东北亚和北半球冬季高空切断冷涡与中国极端低温事件的联系

利用美国国家环境预测中心/国家大气研究中心再分析资料和美国气候预测中心冬季逐日温度资料,通过机器自动识别和目视相结合的方法,研究了北半球冬季500 hPa冷涡分布特征,并基于信息流因果论方法,揭示了东北亚冷涡活动与北半球其他活动区冷涡以及中国冬季极端低温事件的联系。根据冷涡活动天数随经度的变化,划分了4个活动频繁区,发现北半球冬季冷涡活动频率从大到小分别为大西洋-欧洲区（37.7%）、北太平洋区（22.35%）、东北亚区（20.95%）和北美-格陵兰区（13.77%）。北美-格陵兰区冷涡平均中心强度最强（493 dagpm）,大西洋-欧洲区最弱（514 dagpm）。年际尺度上,东北亚区冷涡活动具有相对独立性,只有1月北美-格陵兰区冷涡活动天数变化在一定程度上是2月东北亚冷涡活动天数变化的原因。冷涡强年的动力学特征分析表明,东北亚区和北美-格陵兰区冷涡与北大西洋涛动正位相密切相联,北太平洋区冷涡则与北太平洋涛动正位相有联系,大西洋-欧洲区冷涡则对应北大西洋涛动和北太平洋涛动负位相。东北亚冷涡与中国极端低温联系密切,通过聚类分析界定了4类极端低温事件,发现东北-华北类、北方类和中东部类极端低温事件发生时都伴随着很强的东北亚冷涡活动。      

1950-2004年欧亚大陆阻塞高压活动的统计特征

根据阻高的天气学定义,利用1950-2004 年NCEP/NCAR 500hPa 逐日位势高度场、风场再分析资料,检索出近55a欧亚大陆中高纬地区出现阻高1169次.统计表明,阻塞高压中心的频次分布具有明显的季节性地理差异.春季阻高活动多集中在乌拉尔山地区;夏季阻高活动频繁,阻塞形势复杂,阻高频繁活动区域有4个,分别是乌拉尔山地区、贝加尔湖以西地区、贝加尔湖以东地区和鄂霍次克海地区;秋季是阻高发生最少的季节;冬季阻高高发区位于乌拉尔山附近.贝加尔湖地区仅夏季出现阻高的日数就占到全年的69%.夏季欧亚大陆阻塞高压中心逐日累积频次存在明显的随时间东传特征.55a中平均每年夏季欧亚大陆中高纬上空有11d存在双阻形势,占夏季阻高日数的1/5左右.欧亚大陆阻高活动具有明显的年际变化,不同地区的年际变化特征各有不同.     

亚洲偶极子阻高与江淮梅雨

本文用１９７１—１９９１年６—７月逐日５００ hPa高度资料，计算亚洲地区（４５—７５°Ｎ、５０—１６０°Ｅ）内３个区域的阻塞指数，讨论偶极子阻高与孤立子阻高的气候特征，提出亚洲偶极子阻高是江淮梅雨期主要的西风带环流型及偶极子阻高的异常活动对１９９１年江淮特大洪水的作用；同时初步探讨偶极子阻高的垂直经向环流结构特征对江淮梅雨加强的作用。     

BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因

基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心（ECMWF）最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率（约110 km）的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压（阻高）的模拟能力。再分析数据分析结果表明:“北大西洋—欧洲地区”以及“北太平洋中部地区”分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节,夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高预测水平的重要因素。     

近30年夏季亚欧大陆中高纬度阻塞高压的统计特征

文中利用1970～2001年NCEP再分析500 hPa逐日高度场资料,根据阻塞高压的天气学定义,采用客观统计方法检索出近32 a亚欧中高纬度392个阻塞高压个例,对其进行了气候学分析.结果表明,亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动频繁,10 d以下的过程占绝对多数,地理分布主要集中在45～70°N之间,纬向上可划分5个高发区,其中乌拉尔山和贝加尔湖东部阻高活动频次最高,同时,每个区域中又存在着相应的阻高活跃区.亚欧中高纬地区夏季阻高活动具有明显的季节内变化特征.6月份,阻塞活动多发生在乌拉尔山地区和鄂霍次克海地区,以双阻为主要形势;7月份,欧洲区和贝加尔湖地区的阻塞活动有所增多,尤其贝加尔湖东部地区增多明显,而乌拉尔山地区的阻塞形势明显减少,鄂霍次克海地区的阻塞活动位置向北移动,多发生在60°N以北,双阻形势逐渐减弱,贝加尔湖地区的中阻形势有所增强.8月份,阻塞形势主要存在于贝加尔湖东西两区,中阻形势占据主导地位.亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动年际变化特征也很突出,且这种年际振荡有明显的地理差异.另外,研究表明亚洲北部的阻高活动多以稳定型为主,移动型阻高个例仅占6.6%.移动型阻高以起源于乌拉尔山地区最多,移距最长,生命期最长.偶极子类阻高多集中在贝加尔湖东部与乌拉尔山地区,约占该地区总阻高频次的62.0%和49.7%,平均生命期分别达到7 d/次和9 d/次以上.     

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。     

江西夏季旱涝的环流特征分析及厄尔尼诺和海温对旱涝的影响

对江西夏季（ 6～ 8月）旱涝的同期北半球 500 hPa环流特征进行分析,得出了多雨年和少雨年在东亚不同的环流型;指出鄂霍茨克海阻高和西太平洋副高是影响江西夏季旱涝的主要天气系统;并进一步分析了厄尔尼诺和赤道东太平洋海温对我省夏季降水的影响,对影响的机理作了粗浅的探讨。     

1998年夏季东北亚阻塞高压异常的大尺度环流特征及成因初探

分析了1998年夏季东北阻塞高压异常及大尺度环流特征，研究了1979－1998年夏季东北阻塞高压年际变化，环流背景特征以及东北亚阻塞高压异常的太平洋海温异常的关系，认为夏季东北亚500hPa平均高度偏高（低），东亚地区“＋－＋”（“－＋－”）的距平波列，是典型的东北亚阻塞高压强盛（稀少）的环流型，太平洋海温的异常，激发东焉地区的遥相关波列，致使东北亚500hPa高度场异常，可能是东北亚阻塞主压异常的原因之一，在亚少中高续高度场平均偏高的环流背景下，乌拉尔册地区的阻塞高压对东北亚阻塞高压的发展和建立起到了促进作用，1998年乌拉尔山阻塞高频繁也是东北亚阻塞高压异常频繁的可能原因之一。     

北半球阻塞高压气候学1965─1990

用１９６５－１９９０年中国气象局出版的５００ｈＰａ历史天气图研究北半球阻塞高压的气候学。有两个主要阻高生成区，第一个在东大西洋－欧洲－乌拉尔地区，范围广数值大，第二个为以白令海峡西岸为中心的北太平洋区。都有季节变化，以北太平洋区最为显著。第二区及北美地区阻高生成数与ＥＬ－Ｎｉｎｏ事件有关。有两个主要阻高活动区，与生成区相一致，也有季节变化。对阻高强度及其变化以及少数突发性发展的阻高气候学特征也做了研究。阻高的移动特征以稳定少动为主，向东和向北的多于向西和向南移动的。     

江淮梅雨季亚洲阻塞高压活动统计特征

利用1960—2018年6—7月NCEP/NCAR逐日再分析资料和同期中国国家气象站日降水量资料,对江淮梅雨季亚洲地区阻塞高压活动地理分布、关键区阻塞高压事件活动频次、生命周期以及年际和年代际变化,及其与江淮梅雨异常的关系进行了系统分析。结果表明:（1）近59年江淮梅雨季（6—7月）,亚洲阻塞高压事件共计363次,其中心主要分布在乌拉尔山区域（40°—80°E）、贝加尔湖区域（80°—120°E）和鄂霍次克海区域（120°—160°E）3个关键区。（2）3个关键区阻塞高压事件的次数和累计日数由高到低依次为:鄂霍次克海、乌拉尔山和贝加尔湖区域。双阻塞形势以乌拉尔山-鄂霍次克海双阻居多,约占亚洲地区双阻日数的60%。阻塞事件的平均生命周期7 d左右,最长维持时间为13 d。（3）3个关键区总的及分区的阻塞次数和日数都有明显的年际变化并呈增加的趋势,其中线性增加趋势最为明显的是鄂霍次克海区域,与近59年江淮梅雨季的累计雨量增加趋势一致。（4）江淮梅雨季降雨量多寡与阻塞高压活动密切相关,梅雨正（负）异常年鄂霍次克海区域、乌拉尔山-鄂霍次克海双阻日数和次数显著偏多（偏少）,而乌拉尔山和贝加尔湖区域的阻塞高压事件与梅雨关系并不显著。（5）江淮梅雨季鄂霍次克海阻塞高压的日数多寡可能与前期海表温度异常信号ENSO有关。      

青藏高原地表温度对华北汛期降水变化的影响

利用1980-2001年青藏高原月平均地表温度、1961～2001年我国160站月降水以及NECP／NCAR再分析月平均高度场资料,分析了华北地区汛期降水与青藏高原地表温度的关系,结果表明华北地区汛期降水与青藏高原5～6月地表温度具有显著的正相关。相关场的正值中心位于高原的东北部和西南部地区。华北地区汛期降水偏少年,青藏高原前期5～6月地温以负距平为主且距平值较小;相反,降水偏多年,青藏高原前期5～6月地温以正距平为主且距平值较大。EOF和SVD分析表明,青藏高原5～6月地温和华北地区汛期降水的第一典型场都表现出大体一致的变化特点。此外,诊断分析得到,青藏高原5～6月地温偏高年,7～8月西太平洋副热带高压的强度偏强,位置偏北;地温偏低年,西太平洋副热带高压的强度偏弱,位置偏南。     

The numerical simulation of the three-dimensional teleconnections in the summer circulation over the Northern Hemisphere

In this paper, a quasi-geostrophic, 34-level spherical coordinate model with Rayleigh friction, New-tonian cooling and the horizontal eddy thermal diffusivity is used to simulate the three-dimensional teleconnection in the summer circulation over the Northern Hemisphere.The computed results show that the change of the heat source over the Tibetan Plateau may cause the change of the atmospheric circulation over the middle and high latitudes in the Northern Hemisphere. When the heat source over the Tibetan Plateau is enhanced, it may cause the Tibetan high to enhance over South Asia and cause the change of the atmospheric circulation over East Asia and North America, i. e. Northeast China and North Japan will be controlled by a trough, which brings about a cold summer in this area. In the same way, an anticyclone will be enhanced over the Okhotsk sea. Moreover, another trough will be formed over Alaska, while another ridge will develop to the northeast of North America. Besides, the Pacific subtropical high will be weakened. These results are in good agreement with those obtained from the observed data.     

热带海表温度持续异常对东亚初夏大气环流的影响

利用NCEP/NCAR月平均海表温度及北半球大气环流分析资料,系统研究了热带海洋表面温度持续异常状况下东亚初夏（5、6月份）大气环流的异常特征.研究发现,暖海温年,南亚高压、西太平洋副热带高压明显偏强,冷海温年明显偏弱;暖海温年,欧亚大陆南支西风急流明显减弱北移,东亚大陆对流层低层温度偏高或接近常年,青藏高原近地面温度偏高,而冷海温年,东亚大陆对流层低层温度偏低,5月份青藏高原近地面温度偏低.研究表明,海表温度的持续异常对东亚初夏大气环流的季节转换有重要影响.     

东北春季极端连续无雨日与前冬北太平洋海平面气压的可能联系北大核心

基于1960—2019年中国东北地区108个台站逐日降水资料、JRA-55再分析资料和Hadley中心海温数据,分析了东北地区春季极端连续无雨日的年际变化特征及其与前冬北太平洋地区大气环流和海表温度的关系。研究表明,东北地区春季极端连续无雨日集中在3—4月。当3—4月极端连续无雨日偏多时,贝加尔湖地区存在异常高压,东北地区受偏北气流影响,局地水汽辐散。进一步分析发现,东北地区3—4月极端连续无雨日与前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压存在密切联系。该大气模态可以引起同期北太平洋海温呈现出马蹄形异常分布并持续到3—4月。在3—4月,海温异常可以通过改变北太平洋上空的经向温度梯度,引起东亚到北太平洋地区的西风变化,进而有利于贝加尔湖地区出现异常高压。另一方面,海温异常还会增强北半球中纬度的波列活动,东传的波列也可以增强贝加尔湖地区的高压。上述异常环流为东北地区极端连续无雨日的增加提供了有利背景条件。留一交叉验证结果显示,前冬1—2月北太平洋地区偶极型海平面气压可作为东北春季极端连续无雨日的潜在预测因子。     

夏季贝加尔湖阻塞高压的年际变化及其与我国降水的关系

采用1952—2008年NCEP/NCAR逐日500 hPa高度场再分析资料及中国国家气象中心整编的全国160站降水资料,对夏季贝加尔湖地区阻塞活动的年际变化特征及其同期与我国降水的可能联系,进行了分析。结果表明: 夏季贝加尔湖阻塞区域的阻塞活动具有明显的年际变化;在年际尺度上,夏季贝加尔湖地区阻塞活动偏多(少)对我国内蒙古东北部,华北部分地区,四川盆地与云南地区附近及广东南部的涝(旱)有一定的影响;同时对我国内蒙古中部,秦岭东北部,华北东部及川西高原的旱(涝) 也有一定的影响。     

1988～1998年北半球积雪时空变化特征分析

利用NOAA提供的北半球近10年(1988～1998)逐周雪盖观测资料，通过引入年或季节累积雪盖周数作为对雪量累积情况的定量衡量，对北半球雪盖变化时空特征进行了分析。结果表明:近10年来，北半球积雪年际变化的关键区位于青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部，其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。青藏高原和欧亚大陆其他地区积雪变化的关联表现为两种不同的时空变化型，第一种型表现为青藏高原地区和其他地区(如欧洲、俄罗斯远东地区)积雪的同位相趋势性增多；第二种型表现为青藏高原地区和中亚地区积雪变化同位相，而和蒙古高原－我国东北地区积雪变化反位相的年际振荡。     

北半球冬季各阻塞系统对大范围极端温度异常的单独和协同影响

本文利用1979～2015年ERA-interim逐日再分析资料,对比分析了格陵兰阻高（GB）、大西洋—欧洲阻高（AEB）、乌拉尔山阻高（UB）和北太平洋阻高（NPB）四个阻高系统对年际尺度和天气尺度地面温度及极端冷日的单独和协同影响。结果表明,各阻高与地面温度之间的统计关系十分复杂,同一阻高系统可影响多个地区的温度异常,同一个地区的地面温度一般可受到多个阻高系统的不同影响。通过分离单阻高和多阻高（双阻高、三阻高和四阻高）组合的情形,本文的结果进一步表明,UB对欧亚大陆地面温度的影响最为重要,其次对于欧洲地面温度而言,依次为AEB、GB和NPB;对于亚洲地面温度而言,依次则为GB、NPB和AEB。而NPB对北美大陆温度的影响最为重要,其次为GB和AEB,UB的影响最弱。此外,多阻高协同影响地面温度时,并非线性叠加,而是表现为显著的非线性特征。     

Eurasian Snow Cover Variability and Its Association with Summer Rainfall in China

This study investigates the statistical linkage between summer rainfall in China and the preceding spring Eurasian snow water equivalent (SWE), using the datasets of summer rainfall observations from 513 stations, satellite-observed snow water equivalent, and atmospheric circulation variables in the NCEP/NCAR re-analysis during the period from 1979 to 2004. The first two coupled modes are identified by using the singular value decomposition (SVD) method. The leading SVD mode of the spring SWE variability shows a coherent negative anomaly in most of Eurasia with the opposite anomaly in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia. The mode displays strong interannual variability, superposed on an interdecadal variation that occurred in the late 1980s, with persistent negative phases in 1979--1987 and frequent positive phases afterwards. When the leading mode is in its positive phase, it corresponds to less SWE in spring throughout most of Eurasia. Meanwhile, excessive SWE in some small areas of the Tibetan Plateau and East Asia, summer rainfall in South and Southeast China tends to be increased, whereas it would be decreased in the up-reaches of the Yellow River. In recent two decades, the decreased spring SWE in Eurasia may be one of reasons for severe droughts in North and Northeast China and much more significant rainfall events in South and Southeast China. The second SVD mode of the spring SWE variability shows opposite spatial variations in western and eastern Eurasia, while most of the Tibetan Plateau and East Asia are in phase. This mode significantly correlates with the succeeding summer rainfall in North and Northeast China, that is, less spring SWE in western Eurasia and excessive SWE in eastern Eurasia and the Tibetan Plateau tend to be associated with decreased summer rainfall in North and Northeast China.     

冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系分析

利用美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心(NCEP/NCAR)1948/1949~2012/2013年的逐日再分析资料,从年际变化和季节内演变两种时间尺度分析了冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系。结果表明,从年际变化角度,东亚冬季风综合指数(EAWMII)与冬季乌拉尔山阻塞频数显著相关,且两者的线性趋势与周期一致。当乌拉尔山阻塞频繁发生时,对流层中层西伯利亚反气旋异常,东亚大槽加深;对流层低层表现为贝加尔湖及东亚沿岸北风显著加强,中亚和东亚大部分地区地表温度降低,东亚冬季风较常年加强。乌拉尔山阻塞的由强盛到崩溃的过程对应着西伯利亚高压由加强到减弱东移的季节内演变,850 h Pa风场对应为异常北风由贝加尔湖以北逐渐影响至低纬度菲律宾以东的演变特征。