中国不同月份和持续时间降雨的变化趋势与波动特征的空间格局对比研究(1961—2015)

采用1961—2015年中国535个站点日值降水数据,利用线性变化趋势和变异系数的方法,分析了中国不同月份和不同持续时间降水的空间变化格局.结果表明:(1)在变化趋势上,1961—2015年中国年际雨量变化趋势从东南沿海到西北内陆依次呈"增—减—增"的空间分异格局,而年际雨日变化趋势则呈"北部增加—南部减少"的空间分异格局.冬半年雨日呈增加趋势的地区明显多于夏半年,且增加幅度也较大,夏半年东部地区降水格局随月份变化明显,且增减趋势变化幅度相差较大.(2)在波动特征上,1961—2015年中国年际雨量和雨日的波动特征呈"北方高—南方低"的空间分异格局,且西北波动整体高于东北地区.(3)在不同持续时间上,持续2、3和4天以上的雨量和雨日变化趋势从东南沿海到西北内陆依次呈现出"增—减—增"的空间分异格局,而持续5、6和7天以上的雨量和雨日变化趋势以黑龙江黑河至云南腾冲一线为界呈现为"东南减少—西北增加"趋势.降雨持续天数越长,波动越大,且北方波动整体大于南方地区.研究发现中国降水随时间表现出的空间差异性在加剧.     

西北太平洋2001-2014年热带气旋结构变化的环境垂直风切变和水汽场统计

利用Best Track资料、TRMM卫星资料和NCEP再分析资料中2001—2014年西北太平洋海域385个热带气旋(TC)的4967个观测记录, 将TC结构变化分成9类, 并分析 TC结构变化对垂直风切变和水汽场的响应。结果表明, 西北太平洋强度增大的TC主要伴随东风切变, 强度减小的TC主要伴随西风切变。在较强的垂直风切变(v > 5 m/s)作用下, TC的结构变化没有明显的水汽异常; 而在较弱的垂直风切变(v ≤ 5 m/s)作用下, “增强增大” (“缩小减弱”)的TC伴随着正(负)水汽异常。     

近50年我国北方地区旱涝的时空变化

利用我国北方 12个测站 195 1— 1999年 4— 9月的降水量资料 ,用Z指数变换计算旱涝等级 ,据此讨论北方地区 (35°～ 4 1°N)近 5 0a旱涝的时空变化 .结果表明 ,大体以 90°E和 10 5°E为界可将北方分 3个区域 .东部地区近 5 0a来干旱化趋势比较明显 ,特别在 2 0世纪 80年代中期以来 ,干旱次数异常增多 ;而西部则相反 ;中部呈现过渡特征 .我国北方地区旱涝的时空变化存在从西部向中部、东部逐渐转移的特点 ,每一阶段的旱 (涝 )从西部地区转移到东部地区大约需要十几年 .据此推测北方东部地区在 2 1世纪的头 10a将会出现偏涝的气候特点 .     

环渤海地区云量的时空分布特征

利用环渤海地区69个观测站点2001年6月-2016年12月8次/d的云观测资料,欧洲中期数值天气预报中心ERA-Interim的垂直速度和比湿数据,初步分析了该地区云量的时空分布特征及成因.结果表明,环渤海地区总云量年平均和秋冬季呈南多北少、西多东少的分布特征,春季分布相对均匀,夏季从东南向西北递减;低云量年平均和各季节的空间分布大体相同,其中对流云量北部山区多于南部平原地区,非对流云量从东南沿海向西北内陆递减,北部低云以对流云为主,南部以非对流云为主.总云量的空间分布与上升运动和水汽的空间分布呈正相关;对流云量的空间分布与大尺度下沉运动呈正相关,与水汽呈负相关;非对流云量的空间分布在秋冬季只与水汽呈正相关,在春夏季只与大范围上升运动呈正相关.两个代表站围场站和莒县站的总云量、围场站的对流云量以及莒县站的非对流云量年变化均比较显著,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,主要是由垂直上升运动和水汽的年变化引起的.两站总云量全年各季日变化均不明显,对流云量和非对流云量在夏季表现出明显的日变化特征,对流云量在08:00最少,午后对流活动发展,云量增加,至14:00达到峰值;非对流云量夏季峰值出现在05:00,在14:00达到谷值.     

孟加拉湾东北路径登陆风暴结构特征

利用NCEP/NCAR（11）再分析资料,对20012010年孟加拉湾东北路径登陆风暴进行合成分析,研究了风暴登陆前后水平流场、垂直环流、涡度、散度和垂直风切变等大气要素场,得到了其结构特征:①风暴中心气流一致性气旋性流入仅限于900 hPa层以下,环形复合带的厚度随风暴登陆时的减弱而减小;②风暴的垂直环流不对称,中心周围上升气流垂直、风速较大,风暴西侧气流向外流出层较高、东侧气流向外流出层较低,南侧和北侧气流几乎向北倾斜;③风暴涡旋结构基本对称,整个对流层内涡旋柱比较垂直,登陆前后圆形涡旋形态逐渐向椭圆形形态变化;④登陆前风暴中心周围对流层底层辐合、高层辐散结构比较脆弱,登陆时,对流层中高层风暴两侧变为了气流辐合辐散不对称结构;⑤孟加拉湾风暴生存环境为垂直风切变较小、梯度变化较大的区域内,风暴向垂直风切变最大梯度方向移动.     

北京首都国际机场低空风切变观测分析和数值模拟

利用2007-2008年北京首都国际机场气象观测资料和低空风切变的航空记录资料,统计分析了首都国际机场背景风特征和发生低空风切变时的风特征,并针对影响航空飞行安全的低空风切变个例分析了高空形势场,利用中尺度数值模式模拟了低空风切变的发展过程.主要结论有:两年间首都国际机场平均风速冬春季较大,风向主要为西北和东南方向,出现大风的频率也较夏秋季高;低空风切变主要发生在冬春两季,发生时近地面风速在11～15 m/s,风向为西北方向,主要由大气运动本身的变化造成,环流分析更加明确大尺度运动系统过境对低空风切变诱发的影响;数值模式不仅模拟出首都国际机场的低空风切变,还模拟出低空风切变自西北向东南方向的发展过程,其中,高空动量下传可能是诱发机场低空风切变的重要机制.     

过去40年中国气候与物候的变化研究

根据中国近40年的日气候观测资料与物候观测资料,分析了近40年中国气温、降水与自然物候的变化趋势及其区域差异.结果表明:(1)近40年来,从全国平均状况看,较为明显的升温阶段出现在1980年以后.其中升温率最大的时期为非生长期,最小的时期为生长期.从区域变化差异看:东部大部分地区、青藏高原的东南部和新疆的部分地区生长期温度在1980年以后都有不同幅度的上升,其中升幅最大的地区出现在华北;降温区则出现在秦岭以南的广大地区(包括西南地区东部、长江中游)以及新疆的部分地区.(2)生长期期间,全国平均降水在近40年中存在明显的准年代波动,却没有明显的增加或减少趋势.但1980年以后,生长期期间降水趋势变化的区域差异却较为明显:新疆、东北及长江中下游的部分地区降水增加,而除此之外的全国大多数地区则以降水减少占绝对优势;其中华北地区的降水减少最为明显.(3)20世纪80年代以后,中国的东北、华北、西北、长江下游地区与云南南部春季物候期提前,西南地区东部、长江中游地区春季物候期推迟;这一变化趋势与中国生长期期间的温度变化趋势相对应.     

中国西北地区近700年来夏季干湿变化特征

基于观测数据得到的帕尔默干旱指数(Dai-PDSI)和树木年轮重建的帕尔默干旱指数(MADA-PDSI),分析了中国西北干湿分布及变化特征.通过对1951-2005年夏季Dai-PDSI数据的REOF分析,可将中国西北地区划分为3个典型干旱区:南疆干旱区、北疆干旱区和西北东部干旱区.区域平均PDSI分析结果表明,自1951年以来,南疆呈现出明显的变湿趋势,北疆地区先变干后转湿,而西北东部干旱化趋势明显.近700年来的相似干旱期的分析结果显示,各类型相似干旱期都有其共性,南疆相似干旱期的主要特点是干旱从西北向东南延伸到长江中下游地区,北疆相似干旱期的严重干旱位于北疆及其北部地区,而西北东部干旱发生时中国大部分地区遭遇干旱,且严重干旱位于北方地区.20世纪以来的南疆和北疆干旱在历史时期中都有与其强度相当的相似干旱期,而西北东部历史相似干旱期与1995-2005年干旱相比,其干旱强度相对较弱,因此,1995-2005年干旱是此类型近700年来最严重的干旱.     

地气耦合系统中下垫面气候效应的数值模拟

区域气候环境的变化，不仅受大尺度气候环境的影响，而且在一定程度上还取决于该区域下垫面状况的改变。本文利用一维十六层地气耦合模式研究了陆地下垫面特征变化对近地层气候的影响，分析了大气边界层垂直温度特征、地面温度变化特征以及地面能量平衡和转换特征、试验结果表明下垫面特征是影响区域气候的一个重要因子，其变化对边界层垂直温度结构、地面温度日变化以及地面能量平衡和转换机制具有重要的影响，进而改变一个地区的区域气候状况。     

我国北方地区植被类型变化气候效应的虚拟数值试验

利用区域气候模式 (RegCM 2 )对东北西部、华北北部和西北东部、华北西部两个生态环境脆弱地区植被类型分别由草地变为农田和森林后对区域气候的影响程度进行虚拟数值试验 ,结果表明 ,我国北方地区植被类型由草地变为耕地或森林将使得这些地区夏季降水减少 ,温度升高 ,5 0 0hPa位势高度升高 ,副热带高压控制地区的位势高度降低 ,从而使副高减弱 ,不利于我国北方的降水增加 .从虚拟数值试验的对比中可发现 ,华北北部、东北西部地区植被类型改变比西北东部、华北西部地区植被类型改变所引起的降水减少、温度升高和副高减弱效果显著 .此外 ,对于同一个地区的植被类型改变而言 ,由草地变为森林比由草地变为耕地所引起的降水减少、温度升高和 5 0 0hPa位势高度变化效应大 .因此 ,根据数值试验结果可知 ,退耕还草可能是我国北方干旱半干旱地区改善环境的有效方式 ,华北北部和东北西部为开展有序人类活动的最佳地区     

G2京沪高速公路沿线降水特征分析

利用G2京沪高速公路2008-2015年中国自动气象站和CMORPH融合逐时降水量0.10网格数据集,采用统计学、天气气候学等方法,分析了G2高速公路的降水时空分布特征.结果表明,G2高速公路年平均降水量和降水次数存在南多北少的空间差异;冬春季降水以山东临沂公路点为分界,夏秋季降水无明显分界;降水日变化在空间上大致以淮河为界.相比北方公路,南方公路各等级降水全年持续时间长、降水次数多,小雨量各月差异较小,中雨、大雨和暴雨量各月差异大.春、夏、秋季北方公路降水峰值多出现在凌晨和晚上,南方公路降水峰值多出现在下午和清晨,冬季南北方公路降水日变化均不明显.短时强降水一般出现在00:00-08:00和16:00-23:00.     

1998-2002年我国陆地植被变化探测研究

以长时间序列VGT-NDVI为数据源,利用年内变异系数与年份回归分析的方法对1998-2002年间的中国陆地植被NDVI的变化情况进行了分析.中国大部分地区线性回归相关性显著,整体相关系数为0.78.研究结果表明,在这五年间,中国北方的植被覆盖呈增加状态,而南部地区的植被覆盖情况则有明显的减少趋势.总体来讲,中国的西部变动情况大于东部,并且西北呈增加趋势,西南则呈减少趋势.     

兰州市东部地区冬季低空风场和温度场分析

根据１９９６ 年１２ 月２０ 日至３０ 日在兰州市东部峡口附近地区进行的大气边界层探测试验得到的资料,分析了该地区的低空风、温场垂直分布特征及随时间的演变特征．分析表明：兰州市东部地区从地面到１５０ ｍ 高度的低层风场在受向市中心辐合的热岛环流和不同尺度地形的山谷风影响下,盛行偏东南风,２００ ｍ 高度以上的层结受高空西风的影响盛行偏西北风．白天（０７ 时至１９ 时） 的平均风速比夜晚（１９ 时至０７ 时） 小,而且风速的最小值出现在白天的１５０ ｍ 高度以下．逆温持续时间长、强度大、厚度大,混合层顶在中午１３ 时左右达到最大高度,约３００ ｍ ．另外,通过比较发现：下垫面条件、夜间人工热源、天气系统以及大气的稳定度状况等均对混合层的发展有一定影响．     

朝鲜冰雹的气候特征分析

利用朝鲜1981-2010 年95 个地面观测站的冰雹观测记录, 分析朝鲜冰雹的气候特征。结果表明, 朝鲜的冰雹主要分布在北部山区、中部山区和西部平原地区, 年平均冰雹日数在上述地区分别达到4, 1.5 和1 以上。年平均冰雹日数分布表现出明显的季节变化, 春季主要集中在中部山区和北部山区, 年平均冰雹日数达到0.4; 夏季主要出现在北部山区, 年平均冰雹日数达到0.8; 秋季南移至西部平原和东部沿海地区, 年平均冰雹日数达到0.4。朝鲜的冰雹发生时刻具有明显的日变化特征, 平壤站冰雹最大值出现在13:00LT (当地时)。在研究的时间段内, 朝鲜全国72 个台站的年平均冰雹日数出现显著的下降趋势, 6 个台站的年平均冰雹日数明显上升, 主要分布在北部的两江道。另外, 对平壤观测站的零度层高度(FLH)、归一化对流有效位能(NCAPE)和垂直风切变(VWS)进行分析, 探讨平壤地区冰雹频数下降的原因。     

中国城市居民直接能耗碳排放的空间格局及影响因素

采用2009年我国287个地级以上城市市区数据,在对人均直接能耗的CO2排放量进行测算的基础上,分析城市居民各项直接能耗碳排放在不同尺度下的空间格局,并探索其影响因素.结果表明:①城市居民人均直接能耗CO2排放量在不同空间尺度上均存在差异:从区域层面看,东北和东部地区高于中部和西部地区,北方地区高于南方地区;从省级层面看,北方高纬度地区的省份高于位置靠南的省份,中部无集中供暖的省份最低;从城市层面看,北方纬度较高的寒冷地区以及珠三角地区的城市高于其他城市;②城市居民人均直接能耗CO2排放在结构上亦存在空间差异:北方城市以集中供暖和电为主,南方城市以电和交通为主;东北地区城市以集中供暖为主,东部城市以电及交通为主,而中部和西部地区城市各项构成相对均匀;③人均直接能耗CO2排放在经济和气候因素的作用下,分别呈现出东西向、南北向的空间差异,城市规模的不同使城市居民人均交通CO2排放有所不同.     

近50a皖北地区气温变化特征分析

选取皖北地区5个代表气象站1957～2007年的逐月气温数据,采用线性倾向估计和累积距平等方法,研究了皖北地区气温变化的趋势和空间差异.结果表明:①近50a皖北地区的年平均气温升高约1.3℃,增温率0.25℃/10a;20世纪90年代开始气温快速升高,增暖明显.②四季气温的变化有明显差异,除夏季外,春、秋、冬3季气温均呈上升趋势,气温分别升高了1.7,1.4,1.8℃;增温率分别为0.34,0.27,0.36℃/10a;增温幅度从大到小依次为冬季、春季和秋季.③皖北地区东部的宿州和东南部的蚌埠增暖明显,增温幅度较大;皖北地区西北部的砀山、西部的亳州和西南部的阜阳增温幅度较小.气温异常偏高年份多出现在90年代以后,1991～2007年的17a中,气温异常偏高及以上等级出现10a,占59%.     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

近63年中国东部冬季气温异常的时空分布特征

利用中国东部地区115站1951-2013年冬季气温以及美国国家大气科学研究中心和环境预报中心再分析资料,采用经验正交展开和旋转经验正交展开方法,分析中国东部地区近63 a冬季气温变化特征,并基于气候划分的区域分析了其与大气环流异常的关系.结果表明中国东部冬季气温变化在总体一致型的基础上还存在东北一西南反向变化的类型.近63 a冬季气温在1984年前后发生了显著变化,东部冬季气温突变略早于全国,近30 a来中国东部冬季气温明显偏高.中国东部地区冬季气温异常可以分为华南-东南区、东北区、华中区和河套区。西伯利亚高压、东亚大槽和西风急流与中国东部地区冬季气温变化有着显著的相关关系.     

中国北方中部地区近五十年气温和降水的变化趋势

基于中国北方中部地区150个气象站点的气象数据,对该地区近50年来气温和降水量的倾向率及其空间分布运用线性趋势分析和空间插值等方法进行分析.结果表明:该地区气温在近50年呈现出整体上升趋势,且2月份的升温最为显著;气温变化趋势的分布格局上,东南部升温速率较西北部低;平均最低气温上升趋势明显,对气温升高的贡献率较大;降水量呈下降趋势,下降区域主要集中在35~40°N之间,且主要与7、8月份降水量减少有关.     

夏季风影响过渡区的动力学粗糙度的特征分析

利用北方协同观测试验中夏季风影响过渡区榆中站、定西站和兴隆山站观测资料,分别代表草地、农田、混合型下垫面,采用通量廓线方法计算了各下垫面的粗糙度,分析了下垫面动力学粗糙度随风向、风速、摩擦速度和热力稳定度的变化特征及其与风速、热力稳定度的参数化关系.结果表明,动力学粗糙度随风向有明显的变化,因风向区间通量的不同而不同;动力学粗糙度与风速整体呈负相关,且在不同站点存在显著差异,在草地和混合型下垫面的相关性较好,而在农田下垫面相关性较差.动力学粗糙度与摩擦速度的关系相对较为复杂,在小摩擦速度区间随摩擦速度递增而递增,在大摩擦速度区间随摩擦速度的递增而递减.大气稳定时,粗糙度随热力稳定度呈显著负相关,大气活跃时,粗糙度随热力稳定度呈正相关.