鄱阳湖区域极端降水异常的特征及成因

鄱阳湖区域4-7月极端降水总量存在显著的2-4年周期变化,且鄱阳湖4-7月极端降水总量的变率存在比较显著的增加趋势.1998年6月鄱阳湖地区极端降水总量异常偏多,而2001年6月异常偏少,仅为1998年的13.5%左右.通过分析大气环流场、水汽输送等方面的差异,发现1998年6月500hPa高度场上乌拉尔山高脊和鄂霍次...     

El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型的数值模拟

给定1948～1999年逐月变化的全球观测的海表温度分布，使用全球大气环流模式（CCM3/NCAR）模拟了大气对海表温度变化的响应，利用SVD和合成检验方法，分析了El Nino发展阶段夏季、成熟阶段冬季以及衰亡阶段夏季东亚大气环流的年际异常型.结果表明：El Nino发展阶段夏季，中国东北、朝鲜半岛以及日本海附近为高度负异常中心，西太平洋副高偏弱、偏东，东亚夏季风增强；El Nino成熟阶段冬季，东亚大槽加强，东亚北部冬季风加强；El Nino衰亡阶段夏季，西太平洋副高偏强、偏南、西伸，东亚夏季风减弱；El Nino事件在其衰亡阶段夏季与东亚大气环流异常的关系最紧密，其次是成熟阶段冬季，最后是发展阶段夏季.模拟的El Nino演变不同阶段东亚大气环流年际异常型易于解释以往研究中观测分析揭示的由El Nino造成的我国东部气温和降水异常型.     

淮河流域夏季降水与前冬北太平洋涛动联系的年代际变化

利用我国160站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了前冬北太平洋涛动（NPO）在20世纪70年代中期发生年代际突变前后与淮河流域夏季降水的联系.研究发现两者之间的对应关系具有明显的年代际变化.20世纪70年代中期以前,前冬NPO与淮河流域夏季降水为显著的负相关,之后这种关系明显减弱.本文进一步探讨了20世纪70年代中期突变前后与前冬NPO异常相联系的大气环流场的变化.结果表明,在年代际突变前,当前冬NPO偏强（弱）时,夏季西太平洋对流层低层为异常气旋（反气旋）型环流控制,淮河流域上空大气异常下沉（上升）,同时向淮河流域的水汽输送减弱（加强）,这些条件不（有）利于淮河流域降水的发生,淮河流域夏季降水因而偏少（多）.在年代际突变后,前冬NPO异常对后期夏季与淮河流域降水相关联的大气环流系统的影响变得不明显,从而减弱前冬NPO与夏季淮河流域降水的联系.     

21世纪初青藏高原感热年代际增强对中国东部季风雨带关键区夏季降水年代际转折的影响

基于中国气象局提供的气象站点月值资料,NOAA、CMAP降水格点月值资料,NDVI卫星资料及再分析资料,利用统计方法分析了1961-2014年青藏高原感热与中国东部季风雨带关键区夏季降水的年代际变化,并根据热动力平衡方程结合CESM模式试验解释了21世纪初高原感热异常对关键区夏季降水的影响机理.结果表明:21世纪初,黄淮、江淮地区降水增加,而长江以南地区降水减少.同时,高原感热也发生年代际增强,当春季感热增强后,大气热能上传导致夏季高原近地面产生气旋性环流异常,大气辐合;高层产生反气旋性环流异常,大气辐散.黄淮、江淮地区在对流层中低层受异常偏南风控制,高层受高原上空的大尺度反气旋环流影响产生异常偏北风.此外,高原感热增强通过影响黄淮、江淮地区产生暖平流输送和非绝热加热正异常,该区域产生异常的上升运动,降水量增加.长江以南地区在对流层中低层存在一个异常的反气性环流,有来自海洋的冷平流输送,同时大气非绝热加热在该地区为负异常,产生异常的下沉运动,降水量减少.模式敏感性试验的结果证实了当高原感热发生年代际增强,黄淮、江淮地区水平温度平流及非绝热加热为正异常,而在华南地区为负异常,从而导致黄淮、江淮地区大气上升运动增强,降水增加;而华南地区下沉运动增强,降水减少.     

一个改进的诊断层积云方案及其对大气环流模式性能的改进

在气候模式中,传统的层积云参数化方案(简称LTS方案)高估了自由大气湿绝热过程所引起的垂直温度梯度的作用.在Wood和Bretherton提出的"估算逆温"(EIS)基础上,本文基于卫星资料构建了一个改良的诊断层积云方案,旨在改进当前广为使用的LTS方案.通过将EIS层积云方案引入大气环流模式GAMIL2.0中,并与传统方案进行对比试验发现,EIS层积云方案能有效地改善GAMIL2.0对东亚-西北太平洋季风区乃至全球云-辐射气候特征的模拟能力,一定程度地纠正了模式原来存在的中高纬度净(短波)云辐射强迫模拟偏弱的现象,而该偏差在当前许多模式中普遍存在.此改进与EIS层积云方案合理处理自由大气的温度层结有关.EIS层积云方案亦显著改进了GAMIL2.0对东亚-西北太平洋季风区云辐射年际变率的模拟能力.加入EIS层积云方案后,模式较好地模拟出了ENSO年冬春季东亚边缘海域的净云辐射正异常、海表入射短波正异常和层云量负异常.究其原因是EIS层积云方案比传统方案对海表温度异常的扰动更敏感.海表温度异常通过EIS层积云方案在对流层低层强迫出更强的云量距平,并通过改变加热率和垂直速度影响整个对流层,最终改进模式对云辐射强迫和地表入射短波通量年际变率的模拟.EIS层积云方案还增强了模式对El Ni?o年冬春季节西北太平洋异常反气旋以及东亚降水异常的模拟效果.     

梅雨与北极涛动及平流层环流异常的关联

平流层过程如何影响气候变化是一个大家关注的科学问题,在WCRP中专门设置了一个研究子计划SPARC.本文的分析研究表明,中国的梅雨异常可能受到平流层大气环流异常的影响,而这种影响是通过北极涛动（AO）的变化来实现的.从分析和计算结果可以看到,二月份北半球30 hPa位势高度的EOF第一主分量对应着副热带和高纬度地区的显著下传异常波作用量,其第三主分量对应着极地地区的显著下传异常波作用量,这些下传的异常波作用量都对三月份AO形势的形成有明显的贡献.三月份的AO则会通过影响东亚地区夏季对流层大气的冷暖状况和环流,在长江中下游地区导致异常垂直运动和辐散辐合形势,从而影响夏季的梅雨降水.     

全球变暖背景下春季Hadley环流与东亚夏季风环流年际对应关系的多模式预估

观测事实揭示,春季Hadley环流在年际时间尺度上与东亚夏季风环流和降水具有密切联系.在未来全球变暖背景下,春季Hadley环流与东亚夏季风环流和降水的这种年际关系是否会发生变化？针对该问题,本文在评估的基础上选取五个气候模式,分析了A1B排放情景下春季北半球Hadley环流年际变率的未来变化及其与东亚夏季风环流和降水的年际关系.多模式集合(MME)预估结果表明,在全球变暖背景下,与20世纪末期(1970—1999年)相比,到21世纪末期(2070—2099年),春季北半球Hadley环流的年际变率强度将减弱,减弱幅度达32%.随着春季Hadley环流年际变率的减弱,其与夏季西太平洋副热带高压和东亚夏季风强度的联系将变弱.MME模拟结果还显示,春季Hadley环流与夏季东亚西风急流和降水的关系也降低,但各单个模式间存在较大差异.     

亚洲-太平洋涛动与西北太平洋热带气旋频数的关系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季亚洲-太平洋涛动(Asian-Pacific Oscillation, APO)和西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现APO强弱的年际变化与西北太平洋热带气旋频数多寡之间具有显著的正相关关系, 夏季APO偏强(弱)时, 西北太平洋热带气旋偏多(少). 研究进一步揭示, APO变化可导致西北太平洋区域主要大气环流系统出现异常, 而大气环流的这种异常变化正是APO与西北太平洋热带气旋频数相联系的原因. 当APO处于正位相时, 西太平洋副热带高压减弱, 位置偏东偏北; 西北太平洋地区高层大气异常辐散, 低层大气异常辐合; 纬向风垂直切变减弱. 这些变化均为西北太平洋热带气旋的形成提供了有利的大气环流条件, 因此, 西北太平洋热带气旋频数偏多. 反之亦然.     

南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系

本文对长江中下游夏季旱涝年前期（3、4、5月的季节平均）和同期（6、7、8月的季节平均）的南半球环流作对比分析,探讨南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系. 结果表明前期和同期南半球环流均有显著差异,春季南极涛动对长江中下游旱涝的影响较夏季显著,南半球副热带高压在春、夏两季中有很好季节持续性. 因此,春季南半球环流异常可以作为长江中下游夏季旱涝主要短期气候预测因子. 南、北半球中高纬环流相互作用是长江中下游夏季降水的一个重要因素,其可能的联系机制是从南半球高纬到北半球东亚沿岸经向分布的正压遥相关. 研究中还发现在长江中下游的涝年,整个对流层中南半球春、夏两季有持续增温,这说明了南北半球的温度梯度减弱也是东亚夏季风减弱的原因之一.     

春季Hadley环流异常对夏季西北太平洋热带气旋频数影响的数值模拟试验

观测事实揭示出春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数之间存在显著的负相关关系.由春季Hadley环流异常引起的西北太平洋地区夏季纬向风垂直切变、大气辐合辐散等的异常变化是这一关系存在的内在原因.本文通过数值试验对这一关系的真实性进行了验证,即利用中国科学院大气物理研究所发展的9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）模拟了春季Hadley环流异常偏强情景,并分析了该情景下影响西北太平洋热带气旋生成的环境场的响应.结果表明,在春季Hadley环流偏强情景下,夏季西北太平洋地区纬向风垂直切变幅度加大,低空大气异常辐散,高空大气异常辐合,东亚夏季风减弱,这种环流背景不利于热带气旋生成和发展,因此,西北太平洋热带气旋频数异常偏少.数值模拟结果与已有的诊断结果相吻合,进而证实了春季Hadley环流与夏季西北太平洋热带气旋频数负相关关系的存在.因此,春季Hadley环流信号可以用于西北太平洋热带气旋活动的气候预测.     

夏季风期间长江流域的水汽输送状态及其年际变化

本文利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了长江流域夏季风期间的水汽收支和循环,着重研究了不同月份与水汽收支的年际变化显著相关的大尺度水汽输送和环流异常.流域范围的西南夏季风水汽输送以6、7月最为强烈,经向输送在5～8月造成流域水汽辐合,9月造成辐散;纬向输送在5～7月造成流域水汽辐散,8、9月造成辐合.研究表明,在不同月份,流域的南北边界处的水汽输送在流域水汽收支的年际变化中起着不同的作用.这种变化与大气环流的异常密切相关.在夏季风相对较弱月份（5、8、9月）,流域水汽收支的年际变化极大地受到流域南边界南风水汽输入通道的影响,对应于水汽收入偏丰年,该3个月500 hPa高空在青藏高原东部都存在显著异常低压区,而且,8、9月在中南半岛及其以东洋面存在显著异常反气旋环流,与8月西太副高的向西向南异常伸展,以及9月副高的西伸较弱和南北范围较宽有关,这些异常环流均造成南边界的大量异常水汽输入.而在夏季风十分强盛的6、7月,流域北边界南风水汽输出极大增加,成为流域水汽收入年际变化的关键敏感通道,对应于水汽收入偏丰年,6月500 hPa高空主要受中纬度以黄海和东海为中心的异常低压系统和气旋性异常环流影响,与该区域副高偏南、偏弱有关,而7月则主要受中高纬以外兴安岭为中心的异常高压和反气旋性异常环流影响,应该是由于该区域大陆高压的频繁生成造成的,它们均造成流域北边界水汽输出的异常减少.     

北京沙尘频次的年际变化及其全球环流背景分析

本文采用相关和合成的分析方法,研究北京沙尘频次的年际变化及其冬、春季的全球环流背景.结果表明北京沙尘频次有年际变化的特点,并与全球范围内的环流异常相联系,特别是南、北半球的中高纬的环流异常.南半球环流异常与沙尘的联系在冬、春两季有很好的持续性和显著性,北半球中高纬环流异常与沙尘的联系冬季较春季显著.春季对流层高层的东亚西风急流增强能使低空的蒙古气旋加强和锋生,从而引起地面大风,为沙尘天气频次的增加提供动力条件.     

Impacts of thermodynamic processes over the Tibetan Plateau on the Northern Hemispheric climate

We here report our recent research results on the climatic features of Tibetan thermodynamic functions and their impacts on the regional climates of the Northern Hemisphere. The results show that the thermodynamic processes over the Tibetan Plateau not only strongly influence the Asian monsoon and precipitation, but also modulate the atmospheric circulation and climate over North America and Europe through stimulating the large-scale teleconnections such as the Asian-Pacific oscillation and affect the atmospheric circulation over the southern Indian Ocean. The Tibetan climate may be affected by sea surface temperatures over the tropical Pacific. On the other hand, the Tibetan climate also affects the atmosphere-ocean interactions in the tropics and mid-latitudes of the Pacific by the atmospheric circulation over the North Pacific. In spring and summer, the thermodynamic anomalies on the plateau affect the subtropical high pressure, the Hadley circulation, and the intertropical convergence zone over the Pacific, and then modulate the development of the El Niño/Southern Oscillation (ENSO). It is necessary to study the forecasting methods for the development of ENSO from the Tibetan climate anomaly. This result also embodies the essence of interactions among land, atmosphere, and ocean over the Northern Hemisphere. Since the previous studies focused on impacts of the plateau on climates in the Asian monsoon regions, it is essential to pay more attention to studying the roles of the plateau in the Northern Hemispheric and even global climates.     

全新世初期气候的数值模拟研究

本文尝试用一个完全耦合的大气-海洋-植被模式(Atmosphere-Ocean-Vegetation General Circulation Model, AOVGCM)模拟全新世初期的地球气候.模拟结果表明，耦合模式成功地再现了全新世初期复杂气候条件下的基本特征，为研究这一时期的气候状况提供了重要的模型支持.就全球平均而言，11ka BP冬季地表气温比现代约低1.6 K,夏季比现代低约0.3 K；大气温度从低层到高层有不同的表现，高层反映了太阳辐射的重要作用，而低层气候对下垫面（如冰川、植被和海洋等）的影响比较敏感.从区域分布来看，11 ka BP冬季大部地区比现在偏干，但热带太平洋和南半球少部地区降水偏多；夏季大部地区比现在偏湿，亚洲和非洲季风偏强，主要的季风区降水偏多.     

Influence of land evapotranspiration on climate variations

A coupled numerical model of the global atmosphere with a qualified biosphere (GOALS/LASG) has been used to assess the nature of the physical mechanisms for land-atmosphere interactions, and the impacts of the Asian/North American land-surface evapotranspiration on the regional and global climate. This sensitivity study suggests that the simulated climate would be relatively sensitive to land surface evapotranspiration, especially over the Asian regions. The removal of evapotranspiration in Asia would create a warmer and drier climate to a certain degree. Furthermore, the surface evapotranspiration anomalies would make a substantial contribution to the formation and variation of subtropical anticyclones through the changes in monsoon precipitation and the β -effect, but also make a large contribution to the variations of the atmospheric circulation in the Northern Hemisphere and even the globe. Therefore, besides the traditional perception that we have generally emphasized on the influence of subtropical anticyclones activities on the boreal summer precipitation over the regions of eastern China, the surface evapotranspiration anomalies, however, also have substantial impacts on the subtropical anticyclones through the changes in monsoon precipitation. For this reason, the variation in the internal heating sources of the atmosphere caused by the land surface evapotranspiration and the vapor phase change during the boreal summer is an important external factor forcing the weather and climate.     

Evaluation of ocean-atmospheric indices as predictors for summer streamflow of the Yangtze River based on ROC analysis

Antecedent anomalies of sea surface temperature and atmospheric circulation are important signals for making long-term streamflow forecasts. In this study, four groups of ocean-atmospheric indices, i.e, El Niño Southern Oscillation (ENSO), the Northern Hemisphere atmospheric circulation, the Southern Hemisphere atmospheric circulation (SAC), and the Western Pacific and Indian Ocean SST (WPI), are evaluated for forecasting summer streamflow of the Yangtze River. The gradient boosting regression tree (GBRT) is used to forecast streamflow based on each group of indices. The score based on receiver operating characteristics (ROC) curves, i.e., area under the ROC curve (AUC), is used to evaluate skills of models for identifying the high category and the low category of summer streamflow. It is found that the ENSO group and the SAC group show higher AUC values. Furthermore, both AUC values of GBRT models and individual indices show that the low flow years are easier to be identified than the high flow years. The result of this study highlights the skill from the Southern Hemisphere circulation systems for forecasting summer streamflow of the Yangtze River. Results of relative influences of predictors in GBRT models and AUC of individual indices indicate some key ocean-atmospheric indices, such as the Multivariate ENSO Index and the 500-hPa height of the east of Australia.