华南冬季异常冷月预测概念模型Ⅰ──500hPa高度场和海温场特征

确定了近 ４５年华南冬季异常冷月出现的时间，分析了其同期至前期 ６个月 ５００ ｈＰａ位势高度场和海温场的特征．各异常冷月当月５００ｈＰａ高度场有相似的特征，亚洲一太平洋地区高度场的特征是北高南低，经向环流发展。给出了前期５００ｈＰａ高度场差异显著月的距平特征．华南冬季各异常冷月至其前期６个月海温距平分布有持续性的特征，１月及其前期１～６个月赤道东太平洋ＳＳＴ呈Ｅ１ Ｎｉｎｏ特征， ２月和１２月呈Ｌａ Ｎｉｎａ特征．

抚顺冬季异常偏冷年气候特征及成因分析

利用抚顺气象观测站气象资料,分析了抚顺冬季异常偏冷年的气候特征,发现异常偏冷年都有最低气温低于-30℃的冷段,并且气候变暖后,降雪多、积雪深是其主要特征。同时通过分析深层平均地温、太阳黑子活动、大气环流等资料,发现抚顺冬季气温异常偏低一般都出现在太阳黑子峰谷年附近,并与前期3—11月0.8m深层平均地温呈正相关,北半球500hPa冬季欧亚地区距平场为西高东低,东亚槽稳定建立,并且大气环流以大西洋-欧亚E型环流型为主。

极区电离层电导率的冬季异常行为研究

从电离层电导率的理论研究出发,利用国际参考电离层模型IRI-2007,分析了地磁平静情况下,一个完整的太阳活动周期内,极区电离层Pedersen和Hall电导率在太阳活动上升相、下降相和高年的变化情况。研究表明,受太阳及地磁活动的影响,和电离层电子密度一样,极区电离层电导率具有明显的季节性特征,电导率在中、高纬地区均伴有比较明显的冬季异常行为。

青藏高原冬季积雪异常和长江中下游主汛期旱涝及其与环流关系的研究

在对青藏高原冬季异常积雪资料进行了综合分析的基础上 ,用 3种方法对长江中下游的旱涝指标进行了综合评定 ,计算了高原积雪日数和深度资料与长江中下游 6～ 8月降水量之间的相关系数 ,结果表明 ,青藏高原冬季积雪异常与长江中下游流域的旱涝呈正相关关系 ,最大正相关区主要位于江南北部。通过对冬季北半球 50 0 h Pa高度场、OLR、SSTA资料的合成分析以及对夏季风指数的联系揭示表明 ,高原多雪和少雪所反映出的环流特征显著不同。讨论了异常积雪 -大气 -海洋 -雨带相互之间的可能联系 ,给出了一个初步与青藏高原冬季积雪相联系的长江中下游旱涝物理过程概念模型 ,进而为短期气候监测、预测提供参数线索。

中国冬季气温异常EOF分析的改进

采用站网均匀化订正方法处理了中国160站站网1951—2010年冬季(12月—次年2月)气温距平序列,订正后的序列较好地处理了由站网不均匀性引起的方差不均匀。对订正前、后序列分别作了EOF分析,结果表明:1)订正后序列的前2个典型场上的高绝对值区比订正前序列的前2个特征向量有更好的组织性,其高值区主要位于三北地区(西北、华北、东北)及青藏高原,与均方差场的高值区基本一致;2)订正前、后主要模态时间系数演变特征相似(rh≥0.886,h=1,2),但订正后的前2个时间系数的线性分量和年代际变化分量对它们的方差贡献更加集中于第一模态;3)订正后资料EOF分析的第一个典型场和时间系数中的线性分量可以给出中国最近60a冬季主要强增暖区的分布;其年代际分量与分析期间中国强年代际变化分布区域的一致性也优于订正前资料的EOF分析结果。

近52年广东冬季气温异常的气候特征及变化

利用近52年(1961―2012)广东86个气象站的月气温资料和NCEP/NCAR再分析气温资料,采用线性趋势分析、EOF分析、Mann-Kendall检验、相关分析、合成分析等方法分析广东冬季气温异常的气候特征及变化。结果表明:广东冬季气温EOF分析的第一特征向量方差贡献率高达91.2%,全省一致性是其最重要的特征。近52年来广东冬季气温具有明显的年际和年代际变化。气温最高出现在1998年(15.9℃)、最低出现在1967年(11.5℃);1961―2012年,广东冬季平均气温为14.0℃。近52年来广东冬季平均气温以0.26℃/10 a的速率明显上升,但增温速率低于全国平均的冬季增温速率,并在1989年发生升温的突变。广东冬季平均气温在20世纪60―80年代偏低,20世纪90年代以来偏高。广东冬季增温趋势最显著的地区是珠江口和粤东南,最大出现在深圳和潮州,增温速率达到0.47℃/10 a。广东冬季气温趋势与全国大部分地区一致,特别是与我国东南部地区。广东冷冬年的前后期气温都是以偏低为主,而暖冬年的前期——夏季、秋季气温以正常为主,后期以正常到偏高为主,广东冬季气温与前期11月气温相关最显著。

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959~2009/2010年冬季全球海表温度（HadISST）和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法（GEFA）,分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Ni o型和热带大西洋＂三极型＂对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态（简称LN型）影响显著。为了验证统计结果的可靠性,利用MPI（Max Planck Institute for Meteorology）全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Ni o模态强迫的增暖响应在0.5°C左右;对热带大西洋＂三极型＂强迫的增暖响应在0.6°C左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1°C。对El Ni o模态、热带大西洋＂三极型＂的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6°C和0.45°C左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋＂三极型＂海温异常和热带太平洋El Ni o模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。

冬季风异常对西北太平洋海温影响的区域性特征

分析东亚冬季风异常对西北太平洋海温的影响,结果表明其影响存在显著的区域性特征。冬季风强(弱)年,黑潮流域及我国近海区出现明显的降温(升温),而太平洋暖池区北部和亲潮区海温出现一定的上升(下降)趋势。进一步的物理机制分析和数值模式的结果表明,东亚冬季风对影响西北太平洋海温变化的热力因子与动力因子都有十分显著的影响,区域性特征的成因主要是各海区的大气和海洋对冬季风异常的响应方式存在差异。

一个反映中国冬季气温异常的指标——东亚区域西风指数

分析了中国冬季气温变化的主要特征 ,揭示了能够较好反映中国冬季气温异常整体变化的主要空间分布 ;进一步研究了与之相对应的环流异常特征 ,结果表明中国冬季气温的异常与东亚及西伯利亚 50 0 h Pa高度场的异常有着密切的联系。在分析传统季风指数对气温及对应异常环流特征的表现能力的基础上 ,定义了一个能够反映环流异常的东亚区域西风指数 (IEARW)。经检验 ,可以利用 IEARW来反映中国冬季气温变化的主要特征。最后 ,对 IEARW的变化特征进行了初步分析。

新疆北部冬季降水异常成因

利用1960—2004年天山山区及以北地区(新疆北部)38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料,分析了新疆北部11,12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)与新疆冬季降水异常密切联系;11月水汽输送量最大,1月最小,西风气流输送水汽多少决定降水异常;降水异常偏多时,新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常,高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆,而非来自地中海和里海水汽源地;降水偏少时,里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。关注SCA环流型活动以及西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常对冬季降水预测具有一定意义。

异常东亚冬季风对赤道西太平洋纬向风异常的影响

ENSO由于经常带来大范围的气候异常而倍受关注,赤道西太平洋的纬向风异常对ENSO的发生起着重要作用。首先对赤道西太平洋纬向风异常的发生进行研究,其结果清楚地表明它同东亚冬季风的异常有密切关系。异常强(弱)的东亚冬季风不仅能激发产生赤道西太平洋的西(东)风异常,而且还将在菲律宾以东的西太平洋上导致一个气旋性(反气旋性)环流的形成。研究还表明,上述异常流型产生的物理过程是异常东亚冬季风所造成的气压形势的动力影响,因为在强(弱)东亚冬季风影响下,赤道西太平洋地区会形成向西(东)的气压梯度,即p/x<0(p/x>0)的异常气压形势。通过赤道太平洋的海气相互作用,赤道西太平洋的持续西(东)风异常则将进一步导致El Ni^no(La Ni^na)事件的发生。

渤黄海冬季海温异常的时空分布特征及影响因子分析

基于Hadley中心提供的海表温度数据,分析了我国渤黄海冬季海温的时空分布特征,探讨了同期东亚环流场及前期太平洋海温场与渤、黄海冬季海温典型空间分布型态的相关关系。分析结果表明,渤黄海冬季海温具有4类典型的空间分布型式,且均具有显著的准2a振荡周期。东亚地区冬季高、中、低纬位势高度场的异常分布型态及我国近海低层环流系统之间的相互配置对渤黄海冬季海温分布型有显著影响;同时,前期太平洋关键海域海温异常的不同配置是渤黄海冬季4类典型海温异常型态的前兆强信号。

印度洋冬季风异常海气环流耦合模态分析

本文对印度洋冬季风异常海气环流耦合主要模态做了分析和讨论,得到以下结果:第一模态海面和低空大气环流的异常主要发生在东印度洋海域上空,而上层大洋环流的异常则主要反映了印度洋冬季风环流的异常,并主要体现在西向赤道暖流和东向赤道逆流上。第二模态的大气环流相应异常主要发生在孟加拉湾、阿拉伯海和赤道印度洋上空,而上层大洋环流异常除与第一模态类似外,还包括索马里暖流的明显异常。第一、二模态分别是印度洋冬季风的偏东、偏西模态,也是其主、次模态;均有约4年的年际变化,还分别有约18、22年的年代际变化;该主、次模态分别在1976年及1976、1986年有突变发生;这样印度洋冬季风有约4年的年际变化,并在1976年出现明显突变。该主、次模态的年代际变化周期也是冬季北太平洋海气联合复EOF分解第二、第一模态的年代际变化周期,这反映两大洋之间有密切联系,这是因冬季蒙古西伯利亚高压是南亚、东亚冬季风的共同源头,对两大洋的大气环流异常都有明显影响。南亚冬季风偏强时印度洋的Hadley环流和赤道辐合带上的对流均偏强,反之亦然;且该冬季风的主、次模态都如此;这也反映了南亚冬季风大气环流异常与冬季热带大气环流异常之间的耦合关系。当该主、次模态发生正、负异常变化时,近表层热带印度洋海温异常分别呈现横贯大洋的南北向跷跷板变化以及大洋东、西向的跷跷板变化;但前者是主要的。印度洋冬季风对印度洋偶极子起着抑制作用,这是该偶极子在冬季最弱的原因。在热带印度洋,大气低空垂直运动下沉、上升区域都分别大致位于该大洋近表层的下沉、上升运动区域之上,这构成了海气相互作用的负反馈机制,并有助于南亚冬季风、Hadley环流、赤道辐合带以及印度洋中冬季风环流的维持和稳定。

大气准定常行星波异常传播及其在平流层影响东亚冬季气候中的作用

东亚季风区同时受世界上最广阔的大洋和陆地的影响,这种行星尺度的海陆热力对比以及青藏高原大地形的作用,从而产生很强的行星尺度扰动,并且这种扰动具有准定常的性质。利用再分析资料研究了准定常行星波活动的变化对东亚地区冬季气候异常的影响,主要侧重于年际和季节内时间尺度上的变化。在年际时间尺度上,冬季行星波两支波导的变化存在反相关的振荡关系,这种年际振荡一方面影响了北半球环状模的位相,另外一方面导致了东亚地区的气候异常。当有异常强的低纬波导时,一般对应有西伯利亚高压的减弱和我国东北、华北地区的增温;反之当有异常弱的低纬波导时,我国东北和华北温度则普遍偏低。研究还表明,行星波传播的年际振荡与东亚地区气候异常的关系显著地受到热带平流层准两年周期振荡(QBO)的调制,只是当QBO处于东风位相时,行星波传播的年际振荡才与东亚气候异常有显著的关系。在季节内时间尺度上,准定常行星波的变化与平流层极涡的低频变化密切相关,并且这种平流层极涡的异常通过和行星波的相互作用,可以自上而下影响到对流层的短期气候;平流层极涡异常下传对对流层大气环流有明显的影响,并且这种影响在东亚地区非常显著。由于平流层变化通常维持时间长,并且平流层极涡异常下传领先于对流层,因此这为东亚冬季短期气候异常的预报提供了一个新的预报依据。

北半球冬季环流异常与ENSO的非线性关系

运用非线性典型相关分析(nonlinear canonical correlation analysis,简称NLCCA)方法,对热带太平洋海表温度异常(SSTA)场与北半球冬季海平面气压异常场(SLPA)进行非线性分析,以反映ENSO与北半球冬季环流异常之间的非线性关系。NLCCA的结果表明:从极冷到极暖期,北半球冬季SLPA场对ENSO的投影在各主成分所分别构成的平面或空间中分别形成一条直线和一条抛物线,说明北半球冬季环流异常与ENSO的相关包含线性和具有二次特征的非线性两部分。无论ENSO的冷、暖事件都能导致冰岛低压减弱,且西伯利亚高压、北美高压和北太平洋高压随SSTA的变化不对称,进一步证明了ENSO对北半球冬季环流异常的非线性影响,其中冰岛低压对于ENSO响应的非线性特征最强,而阿留申低压与ENSO则主要是线性相关。

ENSO事件与云南冬季气温异常

分析了１９６１ 年以来１１ 次ＥｌＮｉｎｏ 和８ 次Ｌａ Ｎｉｎａ 事件对云南冬季气温变化的影响，发现：ＥｌＮｉｎｏ（Ｌａ Ｎｉｎａ）年云南冬季气温偏高（低），有暖（冷）冬特征，其中以东部、中部和南部最为显著．冬季赤道东太平洋ＳＳＴＡ 与同期云南气温距平有显著的正相关，上一年ＳＳＴＡ 与次年云南１ 月气温也有好的正相关．ＳＳＴＡ 异常正（负）值是云南暖（冷）冬的一个强信号．在ＥＮＳＯ影响下，东亚冬季风偏弱（强）是形成云南暖（冷）冬的主要原因．

大连地区冬季气温异常与前期印度洋海温的关系

利用近40a全球海温、500hPa高度场、300hPa纬向风场和海平面气压场月平均资料以及大连地区冬季的气温资料,分析了大连地区冬季气温异常的变化特征,探讨了大连地区冬季气温异常与前期印度洋海温异常的相互联系。结果发现:影响大连地区冬季气温的海温异常关键区位于5°S^5°N、60°~75°E,关键影响时段为当年的4~7月;长时间的海气相互作用使前期的海温异常影响了后期的大气环流,在关键海区冷、暖水年,海平面气压距平场、500hPa高度距平场、300hPa纬向风距平场都存在着显著的差异;其中西伯利亚高压、极涡的位置、东亚大槽的强弱、极锋急流都差异显著,从而导致大连地区冬季气温的异常。

中国东北南部冬季气温异常及其大气环流特征变化

该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上,利用NCEP/NCAR再分析资料,探讨了影响其异常的同期因子———该地区上空大尺度环流异常特征。发现:东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期,60年代达到低谷,80年代中期以后一直处于暖期,90年代为49年来最暖期,1986年是由冷转暖的明显突变点;气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期;东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好,是49年全国增暖最显著的地区之一;冷、暖冬年,欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异,西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。

与印度洋偶极子模态有关的西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响

利用NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)海温、GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水和ERA-20C(ECMWF's first atmospheric reanalysis of the 20th century)再分析大气环流资料,结合大气环流模式ECHAM5敏感性试验,研究了与秋季印度洋海温偶极子模态(IOD)相联系的冬季热带西太平洋海温异常型及其对东亚冬季气候的影响。发现在秋季发生IOD背景下,冬季西太平洋存在两类海温异常的变化型:一类是西太平洋区域一致偏暖/冷的模态,另一类是区域西冷东暖/西暖东冷的模态。尽管西太平洋海温一致偏暖和西冷东暖这两类海温变化型均有利于华南冬季少降水,但影响的范围有所不同。一致偏暖型引起的少降水范围较大,从华南扩展到长江中下游地区。西冷东暖型引起少降水范围主要限于华南,而在长江中下游到华北则降水偏多。相应地,在大气环流上,尽管两类海温异常型均有利于在西北太平洋菲律宾海附近出现气旋式环流异常,但气旋的强度和中心位置有差异。一致偏暖型引起的气旋偏强,中心位置偏西,其后部异常东北风控制的范围更大,导致少降水范围更大,而西冷东暖型引起的气旋偏弱,中心位置偏东,其后部异常东北风控制的范围小,导致少降水区域主要在华南沿海。本文结果对认识IOD调制随后冬季东亚降水异常的机理有重要意义。

吉林省冬季气温异常的环流特征及其与北极涛动、北极海冰的关联

选取吉林省46个气象观测站1961-2014年冬季(12-2月)的平均气温资料、各层NCEP/NCAR月平均再分析资料、海冰密集度、北极涛动(AO)资料,采用标准化、合成分析、相关分析等方法分析了吉林省冬季气温的异常年的环流特征,及其与北极海冰、北极涛动的相关关系。结果表明:冬季气温与西伯利亚高压强度关系极其密切,而且温度越异常,这种关系越密切;当9-11月巴伦支海海冰和喀拉海海冰的密集度小时,相应冬季北极涛动为负位相,对流层中高层中纬度环流经向度大,乌拉尔山高压脊的异常发展,东亚槽偏强,近地面层西伯利亚高压偏强,东亚冬季风偏强,易造成气温偏低;反之气温易偏高。进而说明前期9-11月巴伦支海和喀拉海海冰密集度的大小对吉林省冬季冷暖有较好的指示意义。