积雪分布及其对中国气候影响的研究进展

对北半球不同地区的积雪分布状况、积雪异常影响中国气候的事实以及影响机理等问题的研究成果进行了较系统的回顾与总结。青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部是北半球积雪分布的关键区,其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。中国积雪分布范围广泛,其中新疆、东北和青藏高原是3个大值区。总体来看,北半球积雪有减少的趋势,而中国积雪却有弱的增加趋势。冬、春季高原积雪与欧亚积雪对中国夏季降水的影响是相反的。积雪影响中国气候的机理解释为：冬季积雪反照率效应起主要作用,春夏季积雪水文效应起主要作用。积雪被视为中国短期气候预测的一个重要物理因子,继续加强该领域的研究对于提高中国短期气候预测的准确率将有重要意义。     

高山积雪

积雪不仅对农业具有重要的意义和作用,而且积雪作为特殊的下垫面影响着近地层空气的热状况。长期的、大片的积雪,可以改变气团属性,调整大气环流,所以近年来对积雪的气候效应的研究,也越来越为气象工作者所重视。     

青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响

利用SVD等方法对青藏高原积雪与中国区域降水的关系作了诊断分析。并用区域气候模式（RegCM2）对高原积雪的气候效应进行了模拟。结果表明:青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响是显著的。积雪的增加会明显减弱亚洲夏季风的强度,使华南的降水减少,江淮流域的降水增多。高原冬季积雪深度的增加,比积雪面积的扩大和春季积雪深度的增加对后期气候的影响更大。     

中国冬季积雪特征及欧亚大陆积雪对中国气候影响

该文首先回顾了有关中国冬季积雪的研究进展,包括中国冬季积雪的空间分布气候特征以及季节、年际和年代际变化,中国冬季降雪特征,气象因子对中国冬季积雪水量平衡的影响,外强迫和大气环流系统在积雪形成中的作用等。冬春季欧亚大陆积雪对同期和后期中国气候影响的相关研究说明与欧亚大陆积雪异常相关联的中国气候异常以及积雪通过改变土壤湿度、表面温度和辐射分布,引起大气环流异常,进而对中国气候产生影响的物理过程。应用美国环境预测中心 (NCEP) 第2版气候预测系统 (CFSv2) 的回报试验结果,对CFSv2在欧亚大陆积雪变化及其与中国气候关系的可预报性方面的分析表明,CFSv2能够较好地回报出春季欧亚积雪的年际和年代际变异及其与中国夏季降水之间的联系。文章最后提出了在积雪及其气候效应研究方面一些有待解决的问题。     

欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系:区域特征与季节性

主要回顾了欧亚大陆冷季积雪与亚洲夏季风的关系,特别是积雪对季风演变和强度的影响。从Blanford(1884)着眼喜马拉雅山测站积雪开始,到20世纪70年代卫星测量的大范围雪盖资料的问世,直至近几十年来全球气候模式模拟与资料分析的结合,回顾了人们在不同时期对积雪-季风关系的不同认识以及对积雪影响季风的物理过程的不同理解。一方面,积雪通过反照率效应影响温度、温度梯度和大气环流包括季风环流;另一方面,积雪通过融化效应影响大气,特别是增强大气异常信号的持续性。在这些过程中,陆面积雪与大气运动的相互作用是一个正反馈的过程。另外,特别关注不同地区和季节的欧亚大陆积雪对不同亚洲区域季风的不同影响,以及积雪在季风演变过程中对不同阶段季风特征的作用。虽然积雪与季风的关系非常复杂,加深对这些复杂关系的认识,对理解季风系统的整体变化以及改进季风预报都尤为重要。     

青藏高原春季积雪多、少年中低层环流对比分析

利用青藏高原(下称高原)68个气象测站1961-2007年逐日积雪观测资料,分析了高原春季积雪日数变化及其异常偏多、偏少年的环流特征,还深入分析了春季积雪的多少对北半球夏季环流的影响。结果表明,在高原春季积雪日数偏多、少年,在500 hPa高度场上欧亚(东半球)地区中高纬度虽然均表现为两槽一脊的环流形势,但积雪日数偏多、少年槽脊的位置和强弱明显不同。同期春季,当高原春季积雪日数偏多(少)时,500 hPa环流场上冰岛低压偏强(弱)、蒙古高压偏强(弱)、印度低压偏弱(强)。高原春季积雪与夏季北半球的主要大气活动中心和影响中国夏季气候的主要大气环流系统之间存在紧密联系,当高原春季积雪日数偏多(少)时,夏季500 hPa环流场上东亚地区易(不易)形成阻塞高压,同时西太平洋副热带高压易(不易)偏南。这种关系说明高原春季积雪有一定前兆意义,对中国短期气候预测有重要的指示意义。     

欧亚大陆积雪两种物理效应对2010年春末夏初华南降水的影响

本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。     

我国短期气候预测的物理基础及其预测思路

短期气候预测依据大气科学原理,运用气候动力学、统计学等手段,在研究气候异常成因的基础上对未来气候趋势进行预测。虽然目前我国短期气候预测的水平还不高,但短期气候预测是国家经济发展和防灾减灾的迫切需求,提高预测准确率是气象科研和业务人员的重要任务。该文从海洋、积雪等外强迫信号及大气环流大尺度变动等大气内部特性等角度概述了短期气候预测的物理基础,简要回顾了近60年来我国短期气候预测的发展历程,并介绍了作者近十几年来研制短期气候预测客观统计学及统计与动力学相结合预测模型的主要思路。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

我国短期气候预测业务系统

中国第一代短期气候监测、预测、评价和服务业务系统主要由6个部分组成：数据库、动力气候模式系统、气候监测诊断系统、短期气候预测系统、气候影响评价系统与气候应用服务系统。在建立短期气候业务系统过程中，主要获得了三方面的成果：第一，揭示出影响中国气候异常的最强气候信号是厄尔尼诺事件、高原积雪和季风；第二，发展并建立了复杂的全球与区域动力气候模式预测系统，该系统包括T63L16全球大气环流模式、高分辨率区域气候模式、T63L30全球海洋模式和海冰模式、太平洋和印度洋高分辨率海洋模式和厄尔尼诺预测模式；第三，在高性能计算机和网络的支持下建立了完整的业务应用系统，不仅可提供短期气候预测信息，而且可以快速、客观、准确地给出气候变化对水资源、农业、林业、交通、电力、重大工程等国民经济重要部门和关键地区的影响，及时为决策部门提供决策服务。1998年开始应用以来，国家和大区两级整体预报水平比“九五”以前20年平均提高了6％～10％。但对区域性强洪涝事件的预报能力偏低，尚需进一步提高。     

中国天山积雪对气候变化响应的多通径分析

基于天山山区1961-2013年60个气象站点实测气温、降水、相对湿度、日照时数和积雪深度等气候资料,结合时间序列分析、空间分析以及通径分析等方法,全面精确地获取了天山山区气候变化特征以及气候变化对积雪的通径影响。结果表明：天山山区气候变化显著,主要表现为整体增暖、局部变湿与黯化;气候变暖导致天山山区固态降水（降雪）保证率明显降低,尤其是低海拔区域。各气象要素对积雪不仅存在直接的单因素影响而且各气象要素之间还存在间接的相互交叉、相互联结的多因素影响。单因素影响通径分别为气温、降水和日照时数对积雪深度的3条直接影响通径;多因素影响通径分别为气温、降水和日照时数通过相互之间的内在关系对积雪深度产生的6条间接影响通径。最终结果表明气温是积雪变化的主要影响因素,其影响效应远远大于降水和日照时数的影响。     

青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

近50年果洛地区积雪的气候特征分析

利用果洛6县自建站至2011年近50年的地面积雪日数、积雪深度等资料,对果洛积雪的气候特征进行了较为全面的分析。通过气候倾向率的分析发现:近50年来,果洛地区玛沁、达日、班玛、久治的积雪日数呈增加趋势,玛多变化不大,甘德每十年减少1.2天。从最长积雪日数、积雪深度的资料分析看:玛多、甘德、达日、久治是最易发生雪灾的地区,其中玛多、甘德、达日是特大雪灾的易发地;玛沁、班玛是出现雪灾最少的地方。从积雪增量的变化看近50年来果洛积雪增量经历了一次由多到少的转变过程,积雪增量的这种变化与积雪日数的年变化相一致。     

北疆雪多灾情重 南疆雪少现旱象

刚刚进入 2 0 0 0年 ,北疆地区就连续出现了 3场大雪天气 ,受这三场强降水天气过程的影响 ,北疆地区积雪明显偏多偏厚 ,部分地区降水量突破同期极值 ,个别地区极端最低气温为 1992年以来的最低值。与此同时 ,南疆地区出现了罕见的暖冬天气 ,大部分地区 1月平均气温突破历史极值 ,个别地区 1月上旬日最高气温达 10℃以上 ,并出现了 1月上旬平均气温为 0℃以上的奇特现象。2 0 0 0年第一旬南北疆天气气候的巨大反差 ,再次表明 :新疆仍然处在异常气候事件频发时期。1～ 2月新疆主要天气气候特点是 :北疆地区降水量异常偏多 ,积雪偏多偏厚 ,平均…     

青藏高原冬春季积雪异常对中国春夏季降水的影响

利用1956年12月～1998年12月共42a，青藏高原及其附近地区78个积雪观测站的雪深和我国160站月降水的距平资料，分析了其气候特征，并用SVD方法分析了冬春季积雪异常与春夏季我国降水异常的关系。用区域气候模式RegCM2模拟了青藏高原积雪异常的气候效应并检验了诊断分析的结果。分析表明，雪深异常，尤其是冬季雪深异常是影响中国降水的一个因子。研究证明，高原冬季雪深异常对后期中国区域降水的影响比春季雪深异常的影响更为重要。数值模拟的结果表明，高原雪深和雪盖的正异常推迟了东亚夏季风的爆发日期，减弱了季风强度，造成华南和华北降水减少，而长江和淮河流域降水增加。冬季雪深异常比冬季雪盖异常和春季雪深异常对降水的影响更为显著。机理分析指出，高原及其邻近地区的积雪异常首先通过融雪改变土壤湿度和地表温度，从而改变了地面到大气的热量、水汽和辐射通量。由此所引起的大气环流变化又反过来影响下垫面的特征和通量输送。在湿土壤和大气之间，这样一种长时间的相互作用是造成后期气候变化的关键过程。与干土壤和大气的相互作用过程有本质差别。     

新旧气候平均值的差异及其对西南气候业务的影响

选取西南地区短期气候预测业务选定的81个气象站,将其1971~2000年30年气候平均值与1981~2010年30年气候平均值进行比较,结果发现,就西南大部分地区而言,前者所表征的气候较后者更冷湿。把两个平均值放在长序列中分析,发现冬季平均气温和汛期降水量平均值的变化幅度较大,这些变化已经对气候影响评价、气候预测业务产生影响。     

玛纳斯河流域积雪变化特征及其与气温、降水的关系

利用MODIS积雪资料以及同期气象资料,分析了2000—2009年玛纳斯河流域积雪面积年内、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:玛纳斯河流域积雪面积在4个不同分带上随季节变化各不相同,其中,带1变化最剧烈,受气候影响最为显著;带2、带3积雪的增加和减少都比较平缓;带4受气候影响最小。从年际波动来看,带1积雪面积随季节变化更为明显,带4在四季变化中均较平稳。对整个流域积雪面积与气候资料的相关分析表明:冬季,流域积雪变化对降水更敏感;而春季,气温是影响流域积雪面积变化的更主要的因素。     

青藏高原冬季积雪异常和长江中下游主汛期旱涝及其与环流关系的研究

在对青藏高原冬季异常积雪资料进行了综合分析的基础上 ,用 3种方法对长江中下游的旱涝指标进行了综合评定 ,计算了高原积雪日数和深度资料与长江中下游 6～ 8月降水量之间的相关系数 ,结果表明 ,青藏高原冬季积雪异常与长江中下游流域的旱涝呈正相关关系 ,最大正相关区主要位于江南北部。通过对冬季北半球 50 0 h Pa高度场、OLR、SSTA资料的合成分析以及对夏季风指数的联系揭示表明 ,高原多雪和少雪所反映出的环流特征显著不同。讨论了异常积雪 -大气 -海洋 -雨带相互之间的可能联系 ,给出了一个初步与青藏高原冬季积雪相联系的长江中下游旱涝物理过程概念模型 ,进而为短期气候监测、预测提供参数线索。     

中国西部积雪类型划分

利用中国105°E以西地区189个地面气象台站1960-2004年积雪日资料和1981-2004年SMMR、SSM/Ⅰ反演的逐日雪深资料,使用积雪年际变率方法划分中国西部积雪类型,并与积雪日数方法的划分结果进行比较.在此基础上,尝试建立了结合以上两种要素的综合分类指标.利用积雪年际变率方法和台站资料,将中国西部积雪划分为3类.其中,稳定积雪区主要包括北疆、天山和青藏高原东部高海拔山区;年周期性不稳定积雪区包括南疆和东疆盆地周边、河西走廊、青海北部、青藏高原中西部、藏南谷地以及青藏高原东南缘;其他积雪区均为非年周期性不稳定积雪区.气候突变后,积雪日数方法划分的积雪类型变化反映出沙漠和低纬度地区积雪变幅增大,在积雪年际变率方法的结果中体现出青藏高原东部地区趋于稳定的积雪面积在增加.在没有台站记录地区,卫星遥感资料很大程度上弥补了台站观测的缺陷,使用这种资料划分积雪类型时,积雪年际变率方法比积雪日数方法的结果更符合西部积雪的分布特点,反映出积雪分布与地形的密切关系.利用综合分类指标划分西部积雪类型的结果表明,台站资料的划分结果很大程度上受积雪持续时间的影响,而在卫星遥感结果中,积雪年际变率则是影响类型划分的主要因素.     

两个30年气候平均值的差异及其对气候业务的影响

选取贵州省短期气候预测业务选定的32个气象站,将其1971～2000年30年气候平均值与1961～1990年30年气候平均值进行比较,结果发现,就全省大部分地区而言,前者所表征的气候较后者更暖湿.把两个平均值放在长序列中分析,发现冬季平均气温和汛期降水量平均值的变化幅度较大,这些变化已经对气候影响评价、气候预测业务产生影响.