CO2浓度和太阳活动对北半球夏季平流层中部气温异常变化的影响

通过逐次滤波法和对比分析可知,北半球夏季7月高空10 hPa持续增暖过程是以CO2为主的温室气体增加、火山活动和太阳活动共同引起的,具体表现为:(1)CO2浓度增加趋势与北半球7月平流层10hPa升温趋势基本一致.但是北半球7月10 hPa升温过程不像CO2浓度一样线性增加,其中还伴随几次降温波动,最显著的一次是20世纪60年代末至70年代末,90年代中期以前的降温过程也比较清楚.分析认为,这是火山活动和太阳活动引起的. (2)太阳磁场磁性指数曲线与滤除CO2影响的北半球10 hPa大气温度距平曲线变化趋势也基本一致,波峰波谷基本对应并且超前一些,就是说太阳北半球黑子群N极前导时期,即太阳磁场南向时期与北半球平流层增温时期对应.太阳北半球黑子群S极前导时期,即太阳磁场北向时期与北半球平流层降温时期对应,显示出太阳磁场方向变化对北半球平流层气温变化的重要影响. (3)谱分析结果表明,滤除趋势变化和准22年周期的7月北半球平流层中层10 hPa大气温度具有显著的准11年周期,其方差贡献率1.5%. (4)分析表明CO2浓度变化与太阳磁场强度和磁场方向变化对于平流层中层10 hPa温度变化的影响方差贡献率达到58%,是10 hPa温度变化的决定性因素.其中CO2影响方差贡献率37%,太阳磁场强度和磁场方向变化方差贡献率21%.     

北半球平流层气候异常变化探索

本文利用逐次滤波法分析北半球平流层气候异常变化。结果表明，北半球10～20km高空气候存在尺度为20年左右的年代际变化，年代际变化对气候的方差贡献率达到20％；火山活动能引起平流层较大幅度增温，对高空气候异常变化的方差贡献率超过了20％；平流层高空气候异常变化还具有显著的22年变化周期，分析是大气温度场对太阳磁场磁性周期22年异常变化的响应，其方差贡献率达到5％；海温场异常是北半球10～20km高空气候异常变化十分重要的影响因子，其影响程度达到总的异常变化的9％。     

气温变化的层次结构的外部成因浅析

利用近百年来大气中CO₂含量、太阳活动和强火山活动的历史资料,对照南北半球气温变化的层次结构,发现北半球在1924年、南半球在1939年发生的大尺度冷暖突变,CO₂气体的温室效应不是主要的强迫因素,也不太可能是由太阳常数的较大天文改变引起的,它与强火山活动有着密切关系。北半球1924年前的大冷期内中等冷期对应着中低纬强火山爆发,中等暖期对应着中高纬强火山爆发,对应关系明显。南半球中等尺度的冷暖突变与年平均相对黑子数准11.2年的周期有着明显的对应关系。     

太阳活动峰年和谷年期间黑子群与耀斑的统计分析

基于NOAA/SWPC公布的太阳活动数据,我们选取第24太阳活动峰年附近的12个连续月份(2011年7月至2012年6月)和第23太阳活动周谷年附近的12个连续月份(2005年7月至2006年6月),统计了这两段时间中太阳黑子群和耀斑的活动规律,并根据时间、黑子群分布纬度、寿命和磁场类型等对峰年和谷年进行了详细分析和比较,主要结论如下所述.(1)黑子群数随时间的变化在峰年和谷年均比较随机,峰年期间黑子数比谷年增多1.5倍左右.耀斑爆发与黑子群活动具有良好的相关性,但峰年期间存在某个月份耀斑数很少的现象,而谷年期间存在某个月份耀斑数集中增多的现象.(2)无论峰年还是谷年,δ类型黑子群的耀斑产率(耀斑总数与黑子群总数之比)最大,但β型黑子群产生的耀斑爆发最多.耀斑产率与磁场类型有密切关系,但与其所处太阳活动周中的阶段无关.(3)黑子群和耀斑的纬度分布的南北不对称性,以X级耀斑最为显著.峰年较谷年的耀斑数增加主要集中在C级和M级.(4)耀斑产率同黑子群寿命具有良好的相关性,但黑子群的数目同它们的寿命之间没有明显的规律.     

青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响

利用耦合的气候模式CESM, 定量研究青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响。通过对比采用真实地形的参考实验(Real)和去掉青藏高原的敏感性实验(NoTibet)发现, 去掉青藏高原会使北半球大气变冷、变干, 对南半球的影响不明显。北半球中高纬度从地表至平流层均有强烈降温, 地表的降温中心在北大西洋, 年平均降温幅度达5ºC, 高空的降温中心在100 hPa的平流层, 年平均降温幅度达2ºC。北大西洋和南亚地区湿度减少, 南大西洋和东非地区湿度增加。北半球变冷主要是海洋向北经向热量输送减少的结果, 一方面增强了北半球的经向温度梯度, 导致Hadley环流增强, 加强了中低纬地区向北的大气热量输送, 部分补偿了海洋向北减少的热量输送, 维持了北半球中低纬度的能量平衡; 另一方面, 使得北半球中高纬度蒸发作用减弱, 大气中水汽含量减少, 北半球变得寒冷干燥。初步的研究表明, 青藏高原对北半球气候有重大影响, 影响范围可达北半球高纬度地区。     

太阳磁场磁性指数对东亚夏季风的影响

根据太阳黑子相对数建立了1850~2011年太阳磁场磁性指数序列,并分析了其变化规律与特征,应用SLP和NCEP/NCAR资料归一化得出相对应年代的东亚夏季风指数以及东亚地区的海陆温度变化趋势,基于Morlet小波分析法对太阳磁场磁性指数和东亚夏季风的相关性做了相应的分析,并在此基础上分析了太阳活动影响东亚夏季风的途径。结果表明:海陆温差的变化是太阳活动影响东亚夏季风的主要途径;从1972年开始东亚地区海陆温差大幅度减小,随之东亚夏季风也存在较大幅度的减弱并与太阳磁场磁性指数呈负相关;且太阳磁场磁性指数与东亚夏季风存在相同的22年和40年层次周期。     

平流层各层温度变化的时空特征分析

利用欧洲中心的ECMWF月平均温度场再分析资料分析了平流层各个层次温度变化的空间分布特征,结果表明1958-2001年全球平流层不同高度温度的变化有一定的差异．在平流层上层2hPa,温度呈显著的下降趋势;平流层中层20hPa温度场低纬度地区和高纬度地区相反变化,低纬度地区呈显著的下降;平流层下层70hPa温度场除了南半球高纬度地区外也呈下降趋势．同时,分析了不同区域温度变化的趋势和周期特征,平流层不同层次温度变化周期有着一定的差异,温度下降区域和温度上升区域的突变时间也有着明显的不同．     

郑州50年来的气温变化及城市化对其贡献率

利用郑州1951年以来的气温记录,采用统计方法和最小二乘法分析了郑州的气温变化特征。计算了气温变化的幅度．用孟津1961年以来气温变化与郑州作对比,并用两地增温率对比计算城市化对郑州城市气温变化的贡献率．结果显示1951年以来郑州市年平均气温变化总趋势是不断变暖,气温升高幅度约0．23℃／10年,年平均最低气温及春冬季节气温升温幅度最大,夏季气温却有降温趋势．1961年以来郑州年平均气温的城市化增温率为0．064℃／10年,城市化增温对郑州城市气温增加的贡献率为25％．郑州1951年以来气温的变化还主要是受区域背景气候的影响;受城市化影响在夏季最明显．     

平流层NAM 异常事件与东北亚地面温度的关系

对再分析资料的合成分析表明,10 hPa北半球环状模(NAM)指数和东北亚地区地面温度(SAT)存在显著的后滞相关关系.正/负位相平流层NAM异常事件往往伴随着东北亚地区正/负异常地面温度变化.负位相NAM指数超前东北亚地面温度异常20～40天,正位相NAM指数超前约20天.定义了有效平流层极端事件(ESE),并研究了不同标准下平流层NAM异常能够传到对流层的比例.研究表明,NAM异常下传的比例随定义标准的提高而增加.研究结果显示,平流层大气环流异常在一定程度上能够作为先兆因子来延长中国北方冬季对流层天气预报.     

东亚地区平流层臭氧变化特征及其与温度场的相关分析

臭氧是影响平流层温度变化的主要因素,作者利用NCEP的臭氧与温度的再分析资料,分析了东亚地区1979—2008年平流层各层臭氧与温度的变化趋势以及二者的相关关系.分析结果表明,平流层各层次臭氧与温度的变化趋势大致相同,有较强的相关关系.为了更好地分析二者的相关关系,进行了平流层3个层次(100、70、50 hPa)欧亚大陆O3场与东亚温度场的奇异值分解(SVD)分析.结果显示,3个层次上第1奇异向量的方差贡献都达到90%以上,可见3个层次第1奇异向量对应的SVD模态是最主要的模态,代表了此两要素场相互作用的主要特征,即①欧亚大陆上西风带行星波影响区域对应的臭氧含量高,则行星波东亚大槽上空平流层温度偏高,反之则偏低;②欧亚大陆上热带东风急流区域对应的臭氧含量低,则台湾以南-南海区域上空平流层温度偏低,反之则偏高;③同时发现平流层中低层的大型经向环流在影响中-低纬地区臭氧分布的过程中起了一定作用.     

平流层CH4的时空变化特征及其与O3的关系

 利用1991年10月到2005年11月的HALO₃E卫星观测资料,对全球70°S～70°N范围内平流层100hPa到1 hPa的大气CH₄混合比进行了时空特征分析.结果表明:①CH₄混合比在平流层是随高度上升而逐渐减小的.平流层中上层CH₄变化存在年循环,而平流层中下层CH₄变化存在半年振荡(SAO₃),且南半球平流层CH₄的季节变化振幅要大于北半球,特别是平流层中上层.平流层各个高度上的CH₄基本呈纬向分布,但是不同高度上分布特征有所差异;②平流层CH₄混合比变化存在3个月,10个月,准25个月和准45个月左右时间尺度的周期,但是3个月的短期变化和10个月的年循环只在1996年之前明显;③不同高度上,CH₄和O₃变化的相关关系是不同的,CH₄对O₃的破坏作用并不是存在于整个平流层,似乎是在有的高度上相关关系明显,有的高度上相关关系不明显.     

用于煤自然发火期预测的神经网络模型和实验技术

根据煤的硫分、灰分以及煤自燃过程中的耗氧速率、CO和CO2产生率等随温度变化的序列值与煤自然发火期之间存在的密切对应关系，建立了前向多层人工神经网络模型，用已有的煤自然发火实验数据对网络进行训练，得到了神经元间的联结强度，从而准确地表征这种对应关系．设计了一套油浴程序升温实验装置，确定了实验试管的尺寸和实验条件，从而能够准确测定煤自燃在不同温度下的耗氧速率及气体产生率．将煤样油浴程序升温实验数据及煤质分析数据代入人工神经网络，可算出煤的自然发火期．与煤自然发火实验相比，该方法测定煤样的自然发火期用煤量减少了99％以上，实验耗时缩短了90％以上，二者测试结果的偏差小于3d．     

2002年8月云南低温冷害天气的气候特征及其成因分析

 2002年8月云南省的滇中及以北以东地区出现了一次范围大、持续时间长、危害较为严重的低温冷害天气,初步分析发现,这是1974年以来全省8月降温幅度最大,范围最广的一次低温冷害天气,它是发生在一个暖背景下的一次异常事件;其前期1～7月北半球10hPa和50hPa高度场均更相似于云南8月典型高温年的高度场,为预测增加了难度.在这次低温冷害天气期间,中高层(20hPa,50hPa)的中高纬度为明显的经向环流,云南位于槽后脊前,为明显的偏北气流控制;在低层(70hPa)云南省为偏南气流控制,中高层与低层形成明显的风切变,这种配置为低温阴雨天气提供有利的动力和水汽条件.同时北方冷空气的维持和不断的补充是2002年8月低温冷害发生的一个重要条件.     

单级、两级相变材料复合体系的隔热降温特性

利用选择、配制出的两级相变材料体系,即：Ca(NO3)2·4H2O＋4．7％碳酸盐成核剂+1．9％增调剂体系和Na2CO3·10H2O＋6％硼酸盐成核剂+4．5％增稠剂体系作为第一、第二级隔热相变材料;设计、制作了单级相变材料复合体系和两级相变材料复合体系的实验装置．对单级与两级相变材料复合体系的隔热降温特性进行了探讨．实验证明,两级相变材料复合体系的隔热降温性能优于单级体系．     

基于GOSAT L4B数据的全球和中国区域近地面CO_2含量变化分析

CO2 作为最重要的温室气体,是造成全球温室效应的主要原因之一。利用GOSAT L4B全球分布数据,分析全球及中国地区近地面CO2 含量的时空分布特征。研究发现,北半球近地面CO2 含量明显高于南半球,CO2 年增长率约2 ppm。全球高值区主要出现在东亚、俄罗斯、欧洲和美国等人口众多、经济发达地区。北半球近地面CO2 含量季节分布显示,冬季的CO2 含量最高,夏季最低。中国区域近地面CO2 含量在空间分布上较为集中,东西差异显著,总体呈东高西低的特征,高值区主要集中于中国华北和长三角地区。中国范围内近地面CO2 含量具有明显的季节变化特征,月平均含量4月(春季)升至最高值,为396.5ppm;7月(夏季)降至最低值,为382.8 ppm。     

液态簧振动力学谱仪测量重复性的实验验证

首先拟定了液态簧振动力学谱仪（RMS-L）测量液态复杨氏模量重复性的验证方案，即选取甘油作为验证材料，验证参量为对应于甘油液体的仪一弛豫过程的复杨氏模量．然后，选取了16个甘油样品，并分别对每一个样品进行一次从室温至-120K的降温和升温循环测量．实验结果表明，16个甘油样品的α-弛豫过程所对应的储能和损耗模量相差较小，16个甘油样品中，对应于α-弛豫过程的损耗模量峰的半高宽的相对标准偏差仅为4％，样品最大相对偏差也只有6％，表明本课题组自制的RMS-L测量的重复性相当好．另外，在本文所用2．42-4．36mg质量范围内，并未发现损耗模量峰的半高宽与样品质量有明确的依赖性．值得指出的是，在238K附近，还发现一个微妙的新过程，其储能模量的变化为α-弛豫的-5％，其物理起源仍不清楚．     

1960—2013年重庆市气温变化特征分析

【目的】深入了解重庆市气温变化的时空分布格局。【方法】利用重庆市34个气象台站1960—2013年的逐日气温资料,采用线性倾向估计、滑动t检验、Mann-Kendall突变检验以及 Morlet小波等方法分析重庆市气温变化特征。【结果】1960—2013年重庆市的区域增温速率为0.008℃?a-1;四季气温也均呈上升趋势,其中秋季增幅最大,夏季最小;年平均气温存在显著的2~4a周期变化,年均温年代际变化具有阶段性,2000年前有降温的趋势,其中1980—1989年为低温期,2000年气温突变后为升温期;季节均温年代际变化表现为:春季、秋季、冬季呈“降温—增温—降温”的变化过程,夏季则只有“降温—增温”的变化趋势;气温增温速率在空间分布上由西向东逐渐升高,巫溪达到最高值,为0.056 ℃?a-1。【结论】1960—2013年重庆市的区域年平均气温略有上升,四季升温趋势存在差异;气温年代际变化具有阶段性:低温期、过渡期、升温期,2000年为重庆市气温突变年;气温增温趋势总体呈由西向东逐渐递增的空间分布格局。
     

近35年深圳市气候变化与城市化发展关联性研究

依据深圳市气象站19792013年的气象观测资料和历年统计年鉴,利用线性分析、Mann-Kendall突变检验和主成分分析、拟合曲线等数理统计方法,分析了深圳市近35年的气候变化规律及其与城市化发展的关联性. 结果显示:(1)近35年深圳市气候整体呈现变干变暖的趋势,平均气温升温速率为0.338 ℃/10a,平均最低气温的升温速率远大于平均最高气温的升温速率(0.573 ℃/10a 0.145 ℃/10a),以1986年为突变点,升温趋势加剧,近几年出现减缓态势;平均相对湿度的下降速率为每10年下降1.97%,2000年以来比80年代下降了约5%,且降水量和年日照百分比呈不规律的波动变化;(2)深圳市城市化主要通过人口、房屋建筑和农业发展对平均最高温度产生影响,综合贡献率接近50%;城市化发展对平均气温和平均最低气温的升高有极显著的加剧作用,构建的城市化综合指标U1、U2的升温贡献率分别达到了63%和78%. 以建筑业发展、农作物面积等为主要指标构建的综合指标U4对平均相对湿度的降低贡献率达到60%,需要注意城市发展中的干岛效应问题.     

夏季江淮流域暴雨的特征及与早涝的关系

基于1954--2004年全国743站降水资料和NCEP／NCAR月平均500hPa风场资料,分析了夏季江淮流域暴雨的气候分布和年代际变化特征．结果表明,江淮流域的暴雨降水存在明显的区域差异,局地暴雨频繁,具有明显的年代际变化特征,1990年代是高值期．通过相关和合成分析发现,暴雨与洪涝的关系密切,涝年暴雨降水可占到总降水的50％左右;1990年代,暴雨降水对洪涝的贡献明显增大．本文还分析了夏季暴雨年代际变化的500hPa环流背景,发现1990年代暴雨明显偏多的因素是：1,蒙古上空存在异常的反气旋环流,有利于中高纬地区的冷空气南下,长江以北地区盛行异常的东北风;2,西太平洋副热带高压加强,增强了低纬海洋上空水汽的向北输送．富含水汽的异常西南气流和北方地区异常的东北气流在江淮流域上空交汇,存在明显的风切变,导致较强的上升运动,易于产生强降水．     

1975-2008年青藏高原冬季气温变化

利用青藏高原及周边地区89个气象台站33年冬季月平均地表气温观测资料以及NECP/NCAR再分析资料,用统计学方法对该地区冬季气温变化作了分析研究,得到其整体变暖的变化趋势,该区域升温的线性趋势是0.6℃/10a。此外,由于高原台站分布不均匀,又分别从垂直方向和水平方向对高原冬季气温变化做了初步的分析。结果表明:青藏高原冬季气温整体变化趋势在增暖的同时个别区域也存在降温的趋势,600 hPa温度以及温度梯度随纬度增加而增加,而且随海拔高度的增高,增温趋势减小,到达一定海拔高度出现降温趋势,高原海拔高度较低的近地面层气温变化最明显。