北极涛动的年代际变化及其气候影响

北极涛动(Arctic Oscillation,AO)是北半球热带外地区大气环流变率的主导模态,对北半球以及区域尺度气温变化具有重要影响.AO可在没有外强迫条件下通过d波流相互作用形成,因此它被认为是全球气候系统内部变率的重要组成部分.研究年代际尺度上AO的变化及其气候影响,可加深对当前北半球气候变化规律的物理理解,也...     

北极涛动年代际变化对华北地区干旱化的影响

华北地区夏季降水在20世纪70年代中期以后进入年代际偏少阶段,表现出明显的干旱化趋势。华北干旱加剧具有特殊的大气环流背景,主要表现为在20世纪70年代中期以后亚洲大陆东部的热低压减弱,同时对流层低层到高层东亚夏季风环流减弱。这种异常的大气环流背景主要是由海陆热力差异和北极涛动的年代际变化造成的。近二十几年来,北极涛动维持在高指数位相是导致东亚地区大气环流异常的重要原因,并由此造成了华北干旱的加剧。     

北极涛动年代际变化与华北夏季降水的联系

利用NCEP／NCAR再分析资料和华北夏季降水资料，研究了北极涛动的年代际变化及其与大气环流的关系，进而研究与华北夏季降水异常变化的联系。结果表明，北极涛动具有明显的年代际变化，并在1969年发生了气候突变。北极涛动年代际异常与亚洲中纬度高度场异常、850hPa风场的年代际异常具有很好的一致性。在年代际尺度上，北极涛动与贝加尔湖地区阻塞高压发生频率、东亚夏季风强度和华北夏季降水的关系较为密切。     

京津冀后冬极端低温与北极涛动相关性年代际减弱

基于京津冀冬季逐日平均气温资料,分析了冬季及各月京津冀极端低温日数与北极涛动(AO)的关系,以及后冬二者相关性年代际变化的大气环流异常.结果表明:20世纪80年代后期开始京津冀冬季极端低温日数呈减少的趋势.冬季极端低温日数与同期AO指数相关性存在显著年代际变化,20世纪80年代后期开始迅速减弱,21世纪00年代初开始前...     

北极涛动年代际变化对东亚北部冬季气温增暖的影响

利用NCEP／NCAR再分析资料中的地表气温资料,分析了1949-1999年东亚北部地区冬季气温的变化。结果表明,从20世纪70年代中期开始东亚北部的气温显著升高,具有明显的年代际变化特征。这种气温的异常变化主要受东亚冬季风的直接影响。近二十几年来,北极涛动对东亚冬季风的影响越来越显著,北极涛动维持在正位相并持续增强,同期东亚冬季风持续减弱。研究表明,北极涛动持续增强的趋势是东亚北部地区冬季增暖的重要原因之一。     

北大西洋涛动指数的比较及其年代际变率

首先对各种北大西洋涛动（NAO）指数的定义进行了比较。发现冬季和夏季NAO的涛动中心有显著的差异,所以分别进行定义,定义时的中心由EOF分析及相关分析确定,新的定义能解释更多的海平面气压方差。在此基础上建立了1873年以来的冬、夏NAO指数序列。近百年来的NAO指数最突出的年代际变化是,夏季在1910～1920年期间的突变性质的增强,以及冬季近20多年来的持续加强。最后还对NAO年代际变化产生的可能原因进行了分析。     

冬季北极涛动与极涡的变化分析

利用NCEP／NCAR资料计算出冬季极涡面积（PVA）指数和极涡强度（PVI）指数，对冬季北极涛动（AO）和北半球500hPa极涡指数进行周期分析，讨论了冬季AO与极涡的年际、年代际变化。结果表明：冬季AO指数与PVA指数呈反相关关系，与PVI指数呈正相关关系，且AO指数呈上升趋势，PVA指数呈下降趋势。冬季AO指数、PVA指数以及PVI指数均具有多重周期。强（弱）AO指数年，极地500hPa高度场降低（升高），PVI指数偏大（偏小），PVA指数偏小（偏大）。500hPa高度场上亚洲大槽、北美大槽均减弱（加强）。AO可激发出类似EU遥相关型的异常，从而影响到东亚地区的气候。冬季AO指数在1982年发生突变，且突变后北太平洋地区的正中心位置更靠东，强度更大。此外，AO突变前后极涡变化不是很显著。     

北极海冰及其与气象要素年际关系的年代际变化

利用Hadley海冰密集度资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系的年代际变化。结果表明,北极海冰存在显著的年代际变化,且有较强的区域性。东西伯利亚海和波弗特海海冰融冰量的平均值变大且方差增大,格陵兰岛以东洋面海冰融冰量的量值和变率均在减弱。对3个不同气候时段内北极海冰融冰量进行EOF分解,前两个模态均在3个气候时段发生显著的年代际变化,东西伯利亚海海冰融冰量的增加与EOF第一模态年代际变化相关,而EOF第二模态则明显造成了波弗特海海冰的年代际消融。并且,与之相应的大气环流也出现了明显的年代际变化,它们与AO/NAO的年际关系也存在年代际转折,融冰量第二模态与AO的年际关系更为紧密,1960—1990年第二模态与AO的相关系数仅为0.186,而1980—2010年相关系数已升高至0.367。整个北冰洋的海冰融冰量与AO的年际关系也出现了年代际增强,尤其是东西伯利亚地区海冰融冰量与AO的年际关系发生了年代际增强,1980—2010年两者相关达到了0.4以上。而波弗特海融冰量与AO相关系数变化较大,1960—1990年其的相关系数高达-0.488,1980年后却减少至0.161。然而AO却未发生明显的年代际变化。造成北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系发生年代际变化的主要因子之一是波弗特高压,其年代际减弱使得极区向东西伯利亚海和波弗特海的海冰输送减弱,导致这两个区域海冰减少,使得AO与北极海冰的年际关系发生了年代际转折。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

Water temperature anomalies in the north Atlantic and precipitation in the Crimea in the years with extreme values of the north Atlantic oscillation index

A sign-variable structure of sea surface temperature (SST) anomalies in the high, subtropical, and tropical latitudes of the North Atlantic under the North Atlantic Oscillation index (NAO) values NAO ≥ 1 and NAO ≤ ?1 is considered. A difference in cyclonic activity in winter under extreme values of the NAO is noted. The relation between the NAO anomalies in the areas with maximum cyclonic activity in the North Atlantic and some hydrometeorological quantities in the Crimea is analyzed. Preliminary estimates of the occurrence of a quasi-twenty-year cycle in the variability of processes determined by extreme values of the NAO are presented.     

High frequency variability in recent climate and the north atlantic oscillation

Summary ?High-frequency temperature variability was investigated in the temperature time series measured at Prague-Sporilov (Czech Republic) between 1994–2001. The calculations were performed for time series of surface air temperature averaged for 6-hour intervals. Variability was detected by the method of absolute difference of temperature anomalies between two adjacent discrete time periods. The results indicated a frequency dependence of variability. For 24-hour intervals the variability exhibits an irregular character and decreases with time in the eight-year observation period. Variability time series calculated for the 6-hour intervals did not reveal any significant trend, however, apparent quasi-seasonal oscillations exist. A significant correlation between the North Atlantic Oscillation (NAO) activity and temperature variability can be observed. Higher NAO-index values at all frequencies tend to be associated with higher variability. Received February 28, 2002; revised March 25, 2002; accepted July 18, 2002     

The equatorial Atlantic oscillation and its response to ENSO

An internal equatorial Atlantic oscillation has been identified by analyzing sea surface temperature (SST) observations. The equatorial Atlantic oscillation can be viewed as the Atlantic analogue of the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) phenomenon in the equatorial Pacific, but it is much less vigorous. The equatorial Atlantic oscillation is strongly influenced by the Pacific ENSO with the equatorial Atlantic sea surface temperature lagging by about six months. This lag can be explained by the dynamical adjustment time of the equatorial Atlantic to low-frequency wind stress variations and the seasonally varying background state, which favours strongest growth of perturbations in summer. Results of an extended-range simulation with a coupled ocean-atmosphere GCM support this picture.     

The International polar year (IPY) circumpolar flaw lead (CFL) system study: Overview and the physical system

Abstract

The Circumpolar Flaw Lead (CFL) system study is a Canadian‐led International Polar Year (IPY) initiative with over 350 participants from 27 countries. The study is multidisciplinary in nature, integrating physical sciences, biological sciences and Inuvialuit traditional knowledge. The CFL study is designed to investigate the importance of changing climate processes in the flaw lead system of the northern hemisphere on the physical, biogeochemical and biological components of the Arctic marine system. The circumpolar flaw lead is a perennial characteristic of the Arctic throughout the winter season and forms when the mobile multi‐year (MY) pack ice moves away from coastal fast ice, creating recurrent and interconnected polynyas in the Norwegian, Icelandic, North American and Siberian sectors of the Arctic. The CFL study was 293 days in duration and involved the overwintering of the Canadian research icebreaker CCGS Amundsen in the Cape Bathurst flaw lead throughout the annual sea‐ice cycle of 2007–2008.

In this paper we provide an introduction to the CFL project and then use preliminary data from the field season to describe the physical flaw lead system, as observed during the CFL overwintering project. Preliminary data show that ocean circulation is affected by eddy propagation into Amundsen Gulf (AG). Upwelling features arising along the ice edge and along abrupt topography are also detected and identified as important processes that bring nutrient rich waters up to the euphotic zone. Analysis of sea‐ice relative vorticity and sea‐ice area by ice type in the AG during the CFL study illustrates increased variability in ice vorticity in late autumn 2007 and an increase in new and young ice areas in the AG during winter. Analysis of atmospheric data show that a strong northeast–southwest pressure gradient present over the AG in autumn may be a synoptic‐scale atmospheric response to sensible and latent heat fluxes arising from areas of open water persisting into late November 2007. The median atmospheric boundary layer temperature profile over the Cape Bathurst flaw lead during the winter season was stable but much less so when compared to Russian ice island stations.     

Changma onset definition in Korea using the available water resources index and its relation to the Antarctic oscillation

This study defines the Changma onset using the available water resources index (AWRI) for 25?years (1985–2009) and verifies the validity of this definition. The three conditions for defining the Changma onset are established as follows: (i) The first day exceeding the June AWRI (threshold) averaged over the 25-year period. (ii) The continuation of the value over the threshold for at least 1?week after the onset. (iii) After the continuation of more than 1?week, the non-continuation of the value under the threshold for at least 1?week. The 25-year average Changma onset date is 24 June with a standard deviation of 9?days. The defined Changma onset is verified through the analysis on the relationship with the Antarctic oscillation (AAO). AAO in June shows a high correlation with not only the Changma onset but also the June precipitation (AWRI) in Korea. These three variables are influenced by Mascarene and Australian (positive AAO pattern) highs from in the preceding March. When these two pressure systems develop, the cold cross-equatorial flow in the direction from the region around Australia to the equator is intensified, which in turn, forces a western North Pacific high (WNPH) to develop northward; this eventually drives the rain belt north. As a result, the Changma begins early in the positive AAO phase, and the June precipitation increases in Korea. In addition, a WNPH that develops more northward increases the landfalling frequency of tropical cyclones in Korea, which plays an important role in increasing the June precipitation.     

The warmest year 2015 in the instrumental record and its comparison with year 1998

本文利用CRU、NASA和NOAA的近地面气温异常(SATA)数据,对比分析了2015年和1998年的温度异常分布特征,证实了2015年是有观测记录以来温度最暖的一年,并进一步利用EEMD方法探讨了不同时间尺度对2015年温度异常的贡献以及其温度最暖的形成原因。结果表明,年代际及其以上的时间尺度和长期增暖趋势对2015年年平均SATA贡献为0.64°C,远远大于与ENSO信号相关的年际时间尺度的贡献(为0.1°C),说明长时间尺度和全球长期变暖趋势对2015年温度异常的形成有重要贡献。     

平流层极涡振荡与ENSO热带海温异常的时空联系

利用一个在等熵位涡坐标下建立的平流层极涡振荡(Polar Vortex Oscillation)指数,以及NCEP/NCAR再分析资料和NOAA_OISST_V2逐周海温资料,研究了月尺度以上热带海温异常与平流层极涡振荡的时间和空间联系,通过相关、回归以及合成分析发现,两者的显著联系主要发生在3—5年的年际时间尺度上,表现为ENSO型海温异常与极涡振荡年际趋势之间的时空关联。首先,两者的关系并不表现在同期相关上,而是当ENSO海温异常超前极涡振荡年际异常9—11个月时,两者具有最大的负相关关系。当前期热带海温偏暖(冷)时,9—11个月后极涡振荡的年际趋势为负(正)的异常,即极涡偏弱(强)或负(正)振荡事件为主。统计合成结果进一步证实,前期热带ENSO海温暖事件背景下,后期极涡振荡负事件的发生比正事件更多,强度更强,持续时间也更长,反之亦然;另外,前期热带ENSO暖海温背景下,极涡正、负振荡事件的发生均更频繁。研究连接热带ENSO海温异常与平流层极涡振荡的过程发现,热带海温异常不仅可在热带地区引起大气温度的异常响应,而且可以引发从平流层热带到极区的一系列温度异常同时向下和向极区的传播过程,并与9—11个月以后发生在极区的极涡振荡异常相联系。表明与热带海温异常相联系的极涡振荡年际异常,可能存在与季节尺度极涡振荡中类似的全球质量环流的异常变化。     

时-空二维波传播分解方法及其在季节内振荡分析中的应用

大气季节内振荡最显著的特征之一就是其复杂多变的传播特征。为了进一步分析大气季节内振荡的传播特征及其不同传播方向分量的不同作用,基于波的传播理论,对时-空谱分析进行了发展,提出了时-空二维波传播分解方法,并用理想函数验证了其正确性和可行性。结果表明:对任一时-空二维序列,采用此方法均可正确地分解得到空间上具有不同传播方向的3部分分量:前进波、后退波和驻波分量。之后,对向外长波辐射(OLR)、200和850hPa纬向风的东传、西传分量以及驻波分量分别进行联合经验正交函数(CEOF)分析。结果表明,在东传分量上,热带大气季节内振荡主要表现为纬向1波的向东传播,与对流层高、低层纬向风呈现反位相的斜压结构,和未分解的情况相比,前两个主要模态重要性的排序出现了颠倒,说明通过时-空二维波传播分解,避开了各分量之间的相互影响,进一步揭示了前两个模态的物理意义及其在季节内振荡中的重要性;在西传分量上,热带大气季节内振荡主要表现为纬向2—3波的向西传播;驻波分量主要表现出印度洋和太平洋的反位相结构。对热带地区大气季节内振荡的东、西分量的分析,深化了对热带大气季节内振荡东传、西传特征的了解,这对于热带大气季节内振荡更加准确预报及其...     

1959—2009年甘肃极端温度时空变化及其与AO相关分析

利用1959-2009年甘肃省24个台站的逐日最高和最低气温资料,运用百分位法定义了不同台站的逐年最高温度的极端高值、最低温度的极端低值.研究了甘肃省51 a来极端温度的时间变化特征;运用多元线性回归及空间插值法分析了其空间变化特征,并运用Pearson系数分析了极端温度与北极涛动(AO)相关关系.结果表明,甘肃省51 a最高温度的极端高值时间变化特征总体呈增加趋势,陇东及陇南地区增温显著;最低温度的极端低值显著增加的地区则为甘肃中部及西南部地区.最高温度的极端高值大值区地域集中在河西走廊西部地区,小值区在祁连山区及甘南高原;最低温度的极端低值大值区集中在陇东及陇南地区,小值区则在河西走廊的祁连山区.甘肃地区最低温度的极端低值与AO的相关关系要比最高温度的极端高值更为显著.     

夏半年新疆K指数特征及其在短时强降水预报中的应用

利用1989－2018年4－9月高空探测和常规地面观测资料,计算新疆12个探空站的K指数气候平均值,采用线性趋势法、Mann－Kendall趋势检验法、R/S分析法等,分析新疆夏半年K指数时空分布特征,归纳其在新疆短时强降水中的预警阈值。结果表明：（1）新疆K指数总体上呈西高东低分布,西部大气比同纬度其它地区更不稳定;（2）08时和20时的K指数趋势特征基本相同,年平均值波动幅度较大,月平均值4月最小,7月最大;（3）近30a克拉玛依、乌鲁木齐、库车、库尔勒站大气不稳定性呈增大趋势,其余站均趋于稳定;（4）短时强降水前K指数均大于20℃,但月变化差异明显,随着月份的递进K指数呈先增大后逐渐减小的趋势;（5）以25%百分位作为短时强降水预报的预警阈值参考,4月的K指数阈值最小,为23.3 ℃,5、6、9月较为接近,在27 ℃左右,7－8月最大,在29 ℃左右,北疆各站点发生短时强降水的K指数阈值区间为：25.8～30.4 ℃,南疆为28.5～32.0 ℃,东疆哈密为29.5 ℃。