全球气候变化背景下浮游植物群落结构的变动及其对生物泵效率的影响

在全球气候变化和人类活动的双重影响下,海洋浮游植物乃至整个生态系统的结构已发生明显的变化(如生态系统转型).综述了在全球气候变化背景下,海洋浮游植物生物量及群落结构的变动趋势,探讨了浮游植物群落结构演变与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),太平洋年代际涛动(PDO)和北大西洋涛动(NAO)等现象的关联,分析了群落结构与生物泵效率的耦合关系.     

ENSO、NAO、IOD和PDO对珠江流域降水的影响研究

通过旋转经验正交分解法,将珠江流域季节和年降水分为时间分量和相应的空间特征,研究了珠江流域降水与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、北大西洋涛动(NAO)、印度洋偶极子(IOD)和太平洋10 a涛动(PDO)的遥相关关系。同时,通过分析季节和年降水发生天数及强度的变化与ENSO、NAO、IOD和PDO指数的关系,探讨了上述气候指标对降水的影响机制。研究结果表明:1 ENSO和NAO是导致珠江流域季节降水和年降水发生变化的主要因素。春季降水与NAO和PDO成正相关,与ENSO和IOD成负相关;夏季降水与NAO成负相关;秋季降水与ENSO和IOD成正相关;冬季降水与ENSO和NAO成正相关;年降水与NAO和IOD成正相关。2 ENSO、NAO、IOD和PDO对珠江流域季节和年降水的影响主要是通过改变降水天数与降水强度来达到的,同时这种影响具有季节的差异性。     

大气与海洋角动量对地极运动季节性变化的激发

给出了大气角动量(AAM)和海洋角动量(OAM)对地极运动(极移)季节性变化激发的定量研究结果.对于周年极移的顺向分量和逆向分量,OAM的激发量约为AAM的42%和48%,对于半年极移的顺向分量和逆向分量,OAM的激发量约为AAM的84%和49%.无论是对于周年极移或半年极移,顺向分量或逆向分量,AAM与OAM激发的和,比起只考虑AAM,更接近于观测到的激发.这反映了OAM对季节性极移激发的显著贡献.AAM与OAM对季节性极移激发的和,跟观测到的激发仍存在一定的差异,这说明还存在其他的激发源需要进一步加以考虑.     

北太平洋海面高度低频变化特征及其影响因素

为了解北太平洋海面高度年际、年代际变化特征及其影响,基于1961年1月至2010年12月的简单海洋资料同化(SODA)海面高度再分析资料,采用经验正交函数(EOF)、小波分析、交叉小波等方法研究北太平洋海面高度低频时空变化特征及其影响因素。结果表明:1961-2010年期间,北太平洋沿岸地区和副热带海域海面高度存在明显上升趋势,而中纬度太平洋存在下降趋势;海面高度EOF第一模态为年际变化,呈东西反位相分布;第二模态为年代际变化,以黑潮主轴(约30°N)为界,呈"跷跷板"式分布;海面高度异常与Nino3.4指数在热带太平洋和东太平洋呈正相关,在西太平洋为负相关,且相关性随纬度升高而减弱;海面高度异常与太平洋10年涛动(PDO)指数在大洋中纬度海域显著相关,热带中东太平洋海域二者为正相关;北太平洋海面高度年代际变化和年际变化的主要影响因素分别为PDO振荡、厄尔尼诺/南方涛动现象(ENSO)。     

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。     

南海海表温度的低频变化及影响因素

利用1950-2010年HadISST1海表温度分析了1950-2010年南海海表温度的季节、年际、年代际变化规律和空间分布,并探讨了太平洋年代际振荡、厄尔尼诺/南方涛动、表面风和EI Nino Modoki对南海海表温度的影响.结果表明:南海海表温度存在显著的季节、年际和年代际变化,1975年左右发生1次由低到高的跃...     

近百年高低层大气环流的演变特征及其与中国降水变化的关系

 分析了101 a北半球低层和高层大气环流(包含四大涛动及W,C,E 3种环流型、副高强度)的演变特征,并讨论了大气环流因子的年际和年代际变化与中国降水的关系.结果表明,无论是高层还是低层大气环流特征随时间尺度的不同而不同,最显著的变化是7 a以下的年际变化.低层因子的年际变化比对流层因子明显;对流层因子的气候基本态的变化比低层因子明显.SO是低层因子中发生年际变化的强信号,NPO是低层因子中时间尺度28 a以上变化的强信号.副高是对流层中发生年际变化的强信号,E型环流是对流层中时间尺度28 a以上变化的强信号;中国近百年的降水量变化有显著的小于3.5 a,3.5~7 a,7~14 a的周期变化;中国降水和高、低层大气环流因子之间存在明显的同时相关和滞后相关关系.同时相关中,影响中国降水的主要因子为:W,NPO,SO;滞后相关中,影响中国降水的主要因子为:W,NAO,AO,E.     

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.     

2010年第8期科技期刊亮点

重建近500年南极涛动指数 北京师范大学减灾与应急管理研究院地表过程与资源生态国家重点实验室张白银等重构了公元1500年以来南半球夏季（当年12月至次年2月）的南极涛动指数,该指数能反映年际一年代际变率,且与其他研究给出的南极涛动指数有较好的一致性。     

近40年大尺度气候因子对中国洪涝灾害的可能影响

基于中国1980—2018年0.5°×0.5°逐日降水数据、紧急灾害数据库数据（EM-DAT）,分析了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和北大西洋涛动（NAO）对中国极端降水频次及强度、洪水发生率及损失的可能影响．结论如下:1)当冬季厄尔尼诺发生后,次年我国东部沿海及黄河、长江下游地区秋季极端降水强度增加26%;当冬季拉尼娜发生后,次年我国东部地区春、夏季极端降水强度分别增加8.8%、5.1%．2)当NAO为正位相时,我国大部分地区春、夏、秋季极端降水频次较高,华东地区夏季极端降水强度增加8.5%．3)与正常年份相比,冬季厄尔尼诺或拉尼娜发生后,次年我国春季洪水损失偏多14.5%,秋季洪水发生率偏低30%;NAO为正位相时,我国春季洪水损失偏少20%,秋季洪水发生率偏高14%．4)当拉尼娜发生后及NAO正位相、负位相时,我国长江、黄河和珠江流域极端降水与洪涝灾害的变化具有一致性．      

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.     

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.     

东亚地区大气环流活动与臭氧总量变化关系分析

利用欧洲中心(ECMWF)再分析资料及NOAA的南方涛动指数(SOI)等数据,分析了1984—2014年北太平洋涛动指数(NPOI)、南方涛动指数的变化趋势,以及各指数与东亚地区臭氧总量变化之间的相关关系.结果表明:1北太平洋涛动指数近31a呈现下降趋势,北太平洋涛动对东亚地区臭氧总量的变化有一定的影响.2南方涛动则主要是通过2个事件,即厄尔尼诺事件和拉尼娜事件来影响副高的强度,进而使得东亚地区臭氧总量发生变化.     

长江中下游地区梅雨与旱涝的关系

利用1736-2000年长江中下游地区梅雨期长度、梅雨量和旱涝等级资料,分析了近300年以来梅雨与旱涝的关系.从逐年的对比结果看,有64%的年份梅雨期长短(或梅雨量多少)与旱涝变化一致,即梅雨期越长,梅雨量越大,气候易偏涝,反之易偏旱;另有36%的年份二者变化并不一致.但从年代际尺度看,二者的变化趋势基本一致.此外,功率谱和小波分析表明:长江中下游地区梅雨和旱涝等级均存在2-7 a,20 a及40 a左右的周期,这可能与E1-Nino-南方涛动及太平洋年代际振荡等发生的周期模态存在关联.     

1965-2011年河北塞罕坝地区降水量变化规律的小波分析

采用Morlet复小波函数对河北省塞罕坝地区1965-2011年降水变化规律进行了小波分析,揭示了塞罕坝地区降水变化的多时间尺度特征.结果表明,47年来该地区月降水量、年降水量与生长季降水量距平值变化主要表现在两种尺度上:一种是4年左右的年际尺度振荡,这是经过高频滤波后的年际变化中的低频部分;另一种是18年左右时间尺度的年代际振荡.由于塞罕坝地区生长季降水平均占年降水量的83.1％,通常二者的变化趋势相同,但也不完全一致.由典型尺度小波系数过程线图可预测,2012-2015年塞罕坝地区的降水量仍然偏多,但距平值会减少.     

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.     

冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系

利用1957-2001年冬季的北极海冰资料、中国160站气温资料以及NCEP再分析的大气环流资料分析了冬季北极海冰面积异常与中国气温变化之间的年际关系.过去44年来,北极海冰面积总体上具有减小趋势(鄂霍次克海是例外,那里海冰面积有增加趋势),相应地北极涛动趋于增强,我国大部分地区趋于增暖.叠加这种趋势变化之上的是年际变化.在年际时间尺度上,冬季海冰变化的主要空间型表现为格陵兰海和白令海的海冰异常总是和鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常符号相反,并且与500 hPa高度场上的EU和WP型遥相关对应.当冬季格陵兰海和白令海的海冰异常偏少,而鄂霍次克海、巴伦支海东部、喀拉海(新地岛附近)以及哈得孙湾的海冰异常偏多时,西伯利亚高压和阿留申低压都偏弱,冬季风减弱,东亚西风增强,我国冬季大部分地区温度升高;反之亦然.     

自旋干涉器A-B振荡的性质

用方形回路的对称性来设计一个自旋干涉器.一束电子从方形回路左边中点注入,随后这个波包分成两束等权重的部分波函数.这两束部分波函数在方形回路的右边中点相遇并发生干涉.经过计算,最后得出A-B振荡的振幅是自旋进动角θ的函数,即Rashba自旋-轨道耦合系数α可以用来调制A-B振荡的振幅A(θ).     

湖南冬季降水的年代际突变及其影响因子

利用1960-2010年湖南20个测站的降水资料,采用经验正交函数分解(EOF)等方法分析了湖南冬季降水的年代际变化特征及其影响因子。结果表明:1973-2009年湖南冬季降水经历了两次年代际突变,分别出现在1988和1998年。1973-1987年湖南冬季降水偏少,1988-1997年降水偏多,1998-2009年降水再次偏少。湖南降水的年代际变化与西伯利亚高压、北极涛动(AO)、东亚西风急流和欧亚遥相关型年代际变化的协同作用有关。西伯利亚高压偏弱、AO指数偏强、东亚西风急流偏弱以及欧亚遥相关型为负位相这些因子的共同作用导致1988-1997年期间湖南冬季降水偏多。而1973-1987年和1998-2009年,湖南冬季降水偏少时期,上述影响因子的变化则基本相反。     

2008年冬季—2009年春季干旱的大气结构与地球转动特征

针对干旱预测的难题,利用揭示大气热结构垂直特征的V-3θ图,分析影响旱区的气流特征。根据国际地球自转服务（IERS）的数据,分析地球极移、章动和转速的变化与大气热结构变化的关系,基于地气动量守恒原理,将大气热结构与地球转动特征变化进行了制约性分析。结果表明,大气热结构异常和地球转动特征引起的冷空气路径变化与大范围干旱有关。