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今年冬天到底会有多冷,这篇分析都说了!

2016-10-17 07:51| 发布者: 一片云| 查看: 37820| 评论: 0|原作者: mikeliang|来自: 中国气象爱好者

摘要: 9月份以来,台风天天见,冷空气好久不见,仅有的几次冷空气还都和台风有关,已经有人开始怀念了。的确,今年在1-6月份“零台风”之后,接下来的三个半月里一口气搞出22个台风,算上莎莉嘉和海马登陆我国8个,登陆率3 ...
  中国水产频道报道,9月份以来,台风天天见,冷空气好久不见,仅有的几次冷空气还都和台风有关,已经有人开始怀念了。的确,今年在1-6月份“零台风”之后,接下来的三个半月里一口气搞出22个台风,算上莎莉嘉和海马登陆我国8个,登陆率36%,台风总数、登陆我国数、登陆率均偏多或偏高。

  1951-2016台风总数、登陆我国数量、登陆率统计表,中国气象爱好者统计。2016年数据截至10月16日,登陆台风已将莎莉嘉和海马算入

  今年是拉尼娜年、北极海冰异常偏少年。种种迹象表面,中东部今年冬天可能会偏冷。但到现在为止,副高是严重偏强的,冷空气是严重偏弱的,今年冬天会不会来个“物极必反”,冷到“冻哭”呢?今天要说的就是这个。而21号台风莎莉嘉、22号台风海马的趋势,昨天的文章已经说的很细,今天依然有效,需要了解台风信息的请点击上面的蓝字链接。


  提纲:

  一、海洋因子

  二、极地冰雪圈

  三、其他重要因子简述

  四、分析结论

  五、常见问题

  一、海洋因子

  1-1 ENSO

  ENSO是热带太平洋最显着的海气相互作用现象,当然它在海表的两种位相表现也许更为人所知——正是厄尔尼诺与拉尼娜。自上一次超强厄尔尼诺事件在5月底结束后,赤道中东太平洋海表面温度距平(SSTA,后文用英文缩写代替)在波动中总体呈现下降趋势,至今已经达到拉尼娜的阈值附近,而部分机构(如中国的国家气候中心)已宣布进入新一次拉尼娜事件。

  图1  近1年ENSO监测区的SSTA演变。资料来源:美国国家气候中心(CPC)

  但我们也可以看到,本次拉尼娜事件并不太典型:一是海表方面的偏冷区域仅局限在赤道太平洋地区,而美洲西海岸甚至仍处在偏暖状态;二是热带地区大气环流并没有显着的对应响应。

  图2 2016年10月4日全球海温距平(SSTA)。资料来源:NOAA SST reanalysis

  图3 2016年7月1日-9月15日Walker环流垂直剖面图。资料来源:中国国家气候中心(NCC)

  影响拉尼娜事件的发展因素很多。就当前来看,由于赤道太平洋次表层存在显着的冷性开尔文波东传,与赤道太平洋信风的增强,在北半球秋季赤道中东太平洋SSTA仍将下降,拉尼娜状态仍将发展;而以更长远时段看,当前南极半岛附近海冰面积偏小,将导致南极绕极流分流减弱和秘鲁寒流偏弱,而诸如此类的热带外海洋与大气活动的影响也将导致拉尼娜事件难以进一步发展,并在冬季前期达到顶峰状态后快速减弱,于冬末到春初结束;而从强度看,本次拉尼娜事件为弱拉尼娜事件的可能性极大。

  图4  2016年10月2日-6日赤道太平洋海温垂直剖面监测。资料来源:TAO Project/NOAA

  2.PDO与北太平洋

  PDO(Pacific Decadal Oscillation)即太平洋年代际振荡(涛动),它主要反映了北太平洋地区SSTA的变率特征,显然最主要的变率周期正是熟知的50-70年周期,但在年际尺度变率方面,也有它与ENSO的高度滞后正相关性。

  在上一次超强厄尔尼诺事件发生时,PDO也迎来了一次破纪录级别的超强暖事件;但在滞后效应的影响下,PDO在最近才开始急剧下降,当前已经恢复到接近中性状态;而实际上,当前北太平洋中高纬度大部分海区出现了强烈的SSTA正值状态,这也将导致阿留申-阿拉斯加一带将出现一个持续性异常反气旋(阻塞高压)。

  ENSO作为热带太平洋最强海气相互作用,它对低纬度地区环流影响相当明显;而PDO作为北太平洋中高纬度地区最主要的海温模态,也将对亚洲-太平洋-北美一带中高纬度环流有显着影响。换言之,对于华南地区而言,冬季环流主要受到ENSO影响,而华南以北的广大区域则在ENSO之外更多受PDO带来的影响,只是由于二者的强相关性,它们的影响往往难以区分;但今年却是一个特殊状态——在ENSO朝向拉尼娜状态发展的同时,PDO未来却将维持中性状态,这样的情况下,用“拉尼娜事件带来冷冬”这一统计结论预测今冬趋势,将可能在部分区域有明显偏差;而这种状况也表明了:影响我国秋冬季气候的气候因子众多,厄尔尼诺/拉尼娜带来的影响只是其中重要,但并非全部的一个因子。

  图5-图8:ENSO与PDO不同组合下冬季我国气温距平。温度已进行去趋势处理(detrended)。源资料:NCEP/NCAR Reanalysis;作者自行制作

  3.印度洋状况简述

  热带印度洋区域SSTA总体呈现下降趋势(IOBW转负),其中热带印度洋SSTA的纬向分布上,西冷东暖的局面(对应有TIOD负位相事件)将在秋季进一步发展并达到顶峰(锁相特征)。

  这样的局面将导致秋冬季输送向我国的水汽通量有所减小,并导致冬季南支印缅槽有所减弱,在季节总体趋势方面,会导致我国中东部大部冬季降水偏少。

  4.北大西洋状况简述

  当前北大西洋SSTA已经有NAT(北大西洋三极子)正位相模态的雏形,而中高纬度海表风应力也出现了一个偶极子状态(高纬度气旋式异常-中纬度反气旋式异常),考虑到中高纬度的WES机制,这将有利于NAT正位相模态进一步发展并在冬季达到最强,而对应有北大西洋涛动(NAO)指数也将主要趋向于正值。

  图9  北大西洋三极子(NAT)模态。资料来源:中国国家气候中心(NCC)

  二、极地冰雪圈

  冰雪圈在极地的气候系统内部作用中扮演了重要角色,也在全球的热量收支平衡中起到了巨大作用。由于当前北半球高纬度积雪还不明显,下文主要从两极冰雪圈角度分析冰雪圈和极地环流的趋势与影响。

  2-1  北极海冰态势

  在今年9月10日,北极海冰覆盖面积(Sea Ice Extent)下降至至413.7万km2,并在随后确认为今年的极小值;这也是历年极小面积中的第二低值,仅略高于2012年数据。

  图10 特定年份北极海冰覆盖面积(SIE)序列。资料来源:美国国家冰雪中心(NSIDC)。

  空间分布上,可以看出今年海冰最大特征是在太平洋扇区和巴伦支海附近出现了冰密集度异常偏低区,而在加拿大北极群岛和格陵兰一侧,冰密集度接近常年甚至略偏高。此外,先前在北极核心区曾一度罕见地融化,最近有所恢复,但冰密集度仍低于常年同期。无论从总体海冰面积还是空间分布上看,当前海冰分布和2007年同期非常接近。

  图11 2016年9月24日北极海冰分布(白色代表冰密集度超过15%区域)和常年同期海冰覆盖区域(橙色线内区域)。资料来源:NSIDC

  注意到北极海冰面积与高纬度500hPa位势高度距平有显着负相关,且对高纬度大气外强迫有明显滞后(约3个月以上)。结合前文的分析,这将导致北极极涡在秋冬季总体偏南偏弱并远离极地,对应于北极涛动(AO)指数趋于负值,且在冬季这样的态势更为明显。而纬圈分布上,这将有利于极涡南下分裂成多个中心,其中主极涡容易偏向格陵兰一侧,而副极涡容易白令海峡/阿留申地区,与新地岛附近更容易出现显着的异常反气旋活动(高纬度阻塞/极高)。

  关于融冰极盛期时北极海冰对我国秋冬季气温具体影响,在秋季阶段,可以看到巴伦支海-喀拉海一侧海冰密集度与全国秋季气温PC1呈现显着负相关;而冬季方面,有巴伦支海-喀拉海与太平洋扇区海冰密集度与全国冬季气温PC1呈显着正相关,而北极核心区和格陵兰附近海冰密集度有强烈负相关。单从海冰影响而言,今年的海冰状态容易导致秋季西伯利亚冷源衰弱和影响我国的冷空气强度偏弱,全国大部分区域气温偏高;而在冬季,则更容易导致影响我国的冷空气活跃和全国大部气温偏低。

  图12-13 1980-2015年秋季、冬季全国气温PC1和8-9月海冰密集度的回归与检验,浅色、深色分别代表通过0.05,0.01置信度检验。资料来源:HadISST_Ice,作者自行制作。

  2-2 南极海冰简述

  当前南极海冰面积接近了历史同期最低,其中,受外海长期SSTA显着正距平影响,在别林斯高晋海到南极半岛一侧,海冰密集度严重偏低。这也将导致南极绕极流主轴偏南且分流较少,不利于秘鲁寒流偏强与东南太平洋异常冷水发展,将阻碍拉尼娜事件发展;同时,这样的海冰态势与当前南极平流层信号共同影响,将导致南极涛动在北半球秋冬季更容易倾向负值。

  图14 特定年份南极SIE时间序列。资料来源:NSIDC.

  图15 2016年9月24日南极海冰分布(白色代表冰密集度超过15%区域)和常年同期海冰覆盖区域(橙色线内区域)。资料来源:NSIDC

  三、其他重要因子

  3-1  LOD

  LOD即一日时长(Length Of Day),反映了地球自转速度变化的影响。当前LOD虽然处在较低水平,但却高于大多数拉尼娜状态下的秋季,——从这一点看,当前地球自转速度因子也并不利于拉尼娜事件有显着发展。

  3-2 太阳活动

  当前太阳活动已经从24周期顶峰的较活跃状态逐渐下降,最近数月状态低于NASA的Mean Forecast。24周期已经是近百年来太阳活动最小峰值,但是格莱斯堡周期极小还是“大BOSS”蒙德尔极小期再现,当前尚无定论;当然本文不讨论其背后机制和其对年代际全球均温影响,仅从年际角度考虑这个问题。

  通常而言,太阳活动的影响对地面滞后约2-3年为主,以地表温度与太阳活动作为变量,可以看到太阳活动与ENSO/PDO出现了类似正相关的状况。考虑到24周期的第二峰也过去了接近4年,峰值附近的滞后影响已经结束,此时太阳活动对地球气候系统的影响——类似PDO暖事件的模态影响也将不太明显。

  图16 美国航天局(NASA)的太阳黑子预测。资料来源:NASA.

  图17 太阳活动超前2年下,太阳活动指数(以10.7cm射电波通量为基础)与地表温度的相关性。资料来源:NCEP/NCAR Reanalysis

  四、分析结论

  4-1 秋季部分(2016年10-11月)

  1、环流

  ①北极涛动以负位相状态为主,极涡多中心型分布;

  ②中高纬度西风带内经向活动活跃,其中长波主要呈现北欧-乌拉尔山、勘察加半岛与北美东岸三个异常脊位,和其间巴尔喀什湖、阿拉斯加以及格陵兰附近异常槽,我国总体处在西槽东脊状态但不明显。

  ③低纬度地区/副热带区域方面,拉尼娜事件发展,Walker环流异常上升支处在海洋大陆区域(即马来群岛与周边近海),而低频振荡MJO将有明显的环球性东传,总体会有对流活跃区从西太平洋→中美洲→热带印度洋并最终回归海洋大陆区域的特征;在此状态下,考虑到对流活动激发的遥相关影响,西太平洋副高主体将偏东,但中南半岛和南海可能有较强副高单体发展;但值得注意的是,西太平洋长期对流活跃的状况下,会让东南沿海东北风异常偏强。

  2、影响

  ①气温方面:

  全部大部偏暖

  西北地区西部和东北西部、北部,受阴雨影响的西南部分地区和东南沿海地区接近常年(或略偏冷)

  具体而言,西北地区东部,和华北南部到长江以北区域偏暖最为明显。总体来看,全国大部地区冷暖起伏较为明显,但由于西伯利亚地区冷源偏弱,冷空气实力不强,仅有阶段性温度偏低。

  ②降水方面:东北北部和西北地区北部有活跃的经向活动影响,降水较多;而在西南地区,云南高原到四川西南部一带秋雨将持续且降水偏多;对东南沿海区域而言,在10月中旬前仍有台风等热带系统带来的显着偏多降水,此后降水将转为逐渐偏少状态。除上述区域以外,全国其他地区秋季降水将明显偏少。


  4-2 冬季部分(2016年12月-2017年2月)

  1、环流

  ①北极涛动将继续维持负位相,且较秋季更加明显;极涡主要以偶极型和多极型分布且偏南,将有利于寒潮/强冷空气的活跃;其中,主极涡偏向北美一侧,副极涡偏向西伯利亚一侧。

  ②中高纬度北支西风方面,此时乌拉尔山-中西伯利亚,与阿留申异常脊将长期维持,而东亚大槽也将因此偏西,将对我国东北地区与东部沿海一带有明显影响;全国总体有西脊东槽态势。

  ③低纬度地区/副热带区域方面,印缅南支槽将受到热带印度洋的影响而显着偏弱,取而代之的是一个异常脊位发展,但南支扰动也较为活跃;而在热带区域,弱拉尼娜事件下Walker异常上升支将维持在西太平洋地区,这样的局面对应副高偏东偏弱的情况,而激发的西北太平洋异常气旋式环流将吸引偏西的东亚大槽进一步南摆,台湾以东和南海地区东北风将异常偏强。

  2、影响

  ①气温方面:

  东北、东南沿海偏冷,其中东北偏冷最为明显

  青藏高原,云贵高原大部和西北地区西部偏暖

  全国其他地区略偏冷,或接近常年同期

  具体而言,冬季前期除东北地区外,全国大部以接近常年或略偏暖为主,虽然冷空气实力并不强但也较为频繁,冷暖起伏较为明显;而冬季后期,随着西伯利亚冷源强度逐渐增强,冷空气活动频繁的同时,强度也将逐渐增强,中东部大部将逐渐进入偏冷局面,尤其以沿海地区和东北偏冷最为明显。

  ②降水方面:从冬季总体状态考虑,除了东北受到活跃的气旋影响,我国大部难以出现降水偏多的局面;但在天气过程方面,由于南支扰动的活跃,南方仍可能有阶段性降水偏多时段。


  五、常见问题

  Q1:拉尼娜是否一定会造成冷冬?

  A1:从气候统计上看,对于全国大部分地区而言拉尼娜事件下的冬季偏冷概率的确偏高。但要注意,不同区域间有明显差异,如青藏高原和云南地区在拉尼娜事件下偏冷概率并不太高;此外,拉尼娜事件在80年代大幅增暖前频率更高,也可能对统计结果有一定干扰。最后,厄尔尼诺/拉尼娜并不是影响冬季气温的唯一因素,中高纬度区域海温、极地海冰等其他因子也有影响,需要具体分析。

  Q2:冷空气活动趋势如何?是否会出现类似今年1月下旬的特强寒潮?

  A2:秋季冷空气比较活跃,但强度有限,主要对西北地区和东北地区有明显影响,以南大部区域气温仍然偏高;而冬季冷空气在活动频繁的同时,强度也显着增强且路径偏东,对中东部地区影响更为明显,也将导致东部地区气温偏低。

  至于今年1月下旬特强寒潮,它属于天气尺度过程的极端事件,气候展望里面很难预测,只能从前文分析的背景下推断概率将较常年略微高出一点,但仍然属小概率事件。

  Q3:这个冬季会出现大范围持续性低温雨雪过程么?

  A3:就当前情况而看,这个冬季经向活动活跃(导致较难有长期稳定的西风长波形势)、南支方面印缅槽偏弱,热带异常对流活动偏向西太平洋与副高的偏东偏弱(导致输送向我国的水汽通量偏少),使得冬季出现类似2008年初的大范围持续性低温雨雪过程概率极低。但考虑到南支扰动仍然活跃,配合北侧较强的冷空气活动,在特定时段出现短期过程性的大范围雨雪概率仍然很高,且雨雪分界线线也可能较常年偏南,但要出现今年1月冰粒兵临华南沿岸的局面可能性接近为0。

  Q4:这个秋冬季雾霾是否依然严重?

  A4:  作为气候分析,只能分析总体的污染物扩散条件。根据前面的冷空气活动分析,秋季冷空气对长城以南区域影响较弱,且东部海区有一个异常地面高压,这对于华北等地污染物扩散条件总体不利;而在冬季,冷空气较为活跃且路径偏东,那么这个冬季中东部地区污染物扩散条件也将较好,而西部地区则稍差。但污染物扩散条件仅是一个因素…还要看污染物排放程度和相关治理咯。

  作者申明:本文中的季节若无特殊说明,均指北半球季节;文章仅为个人科普分析,仅供学习交流。
 
        【关键字】: 冬天 2016年冬天  水产养殖
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