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10hPa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10hPa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10hPa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10hPa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10hPa温度变化的影响方差贡献率达到58％,是10hPa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.     

记录太阳活动的秘密——树木年轮

研究树木年轮就可以分析出太阳的黑子和耀斑的活动情况,进而总结出太阳活动的规律?这看起来似乎是风马牛不相及的事情,却被证实是一种非常有效的方法,已被科学家频繁使用——通过探讨树木年轮的变化情况,不仅可以让我们上知天文,甚至还可以用来预测未来的气候。当太阳内部某些区域的高温离子气体对流时,受到太阳磁场的影响而导致温度低于周围不受磁场影响的区域,亮度也     

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。     

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．     

北半球平流层高层极涡变化特征的模拟研究

应用一个包含完整平流层的谱元大气模式(SEMANS),对平流层高层极涡进行模拟研究,并系统地讨论了位于平流层高层北半球极涡面积及位置的年际变化特征。结果表明:模式能再现平流层高层及中间层大气温度场及风场的特征,温度在平流层高层随高度的增加而增加,冬季温度变化幅度比夏季大;还可再现1月和7月平流层高层中纬向风随高度的分布特征。平流层高层的极区环流系统9月至次年4月为气旋,6月和7月为反气旋。位于北半球平流层高层的极涡面积在全年过程中呈现先扩大后收缩的趋势,极涡位置在秋冬季变动幅度最大,呈现明显的偏心结构偏向亚洲大陆区,只有夏季表现为绕极环流。位于平流层高层10 h Pa的极涡面积的变化要提前相对于它更高的层次,各层极涡变化相互影响,关系紧密。     

异常的第24太阳活动周——新千年的第一个完整的太阳活动周

介绍自2007年下半年到现在的非常低的太阳活动状况:无黑子活动天数为16太阳活动周以来最多,不排除24周的无黑子天数是现代黑子周内最多的可能;高纬度(35°)黑子的纬度为12周最低;从2003年11月～2008年9月,较高纬度(20°)每月没有黑子或只有1个黑子,共计持续了58个月,也为12周以来第一次观测到;太阳风速度、太阳风压、10cm电磁波辐射、太阳极区磁场、太阳总光度辐射等参量都为有观测资料以来的最低.对于这种极低太阳活动的现象,介绍了从当前的日震观测给予的解释、也从Gleissberg周期的长尺度、超长太阳活动周期尺度给予了解释.依据目前的观测,我们确定24黑子活动周于2008年11月开始.综合多种经典太阳活动预报方法给出的对24周太阳活动水平的预报,以及美国国家航空航天局和美国国家海洋大气局对24周的未来发展趋势的预报,认为24周太阳活动水平估计比23周将要弱30%左右.异常的24太阳活动周为太阳物理和日地关系物理研究带来机遇.     

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.     

太阳微粒辐射对700毫巴平均环流场的效应

本文以地磁北极为中心,分析了1953—1959年中,太阳活动高值年(1957—1959)和低值年(1953—1955)北半球700毫巴等压面平均高度的变化情况。主要结果为: 1.在高纬区(磁纬80°—70°)太阳活动强盛时期700毫巴等压面平均高度大于这七年的平均高度,而太阳活动弱的时期,则700毫巴等压面平均高度小于七年平均值。在磁纬60°—40°,则太阳活动强的时期700毫巴等压面平均高度小于太阳活动弱的时期的平均高度。2.在极光带附近(磁纬70°附近)太阳活动对气压场的影响比较明显。3.找出了太阳活动第十九周内,太阳活动对北半球影响较明显的地区:北极地区,阿拉斯加地区,西伯利亚北部,北大西洋和北太平洋地区。     

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.     

亚印太交汇区低纬上空不同层次大气臭氧的时空变化分析

 利用ECMWF 195709~200208共45a的多层臭氧质量混合比月平均资料,详细分析了亚印太交汇区(AIPO)低纬地带上空平流层、对流层各层次上臭氧浓度的分布特征.结果表明:①区域上空对流层、平流层及臭氧总量大尺度特征均显著,纬度带分布特征明显;②对流层和平流层臭氧各个季节变化趋势相反,平流层臭氧和臭氧总量各个季节变化趋势一致;同一层次夏季臭氧浓度变化趋势与其他3个季节变化趋势相反;③区域上空20~3hPa是臭氧浓度的高值区,50~30hPa臭氧平均变化幅度最大;④对流层臭氧距平变化在整个高度上较为一致,正、负距平随季节绕赤道做南、北半球摆动,且存在季节性突变;⑤赤道上空有明显从平流层上层随季节逐渐往较低层传播的臭氧正负距平现象.     

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.     

天津市武清区近60年汛期气候变化特征分析

利用天津市武清区国家一般气象站1961—2020年汛期的观测数据对武清区近60年的气温、降水量和日照时数等气候要素进行分析,结果显示：武清区汛期平均气温、平均最高气温和平均最低气温均呈上升趋势,平均气温每10年约上升0.26℃,20世纪90年代后进入偏暖时期,各年中7月气温最高且升温速率最快;降水量和降水日数总体呈下降趋势,分别表现为每10年约下降18.62 mm和0.62 d,20世纪70年代后进入降水偏少时期,主汛期对降水量的贡献率高达72.3%;日照时数年际差异大且呈显著下降趋势,每10年约下降51.15 h,20世纪90年代后进入日照偏少时期,主汛期的日照时数最少且7月的下降速率较快。     

近35年深圳市气候变化与城市化发展的关联性

依据深圳市气象站1979—2013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、主成分分析和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(0.573℃/10a)远大于平均最高气温的升温速率(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—2010年,深圳市的平均相对湿度比20世纪80年代的平均相对温度下降大于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U_1、U_2的升温贡献率分别达到了63%和78%;以建筑业指数、农作物播种面积和工业指数等为主要指标构建的综合指标U_4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.     

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.     

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.