纬向和经向谐波分析与季风

多年来,有不少工作用谐波分析方法对月平均环流进行了研究,文献[1]对多年月平均500毫巴60°N和30°N的环流作过分析,文献[2]则用全球多年月平均海平面气压场研究了南北半球的大气环流与东亚季风,指出欧亚非大陆在东亚季风形成中起了主要作用。鉴于地球上的海陆分布特点在东西半球和南北半球都是不同的,因此在研究大气环流时,     

中国东部1960~2008年夏季极端温度与极端降水的变化及其环流背景

中国东部极端气候事件及其变化与东亚夏季风和相应的环流密切相关.本文使用奇异值分解方法研究了中国近50年极端温度与极端降水事件频率的关系.1980~1996年,主要的分布型为中国东部的北侧地区极端高温日数较少而极端降水日数较多,其南侧地区极端高温日数较多对应极端降水日数较少;这种空间分布自1997年起呈反向变化,即较少的极端高温日数和较多的极端降水日数发生在长江以南地区,以北地区相反.通过分析1997年前后两个时间段的大气环流的年代际差异,可以得出我国东部北侧/南侧的中层异常高/低压,高层异常东/西风,减弱的东亚夏季风及位于30°N,110°E对流层高层的冷中心都有利于极端高温与降水事件频率的这种协同变化.     

青藏高原冰芯积累量的近期变化

研究结果表明: 喜马拉雅山中段(珠穆朗玛峰东绒布冰川和远东绒布冰川, 希夏邦马峰达索普冰川)的冰芯积累量自20世纪50年代以来急剧减小, 与北半球低纬地区(5°~35°N)和印度降水的变化趋势一致; 而青藏高原中部和北部地区(唐古拉山小冬克玛底冰川, 西昆仑古里雅冰帽和祁连山敦德冰帽)的冰芯积累量在相同时段内有增加的趋势, 与北半球中、高纬地区(35°~70°N)降水变化趋势一致.相比而言, 冰芯积累量变化幅度更为显著, 表明高海拔地区对气候变化的异常敏感性.20世纪60年代北半球气候系统和亚非夏季风系统的突变可能是造成青藏高原冰芯积累量变化的原因.     

夏季副热带西太平洋大气环流持续异常

大气中的大尺度环流持续异常与灾害性天气气候相联系,是数值天气预报的难点,因此这方面的研究具有重要的实际意义和理论价值.迄今为止,对大气环流持续异常的研究多局限于冬季高纬地区的现象,如阻塞.在夏季,我国广大的地区,尤其是江淮流域的天气气候除了受来自高纬环流系统的影响外,还更多和更强烈地受副热带环流系统及其变异的控制和支配.陶诗言和徐淑英早在1962年就指出,长江、淮河流域的干旱或洪涝现象通常与持续异常的副热带环流型紧密联系,本工作就是沿着该思路,通过观测分析、数值试验等手段,试图揭示夏季副热带西太平洋大气环流持续异常(以下简称WPA)活动的规律特征.     

青藏高原冰芯积累量的近期变化

研究结果表明:喜马拉雅山中段（珠穆朗玛峰东绒布冰川和远东绒布冰川,希夏邦马峰达索普冰川）的冰芯积累量自20世纪50年代以来急剧减小,与北半球低纬地区（5°～35°N）和印度降水的变化趋势一致;而青藏高原中部和北部地区（唐古拉山小冬克玛底冰川,西昆仑古里雅冰帽和祁连山敦德冰帽）的冰芯积累量在相同时段内有增加的趋势,与北半球中、高纬地区（35°～70°N）降水变化趋势一致.相比而言,冰芯积累量变化幅度更为显著,表明高海拔地区对气候变化的异常敏感性.20世纪60年代北半球气候系统和亚非夏季风系统的突变可能是造成青藏高原冰芯积累量变化的原因.     

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.     

赤道西太平洋冬季环流对南亚夏季风的滞后影响

基于月平均NCEP/NACR（美国国家环境预报中心和国家大气研究中心）再分析资料（1958-1997年）,通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期南亚夏季风环流变化的关系。结果表明,冬季赤道西太平洋区域气候变化将对后期南亚季风产生显著的影响,并且,这种滞后影响随着季节的推移明显具有北移西伸的特征。冬季赤道西太平洋海平面气压异常偏高（低）,同期,在西北太平洋海域存在反气旋（气旋）环流异常,随着时间的推移,该反气旋（气旋0环流异常向东北方向移动,并且东西方向的轴线进一步伸长,致使其南部的东风（西风）异常不断北移并且向西扩展到印度半岛附近,进而导致南亚夏季风偏弱（强）。     

兴安地块下泥盆统古地磁结果对其古地理位置的制约

兴安地块对中亚造山带的晚古生代演化过程具有重要意义,然而其古地理位置目前仍无可靠古地磁数据限制.本文选取黑龙江省多宝山地区的一个下泥盆统泥鳅河组紫红色粉砂岩剖面开展了系统古地磁学研究,11个采点均显示高低温双分量特征.低温分量在地理坐标系下与现代地磁场接近,应为近代获得的黏滞剩磁或热黏滞剩磁;高温分量显示单一负极性特征,在35.7%褶皱展开处获得最大集中,经与同时代乌里雅斯太陆缘和中蒙古额尔古纳地块的古地磁数据进行对比,认为其可能遭受了附近309~299 Ma(石炭-二叠纪负极性超时期间)的花岗岩浆侵入热事件改造而获得重磁化特征剩磁分量:D/I=28.6°/-33.2°,k=18.6,α95=10.9°,对应的古地磁极为λp/φp=17.3°S/97.1°E(dp/dm=7.0°/12.4°).结合同时代周边地块的古地磁数据分析认为:晚石炭世中蒙古-额尔古纳地块、乌里雅斯太陆缘和兴安地块纬度差异小于3°,可能已形成统一陆块,位于28°~30°N附近;此时西伯利亚位于45°~50°N附近而华北和松辽-锡林浩特地块则位于赤道低纬度地区;古亚洲洋此时仍未关闭,主洋盆为贺根山洋而非索伦洋.     

日本海中部60ka以来的风尘沉积对西风环流演化的指示

对位于西风环流下风区日本海中部LV53-23岩芯沉积物的粒度特征进行了研究,重建了日本海末次冰期(~60 ka)以来的西风环流演化历史和空间变化规律.结果显示,岩芯沉积物以粉砂为主且粒度频率分布曲线多呈单峰分布,与现代日本黄沙和前人报道的邻近区域的岩芯粒度特征一致,具有典型的风尘沉积特征.众数粒组-粉砂组分的中值粒径分析表明,粉砂组分中值粒径可以用作岩芯沉积反映西风环流的替代性指标.在亚轨道及千年尺度上,粉砂组分中值粒径在MIS 3期的冰阶-间冰阶千年尺度旋回与西风环流密切相关:冰阶时,粉砂组分中值粒径增大,这与西风急流轴较长时间位于青藏高原南部,西风环流影响范围变大,风速增强,能携带更多近源的蒙古戈壁-中国东北沙地风尘至日本海有关;间冰阶时,粉砂组分中值粒径减小,这是由于西风急流轴位于青藏高原北部,携带更多远源的塔克拉玛干沙漠风尘至日本海.而在轨道尺度上,末次盛冰期时粉砂组分中值粒径的稳定低值与北半球65°N日照辐射量良好对应,表明北半球日照辐射量和中高纬温度梯度差对西风环流远距离输运粉尘起到重要作用,盛冰期时西风急流轴受北半球冰盖扩张影响显著南移导致西风环流范围也随之南移,从而对日本海40°~50°N上空西风影响减弱.     

三维副热带高压强度指数及对中国东部雨带异常表征的改进

西太平洋副热带高压(副高)是位于对流层中下层的深厚环流系统,其位置和强度的年际差异直接决定着东亚气候的异常.但现有副高参数定义均囿于500 hPa单层及5880 gpm这一特定阈值,造成副高强度指数不能很好表征我国东部雨型特征尤其是长江流域的旱涝.统计结果表明,东亚副热带夏季风强度与同期各层位势高度的显著负相关性随经度自西向东有明显的自高层向低层下传的特征.在西太平洋暖池区,最显著的负相关区位于对流层中低层,且500 hPa的相关系数明显弱于700和850 hPa,表明东亚副热带夏季风的强度更容易受到低层副高强度异常的影响.因此本文分析了不同季节西太平洋副热带地区该阈值在各格点的代表性,发现基于该阈值定义有很大的局限性和季节差异,由此从副高空间结构特征重新定义了一个新的三维副高强度指数,即(10°~30°N,110°~150°E)区域1000~500 hPa各层位势高度标准化值累积值,并和两种传统的副高强度指数对比,发现新的三维副高强度指数无论是对副热带夏季风还是对长江中下游降水异常的表征均有明显提高.虽然3种副高强度指数都能反映出和东部降水最强正相关位于长江中下游这一基本特征,但仅有本文定义的三维强度指数与之相关性可通过显著性检验,这主要是因为三维副高强度指数比其他两种指数能更好反映东亚热带和副热带地区经、纬向水汽输送的异常.     

夏季西北太平洋等位势密度面上的副热带逆流

用P-矢量诊断方法对西北太平洋等位势密度面上的地转环流进行了研究;所用的资料是美国海军0.5°× 0.5°水平分辨率的月平均温度和盐度资料,该资料源自美国海军收集的 1930～1997年期间的实测数据.计算结果不仅显现出西北太平洋等位势密度（σθ）面上的主要流系,如北赤道流、黑潮和黑潮逆流等,而且还特别清楚地揭示出副热带逆流.主要讨论夏季（6月份）副热带逆流的分布特征.6月份,副热带逆流弯弯曲曲连续地自西向东流动;在较浅的σθ面上,副热带逆流的源地向西可以一直追溯到巴士海峡以东大约122°E左右;随着σθ的增加,副热带逆流的源头和流核均向北向东迁移,但主要部分仍位于18°～23.5°N,即北回归线附近.在海面至σθ=25.8 kg/m3之间均存在副热带逆流.位势涡度分布清楚地表明,副热带逆流流核位于副热带模态水南边界的上面.     

地球自转与厄尼诺现象

著名的厄尼诺现象——东太平洋赤道附近海温异常增暖,对全球尺度的大气环流和许多地区的气候异常,有重要的影响.对于厄尼诺现象的成因,有的认为由于前期西太平洋聚集暖水以及东南信风崩溃而产生的开尔文波向东传播所致,有的主张与东南太平洋高压减弱引     

中国及周边地区夏季中尺度对流系统分布及其日变化特征

利用1996~2006年(无2004年)10年6~8月地球静止卫星高分辨率逐时红外亮温(简称TBB)资料对夏季中国及周边地区的中尺度对流系统(简称MCS)活动情况进行了统计分析, 并同已有文献中使用常规地面观测资料统计的雷暴日数分布以及低轨卫星观测的闪电资料分析结果进行了对比, 结果表明低于-52℃红外亮温的统计特征可以较好地展现该地区夏季MCS时空分布的基本气候特征. 该地区夏季MCS的总体分布特点是具有3条东西分布的带状MCS活跃区; 30°N附近的活跃中心表现为明显的东西波动状; 从大气环流来看东亚夏季风把3条MCS活跃带联系在一起. 重点对不同下垫面区域的MCS日变化特征进行分析表明中国及其周边地区具有单峰与多峰型两种MCS日变化特点, 单峰型MCS多发生在高原与山区, 多峰型MCS多发生于平原与盆地. 由于不同地区单峰型MCS持续时间与活跃时段的并不相同, 因此又可以区分为青藏高原MCS、一般山地热对流、琉球附近海域MCS等. 多峰型MCS具有类似于MCC (中尺度对流复合体)日变化的特点, 反映此类MCS生命史较长、水平尺度较大、日落后一度减弱、午夜后又再度发展. 青藏高原MCS与一般山地热对流一般都在午后发展, 但青藏高原MCS持续时间长, MaCS(a中尺度对流系统)活跃. 琉球附近海域MCS具有午夜后发展、持续时间长的特点, MaCS也较活跃. 印度季风涌地区由于充沛的水汽与有利的大尺度环境使得全天几乎任一时次MCS都很活跃, 而且MaCS非常活跃. 四川盆地地区由于山谷风环流的影响MCS夜发性特征特别显著, 该区域也是MaCS的活跃区之一. 两广地区海陆交界处是海陆风环流显著的区域, 因此MCS具有午后向陆地传播、午夜后向海洋传播的特征. 低于-52℃红外亮温的气候统计特征清楚地展现了海、陆、山地的热力性质差异所导致的MCS不同气候分布特点. 不仅大尺度大气环流而且海、陆、山地热力差异引起的局地环流在很大程度上决定了中国及周边地区夏季中尺度对流系统活动的气候特征.     

1972年冬季世界性天气异常的环流特征及其与海表水温的联系

1972年世界上干旱与大涝、严寒与酷热不仅涉及的地区多,范围广,而且其持续的时间也特别长。据世界气象组织报道,是有气象记录以来最反常的年份之一。天气异常的现象是大气环流发生异常的反映。本文想通过对1972年冬季大气环流的特征的分析,探讨它与大西洋和太平洋海表水温的联系,试图对造成大气环流异常的     

唐山Ms7.8级地震前中小地震与地球自转的关系

临近强震发生前,震源区变得极不稳定,在震中附近地区的中小地震活动或许会对微小的应力变化敏感.为了考察1976年7月28日河北唐山Ms7.8级地震发生前,震中附近地区是否存在与地球自转速率变化显著相关的地震活动,利用舒斯特(Schuster)统计检验方法,根据1970年1月~1976年6月期间发生的ML≥2.0级地震,研究了地球自转与唐山Ms7.8级地震前发生在其破裂区及其附近地区中小地震之间的相关性.检验结果用P值来评估,P值越低表示相关性越显著.就不同震级范围内的地震分析了P值随时间的变化,发现唐山Ms7.8级地震前ML≥2.5级地震存在低于1%的P值,80%的地震发生时地球自转速率季节性变化处于加速状态.进一步分析了较大空间范围(33°~44°N,113°~122°E)内,在研究区内P值处于最低值期间的空间分布,发现低于2%的P值集中分布在唐山Ms7.8级地震破裂区的东北端部.另外,唐山Ms7.8级地震发生时,地球自转速率刚经历了1次季节性变化的加速过程,处于极大值附近.因此,地球自转加速对唐山Ms7.8级地震的发生可能起到了促进作用.     

冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件

众多研究表明,ENSO事件不仅仅是热带地区大气和海洋异常年际变化现象,并且与中高纬度地区的气候异常变化相关联,一方面通过对两维定常行星波的强迫导致中高纬度地区的遥响应;另一方面,中高纬度的大气环流异常对ENSO事件的发生也具有触发作用.海冰变化可以引起盐度突变层的灾变和热盐环流的突然停止,可以导致半球乃至全球大气环流异常,最新研究表明,海冰面积变化周期与ENSO事件的周期有较好的一致性.本文讨论了冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件的关系,认为该海域海冰面积异常可以引起北半球大气环流异常响应,尤其是当海冰面积变化超前大气变化3年时,可以诱发大气高度场产生PNA型异常;ENSO事件都发生在海冰面积变化速度为极值点的冬季.     

中国东部过去2000年百年冷暖的旱涝格局

根据历史文献记载重建的过去2000年中国东部63个点(地区)旱涝等级数据及集成28条代用资料重建的中国温度变化最新序列,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,研究了百年尺度寒冷时段(440~540年、780~920年、1390~1460年、1600~1700年、1800~1900年)和温暖时段(650~750年、1000~1100年、1190~1290年、1900~2000年)的中国东部旱涝格局.结果发现,每个寒冷、温暖时段的旱涝格局虽各不相同,但在多数温暖时段,长江以北地区总体偏旱、以南地区涝.分析表明:寒冷时段的旱涝格局呈自东向西带状分布,115°E以东涝、以西则旱涝相间;温暖时段则呈自南向北的带状分布,25°N以南地区旱、25°~30°N之间涝、30°N以北地区旱,但黄土高原地区涝.冷、暖时段旱涝格局对比显示,气候由寒冷转为温暖可能会导致华北地区干旱与湘、赣流域雨涝几率同时增加.     

云南地区的地幔过渡带结构及其动力学意义

计算云南及周边地区48个宽频地震台记录的8600个远震P波接收函数,并根据参考地球模型将接收函数从时间域转换到深度域.在转换深度550 km处,将1°×1°面元内的接收函数叠加成一道信号,共获得了沿纬度28°,27°,26°,25°,24°和23°N的6个共转换面元叠加剖面,其叠加深度在0~800 km之间.结果表明:(1)在26°N以北的地区,410和660 km间断面的平均深度分别为407~408和663~667 km,地幔过渡带的平均厚度处于255~259 km之间,过渡带的厚度接近全球平均厚度250 km;(2)在26°N以南的地区,410和660 km间断面的平均深度分别为412~426和675~703 km,地幔过渡带的平均厚度处于262~279 km之间,明显大于全球平均厚度250 km.云南地区410和660km间断面的加深显然与印度板块在缅甸弧下方的俯冲有关,然而,从云南地区地幔过渡带的结构来分析,本文认为印度板块沿缅甸弧向东俯冲主要发生在26°N以南地区.     

EL NINO与我国严重的暴雨洪涝灾害

EL NINO(厄尔尼诺现象)是发生在赤道太平洋东部、拉丁美洲西岸附近、海水突然升温的现象。受它的影响,美洲大部地区、特别是厄瓜多尔、秘鲁和智利的大气环流异常,产生严重的暴雨和洪涝灾害。大西洋和欧洲西部,也有不同程度的影响.     

耦合气候系统模式FGOALS-s2海洋数据同化试验模拟的冬季Hadley环流长期变化趋势

分析了中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统DecPreS的初始化试验的模拟结果,该试验本质上是基于耦合气候系统模式FGOALS-s2的海洋数据同化试验.海洋数据同化方案采用了集合最优差值(ensemble optimal interpolation,EnOI)和分析增量更新(incremental analysis update,IAU)相结合的方案.该研究把同化试验与该模式参与第五次"国际耦合模式比较计划"(CMIP5)的历史气候模拟试验(简称历史试验)结果进行了比较,重点研究海温被观测约束的同化试验对NCEP/NCAR再分析资料揭示的北半球冬季Hadley环流增强趋势的再现能力.结果表明,历史试验模拟的北半球冬季Hadley环流在热带地区存在虚假减弱趋势,同化试验有效地改进了上述偏差,模拟的Hadley环流在5°~15°N呈显著增强趋势,与再分析资料更为接近.同化方案有效改进了对北太平洋和赤道东太平洋海温变化趋势的模拟能力,使得模拟的海温梯度变化更趋合理,最终令Hadley环流变化较之历史试验更接近再分析资料.