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。     

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.     

北极涛动对东亚夏季降水的预测意义

分析了春季北极涛动(AO)指数的变化对梅雨—Changma——Baiu带夏季降水年际变化的影响。对观测的东亚10个站的降水长序列资料(1899—1999年)，进行滤波处理，保留10年以下的年际时间尺度的变化，再进行相关分析。结果表明，近百年的5月北极涛动指数与10站夏季平均降水相关最高达—0．45，超过99％信度水平。当北极涛动偏强一个标准差时，整个长江中下游地区到日本南部一带，降水减少平均约8％左右。降水的这种变化与对流层东亚急流的变化密切相关：春季北极涛动强时，随后夏季急流位置通常偏北，雨带位置也北移，从而造成梅雨—Changma——Baiu带降水减少，反之亦然。较强的AO异常对降水的影响更明显，而较弱的AO与降水异常的对应关系并不显著。这对东亚夏季年际降水异常具有一定的预测意义。     

2—4月北极涛动对中西太平洋ITCZ活动的可能影响

利用1979—2008年逐日向外长波辐射(OLR)资料以及北极涛动(AO)指数,从日尺度上分析了中西太平洋上赤道辐合带(ITCZ)的类型及活跃程度,并研究其与AO的关系。结果表明:在日尺度上ITCZ存在不同的强对流中心,依据中心位置可以划分为北、南、赤道、双、全和弱等六种型态,其中北、南和弱型ITCZ在日尺度上频次最高,分别占总天数的30.98%、31.11%和24.05%,而赤道、双和全型ITCZ出现频次较少。AO与西北太平洋ITCZ活动的相关分析表明,2—4月AO指数与北型ITCZ频次存在显著正相关,相关系数达到0.49,而与弱型ITCZ频次存在显著负相关,相关系数为-0.42。当AO处于正(负)位相时,从同期至8—10月北型ITCZ活跃程度偏强(弱),而弱型ITCZ偏弱(强),在滞后1～2个月时相关达到最高。此外低层环流场以及SST也存在显著变化。当AO为正位相时,中西太平洋上赤道至15 °N范围内存在异常西风气流,SST异常偏暖。这也加大了南北向SST梯度,导致赤道以北辐合加强,对流活跃,北型ITCZ频次增多。这表明AO可能是通过风场和SST来影响北型ITCZ的活动,这种海气相互作用产生的影响具有较长的持续性。      

耦合模式对冬春季节南、北极涛动的季节气候预测能力研究

研究评估了耦合气候模式对冬、春季北极涛动(AO)和南极涛动(AAO)的预测效能。结果表明,模式对于北极涛动和南极涛动的模拟能力都是比较强的,其中,对冬季的模拟能力要强于春季。冬季,几乎所有的模式都能很好地模拟出对流层内北极涛动的空间分布形态特点,空间相关系数很高。春季,大部分模式的模拟结果仍然是比较好,与再分析资料结果的空间相关性比较高。对于南极涛动,模式在全年对流层各个层次上都能比较好地刻画其空间分布,且模式在850hPa等压面上的空间模拟效能要稍强于海平面。相对来说,冬季的模拟效果也稍强于其他季节,但是,差异不显著,模式与模式的差别也比较小。另外,模式对于北极涛动和南极涛动的时间序列模拟能力有限,时间序列相关系数只有少数几个模式达到显著性水平。     

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。     

近51年500 hPa上北极涛动的时空变化特征分析

对1951-2001年北半球500hPa高度场月、季及年平均资料分别进行EOF分析．并对EOF分析得到的第一特征向量时间系数进行功率谱分析。结果发现：北极涛动是近51年北半球500hPa高度场异常的第一特征,方差贡献率在10％～20％之间;极区中心具有明显的偏心结构,范耐冬、春季大而向高纬伸展;夏、秋季小且向极区收缩。中高纬冬季中心区范围比夏季大且系统比较集中：极地到格陵兰岛附近、西南欧洲到地中海地区、贝加尔湖到日本海以及北美洲东南部地区是500hPa高度场上环流异常的主要发生地区;北极涛动正位相时期,冬季在20世纪90年代,春季在70年代中期以前,夏季在60,70年代,秋季在80年代中后期到90年代前期;北极涛动负位相时期,冬季在50年代．春季在70年代中期以后,夏季在50,90年代,秋季在90年代后半期。另外,只有1998年相对来说为全年各月北极涛动强年,说明1998年是近51年来气候最异常的一年。     

北极涛动与北太平洋和北大西洋多年代际振荡的关系研究

利用小波变换和小波互相关分析法对1901—2000年的北极涛动（Arctic Oscillation,AO）、北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）和北太平洋年代际振荡（Pacific Decadal Oscillation,PDO）的年代际振荡关系进行研究,并利用1 000 hPa高度场合成分析进行验证。结果表明,三个气候模态均有明显的多年代际尺度的振荡特征,且它们在各特征时间尺度上的振荡相关性存在显著区别,主要表现为:在60 a尺度上,AO超前PDO约4 a正相关,AO滞后AMO约12 a负相关;在20～30 a尺度上,AO超前PDO约12 a正相关;在30 a尺度上,AO超前AMO约8 a正相关。在60 a尺度上,超前PDO负位相4 a和滞后AMO正位相12 a的高度场合成结果为AO负位相;在20～30 a尺度上,超前PDO正位相12 a和超前AMO正位相8 a的高度场合成结果为AO正位相。合成分析结果进一步验证了三个模态的相关性。      

Two Types of Arctic Oscillation and Their Associated Dynamic Features

In this paper,the dynamical evolutions of two types of Arctic Oscillation (AO),the stratospheric (S) and tropospheric (T) types,have been investigated on an intermediate time scale in terms of transient eddy feedback forcing and three-dimensional Rossby wave propagation.S-Type (T-type) events are characterized by an anomalous stratospheric polar vortex that is in phase (out of phase) with its tropospheric counterpart.Approximately onethird of AO events,both positive and negative,are T-type events.For the positive phase of a T-type event,the formation and maintenance of stratospheric positive anomalies over the polar cap are associated with an upward propagation of Rossby wave packets originating from the near-tropopause altitude over northeastern Asia.However,such upward propagating features are not found for S-type events.In the troposphere,transient eddy feedback forcing is primarily responsible for the meridional seesaw structure of both the S-and T-type events,with an additional contribution from Rossby wave propagation.     

我国春夏季地气温差的时空变化特征及其与夏季降水的联系

利用1960~2006年我国地温、气温逐日4个时次[02:00(北京时间,下同)、08:00、14:00和20:00]的和中国降水台站观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了我国春季(3~5月)和夏季(6~8月)地气温差的时空变化特征及其与夏季降水的联系。分析结果表明:我国春季地气温差主要存在着3种空间模态分布,第1模态表现出我国西部地区地气温差为正值,我国东部地区从南至北呈现出"-、+、-、+"空间分布特征;而第2模态则呈现"+、-、+"的空间分布特征;第3模态则表现出一致的空间分布特征。我国夏季地气温差同样存在着3种空间模态分布,第1模态表现出我国东部和西部地区夏季地气温差反相的空间分布特征;第2模态则呈现出"-、+、-"的空间分布特征;而第3模态则表现出"+、-、+、-"的空间分布特征。分析结果进一步表明我国春季和夏季地气温差第1模态与我国长江中下游地区夏季降水均存在正相关关系,而与华北地区出现负相关关系。而且,夏季更加显著。这主要是由于我国东部和西部热力差异增强,有利于在我国东部地区出现西北风异常,这说明东亚夏季风偏弱,不利于水汽向北输送,有利于华北地区降水偏少。并且,在我国东南部地区出现水汽辐合和上升运动,从而有利于我国长江中下游地区夏季降水偏多。     

The Hindcast of Winter and Spring Arctic and Antarctic Oscillation with the Coupled Climate Models

This study evaluates the ability of the global coupled climate models in hindcasting the Arctic Oscillation (AO) and Antarctic Oscillation (AAO). The results show that the models can well simulate the spatial distribution of AO with better results in winter than in spring. In the troposphere in spring, the simulation of AO on the whole is still relatively good with a comparatively high correlation with the NCEP/NCAR reanalysis. The models can also well reproduce the spatial distribution of AAO throughout the year at all levels of the troposphere, and the spatial simulation is better at 850 hPa than at the surface. Although the simulation is better in winter than in other seasons, the seasonal variation is not so significant and the differences among different models are relatively small. In addition, the capability of the models for “predicting” the AO and the AAO index time series is limited, because only a few models can capture their observed interannual variability at the 95% significance level.     

Teleconnections of inter-annual streamflow fluctuation in Slovakia with Arctic Oscillation,North Atlantic Oscillation,Southern Oscillation,and Quasi-Biennial Oscillation phenomena

The aim of the paper is to analyze a possible teleconnection of Quasi-Biennial Oscillation （QBO）, Southern Oscillation （SO）, North Atlantic Oscillation （NAO）, and Arctic Oscillation （AO） phenomena with longterm streamflow fluctuation of the Bela River （1895-2004） and Cierny Hron River （1931-2004） （central Slovakia）. Homogeneity, long-term trends, as well as inter-annual dry and wet cycles were analyzed for the entire 1895-2004 time series of the Bela River and for the 1931-2004 time series of the Cierny Hron River. Inter-annual fluctuation of the wet and dry periods was identified using spectral analysis. The most significant period is that of 3.6 years. Other significant periods are those of 2.35 years, 13.5 years, and 21 years. Since these periods were found in other rivers of the world, as well as in SO, NAO, and AO phenomena, they can be considered as relating to the general regularity of the Earth.     

Teleconnection between Winter Arctic Oscillation and Southeast Asian Summer Monsoon in the Pre-Industry Simulation of a Coupled Climate Model

A 600-year pre-industrial simulation with Bergen Climate Model(BCM)Version 2 is used to investigate the linkage between winter Arctic Oscillation(AO)and the Southeast Asian summer monsoon(SEASM)on the inter-decadal timescale.The results indicate an in-phase relationship between the AO and SEASM with periods of approximately 16–32 and 60–80 years.During the positive phase of winter AO,an anomalous surface anti-cyclonic atmosphere circulation appears over North Pacific in winter.The corresponding anomalies in ocean circulation and surface heat flux,particularly the latent and sensible heat flux,resemble a negative Pacific Decadal Oscillation(PDO)-like sea surface temperature(SST)pattern.The AO-associated PDO-like winter SST can persist into summer and can therefore lead to inter-decadal variability of summer monsoon rainfall in East and Southeast Asia.     

北极涛动对河南省降水的可能影响

采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月降水距平序列的时频变化特征,并讨论了近50多年来北极涛动对河南省降水的可能影响。结果表明,北极涛动指数和河南省降水距平序列中都存在着不同时间尺度的周期振荡,且时域中的分布特征和振荡强度也不尽相同;两者之间在6~8 a、12~16 a和25 a以上尺度的周期振荡呈正相关,而在9~11 a和16~24 a尺度上表现为负相关关系。     

北极涛动对河南省降水的可能影响

采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月降水距平序列的时频变化特征,并讨论了近50多年来北极涛动对河南省降水的可能影响.结果表明,北极涛动指数和河南省降水距平序列中都存在着不同时间尺度的周期振荡,且时域中的分布特征和振荡强度也不尽相同;两者之间在6～8 a、12～16 a和25 a以上尺度的周期振荡呈正相关,而在9～11 a和16～24 a尺度上表现为负相关关系.     

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。