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CMIP6模式对热带大气季节内振荡东传速度的模拟

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大气科学 2024年第2期48卷 704-714页

作者：赵维佳陈国森南京信息工程大学大气科学学院南京210044 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估省部共建协同创新中心南京210044

成功预测热带大气季节内振荡(MJO)能够有效改进延伸期预报。但是目前对MJO的数值模拟仍具有一定的难度,其中一个主要挑战就是能否合理地模拟出MJO的传播速度。本文研究了CMIP6模式对MJO传播速度的模拟,并揭示了影响模式中MJO传播速度的... 详细信息

成功预测热带大气季节内振荡(MJO)能够有效改进延伸期预报。但是目前对MJO的数值模拟仍具有一定的难度,其中一个主要挑战就是能否合理地模拟出MJO的传播速度。本文研究了CMIP6模式对MJO传播速度的模拟,并揭示了影响模式中MJO传播速度的因子。结果表明大部分CMIP6模式能够模拟出MJO在印度—太平洋暖池区域的传播特征,但对其平均传播速度的模拟存在显著的模式间差异。MJO的Kelvin波响应和Rossby波响应强度是影响模式中MJO传播速度的主要环流因子,强的Kelvin波响应有利于MJO加速东传,但强的Rossby波响应不利于MJO向东传播。模式间背景场海表温度(SST)的差异是导致Kelvin波响应差异的主要原因。MJO东传更快的模式在赤道太平洋中部和西北太平洋具有更高的SST。赤道太平洋中部偏暖主要以两种方式影响MJO的东传速度:第一,通过增加暖池的水平尺度,从而扩展MJO水平尺度,进而加强Kelvin波响应使得MJO东传加快;第二,通过增强该区域的水汽含量,减弱西太平洋纬向水汽梯度,导致纬向水汽平流增强,从而加速MJO东传。与前人研究不同,本研究发现西北太平洋增暖有助于加速模式中MJO的向东传播。西北太平洋增暖导致海温分布关于赤道更加对称,能够通过增强海洋性大陆北侧的水汽,使得背景场水汽分布关于赤道更加对称,从而有利于Kelvin波响应的发展。本研究的结论不仅能够提高我们对MJO传播动力机制的理解,也表明提高模式对背景场的模拟有助于改进对MJO传播特征的模拟。

关键词： MJO 东传速度 Kelvin 波响应背景场因子海温

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中国南方冬季最低温延伸期预报方法尝试

地球物理学报 2024年第6期67卷 2096-2109页

作者：戴金黄艳艳钱伊恬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 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,... 详细信息

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,相比于原始变量,利用当候值减去其5候前值的增量方法可以放大和延长预测信号.中国南方地区的土壤温度和平流层50 hPa位势高度作为影响南方冬季最低温的关键因子,它们通过影响西伯利亚地区环流异常、北大西洋涛动以及欧亚遥相关型,对中国南方冬季最低温进行调制.由于两个增量形式的关键因子具有50天的准周期性,存在超前5候的显著自相关,超前5候增量形式的土壤温度和平流层极涡异常可以有效预报我国南方最低温增量.将预报的最低温增量,加上5候前的观测,得到的独立试报时段(2009/2010—2019/2020年冬季)的最低温与观测的时间相关系数为0.45,极端低温日命中率为57%.本研究使用的增量方法可以为当前极端天气事件的延伸期预报提供新思路.

关键词：冬季最低温增量方法延伸期预报

季风低压诱发2018年8月广东特大暴雨过程分析

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大气科学学报 2024年第1期47卷 95-107页

作者：黄玉蓉黄绮君郭炳瑶葛旭阳陈明诚南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置... 详细信息

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置与降水落区位置有较好的对应,零线处能量有最大累积,有利于暴雨的发生发展,对预报暴雨降水落区有一定的指示意义。为进一步验证季风低压的影响机制,构建不同季风低压尺度的敏感性试验,即通过滤去季风低压环流中的扰动分量来改变季风低压的强度。结果表明:暴雨强度与季风低压尺度和强度存在密切的关系。当季风低压强度较强时,暴雨过程总雨量强;当季风低压强度较弱时,降水大为减少甚至无降水。诊断分析指出,能量螺旋度指数能够较好反映出不同情形下降水发生发展,在季风低压背景下,暴雨区能量螺旋度指数较大,降水强度较强。反之,随着季风低压强度减弱,能量螺旋度指数减小,降水减弱。

关键词：季风低压暴雨能量螺旋度水汽条件

大气环流及北大西洋海温对我国南方冬季寒潮频次异常的可能影响

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高原气象 2024年

作者：姜峰李丽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/气象灾害教育部重点实验室

利用国家气象信息中心提供的1980-2022年日最低温度站点资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA逐月海表温度（Sea Surface Temperature, SST）资料，采用了EOF、一元线性回归和T-N波作用通量等方法，分析了南方冬季寒潮频次的主要异常... 详细信息

利用国家气象信息中心提供的1980-2022年日最低温度站点资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和NOAA逐月海表温度（Sea Surface Temperature, SST）资料，采用了EOF、一元线性回归和T-N波作用通量等方法，分析了南方冬季寒潮频次的主要异常时空特征及大气环流异常和冬季大西洋海温异常（Sea Surface Temperature Anomaly, SSTA）对其影响机制。结果表明：（1）冬季寒潮频次大值区主要位于南方东部及中部地区，大致呈“逆C”型分布。寒潮频次主要有全区一致型、南北反位相型和三极型三类主要异常模态，其中全区一致型能很好反映南方寒潮频次的总体异常时空特征。（2）负位相的北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）、强的里海-青藏高原脊和偏东偏北的东亚大槽、北弱南强的西伯利亚高压、强的温带急流和弱的副热带急流是影响南方冬季寒潮频次的关键环流系统，冷空气堆位于西西伯利亚地区，高低层环流系统配合，使得冷空气自西西伯利亚南下到里海附近，再沿着青藏高原北侧向东输送，在青藏高原东侧南下进入南方地区，造成南方冬季寒潮频次全区一致型增加。（3）冬季北大西洋“+”“-”“+”三极型SSTA可通过海气间热通量交换激发出-NAO型环流异常及Rossby波能量异常。Rossby波能量沿南、北两条路径自北大西洋向东亚传播，并激发出相应的异常波列，增强了影响南方寒潮的南、北方关键环流系统，致南方寒潮频发。当春季北大西洋SSTA呈现逆“C”型异常，且夏、秋季有发展为+”“-”“+”三极型的态势，可预测南方寒潮频次偏多。

关键词：南方冬季寒潮时空特征北大西洋涛动大西洋海温

夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际减弱

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大气科学学报 2024年

作者：蒋圆圆李忠贤倪东鸿彭丽霞南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心

基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料，利用奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）和回归分析等统计方法，研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代... 详细信息

基于1961—2020年Hadley海温资料、CN05.1逐日最高气温资料和NCEP/NCAR再分析资料，利用奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）和回归分析等统计方法，研究了夏季北大西洋海温异常与长江流域极端高温日数年际变化关系的年代际变化。研究表明，当夏季北大西洋中纬度海温正（负）异常，副热带海温负（正）异常，即北大西洋偶极型（North Atlantic Dipole，NAD）海温异常正（负）位相时，长江流域极端高温日数增加（减少）。二者关系在20世纪80年代末期之后发生年代际减弱。进一步的研究结果表明，在1961—1988年，夏季NAD海温异常可以激发从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播的大气遥相关波列，在东亚上空产生反气旋/气旋环流异常。东亚反气旋/气旋环流异常引起长江流域上空气流垂直运动变化，并通过垂直运动引起的热力作用等，影响长江流域极端高温日数的变化。而在1989—2020年，夏季NAD海温异常激发的欧亚中高纬大气遥相关波列强度减弱，东亚上空的反气旋/气旋环流异常的强度也相应减弱，从而使得NAD海温异常与长江流域极端高温日数之间的联系减弱。NAD海温异常激发的欧亚中高纬遥相关波列强度在20世纪80年代末期之后的减弱可能与NAD海温异常振幅的减弱有关。

关键词：极端高温海温北大西洋长江流域年际变化年代际减弱

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北太平洋海温对ENSO事件响应的持续性

气象学报 2024年第4期82卷 411-426页

作者：渠畅祁莉南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

北太平洋海温的异常变化对海洋生态系统以及全球天气和气候都有重要影响。北太平洋海温主要受ENSO的影响,并可以从ENSO盛期冬季一直延续到ENSO衰减年春季,存在明显的持续性。然而,2000年前ENSO的影响仅能维持至次年2月,2000年后却能持续... 详细信息

北太平洋海温的异常变化对海洋生态系统以及全球天气和气候都有重要影响。北太平洋海温主要受ENSO的影响,并可以从ENSO盛期冬季一直延续到ENSO衰减年春季,存在明显的持续性。然而,2000年前ENSO的影响仅能维持至次年2月,2000年后却能持续至5月,其持续性呈明显的年代际增强。基于再分析数据探讨这一年代际变化的特征以及可能的物理机制。结果表明,ENSO事件对冬、春季北太平洋海温影响持续性在2000年后的增强,主要受到北太平洋区域经向平流反馈及海表热通量反馈控制。2000年前,由ENSO激发的遥相关波列在春季已经减弱,热通量的反馈作用使得海温上升。而在2000年之后,冬季偏西的海温异常使赤道对流可以在次年春季长时间维持在国际日期变更线附近,持续激发大气遥相关波列导致北太平洋上空在春季仍然存在显著的气旋性环流异常,并通过经向平流反馈及热通量反馈使局地海温维持偏低状态,对ENSO产生持续响应,增强ENSO事件对其影响的持续性。

关键词：北太平洋海温年代际变化遥相关热带降水

秋季北大西洋马蹄型海温异常与初冬我国气温年际变化的联系

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大气科学 2024年第3期48卷 1131-1143页

作者：李忠贤王庭轩曾刚邓伟涛南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文基于Hadley中心的海表温度资料、全国160站气温资料以及National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)的再分析资料,运用经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分解和相关分析等多种统计方法,研究了1951~2020年秋季(9~11月)北大西洋海温年际异常的主要特征及其对初冬(12月)我国气温异常的影响。结果表明:秋季北大西洋海温异常EOF的第一模态是纽芬兰岛东南部海温为负(正)距平,北大西洋副极地和副热带及其东部海温为正(负)距平的马蹄型海温模态,方差贡献率为20.5%。研究表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常与我国大部分地区初冬气温异常有显著的正相关关系,即秋季北大西洋马蹄型海温模态呈正位相时,我国大部分地区初冬气温偏高,反之,我国大部分地区初冬气温偏低。进一步分析表明,秋季北大西洋马蹄型海温异常能够持续到初冬。当秋季北大西洋马蹄型海温呈正(负)位相时,初冬北大西洋副极地和副热带海温异常通过加热(冷却)异常能够引起局地对流层上层的辐散(辐合)运动,并且激发出南、北两支Rossby波列。其中,北支波列由北大西洋副极地向东北方向传播至巴伦支海附近,然后沿西伯利亚向东南方向传播至我国上空;南支波列由北大西洋副热带向东传播至我国上空。在南、北支波列的影响下,我国上空对流层上层出现异常辐合(辐散),与之伴随的异常下沉(上升)运动使得我国上空云量减少(增加),到达地表的短波辐射增加(减少),同时地表向低层大气传输的长波辐射增加(减少),在非绝热加热的作用下,我国大部分地区气温偏高(偏低)。利用NCAR Community Atmosphere Model version 5.3(CAM5.3)模式模拟了北大西洋马蹄型海温异常对初冬大气环流、辐射强迫和气温的影响,模拟结果与观测资料统计分析结果基本一致,进一步表明该海温模态能够激发出遥相关波列,影响东亚大气环流异常,通过非绝热加热的作用影响我国气温异常的年际变化。

关键词：北大西洋海温初冬气温非绝热加热年际变化

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夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化

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地球物理学进展 2024年

作者：顾稷泰曾刚李忠贤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/气象灾害教育部重点实验室南京信息工程大学

本研究利用1979-2023年哈德来中心HadISSTv1.1数据集的月平均海表温度、海冰密集度资料及NCEP/NCAR全球大气再分析资料，分析了夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化及其可能机理。结果表明，夏季热带中太平洋海表温... 详细信息

本研究利用1979-2023年哈德来中心HadISSTv1.1数据集的月平均海表温度、海冰密集度资料及NCEP/NCAR全球大气再分析资料，分析了夏季热带太平洋海表温度与北极海冰年际关系的年代际变化及其可能机理。结果表明，夏季热带中太平洋海表温度与同期波弗特海海冰关系在2001年前后发生了显著的年代际变化，特征为由相关性不显著转变为显著的正相关，其原因在于热带中太平洋海表正温度异常由弱转强。2001-2023年期间，由于热带中太平洋海表温度异常，增强了局地大气垂直运动，加强Rossby波的经向传播，在环流场上形成 “+-+-”的经向四极波列，为波弗特海海冰正异常创造了有利的平流与辐射条件，使得热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰关系表现为显著正相关。同时，我们也利用Liang-Kleeman信息流验证了热带中太平洋海表温度异常仅能单方面影响波弗特海海冰的变化。1979-2000年，由于热带中太平洋海表温度正异常偏弱，难以激发到达高纬地区的波列，因此热带中太平洋海表温度与波弗特海海冰相关性不显著。

关键词：热带太平洋海表温度波弗特海海冰年际关系年代际变化

欧亚大陆春季融雪异常10-30天季节内变化主要特征及其环流异常演变分析

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大气科学 2024年第4期48卷 1427-1443页

作者：陆聪陈海山孙悦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/气象灾害教育部重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子,深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因,对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应,而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再... 详细信息

欧亚大陆积雪是影响中高纬气候的重要因子,深入理解该区域积雪异常变化的特征及其成因,对于气候研究和预测有重要意义。目前的研究大多关注积雪年际、年代际变化及其气候效应,而有关积雪季节内变化的认识还有待加强。本文基于观测和再分析资料,通过统计诊断探讨了欧亚大陆不同区域春季融雪的季节内变化及其与之相关的大气环流特征和地表能量演变过程。结果表明,欧亚大陆春季融雪异常具有明显的季节内变化特征,其主导周期为10~30 d,且季节内变化的信号主要出现在斯堪的纳维亚半岛、东欧平原和西西伯利亚三个区域。进一步分析表明,斯堪的纳维亚半岛地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型负位相(SCA−)有关,东欧平原融雪季节内变化可能和欧亚遥相关型负位相(EU−)有关,西西伯利亚地区融雪季节内变化可能和斯堪的纳维亚半岛遥相关型正位相(SCA+)有关。不同区域导致融雪异常的原因存在明显差异,长波辐射增加可能是斯堪的纳维亚半岛区域开始发生融雪异常的主要原因;而在东欧平原和西西伯利亚区域,感热通量异常可能是开始发生融雪异常的主要原因。

关键词：春季融雪季节内变化大气遥相关地表能量通量