北半球冬季欧亚遥相关型的变化特征及其对我国气候的影响?

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站地表面气温和降水的观测资料, 首先采用旋转经验正交函数 (REOF) 方法定义了冬季欧亚遥相关型 (EU), 并计算了冬季的欧亚遥相关型指数 (EU指数), 在此基础上分析了欧亚遥相关型的时间和空间变化特征, 并进一步研究了与欧亚遥相关型异常相联系的东亚冬季风系统变化以及我国冬季气温和降水的异常。针对欧亚遥相关型的分析结果表明, 在欧亚大陆上空, 大气内部存在与EU相联系的波列从北大西洋传播到乌拉尔山以东的欧亚大陆地区。在时间变化上, 冬季EU以为年际变率为主, 年代际变化的分量不明显, 其显著周期表现为2～4年。当冬季EU处于正位相时, 与之相关联的东亚大气环流异常表现为: 东亚地区高空的急流增强、 东亚大槽加深, 导致东亚冬季风偏强, 东亚地区温度偏低, 从而使得我国东部降温、 降水减少; 反之, 当冬季EU处于负位相时, 我国东部增温、 降水增加。     

夏季东亚高空急流与太平洋-日本遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR和NOAA月平均资料,采用奇异值分解方法分析了夏季东亚高空纬向风场和西北太平洋海表温度(SST)的耦合关系,并据此研究了东亚副热带高空急流和太平洋-日本(Pacific-Japan,PJ)遥相关型的可能联系。合成分析结果表明,东亚副热带高空急流正模态年,急流偏南偏强,对流层上层南亚高压增强东进,中层西太平洋副热带高压加强西伸,菲律宾周边海域SST升高,中纬度黑潮延伸体区SST降低,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动偏弱,日本海和黑潮延伸体海区对流活动增强,对应PJ遥相关型的负位相;而东亚副热带高空急流负模态年,急流偏北偏弱,对流层上层南亚高压减弱西退,中层西太平洋副热带高压减弱东撤,菲律宾周边SST降低,中纬度黑潮延伸体区SST升高,菲律宾海和热带西太平洋地区对流活动强盛,日本海和黑潮延伸体海区对流活动减弱,对应PJ遥相关型的正位相。由于夏季东亚副热带高空急流活动与PJ遥相关型存在关联,PJ遥相关型可能是东亚副热带高空急流响应太平洋海温异常的纽带。     

东亚太平洋与欧亚遥相关型的相互配置及其气候影响

利用近60 a中国160站夏季降水资料和NCEP/NCAR月平均位势高度场、风场等再分析资料,采用相关分析和合成分析等方法对东亚太平洋遥相关型(EAP)和欧亚遥相关型(EU)的不同配置特征及其对中国夏季降水的影响进行了研究.研究结果表明:EAP与EU两种遥相关型是相互独立的,相关系数为-0.03.两者存在以下四种配置:EAP和EU均活跃且位相相同(第Ⅰ类配置)、EAP和EU均活跃且位相相反(第Ⅱ类配置)、仅EU活跃(第Ⅲ类配置)和仅EAP活跃(第ⅣV类配置).EAP与EU呈现不同配置类型时,中国夏季的降水分布相应的存在差异.当二者之间是第Ⅰ类配置时,降水异常分布呈北方型;当二者配置为第Ⅱ类时,降水异常分布呈现出中间型,雨带集中在长江流域;第Ⅲ类配置时,降水大值区主要集中在长江中上游黄河以南地区;而第Ⅳ类配置时,降水集中在长江中下游地区,雨带呈东北—西南走向.     

冬季东亚高空急流季节内协同变化及对我国东部降水的影响

利用ERA-Interim再分析资料,采用滤波和合成分析等统计方法,分析了冬季东亚高空急流的季节内协同变化以及对我国东部降水的影响,结果表明:在季节内尺度(10~90天)中,东亚地区冬季300 hPa逐日纬向风主要表现为准双周振荡(10~30天)。300 hPa低频纬向风异常整体向东传播,高纬的低频纬向风异常向南传播,低纬低频纬向风没有明显经向传播特征。伴随低频纬向西风从里海附近开始向东移动至西北太平洋上空,温带急流向东再向东南移动并且强度先增强再减弱,副热带急流位置没有明显变化,强度演变特征与温带急流变化相反。降水异常对300 hPa风场低频振荡有显著响应,低频降水主要出现在我国东部,随时间向东移动,移至西太平洋附近消失;受低频风场影响,温带急流偏强,副热带急流偏弱时,我国东部高空辐合,地面表现为低频高压,整层有较强下沉气流,地面为东北风控制,不易产生降水;温带急流偏弱,副热带急流偏强时,青藏高原北侧整层一致东风异常,南侧整层一致西风异常,使我国东部高空辐散,地面受低频低压控制,我国东部产生整层上升运动,并且有西南风水汽输送,水汽辐合,我国东部出现低频降水正异常。      

冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化与中国南方地区降水的关系

利用NCEP/NCAR再分析数据和中国台站降水资料研究冬季东亚高空副热带急流和温带急流协同变化特征及其与中国南方地区降水的关系,发现冬季东亚高原急流与温带急流同期反向协同变化特征最为显著。即高原急流增强,同时温带急流减弱(SW型)和高原急流减弱,同时温带急流增强(WS型)。当高原急流增强(减弱)而温带急流减弱(增强)时,中国南方地区降水显著增加(减少)。合成分析表明,不同急流协同变化型态下冷暖空气活动特征存在较大差异,高原急流与温带急流的反向协同变化可以真实反映与冬季中国南方地区降水相关联的冷暖空气活动特征,进而导致不同降水形态的产生。     

欧亚遥相关型位相变化对我国寒潮路径的影响

利用1965—2015年冬半年NCEP/NCAR再分析资料以及中国地面气候资料日值数据集,借助FMM算法对影响我国的寒潮路径进行聚类分析,得到四类主要移动路径;并通过统计分析探讨欧亚遥相关型（EU）活跃位相与我国寒潮发生频次的关系及对路径选择的影响。结果表明：EU处于正位相活跃年时,寒潮活动增多,经向环流增强,冷空气干冷,第二类北路型寒潮频次和强寒潮事件相对增多;EU处于负位相活跃年时,纬向环流增强,冷空气湿润,第三类西北型寒潮频次相对增多,与第四类西路型寒潮的强寒潮事件增加。     

冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流（EASJ）和东亚温带急流（EAPJ）强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以（45°N～60°N, 70°E～110°E）和（27.5°N～37.5°N,130°E～160°E）区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况：EAPJ和EASJ同强（SS）、同弱（WW）、以及强弱（SW）、弱强（WS）。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流(EASJ)和东亚温带急流(EAPJ)强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以(45°N~60°N,70°E~110°E)和(27.5°N~37.5°N,130°E~160°E)区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况:EAPJ和EASJ同强(SS)、同弱(WW)、以及强弱(SW)、弱强(WS)。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡（LFO）的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10～30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型（EU）密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱（强）时,即EU指数小于（大于）零时,为EU负（正）位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

冬季欧亚中高纬大气低频振荡的传播及其与欧亚遥相关型的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚中高纬大气低频振荡(LFO)的传播特征及其在年际尺度上与同期欧亚大气背景环流场之间的联系。结果表明,冬季欧亚中高纬LFO以10~30 d周期为主,且具有明显向东南方向传播的特征。其经、纬向平均移速分别约为3.4纬度/d和15经度/d。进一步分析发现,冬季欧亚中高纬LFO强度的年际变化与欧亚遥相关型(EU)密切相关。定义乌拉尔地区的脊和东亚、欧洲西北部的槽比常年弱(强)时,即EU指数小于(大于)零时,为EU负(正)位相。当对流层中上层EU处于负位相时,此时,对流层低层的西伯利亚高压强度减弱,这些因素均导致欧亚地区大尺度经向环流偏弱,环流较为平直,不利于LFO的传播;反之亦然。     

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。     

Connections between the Eurasian teleconnection and concurrent variation of upper-level jets over East Asia

The variation of the East Asian jet stream(EAJS) associated with the Eurasian(EU) teleconnection pattern is investigated using 60-yr NCEP–NCAR daily reanalysis data over the period 1951–2010. The EAJS consists of three components: the polar front jet(PFJ); the plateau subtropical jet(PSJ); and the ocean subtropical jet(OSJ). Of these three jets over East Asia,the EU pattern exhibits a significant influence on the PFJ and OSJ. There is a simultaneous negative correlation between the EU pattern and the PFJ. A significant positive correlation is found between the EU pattern and the OSJ when the EU pattern leads the OSJ by about 5 days. There is no obvious correlation between the EU pattern and the PSJ. The positive EU phase is accompanied by a weakened and poleward-shifted PFJ, which coincides with an intensified OSJ. A possible mechanism for the variation of the EAJS during different EU phases is explored via analyzing the effects of 10-day high-and low-frequency eddy forcing. The zonal wind tendency due to high-frequency eddy forcing contributes to the simultaneous negative correlation between the EU pattern and the PFJ, as well as the northward/southward shift of the PFJ. High- and low-frequency eddy forcing are both responsible for the positive correlation between the EU pattern and the OSJ, but only high-frequency eddy forcing contributes to the lagged variation of the OSJ relative to the EU pattern. The negative correlation between the EU pattern and winter temperature and precipitation anomalies in China is maintained only when the PFJ and OSJ are out of phase with each other. Thus, the EAJS plays an important role in transmitting the EU signal to winter temperature and precipitation anomalies in China.     

东亚-太平洋遥相关型波列对夏季东北亚阻塞高压年际变化的影响

利用1980～1988年9年的观测资料,分析了夏季东北亚阻塞高压的年际变化及其与江淮地区夏季降水之间的关系,指出夏季东北亚阻塞高压具有十分明显的年际变化,同时它与江淮地区夏季降水之间存在着较密切的关系:当夏季东北亚阻塞高压频发时,江淮地区降水偏多;而当夏季东北亚阻塞高压维持日数少时,江淮地区降水偏少。为考察产生上述结果的原因,我们分析了全球海温异常,并利用合成的热带西太平洋海温异常模拟研究了热带西太平洋海温异常对东北亚阻塞高压形成和维持的影响。最后指出热带西太平洋海温异常引起的东亚-太平洋型遥相关波列是产生夏季东北亚阻塞高压的年际变化及其与江淮地区夏季降水之间关系的一个重要原因。     

冬季欧亚型遥相关候时间尺度异常特征及其对我国天气的影响

本文利用NCEP/NCAR全球逐日再分析资料,确定了冬季欧亚（EU）型遥相关逐候指数持续性异常的标准,继而分析了EU指数持续性异常的特征,探讨了对应时段的环流特征及其对我国冬季天气的影响。统计结果表明：1957—2010年的54个冬季共发生了26次异常过程;正、负异常过程各有三个高发时段分别为12月、1月第2—5候、2月第4候至3月第1候,以及12月第4—5候、1月前3候、2月第3候至3月第1候。选取200、850 hPa分别代表高低层大气,对异常过程合成分析后发现：指数异常时,高低层大气具有强的EU型特征;我国大部分地区的气温受EU指数异常影响,差异显著;黄河中下游、长江中下游及东南局部地区的降水差异显著;正异常过程中,受西伯利亚高压加强的影响,我国对流层低层盛行偏北风,温度普遍偏低,降水偏少;负异常过程相反。     

西风角动量输送的气候特征及其与急流关系研究

利用1958～1997年NCEP/NCAR一日四次的风场再分析资料,系统地分析了季节平均西风角动量（即u角动量）经向、垂直输送通量及其三个分量（平均经圈环流、定常波、瞬变涡输送通量）的气候特征,特别是讨论了12～2月、6～8月它们与东、西风带、副热带西风急流、极夜急流之间的联系。结果表明:（1）包含纬度因子的角动量通量与动量通量在高纬地区存在显著差别,高纬对流层上部的强动量输送中心在角动量通量中不明显。而u角动量强经向输送主要在中低纬对流层顶附近和冬半球高纬平流层顶附近,副热带西风急流和极夜西风急流均位于u角动量强向极输送中心及其高纬一侧的辐合区中。（2）发现三个输送分量对急流维持的作用随纬度、季节不同。北半球冬季（夏季）的副热带西风急流主要由平均经圈环流（强度相当的定常波和瞬变涡）强经向输送及辐合维持;南半球西风急流全年均由平均经圈环流和瞬变涡旋输送及辐合维持;冬半球中平流层极夜急流主要由定常波、瞬变涡旋输送及其辐合共同维持。（3）热带东风区是牵连角动量（即Ω角动量）的高值区,它主要由平均经圈环流向对流层上部输送;冬半球副热带及中纬西风区存在u角动量垂直输送的切变区,它主要由平均经圈环流和瞬变涡旋完成;热带对流层顶附近有u角动量的定常波弱向下输送。     

东亚-太平洋遥相关型形成过程与ENSO盛期海温关系的研究

利用1961～2000年NCEP/NCAR再分析资料、扩展重建的海表温度资料(ERSST)和中国730个站旬降水资料,采用SVD和扩展SVD（ESVD）分析、合成分析、相关分析等方法,在分析中国梅雨期降水与同期大气环流和前期冬季海温之间关系的基础上,研究了ENSO盛期海温异常导致与长江流域梅雨期降水密切相关的东亚/太平洋（EAP）遥相关型形成的过程,及与ENSO相关的海温和大气环流异常的持续性问题。结果表明,梅雨期EAP遥相关型的出现与ENSO遥强迫作用有密切关系。联系冬季ENSO和梅雨期EAP遥相关型的关键过程主要有三个:（1）西北太平洋低纬地区异常反气旋环流的形成和维持, 它在冬季形成后一直可维持到夏季,使得夏季西北太平洋副热带高压偏南偏强;（2）东亚大槽持续偏弱,冷空气活动路径偏北偏东,使西北太平洋海温呈亲潮区偏冷、黑潮区偏暖的海温分布; （3）PNA遥相关型的持续发展,使北冰洋地区高度增高。后二者通过局地海气相互作用和大气内部调整过程对初夏鄂霍次克海阻塞形势的形成起重要作用。另外,持续性分析表明,ENSO年大气环流和海温距平型的持续性要比非ENSO年大得多。在ENSO年大气环流和海温之间存在很强的相互作用耦合关系,ENSO引起的大气环流异常可导致太平洋海温异常,而海温异常一旦形成反过来又可导致大气环流异常的稳定和维持,对后期初夏东亚季风和我国天气气候产生明显滞后效应。     

冬季斯堪的纳维亚遥相关型在20世纪70年代末的年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料和PREC-L(Precipitation Reconstruction over Land)降水资料分析了1948/1949~2008/2009年冬季斯堪的纳维亚(SCAND)遥相关型的年代际变化,并讨论了这次年代际变化前后SCAND型的不同时空特征、气候影响及其维持机制。结果表明,SCAND型在1979年前后发生了明显的年代际突变,其500 hPa高度场上的欧洲中心和西伯利亚中心在1979年之后均向东南方向移动,但斯堪的纳维亚半岛附近的中心位置没有明显变化。与此相对应,1979年之后SCAND型对北半球气温的影响有很大加强,主要表现为其正(负)位相引起的极区增温范围明显扩大,欧亚大陆北部的温度负(正)中心显著向东南方向延伸,甚至可以影响到我国长江流域和日本的温度变化。1979年之后,SCAND型正(负)位相可以引起欧亚大陆沿60°N左右纬度带的降水显著减少(增加),这与1979年之前SCAND型主要引起乌拉尔山以西地区的降水变化有所不同。对准地转位势倾向方程的诊断表明,SCAND型在1979年前后的年代际变化基本可以用异常定常波引起的涡度强迫、异常定常波与气候态定常波相互作用引起的涡度强迫以及高频瞬变波引起的涡度强迫三者的变化来解释。