新疆季降水与太平洋海温的相关分析

用相关分析法分析了新疆南北疆各季降水与前一年及当年太平洋各区海温的关系，结果表明太平洋海温对新疆季降水的影响因季节不同而影响的相关区域、相关时间、相关程度也不同。太平洋海温对北疆季降水的影响明显大于南疆，对北疆汛期降水的影响明显大于其他季节。最后重点分析了ENSO事件与北疆汛期降水的关系，结果表明汛期降水异常易出现在ENSO爆发年的次年或结束年的次年。     

北半球遥相关波链结构及其在内蒙古农区夏季旱涝长期预报中的应用——旱涝课题研究之六

从内蒙古地区实际出发，分析影响我区的北半球遥相关波链结构。为将遥相关成果应用于实际业务预报，提出遥相关常定波链的概念。以夏秋季旱涝等级为预报量，计算它与北半球５００ｈＰａ月平均高度的相关场。在分析相关场中相关区与常定波链的联系后，选择两者关系密切地域的资料序列作为重要因子，强迫引入方程，加强了方程的物理意义。在分析冬春夏３个季节的波链后，发现３个季节的波链之间存在某些联系。我们将这些有内在联系的波链称为影响我区的波系统，并推论了它与极涡冷空气、副高等的关系。     

青藏高原—印度洋热力差对南亚季风活动的多尺度影响

海陆热力差异是季风形成和演变的根本驱动力,青藏高原与印度洋热力差异是影响南亚季风活动的重要因素。本文围绕次季节、季节、年际和年代际等不同时间尺度上青藏高原与印度洋的热力差异对南亚季风活动的影响,回顾和总结了相关研究成果。在次季节尺度上,主要聚焦在两者的热力差异对南亚季风爆发的影响;在年际尺度上,着重阐释了其对南亚季风强度年际变化的指示意义;在年代际尺度上,考察了热力差异和南亚季风降水关系的年代际变化。同时,本文对该领域一些需要进一步研究的问题进行了讨论。     

利用GLDAS资料分析黄土高原半干旱区土壤湿度对气候变化的响应

利用GLDAS资料分析了1948~2010年黄土高原半干旱区气温、降水和土壤湿度的变化趋势,并重点讨论了气温和降水对土壤湿度的影响和相对贡献。结果表明:近60 a来黄土高原半干旱区整体呈现暖干化趋势,增温速率明显高于全球平均增温速率;不同深度的土壤湿度的长期变化均呈减小趋势,且年际间变化明显。不同深度的土壤湿度和气温呈负相关关系,并随着土壤加深,两者的相关性加强;土壤湿度和降水则呈正相关关系,相关关系最大出现在表层土壤。通过分析气温和降水在不同季节对土壤湿度的相对贡献发现,春季和冬季气温对土壤湿度的相对贡献较降水显著,秋季恰好相反,夏季气温和降水对土壤湿度的相对贡献大小相当。对比不同深度层降水、气温对土壤湿度的相对贡献得出,降水对浅层土壤湿度有显著作用,而气温对深层土壤湿度的作用更明显。     

华南前汛期降水与500hPa高度场耦合关系特征

利用NCEP／NCAR提供的1950～1999年4～6月逐日再分析资料,通过奇异值分解、子波变换等方法分析了华南前汛期降水与500hPa位势高度场耦合关系的多时间尺度特征。结果表明：华南前汛期降水和500hPa位势高度场相互耦合的空间分布型、季节内变化存在明显的年际差异,具有多层次、多时间尺度特征;华南前汛期降水和高度场耦合相关型许多一致的年际、年代际周期表明两者长期变化的耦合关系密切;另外,两者的年代际突变都十分显著。     

卫星观测的中国地区1979—2005年对流层臭氧变化趋势

利用卫星数据分析了我国全境及不同区域对流层臭氧(O3)柱含量1979—2005年全年和不同季节的长期变化趋势,及不同季节对流层O3柱含量与南方涛动指数的关系。结果表明,对流层O3柱含量在夏季有微弱的上升趋势,其他季节呈下降趋势,但总体变化趋势并不显著;在珠三角和四川盆地地区四季总体呈下降趋势;在华北地区除了冬季之外,其他季节以及全年平均均为增长趋势,最高的增长率出现在夏季,达到1.10DU/10a。南方涛动强度的变化与我国一些地区的对流层O3变化呈显著相关,但华北地区对流层O3的增长趋势与大气环流变化的关系不明显。     

赤道东太平洋海温与长江下游地区降水异常的相关分析

本文采用最大熵谱分析方法揭示了赤道东太平洋海温和长江下游地区降水均存在3-4年和准两年的周期性振荡特征。且通过时滞相关分析发现两者均存在显著的相关关系,并以降水滞后海温约4个月的正相关最为明显。在此基础上利用一个多级数字滤波器对两者的逐月距平序列进行了高通、低通和带通滤波,并对两者在不同时间尺度上的滤波分量进行时滞相关分析,结果发现只是在2-4年的时间尺度上两者相关最为密切,并以降水滞后海温4-5月的正相关最为显著。     

梅雨、副热带高压活动与近点月位相的关系

本文研究了梅雨、副高与近点月位相之间的关系，证明梅雨和副高均与近点月位相之间存在着非同步关系的周期性泊松联系。梅雨与近点月位相之间的关系是副高与近点月位相关系的反映。然而，副高与近点月发生联系是有条件的，当副高南退时，两者不存在关系，反之，北挺时两者存在着周期性泊松联系，并且不同北挺幅度所对应的周期性泊松联系的形式也不同。     

热带印度洋海温与西北地区东部降水关系研究

利用西北地区东部1961 2009年99个气象测站逐月降水量资料,以及Hardley中心逐月海表面温度(SST)资料,采用最大协方差分析(MCA)、相关、回归等统计方法,考虑扣除ENSO(El Ni珘noSouthern Oscillation)影响后,分析了西北地区东部降水量和热带印度洋SST之间年际、年代际变化关系。结果表明:前期冬、春季持续异常的热带印度洋海盆模与西北地区东部5月降水异常主模态存在显著正相关关系,通常超前1~2个季节的暖(冷)海盆模对应5月西北地区东部降水偏多(少),并且这种显著关系存在年代际差异,20世纪70年代中期之前两者关系不显著,之后两者关系加强,通过了0.05显著性水平检验。热带印度洋海盆模对西北地区东部5月降水的影响可能是热带印度洋海盆模"电容器"效应的一种具体体现。     

基于Landsat TM/ETM＋数据的北京城市热岛季节特征研究

利用1988—2006年20景LandsatTM和ETM＋数据分析了北京市城市热岛的季节变化特征。通过反演地表温度,建立统一的城市和农村区域,计算了城市热岛强度,并采用多项式拟合获取了城市热岛强度的季节变化曲线;同时,分析了热岛强度季节特征与气候因子的关系。另外利用4景2005—2006年不同季节Landsat TM影像,分析了不同季节城市热岛的空间变化特征,并选择穿越北京城区的两条不同方向剖线（SE-NW和SW-NE）,分析了沿剖线方向城市热岛与地表类型的关系。结果显示,北京城市热岛具有明显的季节变化特征,与总云量的季节变化关系显著。最大热岛强度出现在夏季,呈现片状发散和零星热岛并存的空间分布特征。冬季为冷岛特征,其空间分布与夏季热岛一致。春秋两季热岛强度最小,但春季热岛空间差异较大。在相同季节,城市热岛强度和空间尺度在不同剖线方向具有明显的差异,这与不同地类的空间分布有关。     

多时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测中的适用性研究

基于安徽省81个气象站1961—2017年逐日降水数据及土壤墒情和干旱灾情资料,从诊断干旱日数年际变化、季节演变、空间分布、频率分布、典型干旱过程演变及与土壤墒情、干旱灾情的相关性等方面,研究6种时间尺度SPI在安徽省气象干旱监测效果。结果表明:不同时间尺度SPI在干旱监测中差异明显,6种时间尺度SPI对于干旱日数年际变化、不同等级干旱频率分布具有较好的监测效果,但对于干旱日数季节演变和空间差异性诊断与实况存在偏差;从典型干旱过程诊断来看,时间尺度越短,降水权重越大(例如SPI30、SPI60),SPI监测曲线对降水的响应越敏感,而SPI150、SPI180等时间尺度长的SPI对降水的响应又过于"迟钝";从与土壤墒情的相关性来看,时间尺度短的SPI30与10 cm表层土壤墒情相关性最好,相关系数达0.91,时间尺度长的SPI180与50 cm深层土壤墒情相关性较好;在各时间尺度SPI与年降水量的负相关及与干旱灾情的正相关方面,相关系数随着时间尺度的增长均先增后减,时间尺度适中的SPI120相关性最好。总体来看,不同时间尺度SPI代表不同含义,针对不同时间尺度的气象干旱应采用不同时间尺度的SPI进行监测评估。     

全球海洋热浪的多时间尺度变化特征及气候调控因子分析北大核心CSCD

基于1982~2019年美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)日最优插值海表温度(Daily Optimum Interpolation Sea Surface Temperature V2,OISST)观测资料和物理实验室(Physical Sciences Laboratory,PSL)多种气候观测指数,采用最小二乘回归、高低通滤波和相关分析等统计方法,分析了全球海洋热浪(Marine Heatwaves,MHWs)频次、持续时间、总天数和最大强度的多时间尺度演变特征及不同气候信号对其演变的调控。研究表明,MHWs频次在赤道西太平洋线性增长最快。在去除全球变暖趋势后,全球平均MHWs各属性年际和年代际变化均存在明显区域变化特征,主导区域也均受到多时间尺度气候信号的调制。本研究分析了5个关键海域(赤道中东太平洋、东北太平洋、西印度洋、西北大西洋、中高纬南大洋)MHWs频次等变化特征与不同气候信号的相关性,结果表明5个关键海域MHWs频次主要受年际气候信号调制。而年代际气候信号主要提供了一个背景状态,其对关键区域MHWs频次演变的影响没有年际气候信号对其演变的显著。     

基于热含量探究PDO的三维结构及信号传播特征

基于1815—2013年SODA（Simple Ocean Data Assimilation）数据不同深度的温度数据资料,进行了热含量的计算,并通过EOF分解、功率谱分析等统计方法探究太平洋年代际振荡（Pacific decadal oscillation, PDO）的三维结构和周期性特征。结果表明,太平洋的年代际变化不仅仅存在于海洋表层,海洋300 m以浅均存在年代际变化特征,其中次表层（70 m左右）的年代际变化特征最为显著。功率谱分析的结果显示,北太平洋的年代际变化周期约为18 a。利用SODA数据的温度和盐度资料对北太平洋的Rossby（罗斯贝）波波速进行了计算,计算结果显示,Rossby波向西传播,其波速随着纬度的增大而减小。对300 m以浅水体的热含量时间序列与PDO指数做了超前滞后相关,在热含量序列滞后9 a时相关系数分布与同期相关反相。对不同层次的热含量与PDO指数进行了超前滞后相关,分析PDO的演变特征,结果表明,PDO在低纬度通过Rossby波向西传播,在传播过程中深度逐渐加深。     

背景误差水平相关结构对四维变分资料同化的影响研究

为考察GRAPES全球四维变分同化（4DVar）的分析增量在谱空间的时间演变特征,分析当同化时间窗起始时刻与终止时刻背景误差水平相关特征明显不一致时对分析与预报造成的影响,对GRAPES全球4DVar的背景误差水平相关采用二阶自回归模型（SOAR）、集合资料同化生成扰动样本估计的水平相关模型以及基于这两者的背景误差谱空间融合模型进行比较。结果表明,SOAR的分析增量在20波以上的天气尺度波动的分析信息明显不足,而将集合资料同化样本所计算的水平相关的功率谱方差与SOAR功率谱方差进行融合,水平相关特征呈现出多尺度水平相关的特点,可以更好地吸纳观测信息,显著改善北半球形势场、温度与风场预报效果,南半球也有改善,对赤道地区的影响中性。表明研究发展的融合水平相关方案合理、实用。      

基于IWAP的广西干湿演变尺度效应与过程识别

伴随着全球变化和区域旱涝加剧,明晰最佳表达时间尺度,开展精细化旱涝演变监测和过程识别、支撑业务化精准预警是当前有效应对旱涝灾害的迫切需求。针对广西旱涝并存且频繁交替现象,采用距平改进的加权平均降水指数（IWAP）分析了区域日、候、旬、月、季尺度1961—2017年气象干湿演变监测的尺度效应; 并结合游程理论和极端事件强度-过程检测方法（EID）对典型干旱、湿润事件过程进行识别。结果表明:（1）时间尺度越小（如日、候）,IWAP对广西大气干湿快速频繁交替波动和空间格局变化监测效果越好; （2）日与候尺度IWAP对广西干湿面积变化监测具有强正相关一致性,其他尺度间的相关性普遍较弱,季尺度结果存在较显著的累加抵消现象,数值明显小于其他尺度; （3）各时间尺度IWAP对广西总干旱、总湿润事件频次监测差异小于各尺度间同等级干湿事件的频次差异,日与候、旬与月尺度分别表达了广西干湿事件相近的演变模态和强度分布; （4）文中方法对广西干湿演变过程及起讫时间识别效果良好,且日尺度能更好地揭示骤发性干旱和突发极端降雨湿润现象。      

石家庄春季自然物候对气候变化的响应研究

分析了石家庄1965-2007年杨絮始落、鸭梨始花和刺槐盛花3种植物物候期的变化特征以及对气候的响应规律。结果表明：（1）石家庄春季物候期普遍提早,早春的物候期提前天数多,晚春物候期提早天数少。石家庄春季物候现象普遍存在着2～3年的周期。（2）通过计算石家庄春季物候与气温、日照和降水量的相关关系,发现与气温的关系最好,与降水日数表现出弱的相关性,与日照关系不明显,说明气温是影响石家座春季物候的主导气象因子,GDD是衡量植物热量供应的较好指标,而日照对物候期影响表现出不同物种和不同物候现象间的差异性特征。（3）石家庄春季物候期与ENSO事件也表现出一定的关系,在暖事件年以物候期偏早为主,在冷事件年无明显早晚趋势。     

Mesoscale structure of tropical cyclones in the surface wind field

The mesoscale structure of tropical cyclones in the northwest Pacific in 2002–2007 at different stages of evolution (from the genesis to the maximum intensity) is studied using the QuikSCAT satellite data and JRA-25 reanalysis data. It is demonstrated that the genesis of the tropical cyclone was preceded by the formation of the stable disturbance that was observed in the vorticity field on the average 47 hours before the first report. The variability is noted of the mesoscale structure of the cyclone during the process of its formation and evolution: the increase in the intensity of mesovortices, the decrease in their number as a result of the merging, the narrowing of the area occupied by them, and localization of this area near the center at the stage of maximum development. It is shown that the relationship between the mean intensity of mesovortices at the initial disturbance and the tropical cyclone intensity is close to linear and has high correlation coefficients.     

西太平洋副热带高压季节内异常活动与亚洲夏季风系统的时延相关特征

基于西太平洋副热带高压的异常活动与亚洲夏季风系统其他成员之间存在着密切联系的天气事实,运用交叉小波的非线性时滞相关分析方法,对东亚夏季风系统成员与西太平洋副热带高压形态和变异的相互影响的基本事实和物理特征进行研究,得到了西太平洋副热带高压与主要的亚洲夏季风系统成员之间基本的关联结构和演变示意图。研究结果揭示了不同的季风子系统对西太平洋副热带高压的影响不同:影响西太平洋副热带高压强度和脊线位置异常变化的是亚洲夏季风系统中的印度夏季风子系统的5个主要成员;而影响西太平洋副热带高压西脊点异常变化的则是亚洲夏季风系统中的另一个子系统——东亚夏季风子系统的5个主要成员。研究揭示了副热带高压与亚洲夏季风系统主要成员之间的时延特征与统计关联特性,为相应的机理研究提供了事实依据。     

基于OLR资料的青藏高原地区对流活动研究

本文利用1980～2019年美国NOAA系列卫星观测的向外长波辐射（OLR）月平均资料和欧洲中心ERA5月平均地表热通量资料,研究青藏高原（以下简称高原）地区OLR与对流活动的时空分布及其演变特征,以及地表热通量与高原夏季对流活动之间的关系。结果表明:高原地区平均OLR强度由高原周边地区向中部递减,高原东部OLR低于西部,高原东部对流活动显著强于西部;近40年高原OLR总体呈较平稳的增强趋势,存在显著的6年与2～3年的周期特征,对流活动总体呈缓慢减弱趋势,但不同区域不同季节对流活动的变化趋势存在差异,其中夏季高原对流活动呈增强趋势,其他季节则以减弱趋势为主。各季节在高原三江源地区附近对流活动均呈减弱趋势,在高原南部喜马拉雅山脉北侧地区,对流活动则呈一致的增强趋势。夏季高原地表潜热通量普遍强于地表感热通量,且二者分布型近似相反。高原对流活动演变与地表感热、潜热通量均有关,且与地表感热通量的关系更为密切,二者之间普遍存在负相关关系,且在高原西部最为显著;地表潜热通量与高原东西部对流活动间相关呈东西向偶极型分布,在高原西部二者之间存在正相关关系,在高原东部则表现为负相关。     

Evaluation of Arctic Sea-ice Cover and Thickness Simulated by MITgcm

A regional Arctic Ocean configuration of the Massachusetts Institute of Technology General Circulation Model(MITgcm)is applied to simulate the Arctic sea ice from 1991 to 2012.The simulations are evaluated by comparing them with observations from different sources.The results show that MITgcm can reproduce the interannual and seasonal variability of the sea-ice extent,but underestimates the trend in sea-ice extent,especially in September.The ice concentration and thickness distributions are comparable to those from the observations,with most deviations within the observational uncertainties and less than 0.5 m,respectively.The simulated sea-ice extents are better correlated with observations in September,with a correlation coefficient of 0.95,than in March,with a correlation coefficient of 0.83.However,the distributions of sea-ice concentration are better simulated in March,with higher pattern correlation coefficients(0.98)than in September.When the model underestimates the atmospheric influence on the sea-ice evolution in March,deviations in the sea-ice concentration arise at the ice edges and are higher than those in September.In contrast,when the model underestimates the oceanic boundaries’influence on the September sea-ice evolution,disagreements in the distribution of the sea-ice concentration and its trend are found over most marginal seas in the Arctic Ocean.The uncertainties of the model,whereby it fails to incorporate the atmospheric information in March and oceanic information in September,contribute to varying model errors with the seasons.