从2011/2012和2015/2016年冬季大气环流异常看北极海冰以及前期夏季北极大气环流异常的作用

利用美国NCEP/NCAR、欧洲中心ERA-Interim再分析资料,以及英国哈得来中心海冰密集度资料,通过诊断分析和数值模拟试验,研究了2011/2012和2015/2016年两个冬季大气环流异常的主要特征和可能原因。结果表明,尽管热带太平洋海温背景截然不同（分别为弱的拉尼娜事件和强厄尔尼诺事件）,但这两个冬季西伯利亚高压均异常偏强,自1979年以来其强度分别排第1和第5位。前期秋季北极海冰异常偏少是导致这两个冬季西伯利亚高压偏强的主要原因。更为重要的是,前期夏季北冰洋表面反气旋风场,以及其上空对流层中、低层平均气温偏高,加强了北极海冰偏少对冬季大气变率的负反馈,进一步促进了西伯利亚高压的加强,从而有利于东亚地区冬季阶段性强严寒的出现。因此,夏季北极大气环流的动力和热力状态不仅影响夏、秋季北极海冰,而且对海冰偏少影响亚洲冬季气候变率有重要调节作用。2015/2016年冬季强厄尔尼诺事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流的影响。      

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。     

秋季区域海冰面积异常与冬季大气环流及东亚区域气候的关系

利用北极海冰面积资料和NCEP／NCAR再分析逐月高度场、风场资料以及中国160站气温资料，探讨秋季区域海冰异常与冬季大气环流及区域气候的关系，结果表明，秋季东西伯利亚海海冰的年际变化与北半球冬季大气环流及东亚冬季风有着密切的关系，秋季该海区海冰偏多（偏少），相应冬季东亚冬季风偏强（偏弱）；进一步分析发现秋季该海区海冰面积偏大（偏小），相应冬季中国大部地区气温明显偏低（偏高）。     

2016/2017年冬季北半球大气环流及对我国冬季气温的影响

2016/2017年冬季(2016年12月至2017年2月),东亚冬季风强度较常年同期异常偏弱,西伯利亚高压偏弱。北极涛动(AO)在冬季以正位相为主。冬季北半球500 hPa高度距平场上,亚洲中高纬地区以纬向环流为主,我国为异常正高度距平控制。受其影响,我国各地气温普遍较常年同期偏高,全国平均气温为-1.5℃,较常年同期(-3.4℃)偏高1.9℃,为1961年以来最暖的冬季。季内各月冬季风指数和西伯利亚高压均偏弱,相应我国气温各月均偏高。冬季风的异常偏弱与夏季北极地区大气环流异常状态有关。2016年夏季北极大气环流的热力和动力状态影响了秋季北极海冰偏少的滞后影响效果,不利于冬季风的偏强。     

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料, 研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明，5～7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季, 中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高, 长江以南地区降水偏多, 长江以北大部分地区降水偏少, 尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季, 中国大部分地区冬季风比多年平均弱, 使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此, 青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。     

2014/2015年东亚冬季风活动特征及其可能成因分析

2014/2015年东亚冬季风强度较常年同期略偏弱,季内冬季风强弱转换阶段性特征明显,初冬强度偏强,隆冬和后冬转为偏弱。受其影响,冬季全国大部分地区气温较常年同期偏高,但季内变化显著,初冬冷、隆冬和后冬暖。进一步研究表明,冬季风强度偏弱与2014年9月北极海冰范围偏大（去线性趋势）有关,前期北极海冰偏大不利于西伯利亚高压偏强,进而导致冬季风偏弱和冬季气温偏高。中部型尼尔尼诺(El Ni〖AKn~D〗o)和太平洋十年振荡(PDO)暖位相的配合是造成冬季风强度偏弱的另一个重要外强迫。PDO位相在El Ni〖AKn~D〗o事件对东亚冬季风的影响中起调制作用,赤道中太平洋暖海温有利于偏南风距平控制我国东部及东部沿海地区,东亚冬季风强度偏弱,当PDO暖位相和El Ni〖AKn~D〗o事件协同作用时,东亚地区大气环流对El Ni〖AKn~D〗o事件的响应更加显著。东亚冬季风的季内变化则与大气对中部型El Ni〖AKn~D〗o事件的响应过程有关。     

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。     

2015年汛期气候预测先兆信号的综合分析

文章全面回顾了发布2015年汛期预测时考虑的先兆信号及其应用情况。2015年春夏季厄尔尼诺事件进一步发展,并由中部型向东部型转变,热带印度洋为一致偏暖模态发展;冬、春季北大西洋三极子为正位相;冬、春季北极海冰较常年略偏少,南极海冰偏多;冬季欧亚积雪增量略少,青藏高原积雪略多但气温偏高。通过诊断分析,认为2015年汛期预测的主导外强迫信号是太平洋厄尔尼诺事件和印度洋海温一致偏暖模态。同时参考动力气候模式的预测,在4月初的预报中,重点考虑了厄尔尼诺事件的强度和空间型变化对东亚夏季风环流的影响,有利于东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压偏强偏西,季风季节内进程偏晚,我国降水呈南多北少型。在5月底的订正预报中,进一步考虑热带印度洋偏暖模态对副热带高压偏强偏西偏南的影响,以及南半球越赤道气流强度偏弱特征及对夏季风季节进程和强度的影响。经过综合分析,准确地预测了2015年东亚夏季风偏弱、我国夏季降水南多北少的布局,以及季节内主要气候事件的演变。最后对汛期气候预测存在的不足进行了初步分析和讨论。     

2015年汛期气候预测先兆信号的综合分析

文章全面回顾了发布2015年汛期预测时考虑的先兆信号及其应用情况。2015年春夏季厄尔尼诺事件进一步发展,并由中部型向东部型转变,热带印度洋为一致偏暖模态发展;冬、春季北大西洋三极子为正位相;冬、春季北极海冰较常年略偏少,南极海冰偏多;冬季欧亚积雪增量略少,青藏高原积雪略多但气温偏高。通过诊断分析,认为2015年汛期预测的主导外强迫信号是太平洋厄尔尼诺事件和印度洋海温一致偏暖模态。同时参考动力气候模式的预测,在4月初的预报中,重点考虑了厄尔尼诺事件的强度和空间型变化对东亚夏季风环流的影响,有利于东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压偏强偏西,季风季节内进程偏晚,我国降水呈南多北少型。在5月底的订正预报中,进一步考虑热带印度洋偏暖模态对副热带高压偏强偏西偏南的影响,以及南半球越赤道气流强度偏弱特征及对夏季风季节进程和强度的影响。经过综合分析,准确地预测了2015年东亚夏季风偏弱、我国夏季降水南多北少的布局,以及季节内主要气候事件的演变。最后对汛期气候预测存在的不足进行了初步分析和讨论。     

2016年汛期气候预测效果评述及主要先兆信号与应用

2016年汛期预测较好把握了"全国气候年景状况总体差,降水偏多,涝重于旱,洪涝灾害比1983年重,但比1998年轻"的总趋势,准确预测了长江流域降水异常偏多和严重的汛情,对2016年东部地区季节内雨季进程"华南前汛期开始早,南海夏季风5月第5候爆发,长江中下游入、出梅晚且雨量明显多,及华北雨季开始晚、雨量接近常年到略偏多"的预测与实况也一致。对台风强度强,活跃程度前弱后强的预测与实况基本吻合,对夏季全国大部气温正常到偏高,尤其是我国西北大部气温异常偏高及盛夏江南华南阶段性高温热浪的预测也接近实况。但对我国北方地区降水的预测存在较大偏差,未能正确预测华北降水异常偏多和7—8月东北地区明显少雨。2016年汛期预测中重点考虑了冬季超强El Nino事件及其衰减后热带印度洋海温接力作用对夏季风环流的影响,认为夏季尤其是夏季前期西太平洋副热带高压强度异常偏强,位置明显偏西,东亚副热带夏季风强度弱,这些都直接造成长江中下游地区降水明显偏多。     

2016年汛期气候预测效果评述及主要先兆信号与应用

2016年汛期预测较好把握了"全国气候年景状况总体差,降水偏多,涝重于旱,洪涝灾害比1983年重,但比1998年轻"的总趋势,准确预测了长江流域降水异常偏多和严重的汛情,对2016年东部地区季节内雨季进程"华南前汛期开始早,南海夏季风5月第5候爆发,长江中下游入、出梅晚且雨量明显多,及华北雨季开始晚、雨量接近常年到略偏多"的预测与实况也一致。对台风强度强,活跃程度前弱后强的预测与实况基本吻合,对夏季全国大部气温正常到偏高,尤其是我国西北大部气温异常偏高及盛夏江南华南阶段性高温热浪的预测也接近实况。但对我国北方地区降水的预测存在较大偏差,未能正确预测华北降水异常偏多和7—8月东北地区明显少雨。2016年汛期预测中重点考虑了冬季超强El Nino事件及其衰减后热带印度洋海温接力作用对夏季风环流的影响,认为夏季尤其是夏季前期西太平洋副热带高压强度异常偏强,位置明显偏西,东亚副热带夏季风强度弱,这些都直接造成长江中下游地区降水明显偏多。     

2020年汛期气候预测效果评述及先兆信号分析

2020年汛期准确预测了“我国气候状况总体偏差,极端天气气候事件偏多”“涝重于旱”的总体特征,对长江中下游、黄河中上游、海河流域以及松花江流域降水较常年同期偏多和辽河流域降水偏少的预测与实况吻合.较好把握了华南前汛期雨季开始偏早、梅雨开始偏早和结束偏晚、华北雨季开始偏晚等雨季进程;但低估了长江中下游降水偏多的异常程度,...     

秋季北极海冰对中国冬季气温的影响

利用海冰资料、中国地面气候资料、环流特征量资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了秋季北极海冰变化对中国冬季平均气温、日气温变率以及异常低温天气的影响。分析结果表明,秋季北极海冰异常偏多年中国冬季常为暖冬;异常偏少年中国冬季常为冷冬,且异常低温天气出现频率更高,常发生低温灾害事件。秋季北极海冰通过影响后期的北半球极涡、东亚冬季风和西伯利亚高压进而影响中国冬季的平均气温,且通过影响冬季异常强西伯利亚高压的出现频次,影响中国冬季异常低温天气的发生频次。合成分析结果表明,秋季北极海冰异常偏少年的冬季,中国以北亚欧大陆高纬度的偏北风较强,且中国及其以北的中高纬度地区空气异常偏冷,导致极地和高纬度的冷空气易向南爆发,造成中国冬季气温偏低,异常低温天气频发。     

青藏高原冬季风强弱年中国气候对比分析

本文选取1984~2013年NCEP/NCARII月平均再分析资料和,及全国160个台站月平均气温和降水量资料,使用由散度定义的青藏高原季风指数,以1月为冬季代表月,确定高原冬季风强弱代表年。通过相关分析和合成分析,详细分析了青藏高原冬季风强弱年份,东亚大气环流和我国气候的差异。结果表明:(1)高原冬季风强弱伴随东亚大气环流的异常,当高原冬季风偏强时,高原上空的冷低压加强,辐散下沉运动加大,中高纬地区的槽脊加深,而低纬地区有一气旋性环流生成;(2)高原冬季风强弱年我国同期气候差异明显,高原冬季风偏强年的冬季,新疆北部、华北中部等地降水偏多,四川盆地、长江中下游等地降水偏少,冬季气温大部份地区偏高,云南、黑龙江等地略偏低。(3)高原冬季风的影响具有滞后效应,高原冬季风强弱年的夏季,大气环流和我国气候明显不同,强年高原热低压和高纬地区的槽脊减弱,西太平洋副高偏北偏强,长江中下游、华南等地降水明显偏多,长江中上游、内蒙等地降水明显偏少。     

2013/2014年东亚冬季风异常偏弱的可能成因

2005年之后东亚冬季风连续7年强度偏强,而2013/2014年冬季,东亚冬季风强度突然由强转弱,原因可能与前期秋季北极海冰的异常有关,受2013年秋季北极海冰异常影响,冬季西伯利亚高压偏弱,进而导致东亚冬季风偏弱以及我国气温偏高。季内,东亚冬季风强度变化显著,前冬偏弱,后冬偏强。受冬季风季节内变化影响,我国前冬暖、后冬冷;此外,前冬暖、后冬冷还受到北太平洋上空阻塞高压的异常活动影响,北太平洋地区的阻塞高压加强西移至日界线以西,导致东亚地区经向型环流加强,改变了前冬以纬向型为主的环流,前冬高纬地区堆积的冷空气向东亚地区侵袭。加之,前冬我国气温偏高,导致后冬我国多地降温显著,气温由偏高转偏低。而阻塞高压的西移可能与平流层环流的异常活动有关。     

冬季北太平洋涛动异常与东亚冬季风和我国天气气候的关系

用1948-2000年的北半球海平面气压场月平均资料，计算了北太平洋涛动指数和东亚冬季风指数，并研究了北太平洋涛动与东亚冬季风及我国冬季天气气候的关系。研究表明，北太平洋涛动异常变化与我国冬季天气、气候关系密切。强涛动年，东亚冬季风偏弱，我国气温普遍偏高，长江中下游地区降水偏少，而华南降水偏多；而弱涛动指数年，东亚冬季风偏强，我国气温普遍偏低，降水偏少。此外，还指出，强(弱)INPO年大气环流具有弱(强)WP型和强(弱)EU遥相关型。     

2013年春季我国气候异常特征及其可能原因

2013年春季,全国平均气温较常年同期偏高1.0℃,平均降水量较常年同期偏多8.3%,但气温和降水空间分布不均,东北气温持续偏低,华北出现区域性气象干旱。分析表明：2013年冬春季北极涛动（Arctic Oscillation, AO）持续强的负位相;3和4月东北冷涡活跃,不仅频次偏多且强度偏强;同时,从2013年秋季开始东北地区积雪面积持续偏大,这些因子共同作用造成东北出现强的持续性低温。而2012年冬季以来西伯利亚高压持续偏弱,同时异常高脊控制我国北方大部地区,加之水汽输送不足,造成华北地区出现区域性气象干旱。     

全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风关系的变化及其机制

为了进一步了解全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风的关系及其变化,本文选用东亚冬季风北模态及南模态作为东亚冬季风指数,利用滑动相关分析、回归分析及合成分析研究了全球变暖背景下1953—2021年北极海冰密集度与东亚冬季风关系的变化特征及其机制。结果表明:11月巴伦支海海冰密集度与东亚冬季风北模态之间的关系发生了显著变化,从1962—1977年显著正相关转为1983—1999年显著负相关,2000年以后两者无显著关系。1962—1977年11月巴伦支海海冰偏多对应东亚冬季风偏强,这是大气环流影响海冰的结果,11月的大气环流异常特征维持到了冬季,使得欧亚大陆上空大气呈现出北极涛动(Arctic Oscillation,AO)负位相,在增强东亚冬季风的同时将中高纬大陆干冷空气输送至巴伦支海,在表面风应力的作用下巴伦支海海冰增多。1983—1999年则由前一时期的大气环流影响海冰变为海冰影响大气环流,11月巴伦支海海冰显著减少在冬季激发出了北极涛动负位相,加强东亚大槽及东亚高空西风急流,从而使得东亚冬季风偏强。2000年以后北极海冰与东亚冬季风北模态的关系明显减弱,此时东亚冬季风与北极涛动的负相关关系更为显著。     

2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合实时气候预测研究

本文研究建立2015/2016年极强厄尔尼诺事件下我国动力和统计结合的气候预测模型,并开展2015年夏季和2016年冬季气候我国160个站点和主要区域实时气候预测。夏季降水的实时预测起报于2月,冬季气温的预测起报于10月。研究结果表明,尽管NCEP-CFSv2耦合气候模式能较好预测2015/2016年极强厄尔尼诺事件中海温异常的演变,但对我国160个站点夏季降水和冬季气温预测仍有较大的偏差。因此,基于NCEP-CFSv2耦合模式预测结果,分别建立我国160个站点冬季气温和夏季降水异常的动力和统计结合气候预测模型。同时,利用年际增量预测方法开展我国长江中下游夏季降水和华北冬季气温的区域气候预测。研究结果表明以上预测模型在2015/2016年的实时预测中较NCEP-CFSv2有更好的预测效能。相对于NCEP-CFSv2耦合模式的预测结果,2015年夏季降水距平空间相关系数ACC从0.21提高到0.31（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到60%,2016年冬季气温ACC从0.19提高到0.32（超过0.01信度的显著性水平）,距平同号率提高到75%。     

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。