我国南方两次低温雨雪事件天气成因对比分析

2018年和2021年末我国南方分别发生了一次大范围的低温雨雪天气,对生活、生产造成了严重影响,因此对比分析这两次低温雨雪天气成因具有重要意义。结果表明：两次过程期间,对流层中层中高纬阻塞流场显著,阻高位于贝加尔湖西侧,脊前偏北气流在下游横槽后部堆积,使得西伯利亚高压强度增强。东传的Rossby波在阻高区域发生能量频散,利于阻高减弱、崩溃,横槽转竖引导槽后冷空气南下,导致地面强烈降温,同时在西伯利亚高压东侧和南侧,低频风温度平流是造成强降温的主要原因。低纬南支槽活跃,向北的暖湿空气与中高纬南下的冷空气汇合,造成我国南方大范围的低温雨雪、冻雨天气。与2018年过程相比,2021年过程持续时间较短,降水范围小,关键区降温幅度更大,是因为2021年过程期间Rossby波能量频散更快,阻高维持时间较短,冷空气从中高纬地区直接南下侵袭我国,而2018年冷空气在贝加尔湖附近发生堆积、西折,向南渗透时势力减弱。     

2018年1—2月中国地区低温雨雪天气特征分析

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料和国家气象信息中心观测站温度资料,对2018年1月26日至2月4日中国地区的典型低温雨雪天气事件进行分析。结果表明：低温雨雪天气发生前,极涡开始向西倾斜收缩并逐渐呈椭圆状,受极涡异常增强影响,冷空气南下加强。强高压脊在低温雨雪天气发生前15 d左右形成,并在乌拉尔山地区发展形成稳定且强大的西伯利亚高压,该高压在欧亚大陆北部不断增强且向东移动。低温雨雪天气发生前2 d, 850 hPa风场的两支异常偏南气流配合异常的水汽输送,与500 hPa乌拉尔山上游呈东北—西南方向并逐渐减弱的位势高度正距平共同作用,导致西伯利亚地区的异常强冷中心聚积大量冷空气并南下,为此次中国地区低温雨雪天气提供了有利条件。     

宁夏冬季极端低温事件特征及其与秋季北极海冰异常的联系

利用1961-2018年我国宁夏全区平均逐日观测最高和最低气温数据,英国哈德莱(Hadley)中心的逐月海冰密集度资料,美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐月大气再分析资料以及中国气象局国家气候中心的逐月东亚冬季风指数和西伯利亚高压指数系统地研究了宁夏冬季极端低温事件的特征及其与北极关键影响区域海冰异常的联系。结果表明:20世纪60年代以来,宁夏冬季冷日与冷夜频次呈现明显的减少趋势,极端低温事件强度总体趋于减弱,日极端低温升高趋势较为明显。秋季北极海冰异常与之后冬季海冰异常显著相关,前秋海冰异常通过季节持续性实现对后期冬季大气环流的影响,进而影响冬季气温。前期秋季拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰密集度偏小、格陵兰海海冰密度偏大时,冬季西伯利亚高压指数和冬季风指数偏强,有利于宁夏日极端低温事件频次偏多;500 hPa高度场上,极地-欧亚大陆-阿留申地区有一个显著的"L"型的位相波列形态,使得北极与欧亚大陆中高纬地区的位势高度差减弱,中高纬地区西风气流偏弱,减弱的西风使得经向活动加强,利于北极的冷空气向低纬地区侵袭;在海平面气压场上,西伯利亚地区气压偏高,冷空气由极地挤压至中高纬度地区,造成冷空气南下,有利于宁夏冬季发生极端低温事件。     

2017-2018年冬季黑龙江省气温异常成因分析

2017-2018年冬季全省平均气温为-19.7℃,较历年同期偏低2.2℃,为1981年以来的第3位,仅次于2000年和2012年。本文利用NCEP再分析资料,对2017-2018年黑龙江省冬季气温异常成因进行分析,结果表明大气环流的异常是造成黑龙江省冬季气温异常偏低的直接原因。东亚季风环流系统表现为:东亚冬季风强度偏强,西伯利亚高压偏强,500hPa东亚大槽异常偏深。分析下垫面外强迫因素,2017-2018年赤道中东太平洋出现拉尼娜事件,分析显示拉尼娜事件发生可能导致冬季风偏强,从而也是造成全省气温偏低的主要原因之一。     

中国冬季两类极端低温事件特征及其大气环流成因分析

近年来,中国冬季极端低温事件逐渐增多,其天气表征和成因存在很大差异.本文将极端低温事件分成大范围持续性低温事件(EPECE)和普通寒潮事件(CWE)两类,对其特征和大气环流成因进行了分析.结果表明:CWE平均维持3～5天,过程期间降温迅速并很快升温、降水出现在过程前期;而EPECE平均维持超过15天,降温幅度更大、降温...     

湛江极端低温事件特征及个例对比分析

利用广东湛江1951—2018年逐日气温资料、NCEP再分析资料和NOAA重建海温资料,分析近67年湛江冬季极端低温事件的特征,对比分析1967年1月、1975年12月和2016年1月三次极端低温事件过程的天气要素和环流特征,从ENSO和北极涛动(AO)方面探讨形成极端低温的原因。研究表明:1951—2017年平均最低气温和极端最低气温均呈增暖趋势,且极端最低气温比平均最低气温增暖更快。湛江冬季极端最低气温受东亚冬季风南北一致型模态影响,东亚冬季风一致偏强时湛江极端最低气温偏低,其关键环流系统为乌拉尔山及其以东地区的高压脊、贝加尔湖以南地区的低压槽和西伯利亚高压。进一步分析表明,三次冷空气过程受ENSO和AO的影响不同,其中1967年冷空气受东部型拉尼娜和AO负位相共同影响,1975年冷空气主要受中部型拉尼娜影响,2016年冷空气则主要受AO负位相影响。三次过程均以偏西路冷空气活动为主,都表现出对流层中层东亚地区位势高度偏低、对流层低层异常北风和西伯利亚高压偏强的特征。但高空环流形势不同,1967年冷空气过程为高压脊发展型,预报关键是槽后脊的发展时间;1975和2016年冷空气过程环流...     

中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

中国大范围持续性极端低温事件年代际变化及其大气环流成因

利用1961-2018年中国逐日温度观测资料和NCEP再分析资料,分析了我国大范围持续性极端低温事件（EPECE）年代际特征及大气环流成因。结果表明,EPECE累计天数在1961-2018年间总体存在波动下降的趋势特征,但在1995年前后出现了趋势转折,在1995年前事件累计天数减少趋势显著,且以全国类事件为主;1995年后变为增多趋势,主要类型为西北/江南类与中东部类事件。通过对大气环流场分析及利用西伯利亚高压指数、阻塞高压指数以及等熵面上的位涡（PV）异常特征分析,对比研究了1995年后西北/江南类与中东部类事件显著增多的大气环流成因,进一步发现,1995年EPECE事件期间欧亚大陆极涡由强转弱,乌拉尔山阻塞高压频率偏低至21.8%,西伯利亚高压强度指数距平最大值为8.9 hPa,位于乌拉尔山地区的异常低PV环流偏强,轴线呈东北-西南向,为典型的反气旋式Rossby波破碎,使得冷空气南下影响我国大部分地区。而在1996-2018年间EPECE事件发生时,欧亚大陆极涡在减弱过程中不断得到补充而维持,乌山阻高频率达34.6%且范围偏东偏北,西伯利亚高压强度距平达到11.5 hPa,位于...     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。     

我国冬季持续低温事件预报模型的建立

利用1979—2010年我国冬季522个站点的日平均温度资料,使用基于尺度分离的多元线性回归方法建立预报模型,对我国冬季的持续低温事件的预报做了一定的尝试。将温度按照一定的方法进行尺度分离,分解出年际、月、季节内尺度温度,对各个部分分别进行拟合再相加。挑选特定海区的海温、北极海冰作为年际尺度温度预测因子,多个低频气象场作为季节内温度预测因子,利用1979—2003年资料拟合出各因子回归系数。用重构的冬季温度挑选出持续低温事件并与实际的事件进行对比检验,计算出此方法的TS评分为0.57,再利用2008年初我国南方大范围的持续低温事件检验拟合结果。检验结果表明基于时间尺度分离的多元线性回归方法在持续低温事件的预报中有一定的参考意义。     

北极海冰融化影响东亚冬季天气和气候的研究进展以及学术争论焦点问题

北极历来是影响东亚冬季天气、气候的关键区域之一。北极表面增暖要比全球平均快2~3倍,即所谓北极的放大效应。随着全球增暖的持续以及北极海冰的持续融化,北极的生态环境正在发生显著的变化,进而可能对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。本文概述了有关北极海冰融化影响冬季东亚天气、气候的主要研究进展,特别是自2000年以来,北极海冰异常偏少影响东亚冬季气候变率以及极端严寒事件的可能途径、存在的科学问题,以及学术界的争论焦点。秋、冬季节是北极海冰快速形成时期,此时北极海冰对大气环流的影响要强于大气对海冰的影响。近二十年来的研究结果表明,北极海冰异常偏少,不仅影响北冰洋局地的气温和降水变化,而且通过复杂的相互作用和反馈过程,对北半球中、低纬度的天气、气候产生影响。北极海冰通过以下两个可能机制来影响东亚冬季的天气、气候:（1）北极海冰的负反馈机制;（2）由海冰异常偏少引起的平流层-对流层相互作用机制。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,特别是,巴伦支海-喀拉海海冰异常偏少,既可以加强冬季西伯利亚高压（东亚冬季风偏强）,也可以导致冬季风偏弱。导致海冰影响不确定性的部分原因是:（1）夏季北极大气环流状态影响北极海冰异常偏少对冬季大气环流的反馈效果;（2）冬季大气环流对北极海冰异常偏少响应的位置、强度不同造成的。秋、冬季节北极海冰持续异常偏少,在适宜的条件下（例如,前期夏季北极大气环流的热力和动力条件,有利于加强北极海冰偏少对冬季大气的反馈作用）,可以激发出有利于冬季亚洲大陆极端严寒过程的大气环流异常。目前学术界争论焦点主要集中在以下两个方面:（1）关于北极增暖、北极海冰融化对中纬度区域影响的争论;（2）关于1980年代后期以来,冬季欧亚大陆表面气温呈现降温趋势的原因。目前,有关北极海冰融化影响冬季欧亚大陆次季节变化以及极端天气、气候事件的过程和机制,我们认知非常有限,亟需开展深入细致的研究。     

北极涛动对冬季北京极端低温事件的影响分析

根据1951-2009年冬季北京观象台逐日最高、最低气温资料和NCAR/NcEP逐日海平面气压、500hPa高度再分析资料,分析了冬季北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)对北京极端低温事件的影响.结果表明,近59 a冬季北极涛动指数与北京极端低温事件显著负相关,有56.7%(57%)的冷夜(冷日)...     

东亚2005年和2006年冬季风异常及其与准定常行星波活动关系的分析研究

利用NCEP/NCAR再分析资料系统地分析了2005年与2006年冬季欧亚大陆的气温和东亚冬季风的差别及其与北半球准定常波活动的关系。分析结果表明:2005年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏低，东亚冬季风偏强; 而2006年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏高，出现暖冬，东亚冬季风偏弱。分析结果还表明，这两年冬季东亚冬季风的差别不仅是由于西伯利亚高压和阿留申低压的变异所造成，而且是由于北极涛动 (北半球环状模) 的变化所造成。并且，作者还从这两年冬季北半球准定常行星波活动的差异，在动力理论上进一步讨论了这两年冬季北半球气候和东亚冬季风差异的机理。结果表明:2005年冬季北半球行星波活动为低指数，准定常行星波在高纬度往平流层传播加强，而往低纬度对流层上层传播减弱，造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐合加强，而在副热带地区对流层中、上层辐散加强，引起了北半球高纬度地区极锋急流减弱，而副热带急流加强，这有利于西伯利亚高压的发展，从而引起了东亚冬季风增强；相反，2006年冬季北半球行星波活动为高指数，准定常行星波在高纬度往平流层传播减弱，而往低纬度对流层上层传播加强，造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐散加强， 而在副热带地区对流层中、上层辐合加强，引起了北半球高纬度地区极锋急流加强，而副热带急流减弱，这不利于西伯利亚高压的发展，从而引起了东亚冬季风减弱。     

2012/2013年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

东亚冬季风目前处于年代际偏强的气候背景下,2012/2013年东亚冬季风强度指数(EAWM)为0.83,连续第六年强度偏强。2012/2013年冬季,北极涛动(AO)指数维持负位相,导致全国平均气温较常年同期略偏低。季内,西伯利亚高压强度变化显著,与之相对应,我国气温季内阶段性变化大,前冬冷、后冬暖。进一步研究表明,前秋北极海冰的大幅偏少是造成东亚冬季风偏强的重要原因,前期海冰范围的减少有利于冬季欧亚大陆北部的海平面气压出现正异常,致使西伯利亚高压的偏强,有利于冷空气南下我国。而西伯利亚高压和东亚冬季风季内变化主要是受平流层环流异常信号影响,1月中旬前后,北半球高纬地区平流层位势高度出现明显正异常并迅速下传影响对流层中低层,造成西伯利亚高压和冬季风季内阶段性偏弱。     

东亚2005年和2006年冬季风异常及其与准定常行星波活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料系统地分析了2005年与2006年冬季欧亚大陆的气温和东亚冬季风的差别及其与北半球准定常波活动的关系。分析结果表明:2005年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏低,东亚冬季风偏强;而2006年冬季欧亚大陆中、高纬度地区气温偏高,出现暖冬,东亚冬季风偏弱。分析结果还表明,这两年冬季东亚冬季风的差别不仅是由于西伯利亚高压和阿留申低压的变异所造成,而且是由于北极涛动(北半球环状模)的变化所造成。并且,作者还从这两年冬季北半球准定常行星波活动的差异,在动力理论上进一步讨论了这两年冬季北半球气候和东亚冬季风差异的机理。结果表明:2005年冬季北半球行星波活动为低指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播加强,而往低纬度对流层上层传播减弱,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐合加强,而在副热带地区对流层中、上层辐散加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流减弱,而副热带急流加强,这有利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风增强;相反,2006年冬季北半球行星波活动为高指数,准定常行星波在高纬度往平流层传播减弱,而往低纬度对流层上层传播加强,造成了行星波E-P通量在高纬度地区对流层中、上层辐散加强,而在副热带地区对流层中、上层辐合加强,引起了北半球高纬度地区极锋急流加强,而副热带急流减弱,这不利于西伯利亚高压的发展,从而引起了东亚冬季风减弱。     

2008年1月我国严重低温雨雪冰冻灾害与东亚季风系统异常的关系

鉴于2008年1月我国低温雨雪冰冻灾害所造成的经济损失的严重性,作者从东亚季风系统有关成员的异常来探讨此灾害的发生成因。分析结果表明,2008年1月在中高纬度乌拉尔地区阻塞高压异常发展和长时间的维持及东亚大槽位置的长时间的稳定,这使得异常强冷空气不断沿蒙古高原东侧南下入侵我国华中、华东和华南地区;而西太平洋副热带高压异常偏北,大量暖湿空气沿副高西侧北上,并与南下冷空气在长江流域相遇,从而导致我国长时间的低温雨雪冰冻天气。进一步的分析结果表明,利用在热带中、东太平洋的LaNi a事件对我国冬季气候异常的影响并不能很好地说明此次灾害的发生,而利用热带西太平洋和西北大西洋海温异常对中高纬度和副热带地区大气环流异常的影响可以较好地说明这次灾害的发生成因。此外,2007年冬季北半球准定常行星波向低纬度地区上空对流层上层传播的加强和平流层极涡的下传也可能是2008年1月我国低温雨雪冰冻灾害的重要原因之一。     

中国冬半年极端低温事件的时空特征及其与东亚冬季风的关系

利用1961～2012年全国553站逐日最低气温资料,根据百分位值法,定义了不同台站的极端低温阈值,并统计分析了逐年逐站发生极端低温事件的频数,并且使用经验正交函数分解(EOF)的方法对其时空变化特征进行了研究.研究结果表明:近51年来,我国冬半年极端低温事件总体呈明显的减少趋势,但仍存在明显的时空差异.EOF分析结果...     

2011年冬季长江流域气温持续偏低的可能成因探析

利用长江流域50个气象台站的气温资料、NCEP再分析资料和美国国家冰雪数据中心的北极海冰资料,分析了2011年冬季长江流域气温持续偏低的可能成因。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和西伯利亚高压异常偏强及稳定维持,是长江流域冬季气温持续偏低的主要影响系统,其持续天数和强度均为1961年以来历史最大值。进一步分析表明,冬季乌山阻高和西伯利亚高压强度偏强和持续天数偏多易发生在La Nina年,500 hPa环流特征类似于La Nina年冬季平均环流条件;北极海冰面积异常偏小使冬季西伯利亚高压得到加强和乌山阻高持续。La Nina事件和北极海冰面积异常偏小是长江流域冬季气温持续偏低的重要外强迫因子。     

东北夏季月低温事件的定义及大气环流年代际特征分析

利用1960-2009年东北地区150个地面测站的逐日气温资料,定义了东北三省夏季月低温事件（简称MCSE）,并将其分为5类。结果表明：MCSE发生频率在20世纪60-70年代较高,80年代逐渐减少,90年代显著减少; 6月和8月以第Ⅲ类MCSE为主,而7月则是第Ⅱ类;在冷气候背景下,第Ⅱ类MCSE正涡动能量是由高纬向中纬度传播,正常背景下是由中纬度向高纬度传播,第Ⅲ类则与之相反,暖背景下第Ⅱ类MCSE的能量传播方向与冷背景一样,而第Ⅲ类则先是由低纬度向高低纬度传播,然后是由高纬度向低纬度传播;同时还发现,在冷背景下第Ⅱ类和第Ⅲ类MCSE,中国东北地区都是处于大范围强冷空气带的覆盖下,而正常期气候背景下这两类MCSE的东北冷涡和乌拉尔山阻塞高压（西阻）都比较明显,在暖背景下,第Ⅱ类MCSE的阻塞高压（中阻）、鄂霍次克海阻塞高压（东阻）以及东北冷涡系统都很明显,而第Ⅲ类MCSE的阻塞高压（中阻）和东北冷涡明显。     

2008年河南持续低温、冻雨和暴雪成因

应用常规气象观测和1°×1°NCEP资料,分析了2008年1月中下旬河南持续低温、冻雨、暴雪的成因,结果表明:1月中下旬500 hPa极涡较历史同期明显偏东偏南,咸里海和孟加拉湾地区的高度明显偏低;冻雨出现时大气的温度垂直分布呈现中暖下冷的特征,存在明显的逆温层和＞0 ℃的暖层;暴雪产生时底层东北风明显加大.极涡位置偏东,有利于极地冷空气不断沿贝加尔湖脊前西北气流南下,中纬环流东高西低,有利于孟加拉湾水汽持续向东北方向输送,两者是导致河南出现持续低温雨雪天气的主因.冻雨发生时上空需存在厚度超过500 m的暖层(t＞0 ℃),暖层下有近2 000 m的t＜0 ℃的冷层,且950-750 hPa大气相对湿度＞90%.近地面东北急流的出现或东北风的加强,促进了低层的辐合或抬升,有助于垂直风切变加强和上升运动发展,对降水的加强有指示意义.