冬季赤道太平洋不同类型海温异常表征指数的再构建

利用1963—2013年Hadley中心月平均海表温度资料,以及NCEP/NCAR再分析资料,根据两类厄尔尼诺事件发生时北半球冬季赤道太平洋地区海温异常的不同空间分布特征,即赤道中太平洋CP型和东太平洋EP型海温异常空间分布,从寻找与之相似的空间型角度出发,设计了一组新的海温异常指数I_(CP)和I_(EP)。与以往ENSO指数相比,新指数组I_(CP)和I_(EP)不仅表示了空间上相互独立的海温异常分布,而且在相同的研究时段内,因时间域上相互独立而能更好地表征和区分两类El Ni?o/La Ni?a事件。据此,采用该新指数组探讨了与中部型和东部型海温异常事件相关的热带太平洋的主要海气耦合特征。结果表明,与传统的东部型El Ni?o事件发生时最大暖海温中心位于赤道东太平洋地区不同,中部型El Ni?o事件,异常增暖中心位于赤道中太平洋。中部型时异常Walker环流的上升支向西偏移,异常降水集中于热带中太平洋,不似东部型时异常限定于赤道东太平洋地区。不论哪类事件,海洋性大陆均可受到影响,即CP或EP型El Ni?o发生时,海洋性大陆区域降水偏少。但比较而言,中部型ENSO对海洋性大陆区域的影响更大。     

El Nio事件大气-洋流异常与暖海温传播机理研究

利用1971~2000年逐月SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料(Carton等,2004)、1980~2000年逐月NCEP/NCAR再分析资料(Kalnay等,1996)探讨中部型(暖海水首先出现在120°W以西)和东部型(暖海水首先出现在120°W以东)El Nino事件赤道纬向风应力及洋流的异常变化与暖海水信号的传播特征。研究指出:(1)中部型和东部型El Nio事件发生时,太平洋上赤道海表最大西风应力距平在西太平洋地区都有显著的东传现象,但中部型El Nio事件西风应力距平强度强,造成西太平洋赤道表层的东向流可达东太平洋地区,这类El Nio事件强度偏强。(2)中部型El Nio事件,赤道表层洋流辐合区及其下沉运动由西太平洋向东太平洋传播,辐合下沉运动抑制了深层冷海水上翻,西太平洋暖水能够传到东太平洋与西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动的东移有关。(3)东部型El Nio事件西太平洋赤道表层洋流辐合区及其下沉运动没能直接传到东太平洋地区,东太平洋暖水形成与局地(120°W以东)辐合下沉运动抑制深层冷海水上翻有关;东部型El Nio事件暖池次表层的暖水,不是沿着西太平洋赤道次表层向东传播到东太平洋地区,而是由南太平洋西边界流将暖池海水带到40°S左右的西风漂流区,再由西风漂流平流到东太平洋。     

印度洋偶极子与两类El Niño的关联及其可能机理

通过合成三种具有代表性的两类ENSO指数,将El Ni?o事件划分为东部(EP)和中部(CP)型。利用EOF、相关分析、合成分析等方法探究了印度洋偶极子(IOD)与两类El Ni?o事件的关联及其产生的可能机理。研究表明,源于热带太平洋-印度洋尺度海气相互作用的IOD事件由两种型态构成,其分别与EP和CP型El Ni?o事件相联系。与EP型El Ni?o相联系的IOD事件(第一类IOD)在赤道印度洋50~150 m的温跃层附近信号最强,并关于赤道呈南强北弱的准对称海温异常分布;与CP型El Ni?o相联系的IOD事件(第二类IOD)则在热带南印度洋海表层信号最强。在产生机理方面,EP型El Ni?o发展时,异常Walker环流在赤道印度洋海表面产生较强的东风应力,使赤道印度洋东部冷水上翻,西部暖水堆积;同时,赤道外南强北弱的异常反气旋环流造成旋度中心区域暖水堆积,形成第一类IOD事件。CP型El Ni?o发展时,异常Walker环流较弱,中心西移,赤道印度洋东风应力距平较弱,偶极子信号在赤道印度洋不显著;苏门答腊岛南部出现异常反气旋,其东侧偏南风和西侧偏北风分别将高纬冷水和低纬暖水向15~25°S的热带南印度洋输送;同时热带南印度洋东、西部风场分别有较强的辐散、辐合,使东部海温降低、西部升高,形成第二类IOD事件。     

前期热带太平洋次表层海温异常与东亚夏季风的可能联系

利用1979—2012年日本气象厅次表层海温资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前期冬季热带太平洋次表层海温与东亚夏季风的关系,并讨论了其可能机制。结果表明,前期冬季热带太平洋次表层海温与后期东亚夏季风强弱有显著的相关关系。冬季次表层海温呈现东正西负的类El Nio分布型时,夏季副热带高压偏强,西北太平洋地区受反气旋型环流控制,能将大量的水汽输送到长江和淮河流域,有利于水汽在该区域辐合,为夏季降水偏多创造了条件,此时东亚夏季风活动整体偏弱,反之亦然。但类El Nio分布型对东亚夏季气候变化的影响较类La Nia分布型更显著。此外,冬季热带太平洋次表层海温可能通过其自身能够持续性地影响东亚—太平洋地区的大气环流异常,次表层海温随季节变化有明显的发展和移动趋势:冬季西太平洋暖池次表层冷(暖)海温不断堆积,沿温跃层向东传播使得中东太平洋次表层海温逐渐变冷(暖),冷(暖)海温上翻加强使得海表温度异常,进一步影响到西太平洋副热带高压的位置和强度,并在东亚地区形成经向遥相关波列,通过西北太平洋地区异常反气旋(气旋)环流的作用,影响东亚地区大气环流以及气候变化。     

两类El Nio发生前期大气海洋状况的对比分析

利用风场、20℃等温线深度、海表温度以及Wheeler·和Hendon提出的逐日MJO指数资料,通过合成分析方法对比分析了EP型和CP型El Nio发生前各要素场的特征,以及近30年来两类El Nio事件发生前MJO活动的差异。结果表明,在赤道西太平洋,EP型El Nio的异常西风要早于CP型El Nio出现,其强度也远远强于CP型事件。EP型El Nio的异常西风在发生前2个月已东扩至东太平洋地区,而CP型El Nio的异常西风在El Nio事件发生前3个月东扩至日界线附近,此后也只维持在日界线以西。而在赤道东太平洋,不同于EP型El Nio,CP型El Nio事件在El Nio事件发生前始终有偏东风存在。EP型El Nio温跃层有明显的加深东移现象,温跃层的演变要超前于海表温度的变化。由MJO处于5~8位相的异常概率分布,可知EP型El Nio在中西太平洋的MJO活动要比CP型El Nio早发生,比较赤道纬向风平方的均方差,发现EP型El Nio发生前对应的MJO活动要明显地强于CP型El Nio事件。     

2015/2016年超强El Nio在成熟/衰减阶段对澳洲夏季风环流与降水异常的影响

2015/2016年发生了超强El Nio事件,Nio3区海温异常在2015/2016年冬季超过了2.5℃,其对全球气候异常的产生具有重大影响。此次El Nio事件可归类为东部型。本文利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过诊断分析,揭示了2015/2016年强El Nio事件盛期和衰减期海温异常对澳洲夏季风环流异常和降水变化的影响及其途径。澳洲地区受此次El Nio事件影响,大部分地区降水显著减少,某些地区降水减少达60%~80%。影响途径主要有:1)海温异常通过Gill型响应造成水平环流异常并进而影响澳洲夏季风减弱。2015/2016年ENSO事件成熟期及衰减期,在西太平洋赤道地区出现海温负异常,导致此处热带地区产生了负异常的热源分布,并由此激发产生了位于赤道北侧和南侧的异常反气旋式环流。位于海洋性大陆南侧的异常反气旋性环流引起澳洲夏季风减弱,从而利于抑制上升运动,造成了澳大利亚降水量显著减少;2)通过赤道中东太平洋地区上升和澳洲地区下沉的垂直环流异常导致澳洲降水显著减少。在El Nio事件盛期,因海温异常偏暖导致赤道中东太平洋地区产生显著的异常上升运动,其补偿性的下沉运动因Walker环流而出现在海洋性大陆地区,以及因澳洲大陆夏季风减弱而出现在澳大利亚中东部地区,由此构成了中东太平洋—澳洲副热带的垂直环流圈,此东北—西南向的垂直环流圈对澳洲降水减少的维持起到了重要作用。另外,中国南方的上升运动与海洋性大陆及澳洲地区的下沉运动之间通过局地经圈环流产生了联系,表明东亚冬季风异常减弱对澳洲夏季风减弱可能存在间接影响。这些结果对深刻认识超强ENSO事件对亚澳季风的影响机理以及寻找澳洲降水预测线索具有重要意义。     

2015/2016年超强El Nio局地海气特征及其特殊性

利用NOAA海表温度和NCEP/NCAR大气环流等全球再分析资料,讨论了2015/2016年超强El Nio事件局地海气过程的演变特征,并与1982/1983和1997/1998年两次强El Nio事件做了对比分析。结果表明,2015/2016年El Nio在峰值强度、持续时间、累计海温距平等指标上都略强于前两次El Nio,可视为有完整气象观测纪录以来的最强事件;与前两次事件相比,2015/2016年El Nio海温异常中心位置明显偏西,热带东太平洋海温相对较冷而中太平洋更暖,由于热带对流对海温的非线性响应,赤道东太平洋降水相对较弱,中太平洋则显著偏多,这在El Nio当年12月至次年4月尤为明显;此外,在前两次El Nio的成熟期至衰减期,中太平洋大气响应都存在明显的南移特征,西风异常和对流中心都从赤道南移到了5°S以南。而2015/2016年中太平洋大气响应一直位于赤道附近,南移特征相对较弱,ENSO和年循环相互作用的组合模态相比前两次较弱,西北太平洋反气旋的强度也弱于前两次。这主要是由于2015年冬季至2016年春季,热带太平洋暖海温异常位置偏西,中太平洋海温异常明显强于前两次,叠加气候平均态海温之后,赤道南北两侧海温都高于对流阈值,对流旺盛,这大大削弱了大气响应的经向移动和ENSO组合模态的强度。     

2014—2016年超强El Nio事件的发生发展过程与机理分析

本文主要分析了2014—2016年超强El Nio事件的发生发展过程与机理。结果表明,整个El Nio生命期长达2 a左右(2014年4月—2016年5月),其演变过程可划分为4个阶段:1)早期的西风连续爆发(2013年12月—2014年4月)。连续三次西风爆发不但改变了热带中东太平洋长期盛行的偏东信风,同时也开始改变了中东太平洋长达12 a的平均冷水状态,使海表温度开始增暖,在2014年初春超过0.5℃,标志着一次新的El Nio事件可能在赤道中太平洋发生。2)交替的减弱与增强期(2014年6月—2015年8月)。赤道西太平洋继续发生了6次西风爆发,不但维持和增强了赤道中东太平洋的增温,而且通过了两次(2014年5—8月与2015年1—3月)海洋增暖的减缓期或障碍期,使初生的El Nio事件不但未夭折,而且明显的增强为一次强El Nio事件。Nio3.4区海温指数在2015年8月达到2℃。相应,赤道太平洋次表层中也观测到有6次暖Kelvin波东传,其正的热含量距平不但维持了赤道中东太平洋的连续增暖,也使El Nio的类型由中部型向东部型过渡。3)发展的鼎盛期(2015年9月—2016年2月)。西风出现2次更强的爆发,相应中东赤道太平洋对流活动异常强盛,Nio3.4区快速增温,在2015年11月达到3℃,增强到其超强阶段。4)快速衰减阶段(2016年3—5月)。El Nio迅速从Nio3.4区的2℃减少到0.5℃。以后很快开始向冷海温过渡。2016年7—8月,Nio3.4区海温已接近-0.5℃。这种快速转换是延迟振子理论的一种体现。通过本文分析,可以得到,这次El Nio发生发展与冷暖位相转换的观测事实与目前的理论结果(如充电振荡与延迟振子理论)是一致的。正因为如此,基于这些理论的El Nio预报也是相当成功的。这清楚地表明El Nio理论研究的成果对于相关业务预报发展具有明显的科学支撑力。     

El Nio事件次年中国东部夏季气温分布特征研究

利用Had ISST和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了1949年以来El Nio事件次年夏季中国东部气温分布特征。结果表明,混合型El Nio次年夏季,中国东部气温距平表现为山东—淮河流域及华南沿海出现负距平,其余地区为正距平;东部型,则表现为中国东部地区整体的负距平气温,且北方降温幅度明显大于长江以南地区;中部型,主要表现为长江以北气温负距平远大于长江以南。结合环流形势分析发现,三类El Nio事件次年夏季的赤道地区(5°S~5°N)异常纬向垂直环流均表现为三圈型,但3类异常Walker环流不仅强度有差异,纬向范围也有所不同。500 h Pa上西太平洋副高的强度和范围,是造成三类El Nio事件次年夏季中国东部地区气温距平分布差异的主要原因之一,850 h Pa上西南暖湿气流的输送对其也存在明显影响。     

局域Hadley环流及其与太平洋SST异常的联系

使用1979—2001年ERA-40月平均经向风计算了季风区(60～140°E)及Nio区(160°E～120°W)的质量流函数,并分析了两区Hadley环流的气候特征和强度变化,研究了Hadley环流强度与太平洋海表温度的联系。结果表明:(1)季风区气候态Hadley环流强于Nio区,环流位置偏北,夏半年尤为明显,造成差异的主要原因是海陆分布不均和赤道东太平洋冷水区的存在;(2)局域Hadley环流强度有明显的年际变化,23年来两区强度大致呈反相变化;(3)局域Hadley环流强度与太平洋海表温度关系密切,1月季风区(Nio区)环流强度与赤道中、东太平洋的Nio综合区海表温度负(正)相关,而与围绕着Nio综合区的c型区域海表温度正(负)相关,7月与1月的相关型基本一致,负相关比1月弱,特别是季风区;(4)ENSO事件对两区Hadley环流强度有不同影响,El Nio事件时季风区Hadley环流减弱、Nio区Hadley环流增强;La Nia时刚好相反,且Nio区的异常更明显。     

地温观测方法的研究

利用铂、铜、热敏３种电阻传感器的遥测地温仪与台站现用玻璃地温表，在不同天气条件下，用不同安置方法进行大量的对比试验，探讨地面、草面、地中不同深度温度的最佳观测方法。得出：地面温度应用体积小棒状传感器的多点采样平均来代替单点一次采样；地中温度表用直埋式与套管式无大差异；草温为农业服务有重要意义等结论。为遥测地温的观测方法提供科学依据。     

1981—2011年阿里河地区气温极差变化浅析

利用1981—2011年阿里河镇的平均气温及逐日最高、最低气温资料,详细分析了年平均气温、年极端最高气温、年极端最低气温以及年平均气温极差的变化规律和特点。结果表明:阿里河地区的年平均气温呈明显上升趋势;年极端最高、最低气温都呈上升趋势;年平均气温极差值逐渐增大。     

南昌夏季气温变化特征及其预测

南昌夏季平均气温存在明显的年际变化特征,夏季平均气温有下降的趋势;利用均生函数模型对南昌夏季平均气温趋势进行了拟合和预报,拟合值与实况值基本一致,并预报了2005年～2007年南昌的夏季处于冷夏;分析了南昌夏季最高气温、最低气温变化趋势,结果表明冷夜和暖夜变化具有对称性,冷夜减少和暖夜的增加趋势几乎一致,而冷日和暖日的变化也呈非对称性分布,上升趋势比较明显,但下降趋势不明显。     

赤道东太平洋海温与中国温度、降水的关系

根据１９５１～１９９８年北太平洋海温和中国温度、降水资料,统计分析了春、夏、秋、冬四季赤道东太平洋海温、厄尔尼诺及拉尼娜事件和中国温度、降水的关系,结果表明：赤道东太平洋海温、厄尔尼诺和拉尼娜事件与中国温度、降水有一定关系,其中与温度冬季关系较好,与降水秋季关系最好。     

天气舒适度的分析和应用

人体舒适度的研究侧重于为人们提供一种服务，使人们能从感性上了解天气，从而有效地指导公众的生活和工作。在对多种舒适度指标进行比较分析的基础上选择出有效温度作为衡量舒适度的主要工具，并对它作了适当的修正。针对广东省中山市的气候特点将平均有效温度划分为9级，近一年的试用收到较好的效果。此外当白天平均、最低、最高有效温度以及湿度、风力异常时，应用程序也会输出必要的信息，从而给公众以详细的天气说明。     

1951～2002年中国平均最高、最低气温及日较差变化

利用1951～2002年全国733个台站的月平均最高、最低气温资料,对我国年、季平均最高、最低气温变化趋势的空间分布状况和时间变化特征进行了分析.结果表明:近52年来,我国平均最高气温的变化特征呈现北方增暖明显、南方变化不明显或呈弱降温趋势;年平均最低气温全国各地基本一致,呈明显的变暖趋势;无论是年还是季,平均最低气温的增暖幅度明显大于平均最高气温的增幅;我国年平均日较差多呈下降趋势,并在我国北方地区尤为明显,各季平均日较差亦均呈下降趋势,并以冬季的下降幅度为最大;年平均最高气温和最低气温的变化在年代际变化上基本呈现较为一致的步伐,即52年来主要的变暖均是从20世纪80年代中期开始,均在90年代后期达到了近52年来的历史新高,近年来又略有回落.     

近50年阳泉气温时空变化特征

本文就近50年来(1955～2000)阳泉逐月平均气温、平均最低气温、平均最高气温、02时平均气温、14时平均气温5个序列进行了深入细致的诊断分析.结果表明阳泉气温呈非连续的增暖趋势,线性变化约为0.24℃·(10a)-1,90年代较50年代上升了约0.9℃.1985年是一个突变点,这以后增温极为明显.夜间气温增温幅度高于白天增温幅度,冬季气温增温幅度高于夏季增温幅度,表现出明显的不对称性.     

山东近百年来的最高、最低温度变化

对济南(1919～2002年)、青岛(1900～2002年)年及四季的平均和平均最低(高)气温序列进行诊断分析，结果表明：近百年来年平均最低气温和平均气温都呈上升趋势，但前者的增温率明显高于后者；最高气温青岛呈上升趋势，而济南却呈下降趋势；济南、青岛出现两次突然增暖，其中30年代的增暖以白天增暖较多，而80年代以来的增暖主要发生于夜间；由于日夜增暖的不对称性，导致第二次增暖期比第一次增暖期气温日较差明显变小。     

青海省最高最低气温预报方法研究

针对青海省42个预报站点，利用信息化资料统计的结果，根据预报员的预报思路，由常规资料给出各站最高最低气温的初始预报值，再结合数值预报产品和实时常规资料对初值进行客观订正，最后得到最高最低气温的预报值，依此来建立一种青海省最高最低气温客观预报方法。     

近16 a来冬季欧亚大陆中纬度地区低温事件频发及其成因

利用ECMWF的ERA-Interim再分析资料和NOAA/NCDC站点资料,通过逐日气温的季节内方差,构造了冬季冷强度指数,并研究了近16 a来欧亚大陆中纬度地区低温事件频发的原因。结果表明:近16 a来,欧亚大陆中纬度地区极端低温天气发生频率呈显著上升趋势,对应在欧洲西北部、西伯利亚以及东亚地区冬季冷强度增强趋势明显,但冬季季节内温度方差增强趋势不明显,表明新构造的冷强度指数能更好地刻画低温事件的总体变化特征。近年来欧亚大陆中纬度地区寒潮事件频发且持续时间加长,相应地,西伯利亚高压增强并向西北扩展,伴随着欧亚大陆中高纬度地区北风增强,西风减弱,对应冬季平均气温也出现显著下降趋势,导致冬季冷强度不断增强。进一步分析温度平流各项发现,近年来冬季欧亚大陆中纬度地区以冷平流为主,纬向与经向温度平流分量同等重要,除经向风及经向温度梯度变化项的作用外,纬向风与纬向温度梯度变化项也起着重要的作用。温度平流各项对各个地区的贡献不同,经向风与经向温度梯度的变化主要促使西伯利亚地区降温,纬向风变化项主要引起欧洲地区降温,纬向温度梯度变化项主要使东亚地区降温。