大气对流层顶的臭氧时空分布变化

 利用1958~2001年的臭氧垂直分布和NCEP资料,计算出全球对流层顶的气候场,并对其空间分布、季节、年际和年代际演变进行了分析.结果表明:①对流层顶臭氧质量比呈纬向分布的特征明显,南北半球中纬度和南极为高值区,赤道和北极为低值区,且与对流层顶高度和温度场有对应关系;②从400~70 hPa的温度和臭氧质量比垂直经向剖面中,显现出对流层顶的上层和下层由于具有不同的物理和化学过程导致垂直分布存在差异;③对流层顶臭氧质量比纬向距平场的年代际变率具有不同位相的时空演变尺度,南半球的时空差异比北半球大,南极最不稳定,低纬和赤道地区幅度变化较小,但时间尺度较大;④极地各季节对流层顶的臭氧分布和高度场特征相似,低纬则与温度场分布较一致;⑤对流层顶断裂带中臭氧质量比最大值出现在春季,秋季为最小值,其对应的纬度存在明显的季节空间经向波动,夏季达到最高纬度,冬季到达最低纬度;⑥对流层顶臭氧质量比纬向距平的季节变率表现出准半年变化趋势,且两半球变化趋势相反.     

大气对流层顶热量收支变化的时空结构研究

 利用1948~2006年NCEP/NCAR的温度场、风场和对流层顶气压场的逐日资料,对全球对流层顶热量收支及其方差进行了计算.通过对计算结果的分析发现:①南北两半球对流层顶断裂区附近以及青藏高原是对流层顶热量收支变化的显著区域,南半球纬向平均加热率随纬度的波动比北半球剧烈;②赤道附近对流层顶的热量收支处于相对的准平衡态,而加热率突变性最强的区域位于海陆交界的洋面上空;③全球对流层顶的平均热量收支是处于大气冷却为主的热力学状态结构中,而且平均加热强度的主要年代际演变呈现出整体降低的趋势,年际变化则具有显著的QBO现象;④南北半球对流层顶正负加热率存在着随季节变化的空间波列结构,夏季加热率的经向梯度较弱,而冬季经向梯度增强并具有多样性;⑤对流层顶断裂带所在区域为加热率方差常年显著的带状区域,方差的高值带随着季节的转换存在着南北向的移动和东西向的伸缩现象,冬季是对流层顶空间热量收支变化最活跃的季节.     

大气对流层顶位温与高度的变化分析

 利用1948~2006年共59 a的NCEP/NCAR温度场、气压场、位势高度场的逐日资料,对全球对流层顶的位温及其高度进行计算,并对其结果进行了分析.结果表明:①对流层顶位温的变化在310~380 K,其中副热带位温最高,而两极位温最低.大陆上空对流层顶位温的空间尺度较小,海洋上空为较大的空间尺度.②1948~2006年的59 a里对流层顶位温,总体上呈现出大陆区域位温下降,海洋区域位温上升的变化趋势,且在6~8月青藏高原及其以东的大陆区域和南极洲对流层顶位温下降趋势明显,12月至次年2月在30°S附近南印度洋和南太平洋海域对流层顶位温上升趋势明显.③全球对流层顶高度在10~17 km范围内,两极最低.两半球的高度升高与降低均同步.两半球存在准半年的位相差异.热带对流层顶多呈现上升趋势,极地对流层顶则多呈现下降趋势.与位温相同的是,陆地上的对流层顶高度下降,海洋上的对流层顶高度上升.     

北半球冬季准定常行星波传播的年代际变化

通过利用NCEPNCAR再分析资料对1958—2004年共46个冬季北半球大气准定常行星波传播的年代际变化进行分析，发现气候态意义下的准定常行星波沿高纬度由对流层向平流层的传播和在对流层内向低纬度的传播之间存在显著的反相振荡关系. 进一步的研究还表明，准定常行星波传播的年代际变化与北极涛动有密切的联系；北极涛动的正位相对应于在对流层有异常强的从中高纬度向低纬度对流层顶附近的波动传播，同时通过极地波导向平流层的传播明显减弱.其结果不仅说明大气内部的准定常行星波与纬向平均流相互作用可以产生年代际尺度的变化；而且提供了平流层变化影响对流层大气环流长期变化的一种动力学机制.     

全球对流层顶温度场演变的气候学特征分析

 利用经验正交函数分解(EOF)方法对57 a(1948~2004年)NCEP/NCAR全球对流层顶月平均温度场进行分析,并讨论了57 a的主要特征向量空间分布及其对应的时间系数的演变,结果分析表明:第1模态的时空分布特征能够较好地反映对流层顶温度场结构的分布状况,且具有明显的季节变化;南北半球的温度场的空间分布结构不太一致,南半球纬向分布较为平稳,而北半球经向和纬向活动都比较强,且有明显的温度槽脊结构;南北半球的极地对流层顶温度结构在不同的季节有不同的变化趋势;南北半球热带对流层的第1模态温度场全年具有整体一致型分布;温度场各个季节的时间系数变化具有明显的多时间尺度特征.     

我国极端降水过程频数时空变化的季节差异

利用我国586个气象测站的逐日降水资料,在对每个站点极端降水过程阈值进行科学界定的基础上,揭示了近45年我国年和各季极端降水过程频数的线性变化趋势及其年际、年代际变化特征.结果表明：我国年和季节极端降水过程频数主要为趋势性变化,不同地区不同季节趋势性变化差异显著,极端降水量在降水总量的趋势变化中占主导地位 长江中下游、西北地区北部和西南地区西部年极端降水过程频数呈现趋势性增加,而我国华北等地区呈现趋势性减少,并且主要反映的是夏季的特征 年和季节极端降水过程频数具有明显不同的年际和年代际变化特征 我国各季极端降水过程时空变化异常型明显不同,但与极端日降水的时空变化是一致的.     

东亚对流层顶逆温层各要素的时空分布特征

利用2007年1月—2013年12月的COSMIC掩星观测的温度廓线资料,分析了东亚地区对流层顶逆温层各要素的时空分布特征.结果表明,在东亚对流层顶逆温层(TIL)是普遍存在的现象,TIL有着一致的纬向结构,热带和温带间TIL有着显著差异,TIL各要素在40°N以南和以北表现出相反的季节变化特征;在热带海洋地区TIL薄而强,中高纬TIL结构表现出"对流层顶断裂"特征,在该区域内TIL更深而强度较弱.     

年际和年代际气候变化的全球时空特征比较

5利用1950－1998年全球海洋同化分析资料和全球大气再分析资料，分析比较了全球海气系统年际和年代际变化的主要时空特征。结果表明：1）全球上层海洋年际变化主要为位于热带太平洋的ENSO模态，年代际变化最显区域中纬度海洋、赤道外热带东太平洋和大西洋及南半球高纬度区域；2）全球大气年际和年代际变化均主要位于中高纬地区尤其是两极地区，在年际时间尺度上，气温异常和气压异常没有明显的对应关系，但在年代际时间尺度上，气温增暖（变冷）常常伴随着气压的降低（升高）；3）在年际时间尺度上，发生在中高纬度陆地地区的大气年际变化和主要发生在热带海洋的上层海洋年际变化没有一致性的内在联系，前主要表现为大气内部（浑沌）变化，而后主要为热带海气相互作用产生的ENSO变化；4）在年代际时间尺度上，全球海洋大气系统大约在20世纪70年代均一致性地经历了一次跃变，其结果导致80年代以来，全球大范围地区（尤其是两极和西伯利亚地区）气温明显偏暖，赤道两侧的热带东太平洋、北美和南美西海岸及非洲西海岸等海域海表温度偏高，伴随着这种全球大范围背景增暖现象，青藏高原北部地区和格陵兰岛气温具有变冷趋势，而中纬度北太平洋和南半球高纬度海域海表温度也表现为降低。     

对流层顶大气臭氧的季节变化研究

 采用季节划分和季节突变的概念、理论及方法,对44a(1958~2001年)的大气臭氧资料及对流层顶气压场资料进行了计算,并分析了对流层顶大气臭氧的季节变化.结果发现对流层顶大气臭氧的季节变化在全球大部分区域中的突变性都比较明显,表明对流层顶大气臭氧的季节变化受到上对流层和下平流层中多种因素的影响.通过分析还发现,利用曾庆存所定义的参数R_W(t)及有关的一些概念和方法确能很好地反映对流层顶大气臭氧的季节变化.     

全球、大洲、区域尺度暴雨时空格局变化(1981-2010年)

通过计算1981-2010年全球、大洲和区域的年际和年代际的暴雨雨量和暴雨雨日,系统分析了不同尺度暴雨的变化情况.结果表明:1)在全球尺度上,1981-2010年全球年际和年代际暴雨雨量和暴雨雨日在波动中都呈现增加趋势,尤其是1991-2000年代中期以来显著增加.在空间上,全球暴雨雨量和暴雨雨日增强的区域主要分布在非洲西部、马达加斯加岛、欧洲西南、东亚、南亚、东南亚、澳大利亚东部、美国东部、南美洲中部以及一些狭长陡峭的山脉地带.年代际暴雨雨量和暴雨雨日主要在南美洲、美国东部、东亚和南亚地区随着年代变化而呈现数值上的增长和区域上的扩张.随着年代变化,非洲西部地区呈现数值上的减少和区域上的缩减;2)在大洲尺度上,仅非洲和南极洲年际和年代际暴雨雨量和雨日呈现减少趋势;3)在区域尺度上,暴雨增加的区域多于减少的区域,且增加最大的区域位于亚马逊河流域,减少最大的区域位于非洲东部地区.     

2004-2011年安庆地区对流层顶的特征分析

通过对安庆地区2004-2011年逐日07:00和19:00定时观测探空资料分析,讨论了当地对流层顶的要素统计特征,结果表明:第一对流层顶于7,8,9月出现极少或没有,月平均温度极值相差大,其高度和温度有良好的对应关系,且有明显的季节变化特征;第二对流层顶每月均能观测到,月平均温度极值相差比较小,没有明显的季节变化特征。     

An integrative estimation model of summer rainfall-band patterns in China

Three variation indices are defined to objectively and quantitatively represent fluctuations of three rainfall-band patterns in summers in China for the period from 1951 to 2005, and the variation features of these indices are analyzed on both of interdecadal and interannual scales. A new method is proposed to establish an integrative estimation model based on the analysis of rainfall-band indices, and the model is applied to air, ocean factors to estimate their roles on variations of three rainfall-band patterns on different time-scales. The tests of estimation effects show that the fluctuations of three rainfall-band patterns are composed of variations on both significant inter-decadal and interannual scales, of which the interannual variation is mainly influenced by the Elnino/Lanina events, the East Asia monsoon and the ridge locations of subtropical high pressures in western pacific, while the interdecadal variation is mainly controlled by the Pacific decadal oscillation and interdecadal oscillations of the Arctic oscillation, ENSO, Nino3 sea surface temperature and summer monsoon. The estimated results from the integrative estimation model of rainfall-band patterns suggest that the way of estimation first according to each time scale of both the interdecadal and interannual scales, then estimating with an integration, which is proposed in this paper, has an obvious improvement on that without separation of time scales.     

An integrative estimation model of summer rainfall-band patterns in China

Three variation indices are defined to objectively and quantitatively represent fluctuations of three rainfall-band patterns in summers in China for the period from 1951 to 2005, and the variation features of these indices are analyzed on both of interdecadal and interannual scales. A new method is proposed to establish an integrative estimation model based on the analysis of rainfall-band indices, and the model is applied to air, ocean factors to estimate their roles on variations of three rainfall-band patterns on different time-scales. The tests of estimation effects show that the fluctuations of three rainfall-band patterns are composed of variations on both significant inter-decadal and interannual scales, of which the interannual variation is mainly influenced by the Elnino/Lanina events, the East Asia monsoon and the ridge locations of subtropical high pressures in western pacific, while the interdecadal variation is mainly controlled by the Pacific decadal oscillation and interdecadal oscillations of the Arctic oscillation, ENSO, Nino3 sea surface temperature and summer monsoon. The estimated results from the integrative estimation model of rainfall-band patterns suggest that the way of estimation first according to each time scale of both the interdecadal and interannual scales, then estimating with an integration, which is proposed in this paper, has an obvious improvement on that without separation of time scales.     

Propagation of planetary-scale zonal mean wind anomalies and polar oscillations

Global atmospheric variables can be physically decomposed into four components:(1) the zonal time averaged climate symmetric component,(2) the time averaged climate asymmetric,(3) the zonal-mean transient symmetric anomaly,and (4) the transient asymmetric anomaly.This study analyzes the relationships between the intra-seasonal and inter-annual variability of planetary scale decomposed zonal and meridional winds in the tropopause,and oscillations such as those from the El Ni o-Southern Oscillation (ENSO),the Arctic Oscillation (AO) and the Antarctic Oscillation (AAO).The tropical inter-annual zonal mean wind anomalies in the tropopause are linked with the ENSO cycle and can propagate into the subtropics,mid-latitudes,and polar front regions via abnormal meridional vertical cells.Similarly,tropical intra-seasonal (40-60-d) zonal wind anomalies can reach the subtropics and mid-latitudes.The polar intra-seasonal zonal wind anomalies in the tropopause can propagate toward high-latitude areas.Thus,the AO and the AAO are the result of the interaction and propagation of these planetary scale zonal wind anomalies.     

Monsoonal oscillation revealed by the upper-troposphere water vapor band brightness temperature

The measurements of brightness temperature (BT) from the upper-troposphere water vapor channel 12 of the National Oceanic and Atmospheric Administration polar satellites from 1979 through 1995 are used to analyze the interannual variations of the global monsoon strength. Results show that in the interannual time-sclae the BT variability in the equatorial eastern Pacific (EEP) is out of phase with the BT variabilities in other four regions, i. e. South Asia, tropical south American, two subtropical areas in the South and North Pacific. The BT interannual variation mode may be called monsoonal oscillation (MO). The MO is the result of the atmospheric circulation anomaly in the troposphere.