2008年以来中国冬季区域性低温事件频发的形成机理研究

Regional low temperature events (RLTE) in winter China is the result of cooperation of internal atmosphere dynamical process and external sea surface temperature force, and its essential is dynamical problem of the Euro-Asia winter monsoon. Now the common view on the type of RLTE is the atmosphere anomaly in Euro-Asia middle and high latitude. However, since the frequent occurrence of RLTE in winter China, and the new science problem of the probable dynamical mechanism for this phenomenon is proposed. This research try to select the RLTE frequent occurrence periods during the recent 50 years based on the event database, then to analyze the difference among different period, and show the new character for the nearest period (from 2008 to now). Besides, we also discuss the relationship between the Euro-Asia height anomalies mode and the RLTE, the probable external forces of the winter to winter recurrence (WWR)of the north pacific sea surface temperature anomaly on the Euro-Asia height anomalies mode with the nonlinear diagnosing method. Based on these work, we try to explain why the RLTE frequently happened since 2008 and conclusion the probable mechanism.

中国冬季区域性低温事件(RLTE)的形成是大气内动力过程和北太平洋海温外强迫共同作用的结果，其实质是欧亚冬季风动力学问题的研究。目前，已经对欧亚中高纬度环流持续性异常决定RLTE的形态等形成共识。然而，2008年以来中国冬季RLTE的频发则又提出了全球增暖背景下低温事件频发的形成机理这一新科学问题。本项目试图基于RLTE事件库选取RLTE连续多年密集发生的时段（频发期），对比分析冷暖背景下各频发期RLTE的异同，揭示2008年以来RLTE频发期的事件新特征。同时，结合合成分析方法等分析欧亚阻高关键区高度场的异常配置对RLTE频发的影响，结合非线性方法等分析北太平洋海温异常的冬季-冬季再现(WWR)机制对欧亚阻高关键区高度场异常配置的影响，最终揭示三者间相互作用的动力学机制，进而解释2008年以来中国冬季RLTE频发的形成机理，为当前中国冬季RLTE的频发具有年际或年代际特征的判识提供参考。

对2008年以来中国冬季区域性低温事件（RLTE）频发的形成机理开展了初步研究。首先，揭示了近50年中国冬季RLTE的时空演化特征。1）时间演化：自1960年以来RLTE的年平均强度和发生频次均呈减弱特征，1990s后期减弱趋势有所减缓，2010末RLTE的发生频率和强度有所增加。2）空间分布：RLTE对应的几何中心主要集中于30°N和42°N附近的南北两个纬度带。其次，揭示了气候因子异常、阻高系统异常和极区环流系统异常是RLTE发生的主要诱因。1）乌山、贝湖和鄂海500 hPa高度场中某一区域出现持续正异常与RLTE的对应概率大于0.8，与持续15天以上RLTE的对应概率大于0.92。2）NPO指数异常偏小、NINO3.4指数异常偏低、亚洲区极涡强度和面积、AO指数异常偏小和冬季风指数偏强出现异常时，发生RLTE 的概率较高。其中，NPO指数，NINO3.4指数，AO指数和冬季风四种指数的冬季平均值达到15% (或85%) 极端阈值的年份中，发生极端RLTE的百分比均超过60.0%。第三，揭示了暖背景与冷背景下RLTE频发期的大气环流和外部强迫的异同性。2008-2012年期间，RLTE同期环流异常特征更类似于1960s。主要表现为：500 hPa 高度场存在异常明显的北高南低的阻塞形势，东亚大槽偏深、偏强；300 hPa纬向风距平场表现为西北-东南方向的倾斜波列；SLP都表现为极区的海表气压高，欧亚大陆海表气压低的负位相特征。此外，频发期对应的冷阶段（1960s - 1970s）和暖阶段（2008 - 2012年）冬季环流背景的主要差异体现在：冷阶段为AO的弱负位相，欧亚北部和极地均偏冷；暖阶段为AO的强负位相，极地偏暖，欧亚北部偏冷。第四，揭示了东亚北部区域气温变化的一种新的特征：冬季-冬季再现机制（WWR）。近60年中, 气温表现为WWR型的年份共计23年, 出现概率接近40%，且WWR特征独立于ENSO指数的变化而存在。WWR现象很可能是PDO和AO指数共同作用的结果。PDO的持续正（负）位相的稳定特征为连续两个冬季的低（高）气温提供稳定的气候背景场；而AO在冬季到夏季出现的位相反转，则起到了通过大气内部过程来调节中纬度地区气温的作用，进而造成冬季到次年夏季气温的反转变化。