中国东部北方地区冬季降雪的时空特征及其与全球异常海温的联系

基于中国东部北方地区279个气象台站1961-2008年的观测资料,以及1°×1°的全球海表温度资料,运用主成分分析、小波分析、相关分析等方法探讨中国东部北方地区冬季降雪的时空特征及同期全球海温与其的相关性。研究发现：中国东部北方区域（以下简称研究区）冬季降雪量存在2-3a、7-8a的高频振荡周期,及一个准16a的年代际尺度的低频振荡周期。在1961-2008年间,研究区域冬季降雪量总体呈现上升趋势,特别是45°N以北的研究区北部区域冬季降雪量在48年问增加显著,而45°N以南的研究区南部区域冬季降雪量变化并不明显。分析发现,位于北大西洋上30°-50°N,10°-40°W海区的海温与研究区域降雪的第一、二特征向量均为显著的正相关,研究区北部冬季降雪量与海温关系密切,南部区域冬季降雪量与全球海温的相关性不明显,海温变暖可能是导致研究区北部降雪显著增加的重要因素。     

江西省冬季气温异常与区域海温的关联

利用1960-2010年江西省81个台站月平均气温观测资料和NOAA全球月平均海表温度资料(ERSST-V3),分析了江西省冬季气温异常与海温异常的相互联系,并运用超前-滞后相关分析和奇异值分解(SVD)方法初步探讨了关键区海温异常之间的相互作用.结果表明:①影响江西省冬季气温异常的海温关键区和关键时段分别为同期印度洋(10°S～20°N,54°～90°E)、同期西北太平洋(20°～40°N,120°～180°E)和前期8-9月北大西洋中部(24°～44°N,20°～60°W)海域;②西北太平洋关键区暖水年预示暖冬年好于印度洋区,而印度洋区冷水年预示冷冬年稍好于西北太平洋区,冬季西北太平洋与印度洋海温异常可以修正前期8-9月北大西洋中部海温异常对江西省冬季气温的影响.     

中国东部冬季气温异常与海表温度异常的关系分析

采用SVD、 相关分析及EOF方法, 分析了中国东部冬季地面气温与北大西洋及北太平洋海温异常变化的关系。结果表明： （1）中国东部冬季气温变化的一致性较高; （2）冬季气温异常与前一年9月北大西洋海域关键区（16°～40°N, 60°～24°W）海温和当年2月西北太平洋关键区（20°～40°N, 124°E～180°）海温呈显著的正相关分布, 即前一年9月北大西洋和当年2月西北太平洋海温异常偏高（低）, 东部冬季气温亦偏高（低）, 即前一年9月北大西洋海温的异常是否为我国冬季气温的气候预测提供了一种前期信号; （3）关键区海温对中国东部冬季气温的影响存在区域差异。北大西洋前期海温与中国东部冬季气温有密切的关系, 而西北太平洋的海温主要影响长江流域及其以北的季风中部区; （4）海温影响气温的可能机理是西北太平洋海温异常升高, 使乌山脊减弱, 阿拉斯加脊减弱, 东亚大槽减弱向东移动, 纬向环流加强, 高纬度的冷空气不易南下, 导致我国东部大部分地区冬季气温偏暖, 反之亦然。在年代际尺度上, 纬向环流和东亚大槽对海温有显著的响应; 但在年际变化方面, 东亚大槽对海温的响应不显著。     

中国西部地区气温与太平洋海温的关系

利用1961~1990年我国西部(110 E以西)155个测站的地面月平均气温和同期太平洋地区月平均海温资料和经验正交函数(EOF)展开方法,研究了中国西部地区各个季节的气温距平时空分布规律以及西部地区气温距平与太平洋海温异常之间的相互联系。结果发现:利用EOF展开得到的特征向量和时间系数能够较好地反映西部地区实际气温异常的时空分布特征。El Nino和La Nina年西部气温距平分布(冬季除外)呈现基本相反的状况,即在El Nino年气温偏暖(冷)的区域,在La Nina年则是气温偏冷(暖)的区域。各季节西部地区的气温变化与太平洋海温异常存在着相互影响和作用。     

近40a江苏省冬季气温异常的演变及其涨气背景场特征

通过1961－1998年江苏省11个站点冬季平均气温的EOF分析，探讨江苏省冬温异常的演变特征，并分析其同期及前期500hPa高度距均，海温距平场的特征，指出冬季异常冷年，同期与前期500mPa高度距平场主要表现为亚洲－太平洋地区阻塞形势发展，经向环流加强，同期至前期6个月赤道东太平洋海温为持续负距平。而暖冬同期与前期500hPa高度距平场的特征特征是，西太平洋海温为持续负距平。而暖冬同期与前期500hPa高度距平场的特征是，西太平洋副高势力较强，亚欧大陆中高纬 纬向环流占优势，同期赤道东太平洋海温具有厄尔尼诺的特征，但前期赤道东太平洋海温距平具有由负向正转变特征。     

全球海温异常对中国降水异常的影响

用EOF和SVD方法分析了Climatic Research Unit的1951—2005年全球逐月海温距平场的时空变化特征及其与中国160个测站的月降水距平的时滞和空间耦合关系,讨论全球海温距平场的空间分布和时间演变对我国降水异常的影响,并着重分析了关键区在其特定关键时段内对我国降水异常的影响区域。结果表明,全球海温距平场有三个影响我国降水的关键区,即北太平洋、印度洋和我国南海以及赤道中东太平洋。这三个关键区的海温距平场具有明显的年际和年代际变化特征,突变发生在1976年左右,对我国降水有较为显著的影响,其中北太平洋关键区前期冬季海温对我国7月降水的影响、印度洋及南海前期冬春海温对我国5月降水的影响以及赤道中东太平洋前期冬季海温对我国7月降水的影响显得尤为重要。讨论了这三个关键区前期的海温距平场对我国不同区域不同时期降水影响的耦合关系,为我国区域降水异常预测的不确定性提供了依据。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

1991年夏季大西洋东部海温异常对江淮洪涝的影响

利用１９９１年５－６月大西洋东部海温距平分布和俄立冈州立大学三层全球气候模式，研究了大西洋东部海温异常对１９９１年６月江淮洪涝灾害的影响，并讨论了影响我国江淮降水的机制。结果表明，大西洋东部中纬度海温正距平和低纬海温负距平是造成江淮洪涝的重要因素之一。     

气候变暖背景下全球海温对中国东部夏季降水年代际转折的影响

针对1970年代末及1990年代初中国东部夏季降水（ECP）的年代际变化格局,采用EOF分解、相关分析、回归分析等统计方法诊断了全球海表面温度对ECP年代际变化前两个模态（EOF1、EOF2）的影响。发现大西洋多年代际振荡（AMO）序列,印度洋偶极子（DMI）序列,太平洋年代际振荡（PDO）序列与ECP前两个模态时间系数（PC1、PC2）相关性较好,结合各海温指数的年代际变化特征,发现ECP在1970年代末受PDO及DMI的影响在低纬及中纬度地区分别呈现EOF1、EOF2的正位相分布特征;而在1990年代初受AMO及PDO的影响主要呈现EOF1的特征。由各海温指数及PC1、PC2重建的ECP分布特征可知,AMO及DMI与PC1重建的ECP型相近,对ECP的影响范围集中在低纬地区。除去变暖影响的DMI及PC1回归的高度场中发现一个源起大西洋的波列,黄河以北为异常反气旋中心,以南为异常气旋中心,低层南风异常,水汽被输送到北方,导致中国北方降水增加,南方降水减少。PDO与PC2重建的ECP型相近,对ECP的影响集中在中纬度地区。二者回归得到中国东部低层北风异常,水汽在长江流域辐合,长江流域降水增加。      

全球气候背景下厄尔尼诺对中国东部汛期降水的影响

对厄尔尼诺事件进行了定义，并详细讨论了不同气候背景下的厄尔尼诺过程对中国东部地区汛期降水的影响。分析发现：20世纪50年代以来共发生了14次厄尔尼诺事件；在70年代末、80年代初，赤道太平洋的海温有一个明显升高的趋势；不同气候背景下的厄尔尼诺过程中对中国东部汛期降水存在不同的影响，但是对长江中下游及江淮地区降水的影响是一致的，一般偏少。     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface tem-perature anomaly(SSTA)areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and themechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined withinthe tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat andthe water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and thefeedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

RESPONSES OF SUMMER RAINFALL OVER CHINA TO ANOMALIES OF SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE NORTH PACIFIC

The temporal and spatial responses of summer(June—August)rainfall (SR) over China to anomalies of sum-mer sea surface temperature (SST) in the North Pacific is investigated by using regression analysis and prin-cipal component analysis in this paper.The results show that the responses of SR over China to SST anomalyin the eastern North Pacific in middle latitudes are more sensitive than the others.The strong response areasof SR to SST are generally located in the Changjiang River valley,west:rn North of China,and South China.The spatial pattern of responses of SR to SST manifests in the spatial pattern of the first principal componentnamely,the domain shape with negative-positive-negative anomalies along south-north direction,thus the signof anomalies in the Changjiang River valley is contrary to that of its North or South.     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

赤道东太平洋海温异常增暖对低频振荡影响的数值试验

为研究海温的异常增暖对３０－６０天低频振荡的影响，利用ＯＳＵ两层大气环流模式作了两组试验：一组使用气候平均海温，另一组包括两个试验，它们分别设正的海温距平（ΔＳＳＴ）中心位于赤道东太平洋的东部（１００°Ｗ）和中部（１４５°Ｗ）。结果表明：赤道东太平洋冬半年的海温异常增暖可改变低频振荡方差贡献的地理分布，其中当正的ΔＳＳＴ中心位于赤道东太平洋的东部时，热带印度洋和西太平洋地区的低频振荡的方差贡献较为显著，而热带东太平洋的低频振荡较为不活跃；当正的ΔＳＳＴ中心位于赤道东太平洋的中部时，情形则相反，即热带东太平洋的低频振荡的方差贡献较显著，而西太平洋地区的则不活跃。在赤道东太平洋海温异常增暖过程中，低频振荡的传播特性对ΔＳＳＴ中心位置的响应是敏感的，即当正的ΔＳＳＴ中心位置偏于该海区的东部或中部时，低频振荡的传播方向和传播速度有明显的差异     

A DIAGNOSTIC ANALYSIS OF AIR TEMPERATURE ANOMALY MODE OVER CHINA IN 2009/2010 WINTER BASED ON GENERALIZED EQUILIBRIUM FEEDBACK ASSESSMENT (GEFA) METHOD

By using the observed monthly mean data over 160 stations of China and NCAR/NCEP reanalysis data, the generalized equilibrium feedback assessment(GEFA) method, combined with the methods of EOF analysis, correlation and composite analysis, is used to explore the influence of different SST modes on a wintertime air temperature pattern in which it is cold in the northeast and warm in the southwest in China. The results show that the 2009/2010 winter air temperature oscillation mode between the northern and southern part of China is closely related to the corresponding sea surface temperature anomalies(SSTA) and its associated atmospheric circulation anomalies. Exhibiting warming in Northeast China and cooling in Southwest China, the mode is significantly forced by the El Nio mode and the North Atlantic SSTA mode, which have three poles. Under the influence of SSTA modes, the surface northerly flow transported cold air to North and Northeast China, resulting in low temperatures in the regions. Meanwhile, the mid-latitude westerlies intensify and the polar cold air stays in high latitudes and cannot affect the Southwest China, resulting in the warming there.     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF THE EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE ANOMALIES OVER THE PACIFIC ON PRECIPITATION IN 1991*

A zonal domain,primitive equation model is used in this paper to study the influences of the main sea surface temperature anomaly(SSTA) areas over the Pacific on precipitation in 1991.Some numerical experiments are made and the mechanisms of the influences are discussed.The results show that the influences of the SSTA are mainly confined within the tropical and the subtropical regions.The direct effect of the SSTA is to change the exchanges of the sensible heat and the water vapour between the air and the sea,through the consequent changes of temperature and the flow fields and the feedback process of condensation,the SSTA finally affects precipitation.     

热带太平洋-印度洋海表温度变化及其对西南地区东部夏季旱涝的影响

利用1959—2006 年西南地区东部20 个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR 再分析月平均资料,分析了热带太平洋-印度洋海表温度异常特征及其对西南地区东部夏季降水(旱涝)的影响,结果表明:前期赤道东太平洋海表温度偏高,西南地区东部夏季降水偏多的可能性大;当前期春季印度洋海表温度偏高时,西南地区东部夏季降水可能偏多。太平洋区的海表温度距平(SSTA)分布呈“V”字型特征,赤道中东太平洋及南、北美西部沿海的SSTA 与赤道西太平洋、南北太平洋的SSTA 呈反相关分布,与西太平洋的亚洲大陆东部沿海的SSTA 呈正相关,赤道印度洋及南印度洋的大部分地区的SSTA 与赤道中、东太平洋的SSTA 变化是一致的。当春季赤道中东太平洋及印度洋海表温度(SST)偏高(偏低)时,夏季南亚高压位置偏南(偏北),强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),同时西太平洋副高强度偏强(偏弱),面积偏大(偏小),位置偏南(偏北),西伸(东退)明显,东亚夏季风和南亚夏季风偏弱(偏强),我国华北及华南地区盛行下沉(上升)运动,而整个长江流域及青藏高原东部盛行上升(下沉)运动,西南地区东部也盛行弱的上升(下沉)运动,这有利于西南地区东部降水偏多(偏少),出现洪涝(干旱)的可能性大。      

IMPACT OF ENSO ON THE PRECIPITATION OVER CHINA IN WINTER HALF-YEARS

In this paper, the impact of ENSO on the precipitation over China in the winter half-year is investigated diagnostically. The results show that positive precipitation anomalies with statistical significance appear over southern China in El Nio episodes, which are caused by the enhanced warm and humid southwesterlies along the East Asian coast in the lower troposphere. The enhanced southwesterlies transport more water vapor to southern China, and the convergence of water vapor over southern China increases the precipitable water and specific humidity. In La Nia episodes,although atmospheric elements change reversely, they are not statistically significant as those in El Nio periods. The possible physical mechanism of the different impact of ENSO cycle on the precipitation over southern China is investigated by analyzing the intraseasonal oscillations(ISOs) in El Nio and La Nia winter half-years, respectively. By comparing the characteristics of ISOs in El Nio and La Nia, a physical mechanism is proposed to explain the different responses of the precipitation over China to ENSO in the winter half-year. In El Nio episodes, over western North Pacific(WNP) and South China Sea(SCS) the ISOs are inactive and exert little effect on water vapor transport and convergence, inducing positive precipitation anomalies with statistical significance over southern China in El Nio episodes. In La Nia episodes, however, the ISOs are active, which weaken the interannual variation signals of ENSO over WNP and southern China and lead to the insignificance of the interannual signals related to ENSO. Therefore, the different responses of precipitation over China to ENSO in the winter half-year are possibly caused by the difference of intraseasonal oscillations over WNP and SCS between El Nio and La Nia.     

欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系

采用相关及合成分析方法,对ＥＭＭＷＦ１９７９－１９９３年的网格积雪深度资料深度资料,冬季海平面气压场,５００ｈＰａ高度场及中国冬季气温场进行了分析,研究了欧亚大陆冬季积雪异常与东亚冬季风及中国冬季气温的关系。结果表明：欧亚大陆中高纬地区冬季积雪异常与东亚冬季风和中国冬季气温明显的关系。