冬季西伯利亚高压的主要年际变化模态及其对东亚气温的影响

选取40°N—60°N,80°E—120°E的区域作为西伯利亚高压的主要活动区域,利用NCEP/NCAR月均海平面气压再分析资料,对该区域西伯利亚高压(Siberian High,SH)从1979—2017年共38个冬季(12月至次年2月)进行经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)。结果表明,第1模态为全区一致的变化,第2模态为南北气压的反相变化关系,第3模态为东西部气压的反相变化关系,并且3个模态的时间序列都存在显著的年际变化。进一步对相关的大气环流和东亚气温异常的分析表明,第1模态相联系的大气环流在地面表现为海陆气压差的改变,500 h Pa高度上东亚大槽强度的变化,200 h Pa纬向风场上温带急流、副热带急流强度的变化,SH负位相时,东亚偏暖,SH正位相时,东亚偏冷;第2模态与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的变化有密切关系,在高度场上表现为一个准正压的南北环状模态,SH北强南弱时,环流场类似AO正位相,温带急流减弱,东亚东北部偏暖,SH北弱南强时,东亚东北部偏冷;而与第3模态相联系的大气环流主要出现在欧亚大陆局部区域,与北大西洋涛动(NAO)也存在一定的关联,SH东强西弱时,东亚北部偏暖,西南部偏冷,SH东弱西强时,东亚北部偏冷,西南部偏暖。     

近百年东亚冬季气温及其大气环流变化型态

利用最新20世纪近百年再分析气象资料,研究近百年东亚冬季气温变化型及其相关的大气环流型态.结果表明近百年内东亚冬季气温主要有两种变化型:第一是东亚西南与东北相反气温变化型,表现在40°N以南及105°E以西地区(西南地区)气温变化与40°N以北及105°E以东地区(东北地区)变化相反;第二是40°N以南气温一致变化型.与第一种气温变化型耦合的大气模态是500hPa欧亚型遥相关、西伯利亚高压及北大西洋涛动.当欧亚型遥相关负位相,北大西洋涛动正位相及西伯利亚高压减弱时,有利于蒙古和我国105° E以东的区域增温而我国西南地区和青藏高原降温,反之亦然.第二种气温变化型耦合大气模态是500hPa西太平洋型遥相关,北太平洋涛动.当西太平洋型遥相关及北太平洋涛动处于正位相时(北太平洋北负南正),东亚40°N以南地区增温,东亚40°N以北地区降温.耦合的大气模态的型态差异,影响各阶段气温的年际变化.近一百年中,欧亚型遥相关和北大西洋涛动在1984～2010期间的型态最显著,是20世纪80年代东亚显著增暖的原因之一.研究还发现20世纪中期后东亚气温的年际变化与极地环流的变化联系紧密,表现在西伯利亚高压范围东扩并与极地环流联系,也是近百年气温趋势上升的一个原因.     

西伯利亚高压的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响北大核心CSCD

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国160个气象站的气温资料,采用谐波分析、相关分析和奇异值分解等方法,研究了冬季西伯利亚高压(Siberian High,SH)的年际和年代际异常特征及其对中国冬季气温的影响。结果表明:(1)年代际尺度上SH在20世纪60年代末后减弱、收缩、东界西撤、南界北退,21世纪以来SH面积扩张。年际尺度上SH面积的年际方差最大。(2)SH强度、面积和东界经度的年际变率在21世纪以来都增大,SH特征量的年代际变率均在1975年前后由大转小。(3)中国冬季偏冷年的SH较为强大且东扩南伸,同期500 hPa高度类似遥相关欧亚型(EU)正位相的异常分布和增强的欧亚脊对SH发展起主要作用,反之亦然。年际尺度上当SH加强扩张并东扩南伸时,强度的影响最大,中国大部为冷冬,尤其是南方。年代际尺度上面积的影响最强,SH加强扩张(减弱收缩)并东伸(西撤)时,黄河以北气温偏低(高)。(4)年际尺度上当SH强度和面积的变率偏大(小),东界和南界的变率偏小(大)时,中国大部冬季气温的年际波动剧烈(平缓)。年代际尺度上当SH特征量的变率均偏大(小)时,华北和东北冬季气温的年代际波动加大(减小),而南方冬季气温的年代际波动减弱(增大)。     

东亚大槽和西伯利亚高压的季节内变率对冬季东亚气温的影响

基于气候态定义了西伯利亚高压指数(SH index)、东亚大槽指数(ET index)和高低压系统间的东亚经向风指数(V index),使用回归分析探究西伯利亚高压和东亚大槽在季节内尺度上对东亚地区冬季温度的影响机理,构建线性模型对冬季华南地区季节内尺度温度进行延伸期预报。结果表明:西伯利亚高压和东亚大槽系统变化中最显著的是季节内尺度信号;季节内尺度SH index和ET index对V index的贡献分别为82.6％ 和42.2％;3个指数的回归模态在对流层中层对应西北-东南向低频罗斯贝波列缓慢东南传播,低层水汽、近地面层环流、降水及2 m温度场配置良好,当西伯利亚高压深厚或东亚大槽发展时,经向风关键区北风强盛,有利于冬季高纬度地区干冷空气向东亚输送;V index对华南地区冬季季节内尺度2 m气温的有效预报时效达25 d。     

近134年上海冬季气温变化特征及其可能成因

使用上海1873—2006年共134年冬季气温资料和1961—2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析了上海冬季气温的变化特征及其可能成因。结果表明,百余年来上海冬季气温有3次明显的增温过程和2次降温过程,总体上呈现出显著的增温趋势,其中1970年代以来增温幅度最大。上海冬季气温具有2年、40年和80年的变化周期,在1980年代中期冬季气温发生增暖突变。134年间上海冬季平均日数显著缩短,趋势倾向率为-1.6 d/(10 a)。上海冬季气温变化是全球气候变化和局地城市化双重作用的结果。上海冬季气温变化与北半球温度和全中国气温的变化基本一致,西伯利亚高压和东亚冬季风强度的减弱使得上海冬季气温增暖,局地人口增加、土地利用变化等因素也对上海冬季气温起到了一定的增温作用。     

冬季中国东部与北极之间近地面温度变化的年际联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和国家气象信息中心整编的425站气温资料,借助经验正交函数分解（EOF）、相关分析和回归分析等方法探讨1956~2015年冬季北极及中高纬度近地面温度、西伯利亚高压的变化特征以及两者与中国东部气温直接和间接的年际联系。为此定义了3个西伯利亚高压指数,即西伯利亚高压中心强度指数（SHCI）、西伯利亚高压面积指数（SHA）和西伯利亚高压东边界指数（SHEB）。结果表明:从1998年开始冬季巴伦支海、喀拉海迅速增温,并在年际尺度上与中国东部气温存在显著的负相关关系,即北极近地面温度与中国东部气温的直接联系。同时,西伯利亚高压的3个指数也与北极地区近地面温度和中国东部气温有较好的年际关系,体现了西伯利亚高压是联系北极和东亚气候的桥梁,当北极近地面温度升高（降低）时,西伯利亚高压中心强度增强（减弱）,面积扩大（缩小）,东边界东伸（西退）,中国东部气温降低（升高）,即北极近地面温度（西伯利亚高压）与中国东部气温的间接（直接）联系。最后,讨论了北极近地面温度变化影响中国东部气温的可能物理机制。     

近120年黑龙江省冬季气温变化及其诊断

以哈尔滨市的冬季气温变化代表全省的冬季气温变化特征。从1881年到1999年，哈尔滨市的冬季气温平均值上升了1．8℃，其中近30年就上升了1．1℃。80年代以后发生的气温突变促使气温急剧上升。哈尔滨市冬季气温与EINino的相关程度及NINO C区的SST与北半球500hPa东北亚区气温的相关程度均由强弱。80年代后，西伯利亚高压逐渐减弱，北太平洋高压逐渐增强。上述事实反映了黑龙江省气温变化的物理因子在发生变化，导致了气温变暖。     

近百年中国年气温序列的建立

该文根据气温观测,并利用敦德及古里雅冰芯资料及有关史料、树木年轮资料,得到了东北、华北、华东、华南、台湾、华中、西南、西北、新疆、西藏10个区1880～1996年的年平均气温序列。然后根据每个区的面积加权平均得到代表中国的气温序列。根据这个序列,1880～1996年增温为0.44℃/100a,显著高于过去对中国气候变暖的估计值0.09℃/100a。这主要是因为新计算的中国气温包括了我国西部地区,而那里在上世纪末到本世纪初气温显著偏低。另外本世纪90年代的迅速增暖也加强了这个趋势。     

ENSO对中国冬季天气尺度气温变率的影响及可能机理

基于1960—2017年中国国家气象信息中心整编的753站逐日平均温度资料、美国国家海洋大气中心(NOAA)重建的逐月海表温度资料以及美国国家环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析大气环流资料,分析了ENSO对中国冬季天气尺度气温变率的影响。结果表明,ENSO与中国东部大部分地区的冬季天气尺度气温变率呈显著正相关,即厄尔尼诺年冬季,中国气温波动幅度增大,天气尺度气温变率明显较强;而拉尼娜年冬季,气温变化相对平稳,天气尺度温度变率较小。进一步研究发现,厄尔尼诺事件加强了冬季欧亚大陆中高纬度地区的经向温度梯度,根据热成风原理,局地大气斜压性增强,西伯利亚地区的风暴活动和下游东亚地区大气环流的天气尺度变异也随之加强,因而有利于中国大部分地区天气尺度温度变率的增大。拉尼娜年冬季,异常情况与之大致相反。     

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高（低）时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,西伯利亚高压偏弱（强）,导致贝加尔湖以南大部地区受正（负）高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬（经）向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高（低）。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。     

东亚夏季风的年际到年代际变化及其与全球大气环流和海表温度的联系

The East Asian summer monsoon (EASM) underwent an interdecadal variation with interannual variations during the period from 1958 to 1997, its index tended to decline from a higher stage in the mid-1960＇s until it reached a lower stage after 1980＇s. Correlation analysis reveals that EASM is closely related with the global atmospheric circulation and sea surface temperature (SST). The differences between the weak and strong stage of EASM shows that, the summer monsoon circulation over East Asia and North Africa is sharply weakened, in the meantime, the westerlies in high latitudes and the trade--wind over the tropical ocean are also changed significantly. Over the most regions south of the northern subtropics, both air temperature in the lower troposphere and SST tended to rise compared with the strong stage of EASM. It is also revealed that the ocean-atmosphere interaction over the western Pacific and Indian Ocean plays a key role in interannual to interdecadal variation of EASM, most probably, the subtropical Indian Ocean is more important. On the other hand, the ENSO event is less related to EASM at least during the concerned period.     

中国东北冬季极端低温的年代际变化及其成因

利用JRA-55再分析资料和中国824站日最低气温数据,分析了1961—2013年冬季中国东北地区极端低温的年代际变化及其动力成因。结果表明:东北冬季极端低温1980s中期前频发,1980s后期到2000s初少发,2000s后恢复多发。这与贝加尔湖阻塞高压频次偏多—偏少—偏多的同步年代际变化直接相关,与北极涛动(Arctic Oscillation,AO)和准定常行星波活动的年代际振荡相联系。相比于1980s中期前,1988—1999年期间行星波沿极地波导向平流层的传播减弱,引起高纬度平流层下层E-P通量辐合变弱;而行星波沿低纬波导往副热带对流层上层的传播增强,造成副热带对流层中上层E-P通量辐合增强。行星波E-P通量散度的异常由于波—流相互作用,分别导致了极夜急流加强、副热带急流减弱,因而AO增强,不利于贝湖阻高建立和环流经向型发展,极端低温减少。2000—2013年,行星波活动相反,导致AO减弱,贝湖阻高多发,极端低温恢复增多。     

Interannual and Interdecadal Variability of Winter Precipitation over China in Relation to Global Sea Level Pressure Anomalies

Based on the method of rotated principal component (RPC) analysis and wavelet transforms, the win-ter precipitation from 36 stations over China for the period 1881-1993 is examined. The results show thatthe three leading space-time modes correspond, in sequence, to winter rainfall anomalies over the reaches ofthe Yangtze River, the bend of the Yellow River, and the northeastern region of China. The three modes ex-hibit interannual oscillations with quasi-biennial and 8-year periods as well as interdecadal oscillationswith 16- and 32-year periods. The interannual oscillation (＜ 10 years) occurs in phase over the differentareas, and its maximum amplitude migrates northward considerably with prominent interdecadal variations.However, the interdecadal oscillations (10-32 years) are out of phase over the different regions, and theamplitude variations have the characteristics of stationary waves.The rainfall anomalies appear to be closely re lated to the anti-phase changes of mean sea-level pres-sure (SLP) over the Asian mainland and the North Pacific. When the SLP rises over the North Pacific anddecreases over the Asian mainland, the precipitation over East China increases noticeably. The linkage be-tween the rainfall over China and the SLP anomalies apparently results from the strength of the East Asianwinter monsoon and its associated temperature and moisture advection.     

Interannual Fluctuations of Surface Air Temperature over North America and Its Relationship to the North Pacific SST Anomaly

The characteristics of interannual fluctuations of the surface air temperature over North America are investigated by using the surface air temperature data of 130 stations during 1941 through 1980. It is found that the surface air temperature bears about ten-year time scale oscillation over the southeastern and northwestern North America and along the west coast of the United States, and it has the characteristics of quasibiennial oscillation over the eastern North America. The ten-year scale oscillation of the surface air temperature is related to that of the sea surface temperature (SST) of North Pacific through the PNA pattern atmospheric circulation anomaly over North Pacific through North America. It is shown that the North Pacific SST has a closer association with the surface air temperature over North America than the central and eastern equatorial Pacific SST. The characteristics of the seasonal variations of the relationship between the North Pacific SST and the surface air temperature over No     

未来20年中国气温变化预估

利用大约40余个气候模式和模式集合,考虑多种人类排放情景,预估到2025年前相对于1961－1990年中国的气温变化。只考虑未来人类排放增加多模式集成预估结果表明,中国年平均气温自2006到2025年的20 a期间将继续变暖0.55 ℃,至2010年年平均气温平均变暖大约为1.08 ℃（平均变暖范围为 0.73-1.54 ℃）,至2020年年平均变暖约为1.43 ℃（平均变暖范围为1.10-2.09 ℃）,至2025年平均变暖约为1.39 ℃（平均变暖范围为0.94-2.19 ℃）。 对1990－2005年已经出现观测事实的近16 a气候模式预估结果进行检验表明,多模式考虑多种排放情景集成,一致预估出这16 a的明显变暖趋势,但是变暖幅度略低于实际观测值。经检测证实,对2006－2025年中国气温的预估具有一定的可信度。需要指出的是,目前的预估没有考虑未来的自然变化,只考虑人类排放继续增加的影响。     

Extremely high temperatures in France at the end of the century

Power plant construction requires anticipation to achieve a liable dimensioning on the long functioning time of the installation. In the present climate change context, dimensioning towards extremely high temperature for installations intended to run until the 2070s or later implies an evaluation of plausible extreme values at this time scale. This study is devoted to such an estimation for France, using both observation series and climate model simulation results. The climate model results are taken from the European PRUDENCE (Prediction of Regional scenarios and Uncertainties for Defining European Climate change risks and Effects) project database of regional climate change scenarios for Europe. Comparison of high summer temperature distributions given by observations and climate models under current climate conditions, conducted using Generalized Extreme Value distribution, reveals that only a few models are able to correctly reproduce it. For these models, climate change under IPCC A2 and B2 scenarios leads to differences in the variability of high values, whose proportion has an important impact on future 100-year return levels. This study was first presented at the EGU General Assembly in Vienna, 2–7 April 2006.     

中国东部冬季气温异常的主模态与大气环流的关系

利用中国东部季风区375个测站,1961-2006年历年平均地面气温资料,采用EOF、SVD、相关分析等方法,分析了中国东部季风区冬季气温与500hPa高度场异常变化的关系。结果表明:影响冬季气温的关键区有两个,皆为显著正相关;SVD分析表明:乌山脊弱,东亚槽浅,纬向环流偏强,经向环流偏弱,极涡面积偏小,使南下冷空气偏少,冬季气温易偏高。上年7月北大西洋高压异常偏强(偏弱),次年冬季气温将会异常偏暖(偏冷),北大西洋前期高度场与气温普遍有密切的关系,主要影响长江流域及其以北的季风中北部区;建立了气温距平与北大西洋关键区上年7月高度距平的关系,并建立了均生函数模型,预测了未来20 a的气温变化趋势。     

辽宁冬季气温时空分布特征及其预测概念模型

分析了1961—2004年辽宁冬季平均气温的时空分布特征。结果表明：辽宁冬季平均气温具有明显的南高北低、从沿海向内陆逐渐降低的趋势;冬季平均气温呈线性递增趋势,递增率为0.56 ℃/10 a,与全球气候变暖趋势一致。辽宁冬季气温存在3—5 a和24 a的周期,于1986 a前后发生了一次明显突变,突变前气温呈下降趋势,且以5 a左右的短周期波动为主,突变后开始显著的增温变化,并以10 a以上的长周期变化为主。在此基础上,分析了影响辽宁冬季气温异常的物理因子,建立了辽宁冬季冷暖的预测概念模型。     

阿留申低压一组环流指数与北半球海气异常的关系

定义了一组描述冬季季、月平均1 000 h Pa位势高度上阿留申低压(Aleutian low,AL)状态的新环流指数,包括强度指数P、面积指数S及中心位置指数(λ_c,φ_c)。采用1948/1949—2007/2008年60个冬季的NCEP/NCAR平均高度场资料计算了上述环流指数,并据此分析了AL的气候及异常规律。结果表明:1)AL在1月最强,中心偏南、偏西;12月最弱,中心偏北、偏东;2月居中。2)AL指数P与λ_c之间存在负相关,强年('0)偏东(λ'0)、弱年偏西。AL年代际变化主要表现在自20世纪70年代以来持续偏强、偏东,但近年有反转的迹象。3)AL在强El Nio年偏强、偏东,在强La Nia年相反,该关系自1975年以后尤其明显;AL与中纬太平洋海表温度(SST)存在显著正相关,SST负异常年AL东移加强,反之亦然。4)AL指数P与同期北半球中高纬气温、降水的显著相关区呈现"+-+"大圆波列分布,相关中心分别位于中纬度北太平洋、北美西北部、北美南部,与太平洋—北美遥相关型(PNA)接近。     

Effect of tropospheric temperature change on the zonal mean circulation and SH winter extratropical cyclones

This study aims to understand the mechanisms which cause an overall reduction of SH extratropical cyclone activity with a slight increase in the high latitudes in a warmer climate simulated in general circulation models (GCMs) with increasing CO₂. For this purpose, we conducted idealized model experiments by forcing warm temperature anomalies to the areas where climate change models exhibit local maximum warming—the tropics in the upper troposphere and the polar regions in the lower troposphere—simultaneously and separately. The Melbourne University atmospheric GCM (R21) coupled with prescribed SST was utilized for the experiments. Our results demonstrate that the reduction of SH extratropical cyclone frequency and depth in the midlatitudes but the slight increase in the high latitudes suggested in climate change models result essentially from the tropical upper tropospheric warming. With this tropical warming, the enhanced static stability which decreases baroclinicity in the low and midlatitudes turns out to be a major contributor to the decrease of cyclone activity equatorward of 45°S whereas the increased meridional temperature gradient in the high latitudes seems an important mechanism for the increase of cyclone activity over 50°–60°S.