Pathways of Influence of the Northern Hemisphere Mid–high Latitudes on East Asian Climate: A Review

This paper reviews recent progress made by Chinese scientists on the pathways of influence of the Northern Hemisphere mid–high latitudes on East Asian climate within the framework of a "coupled oceanic–atmospheric(land–atmospheric or seaice–atmospheric) bridge" and "chain coupled bridge". Four major categories of pathways are concentrated upon, as follows:Pathway A—from North Atlantic to East Asia; Pathway B—from the North Pacific to East Asia; Pathway C—from the Arctic to East Asia; and Pathway D—the synergistic effects of the mid–high latitudes and tropics. In addition, definitions of the terms "combined effect", "synergistic effect" and "antagonistic effect" of two or more factors of influence or processes and their criteria are introduced, so as to objectively investigate those effects in future research.     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。     

低纬高原城市紫外辐射变化特征分析

利用昆明2000年紫外辐射实测资料,研究了昆明紫外辐照度的变化特征.主要结果是:位于低纬、高原地区的昆明,紫外辐射最强的时段出现在5月,其平均紫外日曝辐量达2.11 MJ·m;最弱的时段出现在1月,其平均日曝辐量仅为0.75 MJ·m,约为5月相应值的1/3;居中的时段出现在8月,其平均日曝辐量达1.11 MJ·m2,约为5月相应值的1/2.紫外日曝辐量在日总辐射日曝辐量中所占的百分率不是常数,它随季节有明显变化:1月平均为7.75%,5月平均为12.72%,8月则为8.4%.       

ERA40中北半球高纬地区冬季气候变化和冰-气相互作用特征分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(ERA40)分析了最近几十年冬季北半球高纬地区的气候变化和冰-气相互作用特征。在全球增暖背景下,冬季北半球高纬地区增温幅度更大,但温度变化明显具有区域性特点。20世纪70年代末期开始,格陵兰海、巴伦支海及欧亚大陆大部分区域和北美大陆部分区域在增暖,而拉布拉多海、格陵兰和白令海峡区域却变冷。与此对应,中央北极区及气候冰岛低压中心海平面气压在降低,而再往南区域海平面气压在升高。从20世纪70年代开始,格陵兰海和巴伦支海给大气的感热通量和潜热通量增多,这说明由于气温增加,使得海冰密集度减小,海冰对海气感热通量和潜热通量交换的隔离层作用减小,通量交换大大增加。而在挪威海非海冰区,由于气温增加,海气温差减小,海洋给大气的感热通量和潜热通量减少。在拉布拉多海,由于气温降低,海气温差增大,使得海洋给大气的感热通量和潜热通量增加,有利于拉布拉多海海冰的增多。海平面气压、海冰密集度及表面感热通量和潜热通量之和对大气表面温度 EOF 展开第一模时间系数的线性回归结果均与各自的EOF 展开第一模空间分布特征接近。     

中高纬瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水的影响

基于1981—2020年日本气象厅(Japanese Meteorological Agency,JMA)再分析资料JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)以及美国国家气候中心(Climate Prediction Center,CPC)卫星降水资料,分析了瞬变涡旋活动特征及其对我国东部夏季降水异常的影响,并对其可能机制展开讨论。研究表明,蒙古国至我国东北和华北地区既是瞬变涡旋活动的活跃区域,也是其输送的大值区域,其中瞬变涡旋对热量和水汽的经向输送占主导地位,是中高纬热量和水汽的重要来源。根据瞬变涡旋经向热量和水汽输送变率的强度确定了瞬变热量和水汽输送的关键区域,分别为(45°~60°N,100°~130°E)和(35°~50°N,100°~120°E),并定义了瞬变热量和水汽指数,其与我国东部夏季降水异常的回归结果表明,瞬变涡旋活动对我国东部夏季降水存在显著影响。中高纬天气尺度瞬变涡旋对热量、水汽和动量的输送异常,通过波流相互作用过程,对平均流形成了反馈,导致季节平均环流、水汽分布和水汽输送的异常,从而在热力、动力和水汽条件的共同作用下引起降水异常。     

Accumulation Rate Measurements at Taylor Dome, East Antarctica: Techniques and Strategies for Mass Balance Measurements in Polar Environments

Accumulation rate measurements on the East Antarctic plateau are challenging due to both spatial and temporal variability. Annual stratigraphy is often not reliably or consistently preserved in the firn, and so accumulation cannot be determined from snow pit stratigraphy. We present a suite of accumulation rate measurements collected over several seasons at Taylor Dome, East Antarctica. We compare net accumulation results from direct burial rate measurements and β -activity firn cores along a 35 km traverse. The two methods are consistent and show that the net accumulation varies from greater than 10 cm a⁻¹ to about 1 cm a⁻¹ (ice equivalent) southwest to northeast across the dome. We map the depth of shallow radar layering to interpolate and extrapolate these point-location measurements and show that considerable variations occur over kilometer scales resulting from subtle surface topography. We also present accumulation rates estimated from concentration of the cosmogenic isotope ¹⁰Be and from activity profiles of ²¹⁰Pb. Finally, satellite passive microwave data are used to estimate spatially averaged accumulation rates on the regional to continental scale to provide a context for these local observations. We show that robust mass balance measurements in this environment must rely on spatial and/or temporal averaging.     

CMIP6模式对亚洲中高纬区极端温度变化的模拟及预估

利用观测的亚洲中高纬区逐日最高、最低气温和CMIP6计划中28个全球气候模式资料,系统评估了CMIP6模式对亚洲中高纬区日最高温(TXx)和日最低温(TNn)的模拟性能,并对其未来演变趋势进行了科学预估。主要结论如下:1)CMIP6大部分模式能合理地模拟亚洲中高纬区TXx和TNn自南向北、自西到东逐渐降低的空间分布特征,但所有模式均在青藏高原北部地区附近存在较大的冷偏差。模式对气候平均态的模拟一致性较好,对TNn的模拟优于TXx;但是对于趋势变化模拟,对TXx的模拟与观测更为接近,而且多模式集合的模拟效果更优。2)预估结果指出,日最高气温和最低气温在21世纪均表现出显著增温趋势,其中TNn增加趋势更加明显。在SSP5-8.5排放情景下,到了21世纪末期,TXx约增加7.0℃,TNn约增加9.6℃。此外,预估结果不确定性随时间推移、排放增多而增加,其中对于TXx的预估结果可信度更高。     

2006年4月13～17日西太平洋地区电离层暴时特性研究

本文利用西太平洋地区的15个电离层台站的测高仪数据和国际GPS服务中心IGS 36个站提供的TEC数据,以及由美国喷气推进动力学实验室提供的Jason 1 TEC数据对2006年4月13～17日间一次由冕洞高速流所引发的磁暴所造成的电离层效应进行了分析.分析结果表明这次电离层暴呈现出显著的纬度效应,foF2和TEC等参量显示在磁暴主相期间对称分布的强正暴效应中心在磁纬±30°～±40°,且持续时间超过12 h.负暴效应被限制在中高纬地区,在磁暴进入恢复相时,开始向低纬渗透,且具有明显的地方时效应.TIMIED卫星测量的Σ［O/N2］显示磁暴发生后,暴时环流使得中低纬地区的Σ［O/N2］有大幅增加,而中高纬地区则显著下降.通过对hmF2的分析发现磁暴主相期间,有磁层电场向中低纬地区穿透,且持续时间较长为1～3 h.因此这次强正暴效应可能是由风场、电场和化学成分这三个因素的共同作用造成的.这次磁暴造成的电离层暴响应非常复杂,对造成各种正负暴的物理和化学机制还需要进一步的研究.     

无显著海温异常强迫下西太平洋副热带高压的异常变动:1980年和1981年的对比分析

1980年和1981年夏季及其前期冬春季太平洋和印度洋海温均未出现显著异常。然而,这两年东亚夏季风环流的季节内变化却呈现显著异常,且截然不同,具体表征为:1980年西太平洋副热带高压（副高）第一次北跳异常偏早,第二次北跳异常偏晚,而1981年则相反,第一次北跳接近气候态,第二次北跳却异常偏早。就副高两次北跳过程而言,其直接原因也有显著差异:1980年副高两次北跳主要受热带西太平洋对流增强的影响,而1981年两次北跳则是由于热带西太平洋对流增强后所激发的极向传播的Rossby波列与中高纬度东传的Rossby波的锁相作用造成的。与北跳过程相比,副高北跳前后环流稳定维持的时间长短显得更为重要。研究表明,1980年夏季副高异常程度之所以堪比1983年和1998年强El Ni?o衰减年,主要是由于不同阶段南半球环流和北半球中高纬度环流的相互配合与接力,其中,6月和8月副高异常偏强对夏季平均副高异常偏强起到主要贡献,但二者的影响因子不同:6月主要受马斯克林高压（马高）偏强的影响,而8月则与澳大利亚高压（澳高）异常偏强有关。此外,7月和8月副高异常偏南是因为鄂霍茨克海阻塞高压长期维持。与1980年相比,1981年夏季马高和澳高均异常偏弱,因而南半球环流对副高异常的影响有限。北半球中高纬度环流的季节内变化对该年夏季副高的快速北进和南退起主导作用,特别是8月中高纬度盛行强烈的经向环流,使得副高异常偏东偏弱,从而导致夏季平均副高异常偏东偏弱。本文的个例分析表明,在无显著海温异常强迫的年份需要特别关注南半球环流和北半球中高纬度环流对副高及与之相关的东亚夏季风环流的季节内演变的影响,但是这些环流因子持续性较差,难以用于跨季度预测。     

冬季雪深再分析资料在欧亚中高纬地区的适用性评价

欧亚中高纬地区的积雪是影响气候的重要因子,但是观测台站稀疏且记录只到1996年,导致积雪观测资料严重缺乏。基于目前国际上应用较为广泛的3套再分析资料:美国国家大气海洋局(NOAA)的20世纪再分析资料(NCAR-20th century reanalysis)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的再分析资料(ERA-Interim)及日本气象厅(JMA)的全球大气再分析资料(JRA-55),利用前苏联站点观测的雪深资料评估雪深再分析资料在欧亚大陆区域的适用性。结果表明:3套再分析资料对积雪的时空变化均具有一定的描述能力;其中,尤以JRA-55再分析资料与观测事实最为接近,能较好揭示欧亚中高纬雪深变化的空间分布特征,反映雪深的长期变化趋势。JRA-55再分析资料揭示的欧亚雪深与169站观测有90%吻合,20世纪再分析资料有76%一致,而ERA-Interim再分析资料只有一半。区域尺度上,JRA-55再分析资料揭示的欧洲、西伯利亚南部雪深在1961~1990年的变化与观测是正相关,相关系数达到0.91、0.87,而20世纪再分析资料仅有0.77、0.32。长时间序列的雪深资料(JRA-55)表明欧亚大陆积雪存在年代际的变化特征:1960年代积雪偏少;1970年代偏多;从1980年代开始呈现减少趋势,持续至20世纪末,并且积雪的减少是高纬度积雪变化造成的。