与北极涛动或北半球环状模相关的纬向对称的正规模态

作为一个全球气候变率的重要模态,北极涛动或北半球环状模态(AO/NAM)一般由北半球海平面气压变率的EOF1来表示。但是通常认为EOF1仅有统计学意义而并不能够表明它是否是一种实际的物理模态。另一方面,现有的波-流相互作用理论也仅能给出纬向风的纬向平均状况,而不能够保证沿着某一纬圈的变化,所以它并不意味着一个具有半球尺度的纬向对称的相干结构能够组织起来。因此AO/NAM的形成机制仍然是一个具有争议的问题。文章提出纬向对称的或环状的正规模态与基本气候态附近的线性(进而非线性)动力学之间有着最直接的联系,因而可能在AO/NAM动力学的理解中扮演重要角色。为了深入探讨AO/NAM的动力学本质,使用p-坐标球面原始方程计算了冬季北半球及全球气候基本态附近的线性动力系统纬向对称的正规模态,发现在半球尺度上的纬向对称正规模态具有AO/NAM的经向偶极子及垂直方向近似正压的空间结构特征。而这些纬向对称正规模的时间变化尺度取决于与其他非纬向对称正规模间的相互作用。从而说明了AO/NAM可能是半球尺度上纬向对称正规模态的动力学行为的反映。

北极涛动主模态下北极冷空气的优势路径和影响地区的研究

本文以拉格朗日观点分析北极涛动(Arctic Oscillation,AO),也被称为北半球环状模(Northern Hemisphere Annular Mode,NAM)的指数异常事件中北极近地面冷气团的活动路径,直接地表现出了异常事件中冷气团运动的优势路径,从而反映出AO/NAM对地面气温的直接调控作用.在正AO/NAM指数异常事件中,极区近地面冷气团活动轨迹以纬向环流为主,表现为环绕北半球中高纬地区的冷气团活动轨迹特征明显.而在负AO/NAM指数异常事件中,极区冷气团以反气旋式轨迹流出极区后,流入中纬度海洋上的低气压区,这种由极区向中纬度地区流动的经向运动轨迹特点显著.并且在指数下降的中后期出现两种强烈影响欧亚大陆的运动轨迹.正负事件中冷气团运动轨迹很好地解释了传统公认的AO/NAM对北半球不同地区冬季气温的影响.特别是对中国冬季气温的影响上,正AO/NAM指数异常事件中的中低层冷气团活动有利于南支槽加深,进而为南方地区冰冻雨雪天气提供了有利条件;而负事件中的极地近地面冷气团可直接影响东北地区,形成寒潮降温天气.

平流层NAM异常事件与东北亚地面温度的关系

对再分析资料的合成分析表明,10 h Pa北半球环状模（NAM）指数和东北亚地区地面温度（SAT）存在显著的后滞相关关系。正/负位相平流层NAM异常事件往往伴随着东北亚地区正/负异常地面温度变化。负位相NAM指数超前东北亚地面温度异常20～40天,正位相NAM指数超前约20天。定义了有效平流层极端事件（ESE）,并研究了不同标准下平流层NAM异常能够传到对流层的比例。研究表明,NAM异常下传的比例随定义标准的提高而增加。研究结果显示,平流层大气环流异常在一定程度上能够作为先兆因子来延长中国北方冬季对流层天气预报。

近50年中国大陆冬季气温和区域环流的年代际变化研究

利用中国大陆468个站点1960～2013年逐日气温资料,本文首先对中国冬季气温的年代际变化特征进行分析。通过气候跃变检验分析发现,中国冬季气温在整体变暖的趋势上叠加有年代际波动,可划分为冷期、暖期和停滞期三个时期。本文对比三个时期的冬季大气环流发现,冷/停滞期(暖)期西风环流减弱(增强)而东亚大槽增强(浅薄),槽后的辐合下沉增强(削弱),西伯利亚高压增强(减弱),这加强(削弱)了东亚冬季风,冷空气更多(少)侵入中国大陆地区,冬季气温偏低(高)。北半球环状模/北极涛动(Northern Hemisphere Annular Mode,NAM/Arctic Oscillation,AO)正是通过东亚冬季风系统对中国冬季气温,尤其是冬季最低气温有很强的年代际影响。太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)与中国冬季气温在年代际上也有很好的正相关关系。进一步将PDO的年代际变化分量作为背景,分析NAM/AO和厄尔尼诺—南方涛动(El Nino Southern Oscillation,ENSO)不同配置下的东亚冬季风环流场可以发现,两者的配置作用不仅影响着中国冬季气温一致变化型的年代际波动,而且也可以影响到冬季气温南北反相振荡型的变化,这从一个方面解释了1980年代和1990年代北方变暖较强及最近十年北方降温趋势较为明显的原因。