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)。     

冬季西伯利亚高压变化特征及其与中国气温的关系

客观地定义了表征西伯利亚高压位置和强度变化的4个指数,系统地分析了西伯利亚高压变化特征,并讨论了西伯利亚高压对我国冬季气温异常的影响。结果表明:西伯利亚高压具有明显的年际变化和年代际变化。在年代际尺度上,西伯利亚高压表现出随着时间变化先减弱、缩小,后增强、加大的趋势,位置变化趋势是先西撤、后东进,1999年后又西撤。其面积、强度和中心纬度异常与我国冬季气温关系密切,而经度异常变化对我国冬季气温异常变化影响不大。当冬季西伯利亚高压面积、强度异常大的时候,我国冬季气温异常主要表现为西南地区温度偏高,其它地区尤其是东北南部、新疆北部和华南部分地区温度偏低。     

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。     

冬季北极涛动对西伯利亚高压、东亚冬季风以及海冰范围的可能影响

利用NCEP／NCAR月平均再分析资料（1958－1997），月平均海表面温度资料（1950－1992）以及月的海冰密集度资料（1953－1995），研究了冬季北极涛动与西伯利亚高压、东亚冬季风以及巴伦支海海冰范围之间的联系。研究结果表明，冬季北极涛动不仅影响北极和北大西洋区域气候变化，并且可能影响冬季西伯利亚高压，进而影响东亚冬季风。当冬季北极涛动处于正位相时，冬季西伯利亚高压和东亚冬季风都偏弱，在西伯利亚南部和东亚沿岸，包括中国东部、韩国和日本，从地表面到对流层中部气温偏高0.5-2℃。当冬季北极涛动处于负位相时，结果正相反。研究结果还表明，冬季西伯利亚高压对北极以及北大西洋区域气候变化没有显的影响，与北极涛动的影响相比，西伯利亚的影响强度和范围明显偏弱。研究进一步揭示了冬季北极涛动可能影响西伯利亚高压的可能机理。冬季西伯利亚高压与动力过程以及从地表面到对流层中部的气温变化有密切的关系。西伯利亚高压的西部变化主要依赖于动力过程，而其东部与气温变化更为密切。冬季西伯利亚高压的维持主要依赖于对流层中的下沉气流，这种下沉气流源于北大西洋区域，其变化受到北极涛动的影响。当冬季北极涛动处于正（负）位相时，气流的下沉运动明显减弱（增强），进而影响冬季西伯利亚高压。此处，冬季北极涛动对同时期的巴伦支海海冰范围有显的影响。     

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。     

SVD分析揭示的澳大利亚高压年际变化对中国夏季气温的可能影响

利用澳大利亚海平面气压和中国夏季气温站点资料,使用SVD和线性回归方法揭示了澳大利亚高压（以下简称澳高）的年际变化与中国夏季气温异常的联系。结果表明,SVD的第一模态（简称SVD1）时间系数与通常使用澳高指数相关可达到0．97。SVD1表示出澳大利亚高压的年际变化与中国江南地区夏季气温存在密切联系。澳高增强（减弱）时,江南地区夏季气温偏低（偏高）。整层垂直积分大气加热场、海平面气压场、500hPa的高度场变化以及降水和总云量的变化都对夏季气温的形成有一定作用。澳高对中国夏季气温的可能影响途径为：澳高强（弱）年时,澳大利亚地区低层的异常辐散风场在菲律宾东侧的暖池附近产生辐合（辐散）,引起正（负）涡度源,激发P-J型波列,伴随着在南海-西太平洋地区产生副高正异常（负异常）,导致副高偏西（偏东）,进而增强（减弱）来自孟加拉湾的水汽输送,同时江南地区水汽和异常风场辐合（辐散）,有利于（不利于）该地区降水异常的发生和维持,有益于气温降低（升高）。     

北极涛动年代际变化对东亚北部冬季气温增暖的影响

利用NCEP／NCAR再分析资料中的地表气温资料,分析了1949-1999年东亚北部地区冬季气温的变化。结果表明,从20世纪70年代中期开始东亚北部的气温显著升高,具有明显的年代际变化特征。这种气温的异常变化主要受东亚冬季风的直接影响。近二十几年来,北极涛动对东亚冬季风的影响越来越显著,北极涛动维持在正位相并持续增强,同期东亚冬季风持续减弱。研究表明,北极涛动持续增强的趋势是东亚北部地区冬季增暖的重要原因之一。     

中国冬季气温的年际变化

利用中国160站1951-2000年的冬季月平均气温资料，用EOF分析、小波分析和合成分析等方法对中国近50年来的冬季气温的年际变化和时空分布特征进行研究。结果表明：中国冬季气温50年来有显著的增暖趋势，在70年代后期增暖幅度开始加大，年际变化以6～9年周期为主。中国冬季气温的空间变化有很好的一致性，全国绝大部分区域呈整体变暖或变冷的趋势，并且气温变化南北有别，从南向北幅度逐渐变大。另一种模态是当东北、华北和西北地区冬季气温较高时，其它地区则偏冷；反之亦然。     

中国冬季月地面气温的年际变化

基于观测资料和再分析资料,对我国冬季各月地面气温的年际变异时空演变以及它们之间的相互关系、相关的环流异常特征进行了统计诊断分析,并对大气内部的影响过程和机制进行解释。我国冬季各月地面气温的主要年际变异模态是除青藏高原地区外的全国一致型,其次为南北反号分布型。我国冬季1月与2月气温的主要年际变异模态之间存在显著的同相变化关系,而它们与前期12月气温的主要变异型存在一定程度的反相变化关系。我国冬季各月地面气温主要年际变异模态又与欧亚大陆更大范围的高纬—中低纬度地区气温的反号变异型直接相关。与我国冬季各月大范围的地面气温变异相关的温度异常信号存在于深厚的对流层,其中异常信号在地面最显著,其强度随高度逐渐衰减。地表温度异常可以通过地表向上长波辐射通量异常来影响近地面乃至更高层次的气温异常。在冬季各月,欧亚大陆北部上空对流层各层出现的明显西风异常加强,使得高纬度的冷空气南侵活动减弱,从而造成我国乃至更大范围且垂直深厚的气温暖异常。     

冬季东亚大槽强度年际变化及其与中国气候联系的再分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及国家气象局整编的中国160站逐月降水和气温资料,定义了一个北半球冬季500hPa东亚大槽强度指数(I_EAT),并分析了该指数所反映的冬季东亚大槽强度的年际变化规律及其与同期中国冬季降水、气温的关系.结果表明:I_EAT指数反映了对流层中层冬季亚洲大陆高压脊与西北太平洋上空的低压槽系统之间的平均经向风强度,且能够较好地反映冬季东亚大槽的强度.东亚大槽的强度在20世纪80年代之前相对较弱,并存在2-3年和准4年的年际变化周期.冬季东亚大槽强弱变化可能与源自地中海地区的罗斯贝波动能量沿亚洲急流东传有关,且这种西风带中的扰动具有准正压结构.I_EAT指数与青藏高原东部地区的冬季降水和气温相关显着.当I_EAT指数为正(负),东亚大槽偏强(弱),对应着中国华中地区以及华东大部分地区冬季总降水量偏少(多),且华中地区冬季平均气温偏高(低).进一步研究发现,在东亚大槽偏强年,华中地区冬季平均气温异常升高主要是由于异常非绝热加热和下沉运动导致的异常动力增温所致.这些研究结果有助于更好地理解由于东亚大槽强度的变化而导致的中国冬季气候变化特征及其原因.     

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。     

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951/1952～1999/2000年）的气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析,结果发现：在年际变化的时间尺度上,我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态,并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动;赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义,而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征,这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态;而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似,但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示,全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征,而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征;结果还表明,我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此,在研究我国冬季气温变化时,将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。     

我国冬季气温与影响因子关系的年代际变化

利用1951—2012年冬季全国160个站月平均气温以及NCEP/NACR再分析资料和海温、北极海冰等资料,分析了我国冬季气温及其关键影响因子的年代际变化特征,重点研究了关键影响因子对我国冬季气温影响关系的年代际变化。研究表明:我国冬季气温在1985年之前处于冷期,之后为暖期; 我国冬季气温异常与影响因子的关系发生了显著的年代际变化,而且影响因子之间的关系也发生了显著的年代际变化。针对这种年代际变化的基本事实,提出针对冷期和暖期中不同影响因子与冬季气温的关系分时段建立冬季气温的多因子回归预测模型,可以反映冬季气温及其影响因子关系的年代际变化特征。正确的预测策略是利用相同年代际背景下预测对象与预测因子的时间序列资料建立预测模型,以确保预测模型中反映的预测对象与预测因子关系的稳定性,进而保持较高的拟合及预测水平。     

近百年冬季东亚大气活动中心年际一年代变率及其对中国气温的影响

利用历史海平面气压资料分析了近百年来冬季西伯利亚高压、阿留申低压强度和位置变化特征及与中国不同区域气温的关系。分析发现中国气温，西伯利亚高压和阿留申低压中心强度，西伯利亚高压１０３０百帕等压线南伸纬度和两个大气活动中心之间的气压梯度在过去的１００年中存在１９２０年代和１９８０年代的两次突变，其中以后一次突变更为显著。１００年的大气活动中心变化与中国１００年的气温有着显著的年代际相关。在过去的５０年中，冬季大气活动中心强度及其指数变化与中国北方和东部地区的冬季气温有显著的年际相关。大气活动中心在１９８０年代的显著突变与中国乃至全球气温的突变一致。大气活动中心的多种参数表明，１９８０年代后期以来大气环流正面临着重大调整。这种调整可能预示着中国年代际气温的转变。     

南亚高压的年际和年代际变化

利用1958～1998年NCEP/NCAR再分析月平均100 hPa高度场和风场资料， 依据大气环流观测事实及天气学原理，较客观地定义了描述南亚高压活动的特征参数， 然后对南亚高压的年际及年代际变化特征进行了系统的诊断分析。发现北半球中低纬 100 hPa环流异常具有空间整体性和时间持续性，即北半球中低纬100 hPa环流同时加 强或同时减弱，并且其整体异常具有明显的年代际变化。南亚高压面积和强度的变化 存在3.8年的振荡周期，与ENSO的循环周期一致。南亚高压的中心和脊线在夏季较为稳 定，较大的年际差异出现在春季。高压面积和强度的年际变化最明显，并且面积大、 强度强的年份往往与El Niao年相对应。南亚高压的位置和强度还存 在明显的年代际变化，自1978年以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大， 强度增强，夏半年南亚高压的位置变化不很明显，但是面积和强度也增大增强。这种年代 际异常与低层大气系统及赤道太平洋海温的年代际异常一致。南亚高压强度距平与热带 海洋SSTA密切相关，与印度洋海区的同期相关最好。南亚高压强度异常对印度洋SSTA的 响应时间为0～5个月，对赤道中东太平洋SSTA的响应时间为4～6个月。南亚高压明显的 年际和年代际变化特征表明，可将南亚高压看作气候系统中大气子系统异常的强信号， 通过分析南亚高压的年际及年代际异常可以更直接地研究和预测区域气候异常。     

我国冬季降水年际变化的主模态分析

利用我国160站的观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表面温度（SST) 资料, 分析了我国冬季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常和海温异常。结果表明, 在年际变化的时间尺度上, 我国冬季降水主要表现为长江以南地区降水量的一致变化（EOF1) 和华南、西南地区与新疆北部、华北和长江中下游地区降水反位相振荡的变化（EOF2) 两个主模态, 它们分别可以解释年际变化总方差的49.6％和17.3％, 并具有显著的2～4年周期。此外, 这两个模态也有明显的年代际信号, EOF1表现为20世纪80年代中期以前南方地区冬季降水偏少, 1988年之后转为偏多, 而进入21世纪后逐渐接近历史平均值并有再次转为偏少的趋势, 而EOF2表现为1980年至2005年新疆北部和长江中下游地区的冬季降水出现年代际增多, 而华南地区的冬季降水出现年代际减少。进一步通过回归分析表明, 我国冬季降水年际变化的EOF1与ENSO循环以及东亚冬季风强度的变化有密切的关系, 当ENSO处于其暖（冷) 位相的冬季时, 东亚冬季风系统偏弱 （强), 来自孟加拉湾和南海的异常水汽输送在我国南方地区形成辐合（辐散), 从而有利于该地区降水异常偏多（少)。与我国冬季降水年际变化EOF2相联系的环流表现为欧亚大陆上空具有相当正压结构的一个波列, 该波列对应于东亚沿岸的异常北 （南) 风, 进而引起长江中下游地区水汽辐散（辐合) 和华南地区水汽辐合（辐散), 有利于南正（负) 北负（正) 的降水异常分布。赤道中东太平洋和北大西洋挪威海地区的SST异常分别与这两个模态具有紧密的联系, 并对这两个模态具有一定的潜在预报意义。     

近50年来枣庄气温年际变化特征分析

利用枣庄1958-2005年逐月平均气温序列，计算了其统计特征量、长期变化趋势、振荡周期和突变现象。结果表明：（1）枣庄气温具有明显的季风性大陆气候特征，总体呈现正态分布。（2）近50年来，枣庄气温总体上呈上升趋势；枣庄的年、季气温都存在突变现象且都在20世纪80年代末期到90年代初期；（3）各季节的气温都存在一定的显著震荡周期，有的还含有很强的超长期变化趋势。     

云南冬季气温变化的主要模态及其影响的关键环流因子

为了揭示云南低纬高原地区冬季气温变化的主要特征及影响的关键环流因子,本文利用云南124站地面气象站月平均气温观测资料、 NCEP/NCAR大气环流再分析资料,以及CPC和NCC提供的部分大气遥相关型和环流特征指数,首先分析了云南冬季气温变化的主要特征,表明冬季气温年际变率东部大于西部,主要空间分布有全区一致、东西差异、经向三级差异、西北-东南差异四种型态,前四个模态占EOF总方差贡献的90%,其中前三个模态线性变化趋势明显,第四模态主要表现出显著的年代际波动特征。分析发现相应不同气温模态,中高纬度异常波列呈现出明显不同的形势和走向,与500 hPa中高纬度异常波列相关的四个关键区的高度异常,以及孟加拉湾地区的高低层环流异常对气温主要模态有十分重要的影响：第一模态与东亚中低纬度南（20°N-30°N, 90°E-120°E）北（45°N-60°N, 90°E-120°E）两个区域经向差异密切联系,北低南高（北高南低）形势有利于全区一致偏暖（冷）;第二模态与中高纬度纬向波列有关,当东亚-西北太平洋区域（25°N-45°N, 120°E-160°E）高度偏高（低）、 700 hPa孟加拉湾北...     

中国冬季气温不同年代际的季节内变化特征及成因分析

利用1951～2020年中国观测站气温资料、NCEP/NCAR再分析资料和统计方法,分析了不同年代际时间尺度背景下我国冬季气温的季节内变化特征及相联系的大气环流异常。结果表明,1986年前、后为两个年代际时间尺度阶段,各阶段内前冬（12月）与后冬（1～2月）气温异常反位相年的比例均高于同位相年。1986年之前,季节内的优势空间模态为前冬全国冷（暖）转为后冬南方暖（冷）的可能性大,即南方地区季节内变率大;而1986年之后的优势空间模态为前冬北方冷（暖）转为后冬全国明显暖（冷）的可能性大,即北方地区季节内变率大。冬季气温的季节内变化显著受到冬季风系统关键环流季节内变化的影响。对应优势模态的正异常年份,1986年之前,欧亚中高纬地区对流层环流异常信号从前冬到后冬显著性减弱,其中西北太平洋地区对流层中高层的环流调整更明显,副热带高度场增强,热带东风急流北扩,前冬到后冬的环流调整有利于前冬全国大范围偏冷而后冬我国南方地区气温升高,造成南方地区季节内反位相变率增大。1986年之后,欧亚高中低纬地区的环流异常从前冬到后冬显著性增强,欧亚中高纬度环流发生较大调整,而低纬度的环流变化不大,北方地区前冬冷到后冬全国明显转暖,造成北方地区季节内反位相变率大。即副热带环流和中高纬度环流分别在两个年代际尺度阶段南方和北方的冬季气温季节内变率中起到主导作用。