1983–2022年南极夏季海冰区反照率的反转变化特征分析

海冰区反照率会影响辐射收支平衡,对全球气候变化有着重要影响。利用遥感反演的反照率数据产品分析了1983–2022年南极及其6个海域夏季海冰区反照率的时空变化,探讨了海冰密集度、气温和大气环流与海冰区反照率的关系。结果表明,卫星反演的南极夏季海冰区反照率与实测反照率结果一致。西威德尔海海冰区多年平均反照率最高(0.61),罗斯海最低(0.45)。南极夏季海冰区反照率经历了先上升(1983–2015年)后快速下降(2015–2022年)的变化。除了别林斯高晋海–阿蒙森海海冰区反照率前后两个时段均下降外,其余5个海域和南极一样出现了变化趋势的反转。南极海冰区反照率与海冰密集度显著正相关,而与气温显著负相关。1983–2015年夏季气温降低,海冰消融减弱,海冰密集度微弱上升(0.03%/a),海冰面积平均每10年增加2.07×10^(5)km^(2),导致反射的太阳辐射增多,反照率也微弱上升。2015–2022年夏季气温升高,海冰消融加剧,冰间水道和开阔水域增多,海冰密集度下降,海冰区吸收更多的太阳辐射,造成反射辐射减小,因而海冰区反照率快速下降。此外,南极环状模也是影响罗斯海和威德尔海海冰区反照率变化的因素之一。

CMIP6模式中的中国冬季气温主要区域空间模态及与观测的对比分析

利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的全球气候模式历史模拟试验资料,通过旋转经验正交函数分析得到了CMIP6模式中的我国冬季气温变化主要的区域空间模态。结果表明:CMIP6多模式集合平均中我国冬季气温有4个主要的区域空间模态,分别为中原—西北型,华南型,东北型以及滇藏型。其中,东北型与滇藏型是较为稳定的空间模态,在所选CMIP6模式及观测资料中都稳定存在,这也是前人研究中一致性较高的模态。而我国新疆、西北、华中及华南地区的冬季气温在空间分型上存在分歧,这些地区的分型在以往研究中的一致性也较差。华南型在所选CMIP6模式内是一致存在的模态,中原—西北型在模式内部的差异性较大。在近40 a观测资料中,新疆及西北到我国南方为统一的空间分型,在CMIP6多模式集合平均的结果中新疆及西北地区气温空间分布与我国中原地区的联系更为紧密。CMIP6模式能较好地模拟出与低温空间分布有直接联系的对流层中层的槽的位置,当CMIP6模式和观测中的冬季气温都表现为同一个空间模态时,该模态所对应的对流层中层的主要环流系统在观测和CMIP6模式中也是一致的。

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数(EOF,empirical orthogonal function)分解和依赖于季节的EOF(SEOF,season-reliant EOF)分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖(冷)或北冷(暖)南暖(冷)的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态(SEOFl)为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖(冷)时后冬亦全国一致偏暖(冷),该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态(SEOF2)表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷(暖)而后冬全国一致偏暖(冷),该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。

我国冬季气温的年际变化及其与大气环流和海温异常的关系

利用我国160个台站49个冬季（1951／1952-1999／2000年）的气温资料和NCEP／NCAR再分析资料，通过波谱分析的方法提取变量的年际变化分量（周期小于8年部分）进行分析，结果发现：在年际变化的时间尺度上，我国冬季气温表现为全国一致变化型（EOF1）和南北反相变化型（EOF2）两个主要模态，并可以解释总方差60％以上的变化。进一步分析表明，在年际变化尺度上，与气温全国一致变化型相联系的大气环流表现出海陆气压差的改变以及与此相关的东亚大槽强度的变化和东亚高空急流位置的南北移动；赤道中东太平洋的异常海温对这一模态的出现有一定的预示意义，而中国近海的海温则更多的是被动地随气温改变。与南北反相变化型相联系的大气环流表现出显著的北极涛动特征，这一模态的出现会使得次年春季的西北太平洋海温呈现以30°N为界南北反相变化的形态；而北太平洋的海温异常可能对这一模态的形成有一定的作用。这两个模态的空间分布虽然与年代际尺度上的分布非常相似，但它们的相对强弱和对应的环流却有很大的差异。分析显示，全国一致变化型可能更多地表现出年代际变化的特征，而南北反相变化型更多地表现出年际变化的特征；结果还表明，我国冬季气温的变化在不同的时间尺度上是受不同因子影响的。因此，在研究我国冬季气温变化时，将不同的时间尺度分开考虑是十分必要的。

近50年来我国东、西部地面气温和降水变化对比的初步分析

利用1951—2003年我国160个气象站月平均地面气温和降水资料,分析了我国东、西部气温和降水变化趋势的异同,并讨论了其可能原因。结果表明:我国东、西部地区年、季平均气温变化有较好的一致性,降水变化则有一定差异。近50年来,我国东、西部年平均气温均呈升温趋势,降水从1950年代开始减少,至1990年代又增加。东部年平均气温的增暖趋势大于西部,降水受大气环流影响较大。

江苏冬季气温的年代际变化及其背景场分析

利用1961—2000年江苏省60个台站的月平均气温资料,分析了江苏冬季(12月至次年2月)气温的异常空间分布特征;在此基础上,研究了江苏冬季气温的年代际变化及其对应的大气环流和SST异常的背景场特征;最后,初步探讨了江苏冬季气温的年代际异常与全球气温变化之间的可能联系。结果表明:(1)江苏冬季气温异常表现出整体偏冷或偏暖的趋势;(2)近40a,江苏冬季气温的异常变化具有显著的年代际变化特征,其中1961—1985年为偏冷期,而1986—1999年为偏暖期;(3)江苏冬季冷、暖期的大气环流、SSTA背景场存在显著的差异;东亚冬季风及江苏冬季气温的年代际异常与SSTA的年代际背景有着十分密切的联系。(4)在年代际尺度上,江苏冬季气温的异常变化与全球气温的异常变化具有较好的一致性,尤其是1980年代中期以来的异常升温与全球气温的明显增暖是同步的,可以认为江苏冬季气温的年代际变化主要体现为对全球增暖的响应。

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。

我国西北地区冬季平均气温的气候特征

本文对我国西北五省（区）１３５个测站、１９６０－１９９０（代表站１９５１—１９９０）年冬季（１２－２月）平均气温资料用主成分分析等方法就西北区冬季气温的变化进行了分析研究。结果表明：西北地区冬季平均气温变化在空间上具有很好的一致性，但也存在由于地理位置、地形、冷空气入侵路径等的不同而引起气温变化在空间分布上的差异。分析认为，３０－４０年来西北地区冬季气温总趋势是在波动中逐渐变暖的。６０年代最低，７０年代较６０年代升高０．４℃，８０年代较７０年代升高０．６℃，较６０年代升高１．０℃，冬暖趋势明显。青藏高原及个别高山站冬季气温变化趋势与上述情况有所不同，特别是８０年代气温下降明显，表现为冬冷。西北区冬季气温年际变化具有８年周期。

2006年夏季晴天祁连山七一冰川消融与气温日变化的关系

2006年夏季祁连山七一冰川野外观测资料表明:夏季晴天冰川消融区上的气温日变化过程存在滞后于消融强度日变化过程的现象,最大值相位差约4 h.辐射平衡在消融热量总收入中权重最大,控制着消融强度的日变化过程;同时,冰川区气温则受到局地环流的强烈影响,消融区空气同周围非冰川区上的暖气流进行的水平热交换以及下垫面性状共同决定了消融区气温的日变化.

1951—2008年东北地区冬季气温变化及环流场特征

利用1951—2008年中国东北地区气温资料和NCEP高度场再分析资料,通过线性趋势分析和M-K检验方法,对东北地区冬季气温变化进行研究。结果表明:东北地区冬季变暖的时间是从20世纪80年代中期开始,突变年为1986年;冬季气温最暖年代出现在21世纪初;东北三省冬季累年气温变化趋势倾向基本是纬度越高气温趋势倾向值越大,特别是在1999—2008年黑龙江省冬季气温趋势倾向增温最显著。而在年气温变化趋势中,东北三省平均趋势倾向值没有冬季趋势倾向值大,其中吉林省气温趋势值最大。冷、暖冬年500 hPa高度距平场分布为冷冬负距平中心位于中国东北地区中部;暖冬年正距平中心位于贝加尔湖到中国东北地区中北部。低空冷冬年,东北地区受西北风、西风和东北风控制,冷空气势力强;暖冬年,东北地区仅受西北风影响,冷空气势力弱。

东亚冬季风对中国东北冬季气温变化的影响

利用国家气象信息中心气温数据集1961~2011年中国东北地区资料及NCEP/NCAR再分析资料,对东亚冬季风与东北冬季气温变化特征的对比分析表明:从20世纪90年代起,东北冬季异常冷、暖事件明显增多,冬季风异常强、弱事件也相对增多;1986年前后东北冬季气温发生增暖性气候突变,冬季风同时进入转弱阶段;冬季风在2004年进入偏强阶段,东北冬季气温在2009~2011年出现转入低温阶段迹象。冬季风通过影响200hPa东亚急流,500hPa东亚大槽、乌拉尔高压,850hPa风场,地面西伯利亚高压等的异常导致东北冬季气温的年际和年代际异常。

我国冬季降水年际变化的主模态分析

利用我国160站的观测资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国气象局哈德莱中心的海表面温度(SST)资料,分析了我国冬季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常和海温异常。结果表明,在年际变化的时间尺度上,我国冬季降水主要表现为长江以南地区降水量的一致变化(EOF1)和华南、西南地区与新疆北部、华北和长江中下游地区降水反位相振荡的变化(EOF2)两个主模态,它们分别可以解释年际变化总方差的49.6%和17.3%,并具有显著的2～4年周期。此外,这两个模态也有明显的年代际信号,EOF1表现为20世纪80年代中期以前南方地区冬季降水偏少,1988年之后转为偏多,而进入21世纪后逐渐接近历史平均值并有再次转为偏少的趋势,而EOF2表现为1980年至2005年新疆北部和长江中下游地区的冬季降水出现年代际增多,而华南地区的冬季降水出现年代际减少。进一步通过回归分析表明,我国冬季降水年际变化的EOF1与EN-SO循环以及东亚冬季风强度的变化有密切的关系,当ENSO处于其暖(冷)位相的冬季时,东亚冬季风系统偏弱(强),来自孟加拉湾和南海的异常水汽输送在我国南方地区形成辐合(辐散),从而有利于该地区降水异常偏多(少)。与我国冬季降水年际变化EOF2相联系的环流表现为欧亚大陆上空具有相当正压结构的一个波列,该波列对应于东亚沿岸的异常北(南)风,进而引起长江中下游地区水汽辐散(辐合)和华南地区水汽辐合(辐散),有利于南正(负)北负(正)的降水异常分布。赤道中东太平洋和北大西洋挪威海地区的SST异常分别与这两个模态具有紧密的联系,并对这两个模态具有一定的潜在预报意义。

我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景

利用中国气象局国家气象信息中心1961—2011年我国东北地区72个气象站月平均气温资料及NCEP/NCAR月平均海平面气压、500 hPa高度场及200 hPa与850 hPa风场再分析资料,对东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列经去除线性趋势处理后的变化特征进行对比分析。结果表明:去除线性趋势后,东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温序列的相关系数为-0.69,较原始序列更为显著;两者变化的阶段性较为同步,我国东北地区冬季气温于2004年已转入低温阶段,这与东亚冬季风同时转为偏强阶段关系密切;两者均存在20年左右的长周期,同样存在相近的阶段性短周期;我国东北地区冬季气温的增温变化趋势在1986年前后的增暖性气候突变中起重要作用。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温年代际信号的相关系数达-0.86,较原始序列年代际相关更为显著;两者的年代际变化存在21.5年左右的共同准周期。东亚冬季风强度与我国东北地区冬季气温的年际变化序列存在4年左右的共同准周期。我国东北地区冬季气温的年际和年代际异常存在与东亚冬季风相关联的200 hPa东亚急流、500 hPa东亚大槽、乌拉尔高压、850 hPa风场、地面西伯利亚高压等的异常背景。

东亚冬季气温的年际变化特征及其与海温和海冰异常的关系

通过谐波分析的方法,对东亚31个冬季(1980—2010年)的气温提取年际变化分量(周期小于8a部分)进行EOF分析。结果发现:在年际变化的时间尺度上,东亚冬季气温表现为高纬模态和低纬模态2个主要模态,它们一起可以解释总方差73%的变化。进一步分析表明,在年际变化尺度上,与气温变化的高纬模态相联系的大气环流表现为显著的北极涛动(AO)负位相分布,海平面气压场上西伯利亚高压和阿留申低压北移,对流层中层东亚大槽西移,高层西风急流向西北方向移动;副热带北太平洋和阿拉斯加湾的海表面温度(SST)变化呈偶极子振荡分布,这种准两年的周期振荡对这一模态的出现有一定的预示意义。而与气温变化的低纬模态相联系的大气环流表现为类AO正位相分布,与之相关的西伯利亚高压和阿留申低压南移,对流层中层东亚大槽东移,高层的西风急流则是向东南方向移动;赤道东太平洋的SST异常可能对这一模态的形成有一定的作用,而东亚近海的SST则更多是被动地改变。此外,海冰异常变化与东亚冬季气温变化的联系主要体现在:在前夏和前秋,东西伯利亚海-波弗特海海冰异常减少(增加)对应着随后东亚冬季气温变化的高纬模态(低纬模态),而冬季东亚气温变化的高纬模态(低纬模态)又与后期春季北极东半球的海冰异常增加(减少)具有较好的相关性,此外白令海和鄂霍次克海的海冰异常变化是伴随东亚冬季气温变化产生的。

华南冬季气温异常与大气环流和海温的关系

利用1961—2013年中国743个测站的逐日气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用EOF分解、相关、回归、合成等方法分析了华南冬季气温异常的气候特征及其与同期大气环流和前期海温的关系。结果表明,华南冬季气温总体一致性偏高,近52年来华南冬季平均气温以0.26℃/(10 a)的速率上升,但显著低于全国平均的冬季增温速率,并在1989年发生升温突变。华南冬季平均气温具有显著的年际和年代际变化。当西伯利亚高压和乌拉尔山阻塞高压均偏弱、阿留申低压偏强、东亚大槽偏弱、太平洋副热带高压加强、冷空气活动偏弱时,有利于华南冬季气温偏暖。华南冬季气温在年际尺度上与ENSO和西伯利亚高压联系更密切,在年代际尺度上,华南冬季气温增暖趋势与鄂霍次克海海温偏低、东亚大槽减弱密切相关。

冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系

利用1957-2001年冬季的北极海冰资料、中国160站气温资料以及NCEP再分析的大气环流资料分析了冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系.过去44年来,北极海冰面积总体上具有减小趋势(鄂霍次克海是例外,那里海冰面积有增加趋势),相应地北极涛动趋于增强,我国大部分地区趋于增暖.叠加这种趋势变化之上的是年际变化.在年际时间尺度上,冬季海冰变化的主要空间型表现为格陵兰海和白令海的海冰异常总是和鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常符号相反,并且与500 hPa高度场上的EU和WP型遥相关对应.当冬季格陵兰海和白令海的海冰异常偏少,而鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常偏多时,西伯利亚高压和阿留申低压都偏弱,冬季风减弱,东亚西风增强,我国冬季大部分地区温度升高;反之亦然.

一个反映中国冬季气温异常的指标——东亚区域西风指数

分析了中国冬季气温变化的主要特征 ,揭示了能够较好反映中国冬季气温异常整体变化的主要空间分布 ;进一步研究了与之相对应的环流异常特征 ,结果表明中国冬季气温的异常与东亚及西伯利亚 50 0 h Pa高度场的异常有着密切的联系。在分析传统季风指数对气温及对应异常环流特征的表现能力的基础上 ,定义了一个能够反映环流异常的东亚区域西风指数 (IEARW)。经检验 ,可以利用 IEARW来反映中国冬季气温变化的主要特征。最后 ,对 IEARW的变化特征进行了初步分析。

近百年东亚冬季气温及其大气环流变化型态

利用最新20世纪近百年再分析气象资料,研究近百年东亚冬季气温变化型及其相关的大气环流型态。结果表明近百年内东亚冬季气温主要有两种变化型:第一是东亚西南与东北相反气温变化型,表现在40°N以南及105°E以西地区(西南地区)气温变化与40°N以北及105°E以东地区(东北地区)变化相反;第二是40°N以南气温一致变化型。与第一种气温变化型耦合的大气模态是500hPa欧亚型遥相关、西伯利亚高压及北大西洋涛动。当欧亚型遥相关负位相,北大西洋涛动正位相及西伯利亚高压减弱时,有利于蒙古和我国105°E以东的区域增温而我国西南地区和青藏高原降温,反之亦然。第二种气温变化型耦合大气模态是500hPa西太平洋型遥相关,北太平洋涛动。当西太平洋型遥相关及北太平洋涛动处于正位相时(北太平洋北负南正),东亚40°N以南地区增温,东亚40°N以北地区降温。耦合的大气模态的型态差异,影响各阶段气温的年际变化。近一百年中,欧亚型遥相关和北大西洋涛动在1984～2010期间的型态最显著,是20世纪80年代东亚显著增暖的原因之一。研究还发现20世纪中期后东亚气温的年际变化与极地环流的变化联系紧密,表现在西伯利亚高压范围东扩并与极地环流联系,也是近百年气温趋势上升的一个原因。

我国冬季气温的趋势变化特征及其影响因子分析

利用国家气候中心提供的中国160站逐月气温数据集、NCEP/NCAR再分析数据中心提供的大气环流数据、NOAA提供的全球海表温度数据及美国冰雪中心的海冰数据,分析了1951—2011年我国冬季气温异常的时空变化特征。应用经验正交函数分解得到中国冬季气温变化的两种典型空间分布型态-全国一致型和南北相反型,三次样条函数拟合结果表明这两种分布型态均具有显著的趋势变化特征。同时,分别探讨了大气环流及外强迫因子的趋势变化及其对中国冬季气温变化趋势的影响,并综合分析了影响我国冬季气温趋势变化的海温(冰)等外强迫因子与东亚大气环流系统之间的相互配置及贡献。结果表明,强的热带海温异常变化是影响东亚大气环流及冬季气温变化的最主要外强迫因子。当热带印度洋与赤道中东太平洋海温同时偏高(低)时,冬季西伯利亚高压强度偏弱(强),AO处于正(负)位相,东亚冬季风强度偏弱(强),冬季气温呈一致偏高(低)变化;当热带印度洋海温偏高(低),赤道中东太平洋海温偏低(高)时,东亚冬季风强度偏弱(强),AO指数为负(正)位相,西伯利亚高压偏弱(强)的配置时,冬季气温易呈北冷(暖)南暖(冷)趋势变化。

中国东北南部地区冬季气温异常的海气背景分析

利用1951—2005年中国沈阳、通化、营口、丹东气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了中国东北南部地区冬季气温的异常变化及其海气背景。结果表明:中国东北南部地区冬季气温具有明显的年代际变化特征;冬季异常冷暖年份,其同期与前期500 hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期春季(3—5月)贝加尔湖高压和西太平洋副热带高压的强弱变化,西风漂流区海温、赤道东太平洋关键区海温及2个海区海温距平差,对中国东北南部地区冬季气温的异常变化均具有较好的预测指示意义。前期夏季(7—9月)赤道东太平洋关键区海温对中国东北南部地区冬季气温异常变化具有指示性。