2022年华南极端“龙舟水”与大气环流及海温异常的关系

利用华南192个国家气象观测站逐日降水资料,NCEP/NCAR大气环流再分析资料,NOAA月平均海表温度资料(ERSST V5)及向外长波辐射(OLR)资料,采用相关、合成分析的方法研究了2022年华南“龙舟水”异常与大气环流及海温异常的关系。结果表明,2022年“龙舟水”期间,东亚大槽、东北冷涡偏强,南下冷空气偏强,同时西太平洋副热带高压和南支槽均偏强,在华南存在明显的水汽辐合。2022年发生的拉尼娜事件,大气环流对其有明显响应,Walker环流增强,华南对流明显加强,菲律宾以东存在异常反气旋环流,副高加强导致其西北侧的西南风加强,向华南水汽输送显著增强,同时华南存在显著的上升运动。大气环流和海温的异常导致2022年华南极端“龙舟水”。

山西北部极端降水时空演变规律及与大气环流因子的响应

基于山西北部28个国家气象站点,1972—2020年逐日降水资料,选用8个极端降水指数,采用线性回归、Pearson相关分析、连续小波和交叉小波变换分析等方法,研究了山西北部极端降水的时空变化及其与大气环流因子的相关性和周期特征。结果表明:(1)在时间上,山西北部8个极端降水指数都是在20世纪70年代后期和21世纪00年代后期到10年代,年总降水量(PRCPTOT)、中雨以上日数(R10mm)、强降水量(R95P)、极强降水量(R99P)、1 d最大降水量(Rx1day)、5 d最大降水量(Rx5day)均增多,日降水强度(SDII)显著增强,持续湿期日数(CWD)也略有增多。整个20世纪80年代降水异常偏少。(2)在空间上,极端降水指数呈从东北向西南地区逐步增加的态势。从站点趋势变化来分析,大多数站点的极端降水指数呈上升趋势,其中,上升趋势最显著的站点均位于忻州市境内西南部。朔州市境内和忻州市东南部站点PRCPTOT和SDII都呈增加趋势,但CWD则呈减少趋势,由此说明朔州市境内和忻州市东南部地区发生极端降水事件的概率较大。(3)通过小波变换分析发现,1990—2020年山西北部极端降水指数表现出约4 a左右的周期特征。在选取的大气环流指数中,北大西洋涛动指数(NAO)对山西北部极端降水影响最明显,NAO越大,PRCPTOT、R10mm、R95p、R99p、Rx1day、Rx5day、SDII则越小,同时CWD也越少,山西北部产生少雨干旱的几率较大,反之,易发生多雨、洪涝现象。研究结果可为山西北部气象灾害的防御提供科学理论依据。

7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温的关系

利用1949—2021年中国气象局上海台风研究所热带气旋资料、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA重构的海表温度资料(SST)和大气向外长波辐射(OLR)资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法分析了近73年7—9月登陆华南热带气旋频数的变化特征。采用合成分析的方法研究7—9月登陆华南热带气旋频数异常与同期大气环流和海温的关系。结果表明,1949—2021年7—9月,登陆华南热带气旋有243个,年均3.3个,占全年登陆总数的70.2%。登陆华南热带气旋频数具有显著的年际和年代际变化特征。1973年最多(7个),1950年最少(0个);在1990年代中期由前期偏多转为后期偏少,但没有突变发生。近73年7—9月登陆华南热带气旋频数以0.1(10 a)^(-1)的速率减少。7—9月登陆华南热带气旋频数异常与大气环流和海温异常密切相关,在异常多、少年同期:(1)大气环流差值场上,南亚高压偏强、偏东、偏北,副高偏西、偏北、偏强,110°E以东的赤道东风引导气流偏强,季风槽加强,北半球中低纬海平面气压场东高西低,北高南低,同时南海、热带西太平洋对流活动加强。(2)海温差值场上,赤道中东太平洋偏冷,西太平洋暖池偏暖,沃克环流加强。高中低层大气环流和海温这种差异可能是导致登陆华南热带气旋频数异常的原因。

冬季亚洲两种大气环流型对云南低温事件的影响

利用1961—2022年云南125个国家气象站冬季逐日平均气温观测资料、NCAR/NCEP大气环流再分析资料,分析了冬季亚洲环流变化的主要类型及其对云南低温事件的影响,发现冬季亚洲500hPa大气环流存在纬向型和经向型两种环流类型,并对云南低温事件产生明显不同的影响。纬向型环流时,冷空气从贝加尔湖直接南下,主要影响东亚东部,云南低温事件也主要发生在东部地区,此时的低温过程与乌拉尔山高压和西伯利亚高压加强、欧亚中高纬度波列的活动密切联系;而经向型时,冷空气伴随贝加尔湖地区的异常反气旋东侧偏北气流沿着东亚大陆东部沿岸南下,并在中低纬度地区以回流的形式向东南推进,活动位置偏南偏西,使得云南全省、青藏高原和东南亚低纬度地区气温偏低,此时的低温过程主要与副热带波列的活动和青藏高原海平面气压(Surface level Pressure,SLP)的正距平加强有关,与乌拉尔山和西伯利亚地区的高压加强关系不密切。

盛夏亚洲大陆上空急流变化的两类模态及其与东亚大气环流异常的联系

基于NCEP/NCAR月平均再分析资料,利用EOF分解方法揭示出1960-2019年7-8月亚洲大陆上空西风急流变化的两类主要模态,并利用合成方法研究了两类模态与东亚大气环流异常的联系及其气候效应。研究结果表明,夏季亚洲大陆上空西风急流变化的第一模态为纬向风以急流轴为界南北的反位相变化,主要表现为急流整体的南北移动;第二模态为纬向风以青藏高原为界在东西方向上的反相变化,主要表现为急流轴的西南(西北)-东北(东南)向倾斜,该结论不同于以往大多数研究将第二模态定义为急流的强度变化。通过对大气环流异常的分析发现,急流的南北移动对应南亚高压同步的南北移动以及西太平洋副热带高压范围的变化,急流向南移动时,南亚高压脊线偏南,同时西太平洋副热带高压向南扩张,急流向北移动时则相反,该模态主要影响亚洲地区40°N以南的降水异常以及贝加尔湖一带、东亚和南亚的温度异常。第二模态即纬向风以青藏高原为界的反相变化主要伴随着南亚高压强度的东西振荡,急流轴呈西南(西北)-东北(东南)向倾斜时,南亚高压东侧(西侧)位势高度增强,该模态与西亚高纬度地区、中亚以及印度半岛的降水异常有关。此外,第二模态具有一定的特殊性,可影响整个欧亚大陆的气温,并呈现双偶极子型的异常分布。

中国典型大范围持续干旱事件对大气环流的响应

在全球气候变化和人类活动强度增加的双重驱动下,频繁、广发的大范围极端干旱事件给中国经济社会发展和生态环境造成了严重影响。为分析中国干旱的时空动态演变特征,该研究采用标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)结合干旱历时、干旱面积以及干旱烈度,构建了一种基于持续干旱栅格概念的大范围持续干旱事件识别方法,研究1961—2020年中国历史大范围持续干旱事件的时空动态演变特征及其对大气环流的响应机制。研究发现:过去60年中国共发生了47场大范围持续干旱事件,平均持续干旱历时为7.14个月,平均持续干旱面积为28.66%,平均持续干旱烈度为-2.86;1980—2010年间每10 a发生的干旱事件平均持续干旱面积出现连续扩大趋势,在1970—2020年间每10 a发生的干旱事件平均持续干旱历时集中在4~8个月之间;海洋尼诺指数(Oceanic Ni?o Index,ONI)与中国大范围持续干旱事件的发生表现出较强的相关性,ONI与SPEI3之间主要存在16~48月的共振周期,当强拉尼娜事件发生时会导致中国春季降水的减少,增加中国发生春旱的频次。研究结果有助于进一步理解中国干旱的成因和规律,提升防旱抗旱政策的科学性和精准性。

长江中游夏季高温异常的大气环流和海温特征

全球变暖加剧了气候系统的不稳定性和极端天气的频发,“热岛效应”和高温热浪的叠加,给人们的生命安全和经济生产造成巨大损失,本文利用1971—2022年长江中游234个站点日降水量和最高气温数据、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(National Centers for Environmental Predic⁃tion/National Center for Atmospheric Research,NCEP/NCAR)再分析资料和美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)海表温度(简称“海温”)资料,分析夏季高温异常年的大气环流特征及其与海温的关系。结果表明:近52 a来尤其是进入21世纪,长江中游夏季高温日呈显著增加趋势,年均高温日为19 d。其中,2022年高温日数最多达74 d,与近30 a气候态平均相比,距平百分率高出163%,1987年高温日最少仅5 d。夏季高温日偏多年,在副极地波导的遥相关波列影响下,东亚大陆高压增强,反气旋性环流控制长江中游地区,同时东亚夏季西风急流位置偏北,促使西太平洋副热带高压西伸北抬,强烈的下沉运动抑制低层对流发展,辐射增温作用明显。高温日数与赤道北印度洋、北大西洋和中低纬西太平洋海温,尤其是夏季海温呈正相关关系,与赤道中东太平洋海温呈负相关。从前冬开始赤道北印度洋和北大西洋海温持续偏高,中低纬西太平洋海温逐渐开始升高,同时夏季赤道中东太平洋呈异常La Niña状态,有利于长江中游夏季高温日异常偏多。

1991—2020年重庆市倒春寒时空变化及其异常年大气环流背景分析

选用1991—2020年重庆市34个观测站逐日气温数据、NCEP/NCAR再分析资料、NOAA海表温度资料和国家气候中心130项大气环流参数数据,采用趋势分析、经验正交分解等方法分析重庆市倒春寒时空变化特征及其异常年的大气环流和前期海温特征。结果表明:重庆市出现倒春寒的站次年份段和区域差异明显,2001—2010年发生站次最少但强度最强,重庆西南部倒春寒站次最多、强度最强,倒春寒站次变化的主要空间模态为一致性异常分布。春季乌拉尔山高压脊异常增强,黑海至中国新疆地区、青藏高原和中国大部地区500 hPa高度场异常偏低,乌拉尔山至中国大部地区700 hPa温度场偏低,黑海至西伯利亚西风带环流减弱,中高纬经向环流显著增强,有利于冷空气南下,为重庆市倒春寒发生的主要大气环流背景。此外,前期冬季西太平洋暖池、孟加拉湾海温偏暖(冷)与重庆市倒春寒站次偏少(多)相关。

1960-2018年中国日照时数变化及其与大气环流的关系

日照时数是反映太阳辐射强弱的重要指标,是衡量一个地区太阳能开发潜力的重要依据,同时也是表征气候变化的重要气候要素之一,分析日照时数变化及其影响因素对于农业生产、太阳能资源开发具有重要意义。基于中国595个气象站点1960—2018年逐日日照时数数据,选取3个指数(年平均日照时数、日照时数≥3 h·d^(-1)的天数和日照时数≥6 h·d^(-1)的天数)量化日照时数变化,并分析了中国日照时数指数变化趋势及其与大气环流的关系。(1)中国日照时数空间分布不均,日照时数高的地区分布在青藏、西北、华北地区。青海冷湖是中国年平均日照时数最长和日照时数≥6 h·d^(-1)的天数最多的区域;四川盆地是中国年平均日照时数最短、日照时数≥3 h·d^(-1)和≥6 h·d^(-1)的天数最少的区域。中国年平均日照时数、日照时数≥3 h·d^(-1)和≥6 h·d^(-1)天数由最低值的四川盆地向高纬度、高海拔地区增加。(2)1960—2018年中国年平均日照时数、日照时数≥3 h·d^(-1)和≥6 h·d^(-1)天数均呈显著减少趋势(P<0.001),其中东北的南部、华北地区、华南地区及新疆的中部地区日照时数指数均呈显著下降趋势(P<0.001);而青藏高原、黄土高原和云贵高原的大部分地区日照时数呈不显著上升趋势。(3)日照时数变化受大气环流的影响显著。日照时数年际变化与亚洲区极涡强度指数呈显著正相关(P<0.001),与北极涛动指数和西太平洋副高强度指数呈显著负相关。中国东部地区大气环流主要通过影响天气进而影响日照时数变化的。研究结果可为区域太阳能资源合理开发利用和日照时数变化预测提供参考。

大气环流因子对黄河流域长预见期农业干旱预测性能的影响

准确的干旱预测对于减轻或规避干旱对区域粮食生产和水资源配置的不利影响至关重要。大气环流因子可能会通过遥相关影响农业干旱的发生、发展和传递过程,在干旱预测模型中引入大气环流因子是否会改善农业干旱的预测性能尚不明晰。该研究以农业干旱、高温和大气环流因子为预测因子,在不同预见期(1、12、24、36、48个月)下采用Meta-Gaussian(MG)模型预测黄河流域典型年份的农业干旱事件,通过纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)探究在MG模型中引入大气环流因子对农业干旱预测性能的影响。结果表明:大气环流因子中12个月时间尺度的标准化西太平洋副高强度指数(standardized western Pacific subtropical high intensity index,SWPSHI)与农业干旱相关性最为显著;以典型年2014年8月份为例发现MG模型预测值受预见期长度、预测因子影响较大;相比于单因子预测,引入大气环流因子的MG模型的评价指标NSE和RMSE改善网格占比最高达46%,空间上在内蒙古、宁夏、甘肃、陕西等省区1 a以上预见期明显改善,而考虑大气环流因子和高温的MG模型进一步提升了模型的预测性能,扩大了网格占比。因此在上述省区干旱预测时需考虑大气环流因子的影响。

渤海海冰时空分布特征和大气环流对渤海海冰的强迫作用

海冰灾害是渤海冬季的主要海洋灾害,对石油开采、海上运输和海洋渔业造成很大的危害,因此对海冰的生消变化监测和预测尤其重要。利用2001—2020年MODIS数据、再分析格点资料和气象观测站数据,经卫星资料反演得到日尺度渤海海冰面积,统计分析渤海海冰面积的年际变化特征和不同冰情年在初冰期、盛冰期和消融期的变化特征,利用合成分析和相关分析方法探讨了渤海海冰偏重冰年和轻冰年的大气环流差异。结果表明:20 a间渤海海冰冰情等级越高,平均冰期越长,海冰面积经历了“少-多-少”的变化过程,海冰面积与积温变化趋势相反;年内海冰生消过程为单峰型和多峰型,多峰型年冰期和大面积冰封时间更长;渤海海冰初冰期集中分布在辽东湾,偏重冰年比轻冰年海冰面积多一倍,盛冰期3个海湾基本能覆盖到海冰,偏重冰年全部覆盖,消融期海冰仍以辽东湾为主,呈“东北—西南”向分布;偏重冰年较轻冰年的大气环流形势更有利于海冰生成,贝加尔湖至我国东北一线高空槽后冷空气更强,温度更低。渤海冬季海冰冰情与500 hPa位势高度有较强的负相关性,500 hPa位势高度的强弱决定了渤海海冰的冰情。

2024年2月大气环流和天气分析

2024年2月北半球大气环流主要特征表现为极涡呈偶极型,东半球极涡中心位于鄂霍次克海到勘察加半岛上空,较常年同期偏强,影响我国的冷空气路径偏东;中纬度环流呈三波型,位于西伯利亚的平均槽较常年偏强,西风带短波槽活动频繁;南支槽位置偏东,西太平洋副热带高压显著偏强。2月全国平均气温为-1.8℃,较常年同期(-1.3℃)偏低0.5℃;平均降水量为22.5 mm,较常年同期(16.3 mm)偏多38%。月内有3次主要冷空气过程,其中2月17—22日强寒潮造成剧烈降温和显著低温。受南下冷空气和强盛的西南暖湿气流共同影响,月内出现2次大范围持续性低温雨雪冰冻天气过程,冻雨强度大、范围广,降水量具有极端性,对春运造成严重影响。此外,2月还出现了年度首次沙尘和强对流天气过程。

1981—2020年中国风速变化及其与大气环流的关系

基于1981—2020年中国地面气象站观测数据,利用分段线性回归模型、Theil-Sen斜率估计、Mann-Kendall趋势检验以及逐步回归模型等方法,探究近40年中国近地面风速变化的区域差异及其与大气环流的关系。结果表明,1981—2020年的风速整体上呈下降趋势,西风、东风、南风和北风的风速下降幅度分别为-0.08,-0.06,-0.14和-0.14(m·s^(-1))/10a;不同时期风速的变化趋势有差异,在拐点年份前呈下降趋势,在拐点年份后呈上升趋势,且南风和北风的平均风速上升幅度大于西风和东风;不同区域和不同方向的风速变化存在差异,中国北部(西北、华北和东北地区)南风和北风的平均风速在2012年前后从下降趋势转为上升趋势,中国南部(华南地区)4个方向的平均风速在1990年前后从下降趋势变为上升趋势;大气环流与中国区域近地面风速的变化具有较强的相关性。亚洲极涡强度的年际变化指数在逐步回归模型中被保留的频率最高,与风速正相关,对中国北部风速的影响大于中部和南部;太平洋年代际振荡指数在逐步回归模型中被保留的频率最高,与风速负相关,对中国南部风速的影响显著小于北部和中部。

影响中国夏季降水的前冬北半球中高纬大气环流年际变异主模态

本文利用观测和再分析资料,通过奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)分析,发现北极涛动(Arctic Oscillation,AO)是显著影响中国夏季降水年际异常的前冬中高纬大气环流变异的主模态。AO在冬季发展成熟,在春季衰亡,在夏季发生位相反转。AO会导致华北、东北、长江中下游和华南夏季降水异常呈现三极型分布。伴随正位相的AO,在黄海至日本海上空的异常低压伴随的东北风异常引起华北和东北水汽通量异常辐散及降水减少,而西北太平洋的异常高压不仅增强其北侧的西南风水汽输送,和北部异常低压共同作用导致长江中下游水汽通量异常辐合及降水增加,而且使得华南水汽通量异常辐散,降水减少。因此,本文发现的前冬AO模态与我国夏季三极型异常降水分布的关系可为我国夏季旱涝预测提供一个重要的中高纬前期因子。

2023年华南开汛偏早与大气环流和海温的关系

采用合成、相关分析及相关物理量诊断等方法,分析了华南地区三重La Ni1a背景下2023年华南开汛偏早的大气环流和海温特征并与2022年作对比,结果表明:(1)2022和2023年3月广东降水偏多与前冬北太平洋暖海温相关,2022、2023年华南开汛偏早分别与前冬中印度洋海岭海域海温、前冬东太平洋海丘的以东海域海温增暖有关。(2)2022和2023年3月850 hPa风场华南沿海均呈现反气旋式分布,华南处于西南到偏南气流中有利水汽输送。两年开汛偏早与冷空气南下有关。(3)2022和2023年3月华南地区局地哈德莱环流在赤道附近北支上升气流加强,北支下沉支减弱且南退,在0°N—20°N范围内为负距平,有利于2022和2023年3月广东降水偏多。

1961—2020年河南省夏季极端降水异常分布特征及其与大气环流和海温的关系

利用河南省125个气象台站逐日降水量资料和ERA5再分析资料以及HadISST海表温度资料,分析了1961—2020年河南省夏季极端降水的气候特征和主模态,及其与大气环流和海温的关系。结果表明:河南省极端降水的气候态频次和强度均呈由西北向东南递增的分布,东南部地区极端降水最多,东部和北部地区次之,西部山脉地区最少。标准差分布与气候态类似,降水较多的区域也具有较大的年际差异。河南省夏季极端降水年际变化显著,但线性趋势较弱。河南省夏季极端降水EOF第1模态呈全省一致偏多的空间分布特征,欧亚型遥相关模态有利于高纬度冷空气南下,副热带高压西伸偏北有利于充沛的水汽向河南地区输送,同期海温场呈现出显著的黑潮延伸体正异常海温、La Niña模态、南印度洋海温偶极子负位相和北大西洋海温三极子正位相模态,反之亦然;第2模态为河南省北部地区偏多和南部地区偏少的反位相分布特征,乌拉尔山地区的阻塞高压和东西伯利亚地区的长波槽有利于高纬冷空气南下,副热带高压西伸偏北有利于水汽向河南地区输送,同期海温场呈现出典型的La Niña模态,但降水的极端性越强,海温异常信号也越复杂,反之亦然。

东北地区积雪典型年的大气环流综合分析

根据不同季节的特性,分春秋冬3季探讨了各个季节积雪深度之间的关系,分析了积雪偏多、偏少年的环流形势和水汽输送条件的差异,认为前秋累积雪深对冬季累积雪深的影响较为明显;春秋季积雪偏多年时极地南下的冷空气活动偏强,配合低层西南和东南方向的水汽输送较常年更加明显,易造成春秋季东北地区降雪偏多。冬季积雪增量偏多年时低层水汽通道主要有2条,冬季积雪偏少年时高空极地冷空气不断南下,水汽条件较常年偏弱,导致东北地区气候干冷降雪少。分析对于春季农业生产科学利用桃花水和适时开展春播抗旱人工增雨作业具有一定指导意义。

2024年4月大气环流和天气分析

2024年4月北半球极涡呈单极偏心型分布,中心位于新西伯利亚群岛西北洋面,强度偏强;中高纬环流呈四波型,我国基本为正距平,西太平洋副热带高压强度较常年偏强,位置偏北。全国平均气温为13.2℃,较常年同期(11.5℃)偏高1.7℃;全国平均降水量为71.9 mm,较常年同期(43.6 mm)偏多65%,平均气温和降水量均为1961年以来历史同期第一。月内仅出现1次主要冷空气过程;10次强对流和7次大范围降水过程,均主要集中在南方且较常年偏多;6次沙尘过程影响北方地区,西南地区干旱阶段性发展。

2024年5月大气环流和天气分析

2024年5月北半球极涡偏单极型分布,强度偏强;中高纬完成了从冬季三波型向夏季四波型的转换,环流呈四波型,欧亚环流经向度较大,副热带高压较常年同期偏强、偏西、偏北,南支槽较常年同期偏弱。全国平均气温为17.7℃,较常年同期偏高1.2℃。全国平均降水量为69.5 mm,较常年同期偏少1%。月内,共发生5次区域性暴雨天气过程,南海夏季风于5月第6候(5月26日)爆发,较常年(5月第4候)偏晚2候。此外,发生3次强对流过程且局地遭遇风雹灾害,北方地区出现2次沙尘过程。

2023年11月大气环流和天气分析

2023年11月北半球大气环流的主要特征是:极涡呈多极型分布,与历史同期相比,主体强度显著偏强;中高纬度地区环流形势为“四槽四脊”,亚洲中高纬度地区环流整体呈西高东低型,但东亚大槽偏弱;副热带高压强度显著偏强。11月全国平均气温较常年同期(3.3℃)偏高0.5℃。全国平均降水量较常年同期(20.2 mm)偏多9%,降水显著偏多地区主要在内蒙古、东北地区、华北南部和黄淮北部,东北部分地区降水量突破历史同期极大值。月内冷空气活动较为频繁,大气扩散条件整体较好,中东部等地较少出现雾和霾天气。月内出现了2次北方型寒潮天气过程。