平流层NAM异常对乌拉尔山阻塞高压的影响

使用NCEP/NCAR再分析资料,对53年(1958—2010年)冬季的平流层北半球环状模(NAM)正、负异常下传期间乌拉尔山阻塞高压的活动特征分别进行合成分析。结果表明,在平流层NAM负异常下传期间,阻塞高压事件的发生频次更高,生命期更长,并且在空间上发展得更加深厚。阻塞高压崩溃之后,冷空气主体偏北,所造成的我国北方地区降温也更强。通过对E-P通量分析发现,在NAM负异常下传期间,乌拉尔山区域的波动更容易向上传播,更有助于对流层乌拉尔山阻塞高压的维持和发展。这些结果对利用平流层环流异常信号预测我国北方冬季短期气候变率,尤其是寒潮天气有重要意义。

乌拉尔山阻塞高压和西伯利亚高压协同作用与东亚冬季风之间的联系

利用1948-2016年美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)逐日再分析资料,选取乌拉尔山阻塞高压二维指数(UBI)、西伯利亚高压指数(SHI)和东亚冬季风综合指数(EAWMII),定量化的验证了乌拉尔山阻塞高压(UB)和西伯利亚高压(SH)发生的年代际变化特征,分析了该变化对东亚冬季风(EAWM)产生的影响.结果表明,冬季UBI、SHI和EAWMII两两之间呈显著相关.其中UBI与SHI之间30 a滑动相关除1988年以后UB和SH两者联系增强外,UBI、SHI和EAWMII的Mann-Kendall突变检验也表明,3者均出现了两次气候突变,第1次突变分别发生在1950-1960年、1960-1970年、1970-1980年;第2次突变发生在2000-2010年,但第2次突变可能不真.采用回归分析方法,研究了UB与EAWM年代际变化的影响,发现在UBI强的年份各要素场距平值对UBI的回归比UBI弱的年份更加明显;在UBI强的两个时段(1948-1985年,2001-2016年)各要素场距平回归值有所差异,后者呈现更加显著的变化,说明2000年以后UBI和EAWMII的相关性增加导致UB对EAWM的影响程度逐渐增强.利用合成分析验证了UB和SH协同作用与EAWM之间的联系.UBI高与SH强的年份,当东亚冬季表面温度呈现负异常时,在位势高度降低的同时,东亚大槽加深增强,中纬度300 hPa高空西风急流增强,有利于形成寒潮天气.在UBI低与SH弱的年份,各要素异常分布情况与上述基本相反.单一的UB和SH变化对东亚冬季各要素场虽然都有一定影响,两者的共同作用对东亚冬季表面温度、500 hP位势高度和300 hPa高空风场的影响更为显著.

2023年麦收期河南省连阴雨的气候特征和可能成因

2023年麦收期河南省出现了罕见的连阴雨天气,降水和阴雨日数异常偏多,分别为自1961年以来的历史第五位和第二位。分析连阴雨的可能气候成因,主要结论如下:(1)造成连阴雨的环流形势为欧亚中高纬度西高东低,乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,东北冷涡活跃,冷空气能持续南下,西太平洋副热带高压(以下简称副高)偏北、偏强且异常偏西,来自副高西北侧边缘的暖湿气流和冷空气在河南省交汇。(2)副高偏强、偏北、偏西是由偏强、偏北、偏大、偏东的南亚高压和偏强、偏北的东亚副热带西风急流(以下简称西风急流)的引导所致,而东南亚对流层中高层的暖中心偏大、偏北和偏东且呈东西向带状分布,使南亚高压形成了上述的特征。暖中心和东北冷涡的共同作用,使东亚中高层的气温梯度增大,进而加强了西风急流。(3)2023年前期的La Ni1a事件有利于麦收期副高偏北,但不利于副高偏强和明显偏西。麦收期由于台风扰动由泰国湾至菲律宾群岛以东的热带西太平洋对流活跃释放的凝结潜热较多,以及麦收期前期的春季和麦收期伊朗高原至青藏高原的地面感热和潜热较强,使暖中心形成了上述的特征,进而决定了南亚高压和副高的特征。(4)2023年麦收期北大西洋海温偏高,以及北大西洋三极子为负位相,导致了乌拉尔山高压脊持续发展并出现阶段性阻塞,麦收期前期的春季和麦收期伏尔加河至贝加尔湖西北侧地面感热和潜热偏强,而下游贝加尔湖东南侧至鄂霍次克海地面感热和潜热偏弱一定程度上导致上述两区域分别出现了大范围的位势高度正距平和负距平。

云南2022年2月19—24日的极端冷事件分析

2022年2月19—24日受强冷空气影响,云南全省发生了一次极端冷事件,该事件降温强度大、影响范围广、持续时间长。利用云南124个站气象观测资料、NCEP/NCAR和ERA5大气环流再分析资料,分析了此次冷事件的极端性特征及其过程期间高低层大气环流异常的演变特征。结果表明:此次冷事件的极端性较强,是云南省近10年第二强的区域性寒潮天气过程,全省有69个站达到中等以上强度寒潮标准,有10个站日平均气温达到或突破2月最低纪录。过程期间雨雪天气突出,过程累计降水接近2月常年,单日降雪范围为近20年以来最大。影响此次冷事件的因子极其复杂,冷空气活动与乌拉尔山高压脊、东亚槽、亚洲高空西风急流、西伯利亚高压等大气环流系统的加强演变密切联系,并与起源于北大西洋地区的副热带异常波列的东传有关,该异常波列对于青藏高原地区波能量的向南频散和冷空气的南下有十分重要的引导作用,并对南支槽前的西南水汽输送加强有一定影响;同时,热带地区的对流活动也对东亚地区冷空气的加强南下有一定影响。过程期间,冷空气沿东北路径南下影响云南,云南区域冷暖空气的交汇作用十分显著,导致过程期间出现明显低温雨雪。

北极海冰融化与东亚春季降水量的联系

本文利用NCEP/NCAR等再分析资料和CAM5.4数值模式,研究了春季北极海冰融化面积对东亚降水量的影响及其可能的物理机制。观测和数值模拟结果均显示,与春季海冰融化相关的东亚地区降水量呈现明显增加的趋势,且异常中心位于中国南部-日本地区。500 hPa位势高度场表现为“-+-+”型波列结构,其中乌拉尔山和日本及其附近海洋上空为异常高压脊区,欧洲西部和贝加尔湖地区则为异常高空槽所控制。高融化面积年常伴随着极地西风急流增强,中纬度纬向西风减弱,有利于乌拉尔山地区反气旋性环流异常的维持和增强,进而触发乌拉尔山地区到西北太平洋地区的异常波列,引起贝加尔湖地区位势高度降低,东亚槽加深,受异常偏北气流的影响,南下冷空气活动频繁。日本及其附近的海洋上空位势高度增加,在异常偏东南气流的作用下,将西北太平洋地区的暖湿空气带到东亚地区。中国南部地区出现西风异常,引起东亚副热带急流增强,配合低空辐合高空辐散的大气异常环流,局地对流增强,导致东亚地区春季降水量增加。

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。

1970-2019年中国大陆地区寒潮年代际变化及大气环流成因

利用中国中央气象台的寒潮过程统计资料及NCEP/NCAR再分析资料,根据1970-2019年寒潮的气候特征,探究春季寒潮的年代际变化特征及其大气环流成因.结果表明,1970-2019年寒潮事件发生频次整体呈下降趋势,但自1990s开始出现转折,寒潮频次开始呈波动上升趋势.1990s后春季寒潮事件持续时间延长近0.8 d,寒潮期间主要降温区域偏西、偏南.对比1990s前后春季寒潮期间的大气环流形势,1990s后春季寒潮事件过程中,东亚地区极涡的位置偏西,500 hPa上乌拉尔山高压脊位置偏东、偏北且消失时间偏晚4 d,东亚大槽偏强且位置偏东,西伯利亚冷高压偏强、偏西.利用定量化指数研究发现,1990s后东亚大槽减弱消失时间延后2 d,地面西伯利亚冷高压衰亡时间延后2 d,且中心位置经度偏西约7°.大气环流的高低空异常配置可以解释1990 s前后中国大陆春季寒潮强度变强、持续期变长和影响范围偏西、偏南的年代际变化.

2020/2021年冬季中国气候冷暖转折成因分析

2020/2021年冬季,我国气候"前冬冷干、后冬暖湿"特征明显,冷、暖两个阶段气温振幅极大,多地观测气温分别打破了建站以来的最低、最高纪录。前冬(2020年12月1日至2021年1月10日),全国大部地区气温偏低、降水偏少,而后冬(2021年1月13日至2月28日),全国大部地区转入明显偏暖期,且2月上旬开始我国北方地区降水增多,暖湿特征明显。分析发现,乌拉尔山阻塞高压、西伯利亚高压和东亚冬季风强度、极地冷空气主体位置以及西北太平洋副热带高压的强度和位置等均发生了转折性变化,这是导致我国冬季气候由冷干转为暖湿的直接原因。进一步分析表明:La Nina事件配合北极冰偏少和北大西洋中纬度暖流,符合启动前冬"暖北极、冷欧亚"效应的条件,导致前冬欧亚中高纬经向环流偏强、乌拉尔山阻塞高压发展、及西伯利亚高压和东亚冬季风偏强,致使我国出现干冷型气候;而后冬,北极平流层发生爆发性增温事件,导致北极涛动持续负位相,极涡主体偏向西半球,但同时乌拉尔山阻塞高压崩溃,东亚冬季风转弱,我国大范围回暖增温。

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高(低)时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱(强),西伯利亚高压偏弱(强),导致贝加尔湖以南大部地区受正(负)高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬(经)向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高(低)。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。

2008与1969年冬季持续性雨雪过程对比分析

利用安徽省降水量资料和NCEP资料对1969年与2008年冬季两次超过半月的持续性雨雪过程进行分析。结果发现:强降水过程之前都有一次阻塞高压较明显增强过程,而强雨雪过程则始于阻塞形势减弱期,当乌拉尔山阻高指数锐减到谷值前后的1～2天,同时伴有偏强的西南气流,会有一次较为明显的降水增强的过程。500hPa环流形势2008年为经向型,冷暖空气均较强,持续性雨雪期间有4次强雨雪天气过程;而1969年环流较为平直,雨雪天气持续较长,但基本无强雨雪过程。通过准双周振荡分析发现1969年持续性雨雪期间的水汽源地主要为南海,2008年水汽则同时来源于南海和孟加拉湾。

辽宁省两次区域性暴雪过程的对比分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对辽宁省2009年2月12～13日和2010年3月14～15日2次区域性暴雪过程的环流特征和物理量场进行对比分析。结果表明,冬季乌拉尔山阻高的稳定维持,有利于中纬度高空槽的生成,它的东移与辽宁降雪密切相关;2次过程在50°～60°N建立的低涡以及东北西南向的大槽是产生辽宁区域性暴雪的主要影响系统。物理量场如螺旋度、涡度、温度平流和水汽通量散度等为暴雪落区和持续时间的预报有很好的指示意义。

2012年1月浙江低温连阴雨的背景场与成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料与NOAA资料,分析了2012年1月浙江低温连阴雨雪天气的背景场与相关成因。结果表明:大尺度环流异常是本次低温连阴雨天气的主要背景场:北极涛动较弱且在1月中下旬出现转折;乌拉尔山高压脊偏强并向极地伸展;西太平洋副热带高压较常年偏西偏强,保证冷暖空气在浙江上空交汇从而导致低温连阴雨的发生;中低层水汽通量场对连阴雨有较好的指示作用;低空能量锋区的变化与连阴雨过程也是基本同步的。拉尼娜事件的发展对我国冬季低温有显著的前期效应;北太平洋海温持续偏高有利于东亚冬季风偏强。

Maintenance and development of the Ural high and its contribution to severe cold wave activities in winter 2020/21

2020年底至2021年初,连续两次强寒潮入侵中国东部地区,导致大范围强降温.本文研究这两次寒潮的特征和形成机理.主要结果如下:从2020年12月中旬到2021年1月中旬,乌拉尔山地区维持一宽阔的高压脊.脊前北风的维持和加强导致局地斜压性增加,导致下游横槽槽底等高线梯度加大,冷平流加强,西伯利亚高压加强和向南扩张.准定常波能量传播是乌拉尔山阻塞发展和持续的主要原因.

2014年4月北疆一次寒潮天气过程的诊断分析

本文选取2014年4月22日至24日北疆寒潮天气过程,利用常规和非常规实况观测资料、NCEP/NCAR分辨率为1˚ ×1˚的fnl再分析数据集,对该过程做天气诊断分析。结果发现,冷空气在西西伯利亚上空堆积增强,乌拉尔山高压脊强烈发展并缓慢东移南压,导致西伯利亚低涡不断分裂,分成南北两支,北支在50˚N以北缓慢东移,南支南压,将在蒙新高地发展成切断低涡,低涡槽后偏北气流引导冷空气向南爆发,造成北疆地区的强寒潮天气。此次过程中的强冷平流是短时间内造成大幅降温的主要原因。

2017年11月27日至29日寒潮技术总结

分析2017年11月27日至29日寒潮过程,结果得出:此次寒潮过程因前期受强暖平流影响26~27日11个乡镇全部升温,后期受冷涡底部横槽转竖东移南下带来的冷空气影响27~29日48 h降温,6个乡镇达到寒潮标准。

2008年1月河南低温雨雪天气的中期环流特征

利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2008年1月中下旬河南省出现的低温雨雪天气的特征、大尺度环流形势以及高低层大气的状态进行分析。结果表明:2008年1月西太平洋副热带高压异常偏强偏北,有利于西南暖湿气流沿副高边缘向北输送,影响河南;东亚地区500 hPa高度距平东西部差距显著,标志着亚洲中纬度地区槽脊加强,环流经向度加大;东亚有较强冷空气活动,东亚从3-6候850 hPa明显的经向风负距平,也反映该时段冷空气活动较强。分析结果还显示,河南省冬季的持续低温雨雪天气与乌拉尔山阻塞高压的建立和维持有紧密联系:从乌拉尔山阻高的建立、维持到河南省低温雨雪天气的开始,从乌拉尔山阻高的崩溃到河南省雨雪天气的结束,中间的时间间隔约为5-10天。因此,乌拉尔山阻高的建立、维持和崩溃,对河南省低温雨雪天气的开始和结束有一定的指示意义。

1978-2017年秋季北极海冰对中国大陆地区冬季极端低温事件的影响

利用1978-2017年英国Hadley中心的海冰密集度资料、中国地面站点观测资料及欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析资料,结合天气系统定量化表征指数,分析北极放大效应背景下前期秋季海冰变化对冬季中国大陆地区极端低温发生的影响及可能的机制.结果表明,在极地放大效应的背景下,当前期秋季巴伦支海-喀拉海和拉普捷夫海北部-东西伯利亚海东部-楚科奇海海域的海冰偏少时,中国大陆地区极端低温形势加剧,华南地区极端低温频次显著增多,北方地区低温强度明显增强.相对于海冰高值年,海冰低值年西伯利亚冷高压控制范围扩张且强度增强,西伯利亚高压指数由-0.48增至0.50;850 hPa风场上中国以北区域的偏北风增强,东亚冬季风综合指数由-0.56增至0.72;乌拉尔山地区阻塞形势更明显,瞬时阻塞比高值年高6 d.动力诊断分析显示, 500 hPa等压面上乌拉尔山阻塞关键区和北大西洋区存在相对涡度的显著负异常、中高纬度经向温度梯度异常高值中心和Rossby波作用通量扰动异常,能够解释在极地放大效应背景下,北极海冰减少时,有利于乌拉尔山阻塞高压的建立、发展以及与极地高压的合并,使得入侵中国大陆地区的极地冷空气增强,极端低温事件增多、增强.