作者:武炳义等 来源:《科学通报》 发布时间:2012-1-29 14:09:27
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东亚冬季风年际变化的可预报性研究取得进展

 
秋冬季北极海冰密集度与冬季西伯利亚高压强度的反向变化关系图片
 
“履霜,坚冰至”是古人的预测智慧,意思是当踩到霜的时候,就应该明白结冰的日子快到了。在现代气候预测预报中,我们应预知的远非这些。
 
在国家自然科学基金等项目的资助下,中国气象科学研究院研究员武炳义通过对东亚冬季风年际变化的可预报性研究,发现秋冬季北冰洋海冰密集度可导致冬季西伯利亚高压与欧亚大陆中高纬度及东亚的地表气温异常,相关研究在《科学通报》(《秋—冬季节北极海冰对冬季西伯利亚高压的影响》。武炳义,苏京志,张人禾,2011年第27期)上发表。
 
东亚季风谜题
 
20世纪90年代后期以来,全球变暖的气候趋势导致夏季北极海冰减速加快。北极海冰减少会加剧北极变暖,并且通过其对大气的反馈影响遥远区域的气候变异。近年来,伴随着北极海冰的减少,欧亚大陆经历了严冬频发和极端降雪、冰冻灾害事件。给人直觉的印象是欧亚大陆严冬频发,冬季变得更冷了。
 
观测研究显示,秋季北极海域海冰偏多时,东亚季风减弱,中国冬季冷空气活动偏少。相反,秋季北极海域海冰偏少时,中国冬天冷空气活动更频繁。国外学者的数值模拟试验结果也进一步证实了该结论。
 
按常理推断,如果全球变暖,东亚季风应该变弱,冬季欧亚大陆中高纬度及东亚也应变暖,为什么气候观测和数值模拟显示全球变暖情况下,东亚季风反而变强,冬季欧亚大陆中高纬度及东亚更容易出现严冬。
 
“从局部来说,与全球变暖情况相反。”武炳义对《中国科学报》记者说,“上世纪90年代后欧亚大陆,特别是西伯利亚呈现降温趋势。包括近年来东亚严冬频发,与北极海冰减少,北大西洋海温升高有关。”
 
研究者从对近20年(1990年~2009年)冬季西伯利亚高压的研究中发现了增强趋势。与此同时,亚洲大陆中高纬度地表温度也呈降温趋势。由于冬季西伯利亚高压与来自高纬度地区的冷空气活动,以及与北大西洋涛动和北极涛动均有联系,因此西伯利亚高压成为连接北极和东亚气候变化的纽带。
 
“热带海温(如马尼拉、厄尔尼诺等现象)的影响主要覆盖长江流域及其南部,或者说扩展到淮河以南地区。热带海温对预测中高纬度气候的影响没有北极海冰显得重要。”武炳义说。
 
这意味着,热带海表温度异常不能作为预测西伯利亚高压的可靠因子。因此,如何预测冬季西伯利亚高压成为一个重要问题。
 
春旱雪灾之源
 
2010年,我国华北地区大面积春旱,当时的相关气象监测数据显示,那次春季干旱主要和高纬度气候变化有关,和热带海温变化关系不大。2008年1月,我国南方遭遇雨雪冰冻灾害,气象资料显示,与之对应的2007年秋季,北极海冰是超纪录的最小值。2005年北极海冰偏少,随后日本即发生了严重的雪灾。
 
“上述灾害厄尔尼诺和马尼拉等热带海温变化的影响达不到这种程度,单纯热带海温异常不能预测冬季西伯利亚高压强度。”武炳义说,“9月份海冰密集度为预测冬季西伯利亚高压提供了一个潜在的前期信号,其强度可作为独立指数来描述东亚冬季风变化。”
 
研究表明,在北冰洋东部、格陵兰海—巴伦支海—喀拉海附近持续性的秋冬季北极海冰密集度异常偏多,及同期负的热带海表温度异常(特别是北大西洋北部)导致冬季欧亚大陆北部和北大西洋北部出现负的月平均海平面气压异常,致使冬季西伯利亚高压减弱并加强欧亚大陆中高纬度地区的西风。
 
秋冬季北极海冰密集度偏多导致北极出现气温负异常,从而加强了北极和欧亚大陆中高纬度之间的大气热力梯度,增强了欧亚大陆北部的西风。加强的西风阻碍了冷空气从高纬度地区向南爆发,从而导致欧亚大陆中高纬度和东亚出现正的地表气温异常。秋冬季北极海冰密集度异常偏少,情况则相反。
 
“因此,从季节预报的角度来说,有必要考虑海冰与海表温度对大气的综合影响。”武炳义说。
 
季节预报价值
 
“用8月、9月份北极海冰的密集度来预测我国冬季的气温情况。或者用冬季海冰预测我国夏季北方的降水情况。”武炳义说,“这在气候预报上有非常重要的意义。”
 
通过对观测资料的分析和数值模拟试验,研究者认为北极海冰密集度变化为冬季西伯利亚高压和东亚冬季风的季节预测提供了可能性。1990年以来冬季西伯利亚高压和地表气温的短期变化趋势主要由年代际(或多年代际)变化所引起。
 
大西洋海水温度、北极海表气温、海冰范围及西伯利亚边缘海域固定冰厚度均表现出时间尺度在50年至80年间的低频变化,而低频变化放大了短期变化趋势。
 
另一方面,北极和北大西洋的大气—海洋—海冰系统的低频变化(或多年代际变率)引起的海冰异常变化对大气环流起到重要影响。
 
在气候季节预测预报方面,我国对每年6月至8月的汛期预报一般从3月末、4月初就开始,此时3、4月份的气象数据还没出来。因预报时效的要求,一些监测结果无法应用到当年的预报之中。同样,在每年10月份开始进行冬季气候预测时,要使用的10月份监测数据很多也出不来。
 
“预报必须有充分的提前量,如果用8、9月份的数据预测当年冬季的情况,效果就好很多。” 武炳义说,“去年我们用北极海冰作冬季风的预测效果就很好,这既能用北极海冰来预测气温,同时也揭示了为什么西伯利亚高压加强,而东亚气温在变低,为什么近期频繁冷冬袭击我国。”(来源:中国科学报 张双虎)
 
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