春夏东亚大气环流年代际转折的影响及其可能机理

本文通过多变量联合经验正交分解(MV-EOF)方法揭示了近30年(1979~2010年) 春季和夏季东亚大气环流所发生的年代际转折及其与中国南方降水年代际季节反相变化的内在联系,探讨了局地性大气热源年代际变化影响东亚大气环流年代际转折的可能机理.结果表明:(1)东亚大气环流春季第一模态和夏季第二模态在90年代中期都发生了明显的年代际转折;(2)与春季大气环流第一模态和夏季大气环流第二模态年代际转折相对应的是中国南方降水明显的年代际季节反相变化,即春季降水年代际减少,夏季降水年代际增多;(3)春季青藏高原和夏季贝加尔湖地区大气热源年代际变化对东亚大气环流年代际转折有一定贡献,是造成中国南方降水年代际季节反相变化的直接原因;(4)春季青藏高原大气热源的年代际减弱,使得高原东南侧的西南风减弱,导致中国南方上空水汽输送不足,春季降水减少.夏季贝加尔湖大气热源偶极型分布由“南负北正”转变为“南正北负”,由此在贝湖上空激发高压异常,使得夏季雨带北进受阻而停滞南方,造成中国南方夏季降水增多.     

大气活动中心长期变化的阶段性

本文根据1871—1970年全球一月、七月海平面的月平均气压,讨论了全球各大气活动中心长期变化的阶段性,同时还讨论了阶段性与太阳黑子数的关系及阶段性在统计学上的意义.我们得到以下几个主要结果: 1.大气活动中心的长期变化存在着阶段,这种阶段一般持续为40—60年. 2.本世纪30年代许多大气活动中心发生了较明显的阶段转折. 3.大气活动中心及气候要素的阶段转折与太阳黑子数的变化有一定的关系.     

相对瞬变气候态的气候异常

极端天气和异常气候的定量分析与预报需要一个确定的参考态。瞬变气候是地球固定点上大气相对太阳的自转和公转所接受到的太阳辐射与地表特征的动力与热力耦合形成的具有24 h日循环和365 d年循环的气候态。相对年循环的逐日气候态,本文首先考察了天气扰动和气候上的季节内异常、年际异常和长期趋势(或年代际异常),回顾了气候态中客观存在于大气经向剖面中的年平均四圈环流及其长期变化,水平空间分布中的环流系统随季节的变化和在季节内的准周期变化。针对大气环流强度的长期趋势,本文综述了与之对应的南北半球气候长期趋势中的不对称分布。     

大气环流的年代际变化 II.GCM数值模拟研究

类似大气环流模式比较计划（AMIP）的数值模拟,将实际观测的海表水温（SST）资料引入模式进行40多年的数值积分,得到长时间的大气环流模拟结果。分析数值模拟结果发现,无论是大气中的主要涛动和遥相关型,还是重要大气环流系统都极为清楚地存在着年代际变化特征,包括10～20年准周期振荡和可能的30年以上的准周期振荡;而且上述主要环流系统的形势及其年代际变化大都与实际观测资料所给出的结果相一致。顺便分析中国东部气候的模拟结果,年代际变化特征（包括60年代的气候突变）也很清楚,并同大气环流变化配合十分合理。结果也表明,同研究季节和年际变化一样,大气环流模式（AGCM）数值模拟也是研究大气环流和气候年代际变化的有效方法。     

1999年与2003年我国北方地区夏季气温异常原因初探

分析了1999年与2003年我国北方地区夏季气温的变化特点和同期大气环流主要特征。结果表明:中国夏季气温变化有明显的年代际特征,这一特征与亚洲上空大气环流的年代际变化紧密相关,表明我国北方地区夏季气温异常一个很重要的原因或许是缘于气候年代际变化。2003年夏季中高纬环流形势呈两槽两脊的配置,与近十几年气候态分布刚好相反,因而从气候年代际变化的特征来看,2003年为预示年代际气候转型的征兆。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

近50年中国冬季气温对ENSO响应的时空稳定性分析研究

根据1962~2010年中国160站的月平均气温资料、Ni?o3.4区海洋Ni?o指数(ONI)资料以及相应的NECP/NCAR再分析资料,采用相关分析、滑动相关分析、滑动t检验、合成分析等方法,探讨了最近50年中国冬季气温对ENSO响应的时空稳定性问题。结果表明:中国冬季气温异常对ENSO的响应有着显著的地域性差异以及年代际变化,其中东北和西南地区的相关关系不稳定度比较大,而在中国东部地区则比较稳定。东北与西南地区在20世纪70年代中后期以后,冬季气温对ENSO的响应迅速减弱,甚至发生了反向变化,而东部地区这种关系近50年并没有较强的突变。相应的亚洲高空大气环流对ENSO的响应也具有明显的空间差异和阶段性变化,其特征与中国冬季气温对ENSO的响应特征基本对应。从大气环流角度解释中国冬季气温对ENSO的响应发生阶段性减弱的可能机制:ENSO通过经向Hadley环流影响中高纬度大气环流,由于70年代中后期以后亚洲经向Hadley环流的下沉支发生显著减弱,使得东亚大气环流对ENSO的响应减弱,进而导致中国冬季气温对ENSO的响应减弱。     

太阳活动与高原积雪及东亚环流的年代际相关分析

太阳活动影响气候系统的研究对认识全球气候变化具有重要的意义,本文利用太阳射电通量资料、太阳总辐照度重建资料和太阳黑子数观测资料,应用相关统计方法研究了太阳活动与冬季青藏高原积雪以及东亚地区大气环流的年代际相关关系。结果表明:在去掉太阳11年显著周期的更长时间尺度上,太阳活动超前调节着冬季青藏高原积雪以及东亚大气环流,其中高原积雪滞后太阳射电通量第4年滑动平均年相关最显著,相关系数达到0.8013,通过0.05的Monte-Carlo显著性水平检验;高原冬季积雪与北极涛动和东亚冬季风之间也存在显著的同期和滞后年代际相关关系。     

Inhomogeneous trends in the onset date of extreme hot days in China over the last five decades

基于1960-2018年均一化日最高气温(Tmax)资料,发现中国大部分区域高温初始发生日期(FirstEHD)呈提前趋势,但华北地区一些站点呈推迟趋势,这主要由上述区域Tmax的长期变化趋势决定,但Tmax变率的影响也不可忽视.FirstEHD的变化趋势在1990s出现年代际转折,其中新疆,华北和长江流域在1990s前后FirstEHD变化趋势的符号发生变化,华南地区则表现为1990s前后FirstEHD趋势幅度的不同,但符号保持不变;研究表明FirstEHD趋势的年代际转折转折与大气环流年代际趋势的变化紧密相关.     

近50年阿留申低压地区凝结加热的变化

利用1948~2003年NCEP再分析凝结加热率资料,研究了北太平洋地区整层凝结加热的季节演变,着重研究了阿留申低压地区(30~50°N,160~210°E)凝结加热的长期变化,探讨了它对北太平洋年代际变率可能的反馈。研究表明:冬季阿留申低压地区上空存在较强的凝结加热,它与阿留申低压的强度存在显著的正相关关系;该处凝结加热的垂直分布不均匀可引起大气环流热力适应,从而可能有利于阿留申低压的加强;该处凝结加热在20世纪70年代末发生了一次明显的阶段性转折,70年代末以后增强,它可能对阿留申低压的强度形成反馈,从而有利于阿留申低压在70年代末以后加强。作者进一步讨论了该处凝结加热发生这种阶段性转折的原因和传播机制。     

印度夏季风垂直环流圈的数值试验

为了研究山脉、非绝热加热、特别是大气湿非绝热过程(水汽凝结、云与辐射过程的反馈和积云对流过程等)对印度季风垂直环流的影响,本文利用一个五层原始方程模式,对印度季风中断和活跃过程分别进行了五种数值试验。试验中采用了实际地形,初始场取自FGGE—3B格点资料。结果表明:包括湿过程的非绝热加热作用对沿80°E附近的经向垂直环流的结构和强度有重要影响。当减少大气中的水分含量或略去积云对流过程或去掉整个非绝热过程时,季风环流圈的范围和强度均减小。季风中断与季风活跃时期,山脉与不同季风环流相互作用的结果也不同,中断时期,在印度中部有山试验比无山试验的上升运动弱、降水量少;活跃时期则相反。     

中国气候年代际变化的大气环流形势对比分析

该文通过５０年代和８０年代大气环流形势异常的对比,分析了中国气候年代际变化的特征．其主要结果是：中国气候变化存在明显的年代际变化特征;在中国气候年代际变化的不同气候阶段,北半球大气环流也有明显的不同异常形势,尤其是西北太平洋和中国大陆一带地区的环流异常非常不一样;同时,与空间分布的明显差异相类似,子波分析表明对于不同的气候阶段,也有不同的时间变化型与之相对应．     

北极海冰及其与气象要素年际关系的年代际变化

利用Hadley海冰密集度资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系的年代际变化。结果表明,北极海冰存在显著的年代际变化,且有较强的区域性。东西伯利亚海和波弗特海海冰融冰量的平均值变大且方差增大,格陵兰岛以东洋面海冰融冰量的量值和变率均在减弱。对3个不同气候时段内北极海冰融冰量进行EOF分解,前两个模态均在3个气候时段发生显著的年代际变化,东西伯利亚海海冰融冰量的增加与EOF第一模态年代际变化相关,而EOF第二模态则明显造成了波弗特海海冰的年代际消融。并且,与之相应的大气环流也出现了明显的年代际变化,它们与AO/NAO的年际关系也存在年代际转折,融冰量第二模态与AO的年际关系更为紧密,1960—1990年第二模态与AO的相关系数仅为0.186,而1980—2010年相关系数已升高至0.367。整个北冰洋的海冰融冰量与AO的年际关系也出现了年代际增强,尤其是东西伯利亚地区海冰融冰量与AO的年际关系发生了年代际增强,1980—2010年两者相关达到了0.4以上。而波弗特海融冰量与AO相关系数变化较大,1960—1990年其的相关系数高达-0.488,1980年后却减少至0.161。然而AO却未发生明显的年代际变化。造成北极海冰融冰量及其与大气变量年际关系发生年代际变化的主要因子之一是波弗特高压,其年代际减弱使得极区向东西伯利亚海和波弗特海的海冰输送减弱,导致这两个区域海冰减少,使得AO与北极海冰的年际关系发生了年代际转折。     

太阳活动变化对东亚冬季气候的非对称影响及可能机制

基于1959～2013年的观测和再分析资料以及10.7 cm(2800 MHz)太阳射电通量资料, 本文分析了太阳活动变化与东亚冬季气候的相关关系, 分析结果表明:太阳活动变化与东亚冬季大气环流有较好的相关性, 且在太阳活动的强、弱时期该相关关系存在很大差异, 在强太阳活动时期太阳活动变化与东亚冬季气候的联系更为显著, 而在弱太阳活动时期二者之间的直接联系微弱, 这表明太阳活动变化对东亚冬季气候的影响具有非对称性特征。在太阳活动较强的时期, 随着太阳活动的增强, 东亚中高纬对流层中层的大气环流倾向纬向型, 东亚大槽减弱, 850 hPa出现异常偏南风, 地面上西伯利亚高压以及冬季风减弱, 东亚大部分地区气温显著偏高;而在太阳活动较弱的时期, 太阳活动的年际差异与东亚冬季大气环流之间几乎不存在显著联系。分析太阳活动较强和较弱时期纬向平均纬向风的差异发现, 其间平流层行星波活动、热带西北太平洋海表温度的差异可能是造成这种非对称影响的重要原因。在强太阳活动时期, 平流层行星波在太阳活动的异常增强年有异常的从极地向赤道的水平传播, 高纬地区E-P通量(Eliassen-Palm flux)异常辐散, 导致中高纬西风及北极涛动(AO)增强, 同时热带西北太平洋海温异常偏冷, 海陆热力差异缩小, 大气环流经向度减弱, 东亚冬季风偏弱。     

外强迫对北半球冬季大气环流年代际变化影响的数值模拟

利用IAP／LASG GOALS模式模拟研究了人类活动和太阳活动对北半球冬季大气环流年代际变化的影响。模拟结果表明,温室气体是影响大气环流变化的一个基本因子,即考虑了温室气体浓度变化的GOALS模式可以很好地反映近50年来大气环流年代际变化的基本特征,同时由于太阳活动和硫酸盐气溶胶的影响,使得大气环流年代际变化的模拟结果更接近观测事实。东亚大槽和北美大槽1960年代中后期明显偏强及1980年代后期显著减弱,以及从1960年代开始西伯利亚高压的减弱和北太平洋涛动(NPO)的增大趋势。最后初步分析了该模式对中国东部气候变化的影响,该模式亦能较好地反映中国东部气候的年代际变化特征：1960年代中后期明显的偏冷时期和1980年代中期开始的显著增暖期。     

滇南气候的特徵及其形成因子的初步分析

本文探討了滇南气候的特征和形成.作者从不同角度考虑,把一年划分为三个或五个季节;分析了形成气候的主要因素——太阳輻射、大气环流和自然地理环境在滇南的地方性特征。     

中国西部植被覆盖变化对北方夏季气候影响的数值模拟

植被覆盖的变化是气候变化的成因之一,植被改变对气候的反馈可能会加强或者减缓气候的变化.文中利用CCM3全球气候模式以及20世纪70年代和90年代中国西部的植被覆盖资料进行数值模拟试验,研究了这两个时期植被变化对北方夏季区域气候的影响.模拟结果表明:植被增加的地方,地面吸收的辐射通量增加;植被减少的地方,地面吸收的辐射通量减少.地面辐射平衡的变化造成局地大气热量异常,并引起周边大气热量的调整,从而导致东亚地区夏季大气环流异常.相对于70年代的植被状况,用90年代植被模拟的北方地区对流层上层为异常气旋性环流,而中、低层为异常反气旋环流,东北亚到中国东部盛行异常北风,同时西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南.这种异常环流特征说明模拟的90年代中国东部夏季风明显减弱,异常的环流形势造成华北和东北地区夏季水汽输送减少,水汽辐合减弱,年降水量减少了40 mm,呈现减少的特征,这是和观测事实是比较吻合的.降水和环流的异常还造成华北和东北夏季平均地面气温降低了0.4-0.8℃.因此近30年来中国西部植被变化可能是东亚夏季风年代际变化以及北方夏季降水减少的一个重要因素.     

气候模式并行计算

气候模式并行计算是国内外最近重视开展的在大规模并行计算机上应用的并行软件的开发工作。“气候动力学和气候预测理论的研究”国家攀登项目近年来先后在国产曙光１０００和曙光１０００Ａ并行计算机上开展了气候模式并行计算工作。所用的气候模式是气候动力学项目“八五”阶段设计发展的９层全球格点大气环流模式和从１９９７年起着手研制的１８层全球格点大气环流模式。这是我国首次进行的气候数值模式并行计算工作,阶段性工作取得了合理的并行效率。研究表明以大气环流模式为代表的气候模式是最适合并行计算机实际应用的科研任务之一,国产并行计算机有能力在该领域实际应用中发挥作用。     

华南前汛期降水的年代际异常特征及其成因

利用1981—2013年中国160站逐月降水资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料及NOAA海表温度资料,研究了华南前汛期降水年代际异常的时空特征及其可能成因。结果表明:1)华南前汛期降水在1992前后发生由异常偏少转为偏多的显著年代际转折,最显著异常中心位于广西东北部和广东北部。2)1990年代初发生的对流层高层南冷北暖(40°N附近为界)、对流层下暖上冷的年代际转折,使得高低层环流场均出现了有利于北方干、湿冷空气和孟加拉湾、西太平洋暖湿水汽在华南区域交汇并辐合上升的形势,造成华南前汛期降水发生偏少转偏多的显著年代际转折。年代际转折的前后两个时段中,位于热带的孟加拉湾槽、东亚沿岸EAP遥相关型波列中的西太平洋副高、阿拉斯加湾附近的脊,以及中纬度贝加尔湖以西以南脊的强度或位置均具有显著差异,故这些环流系统的年代际异常是华南前汛期降水年代际异常的重要原因。3)南太平洋关键区海温在1990年代初开始呈现增暖趋势,在偏暖(偏冷)时期,华南低空受异常气旋(异常反气旋)环流控制,对流层上层西风急流偏弱偏南(偏强偏北),造成华南地区降水异常偏多(偏少)。     

拉萨40余年温度变化的气候特征

采用拉萨１９５２￣１９９５年逐月月平均温度资料，分析了拉萨４４年温度的变化特征。分析表明：４４年拉萨经历了暖－冷－暖－冷－暖５个时期，其中６０年代是一长时期的冷期，四季均较明显；８０年代以来是一长时期的暖期。拉萨温度在春、夏季具有较好的持续性，８￣９月和１２￣１月持续性易发生转折；３年、１１年、２２年的周期显著。拉萨温度异常具有较好的持续性、阶段性和突变性，主要受中纬度环流和太阳黑子的影响所致。