东北的冷夏与赤道东太平洋高温的谱分析

一、前言东北地区是我国重要的商品粮生产基地.夏季低温冷害是东北地区农业生产上的主要灾害之一.在严重的低温冷害年,粮食产量可减产几十亿甚至百亿斤以上. 所谓夏季低温冷害,是指在作物整个生育期或某个生育阶段,气温低于作物所需要的临界温度而造成的严重减产.近年来,许多研究都证明,低温冷害具有影响面积大、危害程度重、发生频率高等特点.调查,它不仅发生在中高纬度温凉地区,在低纬甚至赤道地区也有发生.     

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

东北地区夏季气温变化特征分析

采用1951～2003年26个气象台站的夏季气温资料对我国东北地区夏季气温变化特征进行了分析。结果表明:近50多年来我国东北地区夏季气温主要经历了冷期、相对正常期和暖期3个阶段,夏季升温趋势达到0·15℃/10a,远超过全球、北半球、东北亚夏季的增暖程度。其对全球气候变暖的响应,一方面表现在夏季变暖、平均气温升高;另一方面表现在夏季气温变率加大;第三,气候变暖使东北夏季低温冷害明显减少、异常高温气候明显增多,但在变暖形势下局部发生低温冷害的现象仍然存在。     

前期ENSO事件对东北地区夏季气温的影响

利用太平洋海温、北半于500hPa高度和长春夏季气温资料，研究了前期Nino-C区海温与我国东北地区夏季气温的关系。结果表明：前一年5－7月Nino-C区海温与东北地区夏季气温有密切关系，特别是在ENSO事件出现之后。厄尔尼诺年的次年东北地区夏季多高温，而拉尼娜年的次年，东北地区夏季低温更明显，这种关系可用于进行东北地区夏季气温的预测。另外，通过对海－气相互作用、韵律关系等的分析，得出了前期海温对东北地区夏季气温的可能影响途径。     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

东北低温长期预报研究的进展

夏季低温是东北地区农业生产的主要灾害性天气气候现象。但直到七十年代中才逐渐引起重视。 解放以来,造成东北地区粮食产量明显减产的有5年,即:1954、1957、1969、1972、1976年。整个东北地区1972年粮豆减产126亿斤,1976年减产95亿斤。低温影响产量的程度和低温持续时间的长短、出现的时段及距平值大小有关。此外,当然还应当考虑降水、日照、作物品种、部局以及社会生产力等因     

东北夏季气温的大尺度环流影响因子分析

利用1961—2010年东北地区3省53站月平均气温资料及分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料,采用统计分析方法,分析了东北夏季气温的大尺度环流影响因子。利用200hPa风场要素定义了一个适于描述东北夏季气温的200hPa纬向风切变指数,并给出了该指数的预测方法,以期为东北夏季气温的预测提供一个诊断工具。结果表明:鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子,与东北夏季气温关系密切;同期东北地区上空500hPa位势高度场与东北夏季气温呈正相关关系;同期850hPa、200hPa矢量风场和整层水汽通量场在东北及其以西地区上空呈气旋式环流,对应东北夏季气温偏低,反之则偏高,同时来自孟加拉湾的水汽也是造成东北夏季气温异常的因素之一;200hPa纬向风切变指数与东北全区气温呈显著正相关,该指数偏大对应东北夏季气温偏高,反之东北夏季气温偏低。4月和5月热带印度洋和太平洋海温与夏季200hPa纬向风切变指数关系密切。     

2009年中国东北夏季低温及其与前期海气系统变化的联系

依据中国东北地区拥有百年地面观测记录的长春和哈尔滨测站气温资料、NCEP/NCAR再分析资料和英国哈得来中心海表温度资料,揭示2009年东北地区发生的迄今已有15年没有出现的夏季低温事件成因.结果表明:发生东北夏季低温时的水平和垂直环流结构均为低值系统,东北冷涡异常活动是其最直接的影响因子;有利的年代际变化背景是,哈尔滨和长春6-8月平均气温年代际尺度(≥9 a)的振荡值1999-2008年约-O.8℃/10 a,显著低于全球变暖东北区域响应的线性增暖值0.2℃/10 a(1961-2000年),与长春和哈尔滨夏季气温呈正相关的前一年冬季太平洋极涡面积指数年代际振荡亦呈显著下降趋势.与1994-2008年东北夏季高温的500 hPa平均环流距平场显著不同,北极涛动呈强的负位相分布,东北亚、阿留申和北大西洋上空为显著负距平区;2009年前一年冬季与明显低温的1972年的前一年冬季北太平洋涛动均呈显著的负位相,春季仍持续,且2009年前一年冬季赤道中东太平洋SSTA为拉尼娜位相,2009年春季明显减弱;2009年6-7月夏季东北冷涡活动异常强与4-5月500 hPa北太平洋地区超长波扰动转为定常波扰动槽有关;SVD和谐波分析表明,北太平洋涛动的异常位相不仅是东北夏季气温变化的重要前期信号,还是大气中除了天气尺度的混沌分量外可提取的一种行星尺度稳定分量.     

近45年来云南8月低温的气候分析

利用１９５１－１９９６年云南气温资料,分析云南夏季低温的气候特征。分析指出,云南夏季低温冷害并不仅仅是障碍型冷害。４５年来云南出现５个低温年,与我国东北地区５个低温年不同,低温年主要出现在气温偏冷年代。     

东北冷涡及其气候影响

基于自动识别、追踪方法得到的近50年东北冷涡数据集, 本文研究了东北冷涡的年际变率及演变趋势, 并分析了其持续性活动对我国气候的影响及相关联的大尺度环流异常特征。结果表明, 东北冷涡具有很明显的年际变率, 且存在2.5年左右的主振荡周期, 但没有显著的长期变化趋势。东北局地在持续性冷涡控制下, 四季气温均明显偏低, 并在春季和夏季能造成局部降水偏多。在东北冷涡活跃的夏季, 长江流域往往降水显著偏多; 而在冬季东北冷涡频繁活动时, 我国大部分地区往往低温少雨, 这与强盛的东亚冬季风密切相关。研究结果表明, 冬季东北冷涡活动和东亚冬季风强度之间的相关系数达到99%的信度水平。在东北冷涡活跃的夏季, 东亚地区对流层维持着深厚的偶极型位势高度异常, 高空急流向南偏移并略加强, 低层西北太平洋反气旋异常和中纬度地区的东风异常有助于局地的水汽通量的辐合, 进而有利于降水的偏多。     

中国东北夏季极端高温变化特征及其与环流异常的联系

利用东北地区1960—2010年夏季逐日气温资料,研究了中国东北地区夏季极端高温的时空变化特征和区域性特征,并对东北地区夏季极端高温事件与大气环流异常的可能联系进行分析。结果表明,东北地区夏季极端高温频数有明显的升高趋势,升高幅度由南向北逐渐增大;东北地区南部、东北部和西北部夏季极端高温频数的年际及年代际变化存在明显差异。东北地区夏季极端高温高发年500 hPa位势高度上盛行纬向环流,东北地区上空位势高度的垂直分布接近于正压结构,且一直延伸至对流层顶,海平面气压场上亚洲大陆低压明显偏弱,南北气压梯度减小,冷空气不易南下;低发年,则反之。     

100毫巴极涡和南亚高压的活动与东北区夏季低温的关系

本文利用10O毫巴面资料,计算了位势距平场及纬向地转风速,讨论了极涡、南亚高压的活动与我国东北区夏季低温的关系,得出如下结论: 1.中国东北区夏季异常低温的形成,是南亚高压弱、极地冷空气经常在中纬度活动的结果; 2.冬季(11—2月)100毫巴太平洋副热带高压与夏季的南亚高压有关系,他们的相关系数等于0.62; 3.1—5月 100毫巴面极涡的频数分布有三种类型:a·当极涡经常在极区活动时,则东北区夏季气温偏暖;b‘当极涡持续偏心在欧亚大陆活动时,则东北区夏季气温偏冷3c·如果极涡的频数分布有两个高频数中心分别在欧亚及北美,则东北区夏季气温的偏暖或偏冷决定于南亚高压的偏高或偏低,他们彼此成正相关; 4.东北区夏季气温与欧亚大陆冬季的雪盖面积和青藏高原的降雪量成反相关。     

The 2009 Summer Low Temperature in Northeast China and Its Association with Prophase Changes of the Air-Sea System

Under the background of global warming, summer (JJA) low temperature events in Northeast China had not occurred for about 15 yr since 1994, but one such event took place in 2009. By using the NCEP/NCAR reanalysis data, the 100-yr station temperature data at Harbin and Changchun, and the Hadley Center sea surface temperature (SST) data, this paper intends to reveal the cause, circulation background, and influencing factors of this event. Analysis of both horizontal and vertical circulations of a low-value system over Northeast China in summer 2009 during the low temperature event shows that anomalous activities of the Northeast China cold vortex (NECV) played the most direct role. A decadal cooling trend of-0.8 C (10 yr)-1 over 1999-2008 at Changchun and Harbin was found, which is obviously out-of-phase with the linear warming trend (0.2 C (10 yr)-1 ) over 1961-2000 for Northeast China in response to the global warming. The previous winter North Pacific polar vortex (NPPV) area index, significantly positively related to the observed summer temperatures of Harbin and Changchun, was also in a significantly declining tendency. These provide favorable decadal backgrounds for the 2009 low temperature event. Different from the average anomaly field of 500-hPa height for summer 1994-2008 in Northeast China, in the summer of 2009, the Arctic Oscillation (AO) showed a strong negative phase distribution, and significant negative height anomalies dominated Northeast Asia, Aleutian Islands, and North Atlantic. Furthermore, the negative phase of North Pacific Oscillation (NPO) in the winter of 2008 was obviously strong, and it maintained in the spring of 2009. Meanwhile, the SSTA in the equatorial eastern-central Pacific Ocean in the winter of 2008 showed a La Nina phase, but the strength of the La Nina weakened obviously in the spring of 2009. The abnormally strong activities of NECV in June and July of 2009 were related to the disturbances of stationary waves that replaced the original ultra-long waves over the North Pacific region in April and May 2009. The singular value decomposition (SVD) and harmonic analysis results suggest that the anomalous phase of NPO is an important precursor for summer temperature variations over Northeast China, and also a stable planetary-scale component that can be extracted from the atmospheric circulation in addition to the chaotic components on the synoptic scale.     

东北夏季温度气候振动及其环流特征

本文着重分析了1910—1980年东北夏季气温的气候变化及其环流条件，并进一步探讨了它与赤道东太平洋海温的关系。结果表明:（1）东北夏季气温变化可以分为五个冷暖时期，冷期和暖期的环流特点有很大差别；（2）东北夏季气温和赤道东太平洋海温的长期变化有很好的反相关。     

PROCESS OF TRANSITION BETWEEN COLD AND WARM PERIODS AND ITS PREDICTION

The oscillation of multi-time scales and the process of transition between cold and warm periods over most parts of China and its 6 regions (the Northeast,North China,Changjiang River Valley,South China,the Southwest,the Northwest) were analyzed with wavelet transformation and by computing the variances of the wavelet components for the temperature grade series during January 1911 to February 2001,The prediction model for cold and warm periods has been developed and the trend of cold and warm change in the coming 10 years is predicted.The results show that the oscillation with periods of around 30-40 years was the strongest in the last 100 years and the 3-year oscillation in both winter and summer was also stronger,especially in winter.The transition time of cold and warm periods in terms of winter mean did not coincide with that of annual mean,but the difference between summer mean and annual mean is less.The processes of transition of 6 regions are somewhat different,their main characteristics are that the beginning year of significant warming for 1980s to 1990s was very different for the southern and the northern part of China.It is found that the stronger oscillation with 3-year period causes cooling in Northeast China in recent several winters.The experimental predictions show that the models used in the paper can project the major transition between high and low temperature periods.     

2006年夏季主要天气系统及环流特征分析

简要介绍了2006年夏季的主要天气过程和形势。2006年夏季我国华南地区出现严重洪涝,淮河流域、东北大部、河套西部降雨异常偏多,而长江流域降雨偏少。6月造成华南地区强降雨的影响天气系统为切变线和地面静止锋,7、8月则为台风。2006年的梅雨期在典型梅雨常见的中高纬度乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压均未建立,中高纬度高压位于贝加尔湖以西,低纬度副高位置比气候平均稍偏北。华北地区的暴雨过程多为低槽冷锋造成。东北地区多低涡活动。2006年夏季登陆我国的台风偏早、偏多、偏强,特别是4号台风“碧利斯”和8号台风“桑美”给我国造成了巨大的经济损失。与2005年相比,2006年我国西南地区的高温日数异常偏多,四川、重庆出现了特大伏旱,华北地区的高温日数偏少,但也出现了持续闷热天气,江南部分地区的高温天数也偏多,东北基本未出现高温天气。