北极海冰消融与欧亚大陆中、高纬度地区盛行天气型以及极端天气之间的联系

Through the Complex Vector Empirical Orthogonal Function (CVEOF)analysis method, this project is to investigate dominant weather patterns of diurnal variability of wind fields in the low troposphere over the mid-high latitudes of Eurasia（40-70N）, including their tempo-spatial features, physical significances, particular characteristics in their low-fluctuation (10-60 days) and interannual variability. Then the project investigates the ways and mechanisms that dominant weather patterns in different seasons influence Eurasian air temperature and precipitation on weather, low-fluctuation and interannual time scales. By means of diagnostic analyses of observational data and re-analysis data and simulation experimants,this project explores possible ways and mechanisms that Arctic sea ice loss affects low-fluctuations of dominant weather patterns, and the motivation is to provide observational evidences and accumulate relevant techniques for improvement of the short-term climate prediction capability,particular improvement of process prediction ability in intraseasoanl variations. From analyzing diurnal surface air temperature data both in winter and summer seasons, this project also examines the frequency and strength of extreme cold and warm weather events and their possible associations with Arctic sea ice loss and then determines whether Arctic sea ice loss affects extreme weather events in the mid-high latitudes of Eurasia.It is the characteristics of this project to explore possible associations of the low-fluctuation and interannual variability of dominant weather patterns and extreme weather events with Arctic sea ice loss.

本项目通过复矢量经验正交分析方法，研究欧亚大陆中、高纬度地区（40-70N），冬季对流层低层大气两维风场逐日变率的优势天气型（优势天气模态）,包括时-空变化特征、物理意义，特别是优势天气型的低频（10-60天）和年际变化特征。研究冬季优势天气型在天气、低频和年际时间尺度上对欧亚大陆气温和降水的影响途径和机理。通过资料诊断分析和数值模拟试验相结合的方法，研究北极海冰变化影响优势天气型低频变化的可能途径和机理，从而为提高和改进短期气候预测能力，特别是季节内变化中过程预测的能力，提供观测依据和技术积累。通过对冬季逐日地表气温资料的分析，项目还研究极端冷事件的发生频次和强度变化特征，及其与北极海冰变化的可能联系，通过数值模拟试验研究海冰变化是否对中、高纬度极端天气事件产生影响。本项目的特色就是把优势天气型的低频、年际变化以及极端天气事件与北极海冰变化联系起来。

近二十年来，随着全球增暖的持续，北极海冰的持续减少，北极对全球增暖的放大效应越发凸显，从而加强了北极与中低纬度之间的联系，加大了大气环流季节内和年际变率，从而有利于极端天气气候（甚至灾害）事件的发生。本项目主要研究了冬季欧亚大陆盛行天气型、气候变率优势模态、极端严寒事件的主要特征，及其与北极海冰异常偏少和北极增暖异常的可能联系。本项目在以下十个方面取得重要研究进展：（1）揭示了过去10年冬季西伯利亚高压加强了北极增暖；（2）揭示了冬季亚洲大气环流变率的新模态及其与北极海冰的联系；（3）揭示了2015/2016冬季强El Nino事件并不能掩盖来自北极海冰和大气环流对东亚气候的影响；（4）揭示了夏季北极偶极子风场模态对冬季西伯利亚的影响；（5）揭示了北极海冰异常偏少对冬季欧亚大陆极端严寒事件的可能影响；（6）揭示了冬季北极增暖异常的主要特征及其与大气环流变率的联系；（7）研究了2012年1月、2016年1月东亚两次极端严寒事件及其与北极增暖的可能联系；（8）揭示了夏季北极对流层中、低层冷异常与东亚高温热浪事件的动力学联系；（9）揭示了冬季欧亚大陆盛行天气型与北极增暖异常的可能联系；（10）系统地概述了北极海冰融化影响东亚冬季天气气候的研究进展以及学术争论焦点问题。这些研究进展对于我们认识和理解北极增暖、北极海冰减少在极端天气事件、气候变率中的作用，以及北极海冰异常偏少影响大气环流变率的不确定性均有重要科学意义和参考价值。此外，研究结果对于我们预测东亚冬季气候变化趋势同样具有重要现实意义（已多次用于冬季风趋势的预测会上）。