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近三十年冬春季北极涛动在北太平洋和北大西洋的型态特征分析

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中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2024年第5期 20-25页

作者：方震天德州市陵城区气象局山东德州253500

北极涛动是北半球中高纬度行星尺度大气环流变率的第一模态,它影响着北半球大部分地区的温度和降水,与极端天气事件的频率和强度密切相关。本文分析了北极涛动(AO指数)的时间序列,基于1979年-2008年1-3月的NCEP位势高度场数据,分析AO指... 详细信息

北极涛动是北半球中高纬度行星尺度大气环流变率的第一模态,它影响着北半球大部分地区的温度和降水,与极端天气事件的频率和强度密切相关。本文分析了北极涛动(AO指数)的时间序列,基于1979年-2008年1-3月的NCEP位势高度场数据,分析AO指数强正位相和强负位相年份在北太平洋和北大西洋地区对流层低层到高层的大气环流特征。分析结果表明:北极涛动是在正负相之间交替出现的,正位相与负位相年份数大致相当,在20世纪70年代到90年代中期,北极涛动以正位相为主;此后呈现正位相和负位相交替分布。当北极地区为正距平时,通常情况下该年为负位相年;反之为正位相年。北太平洋、北大西洋两个中心在和北极地区对比时,多数情况下位相表现是相同的,即同正或同负。强北极涛动年份的出现往往是两个甚至三个中心气压场同时变化、共同作用造成的。随着大气层的升高,北极、北太平洋和北大西洋中心的气压场距平值增大。

关键词：北极涛动北太平洋和北大西洋型态特征

冬季北极涛动对印缅地区植被NPP的显著影响

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地理学报 2023年第5期78卷 1176-1191页

作者：兰云飞龚道溢孟梦北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

本文基于北极涛动(AO)指数、植被净初级生产力(NPP)和气象数据,利用回归分析、合成分析等方法定量分析了1981—2018年印缅地区植被NPP与AO的联系,结果表明:①印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化,对应冬季AO指数偏高(低)一倍... 详细信息

本文基于北极涛动(AO)指数、植被净初级生产力(NPP)和气象数据,利用回归分析、合成分析等方法定量分析了1981—2018年印缅地区植被NPP与AO的联系,结果表明:①印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化,对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差,区域平均NPP显著增加(减少)6.50 gC·m^(-2),最大增量(减少量)为20.60 gC·m^(-2),AO与NPP时间序列的相关系数达0.57;②AO主要通过波列影响印缅地区的大气环流,进而影响其降水,造成NPP的异常。伴随AO偏强正(负)位相时,一支沿副热带急流东传的Rossby波在孟加拉湾—印缅地区对流层中低层为气旋(反气旋)环流异常,造成南支槽偏强(弱),槽前西南气流水汽输送偏强(弱),同时伴随槽前上升运动偏强(弱),均利于印缅地区降水偏多(少),对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差,降水均显著增加,分辨率较高的ERA5和GPCC降水显著增加(减少)12.00 mm以上,AO异常年份的降水合成,其值超过90.00 mm,区域平均降水与AO指数的相关系数达0.50以上(p<0.01)。伴随1.00 mm的降水增加(减少),NPP增加(减少)超过10.10 gC·m^(-2),二者时间序列的相关系数超过0.40(p<0.01)。

关键词：植被NPP 北极涛动印缅地区降水异常冬季

京津冀后冬极端低温与北极涛动相关性年代际减弱

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气象 2022年第4期48卷 418-427页

作者：车少静王冀李晓帆韩世茹河北省气候中心石家庄050021 河北省气象与生态环境重点实验室石家庄050021 北京市气候中心北京100081

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... 详细信息

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年代初开始前冬增强,后冬持续偏弱。AO所对应的大气环流异常是导致后冬极端低温日数与AO相关性年代际变化的重要原因。在相关性显著时段,AO正位相时,西伯利亚高压和阿留申低压偏弱,乌拉尔山阻塞高压和东亚槽偏弱,温带急流减弱,极端低温日数偏少,负位相反之。相关性不显著时段,大气环流纬向对称性特征明显,与极地相互作用减弱。

关键词：极端低温北极涛动年代际减弱相关分析

北极涛动和北极海冰与华西秋雨关系的年代际变化

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北极涛动和北极海冰与华西秋雨关系的年代际变化

作者：钱进南京信息工程大学

学位级别：硕士

华西秋雨是我国中西部地区秋季多雨的特殊气候现象,以绵绵阴雨为主要特征,是当地继夏季降水之后的第二峰值。作为我国最后一个雨季,其起讫与东亚季风环流系统的进退密切相关。秋雨异常变化常常会导致洪涝、干旱以及次级灾害的发生,严重... 详细信息

华西秋雨是我国中西部地区秋季多雨的特殊气候现象,以绵绵阴雨为主要特征,是当地继夏季降水之后的第二峰值。作为我国最后一个雨季,其起讫与东亚季风环流系统的进退密切相关。秋雨异常变化常常会导致洪涝、干旱以及次级灾害的发生,严重危害农业生产、生态环境、社会经济和人民的生命安全。因此,研究影响华西秋雨异常变化的物理因子对于防灾减灾具有重要意义。本文基于降水观测数据、再分析数据以及海冰资料,探究了北极涛动（AO）和北极地区海冰变化对于华西秋雨的影响。研究结果如下:（1）华西秋雨与秋季AO的联系在1980年代之后明显加强,由不显著相关转变为显著正相关。在后一时期（1994-2013年）,AO正位相时,对流层中低层存在一个强大的异常反气旋环流,位于亚洲东北部-北太平洋上空。同时,东亚西风急流位置向北移动。在这种环流背景下,华西秋雨因水汽和动力抬升条件的改变而异常偏多。但在前一时期（1961-1980年）,AO与上述环流系统的关联性较弱,从而也削弱了AO与秋雨的联系。（2）AO与环流系统之间关系的不稳定主要归因于AO自身空间结构的改变。在后一时期,AO正位相对应北极地区海平面气压场负异常,而北太平洋和北大西洋地区海平面气压场均为正异常,即北半球中高纬地区呈现典型的“跷跷板”结构。前一时期,AO的北太平洋中心却并不明显。这种差异的产生可能源于秋季北太平洋海温的异常增暖,激发了更强的Rossby波活动通量,利于AO北太平洋中心的建立。（3）华西秋雨与夏季巴伦支海冰的关系自21世纪初期以后明显减弱,由显著负相关变为不显著相关。在前一时期（1961-2002年）,与海冰偏少相联系的环流异常与利于秋雨发生的大气环流形势类似。海冰减少所引发的异常行星波列沿纬向方向传播,从欧洲途径巴尔喀什湖最终到达东亚沿岸。而后一时期（2003-2020年）,海冰减少虽引起欧洲高压脊异常增强,但并未显著影响巴尔喀什湖槽、西太平洋副热带高压等秋雨关键环流系统的变化。异常行星波列沿偏经向路径传播,未能到达到巴尔喀什湖及东亚地区。（4）海冰对秋雨关键环流系统影响减弱的原因可能源于:首先,21世纪初期以来夏季海冰密集度显著减少,洋面对太阳辐射的吸收作用增加,利于秋季北极乃至欧洲北部地区近地面温度升高,并引起欧洲暖高压显著增强。暖高压内部下沉运动强烈,并在其南部激发了异常上升运动,构成闭合经向环流圈,海冰信号更易向南传递。其次,秋季高空西风急流在21世纪初期显著减弱,不利于波动能量沿急流波导区向下游传播。

关键词：华西秋雨北极涛动大气环流北太平洋海温北极海冰

北极涛动低空大气环流特征及其与太阳活动的联系

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地球物理学报 2014年第5期57卷 1377-1386页

作者：曲维政李艳芳李春杜凌黄菲中国海洋大学青岛266100

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的... 详细信息

通过北极涛动AO正负位相时期北半球1000hPa月平均位势高度、位势高度距平和气温月距平图对比分析可知,北极区域异常增暖时期对应着AO负位相时期,而北极区域异常偏冷时期对应着AO正位相时期,说明北极区域气温异常变化是决定AO异常变化的重要因子.逐次滤波法分析可知,冬季1月北极涛动现象表现出十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期和准22a年代际周期,具体表现为:(1)冬季1月北极涛动现象具有十分清楚的与太阳活动密切联系的准110a世纪周期.准110a世纪周期对于北极涛动指数的方差贡献率达到44.4%,是冬季1月北极涛动现象最显著的世纪际变化特征.(2)谱分析结果表明,滤除准110a世纪周期变化以后的1月北极涛动指数具有显著的22a周期,其方差贡献率达到18.5%,乃仅次于准110a世纪周期之后北极涛动指数年代际变化重要特征.对比分析表明,太阳活动尤其是太阳磁场磁性指数变化与1月北极涛动22a周期变化呈密切的反相关关系,二者变化趋势基本相反,即多数情况当太阳磁性指数MI由最低值转为上升以后都可引起北极涛动AO由最高值转为下降;当太阳磁性指数MI由最高值转为下降以后都可引起北极涛动AO由最低值转为上升.综上所述,北极涛动的准110a世纪周期变化、22a年代际周期变化对于北极涛动方差贡献率达到62.9%,标志着太阳活动是北极涛动的重要驱动因子.

关键词：北极涛动极地涡旋北极气温太阳活动太阳磁场太阳黑子相对数

东亚冬季风指数对中国冬季气候变化表征能力的对比分析

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气象学报 2024年第2期82卷 168-189页

作者：敖康顺耿新张文君王林南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029

利用1951—2022年ERA5再分析大气环流资料和国家气候中心全国站点气温和降水资料,将33个常用的东亚冬季风(EAWM)指数划分为海陆差异类、高压特征类、大槽特征类、低层风场类、中高层风场类和综合类6类,按类别对比分析了它们的线性变化... 详细信息

利用1951—2022年ERA5再分析大气环流资料和国家气候中心全国站点气温和降水资料,将33个常用的东亚冬季风(EAWM)指数划分为海陆差异类、高压特征类、大槽特征类、低层风场类、中高层风场类和综合类6类,按类别对比分析了它们的线性变化趋势和年际、年代际变化特征,并就各指数对中国冬季气温、降水时空变化的表征能力以及与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北极涛动(AO)等气候系统主要内部变率的关系进行了评估分析。结果显示:(1)在趋势变化方面,中国冬季气候暖湿化特征明显,但仅大槽特征类和综合类指数反映出季风的减弱趋势,其余类型指数则多呈现微弱的增强趋势,表明EAWM各子成员对当前全球变暖的响应存在差异;(2)在年际、年代际变化方面,EAWM指数主要表现为准4 a、准8 a和准16 a的周期振荡,基本都能刻画出20世纪80年代中后期EAWM的年代际减弱,对于21世纪第1个10年中期EAWM的年代际增强,考虑了南北气压差的海陆差异类指数以及高压特征类、大槽特征类和中高层风场类指数能较好表征;(3)在反映中国冬季气温变率的能力方面,除低层风场类指数外,各类指数表现良好,尤其是高压特征类指数的表征能力最佳,而在降水变率方面,高压特征类指数的代表性较差,低层风场类指数的指示意义最好;(4)在与气候系统主要内部变率的关系方面,大多数指数能较好反映ENSO与EAWM之间的关系,其中低层风场类指数的表征能力最好。而在反映AO与EAWM的关系上,则是高压特征类和大槽特征类指数的表现更佳。总体而言,除趋势变化存在较大差异外,各类EAWM指数能够一致地反映中国冬季气候变化的主要特征,但不同类别指数所表征的侧重点存在差异。因此,在分析EAWM相关科学问题时应根据研究的目的选择合适的指数。

关键词：东亚冬季风指数年际变化年代际变化 ENSO 北极涛动

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全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风关系的变化及其机制

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气象科学 2024年第2期44卷 199-209页

作者：郑帅孙博邱振鹏吴文星南京信息工程大学大气科学学院南京210044

为了进一步了解全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风的关系及其变化,本文选用东亚冬季风北模态及南模态作为东亚冬季风指数,利用滑动相关分析、回归分析及合成分析研究了全球变暖背景下1953—2021年北极海冰密集度与东亚冬季风关系的变... 详细信息

为了进一步了解全球变暖背景下北极海冰与东亚冬季风的关系及其变化,本文选用东亚冬季风北模态及南模态作为东亚冬季风指数,利用滑动相关分析、回归分析及合成分析研究了全球变暖背景下1953—2021年北极海冰密集度与东亚冬季风关系的变化特征及其机制。结果表明:11月巴伦支海海冰密集度与东亚冬季风北模态之间的关系发生了显著变化,从1962—1977年显著正相关转为1983—1999年显著负相关,2000年以后两者无显著关系。1962—1977年11月巴伦支海海冰偏多对应东亚冬季风偏强,这是大气环流影响海冰的结果,11月的大气环流异常特征维持到了冬季,使得欧亚大陆上空大气呈现出北极涛动(Arctic Oscillation,AO)负位相,在增强东亚冬季风的同时将中高纬大陆干冷空气输送至巴伦支海,在表面风应力的作用下巴伦支海海冰增多。1983—1999年则由前一时期的大气环流影响海冰变为海冰影响大气环流,11月巴伦支海海冰显著减少在冬季激发出了北极涛动负位相,加强东亚大槽及东亚高空西风急流,从而使得东亚冬季风偏强。2000年以后北极海冰与东亚冬季风北模态的关系明显减弱,此时东亚冬季风与北极涛动的负相关关系更为显著。

关键词：全球变暖北极海冰东亚冬季风北极涛动

中国沿海风能年际变化的区域性特征成因及其预测

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大气科学学报 2024年第2期47卷 235-248页

作者：沈龙罗京佳金大超南京信息工程大学气候与应用前沿研究院江苏南京210044 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室、气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

基于ERA5的逐小时100m风场数据,利用时间序列K-means聚类方法,将中国沿海冬季风能年际变化划分为四个区域,分别为北中国海(NorthChina Sea,NCS)、东海(East China Sea,ECS)、南海北部(Northern South China Sea,NSCS)及南海南部(SouthernSouthChinaSea,SSCS)。四个区域风能的年际变化受不同气候模态的影响,其中NCS风能的年际变化与北极涛动(ArcticOscillation,AO)有关;ECS风能的年际变化与中部型ENSO及西伯利亚高压有关;SSCS和NSCS的年际变化则和东部型ENSO及大陆高压的南北位置存在联系。鉴于影响各区域风能年际变化的气候模态具有较高的可预测性,进一步评估了多个气候模式对中国沿海风能年际变化的预测技巧。结果表明,气候模式对南中国海的风能年际变化预测技巧更高,这与气候模式对ENSO的高预测技巧有关。气候模式对北方海域风能年际变化的预测技巧较差,这和气候模式不能较好地预测AO和西伯利亚高压有关。

关键词：中国沿海风能年际变化北极涛动 ENSO 西伯利亚高压气候预测系统评估

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2022年4月云南罕见寒潮天气成因及预报偏差分析

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云南大学学报（自然科学版） 2024年第1期46卷 82-93页

作者：连钰杨素雨马文倩赵宁坤张秀年晏红明云南省气象台云南昆明650034 中国气象局横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心云南昆明650034 云南省气候中心云南昆明650034

2022年3月31日—4月2日,云南省出现历史同期罕见的寒潮天气过程.通过地面观测资料、高空观测资料和NCEP FNL资料,对此次寒潮过程的成因进行分析,并对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)... 详细信息

2022年3月31日—4月2日,云南省出现历史同期罕见的寒潮天气过程.通过地面观测资料、高空观测资料和NCEP FNL资料,对此次寒潮过程的成因进行分析,并对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)模式的形势场及最低气温进行检验.结果表明:此次寒潮过程发生在北极涛动负位相期间,西伯利亚高压偏强,欧亚中高纬形成两槽一脊的环流形势.东亚大槽后侧强劲的偏北风引导低层冷空气南移,南支槽向东移动为云南省输送暖湿气流,700 hPa切变线和地面冷锋的南侵,共同造成了此次寒潮天气过程的发生;此次寒潮过程的强降温是由过程中近地层强冷平流的作用,冷锋后部较强的垂直上升运动,引起绝热膨胀冷却作用,加剧了局地气温的下降;通过定量分析导致昆明局地气温变化的各项因子发现,昆明的降温主要受温度平流项的影响,其次是非绝热项的影响. ECMWF模式能较好地预报此次寒潮过程的高低空环流形势及降温的范围,但对降温强度的预报效果相对较差.

关键词：寒潮云南成因分析北极涛动预报偏差