近百年全球平均气温年际变率中的QBO长期变化特征

应用奇异谱分析(SSA)方法和奇异交叉谱分析(SCSA)方法，对全球及南北半球近100多年(1856～1997年)逐月地面气温距平序列中的准两年周期振荡(QBO)的长期演变特征进行诊断分析。结果表明:全球平均气温序列蕴含显著的QBO分量，它们与全球气候系统中其他各个子系统所隐含的QBO信号具有各种耦合对应关系，尤其突出地表现在Nino区海温和以SLP序列为代表的全球大气环流系统中QBO信号的耦合对应关系上。而平均气温的QBO的年代际特征及其变率的阶段性，不但表现在振幅上，而且其位相亦很明显。上述特征在全球、两半球具有明显的差异。     

全球气温与ENSO多年际耦合振荡关系的初步研究

借助于最优分割法和多通道奇异谱分析（MSSA）等方法对全球气候变化背景场阶段性变化及其与ENSO振荡信号的相互关系作了详细的诊断分析。结果表明：（1）全球近百年气温长期变化阶段性明显，各阶段之间的气候变率特征差异较大；（2）全球气温变化背景场的阶段性对ENSO的年际及年代际准周期振荡有较为明显的影响；（3）全球气温与Nino区海温的年际变率存在着准4年和准2年的显著耦合振荡。     

重庆市气温及降水变化的奇异谱分析

采用奇异谱分析（SSA）方法对重庆市长年代逐月地面气温及降水资料进行了分析，结果表明，重庆市气温序列存在准2年、准4年周期及16个月的年际振荡特征；而降水序列有准4年、准2年周期及8～16个月的年、季振荡特征。     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

我国近百年气温变化的奇异谱分析

用奇异谱方法分析我国近百年平均气温的准周期性,结果表明：我国平均气温的年际变化以２～３ａ周期振荡为主,同时１ａ左右的准同期振荡也较强,和同期北半球平均气温的准周期性有差异,不过它们的准１ａ周期振荡随时间的阶段性变化特征非常相似。将我国大致分成７个区域,对７个区域代表站气温进行奇异谱分析,结果表明：各区气温的准周期振荡及其随时间的变化互不相同。华北、东北、西北、和青藏高原４区气温以１ａ周期振荡最为显     

交叉小波变换在区域气候分析中的应用

将交叉谱与小波变换分析方法相结合,与传统的交叉谱方法相比,交叉小波变换方法用于区域气候变化与大气环流系统之间耦合振荡行为的相关分析更具优越性,不仅可以弥补经典交叉谱分析方法存在的缺陷,而且能够发挥小波变换在时频两域都具有表征气候信号局部化特征的作用;该方法具有较强的耦合信号分辨能力,便于描述耦合信号在时频域中分布状况的优点。采用交叉小波变换分析北极涛动指数(AOI)距平与河南省月平均降水量距平、气温距平序列之间的联合统计特征及其在时频域中的相关关系,根据小波互相关系数、交叉小波凝聚谱和小波位相谱分析北极涛动对河南省气候变化的可能影响。应用结果表明:河南省降水量和气温变化与AOI之间存在着多时间尺度的显著相关振荡,年代际尺度周期上的互相关系数明显大于年际尺度周期,相关程度随耦合振荡频率的增大而减小,相关显著性取决于两者的时频域联合统计特征,时域中小波互相关系数、小波凝聚谱和小波位相谱的分布具有明显的局部化特征;说明北极涛动年际和年代际异常对河南省气候变化具有显著影响。     

近139年中国东南部站点气温变化的多尺度特征

基于中国东南部5个百年站点年气温序列和3套全球表面温度资料(HadCRUT3、GISSTEMP、20CR再分析资料),采用处理非线性、非平稳时间序列的新方法—集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),分析了以上海为代表的中国东南部5个站点1873-2011年气温演变的多时间尺度特征,并讨论了多时间尺度影响的全球一致性。结果表明,1873-2011年期间,中国东南部百年站点的年温度演变呈现年际、年代际、多年代际多个时间尺度的准周期变化和长期上升趋势。准64年周期的多年代际振荡和上升趋势分量对长期气温变化均有重要贡献。长期上升趋势分量在100年以上的观测温度变化趋势中占主要贡献,但准64年周期振荡对近50年观测温度变化趋势的贡献要大于上升趋势分量。百余年期间两个明显升温阶段(20世纪30-40年代和20世纪90年代至21世纪初)的形成与准64年周期的多年代际变化的相关关系最为显著,而长期趋势和6~16年的年际—年代际变化对高温期的形成也有一定贡献。准64年周期的多年代际振荡对百余年温度变化趋势的阶段性转变起重要作用。中国东南部百年站点温度演变的多时间尺度特征具有全球性。准64年周期振荡对北半球温度趋势演变也有重要贡献,且北半球温度准64年周期振荡与百年站点温度变化速率的关系也较其长期升温趋势更为密切。北大西洋多年代际振荡对百年站点温度准64年周期振荡及其全球一致性有调节作用。     

20世纪全球温度年代和年代际变化的区域特征

利用多窗谱方法,对全球各区域平均温度序列进行多种信号的检测、重构,着重分析不同区域温度年代和年代际变化的演变特征及其遥相关特点,初步研究显著年代际振荡信号的传播特征.结果表明20世纪年代至世纪尺度温度变化的显著信号有准70年波动和准30～50年、准20～30年、准15年、准7～10年多种时间尺度的振荡,其中准70年波动主要存在于北大西洋及北太平洋的中高纬度;准30～50年振荡则覆盖了除部分中纬度海域以外的大部分海陆表面,其演变特征基本相似,全球年平均温度序列中的显著年代际振荡信号主要反映了这一振荡信号;准20～30年振荡则主要集中于大洋的中纬度和副热带纬度,且具有沿副热带海洋环流传播的特点;准15年振荡主要位于热带太平洋海域,自1930年后,该信号与北太平洋中纬度准20～30年振荡反位相;准7～10振荡则主要集中于北大西洋及北半球中高纬陆地.     

青藏高原季风年际变化与长江上游气候变化的联系

利用NCEP资料计算的1951 1995年青藏高原季风(下称高原季风)指数序列[1]及长江上游22个测站的气温距平和雨量距平百分率资料,应用MHF(墨西哥帽)小波分析及最大熵谱分析方法,研究了高原夏季风和长江上游夏季气温及降水的时间-频率多层次年际时间尺度变化特征.结果表明,高原夏季风、长江上游夏季气温和降水均存在明显的阶段性变化特征.高原夏季风以22年低频变化和2.5年高频振荡为主,长江上游夏季气温变化以2～3年占优,而长江上游东、西部夏季降水第一主周期则表现为6～8年和2.5年,三者在时间域上存在着显著的相关关系,表明高原季风年代际变化对长江上游气候变化有显著影响.     

多窗谱分析方法及其在全球变暖研究中的应用

多窗谱分析方法是一种低方差、高分辨的谱分析方法 ,尤其适合于非线性气候系统中高噪声背景下弱信号、时频演变信号的诊断分析。文中简要地介绍了多窗谱分析方法的基本原理 ,并将其用于近 1 5 0 a来全球及南、北半球温度变化的研究。结果表明 :(1 )在温度呈线性变暖的背景趋势下 ,北半球、全球年平均温度还具有显著的 40～ 70 a的准周期低频振荡 ,它们与变暖过程中的波动性密切相关 ;(2 )年代际振荡信号在北半球温度序列中也相当明显 ,南半球则存在多种低于 5 a尺度的显著振荡周期 ,半球或全球 ENSO振荡分量、QBO周期信号的振幅都具有缓变包络的特性 ;(3 )与传统功率谱估计、最大熵谱估计结果的对比表明 ,多窗谱分析方法方法得到的谱估计分辨力高 ,稳定性强。     

MULTIPLE TIME SCALE ANALYSIS OF CLIMATE VARIATION IN MACAU DURING THE LAST 100 YEARS

The multiple time scale climate changes are studied and calculated with statistical analysis and wavelet transformation on the basis of daily series of observed data over the period 1901-2007 in Macau.The result shows that statistically significant oscillations with 2 to 5 years of period generally exist in the series of climate variables(e.g.annual mean surface air temperature and precipitation as well as evaporation etc.),but with obvious locality in time domain.The variation of annual mean surface air temperature has a quasi 60-year period.The phases of the 60-year variation approximately and consistently match that of Atlantic Multidecadal Oscillation(AMO).The oscillations of seasonal mean surface air temperature in summer and winter have the periods of quasi 30-year and quasi 60-year,respectively.These two periods of oscillations have statistically significant correlation with Pacific decadal oscillation(PDO) and AMO,individually.The multidecadal variations of the precipitation of the annually first flood period and annual evaporation are dominated by periods of quasi 30-year and quasi 50-year,respectively.     

Solar signals in global climatic change

Based on the physical background that varying solar activity should lead to variations of the ‘solar constant’ and that the climate system may respond sensitively even to small solar variations, a correlation analysis is performed where hemispheric and global averages of the annual mean surface air temperature are compared with the variations of a variety of solar forcing parameters: sunspots, related hypotheses including variations of the quasi-eleven-year solar cycle length, solar diameter variations and gravitational effects. This analysis is based on the 1881–1988 period, for the northern hemisphere including proxy data 1671–1988. Cross correlations and correlations moving in time reveal some instability effects which are hard to interpret. The temperature variance components which may be hypothetically explained by solar forcing are small. Similarly, a seasonal and regional signal and signal-to-noise analysis based on a gridded temperature time series 1890–1985 reveals small signals which do not exceed roughly 1.5 K in the arctic winter (maximum) or 0.2-0.3 K on a global average.     

温室气体、海表面温度、太阳常数及火山活动对中国地表气温影响之初探

利用全球大气环流模式CAM3.1,对近百年温室气体浓度、全球海表面温度、太阳常数的变化以及火山活动对我国地表气温所产生的影响进行了研究。全球海表面温度的升高及温室气体浓度的增加是导致中国年平均地表气温升高的部分因素。近百年我国年平均地表气温主要经历了两次年代际振荡并逐渐增温。第一次振荡的冷期为1910年代,随后变暖,1940年代达暖峰期。第二次振荡冷期发生于1950~1960年代,随后变暖,暖峰期发生在1990年代。太阳常数和全球海表面温度的两次振荡是造成这两次振荡主要因素,气温、太阳常数和全球海表面温度均发生了准60年周期的年代际振荡,气温振荡的位相落后于太阳常数和全球海表面温度的位相。20世纪20年代以前及60年代以后火山活动的活跃是导致1910年代和1960~1980年代出现冷期的原因之一。     

Long-Term variability of the indian summer monsoon and related parameters

The long-term variability of the Indian summer monsoon rain-fall and related regional and global param-eters are studied. The cubic spline is used as a digital filter to smooth the high frequency signals in the time series of the various parameters. The length of the data series varies from 95 to 115 years during the period 1871-1985. The parameters studied within the monsoon system are: (a) monsoon rainfall of the country as a whole; (b) number of break-monsoon days during July and August; (c) number of storms/ depressions in Bay of Bengal and Arabian Sea during summer monsoon season; and (d) dates of onset of summer monsoon over South Kerala Coast. The parameters studied outside the monsoon system are: (a) the Wright’s Southern Oscillation Index (June-July-August); (b) the January mean Northern Hemi-spheric surface air temperature anomaly; and (c) the East-equatorial Pacific sea surface temperature anomaly.In order to examine the variability under various degrees of the smoothing, the series are filtered with splines of 50% variance reduction frequency of one cycle per 10, 20 and 30 years. It is observed that the smoothed time series of the parameters within the monsoon system comprise a common slowly varying com-ponent in an episodic manner distinctly showing the excess and deficient rainfall epochs. The change of intercorrelations between the time series with increasing degree of smoothing throws some light on the time scales of the dominant interactions. The relation between Southern Oscillation and East equatorial Pacific sea surface temperature and the Indian summer monsoon seems to be dominant on the interannual scale. The low frequency variations are found to have significantly contributed to the instability of the correlations of monsoon rainfall with parameters outside the monsoon system.     

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。     

火山喷发和太阳活动对我国温度影响的研究

利用特征向量分析、时序叠加分析和谱分析相结合的方法,给出了近５０年来我国地面气温场中较为清晰的火山喷发和太阳活动信号。强烈的火山喷发导致全国大部分地区降温,降温最明显的时段是喷发１年多以后,并能持续约半年。除这个主信号以外,青藏高原、东南沿海和东北地区都可能出现较为复杂的温度变化。温度变化与太阳活动之间的联系更多地反映在二者的振荡关系上。