东亚夏季风的年代际变率对中国气候的影响

利用NCEP的海平面气压 (SLP) 资料,按6月～8月10^oN～50^oN陆 (110^oE)、海 (160^oE) 气压差 ≤ -5 hPa的累计值代表夏季风强度。每年的值被1951～2000年50年平均值除作为夏季风指数 (SMI)。近50年的SMI序列表明有明显的年代际变化,1970年代中之前强夏季风年 (SMI > 1) 占优势,1976年开始均为弱夏季风年 (SMI < 1)。同时研究了SMI与中国夏季 (6月～8月) 降水量与平均气温的关系。发现夏季风强时中国东部华北多雨,长江少雨,同时长江到淮河气温高,但中国西部在夏季风强时南部多雨,北部少雨,气温为北高南低。夏季风弱时情况相反。同时指出,夏季风的年代际变化还影响到夏季风与中国气候的年际变化关系。     

1979-2012年北极海冰范围年际和年代际变化分析

利用美国冰雪中心发布的海冰密集度数据,对1979—2012年北极海冰范围进行年际和年代际变化分析。结果表明:(1)海冰在秋季融化速度最快,其次为夏季、冬季、春季。2000年后春季下降速率变缓,而其他季节融化速度加快;(2)由于多年冰的融化,太平洋扇区在夏秋季节融化速度要高于其他海区。而大西洋扇区在冬季和春季海冰的融化速度要快于夏秋季节,主要是因为大西洋海温升高;(3)东半球在夏秋季节海冰融化的范围要大于西半球,因此东北航道比西北航道提前开通应用。而整个北极区域近几年春季融化速度变缓,则主要是西半球的作用;(4)从空间分布年代际变化来看,1989—1998年最接近气候态,1979—1988年密集度偏大区域主要在巴伦支海和东西伯利亚海,2009—2012年海冰密集度较常年显著偏小,东半球密集度减小幅度比西半球更大,尤其是冬春季在巴伦支海,夏秋季在楚科奇海。春季时由于风的作用,白令海附近海冰密集度异常偏大;(5)北极区域海冰范围在冬春季比夏秋季突变明显,基本在2003年前后,海冰范围变化周期为6年。     

青藏高原各拉丹冬冰芯记录的季节气温变化

2005 年10-11 月中美联合考察队在各拉丹冬峰北部果曲冰川平坦的粒雪盆 (33^o34'37.8"N, 91^o10'35.3"E, 5720 m a.s.l.) 钻取了一支冰芯, 通过对该冰芯进行多参数定年, 恢复了青藏高原中部各拉丹冬地区近70 年来降水中δ¹⁸O 的变化历史。根据冰芯中季风期和非季风期δ¹⁸O 值与临近气象台站气温的正相关性, 重建了该地区70 年来的春季和夏季的气温变化。结果表明, 各拉丹冬冰芯中δ¹⁸O 记录的春季和夏季升温趋势非常明显; 根据回归分析, 冰芯中非季风期的δ¹⁸O 每增大(或减小) 1‰相当于春季气温升高(或降低) 1.3 ^oC; 季风 期的δ¹⁸O 每增大(或减小) 1‰相当于夏季气温升高(或降低) 0.4 ^oC; 各拉丹冬冰芯中δ¹⁸O 记录恢复的春季和夏季气温与北半球春季和夏季的气温变化具有一致的趋势, 但各拉丹冬地区的增温幅度比北半球要大, 同时春季的增温幅度也高于夏季。     

南极半岛地区气温与南极海冰涛动、ENSO的联系

使用南极半岛Orcadas等台站的气温多年观测资料 ,分析了南极半岛气温和周围海冰以及ENSO的初步联系。结果表明 ,南极半岛地区的气温变化可以反映南极海冰涛动的变化特征 :气温距平和南极半岛附近海冰距平存在密切的负相关 ,和罗斯海外围区域的海冰距平存在正相关关系 ,能够较好地反映出南极半岛气温与南极海冰涛动以及ENSO之间的紧密联系。当南极半岛地区气温偏低 (高 )时 ,南极半岛周围海冰偏多 (少 ) ,罗斯海外围海冰偏少 (多 ) ,赤道中东太平洋海温偏高 (低 ) ,可能出现ElNino(LaNina)。另外 ,南极半岛当年 1 0月的气温距平对预测次年 1月的Nino3区海温异常具有重要参考价值     

冬春季北极海冰的变化特征及其与西北太平洋热带气旋活动的关系探讨

采用Hadley中心1953—2012年海冰密集度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料和1977—2011年日本气象厅台风资料,对冬春季北极海冰变化的主要特征进行了分析,并对冬春季北极海冰变化与西北太平洋台风活动之间的关系进行了初步探讨。结果表明,冬春季北极海冰表现为明显的年代际变化,且在1965—2004年间具有3—4 a的低频振荡周期。在20世纪60年代后期和70年代初期,海冰变化最为显著。冬春季海冰变化与西北太平洋热带气旋生成频次、强度频次的相关性在9月份明显高于其他月份,且为正相关,而与热带气旋强度等级有较显著的负相关性。冬春季北极海冰变化与夏季西太平洋副高强度、副高面积均有很好的负相关关系。冬春季海冰面积偏多(少)时,夏季北美东部、冰岛附近地区、北太平洋以及中低纬度大部地区500 h Pa高度场为负(正)距平分布。冬春季北极海冰面积异常对北半球大气环流的持续性影响,在随后到来的台风盛期有较明显的体现。     

中国地形起伏度及其与人口分布的相关性

基于人居环境自然评价的需要, 运用GIS 技术, 采用窗口分析等方法, 提取了基于栅 格尺度(10 km×10 km) 的中国地形起伏度, 并从比例结构、空间分布和高度特征3 个方面系 统分析了中国地形起伏度的分布规律及其与人口分布的相关性。研究表明: 中国的地形起伏度以低值为主, 63%的区域低于1 (相对高差≤500 m); 空间分布呈现西高东低、南高北低的格局; 随着经度和纬度增高, 地形起伏度呈逐渐下降趋势, 28^oN、35^oN、42^oN 纬线和85^oE、102^oE、115^oE 经线上的地形起伏度符合中国三大阶梯的地貌特征; 随着海拔高度增加, 地形 起伏度呈现逐渐升高趋势。实证分析表明: 中国的地形起伏度与人口密度有较好的对数拟合关系, 拟合度高达0.91; 全国85%以上的人口居住在地形起伏度小于1 的地区, 在地形起伏度大于3 的地区居住的人口总数只占全国0.57%。中国地形起伏度与人口分布的相关性区域差异显著, 东北、华北、华中和华南等地相关性显著, 内蒙古与青藏地区几乎不存在相关性。     

中国近海初级生产力的遥感研究及其时空演化

利用分级初级生产力模式反演估算了2003~2005年0^o~41^oN,105^o~130^oE海域的初级生产力,并分析了它们的时空演化。同时还计算了该时段内渤海、北黄海和南黄海、东海北部和南部以及南海的平均初级生产力状况,结果得出它们的年平均初级生产力 (2003~2005年) 分别为564.39、363.08、536.47、413.88、195.77和100.09 gCm^-2a^-1。北黄海、南黄海及东海南部的初级生产力分别在春季 (4~6月) 和秋季 (10、11月) 出现两次峰值,且春季的峰值高于秋季。然而,南海的两个峰值则分别出现在冬季 (1月)和夏季 (8月),且冬季的峰值高于夏季。渤海和东海北部则呈现单峰 (6月) 分布。渤海和南黄海的初级生产力几乎在整年内都高于其它海域,而东海南部和南海的初级生产力则在整年内都低于其他海域。其中,南海的初级生产力最低,月平均全都低于400 mgCm^-2d^-1。除南海以外的其它5个海域,在春季时期 (东海南部为3~6月,其他海域为4~7月) 的初级生产力最高,平均约占年平均值的41%,其年际变化也最大,平均标准偏差为6.68;而秋季时期 (东海南部为10~1月,其他海域为8~11月) 对年平均的贡献也很大,平均约33%;其他月份 (东海南部为2月和7-9月,其他海域为12~3月) 的贡献则最小。南海的初级生产力则在冬季时期 (12~3月) 最高,约占年平均的42%,夏末秋季 (8~11月) 次之,约30%,春季时期 (4~7月) 最低。叶绿素-a、海表温度、光合有效辐射、季风活动、河流排放、上升流、黑潮以及沿岸流等物理-化学环境因子是造成中国近海初级生产力时空演化的主要原因。     

基于ASCAT散射计数据的2012年南极周边海面风场特征分析

利用2012年全年的ASCAT散射计风场数据,对55°S以南的南极周边海域海面风场开展了时空分布特性统计分析。结果表明:对于南极周边海域,7月平均风速最大,为12 m·s-1,12月平均风速最小,为8 m·s-1,冬季大于夏季;该区域平均风速主要在9—12 m·s-1之间,全年出现的天数280天,约占全年的77%;风速10 m·s-1所占比例也是冬季大于夏季。从全年来看,南极周边海域在冬季(4—6月)和春季(7—9月)风速普遍较大。该区域0°W—60°W海域内风速明显比其他海域要小。     

夏季南大洋南极大磷虾种群分布、结构及生长研究

利用2007/2008年和2008/2009年南极夏季高速采集器和IKMT网走航采样样品,结合同步环境调查资料,研究了南极大磷虾(Euphausia superba)的水平分布、生长状况及种群结构。结果表明,南极大磷虾在威德尔海域丰度高于普里兹湾海域,两个海域的磷虾丰度都低于历史同期。从两个年度南极考察的整个调查海区来看,南极大磷虾处于正常生长状态,但也存在个别生长状况较差站位,推测与海冰回退时间较晚或叶绿素浓度较低有关。利用高速采集器采集的大磷虾样品,在海冰边缘区域站位,未成体磷虾占有很大比例;而在海冰已经消退较长时间的海域,成体磷虾占比例较大,这反映了大磷虾未成体与成体不同的分布特征。南极大磷虾在不同海域种群结构存在一定的差异,对种群补充产生一定的影响。     

中国高山林线的分布高度与气候的关系

通过研究我国高山林线的分布高度沿纬度、经度的变化格局,和对高山林线处的温度和基带降水等气候指标的分析,对我国高山林线分布高度与气候因子的关系进行探讨。结果表明：(1) 我国高山林线高度表现出明显的纬向和经向变化,总体趋势是：在北纬30^o以北,高山林线高度随纬度升高而下降,下降速率为112 m/度左右;在30^oN以南,则表现出较大的东西部差异：在东部,高山林线高度变化不明显,西部则随纬度增加呈上升趋势。在相似的纬度上,高山林线高度呈现出从东向西升高的趋势。高山林线在藏东南的洛隆、丁青、工布江达一带 (约29^o~32^oN,94^o~96^oE) 达到4 600 m,为世界最高林线高度,并以此为中心向四周降低。(2) 影响高山林线高度的主导气候因子为生长季温度条件。我国高山林线高度的温度指标为年生物温度3.5 ^oC,温暖指数14.2 ^oC·月,生长季平均温度8.2 ^oC。该指标相应海拔高度的地理差异,导致了我国高山林线高度的纬向、经向变化,和从沿海到内陆林线高度的差异。(3) 降水对高山林线高度有显著影响。在中高纬度地区,相同纬度上干旱区域的高山林线高于较湿润区域,降水量是通过温度间接作用于林线高度的。     

新疆北部夏季降水与海温异常的关系

利用1960—2004年新疆北部36个气象站月降水资料和美国国家气候数据中心重建的1960—2004年全球2°×2°月平均海洋表面温度资料,研究了新疆北部夏季降水与海温异常的关系。研究表明,新疆北部夏季降水变化与ENSO事件关系不密切,而与前期冬末—春季的5个海温敏感区密切联系,这5个海温敏感区分别为北印度洋、西太平洋暖池及黑潮区、热带中东太平洋、北大西洋和热带大西洋。前期春季海温异常与新疆北部夏季降水变化联系最显著,表现为显著正相关关系。研究为预测新疆北部夏季降水提供了有益的因子。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

2002—2011年南极海冰变化的遥感分析

基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据, 计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积, 分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化, 揭示了海冰变化的时空特征。结果表明: 2002— 2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%, 总体上呈现增加的趋势, 其中2008年海冰面积最大。罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势, 而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小。南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大, 相同季节海冰面积变化波动较小, 不同海区只是变化范围不同。南极一年冰增长速度较低, 平均每年增加约0.1×106 km2, 且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围。多年冰平均每年减少0.05×106 km2, 且多处于威德尔海。海冰面积变化与气温有负相关关系。     

ENSO循环过程对南极海冰的影响

应用 1 951- 2 0 0 2年NINO特征指数 (NINO1 +2 ,NINO3 ,NINO4 ,NINO3 .4)和 1 973-1 998年南极海冰北界范围以及 1 950- 2 0 0 1年SODA海洋温度资料。首先分析探讨了在ElNi no期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水在南半球的传播途径 ,进而研究了ENSO以及东南太平洋异常海温场与南极海冰之间的关系。结果表明 ,在ElNino期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水 ,是沿秘鲁和智利沿岸向极传播。其传播过程持续大约 1年的时间 ,但未发现沿南赤道流的西传现象。ENSO循环过程与南极海冰变化存在一定联系 ,特别是Amundsen Belling shausen海和南极半岛海冰的变化与ENSO暖事件 (ElNino)较为密切。当ElNino事件发生后 ,时滞 2年左右的时间 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰将出现明显的减少现象 ,特别是南极半岛的海冰减少最为明显。ElNino事件对南极海冰的影响过程是 ,堆积于赤道东太平洋的大量异常暖水 ,沿南美 (秘鲁和智利 )沿岸近海向极地传播 ,异常暖水的这种向极传播过程将引起近极的海温场出现异常升高 ,最终导致Amundsen Bellingshausen海和南极半岛地区的海冰减少。自 2 0世纪 80年代以来 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰出现明显减少的趋势 ,与这一时期的ElNino事件的频繁发生     

南北极海冰变化及其影响因素的对比分析

海冰是海洋-大气交互系统的重要组成部分,与全球气候系统间存在灵敏的响应和反馈机制。本文选用欧洲空间局发布的1992—2008年海冰密集度数据分析了南北极海冰在时间和空间上的变化规律与趋势,并结合由美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)联合制作的NCEP/NCAR气温数据和ENSO指数探讨了南北极海冰变化的影响因素。结果表明,北极海冰面积呈明显的减少趋势,其中夏季海冰最小月的减少更快。北冰洋中央海盆区、巴伦支海、喀拉海、巴芬湾和拉布拉多海的减少最明显。南极海冰面积呈微弱增加趋势,罗斯海、太平洋扇区和大西洋扇区的海冰增加。北极海冰面积与气温有显著的滞后1个月的负相关关系(P0.01)。北极升温显著,北冰洋中央海盆区、喀拉海、巴伦支海、巴芬湾和楚科奇海升温趋势最大,海冰减少很明显。南极在南大西洋、南太平洋呈降温趋势,海冰增加。北极海冰减少与39个月之后ONI的下降、40个月之后SOI的上升密切相关;南极海冰增加与7个月之后ONI的下降、6个月之后SOI的上升存在很好的响应关系。南北极海冰变化与三次ENSO的强暖与强冷事件有很好的对应关系。     

南极普里兹湾海域夏季表层水体颗粒有机碳及其同位素分布特征

基于中国第29次南极科学考察在普里兹湾海域采集的61个站位的表层悬浮体样品的颗粒有机碳(POC)及其稳定同位素(δ13CPOC)测试结果,结合卫星遥感解译的研究区海水表面温度(SST)、叶绿素a(Chl a)浓度和海冰覆盖率数据,研究了普里兹湾海域表层水体悬浮POC的分布特征,探讨了悬浮体中POC的来源及其形成过程。结果表明,2013年夏季普里兹湾表层悬浮POC浓度为0.28—0.84 mg·L-1,平均浓度为0.48 mg·L-1;δ13CPOC值的变化范围为-29.68‰—-26.30‰,平均值为-28.01‰。表层水体悬浮POC分布呈现近岸高于远岸,西部高于东部的特征。POC的高值区主要分布在冰架附近,与表层水体Chl a浓度和海冰覆盖率分布趋势基本一致,表明夏季普里兹湾表层水体悬浮POC主要由浮游植物现场生产,而浮游植物的生长受到了海冰的显著影响。在普里兹湾外部海域表层水体悬浮颗粒物δ13CPOC值从东向西逐渐偏负,而调查区东部从近岸向远海逐渐偏负,反映该海域δ13CPOC分布特征主要受到浮游植物吸收与固定CO2速率的影响。中山站附近海域δ13CPOC值显著偏负,可能是受到近岸海域陆源有机质输入和浮游生物种属改变的影响。     

罗斯海和普里兹湾海域海冰范围变化对比分析

海冰范围的变化对气候变化、生态系统以及人类活动都会产生重大的影响,近年来极地海冰范围的变化受到广泛关注。对南极罗斯海与普里兹湾海域海冰范围进行时间序列分析,研究发现海冰范围季节性变化在罗斯海与普里兹湾海域差异较大,罗斯海地区表现出"快速缩小、迅速扩大"的特性,普里兹湾海域表现出"快速缩小、缓慢扩大"的特性。两地区的海冰范围在年际变化上都表现出扩大的趋势,2003—2014年罗斯海地区海冰变化趋势为(1.39±1.12)×104km2·a~(-1),普里兹湾海域海冰变化趋势为(0.61±0.26)×104km2·a~(-1)。罗斯海地区夏季的年际变化为减少趋势。     

南极罗斯海2012年夏季海冰特征分析

利用卫星海冰密集度资料和船基海冰走航观测数据分析了2012年12月至2013年3月南极罗斯海海冰密集度、厚度和浮冰尺寸等参数的时空变化特征。12月下旬罗斯海西侧浮冰区南北向宽约1 000 km,沿雪龙船航线平均密集度在5成以上,平均海冰厚度为100 cm,平均冰上积雪厚度为16 cm,高密集度区域主要为尺寸较小的块浮冰(2—20 m)和小浮冰(20—100 m),低密集度区域主要为大尺寸浮冰(500—2 000 m)。1月和2月罗斯海大部分海域无海冰覆盖,3月海冰迅速冻结,下旬即覆盖整个罗斯海。SSMIS和AMSR2两种卫星遥感数据均能较好反映航线上的真实海冰密集度状况,AMSR2产品与观测符合更好。与1978—2012的气候平均值相比,观测区在2012年夏季冰情偏重。本文的分析结果可帮助我们了解罗斯海海冰的时空特征,为中国后续罗斯海科考提供参考。     

江南春季降水的准2a振荡及其与热带海温异常的关系

基于中国160站的逐月降水观测资料及NOAA扩展重建的海表温度资料,从1951~2012年逐月的历史时间序列中提取出准2 a振荡(TBO)分量,对中国江南地区春季(3~5月)降水的TBO特征及其与热带海温的关系进行了分析。结果发现:①TBO为江南春季降水最主要的年际周期,TBO分量的方差贡献占到原始序列的52.2%。②江南春季降水与热带海温异常存在明显的时滞关系,其TBO分量与前期Nino3.4区和印度洋海表面温度距平(SSTa)的相关较原始序列更为显著,且持续时间更长,说明热带海温异常对江南春季降水TBO分量的影响是非常显著的。③江南春季降水TBO与Nino3.4指数的时滞关系还呈现出显著的年代际转折,20世纪80年代中期之前,江南春季降水TBO分量与Nino3.4指数在滞后1~11个月内都表现出明显的正相关关系,但从80年代中期至90年代末期这种时滞关系减弱,直至21世纪以来,江南春季降水TBO与Nino3.4指数的时滞关系又重新建立。④通过对比分析年代际转折前后与江南春季降水TBO循环所对应的热带海温演变特征,发现在20世纪80年代中期之前,TBO分量与超前1个季节的赤道中东太平洋海温异常演变具有同步性,使得两者之间的正相关关系稳定;而1986~1999年期间,无论是赤道中东太平洋地区或者印度洋地区海温的演变,都没有表现出像之前类似的TBO循环特征,从而导致两者的相关关系减弱。也就是说,江南春季降水的TBO与中东太平洋海温时滞关系的年代际转折与赤道中东太平洋海温是否具有显著的TBO周期密切相关。     

阿克苏地区近45年日照时数变化特征

根据阿克苏地区8个气象站近45年(1961-2005)逐月日照时数资料,建立阿克苏地区年日照时数序列,利用3年滑动平均、一元线性回归、Mann-Kendall、灰色预测等方法,全面分析阿克苏地区近45年来日照时数变化的基本特征。结果表明:年日照时数呈现增加趋势,其变化的倾向率为3.9 h/10 a;年日照时数近45年来极低值出现在1985年,最高值出现在2005年;春季和夏季日照时数呈增加趋势,但是夏季变化趋势不明显,未能通过显著性水平检验;秋季、冬季日照时数呈减少趋势,其变化倾向率分别为-0.4 h/10 a和-11.0 h/10 a,秋季未能通过显著性水平检验。年日照时数在1974年发生了突变,日照时数逐渐减少。建立灰色预测GM(1,1)模型对阿克苏地区2006-2010年的年日照数进行预测,发现在今后几年阿克苏地区的年日照时数将会有所增加,年日照时数在2010年达到2 923.2小时,但未能超过近45年来的极大值。