2017年冬季内蒙古气候异常偏冷成因分析

2017年冬季内蒙古气温偏低,冬季各月气温偏低持续时间长,影响范围广。利用107站1961—2017年冬季各月气温资料、NECP环流场和NOAA海温场资料,从欧亚环流特征和赤道中东太平洋海温异常影响角度,分析了2017年冬季气温异常偏低特征及其成因。结果表明:(1)2017年冬季气温以偏低为主,且东部地区持续异常偏低特征比较突出;(2)北半球500hPa高度距平场上,欧亚中高纬度环流形势呈现出与异常偏冷年的环流特征;(3)赤道中东太平洋海温异常偏冷、东亚冬季风偏强均是导致内蒙古东部地区冬季异常偏冷的主要成因。     

基于广义平衡反馈方法的2009/2010年中国冬季气温异常型的诊断

利用中国160个台站和NCEP再分析资料,引入综合分析气候反馈的统计方法——广义平衡反馈方法(GEFA),结合EOF、相关合成分析,探讨2009/2010年中国冬季气温异常型的成因。结果表明:2009/2010年中国冬季气温出现的东北冷西南暖分布型与同期海温异常及其相联系的大气环流异常有密切的关系。其中赤道中东太平洋海温异常的El Ni?o型和赤道大西洋海温异常“正-负-正”三极型模态对2009/2010年中国冬季气温东北冷西南暖分布型有显著的强迫作用。上述海温异常型影响了大气环流异常,中高纬度地面偏北气流将冷空气输送到华北东北地区,致使该地区冬季气温偏低,同时中纬度西风增强,极地冷空气被迫盘踞在高纬,不能影响到西南地区,导致西南地区较常年更暖。      

100毫巴极涡和南亚高压的活动与东北区夏季低温的关系

本文利用10O毫巴面资料,计算了位势距平场及纬向地转风速,讨论了极涡、南亚高压的活动与我国东北区夏季低温的关系,得出如下结论:1.中国东北区夏季异常低温的形成,是南亚高压弱、极地冷空气经常在中纬度活动的结果;2.冬季(11—2月)100毫巴太平洋副热带高压与夏季的南亚高压有关系,他们的相关系数等于0.62;3.1—5月100毫巴面极涡的频数分布有三种类型:a.当极涡经常在极区活动时,则东北区夏季气温偏暖;b.当极涡持续偏心在欧亚大陆活动时,则东北区夏季气温偏冷;c.如果极涡的频数分布有两个高频数中心分别在欧亚及北美,则东北区夏季气温的偏暖或偏冷决定于南亚高压的偏高或偏低,他们彼此成正相关;4.东北区夏季气温与欧亚大陆冬季的雪盖面积和青藏高原的降雪量成反相关。     

东北地区冬季气温对海温异常响应的研究

利用HadISST OI海温和中国东北地区92站逐日气温资料,使用广义平衡反馈分析方法(GEFA)结合EOF分析方法(GEFA-EOF)研究了近50a中国东北地区冬季气温对海表温度异常(SSTA)的响应.结果表明:对于热带和北半球中纬度5个海盆来说,东北地区冬季气温异常与同期热带大西洋和北大西洋海温异常有密切关系,与其他海盆关系不显著;热带大西洋的"正—负—正"三极型模态(TA3)以及北大西洋纬向上"正—负—正"三极型模态(NA3)分别对东北地区冬季气温的异常偏低和偏高有显著的强迫作用,且对北部地区的强迫作用大于南部地区.热带大西洋和北大西洋对东北地区冬季气温异常影响的可能途径为:热带大西洋TA3模态通过在北半球激发的"正—负—正"的遥相关波列,致使东亚大槽移至贝加尔湖地区,有利于极地冷空气南下至东北地区,导致该地区的冷冬;北大西洋的"正—负—正"三极型模态(NA3)直接响应使得东亚大槽减弱消失,极地冷空气南下受阻,导致该地区冬季气温异常偏高.     

夏季北大西洋三极型海温异常与中国西南地区气温年际变化的联系

利用1951—2016年Hadley中心海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和全国160站气温资料,研究了夏季北大西洋三极型海温异常与中国气温年际变化的联系及可能机制。结果表明,夏季北大西洋三极型海温异常与同期中国西南地区气温年际变化存在显著的负相关关系。夏季北大西洋“-+-”三极型海温异常激发的北半球中高纬欧亚遥相关波列,引起贝加尔湖地区位势高度升高,产生反气旋性环流异常,并引起东亚地区位势高度降低,产生气旋性环流异常。西南地区在对流层中下层位于贝加尔湖异常反气旋性环流的东部和东亚异常气旋性环流的西部,在两者的共同作用下,受异常偏北气流影响,有利于冷空气南下和堆积。与此同时,对流层高层的东亚副热带西风急流位置偏南,西南地区位于急流南侧的异常上升气流中。此种环流形势配置导致中国西南地区气温降低,反之亦然。     

夏季副热带西部模态水异常与我国秋、冬季气温年际变化的关系

利用合成、回归等方法分析了夏季副热带西部模态水(简称STMW)异常与我国秋、冬季气温年际变化的联系,发现:1)秋、冬季东亚—太平洋地区的大气环流异常对我国的气温变化起了重要作用,夏季STMW异常通过东亚—太平洋地区的大气环流异常进而与我国秋、冬季的气温变化联系在一起。2)夏季ST-MW正(负)异常时,同年秋季我国西北、东北和江淮地区的气温异常偏低(偏高);冬季时,东北、西北地区气温偏高(低)。3)这种联系主要是通过东亚—太平洋地区大气环流的典型分布实现的:夏季STMW异常偏强(弱)时,同年秋季与黑潮附近的冷(暖)海温相对应,西北太平洋上空大气环流出现负(正)的高度距平,气旋性(反气旋性)环流西侧的偏北(南)气流引导(阻碍)东亚大陆中高纬冷空气南下,同时东欧地区的高压(低压)向东南方向伸展,对我国西北地区秋季冷空气的活动起到了增幅(削弱)作用,我国东北、西北和江淮大部分地区的冷空气活动偏强,气温普遍偏低(高)。黑潮区附近的冷(暖)海温持续热力作用下,海洋不断得到(失去)热量,积累到冬季,促使黑潮区域的海表面温度(SST)逐渐向正(负)异常转变。冬季的大气环流场也对应发生调整:西北太平洋上空出现显著的高压(低压)异常,反气旋(气旋)西侧的偏南(北)气流减弱(加强)了我国东北地区的冷空气强度,气温偏高(低);亚洲中纬度地区受低压(高压)距平控制,我国西北地区的冷空气活动较弱(强),气温偏高。     

20世纪90年代以后华北初春低温增强和北大西洋海温关系

本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋“马蹄型”海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量有着较密切的相关关系,1997年以后北大西洋地区的500 hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法（Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA）证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋“马蹄型”海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。     

1998年和2016年北大西洋海温异常对中国夏季降水影响的数值模拟研究

基于1979-2016年ERA-Interim再分析资料和CAM5.3模式,研究了2016年和1998年北大西洋海温异常对中国夏季降水以及大尺度环流的可能影响及其机制。结果表明,这两年前夏（6-7月）长江中下游及其以南地区降水均异常偏多,但1998年降水异常较2016年更为显著。后夏（8月）,2016年长江以南地区降水异常偏多,长江-黄河流域降水异常偏少,而1998年降水异常分布与之相反。2016年和1998年夏季中国东部降水异常的差异与西北太平洋对流层低层异常反气旋以及欧亚中高纬度环流变化的共同作用直接相关。敏感性数值试验的结果表明,北大西洋海温异常的显著差异是导致2016年和1998年夏季中国东部降水以及大尺度环流异常存在明显差异的重要原因之一。一方面,北大西洋海温异常可以通过改变欧亚中高纬度环流进而对中国夏季降水产生影响。1998年北大西洋海温异常自热带至副极地呈类似"+ - +"型分布,这种海温异常型能够在前夏欧亚中高纬度地区激发出双阻型的环流异常响应。2016年北大西洋海温异常自热带至副极地呈相对弱的"- + -"型分布,欧亚中高纬度环流异常响应总体偏弱。另一方面,北大西洋海温异常还可以通过影响热带纬向环流进而对西北太平洋对流层低层异常反气旋起调制作用。1998年北大西洋海温异常对夏季西北太平洋异常反气旋起增强作用,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相协调。然而,2016年北大西洋海温异常则有利于西北太平洋异常反气旋的减弱,这与热带印度洋-太平洋海温的强迫作用相反。因此,在这3个大洋的协同作用下,2016年和1998年前夏西北太平洋异常反气旋均偏强,但前者的振幅弱于后者。在后夏,1998年西北太平洋对流层低层仍受异常反气旋控制,2016年则为异常气旋控制。      

中国西南贵州地区冬季凝冻日数的气候特征及其异常成因

利用贵州84个国家气象观测站逐日观测资料,NCEP/NCAR月平均再分析资料以及英国Hadley中心全球逐月海温（HadISST）资料,对中国西南贵州地区冬季凝冻日数的气候特征及其异常成因进行了研究。结果表明：贵州地区有69个站点（占比85.2%）的单次凝冻过程最长连续日数和63个站点（占比77.8%）的冬季凝冻总日数极值出现在1976年、 1983年和2007年,其中以威宁的66 d(1976年)和39 d(2007年)为最多;贵州地区冬季凝冻日数的主模态（方差65.04%）呈全区一致型分布,大值中心位于贵州中部;在贵州地区冬季凝冻日数异常偏多年,欧亚中高纬地区的乌拉尔山阻塞高压和东亚大槽共同作用在东亚地区形成稳定的经向环流,而中亚地区低值系统活跃并引导阻塞高压和蒙古冷高压前部的冷空气南下,在贵州及其以北地区的对流层低层形成浅薄的异常冷垫。同时,来自孟加拉湾和南海的对流层低层暖湿气流在异常环流圈作用下沿着云贵准静止锋锋区附近的冷空气堆边缘爬行抬升,在贵州上空对流层中形成上暖下冷的不稳定垂直层结异常,导致贵州冬季凝冻的形成。此外,分别来自上游的北大西洋地区和低纬热带地区的波扰动能量传播...     

陕西冬季气温变化特征及其成因

利用1961—2012年NCEP/NCAR再分析资料以及陕西月平均气温资料,分析陕西冬季气温年际变化特征及其形成机制。结果表明:陕西冬季气温主要呈全区一致的空间分布型,低温年,500h Pa高度场我国西部存在稳定的负距平,垂直方向呈准正压结构,西太平洋遥相关型(WP)与第一模态时间系数的相关性最显著。中高纬地区海温可能是影响陕西冬季气温的主要强迫因子,西北太平洋海温负异常,黑潮区、热带印度洋、北大西洋海温显著偏低,有利于陕西冬季气温偏低,且这些关键区海温的异常信号,在前期夏、秋季已经表现明显,对冬季气温预测有指示意义。     

冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化对后期北太平洋海温的影响

采用Ｗａｌｓｈ的１９５３～１９９０年逐月北极海冰密集度资料、１９５３～１９８７年北半球海表温度资料、１９４６～１９８９年月平均５００ｈＰａ高度场以及１９８０～１９８９年８５０ｈＰａ高度场、风场和温度场资料,研究了冬季北极关键区（喀拉海、巴伦支海海区）海冰面积变化对后期北太平洋海表温度的影响。研究结果表明：冬季喀拉海、巴伦支海海冰可以影响初夏北太平洋中部海温。冬季该海区海冰偏多,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏北,春季白令海海冰偏少、阿留申低涡减弱西移,引导偏北的大陆冷空气南下,在热力和动力共同作用下,使北太平洋中部海温偏低;相反,冬季喀拉海、巴伦支海海冰偏少时,则冬、春季节亚洲大陆冷空气活动偏南,冷空气在东亚地区向南爆发,同时,白令海海冰偏多、阿留申低涡加深东移,北太平洋中部西风偏强且位置偏北,东太平洋副热带高压位置也偏北,使北太平洋中部海温受到来自低纬度地区暖湿气流的影响,海温将偏高。     

中国东部冬季气温异常与海表温度异常的关系分析

采用SVD、 相关分析及EOF方法, 分析了中国东部冬季地面气温与北大西洋及北太平洋海温异常变化的关系。结果表明： （1）中国东部冬季气温变化的一致性较高; （2）冬季气温异常与前一年9月北大西洋海域关键区（16°～40°N, 60°～24°W）海温和当年2月西北太平洋关键区（20°～40°N, 124°E～180°）海温呈显著的正相关分布, 即前一年9月北大西洋和当年2月西北太平洋海温异常偏高（低）, 东部冬季气温亦偏高（低）, 即前一年9月北大西洋海温的异常是否为我国冬季气温的气候预测提供了一种前期信号; （3）关键区海温对中国东部冬季气温的影响存在区域差异。北大西洋前期海温与中国东部冬季气温有密切的关系, 而西北太平洋的海温主要影响长江流域及其以北的季风中部区; （4）海温影响气温的可能机理是西北太平洋海温异常升高, 使乌山脊减弱, 阿拉斯加脊减弱, 东亚大槽减弱向东移动, 纬向环流加强, 高纬度的冷空气不易南下, 导致我国东部大部分地区冬季气温偏暖, 反之亦然。在年代际尺度上, 纬向环流和东亚大槽对海温有显著的响应; 但在年际变化方面, 东亚大槽对海温的响应不显著。     

冬,春季海温异常关键区对长江中下游夏季降水影响的敏感性试验

本文利用9层菱形截断15波的全球大气环流谱模式（L9R15）研究了前期冬季和春季海温异常的关键区对我国长江中下游地区夏季降水的影响,数值试验结果表明,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常及春季印度洋和黑潮区海温异常使得长江中下游地区的夏季降水明显增多,同时500hPa副热带高压和100hPa南亚高压增强,但从范围和强度上来看,冬季赤道东太平洋和黑潮区海温异常时我国西南至长江中下游地区一带的夏季降水异常比春季印度洋和黑潮区海温异常时更明显,由此证实了观测资料的分析结果。     

西伯利亚高压强度与北大西洋海温异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温等资料,采用EOF、相关分析等方法,研究了西伯利亚高压(Siberian High,SH)强度和北大西洋海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的联系及其时空变化。结果表明:1)冬季SH在1960s中后期开始偏弱,2003年后略增强。2)各季北大西洋SST指数(全区平均SST的标准化距平)均在1960s中期后偏低,1990s末后偏高。北大西洋海温三极子位相由正转负的时间在春冬季(1970s初)晚于夏秋季(1960s初),而后均在1990s中期后进入正位相。3)各季偏高(低)的北大西洋SST指数和海温三极子正(负)位相均有利于冬季SH偏强(弱),但前者与SH的关系更显著,且冬季最强。北大西洋北部和西南部是影响SH强度的关键区,但SH对北部SST异常的响应范围在冬季最大,而对西南部的响应范围在夏季最大。4)当冬季大西洋SST指数异常偏高时,下游激发出的罗斯贝波列使乌拉尔山高压脊加强,使SH上空负相对涡度平流增大,高层辐合和低层辐散增强,整个对流层下沉气流深厚,促使SH增强,反之亦然。     

中国东北南部地区冬季气温异常的海气背景分析

利用1951—2005年中国沈阳、通化、营口、丹东气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了中国东北南部地区冬季气温的异常变化及其海气背景。结果表明:中国东北南部地区冬季气温具有明显的年代际变化特征;冬季异常冷暖年份,其同期与前期500 hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期春季(3—5月)贝加尔湖高压和西太平洋副热带高压的强弱变化,西风漂流区海温、赤道东太平洋关键区海温及2个海区海温距平差,对中国东北南部地区冬季气温的异常变化均具有较好的预测指示意义。前期夏季(7—9月)赤道东太平洋关键区海温对中国东北南部地区冬季气温异常变化具有指示性。     

东部地区先暖后冷 江南华南雨雪偏多

月内,江南、华南雨雪偏多,月末出现了两次大范围的雨雪天气,对冬小麦越冬及返青有利。上半月,冷空气活动弱,我国大部地区持续暖冬天气;下半月,超极地冷空气活动频繁,东北和华北地区出现晴冷天气,气温偏低;月末,受较强冷空气影响,我     

热带大西洋暖海温促使拉尼娜事件发生的可能性研究

首先,通过对多年冬、春季节热带大西洋海温、夏季大气季节内振荡(MJO)异常活动特征和冬季太平洋ENSO之间的分析研究,发现三者之间存在显著的相关关系。其次,1951年以来最强的两次厄尔尼诺年(1982和1997年)后都跟随着拉尼娜年。因此对1983、1998和2016年大西洋春季海温及MJO信号进行的分析和比较表明,2016年初大西洋关键区海温异常偏暖,与1998年情况较为类似。2016年夏季,MJO可能出现在印度洋异常活跃的情况,并可能导致热带太平洋秋、冬季节出现中等强度的拉尼娜事件。     

“暖北极—冷欧亚”模态的年代际变化及其与北大西洋海温的联系

本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温、美国国家海洋和大气局—环境科学协作研究所20世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911～2019/2020年冬季（DJF）欧亚中高纬地区“暖北极—冷欧亚”（WACE）模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。     

BCC_CSM模式夏季关键区海温回报评估

利用国家气候中心气候系统模式(Beijing Climate Center Climate System Model, BCC_CSM)的汛期回报试验数据集, 评估了夏季中低纬度海表面温度(Sea Surface Temperature, SST)的预测能力。结果表明:该模式对夏季中低纬海温具有一定的预测能力, 且在低纬地区的预测技巧尤为出色。对太平洋、热带印度洋和北大西洋这三个关键区进一步分析发现, 该模式对不同海区海温的预测能力有所不同。其中, 模式对夏季北太平洋海温及Ni?o 3.4指数表现出显著的预测技巧, 对热带印度洋、北大西洋海温及热带印度洋全区一致海温模态(Indian Ocean Basin-wide Warming, IOBW)也表现出一定的预测技巧, 而对北大西洋海温三极子模态(North Atlantic Tripole, NAT)的技巧相对较低。研究发现, 预测技巧与前冬的ENSO状态密切相关, 当前冬位于ENSO异常位相时, BCC_CSM模式对于三大海区夏季海温的预测技巧要高于前冬位于ENSO正常位相时, 且对NAT指数也具有更高的预测技巧。前冬ENSO所处的位相对于该模式对夏季Ni?o 3.4指数及IOBW指数的预测技巧影响不明显。此外, 该模式对夏季海温的预测技巧依赖于超前时间, 预测技巧在大部分情形下超前1个月的预测技巧相对更高。     

山西夏季降水年代际变化特征及其与印度洋海温和大气环流的关系

利用山西省65个气象站1960—2011年逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA月平均海表温度资料等,应用谐波分析、EOF、SVD、Monte Carlo统计检验和合成分析等方法,探讨了山西夏季降水年代际变化特征,以及其与大气环流场、印度洋海温场异常的关系。结果表明,近52 a来,山西夏季降水总体呈现减少趋势,并有明显年代际变化特征:20世纪60年代初至80年代前期是降水偏多期,80年代中期至2011年则是降水偏少期,空间分布主要包括全省一致偏多(少)型和南多北少(南少北多)型。同时,山西夏季降水与印度洋关键区海温变化具有明显的负相关,当上年秋季、上年冬季、当年春季和当年夏季关键区海温异常偏高时,当年夏季山西降水呈现减少趋势,反之亦然。在1982年之前,关键区海温偏低,山西夏季降水偏多,同期500 hPa高度层上的乌拉尔山、青藏高原北部高空槽和东北冷涡发展深厚,活动频繁,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东,850 hPa高度层上的印度季风低纬度偏西风和中纬度西南风异常强盛,贝加尔湖南侧低涡活跃;1982年之后,关键区海温偏高,山西夏季降水随之减少,同期500 hPa高度层上的贝加尔湖至青藏高原北部地区受高压控制,西太平洋副热带高压强度偏强、位置偏西,850 hPa高度层上的印度季风中纬度西南风异常偏弱。