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

利用美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局整编的160站逐月降水和气温资料,定义了一个北半球冬季500 hPa东亚大槽强度指数(I_(EAT)),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)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)与青藏高原以东地区的冬季降水和气温相关显著。当I_(EAT)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。

20世纪80年代中期以来东亚大槽和东中国海海温关系的年代际减弱和成因分析

基于Had ISST(Hadley Centre Sea-ice and Sea surface Temperature Data Set)的月平均海温(SST)资料,对1960-2012年中国近海冬季SST的长期变化趋势进行了详细分析。结果显示冬季SST经历了一个显著的升温过程,增幅达0.018℃/年,在80年代末期发生了显著的气候增暖过程。对东亚冬季风子系统与冬季东中国海SST关系的年代际变化进行了分析。结果发现在1960-2012年间,东亚冬季风5个关键子系统中,东亚大槽与东中国海冬季SST年际变率上关系最为密切。进一步研究发现,自20世纪80年代中期以来,东亚大槽和东中国海冬季SST都发生了明显的年代际变化,其中东亚大槽为年代际减弱,而东中国海冬季SST发生了年代际增暖。尽管1960-2012年间东亚大槽与东中国海冬季SST有显著的负相关关系,但这种统计相关在1989-2012年期间显著减弱。这种相关减弱的原因很可能是由于NPO(North Pacific Oscillation)的年代际变化背景下的东亚大槽的强度减弱有关。

东亚大槽冬春季节内演变的主模态时空特征

冬春季节东亚大槽的异常变化常常与寒潮冷空气的活动密切相关,影响中国的寒潮冷空气近年来常常造成初冬、深冬相反的冷冬或暖冬现象,与之相关的东亚大槽是否也存在这样的季节内反位相变化特征,是本文研究的主要目的。本文利用季节经验正交分解(S-EOF)方法,对冬春季节内的初冬(11-12月)、深冬(1-2月)、初春(3-4月)东亚大槽区域500 hPa位势高度场的季节内演变时空主模态特征进行了分析,结果发现:东亚大槽主要表现为深冬(初冬初春)向北退缩(向南加深)型和冬春一致加强(减弱)型两个主模态,分别解释了23.3%和17.2%的方差贡献。S-EOF第一模态主要表现为东亚大槽在初冬、初春向南加深(向北退缩)和在深冬向北退缩(向南加深)的季节内反位相变化特征,此时,初冬、初春阿留申低压向南增强(向北减弱),中国东南沿海以东区域降温(升温),欧亚大陆北部升温(降温);而深冬阿留申低压减弱(增强),日本南部到我国东北、华北地区升温(降温);该模态与冬季Mega-ENSO型海温存在着密切的联系。S-EOF第二模态(东亚大槽冬春一致加强(减弱)型)主要表现为东亚大槽从初冬到初春的一致性加强(减弱)特征,此时北半球大气主要受北极涛动负位相(正位相)控制,欧亚大陆中东部地区大范围降温(升温);该模态主要受到传统La Niňa(El Niňo)型海温以及印度洋海盆一致模的影响。

山东冬季降水异常及其与东亚大槽的关系

利用19612018年山东省26个代表站的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数(EOF)分解、相关分析及合成分析等方法,研究了山东冬季降水的空间分布型及其对应的大气环流特征。结果表明,山东冬季降水主要存在6种空间分布型:同多(少)型、南少(多)北多(少)型和东少(多)西多(少)型。东亚大槽是影响山东冬季降水的关键系统:当东亚大槽偏弱时,山东冬季易出现全省性降水偏多;当东亚大槽偏强且向南伸展时,山东冬季降水易出现全省性偏少;当东亚大槽偏强且乌拉尔山至贝加尔湖北侧为明显正高度距平时,山东北部尤其是半岛东北部地区降水易偏多,其他地区易偏少。东亚大槽对山东冬季降水影响存在明显的年代际变化,前期东亚大槽偏弱(强)、山东冬季降水易偏多(少)的关系在1992年以后不能成立。当东亚大槽偏强且贝加尔湖地区高度场明显偏低及我国东南沿海和西太平洋低纬地区高度场升高时,山东冬季降水也易偏多。

冬季东亚大槽异常与EINino的关系

通过对东亚大槽强度与ＥＩＮｉｎｏ事件的统计分析，揭露了在多数ＥＩＮｉｎｏ（反ＥＩＮｉｎｏ）事件的前期冬季，东亚大槽强度偏弱（偏强）的事实。对１０个ＥＩＮｉｎｏ事件的合成分析亦表明，ＥＩＮｉｎｏ前冬季东亚西太平洋中高纬地区５００ｈＰａ为显著的高度正距平。谱分析进一步指出，冬季东亚大槽强度与赤道东太平洋各季ＳＳＴ有密切的关系，它们都具有显著的３－４年周期振荡，且槽强度的变化超前于ＳＳＴ约４－８个月。

1980—2019年夏季东亚大槽减弱及其与北极海冰变化的关系

利用1979—2019年NECP/DOE(NCEP2)月平均500 hPa位势高度数据,基于各季节东亚大槽的频率分布特征,客观地确定了东亚大槽的槽区范围和东亚大槽强度指数。在此基础上,分析了夏季东亚大槽减弱与北极海冰变化的关系,结果表明:1980—2019年各季节东亚大槽强度均存在年代际减弱趋势,其中夏季减弱趋势最显著,可能与全球变暖导致的北极海冰快速融化有关。在年际尺度上,夏季东亚大槽强度减弱主要受前期夏秋季海冰的影响。当前一年夏季北极涛动为负位相时,受北极高压异常影响,海冰分布呈现格陵兰岛东部和加拿大群岛高密集度冰区海冰增加,欧亚-太平洋扇区季节性冰区海冰减少的偶极子型分布特点。在海冰反照率正反馈机制的作用下,秋季融冰区范围扩大,有利于极区的行星波1波异常信号上传至平流层。春季平流层的位势高度正异常信号在有利的行星Rossby波垂直传播条件下向南扩张并在东亚一侧下传,且一直持续到夏季,直接影响到东亚中纬度地区,使得东亚大槽减弱。

冬季东亚大槽振幅指数及其与东亚冬季地面气温的联系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料中的500 hPa位势高度数据,基于振幅定义了冬季(12-2月)东亚大槽振幅指数I_(EAT),分析了东亚大槽与东亚冬季地面气温之间的联系.结果表明,I_(EAT)能够反映东亚大槽的强度变化.1948-2018年I_(EAT)总体有微弱的增大趋势,表明东亚大槽强度增大.I_(EAT)与东亚沿岸地区的冬季气温呈显著负相关,当I_(EAT)偏大(小)时,东亚沿岸地区冬季气温偏低(高).I_(EAT)偏大的年份,地面西伯利亚高压偏强和850 hPa经向风异常偏大是东亚沿岸地区冬季地面气温异常偏低的主要原因.

冬季东亚大槽的扰动与热带对流活动的关系

东亚冬季风是北半球冬季最活跃的环境系统,它起源于西伯利亚蒙古冷高压,冬季风活动最明显的地区是中国大陆东岸和西太平洋到印度尼西亚一带.已有的研究表明。

太阳活动变化对东亚冬季气候的非对称影响及可能机制

基于1959～2013年的观测和再分析资料以及10.7 cm （2800MHz）太阳射电通量资料,本文分析了太阳活动变化与东亚冬季气候的相关关系,分析结果表明：太阳活动变化与东亚冬季大气环流有较好的相关性,且在太阳活动的强、弱时期该相关关系存在很大差异,在强太阳活动时期太阳活动变化与东亚冬季气候的联系更为显著,而在弱太阳活动时期二者之间的直接联系微弱,这表明太阳活动变化对东亚冬季气候的影响具有非对称性特征.在太阳活动较强的时期,随着太阳活动的增强,东亚中高纬对流层中层的大气环流倾向纬向型,东亚大槽减弱,850 hPa出现异常偏南风,地面上西伯利亚高压以及冬季风减弱,东亚大部分地区气温显著偏高;而在太阳活动较弱的时期,太阳活动的年际差异与东亚冬季大气环流之间几乎不存在显著联系.分析太阳活动较强和较弱时期纬向平均纬向风的差异发现,其间平流层行星波活动、热带西北太平洋海表温度的差异可能是造成这种非对称影响的重要原因.在强太阳活动时期,平流层行星波在太阳活动的异常增强年有异常的从极地向赤道的水平传播,高纬地区E-P通量（Eliassen-Palm flux）异常辐散,导致中高纬西风及北极涛动（AO）增强,同时热带西北太平洋海温异常偏冷,海陆热力差异缩小,大气环流经向度减弱,东亚冬季风偏弱.

青藏高原春季区域性极端大风频次下降成因

极端大风是一种重要的气象灾害,同时亦是一种重要的气候资源。作为“世界屋脊”的青藏高原(Qinghai-XizangPlateau,QXP)区域是全球和区域气候变化的敏感区,其极端大风事件及其气候变化背景下变化特征与机理尚未完全清楚,尤其在川藏铁路建设背景下,加深高原区域极端大风事件的科学认知可为铁路建设和运营提供科学支撑和参考。为探讨高原区域性极端大风长期变化特征及其可能原因,利用地面观测最大风速日值数据,定义了青藏高原区域性极端大风事件,在此基础上,采用趋势分析、EOF分析、合成分析等多元统计方法分析了1982-2021年高原中东部区域性极端大风事件的时空分布和变化特征、发生的环流条件及其频次减少的可能原因。分析结果表明:(1)自20世纪80年代以来,青藏高原中东部区域性极端大风事件呈显著下降趋势,以95和99百分位定义的区域性极端大风日数每10年分别下降44天和11.6天,且变化主要表现为空间一致型,主要集中在高原东北部。(2)区域性极端大风发生期间,中高纬位势高度呈“西高东低”,低纬地区呈“西低东高”的分布形势,主要特征表现为蒙古-西伯利亚高压正异常,蒙古地区气旋式环流异常,高原东北部西风异常以及蒙古地区地表温度负异常。(3)全球变化背景下,春季西伯利亚高压强度减弱、上一个冬季东亚大槽强度加强致使高原南北两侧气压梯度减小、西风急流减弱导致动量下传减弱并且伴随着气旋性环流异常减弱,以及亚洲地表温度非均匀性上升使得南北温度梯度变小。这些大尺度环流和局地热力因子的协同影响可能是高原中东部区域性极端大风事件发生频次减少的重要原因。

玉树州秋季暴雪天气分析

这是一次由东亚大槽后部西北气流引导地面冷空气南下与南支槽前西南气流共同作用造成的秋季大范围强降水天气过程,此次过程具有降水强度较大、时间较长,相态复杂等特点。过程期间,中低层受切变线影响,对应对流层高层脊控制下的弱辐散,有利于高空抽吸,提供了动力抬升条件;南支槽前西南气流打开了水汽输送通道,提供了充沛的水汽;加上地形、地面切变线提供的触发条件,三者共同促成了此次降水的出现。从数值模式和实况的对比来看,EC模式的预报,在范围和量级上更具参考性。

青藏高原东部牧区冬季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区 ( 1967— 1996年 )冬季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。探讨了北冰洋低压槽、贝加尔湖低压、东亚大槽和南支槽等欧亚大型天气系统活动对高原冬季降雪天气形势形成的作用。归纳出两种高原冬季成灾性降雪天气形成的模型。重点讨论了高原气流波动不稳定对高原波槽形成的量化指标 ,找出了若干高原低温—降雪过程预报的统计关系 。

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。

2004/2005年冬季强寒潮事件的等熵位涡分析

利用2004年12月1日—2005年2月28日的NCAR/NCEP逐日再分析资料,对2004年12月22日—2005年1月1日的强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明:这次强寒潮事件的强冷空气来自欧亚北部和北极地区的高纬平流层下部与对流层上部。在寒潮爆发前期,高位涡强冷空气传播到贝加尔湖南侧,并被来自低纬度的低位涡空气所切断,在欧亚地区形成北部低位涡(阻塞高压)南部高位涡(低涡)的偶极型环流。随着低位涡的减弱消亡,高位涡强冷空气沿高原北侧向东南方向移动,当高位涡中心移到中国东部地区,高位涡空气柱在垂直方向上强烈向下伸展,使得气柱的气旋性涡度加强,东亚大槽迅速加深,引起寒潮的爆发。进一步分析表明,高位涡中心向南、向下传播过程中,等熵面上高位涡中心附近气流在其西侧和北侧地区沿等熵面下沉,引起上述地区低层西伯利亚高压迅速发展,导致强寒潮爆发。

平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响

利用1970—2010年NCEP/NCAR再分析资料、我国160站月平均降水资料分析了平流层极涡向欧亚大陆偏移与我国冬季降水的关系。结果表明:1月极涡偏欧亚大陆强度指数与同期1月降水的显著正相关区域主要分布在我国中部大面积地区及新疆西南部的少数地区,显著负相关区域主要分布在新疆中部;相对1月而言,与后期2月显著正相关区域仍然主要分布在我国的中部地区但向西北方向延伸,使得华中北部、华北南部相对减少,而华北西部、西北东部等地区增大。对流层环流形势显示出在欧亚型强极涡年的1月,东亚冬季风和东亚大槽异常减弱,我国内陆中东部东南风距平显著,而贝加尔湖北部北风距平显著,南下的冷空气与暖湿气流交汇地区较常年偏北,同时我国中部地区低层水汽向上传播也明显增强,存在显著的水汽强辐合中心。

中国冬季极端低温事件的多尺度特征

利用1961—2010年中国487站逐日气温资料,以35°N为界分北方区域和南方区域研究中国冬季极端低温事件的多尺度变化特征。研究表明:南、北方区域极端低温站点发生率呈现出准双周的气候季节内振荡,南、北方区域冬季极端低温频数和强度的长期变化一致,均呈减小趋势,频数和强度的趋势变化分别为-0.247d/10a(北方)、-0.352d/10a(南方)和-0.332℃/10a(北方)、-0.467℃/10a(南方),南方区域减小更迅速。北方区域极端低温频数和强度的年际和年代际变化信号强度相当,南方区域则以年际变化为主。进一步研究表明,当极端低温频数的线性趋势由正值变为负值,相应的大气环流由北极涛动负位相变为正位相。对年际变化分量(<8a),北方区域极端低温事件偏多时,海平面气压场表现为2波的定常波结构,西伯利亚高压和阿留申低压增强,对流层中层贝加尔湖槽加强;南方区域极端低温事件偏多时,海平面气压表现为偶极子型的1波结构,欧亚大陆和大西洋为正距平,北美大陆和太平洋为负距平,对流层中层东亚大槽加强南伸。对年代际变化分量(≥8a),大气环流形势都表现为北极涛动负位相,南方区域不显著。

冬季欧亚大陆热力变化特征及其与大气环流变化的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了冬季欧亚大陆热力变化的空间分布特征和变化规律,发现欧亚大陆南北区域地面气温变化无论在年代际还是年际尺度上均有明显的反相特征,特别在16 a以上时间尺度的反相变化有明显锁相的趋势。通过定义一个欧亚大陆热力差异(Land Thermal Contrast,LTC)指数,进一步探讨了LTC指数变化与大气环流异常的关系,发现当欧亚大陆处于地面气温北冷(暖)南暖(冷)的正(负)位相年时,有利于500 h Pa中纬度西风加强(减弱)、东亚大槽位置偏西(东)偏强(弱)、低纬度南支西风槽偏弱(强)。

东北地区春季气温异常环流背景分析

利用东北地区99个测站近40年(1960～2000年)的春季3～5月气温资料与同期全球范围的温度场、高度场、风场资料,分析了东北地区春季冷、暖年的大气环流异常及要素场的空间分布特征。结果表明:冷春年,东北地区处于高度场的负距平中心,中层以上高纬地区有阻高或暖脊维持;东亚大槽指数的高值年对应东北高温,而低值年则对应东北低温;冷、暖春年的温度场的垂直分布十分深厚,冷春年东北地区主要受偏北气流影响,从地面到对流层顶均处于温度负距平中心内,纬向风在东北地区呈正距平分布,西风带势力较强,暖春年则相反。