大气环流转型和热力结构变异与北方极端冷事件异常机制研究

本项目拟利用观测和再分析资料，借助诊断分析、统计降尺度和数值模拟等方法对全球变暖背景下近50年中国北方极端冷事件(ECE)发生规律和异常机制进行集成研究。针对气候变化的多尺度和非线性特征，首先分析变暖的空间不均匀性造成的大气热力结构变化、环流系统迁移和遥相关型结构变异等，研究其对ECE异常的潜在影响；其次，重点研究ECE异常的年代际背景，分析几种大气遥相关型，如北极涛动(AO)、太平洋年代尺度涛动(PDO)和大西洋多年代尺度涛动(AMO)的方差分布特征和频谱特征等，研究变暖背景下它们时空结构变异对大气环流型转换、区域尺度气候异常和ECE分布变化的影响；接着研究在有/无气候趋势存在和不同环流型背景下年际变化强信号ENSO等对环流型变异和ECE分布异常的影响和作用方式。最后，分析与ECE相关的物理过程并对结果进行综合集成，提炼出冬半年我国北方极端冷事件变异的概念模型并给出可能物理机制。

本项目研究变暖背景下北方冷事件增多的机理及其演变趋势。进入21世纪以来北方冷事件逐渐增多、冬季气温偏低。Liu J.P.提出的海冰-积雪反馈机制实质是气候系统对变暖的负反馈。据此，我们首先研究了影响我国冷空气关键区西北和西西伯利亚的降雪增加机理，发现近20年NAO 的负位相偏多，导致风暴路径偏南、偏西路径冷空气活动增多，向西北的定常波和瞬变涡动水汽输送均加强，造成这些地区降水或降雪增加、气温偏低。进一步研究发现，冷冬的频繁出现与近十年的全球升温停顿(hiatus ) 有关。分解分析表明，这个hiatus 是气候变化多年代尺度成分的冷却效应抵消了全球变暖的一个暂时平衡期；从空间上看，它主要是近十年热带太平洋海表温度下降造成。海洋的多年代尺度振荡模IPO 在上个世纪末进入负位相，热带太平洋海温逐渐降低。近十年的地表温度趋势分布相似于IPO 的负位相模态。 而1950-1970年代IPO 负位相正好对应于亚洲北部的冷冬。因此，IPO进入负位相是近些年我国北方冷事件增多的主要原因之一。此外，IPO 指数还存在一个方差更大的下降趋势，说明海表温度下降可能会持续更长时间。由于IPCC AR4的情景预测中缺乏多年代尺度振荡成分，显然高估了未来的升温趋势。根据外插和IPO 时间尺度，我们估计未来20-30年全球气候可能处于略偏冷状况，但暖于1960-1970年代，到本世纪中气温才能恢复到目前的水平。因此我国冬季偏冷状况在未来20年间可能还会频繁出现。这可以作为有关部门制定适应政策或防灾减灾规划的一个参考。