近30年来影响我国北方的寒潮路径变化及其机理研究

Cold surge is one of main weather processes occurred in the winter half-year, and it often causes severe damages to China's agriculture, transport and economy. Cold surge passage,the moving path of its cold air body, determines the influncing area of cold surge. Many studies suggested that the occurrence of cold surges across northern China decreased in the past three decades. Where are the reducing occurrences of cold surge from? What is the variability of cold surge passages? What is the meachanism for this change? These questions are still open and little studied. In this study, we attempt to investigate the temporal-spatial variability of cold surge passages influencing northern China in the past three decades based on China station data,atmospheric reanalyses (NCEP/NCAR, ERA-40,ERA-Interim) and ocean data. In order to reveal the possible physical mechanism for the change of cold surge passage influncing northern China in the past three decades, we also plan to explore these key atmospheric factors and key areas of sea surface temperature and sea ice influncing these changes with both observational analysis and numerical experiments. This study will reveal the new feature,new rule and mechanism of cold surge passage change across northern China in the past three decades,providing a reference for climatic prediction of cold surge activities across China.

寒潮是我国冬半年主要的天气过程之一，其产生的灾害性天气能造成我国农业、交通和国民经济严重损失。寒潮路径作为强冷空气主体的移动路线，决定着寒潮的影响区域。研究表明近30年来影响我国北方的寒潮频次已明显减少，然而该寒潮频次变化究竟来源于哪些寒潮路径的变化？近30年来影响我国北方的寒潮路径的变化特征是什么？这些寒潮路径异常变化的机理又是什么？这些问题目前研究甚少。项目拟应用中国站点观测资料、全球大气再分析资料（NCEP/NCAR,ERA-40,ERA-Interim等）及海洋资料，通过观测分析和数值模拟，系统分析近30年来影响我国北方的寒潮路径的时空演变规律，探究影响寒潮路径异常变化的关键大气环流因子以及海温、海冰关键区，揭示近30年来影响我国北方的寒潮路径变化的新特点、新规律及其异常变化的机制，为我国寒潮活动的气候预测提供参考依据。

寒潮路径是强冷空气主体的移动路线，追踪和判断寒潮冷空气路径有助于预报寒潮或极端低温事件。本项目研究了近30年来影响我国北方的寒潮路径变化特征，重点探讨了它的年代际变化及其与大气环流和北极海冰变化的关系，揭示了其变化的可能机理，并预估了寒潮的未来变化。主要研究结果如下：（1）入侵华北和东北的寒潮路径均可分为三类路径（北路、西路及西北路径），入侵西北地区的寒潮路径主要为西北路径和偏西路径；华北秋季寒潮频次在1998年后发生了年代际减少，这主要是由于其西北路径的寒潮年代际减少所引起；华北冬季寒潮事件在1990s（2000s）发生的频次最多（少），但寒潮平均强度最弱（强），西北路径与西路路径华北寒潮更多发生于1990s，而北路路径华北寒潮更多发生于2000s；东北地区春季寒潮在20世纪90年代频次减少而强度增加，21世纪初频次有所回升但强度减弱；影响东亚冬季的寒潮路径主要可分为西路路径和北路路径，1995年前西路路径易发生，1995年后北路路径易发生，寒潮强度也是在1995年发生了由弱转强的年代际变化。（2）揭示了北极涛动（AO）位相变化对华北寒潮路径有显著影响，当AO正（负）位相时华北寒潮冷空气路径偏西（北），且多发生于1990s（2000s）; 揭示了影响华北秋季的三类路径寒潮爆发前期的对流层高层大气环流异常信号，可为华北寒潮预报作参考;揭示了北极新地岛附近海冰面积的变化可能是造成影响我国东北地区寒潮活动年代际变化的原因之一，给出了影响的可能过程；揭示了影响东亚冬季寒潮路径20世纪90年代中期年代际变化的海冰关键区位于巴伦支海，给出了该区海冰异常影响东亚寒潮路径的可能过程。（3）预估结果表明，将全球变暖控制在1.5℃以下，而不是2℃，可以避免在中国北方极端低温事件的强度、频率和持续时间等约减少6%-56%，最大的区域在东北(24%-56%)。这些研究结果将有助于我们加深认识我国寒潮的变化规律以及为寒潮的预报预测提供重要的参考价值。