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华北春季极端低温的年代际差异及其与北大西洋海温异常的关系

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华北春季极端低温的年代际差异及其与北大西洋海温异常的关系

作者：徐玮平南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文利用中国北方501个站点温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端低温的大气环流异常特征进行对比,并通过使用波作用通量方法探究1997年前后华北... 详细信息

本文利用中国北方501个站点温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端低温的大气环流异常特征进行对比,并通过使用波作用通量方法探究1997年前后华北地区极端低温罗斯贝波能量频散特征差异及其可能原因。通过使用局地多尺度能量涡度分析法（MS-EVA）分析了1997年以后格陵兰岛以东关键区能量的来源及其动能收支情况。对华北地区极端低温与欧亚波列、北大西洋海温之间的联系及可能机理进行了研究,最后通过CAM5.1数值模式予以验证,得到以下主要结论:（1）华北地区（Ⅱ区）极端低温冷偏差的三个年代际尺度时间段分别为60年代、80年代前后及21世纪初。80年代前后和21世纪我国华北发生极端低温事件的环流形势存在着明显经向和纬向异常的现象。21世纪极端低温的环流形势从北大西洋至欧亚大陆呈“准两波型”的结构,波长较长,稳定性较好,低温持续时间长,并且在中高纬度存在明显的波列结构;而20世纪80年代前后极端低温环流形势呈“三波型”结构,波长较短,稳定性较差,低温持续时间较短,且在中高纬度波列结构不明显。（2）80年代前后和21世纪两类年代际极端低温环流异常的关键强迫源存在明显的不同。其中1997年以前格陵兰岛南面和北欧附近的北大西洋洋面能量向东频散,通过欧亚大陆地区,激发形成欧亚型EU波列,加强了气旋式异常环流,有利于低温的维持和发展;而1997年以后格陵兰岛以东洋面为关键强迫源,能量向东频散,有利于EU波列的加强,在贝加尔湖西南部槽加强,形成气旋式异常中心,有利于低温的维持。（3）北大西洋“马蹄型”海温模态与影响春季我国华北地区极端低温的欧亚波列具有显著的相关关系,同时北大西洋“马蹄型”海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用能量（TNZ2）具有显著的相关关系。1997年以后格陵兰岛东侧地表2m温度呈现正值区增多趋势,由于异常热力强迫作用,导致此处西风急流加大,其下游北欧地区形成暖脊。由于格陵兰岛以东关键区表面温度的异常热力强迫与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能增加并向外辐散,使得北欧地区暖脊加强向北伸展,通过EU波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。（4）通过CAM5.1模式模拟进一步验证了北大西洋“马蹄形”海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,有助于冷平流向我国华北地区输送,极端低温事件增多。以上结果反映了华北地区极端低温的年代际特征及其部分成因,为极端天气气候灾害的监测预报提供依据。

关键词：华北极端低温罗斯贝波北大西洋海温 CAM5.1模式

20世纪90年代以后华北初春低温增强和北大西洋海温关系

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大气科学 2020年第6期44卷 1167-1187页

作者：徐玮平张杰刘晨孟祥新南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害省部共建教育部重点实验室南京210044 山东省气候中心济南250031

本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋"马蹄型"海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海... 详细信息

本文利用ECMWF再分析资料及Hadley中心提供的海温数据分析了20世纪90年代以后华北地区初春低温增强的原因,并通过数值模拟结果予以验证。结果表明,北大西洋"马蹄型"海温模态与影响我国华北地区的欧亚波列存在显著的相关关系。同时该海温模态与1997年以后北大西洋关键区垂直波作用通量有着较密切的相关关系,1997年以后北大西洋地区的500 hPa环流模态,整体呈现出东移南撤的趋势。1997年以后格陵兰岛东侧表面温度受异常热力强迫导致正值区增多,同时此处西风急流加大,有利于Rossby波向下游传播,导致其下游欧洲大陆地区形成暖脊。通过局地多尺度能量涡度分析法(Localized Multiscale Energy and Vorticity Analysis,简称MS-EVA)证明格陵兰岛东侧关键区表面温度的异常热力强迫作用与气压梯度力在对流层整层做正功,导致高层动能的增加并向外辐散,使得脊加强向北伸展。通过欧亚波列致使下游华北地区上空气旋式异常加强,促使亚洲极涡加强和稳定维持,华北地区温度下降剧烈,极端低温事件增多。最后通过CAM5.1模式模拟研究了北大西洋"马蹄型"海温模态对大气环流异常及华北地区极端低温的影响。模拟结果很好地验证了观测结果,进一步表明该海温模态可以通过激发出欧亚波列,影响欧亚大陆大气环流异常,进而导致我国华北地区气旋性加强和经向环流加大,极端低温事件增多。

关键词：极端低温北大西洋海温能量分析 CAM5.1模式

青藏高原初春积雪的多尺度变化与北大西洋海温的关系

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冰川冻土 2018年第4期40卷 655-665页

作者：陈志恒张杰徐玮平南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044

青藏高原冬、春季积雪变化影响东亚甚至全球春、夏季的环流及气候异常。利用中国西部环境与生态科学数据中心提供的中国雪深长时间序列数据集,美国大气海洋局提供的全球逐月扩展重建海表温度,以及欧洲中期天气预报中心提供的逐月再分析... 详细信息

青藏高原冬、春季积雪变化影响东亚甚至全球春、夏季的环流及气候异常。利用中国西部环境与生态科学数据中心提供的中国雪深长时间序列数据集,美国大气海洋局提供的全球逐月扩展重建海表温度,以及欧洲中期天气预报中心提供的逐月再分析数据,对青藏高原初春(3、4月)积雪的多尺度变化与北大西洋海表温度的关系进行了研究。结果表明,初春青藏高原雪深异常与初春北大西洋关键区海温异常有显著的负相关关系。当初春关键区海温正(负)异常时,初春高原中部偏北腹地地区、东南部地区积雪深度减少(增加);初春北大西洋关键区海温异常通过激发下游青藏高原上空大气波列以及波作用通量异常来影响高原局地区域的温度和垂直运动,从而影响降雪的产生和积雪的累积。该结果为青藏高原初春积雪的多尺度变化及其影响提供了依据。

关键词：青藏高原积雪北大西洋海温相关关系

两类春季极端低温的年代际特征与欧亚环流异常关系对比

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高原气象 2018年第6期37卷 1655-1670页

作者：徐玮平张杰陈志恒气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害省部共建教育部重点实验室南京信息工程大学江苏南京210044

利用中国北方501个观测站温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,并对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端降温的大气环流异常特征进行对比。结果表明,21世纪极端降温的环流形势从北大西... 详细信息

利用中国北方501个观测站温度资料、ECMWF再分析资料及Hadley海温数据分析了华北地区春季极端低温的时空特征,并对20世纪80年代前后、21世纪两类年代际极端降温的大气环流异常特征进行对比。结果表明,21世纪极端降温的环流形势从北大西洋至欧亚大陆呈"准两波型"的结构,波长较长,稳定性较好,低温持续时间长,并且在中高纬度存在明显的波列结构;而20世纪80年代前后极端低温环流形势呈"三波型"结构,波长较短,稳定性较差,低温持续时间较短,且在中高纬度波列结构不明显。北大西洋海温在1997年有明显的转折。1997年以前格陵兰岛南面附近的北大西洋洋面能量向东频散,通过西西伯利亚关键区,激发欧亚型EU波列,加强了气旋式异常环流,有利于低温的维持和发展。可能是存在两个能量频散源地的原因,使得80年代的EU波列波长较21世纪偏短。而1997年以后格陵兰岛以东洋面为关键强迫源,能量向东频散,有利于EU的加强,贝加尔湖西南部槽加强,形成气旋式异常中心,有利于低温的维持。格陵兰岛东侧海温异常热力强迫,可激发出EU型遥相关,在其下游的欧洲大陆形成暖脊,脊向北加强,然后收缩与鄂霍茨克海高压脊直接形成大槽,致使华北地区上空气旋式异常加强,环流易稳定维持,从而使得华北地区温度加剧下降,易发生极端低温事件。该结果反映了华北地区极端低温的年代际特征及其两类极端低温环流形势异常的部分成因,从而为预测极端低温事件提取某些信号。

关键词：春季极端低温年代际特征欧亚型遥相关海温异常

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

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海洋气象学报 2021年第2期41卷 119-125页

作者：伯忠凯胡桂芳徐玮平山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气候中心山东济南250031

利用1981-2019年NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多(少)雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明:典型多(少)雨年,亚洲中高纬环流呈“-、+”(“+、-”)距平分布,盛行纬(经)向环流... 详细信息

利用1981-2019年NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多(少)雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程。结果表明:典型多(少)雨年,亚洲中高纬环流呈“-、+”(“+、-”)距平分布,盛行纬(经)向环流,东亚大槽偏弱(强)。前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月降水的关键外强迫因子,黑潮区海温偏暖(冷)时,其上空500 hPa高度场为明显正(负)距平,低层风场呈现异常反气旋(气旋),山东受异常东南风(偏西风)控制,加强(削弱)了水汽输送,利于降水偏多(少)。热带印度洋偏暖年,山东地区500 hPa高度场上表现为西低东高,低层处于异常反气旋后部的东南气流中,这与典型多雨年的环流特征基本一致,印度洋偏冷年对应环流特征与偏暖年大致相反。

关键词：山东5月降水异常环流型黑潮区海温热带印度洋海温

淄博市临淄区1989—2018年气象要素年际变化特征分析

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现代农业科技 2022年第6期 143-145页

作者：邢雅敏许苗苗辛雪琪徐玮平淄博市临淄区气象局山东淄博255400 淄博市临淄区农业技术服务中心山东淄博255400 山东省气候中心山东济南250031

利用临淄国家气象观测站1989—2018年逐月气象要素资料,采用线性倾向方法等,研究了近30年临淄区气象要素的年际变化特征。结果表明:年平均气温总体上呈现波动上升的趋势,具有显著的年际变化特征;2010年以后年平均气温呈持续增加趋势。... 详细信息

利用临淄国家气象观测站1989—2018年逐月气象要素资料,采用线性倾向方法等,研究了近30年临淄区气象要素的年际变化特征。结果表明:年平均气温总体上呈现波动上升的趋势,具有显著的年际变化特征;2010年以后年平均气温呈持续增加趋势。年降水量总体上呈现波动下降的趋势,每10年约下降7.8 mm,具有显著的年际变化特征。近几年由于临淄区降水年际变化曲线波动突出,起伏陡峭,往往造成旱涝急转。年日照时数呈现明显的下降趋势,每年下降约11.0 h;近30年平均日照时数为2 380.4 h,1997年和2015年日照时数分别为近30年的最高值和最低值。

关键词：气温降水年际变化特征山东淄博临淄区 1989—2018年

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2000—2015年华北地区8月极端干旱的异常环流型及其波活动特征

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海洋气象学报 2021年第1期41卷 92-99页

作者：徐玮平孟祥新伯忠凯邢雅敏山东省气候中心山东济南250031 淄博市临淄区气象局山东淄博255400

利用1961—2015年华北地区54个国家级气象观测站夏季8月逐日降水资料和2000—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据,研究了华北地区8月极端干旱的异常环流型及原因。结果表明:华北地区极端干旱事件以年际变化为主,2000—2015年... 详细信息

利用1961—2015年华北地区54个国家级气象观测站夏季8月逐日降水资料和2000—2015年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析数据,研究了华北地区8月极端干旱的异常环流型及原因。结果表明:华北地区极端干旱事件以年际变化为主,2000—2015年华北地区极端干旱年在中高纬500 hPa高度距平场上存在“-、+、-、+”的异常波列结构,乌拉尔山西部地区上空存在较强的反气旋性距平使得暖脊加强向北收缩,同时贝加尔湖上空存在较强的反气旋性距平使得此处的高空脊强度异常加强,影响范围加大,这种异常环流形势导致高空脊前干冷西北气流输送到华北地区。欧洲西部地区是北半球中高纬波作用通量的关键区,该地区地表2 m温度呈明显增加趋势,同时该关键区对应的500 hPa垂直波作用通量TNZ也呈现明显增加趋势。由于异常热力强迫作用激发出EU波列,低层能量向上传输,高层能量向外频散影响下游乌拉尔山西部地区暖脊加强,造成中高纬环流异常,导致华北地区极端干旱事件频发。

关键词：极端干旱地表2 m温度大气环流波通量

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山东冬季降水异常及其与东亚大槽的关系

气象与环境科学 2021年第1期44卷 74-80页

作者：胡桂芳伯忠凯高理徐玮平王娜山东省气候中心济南250031

利用19612018年山东省26个代表站的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数(EOF)分解、相关分析及合成分析等方法,研究了山东冬季降水的空间分布型及其对应的大气环流特征。结果表明,山东冬季降水主要存在6种空间分布型:同多(... 详细信息

利用19612018年山东省26个代表站的降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用经验正交函数(EOF)分解、相关分析及合成分析等方法,研究了山东冬季降水的空间分布型及其对应的大气环流特征。结果表明,山东冬季降水主要存在6种空间分布型:同多(少)型、南少(多)北多(少)型和东少(多)西多(少)型。东亚大槽是影响山东冬季降水的关键系统:当东亚大槽偏弱时,山东冬季易出现全省性降水偏多;当东亚大槽偏强且向南伸展时,山东冬季降水易出现全省性偏少;当东亚大槽偏强且乌拉尔山至贝加尔湖北侧为明显正高度距平时,山东北部尤其是半岛东北部地区降水易偏多,其他地区易偏少。东亚大槽对山东冬季降水影响存在明显的年代际变化,前期东亚大槽偏弱(强)、山东冬季降水易偏多(少)的关系在1992年以后不能成立。当东亚大槽偏强且贝加尔湖地区高度场明显偏低及我国东南沿海和西太平洋低纬地区高度场升高时,山东冬季降水也易偏多。

关键词：东亚大槽冬季降水年代际变化

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山东春季极端低温与前冬北大西洋海温的关系

干旱气象 2022年第2期40卷 202-211页

作者：徐玮平孟祥新顾伟宗伯忠凯山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气候中心山东济南250031 山东省气象局大气探测技术保障中心山东济南250031

基于1961—2018年山东122个国家级气象站逐日气温资料,计算3个极端低温指数,发现利用日最低气温24 h降温幅度定义的极端低温事件发生频率可以更好地反映山东春季极端低温特征。在此基础上利用ERA-Interim逐月再分析资料和Hadley海温数... 详细信息

基于1961—2018年山东122个国家级气象站逐日气温资料,计算3个极端低温指数,发现利用日最低气温24 h降温幅度定义的极端低温事件发生频率可以更好地反映山东春季极端低温特征。在此基础上利用ERA-Interim逐月再分析资料和Hadley海温数据分析山东春季极端低温事件发生频率时空分布特征及大气环流异常特征。结果表明:(1)山东春季极端低温事件发生频率具有多时间尺度变化特征;(2)山东春季典型极端低温年500 hPa位势高度距平场中高纬呈现出明显的波列结构;(3)格陵兰岛以南的北大西洋是垂直波作用通量传输的关键区,在该关键区低层能量向上传输,传输到高层的能量向外频散,有利于山东地区春季极端低温的维持和加强;(4)前冬北大西洋海温“三极子”模态与山东春季极端低温事件发生频率显著正相关,海温“三极子”模态异常激发出欧亚波列,导致贝加尔湖地区500 hPa高空槽加深加强,受槽后冷空气影响,山东春季极端低温事件频发。

关键词：极端低温事件大气环流波作用通量海温模态