黑龙江省初霜冻变化特征研究及预测方法

利用黑龙江省1961-2013年地面测站62站资料和月环流特征量、北半球500 hPa高度场等资料,采用气候统计方法,选取秋季地面最低温度≤ 0℃的初日作为初霜冻日期,分析了初霜冻日期的时空变化特点,北半球500 hPa月平均环流演变特征,影响初霜冻早晚的特征量因子,为初霜冻趋势预测提供依据。结果表明：黑龙江省初霜冻日期呈现显著推迟的趋势,推迟约8.2 d,平均推迟5 d以上的年份均在1988年以后出现;平均初霜冻日期分布是由北开始出现并向南推进,平原则普遍晚于同纬度的山区,EOF分析初霜冻的发生除具有一致性气候特征外,还具有南北相反和东西相反的变化趋势;初霜冻偏早年时,北半球500 hPa环流从前期到同期在黑龙江省北部至极地区域有大范围的负距平,反之,若是正距平,初霜冻易偏晚;影响初霜冻早晚的特征量的因子有欧亚（亚洲）经向环流型、鄂霍茨克海高压、阿留申低压、东亚大槽强度以及西太平洋副热带高压、极涡、AO等。     

青海夏季干旱特征及其预测模型研究

利用1961-2008年青海非干旱区(除柴达木盆地)地面气象观测资料、 74个环流特征量、 海温资料、 北半球500 hPa高度场网格点资料以及500 hPa高度场遥相关, 对夏季干旱的变化趋势和干旱发生的机理进行了研究.结果表明:1961-2008年夏季青海省非干旱区、 东部农业区分别发生干旱15 a、 18 a, 发生干旱的年几率为31.3%、 37.5%; 东部农业区发生干旱的几率较大, 中轻度干旱发生几率大于特大、 重度干旱.夏季典型干旱年500 hPa欧亚中高纬度上空高度距平分布为正距平, 极涡偏弱; 非干旱年蒙古到青藏高原上由负距平控制, 极涡偏强, 偏向东半球, 印缅低压槽十分活跃.当夏季西大西洋型、 上年秋季欧亚纬向环流指数偏弱, 而4月西太平洋型偏强, 8月青藏高原地面加热场强度距平指数偏强, 夏季容易发生干旱; 反之, 当夏季西大西洋型、 上年秋季欧亚纬向环流指数偏强, 而4月西太平洋型偏弱, 8月青藏高原地面加热场强度距平指数偏弱, 则夏季不易发生夏季干旱. 1961-2008年模拟方程的准确率为83.3%, 2009-2010年预测结果与实况接近, 趋势预测准确.     

北半球异常雪盖对应的我国环流特征

本分析了北半球１９７８年（多雪年），１９７０年（少雪年）和冬季雪盖与５００ｈＰａ高度距平场的关系。１９７８，１９７０年对应１００ｈＰａ高度场脊级位置。结果表明，夏季高度距平值比冬季大；１９７０年冬，夏５００ｈＰａ高度平（正，负）值比１９７８年大。青藏高原冬季雪盖与夏季５００ｈＰａ高度距平均相关较大。１９７８年夏季比１９７０年夏季１００ｈＰａ脊线位置偏南，最大可达３．３７个纬度（１２０°Ｅ，７月）     

青海冬季区域持续性低温事件变化及成因分析

利用1961 - 2017年青海省43站逐日最低气温观测资料, 依据区域持续性低温事件判识标准, 提取历史上61次典型事件, 对影响该类事件的环流演变和前兆信号进行分析。结果表明： 事件发展中北半球极涡经历分裂 - 收缩增强的变化过程, 中高纬自西向东逐渐发展为“正 - 负 - 正”异常波列状分布; 事件发生当日, 大西洋地区、 乌拉尔山及西伯利亚地区高度场异常偏高, 东亚大槽偏深, 利于自极地南下的冷空气在西欧上空堆积并沿纬向西风急流路径向东传播影响东亚地区。进一步分析表明, 当出现该类事件时, 中高纬地区存在三个关键影响区, 其中乌拉尔山关键区高度场正异常同此类事件的联系最紧密。     

西北地区东部沙尘暴演变的气候型态与差异特征分析

利用西北地区东部近50年较完整的沙尘暴资料序列,在对沙尘暴年际变化特征分析的基础上,结合NCEP/NCAR月平均再分析资料和环流特征量资料,研究了西北地区东部沙尘暴过程发生频次由多到少及由少到多演变的基本环流型态及主要环流特征量的变化特征。结果表明：  近50年,西北地区东部年和春季沙尘暴过程发生频次在80年代中期出现由多到少的异常突变,1986年前,为多发阶段,其后,沙尘暴发生频次显著减少,处于少发阶段,90年代末,发生频次又明显增加;   沙尘暴频次突变前后极涡的强度、贝加尔湖到蒙古国的高度距平场以及副热带高压的强度和位置具有显著差异。同时,突变期间环流特征量的气候变率明显大于多年平均值,1986年到1987年及1998年到1999年,所选5类环流特征量的气候变率均出现了明显转折,对应同期西北地区东部沙尘暴过程频次出现了由多到少或由少到多的突变。进一步研究还发现,沙尘暴突变一般出现在多个环流特征量气候变率对应的同一个峰值（谷值）年。
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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。     

青海省冬季气温变化成因及其预测方法探讨

利用青海省1961-2012年冬季气温观测资料、美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)月平均高度场再分析资料、国家气候中心和美国国家海洋局和大气管理局提供的126项环流指数, 探讨青海冬季气温变化特征及成因. 结果表明: 1961-2012年青海冬季气温呈显著上升趋势并具明显的年代际变化特征, 于1986年出现由冷向暖的明显转折; 西伯利亚高压、东亚冬季风是影响青海冬季气温的主要系统. 当冬季北半球500 hPa高度场出现欧亚(EU)遥相关型时, 青海冬季易于偏冷, 同时发现大西洋欧洲区极涡强度和赤道太平洋海域海温与东亚冬季风的强弱有密切关系. 采用主成分回归集成方法初步建立青海冬季气温预测模型, 经历史回报检验其距平符号一致率为87%, 具备一定预报技巧和能力.     

中全新世和末次盛冰期北大西洋涛动变化及其与亚洲降水的联系:基于MPI-ESM模拟试验

本文利用古气候模式比较计划第三阶段(PMIP3)中MPI-ESM模式模拟输出,采用主分量分析、回归分析、多窗谱分析等方法,探讨了中全新世(MH)和末次盛冰期(LGM)北大西洋涛动(NAO)变化及其与亚洲降水的关系.结果表明:MH冬季NAO较现代有轻微增大,南部高压中心东移;而LGM冬季NAO明显减弱,南北气压活动中心转为西南-东北走向.MH冬季强NAO信号可通过海洋记忆效应持续至夏季,并以准静止Rossby波形式传至东亚地区,导致乌拉尔山和鄂霍次克海阻高增强、贝加尔湖低压加深,这种倒“Ω”流场增强有利于冷空气南下,并通过热成风原理使得副热带西风急流增强,急流南侧产生上升异常,有利于该区降水产生;而LGM时NAO减弱引起夏季倒“Ω”流场减弱,冷空气南下弱于现代,使得副热带西风急流减弱,其南侧产生下沉异常,最终抑制降水.因此,MH和LGM两阶段的NAO引起大气环流的变化可能对亚洲夏季降水产生影响.     

2007/2008年冬季平流层环流异常及平流层—对流层耦合特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2007/2008年冬季平流层环流振荡的过程和异常特征,以及平流层—对流层的环流耦合特征。结果发现：2007/2008年冬季平流层极涡持续偏强,且极涡从12月下旬开始向东亚—大西洋地区偏心发展,同时在欧洲—地中海地区减弱向极区收缩,从而在欧亚地区的平流层高层最早形成“一脊一槽”1波型的环流形势;该平流层的环流异常信号逐步向低层传播;从平流层10 hPa向下传播到对流层中、低层需要约15~20天的时间;此时对流层500 hPa上,与平流层向下传播的信号相对应,呈现为高纬度“西高东低”和副热带“东高西低”的环流异常型,即分别对应着乌拉尔山阻塞高压、鄂霍茨克海低槽以及副热带高压异常偏强和副热带欧亚大陆中西部低槽活动频繁。这种环流异常配置即形成了有利于我国南方降雪持续的大尺度背景条件。进一步研究还发现,平流层异常信号存在由热带向极传播的趋势。2008年1月的平流层极涡振荡正异常所对应的环流异常信号可以追溯到2007年秋季10月份最早出现在热带地区的环流异常信号,该异常信号在向极传播过程中同时向东移动,2008年1月传播到极区,对应极涡振荡的正异常。说明前期平流层的异常信号及其演变,对2008年1月的气候异常具有重要指示意义。     

青海南部冬春季雪灾的气候诊断与预测

根据青海省气象台站的历史积雪等资料, 依据气候诊断方法分析了降水、 积雪的变化特征和2012年冬春季雪灾形成的气候成因.结果表明: 2012年后冬~初春北半球乌拉尔山阻塞高压稳定维持、 青藏高原高度场偏低、 高原低槽和印缅槽活跃、 极地冷空气向南不断扩散, 冷暖空气在高原地区汇合, 在青海南部和北部地面温度梯度大、 锋区强的零温度线两侧形成大量的降水和积雪.期间的降雪量与降雪日数突破历史极值, 最高气温偏低, 积雪持续难以融化, 出现了历史少见的冬、 春季两季连续积雪, 导致玛沁、 甘德、 达日、 玛多等县出现不同程度雪灾, 1982年、 1993年、 1995年、 2008年、 2012年1-3月青海南部牧区的雪灾过程都基本属于这种类型. 1961-2009年高原牧区积雪与环流因子的气候诊断分析显示, 在1-3月北半球环流场上, 若北极涛动负值偏大、 乌拉尔山高压脊偏强、 印缅槽和高原低槽偏深时, 青海南部牧区降雪量大、 积雪量多, 积雪持续的时间长、 雪灾也相对比较严重, 在上述环流因子相反的配置下, 青海南部牧区的雪灾则比较轻.     

神经网络综合模型预测龙江河流域汛期旱涝

应用龙江河流域金城江站水文资料、500hPa月平均环流指数、海温、太阳黑子和单站气象要素等资料,应用差值资料通过方差周期、多元线性回归和逐步回归分析得到的预测值,再经过神经网络综合模型进行分析,最后进行预测试验。结果表明,神经网络综合模型在龙江河流域旱涝天气预测中效果显著,可应用于业务预测。     

Study of the relationship between geopotential height anomaly over Europe and extreme abnormal weather over the Eastern Mediterranean and Middle East during December 2013

The Eastern Mediterranean and the Middle East (EMME) is suffering from abnormal cooling of weather conditions and existence of an extreme weather phenomenon known as ice storm Alexa. The present paper investigates the weather conditions over Europe that causes this abnormal weather over the EMME through December of 2013. Daily data sets of several meteorological elements (temperature, precipitation, relative humidity, sea level pressure, and geopotential height at level 500 hPa, etc.) over the northern hemisphere, including Europe and EMME of December of 2013, have been used through the present work. In addition, to that, a time cross section analysis of the daily operational data for meteorological elements (mean surface temperature, temperature and geopotential height at level 500 hPa, relative humidity, precipitation rate, and sea surface pressure) was done over the EMME for December 2013. The methodology of anomaly and correlation coefficient techniques for the data sets has been used. The results uncovered that the EMME has abnormal and very cold weather conditions due to the inference of meridional blocking persisted over Europe and the existence of the extremely negative geopotential height anomaly aloft over Eastern Europe throughout this month.     

中国气温变化的两个基本模态的诊断和模拟研究

我国地域辽阔，气候复杂多变，在全球变暖的背景下研究中国近百年来的气温变化具有重要的意义。为此我们重建了中国东部71个站1880—2004年四季气温距平序列。通过EOF分析发现了中国气温变化的2种最基本的模态：东部一致变化和关内关外相反变化。这2种模态不随季节变化，而且在不同时期也是稳定的。通过研究这2种模态与变暖趋势的关系发现，20世纪80年代以来的变暖主要是由于第一模态在该时期持续的正位相增强造成的；而20世纪20~40年代的变暖主要是由于第二模态所呈现的正位相所造成的。此外，我们检验了这2种模态在大气环流模式（CAM）中的表现。结果表明：121年（模式中1880—2000年）的集合模拟在一定程度上可以重现第一模态的变化，而第二模态则仅在冬季表现明显。最后，以冬季为例，利用1880—2004年重建及观测的500 hPa高度场资料，通过合成分析进一步研究了这2种模态的环流机制：第一模态正位相对应纬向环流增强，表现在地面气温分布上为东部一致变暖。而负位相则对应东亚大槽加深，东部地区一致变冷。第二模态正位相对应的环流分布则为从东亚北部到阿留申为负距平，东亚到北太平洋中纬度为正距平；对应地面气温分布为关内变暖关外变冷。负位相时环流分布基本相反。这样的环流机制得到了模式研究的支持。     

河西走廊春末夏初降水的空间异常分布及年代际变化

利用河西走廊19个气象代表站建站至2002年5～6月降水量资料, 分析了河西走廊春末夏初干旱的基本气候特征; 在利用EOF和REOF方法进行降水空间异常变化分析和气候分区的基础上,讨论了第一时间系数(PC1)及各区代表站降水量的年代际变化规律. 结果表明, 河西走廊春末夏初降水量在第一空间尺度上为全区一致; 在第二空间尺度上可分为3个气候区; 在第三空间尺度上可分为5个自然气候区. 1980年代为近50 a来降水最多的10 a, 1990年代有所减少, 20世纪末至21世纪初有明显增加. 前期冬季欧亚径向环流加强, 亚洲区极涡面积扩大、强度加强, 冷空气活动频繁, 将有利于次年春末夏初河西走廊降水偏多. 欧洲青藏高原华北西太平洋的波列, 特别是东亚大槽的填塞和青藏高原低值系统频繁活动, 造成了500 hPa高空场上"东高西低"的典型多雨流型.     

西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明:三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15~60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%~14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。     

Complexity of the 8 ka climate event in Sweden recorded by varved lake sediments

Mineral magnetic and carbon analyses of a continuous varved lake sediment sequence in west-central Sweden (Lake Mötterudstjärnet) complement similar palaeoclimate proxies obtained from two varved lake sediment sequences in northern Sweden and one in central Finland. The varve chronology is supported by tephrochronology, palaeomagnetic secular variations and ¹⁴C AMS dating of terrestrial macrofossils. We apply a simple model in which the transport and deposition of catchment mineral matter reflect the amount of winter snow accumulation, spring snow-melt and stream discharge. Our data show that winter snow accumulation was generally enhanced in Sweden between 8100 and 7750 cal. yr BP. If dating errors are taken into account, the 350-year period of increased erosion is the geomorphic response to a multi-centennial scale climatic cooling that occurred some time between 8500 and 7500 cal. yr BP. The most significant erosion event in central Sweden was centred at 8050 cal. yr BP. It lasted 150 years (between 8100 and 7950 cal. yr BP) and is equivalent to the most extreme Holocene climate anomaly in the northern hemisphere, known as the 8 ka or 8200 cal. yr BP climate event. Our high-resolution paramagnetic susceptibility and ferrimagnetic grain-size parameters suggest that snowpack accumulation increased most significantly in northern Sweden between 7900 and 7750 cal. yr BP. We suggest that this north–south difference was a response to the re-establishment of moisture-laden westerly air masses, as meridional Atlantic overturning circulation was re-established at the beginning of the Holocene thermal maximum.     

Late Holocene climates of the Near East deduced from Dead Sea level variations and modern regional winter rainfall

The Dead Sea is a terminal lake of one of the largest hydrological systems in the Levant and may thus be viewed as a large rain gauge for the region. Variations of its level are indicative of the climate variations in the region. Here, we present the decadal- to centennial-resolution Holocene lake-level curve of the Dead Sea. Then we determine the regional hydroclimatology that affected level variations. To achieve this goal we compare modern natural lake-level variations and instrumental rainfall records and quantify the hydrology relative to lake-level rise, fall, or stability. To quantify that relationship under natural conditions, rainfall data pre-dating the artificial Dead Sea level drop since the 1960s are used. In this respect, Jerusalem station offers the longest uninterrupted pre-1960s rainfall record and Jerusalem rains serve as an adequate proxy for the Dead Sea headwaters rainfall. Principal component analysis indicates that temporal variations of annual precipitation in all stations in Israel north of the current 200 mm yr⁻¹ average isohyet during 1940–1990 are largely synchronous and in phase (70% of the total variance explained by PC1). This station also represents well northern Jordan and the area all the way to Beirut, Lebanon, especially during extreme drought and wet spells. We (a) determine the modern, and propose the past regional hydrology and Eastern Mediterranean (EM) climatology that affected the severity and length of droughts/wet spells associated with multiyear episodes of Dead Sea level falls/rises and (b) determine that EM cyclone tracks were different in average number and latitude in wet and dry years in Jerusalem. The mean composite sea level pressure and 500-mb height anomalies indicate that the potential causes for wet and dry episodes span the entire EM and are rooted in the larger-scale northern hemisphere atmospheric circulation. We also identified remarkably close association (within radiocarbon resolution) between climatic changes in the Levant, reflected by level changes, and culture shifts in this region.