导致西太平洋海温异常的主要因素研究

通过对不同区域海表面温度(SST)资料做超前/滞后相关性分析, 研究导致西太平洋SST异常的主要因素。基于东、西太平洋相互作用理论和印度洋电容器效应理论, 将热带西太平洋SST异常的变化分别与热带东太平洋和印度洋SST异常做超前/滞后相关性分析, 得到每个格点与强迫场之间相关性最显著的月份, 从时间的角度研究西太平洋SST异常变化与东太平洋和印度洋之间的关系。按照上述两种理论, 由于海洋的比热大, 热响应时间较长, 西太平洋SST变化应滞后于东太平洋或印度洋2~3个月。分析结果显示, 在El Nino和La Nina事件下, 西太平洋SST异常变化均超前于东太平洋1~2个月时相关性最显著; 同时, 西太平洋SST异常变化超前于印度洋3~4个月时相关性最显著。 这表明热带东太平洋和印度洋都不是导致西太平洋SST异常变化的主要因素, 西太平洋SST异常可能由多种因素共同作用所导致。     

导致西太平洋海温异常的主要因素研究

通过对不同区域海表面温度(SST)资料做超前/滞后相关性分析,研究导致西太平洋SST异常的主要因素。基于东、西太平洋相互作用理论和印度洋电容器效应理论,将热带西太平洋SST异常的变化分别与热带东太平洋和印度洋SST异常做超前/滞后相关性分析,得到每个格点与强迫场之间相关性最显著的月份,从时间的角度研究西太平洋SST异常变化与东太平洋和印度洋之间的关系。按照上述两种理论,由于海洋的比热大,热响应时间较长,西太平洋SST变化应滞后于东太平洋或印度洋2~3个月。分析结果显示,在El Nino和La Nina事件下,西太平洋SST异常变化均超前于东太平洋1~2个月时相关性最显著;同时,西太平洋SST异常变化超前于印度洋3~4个月时相关性最显著。这表明热带东太平洋和印度洋都不是导致西太平洋SST异常变化的主要因素,西太平洋SST异常可能由多种因素共同作用所导致。     

云内辐射传输过程对对流降水过程的影响

模拟并讨论了云内辐射传输过程对积云暖云过程和积云冷云过程中的影响.计算结果表明长波辐射使云顶冷却、云底加热,使得整个云体的垂直温度梯度加大,促进了云内的对流运动;短波辐射对云顶加热作用抑制了云中的对流运动.对暖云过程,辐射传输方案的引入,使云水、地面降水量都有不同程度的增加,其中,仅考虑长波辐射传输过程时的增加更显著.对冷云过程,长短波辐射的不同作用更为明显:仅考虑长波辐射时,云中的霰量增加;同时考虑长短波辐射时,云中霰量减小.与不考虑辐射过程相比,仅考虑长波辐射传输,可以使地面降水量有不同程度的增加;同时考虑长、短波辐射传输,可以使冷云的地面降水量减少,而使暖云的地面降水略有增加.     

江淮流域夏季降水异常及与全球中低纬海温异常关系的诊断研究

对1951－1999年中国夏季江淮流域降水异常与海温异常关系的分析表明,前期及同期各季节三大洋海表温度异常（SSTA）与长江流域降水异常的关系是非常显著的,而对淮河流域降水异常总体上的影响较小,前期冬季SSTA的影响显著区主要有：热带印度洋、黑潮、热带中东太平洋和大西洋,各关键区海温异常对亚洲夏季风的影响特征为：当前期冬季赤道印度洋、黑潮、赤道大西洋和热带东太平洋海表温度异常升高（降低）,当年夏季印度西南季风和东亚热带辐合带减弱（加强）,副热带高压位置偏南（北）,副热带辐合带加强（减弱）,长江流域易发生洪涝（干旱）,相关显著性分析表明,前冬赤道印度洋和黑潮区的海温异常对中国夏季降水的影响更为显著。     

GEV指数表征的贵州夏旱分布特征及干旱事件的异常环流特征

利用贵州省81个台站的夏季降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及英国哈德雷中心(MOHC)提供的海温资料,基于广义极值分布理论(Generalized Extreme Value Distribution,GEVD),构建了一种新的干旱指数I_(Gev),研究了该指数所表征的贵州夏季干旱的时空分布特征,并对贵州夏季干旱时的环流背景进行了分析.结果表明:贵州省的夏季降水更接近于服从Weibull分布,且省内南部与东北部的夏季降水具有较大的年际变率;贵州夏季GEV干旱指数I_(Gev)具有显著的年际变化,就干旱事件的表征而言,季尺度的GEV干旱指数能够更好地反映贵州干旱事件的分布与发生发展特征;贵州夏季干旱的形成与对流层低层在中南半岛及南海地区上空出现的异常的气旋式环流以及西北太平洋日本南部洋面上空的异常反气旋式环流有关,且异常垂直环流中贵州地区受到显著的下沉运动控制,使得来自于南方的暖湿气流和来源于北方的冷空气较常年均有所偏弱,贵州省成为水汽通量的辐散区,不利于当地降水的形成,从而导致干旱的发生;最后,贵州夏季GEV干旱指数与同期印度洋北部及西北太平洋的海温的存在密切的关系,印度洋及西北太平洋海温的异常偏低可作为预测贵州夏季干旱的一个重要的前期信号.     

华南春旱特征及其与水汽输送的关系

利用1979-2005年华南47个基准站降水资料及由NCAR/NCEP II再分析资料计算所得的水汽输送通量资料,对华南春季降水特征及其与水汽输送的关系进行研究,结果表明:华南春季降水可以110.5°E为界划分为两个区域,以东区域为华南I区,以西区域为华南II区。I区降水具有显著的下降趋势,即干旱趋势显著;而II区降水下降趋势要弱得多,未超过信度检验。此外,I区降水在1994年发生突变,由多雨期突然跃变到干旱期。华南春季水汽主要来源于南海和西太平洋,并经中南半岛转向输送到华南,当南海中北部的偏南水汽输送偏弱(强)时,I区降水偏少(多),I区偏旱(涝),当南海西南部-中南半岛南部的偏南水汽输送偏弱(强)时,II区降水偏少(多),II区偏旱(涝)。     

冬春海温异常对东亚初夏季风环流的影响

用ＯＳＵ的两层大气环流模式进行了热带西太平洋冬春海温异常对东亚初夏（５月）季风环流影响的数值试验．结果表明：①海温的负距平引起西太平洋副热带高压脊南落和西伸，东亚热带季风环流减弱，我国西南和华南地区的降水增加；②海温的正距平引起西太平洋副热带高压明显减弱，西太平洋的赤道西风加强，我国西南和华南地区的降水减少     

云南降水量时空分布特征对气候变暖的响应

全球变暖对区域气候的影响研究是当今全球气候变化研究的重要内容之一.利用云南122个测站1961～2006年逐月降水量、气温观测资料及Hardley Center再分析资料,采用回归分析方法,分析了全球气候变暖背景下云南降水的时空变化特征,获得了一些有意义的结果:①近50年来云南降水量夏、秋减少,春、冬季增加,年降水减少;②云南年、四季降水有着明显年代际变化趋势;③相关分析发现,全球、北半球平均气温升高有利于云南春季、冬季降水增加,不利于夏季、秋季及年降水增加;④云南年降水量、春季降水、夏季降水及秋季降水都存在一个或多个显著性突变点,而冬季降水没有检测出突变点;⑤近50a来云南降水量变化也存在明显的区域分布特征.年降水量及秋季降水量基本为西增加东减少型,春季降水为全省一致增多型,夏季降水几乎为全省一致减少型,冬季降水滇西南减少其余大部增加.     

ENSO和NAT对河南汛期降水的协同影响

利用1981—2020年河南夏季114站降水资料和欧洲中心第五代再分析资料,通过合成分析、t检验等气候诊断方法,对河南汛期降水异常大气环流特征及其早期驱动因子进行分析.合成分析结果表明：河南汛期降水偏多年,强盛的南亚高压与低层气旋性异常环流配合,利于高空风场辐散及大气的上升运动;河南上游的气旋性异常环流不断输送冷空气,并与西伸偏强的西太平洋副热带高压配合,使得南海、孟加拉湾和西太平洋有水汽输送至河南,而汛期降水偏少年仅有西太平洋的水汽输送至河南;汛期降水偏多年对应太平洋海温从厄尔尼诺转为拉尼娜和冬季到夏季持续的北大西洋三极子负位相.经波作用通量诊断结果表明：大西洋和太平洋的海温异常上空向西太平洋输送波通量,使得西太平洋副热带高压加强西伸北抬,进而形成有利于河南汛期降水的水汽输送异常和大气环流.     

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.     

东北半干旱地区辐射收支与地表能量分析——以锦州地区为例

本研究利用2015年锦州通量观测站实测资料,对东北半干旱地区的地表辐射收支、能量平衡、地表反照率和能量闭合度等方面进行分析,得出以下结论:锦州地区向下短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显的日变化特征,而大气向下长波辐射没有.该地区8月午后易产生对流云,致使向下短波辐射日变化在午后有明显波动.净辐射平均积分值8月为12.7 MJ/m~2, 12月为-0.9 MJ/m~2,冬季全天均由土壤向地表传递能量,所以夏季盈余的能量可能储存到深层土壤,在冬季释放.感热和潜热随净辐射有相同的增减趋势,日变化并不平滑,有多个峰值.平均地表反照率12月(0.21)明显高于8月(0.18).受不同天气条件影响,在不同季节,各辐射分量的日变化特征不同.降水通过改变土壤湿度会对感热、潜热和地表反照率产生影响.采用过原点和有截距两种不同的拟合方法来评估锦州冬夏的能量闭合度,对比结果发现,冬季能量闭合度均远低于夏季.     

用湿位涡定义的南海西南季风指数及其与我国区域降水的关系研究

使用美国NCEP／NCAR1958－1997年逐日资料,对南海季风爆发前后的气象要素场作了分析。结果表明：南海季风爆发时,南海南、北部要素场变化有差异,北部西南季风爆发特征更为显著。针对南海西南季风爆发特征,提出了用湿位势涡度定义季风指数,它能很好地反映夏季风爆发的特征。其中,用湿位热涡度定义的季风指数对长江中下及华北华南地区的旱涝具有一定的预示性。相关分析表明：前一年冬季的季风指数和秋季的季风指数分别与华北次年夏季降水、华南次年春季降水有显著的相关,而当年夏季的季风指数与长江中下游当年秋季降水呈显著正相关。     

青藏高原冬季积雪异常对东、南亚夏季风影响的初步数值模拟研究

利用一个耦合了简化的简单生物圈模式的大气环流谱模式（ＳＳｉＢ－ＧＣＭ），初步探讨了青藏高原冬季积雪异常对东、南亚夏季风环流和降水的影响及其机理。结果表明，高原地区冬季积雪增加将使随后的夏季东、南亚季风明显减弱，主要表现为东、南亚季风区降水减少，索马里急流、印度季风槽和印度西南气流减弱。另外，还提出欧亚大陆雪盖与整个高原雪盖和高原东部雪盖对东、南亚夏季风影响的敏感性问题。与欧亚大陆雪盖相比，高原雪盖是影响东、南亚季风的更敏感区，冬季高原以外雪盖增加，有可能使亚洲季风增强；当高原东部雪盖增加时，高原以东地区及印支半岛降水减少，印度东部、南部和孟加拉湾西北部降水反而增加     

温室气体变化数值模拟试验中全球降水和温度变化的迟滞效应

利用耦合气候模式(GFDL-CM2.1)研究变动气候背景下全球平均降水和温度的变化。不同情景CO2 强迫试验表明, 降水变化存在明显的迟滞效应。全球平均降水与地表温度的变化存在显著的线性关系, 但是降水同时也受到CO2 浓度的直接影响。在CO2 增加又恢复的试验中, 降水变化滞后于地表温度变化, 出现降水 “迟滞效应”。在CO2 增加过程中, 温室效应增强会立即导致大气长波吸收增强, 大气获得的净辐射能量增加, 为维持大气能量收支平衡, 地面向上潜热通量受到抑制, 形成CO2 增加对降水的抑制效应。随之而来的温度上升则主要引起大气层顶出射长波辐射以及大气对地表的长波回辐射增加, 大气净辐射能量减少, 地面潜热通量增加, 从而引起降水的增加。在CO2 减少过程中, 情况正好相反, 温室效应减弱会增加降水, 而温度降低会减少降水。温度和CO2 对降水的不同影响决定了降水的迟滞效应。     

利用GRAPES-UCM模式对广州典型污染天气过程的数值模拟研究

利用城市冠层加强观测资料对GRAPES-UCM模式进行了多个例的模拟分析与效果检验,表明:城市冠层效应使城市平均气温升高1.2℃,感热通量增加163%,热岛效应增强近1.3℃;城区风速减小16%,而风速的脉动增大;GRAPES-UCM模式对城市地表温度、风速、向下短波辐射、向上长波辐射、感热通量等的模拟结果与实际观测更为接近.近地面静小风、稳定的近地面层结(逆温)及风向的辐合导致污染物的局地堆积,容易造成高PM2.5浓度与低能见度的灰霾天气;与台风外围下沉气流相联系的高温有利于高臭氧事件的发生.城市冠层模式的引入对GRAPES模式在城市下垫面的模拟效果有显著的提升作用,能更好模拟出不利于污染物扩散的气象条件.     

中国及其周边地区夏季土壤湿度-降水耦合特征

利用1981-2008年美国国家环境预报中心气候预测系统再分析资料,对中国及其周边地区夏季土壤湿度、潜热通量、抬升凝结高度以及降水量的空间分布特征和土壤湿度-降水耦合特征进行了统计分析.结果表明,在土壤湿度较大的地区,潜热通量和降水量较大,抬升凝结高度较小;在土壤湿度较小的地区,潜热通量和降水量较小,而抬升凝结高度较大;在中国华北平原部分地区、东北平原部分地区、海南岛以及贝加尔湖以南部分地区,土壤湿度-降水耦合较强;在土壤湿度-降水耦合中,潜热通量起着十分重要的作用,耦合弱的原因可能在于潜热通量小且空间变化不明显.     

正常季风年华南夏季“旱涝并存、旱涝急转”之气候统计特征

强"旱涝并存、旱涝急转"(DFC)事件是华南地区夏季频发的一种气象灾害,指在同一季节内旱、涝事件交替出现的情形,是东亚夏季风季节内变异的显著表现之一,长期以来对其研究较少.文中揭示了华南夏季DFC现象与季节性严重旱、涝事件的显著差异,对华南夏季DFC的气候统计特征的研究表明:华南DFC夏季总雨量往往趋于正常,季节平均季风分布接近正常年份,强DFC夏季易"旱"且易"涝",而弱DFC夏季则较为"风调雨顺";华南DFC夏季同期大气环流的季节平均特征总体看来接近气候态(即正常年),但强DFC夏季低层80°E—130°E之间的越赤道气流、澳大利亚高压、孟加拉湾-中南半岛的偏南风水汽输送以及高层的伊朗高压和东亚东风急流均强于弱DFC夏季;此外,华南强DFC夏季前期往往伴随着冬春季的QBO信号增强、秋冬季中国近海-西北太平洋海温和春季东、西印度洋海温增暖.所有这些为华南夏季DFC现象的预测提供了有参考意义的前兆信号.     

不同沙尘天气微气象和沙尘演变规律的对比研究

利用内蒙古浑善达克沙地沙尘暴实验探测资料,给出2004年春季多次沙尘天气过程近地面微气象学要素、湍流通量及沙尘浓度的极值对比,重点分析了3月27-28日强沙尘暴过境时近地面微气象学要素和辐射分量的变化特征。结果表明： 沙尘天气过程中,白天近地层温差均有不同程度的降低,夜间逆温强度减弱;净辐射与感热通量较晴空值均有不同程度的削弱。沙尘天气过境时,动量通量显著增加,动力湍流与热力湍流配合,有利于加强沙尘源区的局地起沙和沙尘的垂直输送过程。3月27-28日强沙尘暴过境时,伴随地面水平风向的转变,沙尘浓度迅速增加,风速及其垂直梯度增大;在沙尘暴增强阶段,近地层降温达7℃,比湿出现极大值,净辐射和感热通量降为负值。当沙尘浓度达到最大值后,净辐射上升至零,反映了夜间沙尘气溶胶对低层大气和地表的保温作用。     

夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析

利用太湖表面2012年6~8月的辐射和湍流通量观测资料,分析了太湖夏季晴天辐射平衡和能量平衡各组分的日变化特征。结果表明:12012年夏季晴天太湖表面向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射日平均值分别为282.6、19.5、425.8、478.6 W/m2,反照率日平均值为0.05;2夏季晴天净辐射、感热通量、潜热通量和热储项日平均值分别为210.3、3.8、121.8、5.7 W/m2;3夏季晴天感热通量白天为负最小值为-13.4 W/m2,夜间为正最大值为17.3 W/m2。潜热通量晴天白天最大值达到216.6 W/m2,是能量平衡分配的主导;与陆地下垫面不同的是,夜间潜热通量仍保持正值。热储项白天为正,夜间为负,约60%的能量以潜热的形式消耗。天气过程出现时,湖体稳定的正温层被打破,累积热储项急剧减少。     

中国春季沙尘气溶胶的辐射效应及对气候影响的研究

本文在区域气候模式RIEMS2．0中引入沙尘气溶胶的起沙机制,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式,并在辐射模块中加入沙尘气溶胶的影响,模拟沙尘气溶胶的输送、扩散、沉降等过程以及对辐射的影响．利用此模式得到了1998年春季3、4、5月中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布、沙尘气溶胶的柱浓度分布、光学厚度等物理量及其辐射效应和气候效应．结果表明春季中国沙尘源区主要集中在内蒙古西部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠,中部的浑善达克沙地,南疆塔克拉玛干沙漠东部,河西走廊地区以及青海的柴达木盆地附近,这些地区的起沙率大于5μg／（m^2·s）,最大为65μg／（m^2·s）;沙尘气溶胶柱浓度最大值达0．55g／m^2,出现在塔克拉玛干沙漠地区,相应的光学厚度最大值是0．50．沙尘气溶胶使得中国地区地面短波辐射收入平均减小了4．10w／m^2,地面长波辐射收入增大了,＋0．46w／m^2,地面净辐射强迫为-3．64w／m^2,大气辐射收支与地面相反,净辐射强迫为＋3．10w／m^2;同时沙尘气溶胶通过影响到达地面的辐射使得地面有较强的降温,整个模拟区域平均地面气温降低了0．24K,而北方地区地面气温降低了0．37K;沙尘对于降水的影响主要体现在对小雨的影响上,沙尘气溶胶使得模拟区域内小雨减小了20％左右;另一方面,华北地区降水受沙尘气溶胶影响最大,总降水减少了13．8％,而全区域总降水只减少了2％．