中国冬半年极端低温事件的时空特征及其与 东亚冬季风的关系

利用1961～2012年全国553站逐日最低气温资料,根据百分位值法,定义了不同台站的极端低温阈值,并统计分析了逐年逐站发生极端低温事件的频数,并且使用经验正交函数分解(EOF)的方法对其时空变化特征进行了研究.研究结果表明:近51年来,我国冬半年极端低温事件总体呈明显的减少趋势,但仍存在明显的时空差异.EOF分析结果...     

云南冬半年极端低温事件与大气环流的关系

利用一种简化的识别方法,对1961-2019年云南冬半年区域性极端低温事件进行了判别和分析,结果表明：近59年来,云南区域性极端低温事件发生频次、累积强度和累积影响站次均呈现下降趋势,但近10年中,极端低温事件的发生频次、累积影响的站点数有所增长。云南区域性极端低温事件持续天数集中在1～4 d之间,冬半年的11月和3月发生概率较高;云南东部地区发生频率高,怒江以西的狭窄区域发生频率较低;进入20世纪80年代中以后,云南无三个季节均发生极端低温事件的年份;深秋时段极端低温事件出现的频率减少较快,近10年中没有发生。从环流特征分析来看,不同季节影响云南极端低温事件的大气环流有所不同：深秋高层300 hPa在北美大陆有Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场“西高东低”,850 hPa东北风引导冷平流南下引起云南深秋极端低温事件活跃;冬季的极端低温事件是由300 hPa北大西洋亚速尔群岛上空Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场“北高南低”,850 hPa中纬度东风引导冷平流东进影响;初春,300 hPa东北太平洋Rossby波东传经由斯堪的纳维亚半岛上空至东亚,500 h...     

内蒙古极端低温事件发生的环流特征及预测概念模型

利用50a（1961-2010年）的日最低气温计算阈值,超过此阈值为极端低温事件。将内蒙古东、中、西部的极端最低气温事件进行四季划分统计．讨论分析这些地区的极端低温事件与大气环流、海洋因子的关系。分析研究表明：内蒙古极端低温事件主要发生在冬季（12月至次年2月）,集中在20世纪60年代初至80年代中期,80年代中期至90年代末基本上没有发生,90年代末以后又陆续发生,但强度、范围明显减小。极端低温事件与北半球极涡、北极涛动、北太平洋涛动、南方涛动、海气相互作用、副热带高压、两风带环流存在着大体一致的年代际震荡趋势,同时与冷空气南下的路径有关,而且相关关系显著。通过相关检验,建立内蒙古极端低温事件的预测概念模型．以此应J}=fj于实际的业务当中．减少极端事件发生引发的各方面损失。     

区域性极端低温事件的识别及其变化特征

区域性极端低温事件的客观识别方法主要包括4个部分:极端低温阈值的确定、极端低温事件空间区域的识别、空间区域的连续性过程提取和指标体系,结合个例分析验证了该方法在实际低温事件检测中的有效性。从空间分布和时间变化趋势等角度分析了近50年区域性极端低温事件的变化特征:区域性极端低温事件的发生频次较高的纬度带主要位于32°N和42°N附近,区域性极端低温事件的发生频次、强度和最大覆盖面积等存在总体减弱的趋势,在20世纪80年代后期存在显著的转折,90年代后期以来变化逐渐趋于平缓。此外,对各种单一指标与我国冷冻害造成的经济损失和受灾人口之间的相关分析,构建了体现区域性极端低温事件多方面影响的综合指标。     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

1955—2006冬半年中国极端低温的时空变化特征

采用1955—2006年全国275个台站冬半年逐日最低气温资料,对中国冬半年极端低温的时空特征和变化趋势进行了分析。结果表明：在全国范围内冬半年极端低温频数变化一致,均呈减小趋势,1983年前后发生了明显的突变;近52 a来最显著的减小趋势位于华北、长江中下游及江南地区,最不显著的减小趋势位于河套地区,较弱的减小趋势位于四川盆地和云贵高原地区;中国冬半年年极端低温事件频数的空间差异明显,各区域极端低温频数突变的年份均不一致,各区域突变前后的极端低温频数存在较大差异,但近年来,各区域冬半年极端低温频数变化均趋于稳定。     

1951-2009年冬季北京极端低温事件变化分析

根据1951-2009年冬季北京观象台逐日最高、最低气温资料,对近59 a冬季北京极端低温事件的发生频次、强度进行了分析.结果表明,近59 a冬季北京极端低温事件呈减少趋势,且在1984年冬季存在气候突变点,1984年后为极端低温事件相对低发期;随着极端低温事件发生频次减少,强度也趋于减弱,20世纪80年代之后极端低温...     

宁夏冬季极端低温事件特征及其与秋季北极海冰异常的联系

利用1961-2018年我国宁夏全区平均逐日观测最高和最低气温数据,英国哈德莱(Hadley)中心的逐月海冰密集度资料,美国国家环境预报中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐月大气再分析资料以及中国气象局国家气候中心的逐月东亚冬季风指数和西伯利亚高压指数系统地研究了宁夏冬季极端低温事件的特征及其与北极关键影响区域海冰异常的联系。结果表明:20世纪60年代以来,宁夏冬季冷日与冷夜频次呈现明显的减少趋势,极端低温事件强度总体趋于减弱,日极端低温升高趋势较为明显。秋季北极海冰异常与之后冬季海冰异常显著相关,前秋海冰异常通过季节持续性实现对后期冬季大气环流的影响,进而影响冬季气温。前期秋季拉普捷夫海-东西伯利亚海海冰密集度偏小、格陵兰海海冰密度偏大时,冬季西伯利亚高压指数和冬季风指数偏强,有利于宁夏日极端低温事件频次偏多;500 hPa高度场上,极地-欧亚大陆-阿留申地区有一个显著的"L"型的位相波列形态,使得北极与欧亚大陆中高纬地区的位势高度差减弱,中高纬地区西风气流偏弱,减弱的西风使得经向活动加强,利于北极的冷空气向低纬地区侵袭;在海平面气压场上,西伯利亚地区气压偏高,冷空气由极地挤压至中高纬度地区,造成冷空气南下,有利于宁夏冬季发生极端低温事件。     

近49年中国西北地区极端低温事件的演变特征

利用中国西北地区135个测站1961-2009年历年逐日地面最低气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall分析、子波分析、功率谱分析和合成分析等方法,分析了近49年中国西北地区极端低温事件的演变特征。结果表明：（1）西北地区极端低温的低值主要出现在北疆和青海高原,这些地方的阈值在-2...     

增暖背景下新疆冷冬与极端低温事件的联系

为了客观准确地描述新疆冬季偏冷的特征,基于新疆99个国家气象观测站1981－2020年逐日最低气温、日平均气温和欧洲数值预报中心再分析资料（ERA5）逐日最低气温再分析资料,对于冬季气温异常偏低年、冷冬年、强冷冬年以及单站极端低温事件、区域性持续极端低温事件进行了识别。结果表明：1981—2020年,新疆区域冬季平均气温异常偏低年与冷冬年有差异。新疆冬季单站极端低温事件总体呈减少趋势;12月和2月的出现频次高于1月,但12月减少速率大于2月,1月总体呈增加趋势。新疆共出现53次冬季区域性持续极端低温事件,其中,全疆型出现频次最高,北疆型次之,南疆型第三,山区型最少;出现频次最多的是持续10～15 d的事件;新疆冬季区域性持续极端低温事件发生频次减少,但单站事件持续时间并没有明显减少,而且影响范围在扩大。当冬季极端低温事件出现频次高、持续时间长时,50%以上的测站出现冷冬（强冷冬）时,区域内冬季平均气温一致偏低的概率较大;当冬季极端低温事件出现频次低、持续时间在10d以内时,出现冷冬的测站很少或没有,冬季平均气温一致偏低的概率较小。     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

Characteristics of Atmospheric Circulation Associated with Cold Surge Occurrences in East Asia： A Case Study During 2005/06 Winter

The characteristics of the upper-level circulation and thermodynamical properties for the period when two distinct cold surges broke out over East Asia during the 2005/06 winter are investigated. From early December 2005 to early January 2006, exceptionally cold weather lasted for approximately one month due to two successive cold surges that took place on 2 December 2005 and 2 January 2006, respectively. This study reveals that both involve the upper-tropospheric circulation, which induces the amplification and expansion of the surface Siberian high toward East Asia, but arose from different causes： the former is caused by the upper-level blocking originated from the North Pacific and the latter is caused by the upper-level wave train across the Eurasian Continent. In particular, it is suggested that the lower-tropospheric anomalous wind caused by upper-level circulation anomalies and a steep meridional temperature gradient amplified by phase-locked annual cycle combined to induce very strong cold advection in East Asia, which resulted in exceptionally cold weather that lasted for several weeks. The present results emphasize that the characteristics of the upper-tropospheric circulation can be considered as important precursors to cold surge occurrences in East Asia.     

东亚大气环流由冬向夏的转变时间及其特征

利用NCEP/NCAR再分析数据集及CMAP降水资料分析了东亚大气环流由冬转夏的可能时间及其特征。结果表明,3月底4月初,东亚与西太平洋对流层纬向热力差异由东暖西冷转为东冷西暖,对流层低层大陆高压东移,使得纬向气压梯度发生逆转。与此同时,对流层低层偏南风建立,经向垂直环流也发生季节逆转。同时,3月底4月初华南已出现持续性降水雨带。所有这些特征都表明东亚大气环流可能在3月底4月初已经由冬季型开始转为夏季型。     

一个适用于描述中国大陆冬季气温变化的东亚冬季风指数

利用1951年1月-2007年2月的NCEP V1格点资料和中国台站观测资料,定义了一个冬季风环流指数(IEAWM),并分析其与中国冬季气温和东亚大气环流变化的联系.结果表明该指数能够很好地反映东亚冬季风系统各成员的变化,兼顾北方和南方的环流状况和东西部热力差异的影响,改进了原有冬季风指数大多针对单一的冬季风环流成员及对中国冬季气温变化反映能力的不足,能够很好地反映中国冬季平均气温的异常变化.分析表明,当该指数为正值时东亚冬季风偏强,对应着地面西伯利亚高压和高空东亚大槽均偏强,东亚地区对流层中层的高-低纬度之间的纬向风经向切变加强,有利于中高纬度冷空气向南侵入,导致中国大陆地区气温偏低,反之亦然.IEAWM的年代际变化表明东亚冬季风在1985年之前偏强,1985年之后明显偏弱,这与1985年之后中国冬季变暖是一致的.     

Interference of the East Asian Winter Monsoon in the Impact of ENSO on the East Asian Summer Monsoon in Decaying Phases简

The variability of the East Asian winter monsoon （EAWM） can be divided into an ENSO-related part （EAWMEN） and an ENSO-unrelated part （EAWMres）.The influence of EAWMres on the ENSO-East Asian summer monsoon （EASM） relationship in the decaying stages of ENSO is investigated in the present study.To achieve this,ENSO is divided into four groups based on the EAWMres：（1） weak EAWMres-E1Ni（n）o （WEAWMres-EN）; （2） strong EAWMres-E1Ni（n）o （SEAWMresEN）; （3） weak EAWMres-La Ni（n）a （WEAWMres-LN）; （4） strong EAWMres-La Ni（n）a （SEAWMres-LN）.Composite results demonstrate that the EAWMres may enhance the atmospheric responses over East Asia to ENSO for WEAWMres-EN and SEAWMres-LN.The corresponding low-level anticyclonic （cyclonic） anomalies over the western North Pacific （WNP） associated with El Ni（n）o （La Ni（n）a） tend to be strong.Importantly,this feature may persist into the following summer,causing abundant rainfall in northern China for WEAWMres-EN cases and in southwestern China for SEAWMres-LN cases.In contrast,for the SEAWMres-EN and WEAWMres-LN groups,the EAWMres tends to weaken the atmospheric circulation anomalies associated with E1 Ni（n）o or La Ni（n）a.In these cases,the anomalous WNP anticyclone or cyclone tend to be reduced and confined to lower latitudes,which results in deficient summer rainfall in northern China for SEAWMres-EN and in southwestern China for WEAWMres-LN.Further study suggests that anomalous EAWMres may have an effect on the extra-tropical sea surface temperature anomaly,which persists into the ensuing summer and may interfere with the influences of ENSO.     

1960—2012年中国东部冬季风时期极端降温事件的时空特征

利用1960-2013年中国753个站逐日日平均气温资料,对中国东部冬季风时期极端降温事件进行了定义,并研究了近53 a中国东部冬季风时期极端降温事件的时空特征。结果发现,极端降温事件发生最频繁的地区位于东北南部、华北大部分地区和华中北部,华中南部则较少发生。过去的53个冬季风时期,中国东部极端降温事件普遍减少,且东北南部、华北南部和东部、华中北部以及华东北部的减少趋势最为明显,减小幅度可达0.4~0.8次/（10 a）。此外,东北、华北和华中的极端降温事件发生频次分别在1980、1973、1969年出现了由多到少的突变。极端降温事件的强度也存在空间差异,其平均强度从北到南呈现出强-弱-较强的特点。     

前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响

对1959—2008年前冬(12—3月)北半球环状模与春季(3—5月)中国东部北方地区极端低温事件的关系进行诊断分析,发现前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件存在显著负相关。当前冬北半球环状模偏强时,春季中国东部北方地区上空对流层高、低层分别出现位势高度的负、正异常,对应异常的下沉增温,东北冷涡偏弱,极端低温事件发生频次偏少,强度偏弱;反之,当前冬北半球环状模偏弱时,春季该地区极端低温事件发生的频次偏多,强度偏强。进一步研究表明,欧亚雪盖在前冬北半球环状模对春季中国东部北方地区极端低温的影响中起到潜在的桥梁作用,当前冬北半球环状模偏强(偏弱)时,同期欧亚大陆中高纬度地区偏暖(偏冷),欧亚雪盖面积较小(较大)。另外,欧亚雪盖面积异常具有较强的持续性,可以从前冬持续到春季。因此,当前冬欧亚雪盖面积较小时,春季欧亚雪盖面积也偏小,且对应春季东北冷涡强度偏弱,中国东部北方地区地表气温偏高,极端低温事件发生的频次偏少,强度偏弱;反之亦然。前冬北半球环状模与春季中国东部北方地区极端低温事件的负相关关系为预测中国东部北方地区春季极端低温事件的变化提供了一个潜在的前期信号。     

东亚冬夏季风关系在1970s末的年代际转变

利用NCEP/NCAR和Hadley中心的大气与海洋再分析资料,选取具有代表性的东亚冬、夏季风指数,采用滑动相关和线性回归等方法,主要讨论了受ENSO影响的东亚冬季风分量和后期夏季风之间关系的年代际变化,并分析了二者关系发生变化的原因。结果表明:在1965—1979年,受ENSO影响的冬季风与后期夏季风强度的对应关系并不明显。在1980—2004年,受ENSO影响的冬季风强,对应后期的夏季风偏弱,弱冬季风对应的后期夏季风偏强。当受ENSO影响的冬季风较强时,冬季在对流层低层西北太平洋出现了异常气旋并可以维持到次年夏季,低纬地区位势高度偏低,削弱了西太平洋副热带高压,异常气旋西部的偏北气流阻碍了西南风的北进,导致夏季风偏弱。海表温度异常在1980年前后春、夏季不同的分布型可以解释环流在不同时段内的差异。     

阿留申低压与东亚冬季风关系的年代际变化

东亚冬季风系统是北半球冬季最活跃的环流系统,通过与西伯利亚高压、阿留申低压、东亚大槽和东亚西风急流等系统之间的相互作用,对东亚地区的气候产生重要影响。本文主要关注阿留申低压与东亚冬季风关系的年代际变化特征,利用经验正交函数分析方法,提取阿留申低压的强度变化、南北移动、西北-东南传播型和东西移动模态,并研究这4种模态与冬季风的北部型、南部型模态关系。结果表明阿留申低压的强度变化与2种东亚冬季风型的关系都不显著。阿留申低压的南北移动与南部型冬季风的相关性较强且具有年代际变化特征。1995年后南北涛动中心受ENSO(El Niño-Southern Oscillation)影响向东移动,阿留申低压和西伯利亚高压的配置不利于中国东南部气压梯度的形成,导致阿留申低压的南北移动与南部型冬季风的相关性降低。另外,1975年后北大西洋涛动在中西伯利亚地区激发正位势高度异常,扩大传播型模态影响范围,给中高纬地区带来东北风异常,有利于北部型冬季风的形成,此时传播型模态与北部型冬季风显著相关。