青藏高原气温变化趋势与同纬度带其他地区的差异以及臭氧的可能作用

利用台站探空观测资料和卫星观测资料,分析了1979—2002年青藏高原上空温度的变化趋势。结果表明:高原地区上空平流层低层和对流层上层的温度与对流层中低层具有反相变化趋势。平流层低层和对流层上层降温,温度出现降低趋势,降温幅度无论是年平均还是季节平均都比全球平均降温幅度更大。高原上空对流层中低层增温,温度显示出增加的趋势,并且比同纬度中国东部非高原地区有更强的增温趋势。对1979—2002年卫星臭氧资料的分析表明,青藏高原上空臭氧总量在每个季节都呈现出明显的下降趋势,并且比同纬度带其他地区下降得更快。由于青藏高原上空臭氧有更大幅度的减少,造成高原平流层对太阳紫外辐射吸收比其他地区更少,使进入对流层的辐射更多,从而导致高原上空平流层低层和对流层上层降温比其他地区更强,而对流层中低层增温更大。因此,高原上空比其他地区更大幅度的臭氧总量减少可能是造成青藏高原上空与同纬度其他地区温度变化趋势差异的一个重要原因。     

近50 a北半球和青藏高原地面及其高空温度变化的初步分析

通过分析北半球和青藏高原地面平均气温与它们上空500hPa平均温度、200一500hPa平均厚度在不同时期和不同纬度带的趋势变化特征,了解其地面气温和其对流层中上层温度的年代际变化趋势以及相互关系。可以看到近50a地面气温和500hPa温度年代际变化大致相同,20世纪70年代中期之前都为降温,70年代中期以后为不同程度的升温。200—500hPa厚度代表的对流层上层温度与对流层下层温度变化趋势相反,70年代前明显升温,70年代后明显降温。分析还表明,对流层各层温度在不同纬度和不同季节的变化也不同。     

中国高空温度变化初步分析

利用全国1961～2004年134个台站的探空温度资料,对我国各高度层温度变化趋势进行了初步分析,并对比讨论了与地面气温变化的关系.结果表明,自从20世纪60年代初以来,我国对流层温度变化呈微弱减少趋势,整体温度下降速率为-0.06℃/10 a;对流层中下层温度表现出微弱增加,增温速率为0.05℃/10 a,比同期地面气温增暖趋势弱得多.1961年以来,我国对流层上层和平流层底层年平均温度均呈现明显下降趋势,变化速率分别为-0.17℃/10 a和-0.22℃/10 a.近25年来中国对流层中下层的温度呈现明显上升,增温速率达到o.25℃/10 a,与地面气温变化趋势更为接近.我国高空和地面温度变化结构的这一特点与全球或北半球平均情况大体相似.但是,20世纪60年代初以来对流层中下层与地面气温变化趋势的明显差别,以及最近20多年对流层中下层与地面的同步增温,仍然需要给出合理的解释.     

近30年青藏高原上空大气温度变化特征

根据青藏高原地区16个探空站近30a (1979~2008年)的月平均温度资料对该地区高空年、季平均温度演变特征进行了分析。结果表明:(1)高原上空年、季平均温度均具有较高的空间一致性,其中夏季的一致性特征最弱;(2)高原上空250hPa层及以下和50hPa层及以上平均温度的季节变化特征为冬季最冷、夏季最热,100~70hPa层与其相反;(3)近30a来高原地区对流层中上层(500~250hPa)年平均温度是上升的,对流层上层至平流层下层(150hPa层及以上)以降温为主,高层的降温普遍始于1984年,且变冷显著。      

近40年中国高空温度变化的初步分析

为了了解高空气温的长期变化趋势,利用中国28个高空探空站1961—2000年间地面至高空10hPa的温度资料进行了统计分析,结果表明:从地面到高空200hPa最冷在1月,最热在7月;但是在最冷的100hPa层以上,其气温年变化位相相反,即1月最热,8月最冷;50hPa层以上温度的年变化不大。近40余年来,年平均气温变化趋势自地面至700hPa,绝大部分地区温度上升,尤其是地面增温最为显著,而西南地区有降温趋势;对流层上层至50hPa的平流层的温度在降低,尤其是50hPa降温最为显著。北半球的较强火山喷发对中国32°N以南的低纬与32°N以北的中高纬地区高空温度的影响不同。火山喷发后,低纬地区平流层第1~26个月温度均有不同程度增温,其中在第7~8个月增温最明显;在对流层以下,第6~11个月、第16~27个月出现2次明显降温时段,第1次降温最明显。中高纬地区平流层在第1~16个月、第20~29个月出现2段增温,第1段增温时间跨度长、强度大,第17~19个月出现了降温。在对流层以下第2~5个月、第14~18个月、第21~30个月出现3次明显降温时段,第3次降温持续时间长,整体降温强度较大。     

三种再分析资料的高空温度与中国探空温度资料的季节平均特征对比分析

利用中国105个测站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA三种再分析资料,采用线性趋势和EOF分析等多种统计分析方法,对再分析资料的季节平均高空温度在中国区域的可信度进行了分析.结果表明,在数值上,春、夏、秋季的分布形势较为相似,大多表现出NCEP资料在对流层上层与探空资料更为接近,ERA和JRA资料在对流层中下层与探空资料更为接近,而冬季与其他季节差别较大;在描述长期变化趋势方面,不同季节不同资料的情况不一致,特别是夏季我国南部地区的对流层中层存在较大范围的降温趋势;在不同区域上,相比于探空资料,三种再分析资料在我国北方的描述能力比南方好,东部比西部好;在时空变化特征方面,三种再分析资料第一模态的分布在不同季节差异较大,而第二模态的分布在各季节则较为一致,大多表现出整层温度南北反位相变化的特征.     

中国东部地区人为气溶胶对东亚冬、夏季风的影响—— 一个高分辨率大气环流模式的模拟研究

使用一个高分辨率的公用大气环流模式（CAM5.1）研究了我国东部地区人为气溶胶对东亚冬、夏季风的影响。结果表明,人为气溶胶中的黑碳和硫酸盐气溶胶含量的季节性变化在冬、夏季节对大气表现出不同的热力效应,并且可能是影响我国东部地区上空大气温度长期变化的重要因素。人为气溶胶引起的东亚季风区夏季降温可达对流层中高层造成东亚地区海平面气压升高、海陆气压梯度减小,减弱夏季低层的偏南风分量和高层的南亚高压。东亚人为气溶胶可使东亚地区冬季近地面层温度普遍降低、对流层中高层明显增温,导致东亚东部地区海平面气压下降,减弱东亚地区冬季低层的偏北风分量,阻止中层的东亚长波槽南伸,并削弱高层西风急流的强度。      

近30 a华北地区高空温度时空演变特征

根据华北地区12个探空站近30 a(1979-2008年)的各标准等压面月平均气温资料,对该地区高空年、季气温时空演变特征进行了分析.结果表明:华北地区高空年、季平均气温变化均具有非常高的空间一致性,其中冬季的一致性特征最明显;华北地区高空年、季平均气温大致以150-100 hPa层为界,以上(平流层下层)和以下(对流层)的气温存在着不同的变化特征:从近地面到200 hPa冬(夏)季最低(高),但在年平均气温最低的100-70 hPa,气温季节变化位相与对流层相反,50 hPa层以上气温的年变化不大;近30 a来华北地区对流层中下层的年、季平均气温变化以上升为主,而对流层上层至平流层下层则以下降为主.低层的变暖始于20世纪80年代后期,高层的变冷普遍始于20世纪90年代.     

近30a华北地区高空气温时空演变特征

根据华北地区12个探空站近30a(1979-2008年)的各标准等压面月平均气温资料,对该地区高空年、季气温时空演变特征进行了分析。结果表明:华北地区高空年、季平均气温变化均具有非常高的空间一致性,其中冬季的一致性特征最明显;华北地区高空年、季平均气温大致以150-100hPa层为界,以上(平流层下层)和以下(对流层)的气温存在着不同的变化特征:从近地面到200hPa冬(夏)季最低(高),但在年平均气温最低的100-70hPa,气温季节变化位相与对流层相反,50hPa层以上气温的年变化不大;近30a来华北地区对流层中下层的年、季平均气温变化以上升为主,而对流层上层至平流层下层则以下降为主。低层的变暖始于20世纪80年代后期,高层的变冷普遍始于20世纪90年代。     

吉林省高空温度的气候变化特征

利用1961-2012年吉林省高空温度观测资料,详细分析了高空温度的时空变化特征。结果表明:对流层和平流层温度的季节变化、垂直分布以及年较差的垂直分布均呈反向变化;1961-2012年期间,年平均温度均呈对流层低层温度显著升高,平流层低层温度显著下降的变化趋势;自20世纪60年代至90年代,对流层中下层和平流层上层的年平均温度在年际和年代际时间尺度上存在着反相变化。     

1958—1986年中国对流层和平流层低层的温度变化

北半球地面平均温度变化的总趋势是,1940年左右增暖达到了峰值,继之变冷直到60年代中期,此后从1970年左右又转入了一个新的增暖期。50年代至70年代北半球自由大气,特别是对流层下半部,温度变化趋势大体与地面温度变化趋势一致。由于一些作者使用的是格点资料,对精度有一定的影响,因此各个结果之间有相当差异。J.K.Angell和J.Korshover 1975年以来直接使用探空站资料研究全球各纬带自由大气的温度变化,其近期的研究结果指出,1958年开始的地面和对流层的十年降温已为此后的升温所抵消,1981年的温度已超过了1958—1959年;1960—1985年北半球对流层和地面温度变化的总趋势是增暖的,对流层顶和平流层低层则是变冷的。中国区域内自由大气和地面温度变化如何?本文在这方面作了探讨,发现了一些有意义的结果。     

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点, 间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子, 也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标, 减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明: 70%作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率, 选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明: 1958-2005年, 平流层下层和对流层上层降温, 对流层中、低层升温; 高空温度变化趋势与研究时段明显相关, 1958-1978年我国高空大气整层均为降温; 1979—2005年, 对流层中低层升温最为明显, 增暖的幅度随高度增加而减小, 400 hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代, 升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。     

全球变暖背景下青藏高原夏季气温在对流层上下反相变化及其与降水和环流的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国596个测站月降水资料,采用线性倾向估计、经验正交函数分解(EOF)、相关分析、合成分析等方法,对青藏高原夏季对流层气温垂直变化及其与降水和环流的关系进行了分析。气温垂直变化特征分析表明:自1971年以来,青藏高原夏季对流层低层至对流层中上部气温呈现显著增暖趋势,对流层上部气温呈现显著变冷趋势,高原对流层低层至中上部气温及对流层上部气温在年际、年代际尺度上均呈较显著负相关,且均存在2~4 a及8~13 a的周期;夏季青藏高原地区沿27.5°N~40°N平均的气温距平垂直分布的EOF分解第一模态特征向量在对流层表现为"下降温上增温"的反相变化,其时间系数呈显著负趋势,且存在1978年及1994年的突变点。高原夏季气温在对流层的上下反相变化与我国夏季降水的关系在年际、年代际尺度上均显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时,我国夏季降水表现为南方型,其中以江南至华南地区降水显著偏多而我国东北地区降水显著偏少为主要分布特征;另外,长江流域的局部地区及我国西北的部分地区降水也明显偏少,而华北东部的局部地区、青藏高原中部及东部地区以及新疆西北部地区降水明显偏多;降水异常分布在年代际尺度上比年际尺度更显著。环流分析显示:当高原对流层低层至对流层中上部升温而对流层上部降温时东亚中高纬度地区为异常高压控制,中低纬度地区受异常低压影响。环流场与降水分布有较好的配置关系。     

近60年中国探空观测气温变化趋势及不确定性研究

基于118站探空资料研究了近60年中国850—100 hPa气温变化趋势及季节和区域特征,并通过与1979—2017年卫星微波气温的对比研究了中国探空气温均一化的不确定性。研究表明,1958—2017年中国平均对流层气温呈上升趋势,300 hPa升温最为显著,平流层下层（100 hPa）为降温趋势。冬季对流层上层升温趋势和夏季平流层下层降温趋势较强。1979—2017年较整个时段对流层升温趋势较强,平流层下层降温趋势较弱。青藏高原和西北地区对流层上层升温趋势较强。通过与卫星微波气温和邻近探空站探空气温的对比以及均一化前后日夜气温差值检测出中国探空均一化气温仍残存非均一性问题。由于参照序列的局限性,均一化未能完全去除21世纪最初10年中国探空系统变化造成的对流层中、上层至平流层下层气温系统性下降的影响,导致中国对流层上层升温趋势被低估和平流层下层降温趋势被高估。未来可通过参考卫星微波气温和邻近探空站序列调整非均一性订正顺序并增加合理性检验等方法改进中国探空气温均一化方案。      

基于均一化格点资料的全球变暖趋缓期中国气温变化特征分析

利用1961-2014年水平分辨率为0.5°×0.5°的均一化气温网格数据,分析全球变暖趋缓期（1998-2014年）中国气温的变化特征。结果显示：1998-2014年中国气温上升趋缓明显,与增暖期（1985-1997年）相比,年平均气温和年平均最高气温由升温趋势转为降温趋势,分别为-0.05℃/10a和-0.11℃/10a,而年平均最低气温仍保持弱的上升趋势（0.06℃/10a）。全球变暖趋缓期中国的增暖型发生了显著变化：北方地区由增温趋势转为降温趋势,青藏高原和西南地区则呈现出相对强的增温趋势;从季节来看,冬季降温最强、夏季增温较其他季节偏强,而冬季（强降温）正是中国增暖趋缓的主要贡献季节。增温最强的要素仍然是最低气温。     

近15年我国气温的变化趋势

利用1998-2012年635个气象站点的观察数据,对我国气温的时空变化趋势及其区域差异进行了分析和突变检验,结果表明：近15年来我国年平均气温呈现波动式下降的特点,但下降趋势不显著;全国绝大部分地区年均和四季气温在0.05显著水平未检测出显著的变化趋势,但Z值显示,气温存在不显著的变化倾向：青藏高原区年均气温存在上升倾向,而其他地区多呈下降倾向;春季气温呈上升和下降倾向的区域约各占一半,夏季绝大部分地区气温有上升倾向,而秋季和冬季大部分地区气温则呈现不显著下降趋势。典型站点的分析发现,显著变暖的站点气温基本都存在暖突变,而显著变冷的站点只有约27%的站气温存在冷突变。暖突变年份主要分布在于2005-2006年,冷突变年份多在2009-2011年。     

南极对流层-平流层下部气候变化特征及其原因

利用南极16站30余年地面至30hPa10层月平均气温距平序列资料,采用最大熵功率谱方法,研究了南极对流层至平流层下部气候变化的长期趋势和周期性特征,并讨论了平流层(对流层)气候变化与南极臭氧总量(南半球500hPa环流)变化之间的联系。指出:南极气温具有明显的长期趋势和周期性变化;平流层下部显着变冷、对流层增暖,变化最大层高度在100、700hPa,最大降冷速率远大于增暖速率,气层稳定度趋于减弱;30、50hPa气温具有准两年周期,100hPa上下具有显着的年周期,对流层是以3.5年甚低频周期为主;对流层顶气温无显着趋势变化和周期性变化;南极最大臭氧层高度显着变冷与近15年来臭氧层损耗有关。南半球对流层中部极涡及绕极气流减弱是南极对流层气候变暖的直接原因。     

EVOLUTION OF TROPOSPHERIC TEMPERATURE FIELDS AND CORRESPONDING THERMAL MECHANISMS BEFORE/AFTER ONSET PERIODS OF ASIAN SUMMER MONSOON

The evolution of the tropospheric temperature fields over Indian and South China Sea monsoon areas and their thermal mechanisms are compared and analyzed during the period from March to June, 1996. The results show that the onsets of the Indian and South China Sea summer monsoons are closely associated with the seasonal warming in the troposphere over the zonal belt of 10°N～30°N in these areas, which leads to the inversion of meridional temperature gradient. During the pre-onset period, the warming over the South China Sea monsoon region is mainly due to the warm horizontal advection and diabatic (latent) heating processes. Meanwhile, the warming is suppressed by the vertical adiabatic process (cooling). In spring over the Indian monsoon region, the significant adiabatic heating due to the subsidence motion, which compensates the cooling due to the strong cold advection and diabatic cooling processes, results in a larger warming rate than over the South China Sea monsoon region. However, the meridional temperature gradient over the Indian monsoon region is so large during the late winter and early spring that it takes longer time to warm the troposphere to have the reversion of meridional temperature gradient than it does over the South China Sea monsoon region. It results in the phenomenon that the South China Sea summer monsoon generally breaks out earlier than the Indian summer monsoon.     

亚洲夏季风建立前后对流层温度场演变特征及其热力成因

对１９９６年亚洲夏季风爆发前后（３～６月）印度及南海季风区对流层温度演变特征及其热力成因作了比较分析。结果表明：印度和南海夏季风的爆发与各季风区对流层中上层南北温差逆转密切相关,而南北温差逆转是由１０～３０°Ｎ之间纬度带对流层的季节性增暖引起的。夏季风爆发前期,南海季风区的增温主要由暖平流及非绝热加热过程（主要为凝结潜热）共同作用所致。春季在印度季风区大陆上空存在显著的下沉绝热增温,使得对流层中上层的增温率比华南大陆及邻近地区上空的增温率显著得多。但印度季风区冬末春初的南北温差（南暖北冷）也非常明显,以至该地区对流层中上层增暖到引起南北温差发生逆转的时间较迟,而南海季风区对流层中层南北温差发生逆转的时间相对要早,因而印度夏季风比南海夏季风迟爆发。