2012年灾害性天气气候过程及其动力学研究科研进展及成果

1. 冬季大范围持续性低温事件中南方降水多寡的原因研究：

研究表明，当大型斜脊的纬向尺度较大且其正高度距平中心偏强时，斜槽的负距平中心靠近东亚大槽区，西伯利亚高压大范围加强，南侵冷空气活动偏强，使中国南方地区降水偏少。相反，当大型斜脊的纬向尺度相对小时，斜槽位置偏西，西伯利亚高压加强范围偏小，南侵冷空气活动也偏弱，有利于中国南方地区降水偏多。

在低温事件中我国南方地区的降水多寡，也取决于西太副高和孟加拉湾南支槽的影响。当西太副高和孟加拉湾南支槽加强时，来自西太平洋、南海和孟加拉湾的三支暖湿气流到达我国南方地区，导致南方降水偏多，反之亦然。

2.冬季（1月）东北地区气温异常及前兆性信号研究

冬季我国低温事件具有显著的区域性特征,特别是我国东北地区气温异常往往与全国其它区域气温异常特征呈现不一致性的变化特点。本研究发现东北地区气温异常偏低（高）年, 东北亚上空呈现为气旋性（反气旋性）环流, 使得东北地区受来自中高（中低）纬度的异常偏北（南）风影响, 造成东北地区气温偏低（高）。统计及数值模式结果表明：当前期（12月）西北太平洋海温呈正（负）异常及巴伦支海-喀拉海海冰减少（增加）时,有利东北亚上空出现反气旋（气旋）性距平环流。交叉谱及谱能量计算发现：冬季（1月）东北地区气温的年际变化主要受前期西北太平洋海温异常变化的影响，而年代际变暖更多的受前期巴伦支海-喀拉海地区海冰异常影响。因此前期(12月) 关键区海温、海冰的异常特征，可作为预测冬季东北地区气温年际异常变化的重要外强迫信号。

3. 春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化特征及其与中国温度降水的关系研究：

利用1951-2011年的再分析资料及观测资料，探讨了春末环贝加尔湖地区环流的年际和年代际变化特征及其与中国温度降水的关系：（1）春末贝加尔湖脊（简称贝脊）在1951－1979年间较弱，但在1980－1999年期间显著增强。进入21世纪后，春末贝脊呈显著减弱的趋势；（2）强（弱）贝脊使我国北方地区的温度显著升高（降低），使西南地区的温度降低（升高）。贝脊的强弱变化，对北方地区温度的影响在1951－1979年期间最为显著，对西南地区温度的影响在1980-2011年期间显著。在1951－1999年期间，贝脊的强弱变化与长江下游的降水量存在明显的反位相变化关系。进入21世纪后，贝脊的强弱变化与西南地区降水量之间存在较为显著的正相关关系（99%置信度）；（3）强贝脊与由北大西洋/欧洲上空向东传播的定常行星波密切相关，而弱贝脊主要与欧亚大陆次极区纬向伸展的行星尺度脊相联系。在不同的年代际时段，与贝脊强弱变化相联系的北半球异常环流特征也存在一定的差异；（4）5月的强份贝脊环流以前期的北大西洋涛动、东大西洋型以及弱东亚大槽环流为前兆信号。同年3月乌拉尔山气旋式异常环流为5月份贝脊弱的前兆信号。

1.  北半球冬季乌拉尔山阻塞高压的年际变化及其与AO/NAO的关系

我国异常的天气气候事件常常与亚洲中高纬度乌拉尔山阻塞高压以及AO位相变化密切相关。统计分析发现：1月乌拉尔山阻塞高压在AO负位相时较为活跃，但上述统计关系在一些年份并不适用。基于再分析资料的诊断分析，本研究探讨了冬季AO正（负）位相时，乌拉尔山阻塞活跃（不活跃）（简称为正/负UR-AO事件）的成因机理，指出：AO位相正异常年，北大西洋中高纬度西风急流加强、中低纬度西风急流减弱，有利冰岛低压东移，造成下游乌拉尔山地区出现正高度距平，使得强冷空气不断影响我国东部地区。北大西洋上中高纬度的西风急流加强、中低纬度的西风急流减弱是冰岛低压东移和NAO偶极子出现东北-西南向异常形态的重要原因。针对2008年1月我国南方冰冻雨雪天气事件的个例分析表明，该冰冻雨雪天气的发生与AO正位相以及北大西洋中高纬度西风急流加强、中低纬度西风急流减弱、乌拉尔山地区出现正高度距平有关。

2.        冬季欧亚Rossby波活动与欧亚遥相关型

冬季欧亚遥相关型与东亚冬季风有密切关系，探讨了正负欧亚遥相关型Rossby 波活动对东亚冬季风的作用，并分析了欧亚遥相关型与我国温度和降水的关系。结果表明：当欧亚遥相关型指数为正时，东亚大槽偏强，西伯利亚高压偏强，导致东亚冬季风强度偏强，引起我国从北到南的地面降温和降水偏少。反之亦然。欧亚遥相关型的3 个异常中心分别位于BS(55°N, 20°E), WS(55°N,75°E)和JP(40°N, 145°E), 依次代表波罗的海地区、西西伯利亚地区和日本。在这3 个异常环流之间Rossby 波能量向下游频散的特征明显。在BS异常中心处，有波作用通量的辐散区，这不利于异常中心的维持和加强，说明它存在其他维持机制。而来自西侧BS异常中心和北侧的Rossby 波能量使得WS异常中心的维持和加强, 而源自上游中高纬度地区Rossby 波能量的注入使得JP异常中心的维持和加强。

3.  东亚急流的季节内变化特征

通过对东亚急流的活动异常的大气季节内振荡分析，揭示了大气季节内振荡对的重要影响。对东亚西风急流切变指数进行小波分析，结果表示东亚西风急流切变指数的季节内振荡现象是普遍存在的。显著周期在频域上分布很广（7-100天），但大部分均位于两个常见的频带：准双周和30-60天。图3 给出典型个例（1982/1983年、1992/1993年为偏南年，2000/2001年、2007/2008年为偏北年）东亚西风急流切变指数时间序列的Morlet 小波变换系数的实部的时频分布。从图中可以看到东亚西风急流切变指数存在明显的季节内振荡变化，小波系数值到冬季变得很大，表示周期信号变得非常强。1982/1983年周期为30-45天的信号显著，同时8-22天的周期信号也显著；同样1992/1993年冬季的季节内振荡信号也很明显，以30-45天和13-30天的周期最强；2000/2001年显著周期为30-45天和以周期中心为10-20天的信号也相当明显；2007/2008年显著周期有30-60天和10-30天。

7. 东北冷涡的研究：

对东北冷涡进行了分类，发现4类冷涡的动力学特征及天气影响存在显著区别,同时总结了东北冷涡形成和维持的动力学原因：（1）大兴安岭/小兴安岭的地形以及临海的水汽条件有利于东北地区移动性冷涡系统的形成和发展。（2）与欧亚大陆阻塞型环流相联系的准纬向低频Rossby波活动将其波能量直接频散到东北地区，形成冷涡环流。（3）源自东北亚阻塞型环流以及副热带异常环流的Rossby波均可经向传播到东北地区，有利于东北冷涡环流的维持（尤其在仲夏和晚夏）。（4）与相邻阻塞型环流有关的对流层中低层冷空气活动可强迫出东北地区局地上传Rossby波，致使冷涡环流形成和维持。（5）来自东北地区上游的瞬变天气扰动与下游异常环流型相互匹配，形成有效的瞬变涡动强迫作用，使冷涡环流持续维持。（6）负位相西太平洋遥相关型（WP）是东北冷涡活动的下游背景环流型，其盛行是东北冷涡环流反复出现和持续维持的一个重要原因。这对冷涡的预测及灾害评估具有重要的科学意义。