东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明:近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。

1961~2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961~2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2~4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2~4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2~4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。

两类春季极端低温的年代际特征与欧亚环流异常关系对比

利用中国北方501个观测站温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,并对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端降温的大气环流异常特征进行对比。结果表明,21世纪极端降温的环流形势从北大西洋至欧亚大陆呈"准两波型"的结构,波长较长,稳定性较好,低温持续时间长,并且在中高纬度存在明显的波列结构;而20世纪80年代前后极端低温环流形势呈"三波型"结构,波长较短,稳定性较差,低温持续时间较短,且在中高纬度波列结构不明显。北大西洋海温在1997年有明显的转折。1997年以前格陵兰岛南面附近的北大西洋洋面能量向东频散,通过西西伯利亚关键区,激发欧亚型EU波列,加强了气旋式异常环流,有利于低温的维持和发展。可能是存在两个能量频散源地的原因,使得80年代的EU波列波长较21世纪偏短。而1997年以后格陵兰岛以东洋面为关键强迫源,能量向东频散,有利于EU的加强,贝加尔湖西南部槽加强,形成气旋式异常中心,有利于低温的维持。格陵兰岛东侧海温异常热力强迫,可激发出EU型遥相关,在其下游的欧洲大陆形成暖脊,脊向北加强,然后收缩与鄂霍茨克海高压脊直接形成大槽,致使华北地区上空气旋式异常加强,环流易稳定维持,从而使得华北地区温度加剧下降,易发生极端低温事件。该结果反映了华北地区极端低温的年代际特征及其两类极端低温环流形势异常的部分成因,从而为预测极端低温事件提取某些信号。