賀圣平,王會(huì)軍*,徐鑫萍,李靖祎

① 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;② 中國(guó)科學(xué)院 氣候變化研究中心,北京 100029;③ 中國(guó)科學(xué)院 大氣物理研究所 竺可楨—南森國(guó)際研究中心,北京 100029

2015/2016冬季北極世紀(jì)之暖與超級(jí)厄爾尼諾對(duì)東亞氣候異常的影響

賀圣平①②③,王會(huì)軍①②③*,徐鑫萍①,李靖祎①

① 南京信息工程大學(xué) 氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;② 中國(guó)科學(xué)院 氣候變化研究中心,北京 100029;③ 中國(guó)科學(xué)院 大氣物理研究所 竺可楨—南森國(guó)際研究中心,北京 100029

2016-10-08收稿，2016-11-06接受

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0600703);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41505073)

利用1980—2016年美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局氣候預(yù)測(cè)中心的ENSO指數(shù)和NCEP/NCAR再分析資料,研究了2015/2016年冬季北極增暖和超級(jí)厄爾尼諾對(duì)東亞氣候的影響。2015/2016年冬季熱帶中東太平洋爆發(fā)了超級(jí)厄爾尼諾事件,盡管大氣環(huán)流出現(xiàn)了對(duì)ENSO的響應(yīng)特征(如西北太平洋反氣旋異常,東亞南部南風(fēng)異常),但東亞(尤其是我國(guó)東北、華北地區(qū))1月的氣溫卻明顯偏低。分析表明,此次東亞氣溫偏低現(xiàn)象可能與2016年1月北極顯著增暖有關(guān)。1980—2016年1月再分析資料的統(tǒng)計(jì)診斷分析結(jié)果顯示,巴倫支海—喀拉海氣溫的升高會(huì)引起局地大氣的上升運(yùn)動(dòng)異常,之后在下游(70～90°E附近)向南運(yùn)動(dòng),并在西伯利亞地區(qū)(60～100°E,50～70°N)下沉,使得西伯利亞高壓增強(qiáng),其東側(cè)的北風(fēng)異常導(dǎo)致東亞氣溫偏低?；贜i?o3.4指數(shù)、北極溫度指數(shù),采用多元線性擬合所得到的2016年1月東亞氣溫的回報(bào)結(jié)果與觀測(cè)氣溫之間的空間系數(shù)為0.71,表明2016年1月北極增暖以及熱帶中東太平洋的厄爾尼諾事件能夠從一定程度上解釋東亞氣溫偏低的現(xiàn)象。

北極增暖

超級(jí)厄爾尼諾

東亞氣溫

西伯利亞高壓

東亞地處歐亞大陸東部,緊鄰太平洋和印度洋。獨(dú)特的海陸熱力差異使得該地氣候呈現(xiàn)為典型的季風(fēng)氣候特征。東亞冬季風(fēng)是北半球冬季最為活躍的氣候系統(tǒng)之一。它的系統(tǒng)成員包括西伯利亞高壓、阿留申低壓、東亞大槽、東亞急流以及東亞對(duì)流層低層的偏北風(fēng)(賀圣平和王會(huì)軍,2012)。東亞冬季氣候與東亞冬季風(fēng)活動(dòng)存在直接的聯(lián)系:當(dāng)東亞冬季風(fēng)偏強(qiáng)時(shí),高緯地區(qū)的干冷空氣向南爆發(fā),經(jīng)常給東亞冬季帶來(lái)寒潮、冰凍、暴風(fēng)雪等典型的災(zāi)害性天氣(王會(huì)軍和范可,2013;丁一匯等,2014)。東亞氣候的變率與很多因子有關(guān),例如北極濤動(dòng)(賀圣平和王會(huì)軍,2012)、南極濤動(dòng)(范可和王會(huì)軍,2006,2007)。厄爾尼諾—南方濤動(dòng)(ENSO,El Ni?o-Southern Oscillation)作為?！?dú)庀嗷プ饔玫闹匾盘?hào),與全球以及區(qū)域尺度氣候均存在顯著聯(lián)系(何溪澄等,2008;王會(huì)軍等,2012)。因此,ENSO對(duì)東亞冬季風(fēng)的影響一直以來(lái)受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。Li(1990)研究指出,當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí),北半球大氣環(huán)流表現(xiàn)為Ferrel環(huán)流、中緯度西風(fēng)急流加強(qiáng),使得東亞鋒面位置偏北,這些大氣環(huán)流形勢(shì)不利于寒潮向南爆發(fā)。因此,冬季厄爾尼諾事件會(huì)導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)偏弱,東亞冬季偏暖。Zhang et al.(1996)指出,厄爾尼諾可以抑制赤道西太平洋上空的對(duì)流活動(dòng),在東亞沿海地區(qū)引起南風(fēng)異常,從而使得東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度偏弱。另有研究表明,冬季我國(guó)南海地區(qū)的北風(fēng)強(qiáng)度與ENSO指數(shù)存在顯著的統(tǒng)計(jì)關(guān)系:異常偏強(qiáng)(弱)的北風(fēng)通常對(duì)應(yīng)于厄爾尼諾(拉尼娜)事件、強(qiáng)(弱)南方濤動(dòng)指數(shù)(Zhang et al.,1997)。數(shù)值模擬研究表明,熱帶地區(qū)與ENSO有關(guān)的海氣相互作用對(duì)于東亞冬季風(fēng)年際變率的模擬至關(guān)重要(Gollan et al.,2012)。大量研究工作一致表明,當(dāng)冬季發(fā)生厄爾尼諾事件時(shí),東亞冬季風(fēng)偏弱,東亞冬季偏暖。

另一方面,作為全球氣候系統(tǒng)中重要的組成部分,北極氣候系統(tǒng)的變化對(duì)歐亞氣候也存在顯著影響(Li and Wang,2013,2014;Zhou and Wang,2014;Chen and Wang,2015)。通過(guò)反射太陽(yáng)輻射、改變大氣和海洋之間的熱量、動(dòng)量和水汽交換平衡,北極海冰的異?？梢砸鸫蟪叨却髿猸h(huán)流的變化,進(jìn)而對(duì)氣候產(chǎn)生重要影響。早在20世紀(jì)50年代,著名氣象學(xué)家陶詩(shī)言先生就曾根據(jù)天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出幾乎所有侵襲我國(guó)的寒潮天氣的冷源都可以追溯到北冰洋(陶詩(shī)言,1959)。研究表明,秋季海冰的異常與東亞冬季氣候也存在緊密的聯(lián)系。當(dāng)秋季巴倫支?！：１惓Ｆ贂r(shí),該海域表層的感熱和潛熱通量出現(xiàn)明顯異常,海洋的非絕熱加熱過(guò)程在大氣中激發(fā)準(zhǔn)靜止Rossby波,導(dǎo)致下游西伯利亞高壓偏強(qiáng),從而使得歐洲至遠(yuǎn)東地區(qū)冬季顯著偏冷(Honda et al.,2009)。北極秋季海冰的迅速減少很可能是歐亞冬季頻繁出現(xiàn)的極寒、暴雪等極端天氣主要原因之一(Liu et al.,2012)。近些年,北極增暖的氣候效應(yīng)也成為了研究熱點(diǎn)。北極增暖會(huì)削弱南北溫度梯度,使得輸送大西洋暖濕氣團(tuán)的西風(fēng)減弱,導(dǎo)致歐亞中高緯地區(qū)冬季偏冷(Outten and Esau,2012)。

盡管針對(duì)ENSO、北極海冰或北極增暖的研究已經(jīng)有很多,但依然存在一個(gè)問(wèn)題:當(dāng)北極增暖與厄爾尼諾事件同時(shí)發(fā)生時(shí),東亞冬季氣溫是偏高還是偏低?例如,2015年冬季,熱帶中東太平洋爆發(fā)了超級(jí)厄爾尼諾事件;在此期間,北極出現(xiàn)了“世紀(jì)之暖”,即12月29日北極氣溫從-35 ℃升至0.8 ℃。Kug et al.(2015)的研究表明,冬季巴倫支?！５貐^(qū)氣溫異常與未來(lái)30 d以內(nèi)東亞氣溫的異常都存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此,本文將主要探討此次北極“世紀(jì)之暖”與超級(jí)厄爾尼諾對(duì)東亞1月氣溫的潛在影響。

1 資料和方法

本文使用的資料包括NCEP/NCAR再分析日資料(4個(gè)時(shí)次),主要為表面氣溫、850 hPa緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng);月平均表面氣溫、海平面氣壓、緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、垂直速度以及位勢(shì)高度等要素。資料選取的時(shí)段為1980—2016年。北極溫度指數(shù)(ATI,Arctic Temperature Index)定義為(30～70°E,70～80°N)范圍內(nèi)表面氣溫的區(qū)域平均值(Kug et al.,2015)。Nio3.4指數(shù)采用美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局的氣候預(yù)測(cè)中心發(fā)布的數(shù)據(jù)。

為了診斷北極增暖與東亞變冷的遙相關(guān)關(guān)系,本文采用了水平波作用通量(Fx,Fy),計(jì)算方法根據(jù)Takaya and Nakamura(2001)推導(dǎo)的計(jì)算公式,波作用通量可以描述準(zhǔn)定常Rossby波的能量頻散特征。

其中:p為氣壓;U為風(fēng)速大小的氣候態(tài);u為緯向風(fēng)的氣候態(tài),v為經(jīng)向風(fēng)的氣候態(tài);Φ為緯度,λ為為經(jīng)度;a=6 378 388 m,為地球半徑;地轉(zhuǎn)流函數(shù)Ψ′=gz/f0,z為位勢(shì)高度,g=9.8 m·s-2,為重力加速度,f0=2ΩsinΦ(Ω為地球自轉(zhuǎn)速度)。

另外,為探討北極增暖和厄爾尼諾對(duì)東亞溫度的共同影響,本文采用了多元線性回歸方法。其基本原理是,假定某個(gè)格點(diǎn)i的氣溫異常Ti與北極溫度指數(shù)ATI、Nio3.4指數(shù)的關(guān)系是線性的;基于1980—2015年的觀測(cè)值,可以得到一個(gè)回歸模型,記為為Ti的估值；最后,將2016年ATI、Nio3.4的觀測(cè)值代入回歸方程,即可得到2016年溫度異常的估值(如圖1d所示)。

圖1 1979—2015年冬季Nio3.4指數(shù)(a)和1980—2016年1月標(biāo)準(zhǔn)化的北極溫度指數(shù)(ATI;b),以及2016年1月東亞表面氣溫的距平(c;℃)和基于Nio3.4指數(shù)和北極溫度指數(shù)線性擬合的2016年1月表面氣溫異常(d;℃)Fig.1 (a,b)Standardized time series of (a)Nio3.4 during winter 1979—2015 and (b)ATI(Arctic temperature index) during January 1980—2016;(c)surface air temperature over East Asia in January 2016;(d)linear fit of the January 2016 surface air temperature anomaly(℃) with regard to Nio3.4 and ATI

2 2016年1月大尺度大氣環(huán)流特征及其與北極世紀(jì)之暖和超級(jí)厄爾尼諾的關(guān)系

美國(guó)國(guó)家航空航天局在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,2015年冬季北極氣溫曾出現(xiàn)過(guò)一天之內(nèi)急升35 ℃的情況。圖2a—2l顯示的是NCEP/NCAR再分析資料中2015年12月29日00時(shí)—12月31號(hào)18時(shí)(世界時(shí),下同)北極地區(qū)表面氣溫(陰影)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢)的情況。可以看出,29日00時(shí),北極極點(diǎn)附近的氣溫為-35 ℃左右。隨著來(lái)自北大西洋的暖流逐漸加強(qiáng)(箭矢),臨近北大西洋的極區(qū)氣溫迅速上升,在29日18時(shí)氣溫已上升到0 ℃以上。這是有衛(wèi)星探測(cè)以來(lái),首次在12月的北極發(fā)現(xiàn)0 ℃以上的溫度。此外,巴倫支?！５谋砻鏆鉁匾渤霈F(xiàn)了迅速升溫的過(guò)程(圖2a—2l,陰影)。與此同時(shí),赤道中東太平洋爆發(fā)了超級(jí)厄爾尼諾事件,其強(qiáng)度與1982/1983、1997/1998年的強(qiáng)度相當(dāng)(圖1a)。那么,此次北極“世紀(jì)之暖”和赤道中東太平洋超級(jí)厄爾尼諾事件對(duì)大尺度大氣環(huán)流的影響如何呢?

圖2 NCEP/NCAR再分析資料中2015年12月29日00時(shí)—至12月31日18時(shí)北極地區(qū)表面氣溫(陰影;℃)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢;m·s-1)的情況(a—l)以及極點(diǎn)附近(85°N以北,0～30°E)表面氣溫的時(shí)間演變(m)Fig.2 Surface air temperature(shaded;℃) and 850 hPa wind velocity(vectors;m·s-1) in the Arctic (a-l)from 0000 UTC 29 December 2016 to 1800 UTC 31 December 2016;(m)temporal evolution of area-averaged surface air temperature over the area north of 85°N,within 0°—30°E

圖3a給出了2016年1月850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)(箭矢)以及風(fēng)速大小(陰影)的異常?？梢钥吹?在副熱帶西北太平洋有一個(gè)明顯的反氣旋環(huán)流異常;在我國(guó)華南、南海隨之出現(xiàn)南風(fēng)異常,表明北風(fēng)偏弱。同時(shí),東北太平洋分布一個(gè)氣旋異常。上述特征與厄爾尼諾年大氣環(huán)流的異常非常一致(Wang et al.,2000)。尤其是西北太平洋的高壓異常(對(duì)應(yīng)反氣旋環(huán)流異常)以及東北太平洋的低壓異常(對(duì)應(yīng)氣旋異常)的出現(xiàn)(圖3b),表明2016年1月亞太地區(qū)的大氣環(huán)流確實(shí)受到了超級(jí)厄爾尼諾事件的影響。按照已有的研究經(jīng)驗(yàn),此時(shí)東亞的氣溫應(yīng)該顯著偏高。然而,觀測(cè)事實(shí)顯示,2016年1月東亞大部分地區(qū)(我國(guó)東北、華北、華東,朝鮮、韓國(guó)以及日本中部)的氣溫卻偏低;部分地區(qū)較氣候態(tài)偏低3 ℃以上(圖1c)。這種溫度異常與風(fēng)場(chǎng)異常不一致的現(xiàn)象可以從東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)南、北分量來(lái)解釋。Chen et al.(2014)研究指出,東亞冬季風(fēng)的異常存在中緯度分量與高緯度分量,即南、北分量,其關(guān)鍵范圍分別為(105～135°E,10～25°N;圖3a:藍(lán)色實(shí)線方框)和(110～125°E,30～50°N;圖3a:藍(lán)色虛線方框)。南分量受ENSO影響,即厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí),南風(fēng)量偏弱。2016年1月,東亞冬季風(fēng)的南部分量表現(xiàn)為西南風(fēng)異常,表明北風(fēng)確實(shí)偏弱(圖3a:藍(lán)色實(shí)線方框)。然而北分量并不受ENSO影響。從這個(gè)角度講,在超強(qiáng)厄爾尼諾事件的背景下,我國(guó)華北地區(qū)依然出現(xiàn)明顯的北風(fēng)異常并不奇怪(圖3b:藍(lán)色虛線方框)。因此,2016年1月東亞氣溫偏低很可能是冬季風(fēng)北風(fēng)分量偏強(qiáng)所致。為了進(jìn)一步確定引起2016年1月大氣環(huán)流異常的能量頻散源,圖3c給出了同期500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)異常(陰影)以及相應(yīng)的波作用通量(箭矢)?？梢钥闯?在東亞的上游巴倫支?！Ｖ霖惣訝柡幸粋€(gè)顯著的正高度異常中心;同時(shí),該地區(qū)明顯為波作用通量的一個(gè)頻散源,并向下游傳播至東亞地區(qū)。研究表明,冬季大氣環(huán)流的這種異常分布型與北極增暖存在顯著的聯(lián)系(Kug et al.,2015)。因此,2016年1月東亞的氣候異?？赡芘c北極巴倫支?！５貐^(qū)溫度異常偏高有關(guān)。

圖3 2016年1月850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)(箭矢)以及風(fēng)速大小(陰影;m·s-1)的異常(a),海平面氣壓異常(b;hPa),以及500 hPa高度場(chǎng)異常(陰影;gmp)以及波作用通量(m2·s-2)的空間分布(c;異常是指相對(duì)于1981—2010年氣候平均態(tài)的距平;下同)Fig.3 The (a)850 hPa wind velocity(vectors) and speed(shaded areas;m·s-1) anomaly,(b)sea level pressure anomaly (hPa),and (c)500 hPa geopotential height anomaly(shaded areas;gpm) and Rossby wave activity flux(m2·s-2),in January 2016(anomalies are relative to the climatology of 1981—2010;similar hereinafter)

3 北極增暖與東亞氣候的關(guān)系及可能機(jī)制

為了說(shuō)明1月北極增暖與東亞氣溫的關(guān)系,圖4a給出了北極氣溫指數(shù)ATI與同期氣溫間的線性相關(guān)關(guān)系(線性回歸分析中,變量均已去除長(zhǎng)期線性趨勢(shì);下同)。由圖4可知,當(dāng)北極增暖時(shí),東亞氣溫明顯降低。對(duì)應(yīng)北極溫度指數(shù)升高一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的情況,東亞氣溫普遍降低0.6 ℃以上;部分地區(qū)降溫幅度可達(dá)2 ℃。從大氣環(huán)流場(chǎng)看,當(dāng)北極增暖時(shí),在西伯利亞地區(qū)出現(xiàn)一個(gè)顯著的高壓異常中心,即西伯利亞高壓偏強(qiáng);氣壓偏高幅度為1.2～3.6 hPa(圖4b:陰影)。對(duì)應(yīng)海平面氣壓場(chǎng)的變化,在貝加爾湖的西北方向分布有一個(gè)明顯的反氣旋環(huán)流異常(圖4b:箭矢)。隨之出現(xiàn)在貝加爾湖東北側(cè)的北風(fēng)異常有利于高緯地區(qū)的冷空氣南下,導(dǎo)致東亞氣溫降低。

圖4 1980—2016年1月標(biāo)準(zhǔn)化北極溫度指數(shù)(ATI)線性回歸的同期表面氣溫(陰影;℃)和海平面氣壓(陰影;hPa)(a)以及850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)(箭頭;m·s-1)(b)(打點(diǎn)區(qū)域表示表面氣溫異常和海平面氣壓異常通過(guò)95%置信水平檢驗(yàn);風(fēng)場(chǎng)只畫通過(guò)95%置信水平檢驗(yàn)的值)Fig.4 Regressions of (a)surface air temperature (shaded areas;℃) and (b)sea level pressure(shaded areas;hPa) and 850 hPa horizontal wind(vectors;m·s-1),during January 1980—2016,onto the simultaneous ATI(regression coefficients of surface air temperature and sea level pressure significant at the 95% confidence level are stippled;arrows are significant at the 95% confidence level)

圖5 1980—2016年1月標(biāo)準(zhǔn)化北極溫度指數(shù)(ATI)線性回歸的同期垂直環(huán)流(箭矢;m·s-1)以及垂直速度(陰影;×10-3 Pa·s-1)(打點(diǎn)區(qū)域表示垂直速度異常通過(guò)95%置信水平檢驗(yàn))a.75～85°N平均;b.60～70°N平均;c.70～90°E平均Fig.5 Regressions of vertical circulation(vectors;m·s-1) and vertical velocity(shaded areas;×10-3 Pa·s-1) averaged along (a)75—85°N,(b)60—70°N,and (c)70—90°E,onto the simultaneous ATI during January 1980—2016(regression coefficients of vertical velocity significant at the 95% confidence level are stippled)

那么,北極增暖是如何引起歐亞大尺度環(huán)流異常呢?研究表明,西伯利亞高壓的增強(qiáng)與該地區(qū)上空大氣的下沉運(yùn)動(dòng)有關(guān)(丁一匯等,1991)。因此,為了探討北極增暖與歐亞大陸垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,圖5進(jìn)一步給出了垂直速度投影至北極溫度指數(shù)ATI的線性回歸系數(shù)的剖面。顯然,當(dāng)巴倫支?！５貐^(qū)氣溫升高時(shí),其上空出現(xiàn)顯著的上升運(yùn)動(dòng)異常,并向東傾斜(圖5a);在科氏力作用下,在東側(cè)(70～90°E)轉(zhuǎn)向南部運(yùn)動(dòng)(圖5c),并在西伯利亞地區(qū)下沉(圖5b:60～100°E;圖4c:50～70°N)。下沉運(yùn)動(dòng)異常引起低層大氣的輻散異常,使得西伯利亞高壓加強(qiáng)(圖4b)。

圖6 1980—2016年1月標(biāo)準(zhǔn)化北極溫度指數(shù)(ATI)線性回歸的同期流函數(shù)(等值線;×106 m2·s-1)以及波作用通量(箭矢;m2·s-2)(陰影表示流函數(shù)異常通過(guò)95%置信水平檢驗(yàn)) a.500 hPa;b.200 hPaFig.6 Regressions of streamfunction anomaly(contours;×106 m2·s-1) and wave activity flux(vectors;m2·s-2) onto the simultaneous ATI during January 1980—2016 at (a)500 hPa and (b)200 hPa(regression coefficients of streamfunction significant at the 95% confidence level are shaded)

為進(jìn)一步驗(yàn)證北極增暖與東亞氣候的遙相關(guān)關(guān)系,圖6給出了對(duì)應(yīng)北極溫度異常時(shí),500 hPa和200 hPa的流函數(shù)以及波作用通量,主要用來(lái)診斷準(zhǔn)定常Rossby波的頻散特征。從流函數(shù)的空間型看,其波列特征非常明顯。一個(gè)顯著的正異常中心分布在巴倫支海上空;同時(shí),顯著的負(fù)異常中心位于中國(guó)中部地區(qū)。從波作用通量的傳播看,其能量頻散源主要分布在巴倫支海附近,與低層熱力異常的區(qū)域相吻合。能量向東南方向頻散,并傳播至東亞地區(qū)?？梢?jiàn),北極溫度的異常通過(guò)激發(fā)準(zhǔn)定常Rossby波,將能量向下游頻散,進(jìn)而引起東亞地區(qū)的大氣環(huán)流和溫度的異常。

綜上可知,2016年1月東亞的大氣環(huán)流、溫度異常是由北極增暖和熱帶超級(jí)厄爾尼諾共同造成。盡管超級(jí)厄爾尼諾激發(fā)了西北太平洋反氣旋異常并使得東亞南部出現(xiàn)南風(fēng)異常;但是,由于北極增暖顯著,使得東亞北部的北風(fēng)顯著偏強(qiáng),從而導(dǎo)致東亞1月氣溫依然偏低。為了進(jìn)一步證明該結(jié)論,圖1d給出了基于Nio3.4指數(shù)、北極溫度指數(shù)ATI,通過(guò)多元線性擬合所得到的2016年1月東亞氣溫的回報(bào)結(jié)果?？梢钥闯?東亞氣溫的回報(bào)結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果(圖1b)的空間分布型非常相似;兩者的空間相關(guān)系數(shù)為0.71?？梢?jiàn),2016年1月北極增暖以及熱帶太平洋的厄爾尼諾事件能夠從一定程度上解釋東亞氣溫偏低的現(xiàn)象。

4 結(jié)論和討論

ENSO與東亞氣候的聯(lián)系一直是氣候?qū)W研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。以前大部分的研究結(jié)論均認(rèn)為,冬季厄爾尼諾事件會(huì)導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)偏弱,東亞冬季偏暖。2016年冬季,赤道中東太平洋的爆發(fā)了超強(qiáng)厄爾尼諾事件,然而東亞1月的氣溫卻明顯偏低。針對(duì)此次異?，F(xiàn)象,本文采用統(tǒng)計(jì)方法、動(dòng)力診斷等探討了其中的可能原因。通過(guò)分析得到的主要結(jié)論如下:

1)2016年1月大氣環(huán)流確實(shí)存在對(duì)厄爾尼諾事件的明顯響應(yīng),如西北太平洋反氣旋,東北太平洋低壓異常,東亞南部南風(fēng)異常。

2)基于1980—2016年1月再分析資料的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,當(dāng)北極地區(qū)巴倫支?！鉁仄邥r(shí),東亞氣溫顯著偏低。對(duì)應(yīng)北極氣溫升高1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的變化,東亞氣溫降低幅度在0.6～1.8 ℃。

3)巴倫支?！Ｆ叩臍鉁禺惓Ｖ饕ㄟ^(guò)引起局地大氣的上升運(yùn)動(dòng)異常,并向南運(yùn)動(dòng)至西伯利亞地區(qū)(60～100°E,50～70°N)后下沉,使得西伯利亞高壓增強(qiáng),從而導(dǎo)致東亞氣溫偏低。準(zhǔn)定常Rossby波的頻散特征也表明,北極增暖與東亞氣候

異常之間存在明顯的遙相關(guān)波列。

4)2016年1月北極顯著增暖,導(dǎo)致西伯利亞高壓偏強(qiáng),東亞北部北風(fēng)偏強(qiáng),因而東亞氣溫偏低。

由此可見(jiàn),在關(guān)注熱帶中東太平洋海溫對(duì)東亞冬季氣候影響的同時(shí),不能忽略北極氣候系統(tǒng)的作用。尤其是近些年北極增暖的放大效應(yīng),經(jīng)常對(duì)歐亞冬季氣候尤其是極端氣候事件產(chǎn)生顯著的影響。另外,高緯地區(qū)烏拉山阻塞高壓對(duì)歐亞冷空氣的活動(dòng)也具有重要作用。2015/2016年冬季出現(xiàn)在北極的世紀(jì)之暖過(guò)程中,阻塞高壓起到了積極的推動(dòng)作用。因此,阻塞高壓很可能成為未來(lái)“北極增暖歐亞變冷”課題中重要的研究對(duì)象之一。

致謝:感謝NOAA提供的資料在線下載服務(wù)。

References)

Chen H P,Wang H J,2015.Haze days in North China and the associated atmospheric circulations based on daily visibility data from 1960 to 2012[J].J Geophys Res,120.doi:10.1002/2015JD023225.

Chen Z,Wu R,Chen W,2014.Impacts of autumn Arctic sea ice concentration changes on the East Asian winter monsoon variability[J].J Climate,27:5433-5450.

丁一匯,溫市耕,李運(yùn)錦,1991.冬季西伯利亞高壓動(dòng)力結(jié)構(gòu)的研究[J].氣象學(xué)報(bào),49(4):430-439. Ding Y H,Wen S G,Li Y J,1991.A study of dynamic structures of the Siberian High in winter[J].Acta Meteorologica Sinica,49(4):430-439.(in Chinese).

丁一匯,柳艷菊,梁蘇潔,等,2014.東亞冬季風(fēng)的年代際變化及其與全球氣候變化的可能聯(lián)系[J].氣象學(xué)報(bào),7(5):835-852. Ding Y H,Liu Y J,Liang S J,et al.,2014.Inter-decadal variability of the East Asian winter monsoon and its possible linkage with global climate change[J].Acta Meteorologica Sinica,7(5):835-852.(in Chinese).

范可,王會(huì)軍,2006.南極濤動(dòng)的年際變化及其對(duì)東亞冬春季氣候的影響[J].中國(guó)科學(xué)D,36(4):385-391. Fan K,Wang H J,2006.Interannual variability of the Antarctic Oscillation and its influence on the East Asian winter and spring climate[J].Science in China D,36(4):385-391.(in Chinese).

范可,王會(huì)軍,2007.南極濤動(dòng)異常及其對(duì)冬春季北半球大氣環(huán)流影響的數(shù)值模擬試驗(yàn)[J].地球物理學(xué)報(bào),50(2):397-403. Fan K,Wang H J,2007.Simulation of the AAO anomaly and its influence on the Northern Hemispheric circulation in boreal winter and spring[J].Chin J Geophys,50(2):397-403.(in Chinese).

Gollan G,Greatbatch R J,Jung T,2012.Tropical impact on the East Asian winter monsoon[J].Geophys Res Lett,39(17):128-136.

何溪澄,丁一匯,何金海,2008.東亞冬季風(fēng)對(duì)ENSO事件的響應(yīng)特征[J].大氣科學(xué),32(2):335-344. He X C,Ding Y H,He J H,2008.Response characteristics of the East Asian winter monsoon to ENSO events[J].Chin J Atmos Sci,32(2):335-344.(in Chinese).

賀圣平,王會(huì)軍,2012.東亞冬季風(fēng)綜合指數(shù)及其表達(dá)的東亞冬季風(fēng)年際變化特征[J].大氣科學(xué),36(3):523-538. He S P,Wang H J,2012.An integrated East Asian winter monsoon index and its interannual variability[J].Chin J Atmos Sci,36(3):523-538.(in Chinese).

Honda M,Inoue J,Yamane S,2009.Influence of low Arctic sea-ice minima on anomalously cold Eurasian winters[J].Geophys Res Lett,36:262-275.

Kug J S,Jeong J H,Jang Y S,et al.,2015.Two distinct influences of Arctic warming on cold winters over North America and East Asia[J].Nature Geoscience,8.doi:10.1038/NGEO2517.

Li C Y,1990.Interaction between anomalous winter monsoon in East Asia and El Nio events[J].Adv Atmos Sci,7(1):36-46.

Li F,Wang H J,2013.Autumn sea ice cover,winter Northern Hemisphere annular mode,and winter precipitation in Eurasia[J].J Climate,26(11):3968-3981.

Li F,Wang H J,2014.Autumn Eurasian snow depth,autumn Arctic sea ice cover and East Asian winter monsoon[J].Int J Climatol,34(13):3616-3625.

Liu J P,Curry J A,Wang H J,et al.,2012.Impact of declining Arctic sea ice on winter snowfall[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,109(11):4074-4079.

Outten S D,Esau I,2012.A link between Arctic sea ice and recent cooling trends over Eurasia[J].Climatic Change,110:1069-1075.

Takaya K,Nakamura H,2001.A formulation of a phase-independent wave-activity flux for stationary and migratory quasigeostrophic eddies on a zonally varying basic flow[J].J Atmos Sci,58:608-627.

陶詩(shī)言,1959.十年來(lái)我國(guó)對(duì)東亞寒潮的研究[J].氣象學(xué)報(bào),30(3):226-230. Tao S Y,1959.Studies on cold spells in East Asia from 1949 to 1959[J].Acta Meteorologica Sinica,30(3):226-230.(in Chinese).

Wang B,Wu R,Fu X,2000.Pacific-east Asian teleconnection:How does ENSO affect East Asian climate?[J].J Climate,13:1517-1536.

王會(huì)軍,范可,2013.東亞季風(fēng)近幾十年來(lái)的主要變化特征[J].大氣科學(xué),37(2):313-318. Wang H J,Fan K,2013.Recent changes in the East Asian monsoon[J].Chin J Atmos Sci,37(2):313-318.(in Chinese).

王會(huì)軍,范可,郎咸梅,等,2012.我國(guó)短期氣候預(yù)測(cè)的新理論、新方法和新技術(shù)[M].北京:氣象出版社:226. Wang H J,Fan K,Lang X M,et al.,2012.Advances in climate prediction theory and techniques of China[M].Beijing:China Meteorological Press:226.(in Chinese).

Zhang R,Sumi A,Kimoto M,1996.Impact of El Nio on the East Asian monsoon:A diagnostic study of the ‘86/87’ and ‘91/92’ events[J].J Meteor Soc Japan,74:49-62.

Zhang Y,Sperber K R,Boyle J S,1997.Climatology and interannual variation of the East Asian winter monsoon:Results from the 1979—95 NCEP/NCAR reanalysis[J].Mon Wea Rev,125:2605-2619.

Zhou M Z,Wang H J,2014.Late winter sea ice in the Bering Sea:Predictor for maize and rice production in Northeast China[J].J Appl Meteor Climatol,53:1183-1192.

Impact of Arctic warming and the super El Nio in winter 2015/2016 on the East Asian climate anomaly

HE Shengping1,2,3,WANG Huijun1,2,3,XU Xinping1,LI Jingyi1

1KeyLaboratoryofMeteorologicalDisaster,MinistryofEducation(KLME)/CollaborativeInnovationCenteronForecastandEvaluationofMeteorologicalDisasters(CIC-FEMD),NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China;

2ClimateChangeResearchCenter,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China;

3Nansen-ZhuInternationalResearchCentre,InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China

(責(zé)任編輯：張福穎)

賀圣平,王會(huì)軍,徐鑫萍,等,2016.2015/2016冬季北極世紀(jì)之暖與超級(jí)厄爾尼諾對(duì)東亞氣候異常的影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),39(6):735-743. He S P,Wang H J,Xu X P,et al.,2016.Impact of Arctic warming and the super El Nio in winter 2015/2016 on the East Asian climate anomaly[J].Trans Atmos Sci,39(6):735-743.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161008002.(in Chinese).

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20161008002

*聯(lián)系人，E-mail:wanghj@mail.iap.ac.cn