减弱）,欧洲西部槽、乌拉尔山高压脊和东亚沿岸大槽均偏强（偏弱）,阿留申低压、南支槽和西太平洋副高偏弱（偏强）,西南急流上的扰动不活跃（活跃）,我国大部分地区出现异常偏北风（偏南风）和OLR弱正距平,导致南方降水偏少（偏多）。两半球存在东亚—南半球高纬地区和纵贯太平洋南北的两个遥相关型,海洋性大陆对流活动可能是秋季AAO影响南方冬季降水的一个机制。因此,秋季南极涛动的异常很可能对预测我国南方冬季降水有显著指示意义。     

秋季南极涛动异常对冬季中国南方降水的影响

本文针对秋季南极涛动(AAO)和冬季中国南方降水的关系作了研究,发现两者之间存在显著的反向年际变化关系。AAO正(负)异常年,副热带西风急流显著增强(减弱),欧洲西部槽、乌拉尔山高压脊和东亚沿岸大槽均偏强(偏弱),阿留申低压、南支槽和西太平洋副高偏弱(偏强),西南急流上的扰动不活跃(活跃),我国大部分地区出现异常偏北风(偏南风)和OLR弱正距平,导致南方降水偏少(偏多)。两半球存在东亚—南半球高纬地区和纵贯太平洋南北的两个遥相关型,海洋性大陆对流活动可能是秋季AAO影响南方冬季降水的一个机制。因此,秋季南极涛动的异常很可能对预测我国南方冬季降水有显著指示意义。     

冬季各月北太平洋涛动的年际变化及其与我国降水异常的联系

利用ERA-Interim的海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)再分析资料和中国160站的降水观测资料,分析了冬季各月(当年12月、次年1月和2月)北太平洋涛动(North Pacific Oscillation,NPO)的年际变化特征,及其与我国同期降水异常之间的联系。结果表明:1)冬季各月NPO指数的年际变化较为显著,但各月NPO指数年际变化之间的相关性较差,1979—2012年冬季12月与1月NPO指数年际变化之间的相关系数为0.09,而1月与2月NPO指数的相关系数仅为-0.003,均没有通过信度检验。2)1月和12月NPO指数年际变化与同期我国黄淮流域降水异常之间存在明显的正相关,而2月NPO指数年际变化与同期我国华北降水异常之间为明显的负相关。3)当1月(12月)NPO指数增加1个标准差时,我国黄淮流域降水量比多年平均值增加约50%(40%);而当2月NPO指数增加1个标准差时,我国华北降水量比多年平均值减少约30%。     

冬季北大西洋涛动对中国春季降水异常的影响

利用中国397个测站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析、合成分析等方法,研究了冬季北大西洋涛动(NAO)对我国春季降水的影响。结果表明,我国春季降水与前期冬季NAO关系密切,冬季NAO偏强(弱)时,我国东部南方地区春季降水偏多(少),北方地区春季降水偏少(多)。冬季NAO信号通过波列形式传播至东亚地区,使得春季东亚副热带急流和温带急流发生变化,冬季NAO偏强(弱)时,春季东亚副热带西风急流增强(减弱),温带急流减弱(增强)。进一步分析表明,冬季NAO异常会引起春季乌拉尔山高压脊和东亚大槽的变化,导致东亚对流层上层的温度发生变化,并由此产生经向温度梯度异常,这可能是NAO影响东亚高空急流的原因之一。春季东亚对流层上层的气温变冷(暖),使得东亚地区30°-40°N区域产生下沉(上升)运动,20°-30°N区域产生上升(下沉)运动,最终导致我国东部南方地区春季降水偏多(少)、北方地区春季降水偏少(多)。     

秋季亚洲-太平洋涛动与中国近海热带气旋活动的关系

采用联合台风警报中心的台风最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了秋季(9—10月)亚洲-太平洋涛动(APO)强度的年际变化与东亚-太平洋大气环流的关系,探讨了APO与西北太平洋和中国近海热带气旋(TC)活动的关系。结果表明:秋季APO年际变化与同期西北太平洋和中国近海TC活动关系紧密,即当APO偏强(弱),西北太平洋TC活跃区明显偏西(东),中国近海TC偏多(少);APO可以通过影响中国近海对流层纬向风垂直切变、低层辐合和对流层中层引导气流等,从而影响西北太平洋和中国近海TC活动;当APO偏强(弱)时,东亚大槽偏弱(强),东亚冬季风偏弱(强),使得侵入中国近海和热带西北太平洋的冷空气活动偏弱(强),有(不)利于这些海域TC的生成和发展;此外,在APO偏强时,西太平洋副热带高压脊偏西,其南侧偏东气流加强,有利于TC在偏强的偏东气流引导下向西移动或者其转向点偏西;而在APO弱年,副热带高压脊偏弱和偏东,偏东引导气流减弱,不利于TC西行或有利于其转向点偏东。     

中国东北地区冬季气温变化特征及其大气环流异常的关系

利用1957-2010年冬季中国东北地区90站气温资料,应用REOF和聚类分析方法将东北划分为南、北两个冬季气温变化子区,分析讨论其冬季气温的变化趋势和冷暖异常特征,及其与主要环流指数之间的同期和滞后关系。使用向后去除变量选择法,选取最优预测因子,并建立了全区和各子区的回归统计模型。结果表明：东北冬季增温较明显,平均上升速率达到0. 45 ℃/ 10 a,北部略高;与同期欧亚纬向环流指数之间存在着较显著相关;前期8月东太平洋副热带高压面积指数、前期10月亚洲区极涡面积指数和前期8月北半球极涡面积指数与东北冬季气温存在着显著相关,复相关系数达到0.70,并且是回归方程最关键预测因子。在对冷、暖冬预测时,可以把选定时段和区域副热带高压和极涡面积指数作为重要的影响因素,且误报率较低。     

基于改进版NUIST CFS1.1的热带大气季节内信号及其对中国气温降水影响的预测评估

基于南京信息工程大学次季节气候预测系统(NUIST CFS1.1),通过调整成员的大气初始化方案并优化了集合预测方案,构建了性能更优、计算成本更低的9成员NUIST CFS1.1 Pro系统。进一步基于实时多变量Madden-Julian Oscillation(MJO)指数和两类北半球夏季季节内振荡(Boreal Summer Intraseasonal Oscillation,BSISO)指数BSISO1和BSISO2,评估了该预测系统对热带不同季节的大气季节内振荡(ISO)的预测技巧。结果表明,NUIST CFS1.1 Pro能分别提前26、17、12 d有效预测(距平相关高于0.5)MJO、BSISO1、BSISO2,对强事件(振幅>1)的有效预测时长能分别延长到30、21、13 d。此预测性能对比国内其他最新次季节动力模式如BCC_CSM2和FGOALS-f2有一定优势,同时在与国际S2S计划的8个主要业务预测系统的技巧对比中,NUIST CFS1.1 Pro在冬季MJO和夏季BSISO1预测上处于较为领先的水平,BSISO2的预测则处于中等水平;对不同位相的计算技巧显示,冬季MJO和夏季BSISO1的2、3、6、7位相较其他位相技巧更高。进一步的分析表明,NUIST CFS1.1 Pro能提前5候准确把握冬季MJO的东传特征,并能在一定程度上预测出其对我国气温异常的影响,尤其是对位相2、3时候的冷异常预测;而在夏季,则能提前4候正确预测BSISO1的北传、西北传特征,尤其能较好地预测西北太平洋上的对流和低层环流异常,从而成功预测出BSISO1造成的我国东部地区降水异常的空间形态。然而预测的强度较观测偏弱,这需要进一步的工作来改进。