我国9大气候区降水特性及其物理成因的研究Ⅰ——基本特性分析

首先利用旱涝Z指数对全国9大气候区的旱涝进行了评定，并给出我国9大气候区旱涝Z指数的分布图。分析结果表明，1950年代我国除新疆地区处于偏早期外，其它几个区都处于多雨量期，1960年代由多雨向少雨转变的时期，1970年代——1980年代中期我国大部分地区处于雨量偏少期；1990年之后我国各个区的雨量都有所增加。此外，还应用Morlet小波变化对我国9大气候区降水的旱涝周期变化、旱涝分型及变化趋势进行了分析。研究结果表明：在16年、32年层次变化上，各气候区在不同时间段上，8年层次上降水的变化出现了一定的规律：东北、华北在1980年之后存在1年位相差；而长江中下游、江南及华南三者之间在1951～1970年时段上依次有着2年的位相差；长江中下游、内蒙及新疆之间依次存在着3年位相差。     

基于降水Z指数的山东省近60年旱涝变化特征

利用山东省123个国家级气象观测站1954—2013年的逐月降水量资料,对全省降水情况进行分析,将平均降水量值较为一致的站点结合地理分布特征,把山东省划分为鲁西北黄泛平原、鲁中山区、山东半岛丘陵、鲁西南平原、鲁东南平原5个气候区。通过各气候区代表台站资料,计算出逐年降水Z指数,发现近60a鲁西南、鲁东南及山东半岛易涝易旱,并易发生等级较高的旱涝灾害。运用趋势系数法、M—K趋势检验法、滑动t检验法和Morlet小波分析法分析各气候区降水Z指数的年际变化特征、突变特征及周期特征,得出近60a5个气候区逐年Z值均呈减少趋势,鲁西北、山东半岛、鲁东南降水Z指数突变时间均在1979年前后。鲁中降水Z指数存在16a左右的年代际旱涝变化周期,鲁西北在1970年代中期之前存在9a左右的年代际旱涝变化周期,山东半岛存在的年代际旱涝变化周期则以12a为主,鲁西南在1974年之前的周期以8a为主,鲁东南在1980年代之前的周期为12a左右,之后周期加长。     

长江中下游夏季降水及其与全球热通量的关系

统计分析了1951-2002年52 a长江中下游夏季降水的年际和年代际变化特征.结果显示:长江中下游夏季降水在20世纪60、70年代处于少雨期,80年代旱涝相间,90年代处于多雨期,而且年际异常和年代际异常的配置决定了旱涝的强弱.在此基础上,分析了长江中下游夏季旱涝年的前期潜热和感热通量在年际和年代际尺度上的异常合成场,以及夏季旱涝年同期大气环流场及风场的异常合成场.结果表明:中北太平洋西部(T区)和日本以东洋面(R区)当年春季热通量的异常分布形势是长江中下游夏季旱涝的一个前期讯号.     

基于标准化降水指数的近51a山东临沂市旱涝时空特征

基于1961—2011年临沂市10个气象观测站的逐月降水数据,采用标准化降水指数（SPI）,分析了临沂市旱涝时空分布特征。结果表明：临沂市旱涝变化具有阶段性特征,1960年代初中期和1970年代初中期,雨涝频繁;1960年代中后期和1970年代中后期及整个1980年代,干旱频繁;1990年代到21世纪初早期旱涝交替发生,2003年以后以雨涝为主。冬春季干旱呈弱的减轻趋势,秋旱呈弱加剧趋势,夏季旱涝变化趋势不明显。北部山区、西部丘陵、南部平原的旱涝变化总体上具有相对一致的趋势,但在1960年代中期、1980年代中期、21世纪初早期西部丘陵的旱涝变化幅度较其他2个区域要大。全市旱涝变率在21世纪初早期最大,1970年代中后期最小,3个区域的变率总体上表现出与全市大致相同的趋势,2004年以后南部平原旱涝变率持续增大。     

夏季东亚大气遥相关型变化特征及其与长江中下游旱涝的关系

用 ５００ ｈ Ｐａ 高度场资料及中国 １６０ 个站的月平均降水资料,采用 Ｅ Ｏ Ｆ、合成分析和奇异谱分析等方法,分析了长江中下游旱涝年夏季降水与同期东亚大气环流的关系,结果表明长江中下游旱涝与 ５００ ｈ Ｐａ 高度场东亚太平洋遥相关型（ Ｅ Ａ Ｐ）关系密切, Ｅ Ａ Ｐ指数能较好地反映夏季 ５００ ｈ Ｐａ 高度场的配置及长江中下游降水。文中重点讨论了 Ｅ Ａ Ｐ指数的振荡周期及高低指数年西太平洋副高的变化特征。 Ｅ Ａ Ｐ指数 ３～６ 年、准两年及年代际变化反映了长江中下游旱涝的年际变化及年代际变化趋势。 Ｅ Ａ Ｐ高指数年（对应涝年）,西太平洋副热带高压为纬向型,随季节南北移动较缓慢,副高位置偏南偏西,并且强度偏强;而 Ｅ Ａ Ｐ低指数年（对应旱年）,西太平洋副高呈经向型,随季节由西南向东北移动较迅速,副高偏东偏北,并且强度偏弱。     

春季海平面气压指数与我国夏季降水的关系

对近五十年全球海平面气压场和我国夏季降水资料进行奇异值分解,得到海平面气压场与夏季降水的分布特征及其反映年际变化的关键区,据此分别构造了春季(3～5月)经向气压指数(IMP)、纬向气压指数(IZP).结果表明长江中下游夏季旱涝的发生与前期春季的环流异常有关,春季IMP和IZP与长江中下游夏季降水有很好的相关性,并能有效地反映极端降水(旱/涝)情况.在强(弱)气压指数年,长江中下游地区降水偏多(少).同时两气压指数与华南地区夏季降水有显著的负相关,这与我国东部长江中下游与华南地区降水负相关相一致.因此,春季IMP和IZP具有预报意义.     

东亚季风近几十年来的主要变化特征

本文简要综述了关于东亚夏季风和冬季风近几十年来的主要变化特征的若干研究结果,特别是关于其年代际变化方面.夏季风及夏季气候的主要变化特征有:1970年代末之后东亚夏季风的年代际时间尺度的减弱以及相应的我国夏季降水江淮流域增多而华北减少、1992年之后我国华南夏季降水增多、1999年之后我国长江中下游夏季降水减少而淮河流域夏季降水增多、东亚夏季风和ENSO之间的年际变化相关性存在不稳定性.而关于东亚冬季风与冬季气候的主要变化特征有:1980年代中期之后东亚冬季风及其年际变率减弱、1970年代中期之后冬季风和ENSO的年际变化相关性较弱、近年来的北极秋季海冰减少对北半球冬季积雪增多有显著贡献、东北冬季积雪在1980年代中期以后增多.与上述变化有关的极端气候和物候都发生了多方面的变化.     

夏季东亚大气遥相关型变化行征及其与长江中下游旱涝的关系

用５００ｈＰａ高度场资料及中国１６０个站的月平均降水资料,采用ＥＯＦ,合成分析和奇异谱分析等方法,分析了长江中下游旱涝年夏季降水与同期东亚大气环流的关系,结果表明长江中下游旱涝与５００ｈＰａ高度场东亚－太平洋遥相关型（ＥＡＰ）关系密切,ＥＡＰ指数能较好地反映夏季５００ｈＡａ高度场的配置及长江中下游降水。文中重点讨论了ＥＡＰ指数的振荡周期及高低指数年西太平洋副高的变化特征。ＥＡＰ指数３￣６年,准两年     

川渝地区夏季旱涝与海温异常浅析

利用1951—2006年6—8月降水资料计算了川渝地区旱涝指数Z指数,确定出该区域旱涝等级及其对应年份,分析这一带历年旱涝情况及年际变化特征,并用相关和合成分析法分析旱涝与海温的关系。结果表明,1950年代末至1970年代前期,这一带地区以旱为主,3个重旱年有2年出现在这个时段内;1970年代末至2003年,旱涝年均有,但以涝为主,2006年则出现了1951年以来最旱的年份。旱涝指数与SST的相关分析显示Z指数与前期SST,特别是1—3月SST有较好的相关关系,Z指数与赤道中东太平洋SST显著正相关。重涝年赤道中东太平洋广大海域SST呈明显的正距平,而重旱年则为大范围SST负距平。2006年1—3月赤道中东太平洋海温呈明显负距平、南太平洋20°S以南到40°S之间海域海温呈显著正距平有利于川渝地区出现严重干旱。     

东亚、东南亚、南亚地区降水的年变化和年际变化

本文应用了1951—1980年4—9月月平均和1961—1970年4—9月旬平均降水资料,研究了东亚、南亚和东南亚降水的年变化和年际变化,分析了中国东部、西部降水差异及长江流域夏季旱涝的特征.结果指出,东亚、南亚和东南亚4—9月200mm以上大雨区分布的总趋势呈西南-东北向,它和西南季风的走向近于一致.在这条大雨带之中,包括了三种不同类型的降水.此外,中国江淮地区旬降水量在7—9月存在周期约为20天左右的准周期振荡现象,它和中国西部的降水分布完全不同.中国华南和华中的降水与El Nino现象具有相反的关系.统计结果表明,长江中下游夏季发生持续性多雨和持续性少雨的机率只有23％,大部分年份属于正常降水年份.最后也讨论了影响长江中下游地区夏季旱涝的环流因素.     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。     

气候系统性态行为复杂性的探索

用滑动t-检验方法(Moving t-tcst technique)对中国东部部分地区年降水量序列进行阶段分析,从各阶段气候性态频率分布特征得到启示．对气候系统性态行为的复杂性进行探索。提出气候系统性态行为的确定性与随机性份额比接近Fibonacci数(黄金分割比)的假设。用信息论的方法对气候变量的不确定性做了定量计算和分析，讨论了气候预测的局限性．提出气候预测(以年降水量为例)准确率的理论上限在中国北方可能为75％左右：在中国南方可能为80％左右。     

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

地球旋转向量水平分量对赤道β平面上波动的影响

文中利用合理的赤道 β平面近似方程组研究 β效应和地球旋转向量水平分量 (即Coriolis力分量 f*=2 Ω cosφ)共同作用下低纬度大气波动的特征。定性结果分析表明 ,若扰动与纬度有关 (混合 Rossby-重力波和 Rossby波 ) ,f*虽然不影响波动传播的频率特征 ,但修改其决定波动经向结构的振幅。如果扰动与纬度无关 (Kelvin波 ) ,则 f*的影响消失 ,这与 f*- f平面上波动的情况显然不同。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.     

日本东部附近海域海温异常对鄂霍次克海高压的影响

通过诊断分析和数值模拟,研究了初夏日本东部附近海域负的海温异常对6月鄂霍次克海地区阻塞高压的影响。首先,利用1951—2000年6月份的500hPa月平均位势高度资料计算了历年6月鄂霍次克海阻塞高压指数,并分析了它的变化规律。其次,对阻塞高压年和非阻塞高压年的500hPa位势高度及其异常进行合成和相关分析表明,阻塞高压年,鄂霍次克海地区存在明显的正高度异常,贝加尔湖附近为负高度异常,乌拉尔山附近为正异常,欧亚中高纬度地区纬向呈“ - ”型;日本东部为负高度异常,东亚呈偶极型。这种高度异常形势为鄂霍次克海阻塞形势的形成和维持提供了大尺度环流背景。对鄂霍次克海阻塞高压指数与同期北太平洋海温的分析结果表明,当鄂霍次克海阻塞高压活跃时,日本东部附近海域为明显的负海温异常。此外,对1998年6月的典型个例的分析也发现,当年强盛的阻塞形势维持时,日本东部附近存在强大的负海温异常。最后,设计假想的负海温异常试验,利用NCAR CAM3模式模拟了日本东部附近海域负的海温异常对初夏欧亚大气环流的影响。结果表明,在该地区5和6月加入较大负的海温异常后6月份鄂霍次克海地区500hPa会产生最大超过4dagpm的正位势高度异常并经检验显著,这种正的高度异常显然对鄂霍次克海阻塞高压的形成十分有利。     

影响台湾岛海域的西太平洋台风特征分析

选取台湾岛附近海域(20~27°N,117~125°E)为计算区域,对1949~1999年发生在该海域的西太平洋台风的路径分类、月际变化、年际变化、周期特征、移速和强度等要素进行了气候统计学分析,得出7~9月是台风发生的关键月份,台风发生频次的年际变化表现为下降的趋势,且1995~1999年近5年时间台风频次一直稳定维持在较低水平。用Mann-Kendall方法做突变分析和t检验,没有明显的突变年。利用小波分解技术,计算得出影响台湾岛海域的西太平洋台风年发生频次具有4~6年和13~14年左右的周期。西北行路径西太平洋台风是登陆台湾岛和进一步登陆我国大陆的主要台风,西行路径台风51年来没有登陆我国大陆的记录,转向行路径台风强度最大,平均移速最快。