春季大气南北涛动年际变化及其与中国气候的联系

结合NCEP/NCAR月平均再分析资料以及我国地面站点观测资料,分析了春季大气质量南北涛动(IHO)的年际变化特征及其与我国春季气候的联系.研究发现春季IHO表现为明显的两半球中高纬地区大气质量间的"跷跷板"分布,且有相一致的垂直环流结构.对去除AO(北极涛动)、AAO(南极涛动)信号后的纬向平均地表气压作EOF分析,发现其第一特征向量IHO特征明显,其对应的时间系数与IIHO相关系数高达0.93.春季IHO与我国同期气候变动联系密切.我国站点地面气压、地面温度以及相对湿度均与IIHO有较好相关.我国西北地区尤其与青海、甘肃、陕西及内蒙地区春季沙尘暴的发生与IHO联系密切.正位相IHO有利于西伯利亚高压的加强,此时60°E至150°W的纬向风存在着由北极延伸至南极的经向遥相关结构,导致亚洲地区出现正的西风异常,对我国春季气候产生影响.     

海拉尔樟子松年轮生长与北大西洋涛动/北极涛动的联系

目的研究蒙古高原东部海拉尔樟子松年轮宽度与大尺度气候驱动北大西洋涛动/北极涛动的关系。方法使用相关系数分析方法探讨树轮宽度年表、实测气象数据及北大西洋涛动指数/北极涛动指数的相互作用;使用功率谱分析周期信号。结果 11年滑动平均后,海拉尔樟子松年轮宽度与北大西洋涛动/北极涛动相关关系在1960s发生转变,由显著负相关(1873~1957)变为显著正相关(1958~2003)。树轮宽度与北大西洋涛动指数/北极涛动指数在实测时段内均与年平均温度和年降水总量显著相关。北大西洋涛动/北极涛动对树木径向生长和区域降水的影响存在显著的滞后效应。谱分析表明树轮宽度年表和北大西洋涛动指数/北极涛动指数具有相近的准周期信号。结论十年尺度上,北大西洋涛动/北极涛动通过温度和降水显著影响蒙古高原东部海拉尔樟子松的径向生长。     

极移半年振荡的年际变化与北大西洋涛动

北大西洋涛动(NAO)是全球三大气象涛动之一,它是海气相互作用的产物. 采用标准化的北大西洋涛动指数(NAOI)来表示NAO的强度. 由观测极移参数反演得到极移激发函数,对此进行小波振幅谱分析,从而获得极移激发函数半年振荡的时频变化. 研究表明,极移激发函数半年振荡沿东经90°方向分量的振幅年际变化与NAO年际变化呈明显相关,并且主要是大气和海洋角动量变化共同激发的结果.     

冬季全球大气季节内振荡的特征分析

利用欧洲中期数值天气预报中心的ERA-40逐日再分析资料,计算得到350 K等熵面上45年冬季气候平均位势高度场,再利用Butterworth滤波器得到等熵面上位势高度30～60 d低频波.应用经验正交分解(EOF)对冬季350 K等熵面上的低频位势高度场进行时空分析,结果表明:在第1主分量场上,空间分布特征最明显的是南极涛动(AAO)、北极涛动(AO)、北美-太平洋涛动(PNA)以及经向偶极型低频变化.这种空间分布形式说明在350 K等熵面上南北半球间通过太平洋地区的经向低频波列传播,使得AAO与AO相互影响,相互作用.第2主分量场上,空间分布特征则表现出全球经向和纬向上的低频波列特征,以及南北半球在大西洋地区的相互作用.将EOF分解得到的前2个主分量场的时间系数投影到1957—2002年冬季的时间序列中,发现冬季全球大气低频振荡在20世纪70年代末80年代初发生了明显的年代际突变,并在80年代末以后逐渐加强.说明在80年代末以后冬季南北半球的低频变化相互作用有所加强,也说明太平洋,大西洋上的经向传播特征更为明显.     

江南春雨的形成机制及与海气涛动的联系

江南春雨是中国南方广大地区春季发生的连续阴雨天气,是一种我国特有的天气情况,本文对江南春雨的可能形成机制及海气涛动之间的联系进行了综述,北方冷干气流和南方暖湿气流的相遇、青藏高原东南侧风速中心的形成以及东亚纬向热力性质差异都可能是江南春雨的形成机制,江南春雨与厄尔尼诺-南方涛动以及北大西洋涛动都具有相关性,厄尔尼诺年,...     

夏季西太平洋副热带高压的年代际变化及其与南半球环流的联系

根据19582002年的再分析资料,研究了夏季西太平洋副高的年代际变化及其与南半球环流变化的联系．20世纪70年代末之后,副高偏向西南,强度增强,但这种变化趋势在6—8月间逐渐趋弱．从全球范围看,最显著的变化发生在南半球,南极涛动趋于正位相,索马里急流偏强,致使副高偏向西南,强度增强．同时,由于副高在夏季期间向北移动,南半球环流变化对副高的影响在6-8月间逐渐减弱,这与副高的变化趋势相吻合．     

夏季西太平洋副热带高压的年代际变化及其与南半球环流的联系

根据1958-2002年的再分析资料,研究了夏季西太平洋副高的年代际变化及其与南半球环流变化的联系.20世纪70年代末之后,副高偏向西南,强度增强,但这种变化趋势在6-8月间逐渐趋弱.从全球范围看,最显著的变化发生在南半球,南极涛动趋于正位相,索马里急流偏强,致使副高偏向西南,强度增强.同时,由于副高在夏季期间向北移动,南半球环流变化对副高的影响在6-8月间逐渐减弱,这与副高的变化趋势相吻合.     

赤道太平洋障碍层的年际演变及其与厄尔尼诺-南方涛动事件的关联

利用2004—2017年BOA_Argo网格数据集系统分析了赤道太平洋障碍层厚度的年际演变及其与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的关联.在年平均意义上,热带太平洋障碍层在暖池区存在明显的年际变动,其厚度变化幅度可达15m以上.多变量经验正交函数分解的主模态表明:西太平洋暖池区降水与障碍层的异常场分布型态吻合,都呈现明显的东(正)西(负)反相位分布,降水的正(负)异常造成了障碍层的正(负)异常;且与ENSO事件高度相关(相关系数0.87),存在显著的2～4年的年际变化主周期信号.针对赤道太平洋障碍层的纬向迁移分析表明:对应于厄尔尼诺(拉尼娜)年,赤道太平洋偏厚的障碍层位置显著东(西)移,且与暖池东部边缘和海表盐度(SSS)锋的纬向迁移大致处于同一位相.在大多数情况下,较厚的障碍层局限于暖池的东部边缘内(170°W以西),位于SSS锋附近或偏西;SSS锋附近的障碍层可能归因于水平平流、强降水及开尔文波.在2015年9月至2016年2月期间,赤道中太平洋的SSS锋消失,对应着厚障碍层的消失,表明厚障碍层的位置与西太平洋暖池东部边缘内SSS锋的纬向位置密切相关.     

大气环流年代际变化对东亚北部冬季气温异常的影响

 利用NCEP资料1949～1999年间的地表气温(SAT)进行经验正交函数分解(EOF).得到的前2个模态均表明,20世纪70年代中期以后,东亚北部地区冬季气温增暖明显,发生了显著的年代际变化.这种气温的异常变化主要受到东亚冬季风的直接影响.近20多年来,北极涛动维持在正位相并持续增强,其对东亚冬季风的影响也越来越显著,东亚冬季风持续减弱,使得东亚北部地区冬季气温增暖.通过对SAT和SLP进行奇异值分解(SVD),结果表明北极涛动的持续增强可能是东亚北部地区冬季增暖的重要原因之一.     

新疆玛纳斯河径流波动与北大西洋涛动的关系

对新疆玛纳斯河流量资料、北疆地区温度、降水资料进行整理,分析了其变化的特征和规律,并将其与北大西洋涛动指数进行了对比分析.研究发现,冬季北大西洋涛动指数与玛纳斯河冬季流量呈现显著的正向变化关系,夏季两者的关系则相反.利用交叉小波变换,分别发现了冬、夏季北大西洋涛动指数与玛纳斯河流量变化关系最密切的振荡周期.文中还发现冬、夏季北大西洋涛动指数与北疆温度、降水的变化也存在显著的相关关系.     

气候变化情景下中国东部地区未来气候舒适度变化预测

选取中国东部691个数据记录较完整的站点, 统计各站点1971—2010年间每年每季的热日、冷日和舒适日天数, 利用温湿指数(THI), 评价中国东部季风区近40年的舒适度变化, 并结合未来情景下气象数据的比较和分析, 展望21世纪末中国东部地区的舒适度变化趋势。结果表明, 1971—2010年间, 中国东部季风区在一定程度上变暖, 东北和华南的气候敏感度高于其他地区, 沿海的气候敏感度高于内陆, 东北地区对气候变化的响应程度较高。     

ENSO影响热带大气季节内振荡的年代际变化特征

为了研究厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)现象影响热带大气季节内振荡(ISO)的年代际变化特征,利用奇异值分解(SVD)、小波分析和经验正交函数分析(EOF)等方法对热带大气ISO强度指数、赤道中东太平洋海温及热带大气环流场进行了分析。计算结果显示,20世纪70年代中期以前,ENSO对热带大气ISO的影响较弱;70年代中期以后,ENSO对热带大气ISO的影响加强。造成上述年代际变化的原因与热带大气环流的年代际变化有关,因此,ENSO对热带大气ISO的影响也存在年代际变化。     

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.     

基于GIS的中国南北地理气候分界带模拟

以适宜度模型为依据,选取了8个指标因子,采用层次分析法与模糊集合理论建立了南北分界带定量计算模型,基于GIS技术的空间分析方法对南北分界带进行了模拟.结果表明:中国南北分界带涉及四川、甘肃、陕西、湖北、河南、安徽、江苏等7个省的130个县(市),最窄处陕西省洋县,宽约26.42 km,最宽处在江苏省邳州市到定远县,宽约195.41 km,总面积约为145 500.74 km~2.中国南北分界线总长度约为1 666.28 km.     

中国东部地区城市范围扩展对东亚春季气候的可能影响

利用耦合了CLM4(Community Land Model)的CAM5.1(Community Atmosphere Model)模式研究了中国东部地区城市范围扩展对东亚春季气候的可能影响.结果表明城市化改变了地面能量平衡,表现为地面净辐射通量和感热通量增加,地面潜热通量减小,造成近地面温度、日最高气温和最低气温升高,气温日较差增大,且近地面增温的幅度与城市比例密切相关,但对城市范围扩展的响应具有一定程度的不确定性.城市范围扩展所引起的近地面热力强迫可以影响到东亚地区低层大气环流,但由于近地面对不同程度城市范围扩展的热力响应具有非线性变化,导致东亚春季低空环流的变化也具有一定的不确定性,但其总体上会减弱长江中下游以南地区的西南气流.因此,中国东部地区的城市范围扩展会使得长江以北地区春季降水量偏少而长江以南地区降水量偏多,造成东亚春季雨带南移.     

东亚冬季风的年际变化特征及其与北极涛动(AO)的关系

基于欧洲中心再分析资料ERA40中的1958~2002年冬季海平面气压(SLP)、地表温度(T2m)、500h Pa高度、850h Pa风矢量,文章首先分析了东亚冬季风的时空变化特征及其与北极涛动(AO)的关系,发现1958~2002年的45年来东亚冬季风年际变化与海平面气压(SLP)、地表温度(T2m)、500h Pa高度和850h Pa的风矢量有着密切关系;再次计算冬季风标准化指数和逐年时间序列基础上,分析了东亚冬季风的年际变化特征,发现强弱冬季风年的东亚环流系统和天气气候特征有明显的差异,最后利用AO指数和冬季风指数的时间序列及1958~2002年AO正负异常年的海平面气压(SLP)、地表温度、500h Pa高度、850h Pa的风矢量进行合成差值,说明冬季AO直接影响地表气温、海平面气压(SLP)、500h Pa的东亚大槽和850h Pa风场,因此冬季AO影响着东亚冬季风,而且呈反相关。     

南京地区夏季暴雨年际变化的主要模态及其与大气环流的联系

EEMD(集合经验模态分解)方法在处理非线性及非平稳时间序列时表现出了很大的优势和应用潜力。利用EEMD方法研究南京地区夏季暴雨年际变化周期,对55年(1946-2000)的南京地区夏季暴雨频数进行分解,分别得到一系列模式,其中包含有2-3年周期分量和7年周期分量,而且2-3年周期分量幅度较大,变化特征与暴雨频数原始数据变化具有很高的相似性。不同于传统方法,EEMD方法给出了暴雨频数在不同时间尺度上各自分离的变化特征.这两种时间变化模态对应于不同的200hPa环流型,前者主要作用区域在南亚和欧亚大陆到西太平洋的副热带地区,而后者相关区域在西太平洋热带和亚洲中纬度地区。     

基于LSTM深度学习的ENSO预测及其春季预报障碍研究

利用长短期记忆网络(LSTM)深度学习算法构建一个热带太平洋Nino3.4指数预测模型, 并分析模型的季节预报误差。结果表明, LSTM模型能够较好地预测厄尔尼诺事件的变化趋势, 但针对不同类型的厄尔尼诺事件有不同的表现。对于1997/1998和 2015/2016强东部型厄尔尼诺事件, 该模型能较准确地预测事件的趋势和峰值, 距平相关系数(ACC)达到0.93以上。但是, 对于 1991/1992和2002/2003弱中部型厄尔尼诺事件, 在峰值预测方面表现不好。在厄尔尼诺增长期,预报误差的季节增长率最大值皆处于4—6月,存在明显的春季预报障碍(SPB)现象。在衰减期,同类型事件的季节增长率最大值分布相似:弱中部型厄尔尼诺事件的最大值皆处于春季,存在明显的SPB现象;强东部型厄尔尼诺事件的最大值分散在其他季度,不存在SPB现象。个体事件间存在一定的差异,可能与事件的特征(如事件类型和强度)有关。     

土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟效果的影响

利用耦合陆面过程模式CLM3的全球大气环流模式NCAR CAM3进行2组1979～2000年5～8月的集合试验,研究了表层土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟的影响。结果表明:在相同海温强迫条件下,采用年际变化的表层土壤湿度(ISSM)时,CAM3模式对于夏季西北地区气温和降水年际变率的模拟能力明显好于采用气候态的表层土壤湿度(CSSM)。计算表明,1979～2000年CSSM试验和ISSM试验模拟的西北地区夏季气温距平与ERA40资料的相关系数分别为0.60和0.65; CSSM试验模拟的西北地区夏季降水距平与CMAP资料的相关系数仅为0.29,而ISSM试验模拟结果与CMAP资料的相关系数为0.48。在相同海温强迫条件下,ISSM试验比CSSM试验能更好地模拟出中国西北地区夏季降水年际变率。