研究秋季雪盖和北极海冰异常对冬季大气环流的影响及在季节气侯预报中的应用

冰雪覆盖是气候系统的重要而活跃的部分。欧亚秋季雪盖的异常影响冬季北极涛动, 这种关联已被应用到冬季气侯预报。近年来的观测研究表明, 在年际时间尺度上, 北极秋季海冰异常减少引起冬季负位相的北极涛动的信号也很显著, 但仍需进一步数值试验证实和研究其相关机制。在本申请项目中, 我们将进行以下分析研究: 1)我们应用滞后最大协方差分析观测资料, 进一步调查欧亚雪盖对其它大气环流型态是否也有显著影响,及北美雪盖异常对北半球大气环流的可能显著影响；2)进行一系列的数值试验检查秋季海冰异常对冬季大气环流的影响；3)模拟分析北极秋季海冰异常和欧亚秋季雪盖异常之间的相互作用及二者对冬季大气环流相对的影响；4)构建统计预测模型，应用观测的秋季雪盖和北极海冰异常信息提高我国冬季气侯的预测准确度。以上许多开创性研究将有助于更好地理解北半球冬季大气环流主要型态的的变率, 为跨季节气侯预报提拱依据。

本项目主要通过统计诊断分析和数值模拟，检查海冰和雪盖等下垫面强迫因子异常对大尺度大气环流的反馈及其机理，利用观测的秋季雪盖和北极海冰异常信息提高我国冬季气侯的预测准确度。我们顺利完成了课题的研究内容和研究目标，很好地完成了课题的预定目标，研究成果有助于解决“北半球冬季大气环流及其模态对前期下垫面冰雪覆盖强迫响应特征”和“怎样利用秋季欧亚雪盖和北极海冰异常信息提高我国冬季气侯的预测准确度”两个关键科学问题。在本学科国际一流SCI期刊发表第一作者三篇，国内核心期刊一篇，还有三篇已经投稿，另有多篇论文已经完成。项目资助和培养毕业和在读研究生7名。主要研究成果体现在：.1. 利用滞后最大协方差分析(MCA), 我们提供了直接的观测证据，表明在季节到年际时间尺度上，北极和南极附近持续性的海冰异常对与环状模有关的大气环流有着季节性的显著反馈作用。夏秋季持续性的北极海冰减少造成冬季类似于负位相北极涛动(AO)或北大西洋涛动(NAO)型的大气响应，而南半球冬季持续的南极洲偶极型海冰异常与春季南极涛动有着显著的关联。.2. 我们提供观测证据表明秋季欧亚雪盖的变化引起显著的冬季AO和太平洋-北美遥相关(PNA)型大气环流响应。首次阐明了欧亚大陆，特别是青藏高原地区秋季雪盖异常与北半球冬季大气环流显著相关，秋季初冬青藏高原地区雪盖偏多, 蒙古和中国西北雪盖偏少的年份，能引起冬季类似PNA遥相关型的大气响应。.3.我们通过秋季海冰完全消失的理想海冰试验和2009/10年现实的北极秋季海冰强迫试验证实和理解了秋季海冰异常对冬季北半球大气环流的影响。大气对海冰响应的发展和维持涉及海气热量交换异常和与瞬变涡度通量的变化。.4. 夏秋季北极海冰和欧亚雪盖异常与同年冬季中国气温异常显著相关，我们利用秋季欧亚雪盖和海冰变化构建了线性回归模型来回预我国冬季的地表温度，结果表明综合利用夏秋季北极海冰和欧亚雪盖的异常信号可以极大提高中国冬季温度的可预报性 。 .5. 1979-2011年期间夏秋季高纬度极地波弗特海高压反气旋环流显著地加强，对夏秋季北极海冰的长期减少有直接贡献。而夏季波弗特海高压增强强趋势可能与人类活动引起温室气体增加有关。