山东冬季气温年际变化及大气环流特征

采用经验正交函数(EOF)方法分析山东省43年(1961—2003年)冬季气温变化，结果表明，第1模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征，冬季气温年际变化明显，增温显著；采用NCEP／NCAR月平均大气环流再分析资料(1961—2003年)，分析表明，冷、暖冬大气环流差异明显，冷冬年500hPa高度距平场呈北高南低的特征，西伯利亚高压加强，东亚大槽偏西加深，亚洲地区维持稳定的经向环流，利于冷空气南下，易造成冷冬；暖冬年呈相反特征。     

北半球大气环流特征量的长期趋势及年代际变化

用１９５１－１９９５年的北半球大气环流特征量资料，计算了它们的长期趋势变化。结果表明，近４５年西太平洋副高与极涡强度都趋加强，纬向环流趋于加强，经向环流则趋减弱。这种环流的长期趋势变化及年代际变化是我国冬季气温长期趋势变化的一个直接原因。突变分析表明，不连续变化主要发生在１９７６年及８０年代初。     

大气环流年代际变化问题

本文对大气环流的年代际变化问题的研究工作和结果作了综合评述并给出了一些新的结果。     

北极Ⅲ区海冰面积低频变化对北半球冬季大气环流异常的作用

北极Ⅲ区海冰面积的低频变化所引起的热力强迫作用，可以激发出ＥＡ和类似于ＷＰ的大气遥相关型。冰气系统之间存在着３￣４年的不规则振荡，在振荡过程中，它们是相互作用的。对比表明，北极Ⅲ区的重冰年和轻冰年，北半球冬季中纬度地区大气环流以及我国的天气气候特征有十分明显的差异。     

冬季北半球风暴轴的协同变化及其与大气环流的相互作用

基于1971—2016年NCEP/NCAR的逐日、逐月再分析资料,研究冬季北半球西伯利亚风暴轴(Siberian Storm Track,SIST)、北太平洋风暴轴(Pacific Storm Track,PST)和北大西洋风暴轴(Atlantic Storm Track,AST)的协同变化特征及其与大气环流的关系。结果表明:(1)三大风暴轴不仅各自的位置与强度变化存在显著相关性,风暴轴之间也存在一定的协同变化且年代际尺度上比年际尺度上更紧密。年际尺度上,SIST与AST的经度变化呈显著负相关,而PST和AST的协同性较差;年代际尺度上,SIST与PST的经、纬度变化均呈弱的负相关,SIST与AST的经度和强度变化均呈显著正相关,PST与AST的经、纬度变化均呈显著负相关。(2)由联合EOF分析得到北半球风暴轴的协同变化时空特征:在年际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏弱(强),PST主体偏弱(强)、东南偏强(弱),AST略偏北(南)偏强(弱)但不显著的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为太平洋北美(Pacific North America,PNA)型和欧亚(Eurasian,EU)型的正位相,东亚急流偏强且偏南;第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏东(西),PST中东部偏南(北)、西部强度偏强(弱),AST偏强(弱)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为PNA型和大西洋东部(East Atlantic,EA)型的正位相,北美急流减弱;在年代际尺度上,第一模态主要表现为SIST偏西(东)且偏弱(强),PST偏东(西)且偏弱(强),AST偏西(东)且偏弱(强)的协同变化。PC1为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为西大西洋(West Atlantic,WA)型和EU型的正位相。第二模态主要表现为SIST偏强(弱)且偏北(南),PST偏南(北)且偏弱(强),AST北抬(南压)的协同变化。PC2为正位相时,对应的大气环流异常为:500 hPa高度场上为EU型和WA型的正位相,东亚急流强度加强且偏南,北美急流强度减弱。     

冬季戴维斯海冰年代际变化与大气环流关系

利用北极1°×1°海冰面积指数、海平面气压、500hPa高度场和中国160站气温等资料,运用统计分析方法讨论了戴维斯海峡海冰的长期变化趋势、年代际变化及其与大气环流的关系。结果发现,冬季戴维斯海峡海冰面积呈明显增多趋势,且具有较显著的年代际变化,其长期变化趋势、年代际变化与500hPa高度场的WA型、EU型遥相关、西伯利亚高压及中国北部气温等存在密切的关系。冬季戴维斯海峡海冰在1981年发生突变,突变前后相应高度场、海平面气压场和流场等大气环流场均有显著差异。     

冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温异常的联系

利用1979—2015年ECMWF逐日再分析资料,通过EOF分解和回归分析研究了冬季北太平洋大气低频环流的年际和年代际变化特征及其与海表面温度异常(SSTA)和大气环流异常之间的联系。研究结果表明:冬季中纬度北太平洋地区850 h Pa低频尺度环流存在3个明显的变化模态:第一模态为海盆尺度的单极型异常气旋(反气旋)式环流,同期太平洋SSTA呈现El Ni1o(La Ni1a)以及PDO暖位相(冷位相)空间分布,阿留申低压强度增强(减弱),对流层中高层是正位相(负位相)的PNA型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴中东部南压(北抬);第二模态为在白令海峡和副热带地区呈气旋式与反气旋式环流南北向偶极型变化,同时中纬度北太平洋SSTA呈现NPGO(North Pacific Gyre Oscillation)正位相(负位相)的空间分布,黑潮区域SSTA偏暖(偏冷),北太平洋SSTA经向梯度加大(减小),对流层中高层为负位相(正位相)的WP型遥相关,北太平洋天气尺度风暴轴整体偏北(偏南),强度增强(减弱);第三模态为北太平洋中西部和北美西岸呈气旋式与反气旋式环流东西向偶极型异常,黑潮区域SSTA偏冷(偏暖)而北太平洋东部SSTA偏暖(偏冷),SSTA纬向梯度加大(减弱),同时赤道东太平洋出现类似La Ni1a(El Ni1o)的SSTA分布,北太平洋天气尺度风暴轴中东部明显减弱(加强)而西部略有加强(减弱)。     

季风湿润区冬季水汽收支年际及年代际变化特征

采用1958—2007年NCEP/NCAR再分析资料和我国160站降水资料,对东亚大陆季风湿润区冬季的水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:冬季水汽收支时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。挑选的水汽收支高、低值年不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚冬季风的强弱和降水的异常变化。高值年,蒙古冷高压和阿留申低压偏弱,对流层低层为异常偏南风,整层为异常逆时针环流,30°N以南的辐合和上升运动强,大气水分收入增多,降水增加;低值年则相反。差值合成的异常降水量中心值可达40 mm以上,差值合成的水汽异常输入主要集中在600~900 hPa。合成的经向水汽收支占净收支变化的91.3%,纬向上相差较小。季风湿润区南、北区域的水汽收支及降水的差异明显,纬向的收入支出对此差异贡献较大。水汽收支的年代际特征,不仅能够指示水汽输送的强弱及从海洋输入水汽的多少,还能够指示季风湿润区降水的变化,且差值合成的异常降水量最大可达30 mm以上。     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

北半球冬季大气环流遥相关型特征与我国区域气候

计算了1951／1952～2002／2003年北半球冬季大气环流遥相关型的强度指数，研究了它们的长期变化和近期特征，指出近10年来WA型的负趋势，PNA型的正趋势还在持续并有所加强。它们的强度突变分别发生于20世纪80年代初(WA型1984年由强转弱)及70年代中(PNA型1976年由弱转强)。还指出，近10年来，亚洲(亚欧)地区的纬向环流强度继续在加强，经向环流强度继续在减弱，大气环流及遥相关型强度的这种变化是中国冬季气候变化的一个重要原因。     

对流层大气环流的甚低频振荡

对１９５１—１９９２共４２ａ５００ｈＰａ北半球高度场的月平均资料进行了纬圈谐波分析，计算了３５°Ｎ与５５°Ｎ超长波振幅及位相，以及３５—５５°Ｎ北半球月平均纬向风距平百分比。对超长波振幅及纬向风距平百分比做了小波转换。结果表明，对流层大气环流变化中存在３种准周期性的甚低频振荡：１．年代际的振荡；２．准２ａ周期振荡（ＱＢＯ）；３．半年韵律。同时发现对流层ＱＢＯ和平流层赤道纬向风ＱＢＯ之间可能没有联系。     

印度夏季风的年际变异与北半球大气环流的特征

印度夏季风的年际变异是大范围大气环流相互联系、相互影响的结果。本文应用１９５１—１９８５年印度夏季风资料，选取强季风年４年和弱季风年６年，分别对北半球５００ｈＰａ高度场进行距平合成分析和复自然正交函数（ＣＥＯＦ）分析。结果指出，大西洋和鄂霍次克海阻塞高压的稳定存在以及乌拉尔山低压槽的频繁活动与强印度季风年相联系，而大西洋和鄂霍次克海低压系统的频繁活动以及欧洲阻塞高压的稳定存在与弱印度季风年相联系。印度夏季风强弱不同年份，春季北半球大气环流已经出现了一些不同特征，这对于当年夏季风的强弱和北半球气候异常有预示作用。印度夏季风强弱的不同年份和不同季节，北半球存在极地和赤道低纬位相函数大而中高纬度位相函数小，且扰动由中高纬向极地和赤道方向传播的特征     

苏南地区夏季面雨量与北半球500hPa环流遥相关的年代际变化

用40年（1961－2000年）观测资料，分成1951－1980年和1981－2000年两个时段，研究了江苏南部地区夏季（6－8月）面积平均雨量与北半球500hPa季平均环流时滞遥相关的年代际变化。结果表明这两个时段遥相关的空间分布存在显著差异，且后一时期时滞遥相关强度明显强于前一时期，它反映了北太平洋年代际振荡（PDO）对东亚季风降水和环流年际相关的影响，与年代际和年际时间尺度振荡之间的相互作用有密切联系。     

全球海气系统年际和年代际变化的时空特征分析

本文利用从1950－1998年共计49年的马里兰（Maryland）大学全球海洋同化分析资料和NCEP全球大气再分析资料，分析了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征，结果表明：1）全球上层海洋年际变化的主要模态是位于热带太平洋的ENSO模态，海洋年代际变化的最显著区域为南半球高纬度及中纬度海洋特别是赤道以外区域的热带东太平洋和大西洋；2）全球大气年际和年代际变化都主要位于中高纬度地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生热带海洋上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前者主要表现为大气的内部（浑沌）变化，而后者主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在70年代前后，均一致性地经历了一次跃变，其结果是导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸、及非洲西海岸等海域海表面温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部和格陵兰岛区域气温具有变冷的趋势，而南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

大尺度流型年际变化可能机制的研究

本文将年变周期和非年变周期热力强迫项引进正压涡度方程,用方程的截谱形式实施了几十组时间长度为100年的数值积分,研究了非年变周期热力强迫和大气内部动力过程共同激发的大尺度流型的年际变化问题。在一定的参数集合,当非年变外源强迫的振荡周期与大气内部动力过程单独激发出来的振荡的周期相同时,流型年际振动的振幅明显加大,振动的周期则为倍化。在另外的参数集合,随着非年变强迫参数的渐变,流型年际变化的幅度显示出清楚的突变以及其它富有非线性特色的行为。     

冬季积雪的异常分布型及其与冬、夏大气环流的耦合关系

采用 ECMWF1 979～ 1 993年 2 .5°× 2 .5°的网格点积雪深度资料 ,研究了较为细致的积雪异常的空间分布特征 ,揭示了欧亚大陆冬季积雪的异常空间分布型 ;并采用 SVD方法研究了冬季积雪的异常分布型与冬、夏大气环流的耦合关系。结果表明 :欧亚大陆冬季积雪深度存在典型的异常空间分布型 ;积雪的异常分布型与冬、夏大气环流之间均存在一定的耦合关系。冬季积雪的异常分布型与大气 EU遥相关型存在明显的同时性相互作用 ,大气 EU遥相关型有利于冬季积雪异常分布型的出现和维持 ,而积雪异常分布型对大气 EU遥相关型的发生起一定的作用 ,进而对冬季风活动产生影响。冬季积雪的这种异常分布型与夏季大气环流 ,尤其是东亚地区的夏季大气环流 ,也存在一定的联系。积雪异常分布型可以通过影响副热带高压的南北进退 ,对东亚季风及中国夏季雨带产生影响。     

华北各区夏季降水年际和年代际变化的地域性特征

利用１９５１￣１９９７年华北地区２６个测站的６￣８月降水量资料,分析了上夏季降水标准差的窨分布和降水距平百分率年际和年代际变化的地域性特征。在此基础上,根据各站降水标准差和旱涝的一致性,对华北夏季降水异常进行分区,研究了各区降水长期变化的趋势及其阶段性和跃变的特征。最后,探讨了华北地区目前这个少雨期何时结束的问题。     

NUMERICAL SIMULATION OF EURASIAN TELECONNECTION PATTERN IN ATMOSPHERIC CIRCULATION DURING THE NORTHERN HEMISPHERE WINTER

In this paper, the anomaly of disturbance height field over Northern Hemisphere due to SST anomaly in the tropical Atlantic Ocean is simulated by using the general circulation model of 1AP. A quasi-geostrophic, 34-level spherical coordinate model is also used to compute the distribution of atmospheric circulation anomaly when there is an anomaly of heat source over the tropical Atlantic. The computed results show that, owing to the heat source anomaly over the tropical Atlantic, the EU-pattern anomaly in the winter circulation may be caused. Namely, a ridge will be enhanced over the northwest Europe, a trough will be deepened over Siberia, but a positive anomaly of disturbance height field will be formed over the northeast China, Japan and other areas of East Asia. Moreover, the numerically simulated results show that the above-mentioned EU-pattern anomalies of circulation are due to the propagations of planetary wave train. About 15 days after an anomaly of the heat source over the tropical Atlantic is