南海北部造礁珊瑚氧同位素的年际和年代际趋势变化及其影响因素

从海南岛东岸采集了Porites lutea和P.lobata两种滨珊瑚个体，沿其生长轴线以每年25～28个样品的分辨率取样并进行氧同位素分析，目的是研究滨珊瑚骨骼氧同位素组成在季节、年际和年代际3个时间尺度上的变化与季风气候的联系．分析结果表明，滨珊瑚的δ^18O值季节和年际变化在冬季风盛行的季节里主要受表层海温（SST）控制，而在夏季δ^18O值与表层海水盐度（SSS）显示较好的相关性．海水的盐度和同位素分析结果显示，它们都与夏季风降水的大小相关，指示着夏季风降水对海水和珊瑚氧同位素组成年际变化决定性作用．冬、夏季风从时间上独立地对珊瑚氧同位素的控制，使我们可能通过同一序列的记录来重建冬、夏季风的变化．在年代际尺度的趋势变化上珊瑚万δ^18O值与大区域的盐度变化相一致，并且与当地降水关系不大，可能说明了珊瑚万δ^18O值年代际变化受大区域海洋环流和水文气候影响，是大区域季风降水、蒸发及其与太平洋海水交换等因素综合作用的结果．     

华北干旱化趋势及转折性变化与太平洋年代际振荡的关系

基于月降水和月平均气温资料, 通过计算地表湿润指数分析了中国华北地区1951~2005年干湿变化的年代际趋势特征及其与太平洋年代际振荡指数(PDOI)的关系. 结果表明: 华北地区气候及环境干湿变化存在显著的年代际趋势和突变特征, 20世纪70年代中后期至今处于一个暖而降水少的干旱时段; 近55 a经历了一个由湿向干转换的过程, 其中转折点发生在20世纪70年代中后期, 这应与全球大尺度气候背景的转折性变化有关. 相关分析表明: 在年代际尺度上, 四季和年的PDOI与气温、降水和区域平均地表湿润指数均有显著的相关关系. 这种相关关系表现为正的PDOI位相(PDO暖位相)对应华北地区高温、少雨和干旱时段, 而负的PDOI位相(PDO冷位相)对应低温、多雨和湿润的时段, 不同位相的持续时间在25 a以上, 与降水和气温年代际趋势密切相关的北太平洋海温的年代际变化是该地区年代际干湿趋势形成的可能原因之一.     

春季北极涛动对南海气候的影响

利用1979~2013年月降水量和NCEP再分析大气环流资料,分析了春季(3~5月)北极涛动对南海气候变率的可能影响.结果表明,春季南海多气候要素主导模态的时间系数与同期北极涛动指数相关系数达?0.4,超过95%的信度水平,二者反位相的特征在年际尺度上更加明显.当北极涛动指数为正异常时,西太平洋副热带高压减弱,热带西太平洋有异常气旋式环流,南海地区偏南风减弱,南海大部分地区降水增多,北部到华南地区降水减少,北极涛动指数为负异常时情况则相反.北极涛动可由两条途径影响南海地区气候,一是通过青藏高原南侧西风急流的波列,二是通过北太平洋西风急流区南北侧的偶极型环流异常.南海地区环流和气候的异常与这两条途径的相对强弱和配置有关,当高原南侧波列异常偏强同时北太平洋偶极型异常偏弱时,二者共同作用可增强西太平洋副热带高压和南海地区异常反气旋环流,导致降水的显著减少.当北极涛动指数为正异常时,北太平洋偶极型南支的气旋还可触发热带地区海气相互作用间接影响南海气候.     

华北汛期降水多尺度特征与夏季风年代际衰变

研究了近50年华北汛期降水的频谱结构和演变特征及其与夏季风衰变之间的关系. 小波分析表明华北汛期(7~9月)降水年际尺度成分约占总方差的85%, 其演变代表了华北降水的基本走势. 近30年降水年际尺度部分发生了很大变化, 准5年谱消失, 准2年谱逐渐减弱, 1977年后降水年际变化十分微弱. 与此同时, 夏季风也呈现明显的年代际衰减. 计算表明, 华北汛期850 hPa平均经向风的演变以年代际尺度成分为主, 其演变特征与汛期降水非常相似, 且与降水序列及其年际尺度序列都呈显著正相关, 说明华北夏季风的年代际衰变可能是华北干旱的主要原因之一. 此外, 伴随20世纪60和70年代东亚季风的两次年代际突变, 我国大部分地区都出现了年代尺度的旱、涝更替, 而华北却从20世纪60~70年代的部分地区少雨发展成80~90年代的严重干旱.     

南海珊瑚灰度记录中反映人类引起的气候变化信息

分析了南海西北部珊瑚生长带的长期趋势变化. 珊瑚生长带资料提供了综合的气候环境变化信息. 研究表明, 近两个世纪南海西北部珊瑚年平均密度的变化趋势与全球大气CO2浓度的变化相吻合. 在19世纪末之前, 二者长期变化趋势都很微弱; 之后二者的趋势变化非常显著, 尤其是从20世纪60年代到90年代(该珊瑚记录的结束日期). 从19世纪末期到20世纪末, 珊瑚密度表现出稳定的下降趋势. 因此, 南海北部珊瑚密度的年变化趋势能够揭示出人类引起的气候变化的历史, 这一结果与其他地区器测以及其他代用气候记录的结果一致. 提出了一个简单的基于珊瑚生长带的代用指标来重构过去两个世纪人类引起的气候变化资料.     

20世纪90年代末中国东部夏季降水和环流的年代际变化特征及其内动力成因

观测资料分析表明, 中国东部夏季降水在20世纪90年代末发生了年代际突变, 在1999～2010年期间降水异常从以往的经向三极子型分布变成了经向偶极子分布, 形成了“南涝北旱”(除长江沿岸地区)的特征; 中国东部这次降水的年代际突变与东亚上空对流层环流及散度、垂直运动以及整层水汽输送散度的经向偶极子型年代际异常分布相对应. 并且, 本文还从大气内动力和热力过程讨论了1999～2010年期间东亚地区上空夏季对流层中、上层纬向气流和经向气流异常对中国东部夏季降水年代际突变的影响, 其结果表明, 由于在此时期东亚上空副热带急流北移减弱, 使得东亚上空纬向气流异常形成经向偶极子型. 这一方面使得东亚对流层上层沿副热带急流传播的“丝绸之路(Silk Road)”型、沿东亚经向传播的东亚/太平洋(EAP)型和沿极锋急流传播的欧亚(EU)型遥相关波列发生异常, 从而引起中国北方为下沉运动异常, 而南方为上升运动异常; 另一方面造成了中国东部对流层中层北方有冷平流异常, 而南方有暖平流异常, 这也引起了中国北方有下沉运动异常, 而南方有上升运动异常, 因而在1999～2010年期间夏季中国形成南涝北旱的降水异常.     

中世纪暖期、小冰期与现代东亚夏季风环流和降水年代-百年尺度变化特征分析

利用气象仪器观测资料、降水和温度代用资料以及气候模拟结果, 综合分析近1000年东亚夏季风区海陆热力差异和降水的年代际、百年际尺度变化规律, 对比了现代、小冰期和中世纪暖期东亚季风环流和降水的基本特征, 以及与太阳辐照度和全球气候变化的联系, 得到以下结论: 在近150 年里, 用东亚陆地与其周边海域大气温度差异指示的东亚夏季风环流与降水呈现出显著的年代际波动特征, 并且在过去50 年全球增暖最快时期东亚季风偏弱; 在百年尺度上, 中世纪暖期东亚夏季风环流是过去1000 年里最强时期, 而在1450~1570 年期间东亚夏季风是过去1000 年里最弱的时期; 对应于偏弱的东亚夏季风环流, 中国东部季风雨带总体上位置偏南, 伴随着华北降水偏少、长江降水偏多(即“南涝/北旱”型)异常分布特征; 从20 世纪初到20 世纪20 年代, 降水呈现出长江流域偏少、华北偏多的反“南涝/北旱”型特征; 与中世纪暖期相比, 在1400~1600 年期间发生的是一个更长时间尺度的“南涝/北旱”现象; 此外, 东亚夏季风环流和降水变化与全球气温变化的趋势有不同步特征, 在近150 年里, 尽管全球和中国区域表面年平均气温显著增加, 但是东亚季风环流和降水没有表现出一个增强或者减弱趋势, 在过去1000 年里东亚夏季风最弱时期要比北半球最冷时期出现的早, 并与太阳辐照度的最弱时期相对应.     

皮纳图博火山爆发对20世纪90年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化,而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20世纪90年代初平流层的年代际变冷.采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV卫星观测资料,发现了在平流层长期变冷趋势中,热带气温和位势高度在20世纪90年代初年发生了年代际降低突变.进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征,并探讨了1991年6月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系.结果表明,皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少,从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少,进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变.因此,20世纪90年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的,这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

中纬度亚洲降水年际变化的空间差异与环流异常

<正>依据Climatic Research Unit(CRU)1960~2009年0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列及NCEP/NCAR 1948~2009年2.5°×2.5°网格点再分析逐月资料,分析了中纬度亚洲近50年来的降水变化的空间差异及其可能机制.结果发现,大致以100°E为界限,西风环流控制的亚洲中部干旱区与季风环流主导的中国西北东部-华北地区降水在年代际、特别是年际尺度上存在相反的变化,即中纬度亚洲在年际尺度上亦存在降水变化的"西风模态".针对不同区域的主要降水季节     

热带印度洋年代际海洋变率及其动力学解释

根据热带印度洋长时间序列观测资料，分析了热带印度洋存在年代际尺度的海洋变率；揭示强烈的年际尺度海洋异常事件能够深及热带印度洋的季节性温跃层，随之纤维长达１～２ａ的记忆，初步探讨了一种针对热带印度洋年代际海洋变率的动力学解释，即不规则的强烈的年际海洋异常事件能够经过其记忆过程的过滤沉淀，而形成年代际尺度的一类缓变的气候背景。     

皮纳图博火山爆发对20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化, 而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20 世纪90 年代初平流层的年代际变冷. 采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV 卫星观测资料, 发现了在平流层长期变冷趋势中, 热带气温和位势高度在20 世纪90 年代初年发生了年代际降低突变. 进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征, 并探讨了1991 年6 月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系. 结果表明, 皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少, 从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少, 进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变. 因此, 20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的, 这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

2002年亚洲北部的超强暖冬事件及其超常大气环流

揭示并分析了2001年12月至2002年2月亚洲北部的超强暖冬事件(850 hPa, 气温距平超过 3℃), 以及与之相伴的全球大气环流异常特征. 发现该超强暖冬是20世纪70年代末之后的年代际变化和年际变化共同作用的结果, 而且年际变化起主要作用. 与此次亚洲北部强暖冬事件相伴的大气环流异常有着全球特征, 特别是在东半球异常显著; 同时, 南半球中、高纬区的大气环流异常亦十分明显.     

华北汛期降水量年代际和年际变化之间的线性关系

华北地区汛期(7月和8月)降水量的变化具有明显的年代际和年际两种时间尺度. 在年代际时间尺度上, 华北降水在20世纪70年代末发生突然减少. 研究了降水突然减少对应的大气环流变化以及对降水年际变化产生的影响, 发现年代际变化所提供的背景对华北降水年际变化的规律和物理机制没有影响, 华北汛期降水年代际和年际变化之间的关系是线性的.     

南海与太平洋表层水温卫星遥感资料的子波频谱分析

通过对１９８２～１９９９年美国国家海洋与大气管理局高级甚高分辨率辐射计（ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ）１°×１°海表周平均温度（ＳＳＴ）遥感资料的分析，发现南海ＳＳＴ异常存在大约４年与８年尺度的振荡周期，赤道东太平洋与赤道西太平洋ＳＳＴ异常分别存在着大约４年尺度、８年尺度振荡周期．通过子波分析方法的多尺度特性，明显地发现在４年尺度周期上，南海与赤道东太平洋的ＳＳＴ异常发生同相耦合振荡，并且每次发生在东太平洋的厄尔尼诺与拉尼娜现象，南海都会与之响应．而在８年尺度周期上，南海与赤道西太平洋的ＳＳＴ异常明显相关．     

长江流域汛期降水年代际和年际尺度变化影响因子的差异

长江流域汛期(6和7月)降水量的变化, 不仅具有年际变化特征, 而且具有明显的年代际变化特征. 自上世纪90年代以来, 中国长江流域汛期的降水明显增多, 表明在年代际尺度上, 长江流域汛期的降水进入了一个丰沛期. 研究表明, 近年来长江流域汛期降水具有高基本态和高变化率的特征, 它是由影响年代际变化的因子及年际变化的因子共同作用结果. 利用NCAR/NCEP资料分别对这两种时间长度的大气环流进行了分析和诊断, 发现影响年代际变化的因子和年际变化的因子是不同的. 因此要预测长江流域汛期的降水量变化, 必须将年代际变化和年际变化这两种时间尺度进行分离, 清楚地认识控制或影响各时间尺度的物理因素.     

印度尼西亚贯穿流与南海贯穿流的相互调制

基于风应力估算和海洋同化数据的分析都表明，印度尼西亚贯穿流与南海（吕宋海峡）贯穿流的年际变化呈反位相，其主要原因是赤道太平洋风场异常强迫．在E1 Nino期间，赤道太平洋的西风异常会使北赤道流增强，其分叉点向北移动；北赤道流对黑潮和棉兰老流的体积输送分配产生变化，黑潮减弱，棉兰老流增强．两支环流的变化会导致在吕宋海峡和苏拉威西-棉兰老通道处出现入隙／跨隙（undershooting／overshooting）现象，即黑潮减弱会导致从太平洋进入南海的水体增加，而棉兰老流增强会导致太平洋进入印度洋水体的减少．La Nina期间，情况与之相反．因此，印度尼西亚贯穿流和吕宋海峡贯穿流的年际变化关系具有深刻的海洋动力学意义．     

亚洲-太平洋涛动变化与北太平洋海温异常的联系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季(6~8月平均)亚洲-太平洋涛动(APO)变化和北太平洋海表温度(SST)异常的关系, 发现APO强弱的年际变化与北太平洋SST之间存在显著的正相关关系(1954~2003年间年际变化的相关系数为0.58). 夏季APO偏强(弱)时, 北太平洋SST往往偏高(低). 与APO异常相关联的动力和热力条件佐证了APO和北太平洋SST的同位相变化关系. 当APO处于正位相时, 高空东亚西风急流减弱, 北太平洋对流层低层为异常反气旋型环流控制. 此外, 北太平洋区域感热潜热通量出现负异常, 海洋得到热量, 同时, 暖水向北的异常平流输送增强. 这些变化均有利于北太平洋SST增暖, 反之亦然.     

基于11年高度计资料的南海表层环流时空变化

使用11年较高分辨率卫星高度计资料，应用经验正交函数（EOF）分析，得到南海表层环流的空间模态及其时间演变过程．前3个模态呈现明显的季节变化特征，EOF1模态显示出南海海盆大尺度的闭合环流，峰值和谷值分别出现在11月份和4月份；EOF2描述次海盆尺度同向双涡结构，涡旋中心分别位于吕宋岛西面和中南半岛东南外海，峰值和谷值在7～8月份和1月份：EOF3描述南海西部的中尺度涡结构，它在7-9月迅速发展为一个强的气旋涡．季节变化明显的EOF1和EOF3两个模态也受到年际变化的调节，表明南海表层环流年际变化受E1 Nino和南方涛动（ENSO）事件影响显著，特别是1997／1998年强E1 Nino事件明显改变了南海的常态环流结构．EOF分析也显示，南海西边界有一系列气旋和反气旋相间的中尺度涡，呈现季节内变化和年际变化特征．     

长江流域夏季降水与前期北极涛动的显著相关

分析了春季北极涛动的变化对随后夏季长江中、下游地区降水的影响。利用观测的降水长序列资料，进行带通滤波处理去掉10掉以上时间尺度的变化，结果表明在年际尺度上，近百年的5月北极涛动指数与夏季降水相关最高达－0．39，超过99％信度水平。当北极涛动偏强一个标准差时， 整个中国长江中、下游地区到日本南部一带，降水减少3％－9％左右，而中国华北到俄罗斯远东地区则偏多3％－6％左右。降水的这种变化与对流层东亚急流的变化密切相关，如果春季北极涛动强，随后夏季急流位置偏北，雨带位置也北移，从而造成长江中、下游地区降水的减少和北方降水的增加，反之亦然，这为汛期降水的预测提供了有用的信号。     

中国冬季降水和极端降水对变暖的响应

本文主要研究了中国近50年来冬季(12～2月)降水和极端降水在年代际尺度上对区域尺度增暖的响应. 结果发现, 随着中国区域冬季温度的升高, 中国区域的冬季降水和极端降水均呈现出一致的增加趋势. 而且伴随着气温在20世纪80年代中期的突变, 降水和极端降水也都在同时发生突变. 定量分析结果显示, 中国区域冬季气温每增加1℃, 降水和极端降水的增加百分率分别达到9.7%和22.6%. 该增加幅度, 明显高于全球平均水平, 说明中国区域冬季降水和极端降水对变暖的响应更加敏感, 也进一步凸现了开展降水对增暖的区域响应研究的重要性. 此外, 极端降水的增幅高于非极端降水的增幅, 说明随着全球变暖中国区域冬季降水将更多以极端降水的形式出现, 这可能是近期中国多个地区冬季屡屡出现破纪录降雪事件的一个重要原因.