近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因

利用1951～2004年中国740站逐日温度资料, 对中国寒潮频次的气候特征及其变化进行了分析, 并在此基础上对中国寒潮频次减少的可能原因进行了讨论: 冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度与中国寒潮频次呈显著的正相关.秋冬季节西伯利亚上空低层冷堆温度和中国寒潮频次呈显著的负相关.在气候变暖的大背景下, 西伯利亚高压和冬季风强度的减弱使得冬季中国地表温度持续升高, 而温度的这种变化与中国寒潮频次及其相伴随大风频次的减少均有密切的联系.西伯利亚高压和冬季风强度的减弱, 西伯利亚上空低层冷堆温度和中国地表温度的显著升高是中国寒潮及其相伴随大风频次减少的可能原因.     

近海面风场对黄东海域海平面特征影响的分析与模拟

基于1993—2012年TOPEX/Poseidon(T/P)卫星海平面异常SLA(Sea Level Anomaly)数据和FSCR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析风场资料,分析黄东海域近20 a海平面的时空分布特征,尤其是不同时间尺度风场影响的变化特征,进而通过区域海洋模式对海面高度短期变化的可能机制进行探讨。结果表明:1)黄东海域海平面多年平均状态为南高北低,近海面季节性风场在岸线分布和海水热膨胀特征下,造成海面冬春季偏低,夏秋季偏高。近20 a黄东海域平均风速逐步减弱,平均海面上升速率为2.9 mm/a。2)风场的短期活动主要为灾害性大风,统计显示冬夏寒潮大风和台风大风均呈频数减少、强度增强的趋势。运用FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模拟分析台风和寒潮作用下黄东海域海平面的变化,发现台风强风可形成辐散式海流气旋式涡旋,对应海面为下凹负值中心;北路寒潮大风可形成海流反气旋式涡旋,对应海面为上凸正值中心。两类涡旋的强海流部分增强了海面倾斜度。3)强海流部分动能和动量迅速向海水深部下传,无论在深度和强度上,寒潮造成的海流涡旋动能和动量下传比台风涡旋更迅速,更强。这与寒潮降温引起的海洋层结不稳定对流作用有关。     

我国近46年来的寒潮时空变化与冬季增暖

使用中国气象局资料中心整编的572个站点1960年1月1日到2005年12月31日日最低温度、日平均气压、日平均风速和北极涛动(AO) 指数等气象要素，从一个新的角度分析了我国寒潮时空变化与冬季增暖的联系。寒潮爆发以降温、升压和大风天气为主要特征。定义1日和2日降温达到10℃以上的降温事件为寒潮，大于20℃为极端寒潮。发生在我国的寒潮以北方(35°N以北)最多，其次是中国东部的江南地区。东北的寒潮始于10月，而河套和江南的寒潮在4月份比较频繁。把10月到次年4月寒潮频繁活动的时段确定为冬季风时期。在所有的降温事件中，只有不到1/3的事件伴随有升压和大风天气。过去的45个冬季风期间，寒潮和极端寒潮事件普遍减少，我国新疆、华北、东北和华东减少最为显著，减少的最大幅度达到1～2次/10 a。降温事件、升压频次和大风频次也都在减少。AO指数升高表征了西风带上天气尺度斜压波动的减少和减弱，从而导致我国中高纬度寒潮事件的减少。降温频次的减少在一定程度上导致了冬季最低温度平均值的升高，形成了持续的暖冬。     

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究

采用2009—2013年CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOMSWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。     

近30多年中国东北地区春季寒潮的年代际变化及其可能原因

利用1979~2011年中国东北地区119站气温观测数据,对东北春季寒潮的年代际变化特征进行了分析,并在此基础上通过分析大气环流及北极海冰的变化,对寒潮年代际变化的可能原因进行了探讨。结果表明,东北地区春季寒潮的频次及强度在20世纪80年代末和21世纪初均有明显年代际转折,即20世纪90年代寒潮频次减少而强度增加,21世纪初寒潮频次有所回升但强度减弱。北极新地岛地区海冰的变化可能是造成我国东北地区寒潮活动年代际变化的原因之一。20世纪90年代新地岛附近海冰迅速减少,地表温度明显升高,而高纬海平面气压偏低,此处冷空气不易南下,同时东亚大槽偏强,冷空气强度增加。21世纪初该区海冰减少趋势减缓,冷空气频次有所回升,强度减弱。     

基于频谱补偿和数值模拟技术的江苏近海大气边界层百米高度处极端风速研究

在平均风速基本满足近海风力发电需求的前提下,近海大气边界层百米高度处极端风速的合理估算成为中国海上风电开发领域的研究热点。与低纬度海域台风极端风速的广泛研究不同,由于缺乏有效的技术手段,对于台风影响相对较少的中纬度海域,极端风速的科学认识明显不足。研究以江苏近海为例,通过频谱分析技术,定量刻画了数值模拟风速能谱在高频波段的能量衰减和截断特征;进而利用风速能谱曲线在频率域的积分及其在高频波段的补偿,实现无观测区域年最大风速的估算。与台风风场数值模拟技术相结合,综合考虑了中国中纬度海域受寒潮大风和热带气旋大风影响的复杂、特有气候特征,建立了一套可推广应用的近海大气边界层百米高度处极端风速估算的新方法。据此推算了江苏近海100 m高度处50年一遇的极端风速。结果表明:受寒潮大风影响,江苏北部海域的50年一遇风速超过40 m/s;少量北上的热带气旋则造成响水和如东附近海域40 m/s,甚至44 m/s以上的50年一遇风速;中部盐城附近海域的50年一遇风速则普遍低于35 m/s。研究成果不仅为该海域近海海洋工程的开发设计及安全运行提供重要的科学支撑,同时也有助于加深对中国极端气候事件的科学认识和大气边界层科学理论的发展。      

黄渤海北部沿海大风时空变化特征

基于1971-2008年黄渤海北部沿海18个基本气象站风向、风速历史资料和NCEP再分析资料,利用统计学、小波分析和天气学分型方法分析了黄渤海北部辽宁沿海风场时空变化特征。结果表明：黄渤海北部沿海大风呈明显减少趋势,大风主要出现在春季,4月最多,11月份次之。风向主要以偏北风和偏南风为主,夏半年主要以南风为主,冬半年盛行偏北风。海上大风的天气学分型主要划分为冷锋后部型、高压后部型、台风型和气旋型,其中气旋型又包括江淮气旋型、华北气旋型、蒙古气旋型和东北低压型;冷锋后部型大风出现次数最多,气旋型次之,台风型最少。     

单站寒潮降温过程强度评估指标及其在乌鲁木齐市的应用

利用1951年1月1日至2015年12月31日乌鲁木齐市日最低气温资料,基于《寒潮等级》标准细化了寒潮降温过程的6项单要素强度指标,基于不同指标对乌鲁木齐市寒潮过程的强度进行了评估,并分析了乌鲁木齐市寒潮降温过程强度的变化特征。结果表明:以过程降温幅度或过程最低气温指数为评估指标,乌鲁木齐市冬季寒潮过程强度最大;以过程最大24 h降温幅度指数为评估指标,春季寒潮过程强度最大;以过程最大48 h降温幅度或过程最强气温距平偏低幅度指数为评估指标,秋季寒潮过程强度最大。基于综合强度指数IZ,1951—2015年乌鲁木齐市最强的寒潮过程出现在1952年11月25日至12月1日,春季最强的寒潮过程出现在2003年4月15—16日。近65 a乌鲁木齐市冬季寒潮降温过程强度最大,秋季次之,春季寒潮强度较弱。乌鲁木齐市秋季和冬季最强的10次寒潮过程中,有6次寒潮过程均出现在20世纪50年代;但春季最强的10次寒潮过程中,有5次出现在2000年之后。1951—2015年乌鲁木齐市年寒潮过程发生频数呈显著减少的趋势,寒潮过程强度也呈显著减弱的趋势,秋季寒潮过程发生频数的减少幅度最大;春季寒潮过程强度自20世纪80年代后略增大,在7个时间段中,2011—2015年春季寒潮过程的平均强度最大。     

2009年呼伦贝尔市一次寒潮大风天气分析

利用地面、高空等常规气象观测资料,对2009年5月28日发生在呼伦贝尔市一次全市性寒潮大风天气过程进行总结分析。结果表明:贝加尔湖冷涡和蒙古气旋及冷锋是造成这次寒潮大风天气的主导系统;高空强锋区及低层强温度平流是寒潮天气爆发的关键;高低空急流为大风天气提供能量;气压梯度大和冷锋后较大的3h正变压与大风天气有很好的相关性。     

2004年冬季风期间一次强寒潮过程的能量收支研究

利用1°(纬度)×1°(经度)的NCEP再分析资料和常规站点观测资料对2004年12月28～31日的一次强寒潮、冷涌过程作了研究,研究结果表明:(1)此次强寒潮事件在我国南海引发了强烈的冷涌,该支冷涌一直向南越过赤道影响南半球.大尺度环境场有利于此次寒潮、冷涌事件的爆发,本次寒潮属于“横槽转竖型”,其中200 hPa的西风带大槽经历了一次调整,500hPa经历了一次明显的横槽转竖过程,对流层低层蒙古高压稳定维持,其东侧的偏北大风是冷空气南下的有利条件.(2)此次寒潮大风区内的动能制造以正压动能制造和斜压动能制造为主,寒潮爆发初期,以正压制造过程为主,此后,由于有效位能释放的作用增强,斜压制造过程与正压制造强度相当,大风区随着动能制造的增强而增强;当斜压、正压动能制造均减弱,大风区亦随之减弱.(3)有效位能收支表明,整层有效位能的释放与大风区相对应,有效位能的释放有利于寒潮、冷涌的维持.寒潮大风区内,对流层高层受有效位能释放的影响最大,有效位能和风能可以互相转换;对流层中层所受的影响最小,且以风能向有效位能转换为主;对流层低层则以有效位能向动能转化为主,十分有利于低层风速的增大和维持.