年际和年代际气候变化的全球时空特征比较

5利用1950－1998年全球海洋同化分析资料和全球大气再分析资料，分析比较了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征。结果表明：1）全球上层海洋年际变化主要为位于热带太平洋的ENSO模态，年代际变化最显区域中纬度海洋、赤道外热带东太平洋和大西洋及南半球高纬度区域；2）全球大气年际和年代际变化均主要位于中高纬地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生在热带海洋的上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前主要表现为大气内部（浑沌）变化，而后主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在20世纪70年代均一致性地经历了一次跃变，其结果导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸及非洲西海岸等海域海表温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部地区和格陵兰岛气温具有变冷趋势，而中纬度北太平洋和南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

影响新余的强冷空气及其变化特征

利用1960-2011年新余站逐日地面气温资料,对近52年来影响新余的强冷空气频次及其变化特征,采用线性趋势、5年移动平均和墨西哥帽(Mexican hat)子波方法进行分析,结果表明:20世纪80年代以后影响新余市的强冷空气的次数开始转入年代际偏少阶段,冬季平均最低气温和平均气温则从20世纪80年代末开始明显增暖。降温频次的减少导致冬季平均最低气温和平均气温的升高,在一定程度对暖冬的维持产生作用。北极极涡面积越大,新余冬季气温越低;北极极涡强度越强,新余冬季气温越高。新余的强冷空气发生在极涡面积较大强度较弱,且亚洲中高纬地区的大气环流以经向型为主。亚洲中高纬地区的大气环流以纬向型为主,极地的冷空气只在较高纬度活动,不会南下影响新余市,相应新余市气温偏高。     

全球变暖形势下的北太平洋副热带-热带浅层环流的数值模拟

利用一个全球海气耦合模式,通过数值试验方式,检验了全球变暖对北太平洋副热带-热带经圈环流(STC)的影响,结果发现由于全球变暖的信号主要位于中高纬度,中低纬度(特别是风场)的变化相对不大,导致STC的响应很弱,其变化低于自然变率.     

北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

南极大气环流特征探讨

本文应用日本南极昭和基地１９８２年的探空资料＾［１］，讨论了从地面至２０ｈｐａ高度之间的风、温和４００ｈｐａ以下的湿度场的月平均年变化结构及大气环流特征。对位温、相当位温和饱和相当位温与大气环流的关系也进行了分析探讨。为研究全球大气环流的变化与异常及南北半球大气环流的相互作用的时空尺度遥相关提供了参考。     

珠三角地区近38年冬半年降水量变化特征及干旱成因分析

 根据1970-2008年珠江三角洲地区22个气象观测站逐月降水量资料,利用滑动平均、EOF分析和小波分析等方法分析该地区冬半年降水量的变化特征,并从大气环流场角度分析其干旱成因。结论显示：珠三角地区冬半年降水量变化分布具有很高的同步性以及明显的6～7年周期变化特征,并且在未来一段时间内冬半年降水量可能仍继续偏少;从大气环流场来看,极涡偏弱,欧洲槽偏强,巴尔喀什湖附近高压脊偏强,冷空气活跃,而中纬度西风带扰动不足,南支槽活动偏弱,冷暖空气对峙少,是造成珠三角地区冬半年干旱的主要原因。     

青藏高原地面加热场与春季川渝地区气温的关系

应用奇异值分解(SVD)技术,研究了青藏高原地面加热场与东亚地区上空500hPa高度场及其东侧川渝地区春季气温场的时空联系和冷暖异常成因.结果表明:前期冬季青藏高原地面加热场与后期春季高度场的第1模态代表了两场间的主要耦合特征,具有显著的时空相关;前期冬季青藏高原地面加热场通过影响后期春季500hPa高度场,导致未来春季大气环流变化,是造成川渝地区春季气温异常的重要原因.       

大气环流对冬季黑潮延伸体海温异常的响应

利用全球大气环流模式CAM3,研究了冬季北半球大气环流和东亚副热带西风急流对同期黑潮延伸体海温异常增暖响应的敏感性及东亚西风急流的响应机理.结果表明,模式能较好地刻画冬季黑潮延伸体海温异常增暖导致的北半球大气环流异常,特别是中纬地区大气环流异常“+、-”相问的分布特征.中高纬是大气对冬季黑潮延伸体海温异常响应的敏感区,...     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

全球环流异常特征及其与中国气候变化的关系

采用球谐函数展开方法对1948—2009年NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)高度距平场再分析资料进行分析,通过"时间-高度"的二维坐标方式考察环流异常的立体结构特征,发现南、北半球大气环流在1980年前后发生了明显的正负位相(槽脊)突变.与中国冬季温度和夏季降水的相关分析表明:前期春、夏、秋季的北半球环流纬向正异常越强,华北地区的冬季气温越高,反之越低;前一年冬季环流异常与华北—河套地区的夏季降水呈现反相关,春季北半球均匀异常环流与华北及西南夏季降水呈现反相关;大气环流的纬向异常与华北—河套地区的夏季降水呈现正相关,而同期环流异常与华北东部、西南及江南北部的降水呈现负相关.     

华中地区近50年高温事件及大气环流成因分析

基于中国气象局信息中心整编的1960-2009年逐日地面最高气温的站点资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析了华中地区85个站点的年平均高温日数和高温日平均最高气温的时间、空间变化,同时分析了高温日大气环流特征.结果表明:年平均高温日数和高温日年平均最高气温在时间分布上呈现增暖的趋势,在20世纪60-80年代中期呈降低趋势,之后呈现上升的趋势,尤其在2000年之后,表现得更加明显.年平均高温日数(＞35℃)和年平均高温日数(＞ 37℃)在空间分布上均呈现扩大趋势,部分地区年平均高温日数(＞ 35℃)增加10天,但是高温日(＞40℃)年平均气温呈弱下降趋势.从大范围高温事件的环流形势来看,7月与8月西太平洋副热带高压脊线北抬至25°～35°N之间.8月586线经向变化,西伸至90°E,100 hPa南亚高压发展强大.由此,在对流层中、上层两个高压系统相互配合,并且二者高度场均呈现强大的正距平,这便是形成华中大范围极端高温事件的大气环流形势场.     

大气对流层顶的臭氧时空分布变化

 利用1958~2001年的臭氧垂直分布和NCEP资料,计算出全球对流层顶的气候场,并对其空间分布、季节、年际和年代际演变进行了分析.结果表明:①对流层顶臭氧质量比呈纬向分布的特征明显,南北半球中纬度和南极为高值区,赤道和北极为低值区,且与对流层顶高度和温度场有对应关系;②从400~70 hPa的温度和臭氧质量比垂直经向剖面中,显现出对流层顶的上层和下层由于具有不同的物理和化学过程导致垂直分布存在差异;③对流层顶臭氧质量比纬向距平场的年代际变率具有不同位相的时空演变尺度,南半球的时空差异比北半球大,南极最不稳定,低纬和赤道地区幅度变化较小,但时间尺度较大;④极地各季节对流层顶的臭氧分布和高度场特征相似,低纬则与温度场分布较一致;⑤对流层顶断裂带中臭氧质量比最大值出现在春季,秋季为最小值,其对应的纬度存在明显的季节空间经向波动,夏季达到最高纬度,冬季到达最低纬度;⑥对流层顶臭氧质量比纬向距平的季节变率表现出准半年变化趋势,且两半球变化趋势相反.     

云南省2009/2010年秋-冬-春连旱与近50a严重持续干旱过程的对比分析

利用云南122站日平均雨量、气温资料以及美国NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2009/2010年云南秋、冬、春连旱与云南近50 a最严重的3次干旱过程进行对比分析发现:2009/2010年秋冬春连旱无论从干旱强度、干旱面积、还是持续时间上都要重于其它3次.干燥的对流层大气和强烈的下沉运动;同时在亚洲中纬度东西部地区出现的高度距平差异小以及冷空气活动不强,是云南最严重的4次干旱过程中最主要的大气异常状态特征.但2009/2010年干旱过程中,对流层大气干燥程度以及下沉运动的剧烈程度较高,同时干燥的对流层大气与强烈的下沉运动结合得比其它3次过程更为紧密,而且在亚洲中纬度东西部地区的高度距平差异最小,纬向环流最为明显,其冷空气活动是4次严重干旱过程中最弱的,因此造成2009/2010年秋、冬、春连旱过程较其它3次更为严重.     

中国东部四季降水量变化空间结构的研究

利用观测资料和史料所重建的中国东部（110°E以东）71站1880?2004年的四季降水量序列,通过EOF分析得到了各个季节降水量空间分布的主要形态,并且按其特点分为两类,冬春秋季为一类,夏季为一类。利用重建的1880?1950年和观测的1951?2004年的500 hPa高度场资料,分析了大气环流对各季降水异常的影响。结果表明,各季的降水异常分布形态与高空环流形势有很好的对应关系,并且近百年来这种对应关系比较稳定。最后研究了各季降水量空间结构的周期变化特征,结果显示各个季节降水量空间分布形态都存在高频的年际变化和低频的年代际变化。功率谱和子波分析表明,高频集中于2～4年、5～8年,而低频则集中在15年、20～25年、60年,共同代表了中国季节降水异常变化的主要周期。     

宜昌地面气温与Arosa臭氧总量的遥相关

地处北半球中低纬度的宜昌是响应大尺度环流变化的敏感区域,能灵敏捕捉到大气臭氧的纬向输送过程。从近80年宜昌地表温度和Arosa大气臭氧总量相似的季节性变化发现前者较后者提前3个月反相变化,其本质是臭氧运输的季节变化引起的。     

大气臭氧准两年周期振荡

对全球网格点大气臭氧总量的卫星观测数据进行了分析，结果表明：大气臭氧总量有明显的准两年周期振荡（ＱＢＯ），且准两年周期振荡从低纬度地区向高纬度地区传播；大气臭氧的ＱＢＯ存在一定的纬圈结构，局部地区的ＱＢＯ有从高纬度地区向低纬度地区传播的现象．     

平流层各层温度变化的时空特征分析

利用欧洲中心的ECMWF月平均温度场再分析资料分析了平流层各个层次温度变化的空间分布特征,结果表明1958-2001年全球平流层不同高度温度的变化有一定的差异．在平流层上层2hPa,温度呈显著的下降趋势;平流层中层20hPa温度场低纬度地区和高纬度地区相反变化,低纬度地区呈显著的下降;平流层下层70hPa温度场除了南半球高纬度地区外也呈下降趋势．同时,分析了不同区域温度变化的趋势和周期特征,平流层不同层次温度变化周期有着一定的差异,温度下降区域和温度上升区域的突变时间也有着明显的不同．     

皮纳图博火山喷发对气候影响的数值试验

用俄勒冈州立大学（ＯＳＵ）的两层大气环流模式，研究１９９１年６月中旬菲律宾的皮纳图博（Ｐｉｎａｔｕｂｏ）火山喷发对短期气候的影响．数值试验的结果表明：①火山喷发引起低纬太阳辐射减少，导致次年１，２月模式大气的北半球主要大气活动中心（阿留申低压、冰岛低压、东亚冷高压、北美冷高压等）的强度明显减弱，亚洲和北美大陆中高纬度大部分地区的地面气温明显上升．模拟结果与实况相当一致．皮纳图博火山喷发对北半球中高纬许多地区（如前苏联的西伯利亚的中西部、中国北方地区、日本和西欧以及美国等地）１９９２年１，２月所出现的异常暖冬天气有重要的作用．②火山喷发引起的热带太平洋海平面气压场变化有利于南方涛动的减弱．     

冬季全球大气季节内振荡的特征分析

利用欧洲中期数值天气预报中心的ERA-40逐日再分析资料,计算得到350 K等熵面上45年冬季气候平均位势高度场,再利用Butterworth滤波器得到等熵面上位势高度30～60 d低频波.应用经验正交分解(EOF)对冬季350 K等熵面上的低频位势高度场进行时空分析,结果表明:在第1主分量场上,空间分布特征最明显的是南极涛动(AAO)、北极涛动(AO)、北美-太平洋涛动(PNA)以及经向偶极型低频变化.这种空间分布形式说明在350 K等熵面上南北半球间通过太平洋地区的经向低频波列传播,使得AAO与AO相互影响,相互作用.第2主分量场上,空间分布特征则表现出全球经向和纬向上的低频波列特征,以及南北半球在大西洋地区的相互作用.将EOF分解得到的前2个主分量场的时间系数投影到1957—2002年冬季的时间序列中,发现冬季全球大气低频振荡在20世纪70年代末80年代初发生了明显的年代际突变,并在80年代末以后逐渐加强.说明在80年代末以后冬季南北半球的低频变化相互作用有所加强,也说明太平洋,大西洋上的经向传播特征更为明显.     

春季大气南北涛动年际变化及其与中国气候的联系

结合NCEP/NCAR月平均再分析资料以及我国地面站点观测资料,分析了春季大气质量南北涛动(IHO)的年际变化特征及其与我国春季气候的联系.研究发现春季IHO表现为明显的两半球中高纬地区大气质量间的"跷跷板"分布,且有相一致的垂直环流结构.对去除AO(北极涛动)、AAO(南极涛动)信号后的纬向平均地表气压作EOF分析,发现其第一特征向量IHO特征明显,其对应的时间系数与IIHO相关系数高达0.93.春季IHO与我国同期气候变动联系密切.我国站点地面气压、地面温度以及相对湿度均与IIHO有较好相关.我国西北地区尤其与青海、甘肃、陕西及内蒙地区春季沙尘暴的发生与IHO联系密切.正位相IHO有利于西伯利亚高压的加强,此时60°E至150°W的纬向风存在着由北极延伸至南极的经向遥相关结构,导致亚洲地区出现正的西风异常,对我国春季气候产生影响.