青藏高原东部与其北侧热力差异与高原季风及长江流域夏季降水的关系

利用1961—2011年NCEP/NCAR逐月再分析资料及中国584个地面观测站的逐日降水资料,分析了夏季青藏高原及其附近地区大气热源对青藏高原夏季风及中国夏季降水的影响。结果表明,夏季青藏高原主体东部与其以北地区存在明显的热力差异,对青藏高原夏季风有显著的影响,由此定义了一个青藏高原东部与其北侧热力差异指数。当青藏高原东部与其北侧热力差异指数偏大时,青藏高原夏季风偏强,长江流域的夏季降水偏多;反之,当指数偏小时,青藏高原季风偏弱,长江流域的夏季降水偏少;进一步研究发现,当指数偏大时,南北气流在长江流域辐合,使得来自太平洋上的暖湿水汽与来自高纬度地区的干冷空气在长江流域汇合,增大了该地区的水汽含量,同时由于辐合上升运动加强,导致长江流域降水偏多;当指数偏小时,长江流域上空低层西南风增强,来自印度洋与太平洋上的暖湿水汽更多地往华北地区输送,长江流域的水汽含量减少,而该地区的辐合上升运动也明显减弱,降水随之减少。     

1960—2009年中国夏季极端降水事件与气温的变化及其环流特征北大核心CSCD

使用1960—2009年中国610个气象站逐日降水和气温资料及NCEP再分析资料,采用奇异值分解方法研究了近50年中国夏季平均气温与极端降水事件频数的关系,并对比分析了两者变化相应的大气环流差异。结果表明,我国的西北和长江以南地区极端降水事件频数与气温呈正相关关系,而东北—西南走向一带为负相关关系。夏季气温和极端降水事件均在1992年左右发生突变。突变前850hPa风场存在一个中心位于内蒙古的异常大陆气旋环流,而突变后变为异常大陆反气旋环流,这个异常气旋(反气旋)会增强(削弱)冷空气南侵入我国,从而导致我国气温突变后高于突变前。突变前,西部和长江以南地区分别为异常西风水汽输送和异常西南水汽输送,水汽均为异常辐散,极端降水事件偏少;东北—西南一带为异常西南水汽输送,水汽异常辐合,极端降水事件偏多;突变后,反之。     

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料, 研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明，5～7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季, 中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高, 长江以南地区降水偏多, 长江以北大部分地区降水偏少, 尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季, 中国大部分地区冬季风比多年平均弱, 使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此, 青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。     

春季黑潮区海温异常与我国夏季降水的关系

利用海温资料、NCEP/NCAR 53 a(1951～2003年)再分析资料和全国160个站的月降水资料,采用小波、合成和相关分析等方法,分析了春季黑潮区域海表温度异常与我国夏季(6～8月)降水及其与夏季500 hPa高度场、水汽输送的关系。结果表明:春季黑潮区域海表温度具有明显的年际和年代际变化特征,海温的增加趋势非常显著,存在不同尺度的周期振荡,其中23 a左右的周期最显著。春季黑潮海温偏高时,中高纬地区的槽和脊加深,西北太平洋副热带高压加强、西伸,导致副热带高压西侧的暖湿气流输送到长江中下游及华南地区,从而使长江中下游及华南地区的夏季降水增多;水汽输送合成场表明来自南海、西太平洋的水汽输送较气候平均年偏强,向长江流域以北的水汽输送减少,使长江中下游及华南地区夏季降水增多;相反,海温偏低时,长江中下游及华南地区的夏季降水减少。     

华北夏季大气水汽输送特征及其与夏季旱涝的关系

本文利用ECMWF再分析资料ERA40和中国160站的降水资料,分析了我国华北地区1958年-2002年夏季的大气水汽含量和水汽输送的基本气候特征,研究了华北夏季旱涝年的大气水汽含量和水汽输送异常情况,最后利用线性回归的方法探讨了该地区大气水汽含量和水汽输送的变化趋势.结果表明:华北地区夏季降水的大气水汽来源主要有3支:来自孟加拉湾的水汽、来自我国南海和西太平洋的水汽以及中高纬西风带的水汽输送.华北地区对流层低层以经向水汽输送通量为主,到了中高层则以纬向输送通量为主;与华北地区夏季旱涝密切相关的异常水汽输送主要是南海和西太平洋以及西风带水汽输送异常,华北地区南边界水汽输入异常和东边界水汽输出异常是造成华北夏季旱涝年水汽收支异常的主要原因;近半个世纪以来,伴随着华北干旱化的加剧,华北地区南边界输入的大气水汽呈现显著的减少趋势.     

人类活动对中国区域气候及水循环的影响数值试验

使用区域气候模式RegCM3,进行了人类活动(植被分布和CO2含量的变化)对中国区域气候及水循环影响的数值模拟试验.模拟结果表明:在植被退化和CO2浓度增加的共同影响下,春、夏季气温增加明显,特别是北部地区,秋、冬季我国气温降低明显,说明气温的年较差变大,极端气温事件发生的几率也随之变大;我国降水大体上呈现南方降水增多、北方降水减少的趋势,华北、内蒙古地区减少最多,而降水增加区域则集中在长江以南地区,这样的变化趋势将使得降水异常事件发生更加频繁.     

长江流域水汽收支与高原水汽输送分量“转换”特征

文中采用"箱体"模型边界的整层水汽输送特征描述长江流域梅雨带水汽收支总体效应,发现长江流域夏季降水与"箱体"模型整层水汽输送收支总量呈显著相关;青藏高原动力、热力强迫构成周边水汽输送特殊流型结构,大地形动力强迫导致高原周边水汽输送在高原南侧与东侧存在经向或纬向不同分量的水汽流型,且它们分别对长江流域梅雨带"箱体"模型水汽收支具有重要的影响.研究还发现高原南侧经向水汽输送与高原东侧纬向水汽输送分量之间呈显著相关特征,此研究揭示了长江流域洪涝过程上游高原周边关键区水汽输送不同分量间的"转换"特征,且此类水汽输送流型对夏季长江全流域各区域降水具有不同程度影响.上述高原周边水汽输送经向-纬向分量间的相互"转换"效应,是认识长江流域异常洪涝过程形成的关键环节之一.高原周边水汽输送分量相关结构及区域边界水汽收支问题将为长江流域洪涝预报提供科学依据.     

关于我国夏季气候年代际变化特征及其可能成因的研究

利用我国160个台站1951～2000年夏季(6～8月)降水和气温观测资料,以及NCEP/NCAR海温、风场和水汽的再分析资料,分析了我国夏季风降水和气温的年代际变化特征及其可能成因.分析结果表明,我国夏季降水有明显的年代际变化,在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,从1977年到2000年夏季长江流域的降水明显增加,而华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重干旱.分析结果还表明,我国西北地区降水的振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5～8年,华北地区气候年代际时间尺度变化是从1977年起降水减少,气温上升;但西北地区从20世纪70年代开始,则温度升高,降水增多.此外,分析结果也表明我国气温同样有年代际变化,但不如降水年代际变化明显.作者还从热带太平洋SST(海面温度)的年代际变化及其对中印半岛和东亚上空水汽输送的影响,分析了上述我国气候年代际变化的可能成因.分析结果表明,热带中东太平洋的SST也有明显的年代际变化,从1976年以后热带中东太平洋海水明显增暖,出现了明显的"类似El Nino型"的SST距平分布,呈现出"年代际的El Nino现象".这种海温异常分布减弱了亚洲夏季风,从而减弱了从热带太平洋、中国南海和孟加拉湾向东亚的水汽输送,造成水汽输送在长江流域辐合,使到达华北地区的水汽大大减弱,因此引起长江流域降水明显增加,而华北地区明显减少,出现了持续性严重干旱.     

中国东部夏季极端降水事件及大气环流异常分析

主要利用1961~2014年中国东部地区438个台站的逐日降水资料和NCEP/NCAR的再分析资料,从大气内部动力角度对夏季不同极端降水情况下的环境场进行分析,结果表明:对长江中下游地区而言,在极端降水频次偏多年时,850 hPa风场及整层水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏弱,有利于更多的水汽输送到长江中下游地区,500 hPa鄂霍次克海阻塞高压持续日数偏多,有利于冷空气南下,200 hPa东亚副热带急流偏南,且30°N以南偏西风异常有利于辐散,而在斜压波包从西北东南向传播为极端降水事件分发生集聚了能量;对华北地区极端降水频次偏多年而言,850 hPa风场及整层的水汽输送距平场均表明东亚夏季风偏强,有利于更多的水汽输送到华北地区,500 hPa高度距平场日本海正距平,贝加尔湖蒙古地区为负距平,华北地区东高西低,200 hPa东亚副热带急流偏北,从而导致我国华北地区极端降水频次偏多,能量传播也为西北东南向。这些结果表明极端降水的变化,与大气内部的动力作用和能量的传播有密切的关系。     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

北太平洋冬季次表层热状况及其与中国东部夏季气候的关系

利用北太平洋次表层海温及热容量资料和我国160个台站1951-2002年夏季(6-8月)降水、气温资料,分析了北太平洋冬季次表层热状况的特征,研究了中国区域气候与热容量变化之间的关系,并用SVD方法研究了北太平洋热容量变化与中国东部夏季气候的耦合关系.结果表明:北太平洋冬季次表层海温按其特征可分为40 m和240 m两类,两者的年代际特征都很明显;北太平洋冬季热容量异常变化与其相似,并与中国东部夏季气候异常有较好的耦合关系,北太平洋中部偏北和东南部地区冬季热容量异常偏高时,中国华南和华北区夏季降水将会偏多,华南区夏季气温将会偏低;黑潮延续体及北太平洋中部偏东地区冬季热容量异常偏高和北美西海岸地区异常偏低时,中国东北和长江流域地区夏季降水将会偏少,东北和华北地区夏季气温将会偏低,其关系有着明显的年代际特征.     

RegCM3引入气溶胶间接气候效应模拟效果对比

利用2006年区域气候模式RegCM3和Streets气溶胶排放源清单,在原模式中引入间接气候效应模块,改进云降水方案,对硫酸盐气溶胶的时空分布、辐射强迫效应进行了模拟研究。结果表明：硫酸盐气溶胶辐射强迫有明显季节变化;直接效应使地表温度降低,冬春季大值区出现在四川盆地,夏季大值区出现在华北平原。对降水的影响,主要表现在西南—东北水汽输送带上降水减少;其间接气候效应主要表现在使南方地区温度上升、北方地区温度下降;珠江流域和黄河流域降水减少,长江流域和东北地区降水增加。总的来说,直接效应大于间接效应。     

MM5 Simulations of the China Regional Climate During the Mid-Holocene

Using a regional climate model MM5 nested with an atmospheric global climate model CCM3, a series of simulations and sensitivity experiments have been performed to investigate responses of the mid-Holocene climate to different factors over China. Model simulations of the mid-Holocene climate change, especially the precipitation change, are in good agreement with the geologic records. Model results show that relative to the present day (PD) climate, the temperature over China increased in the mid-Holocene, and the increase in summer is more than that in winter. The summer monsoon strengthened over the eastern China north of 30°N, and the winter monsoon weakened over the whole eastern China; the precipitation increased over the west part of China, North China, and Northeast China, and decreased over the south part of China.The sensitive experiments indicate that changes in the global climate (large-scale circulation background),vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration led to the mid-Holocene climate change relative to the PD climate, and changes in precipitation, temperature and wind fields were mainly affected by change of the large-scale circulation background, especially with its effect on precipitation exceeding 50%. Changes in vegetation resulted in increasing of temperature in both winter and summer over China, especially over eastern China; furthermore, its effect on precipitation in North China accounts for 25% of the total change.Change in the orbital parameter produced the larger seasonal variation of solar radiation in the mid-Holocene than the PD, which resulted in declining of temperature in winter and increasing in summer; and also had an important effect on precipitation with an effect equivalent to vegetation in Northeast China and North China. During the mid-Holocene, CO2 content was only 280×10-6, which reduced temperature in a very small magnitude. Therefore, factors affecting the mid-Holocene climate change over China from strong to weak are large-scale circulation pattern, vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration.     

华北近60年夏季降水年际异常与大气动力、水汽条件关系的研究

本文基于华北夏季降水数据、NCEP/NCAR再分析环流数据,采用了相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水的关系。主要结果如下：1）东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水有很好的对应关系。当两个指数偏强时,华北夏季降水会异常偏多;两个指数偏弱,华北夏季降水异常偏少;如果两个指数强弱不一致时,华北会出现区域性降水偏多情况,但全区整体降水量基本为正常值。2）华北夏季降水异常是东亚副热带夏季风和华北大气动力上升运动协同作用的结果。在东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强年,夏季500hPa层贝加尔湖槽会加深、西北太平洋副热带高压会偏北,华北处于“东高西低”的环流型控制下,西部低槽东移受阻,在华北维持较长时间的大气上升运动;850hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风会偏强,这时热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送或东南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。这种高、低空环流配置非常有利于造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。3）前期4—5月,东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升...     

Impact of Tropospheric Ozone on Summer Climate in China

The spatial distribution, radiative forcing, and climatic effects of tropospheric ozone in China during summer were investigated by using the regional climate model RegCM4. The results revealed that the tropospheric ozone column concentration was high in East China, Central China, North China, and the Sichuan basin during summer. The increase in tropospheric ozone levels since the industrialization era produced clear-sky shortwave and clear-sky longwave radiative forcing of 0.18 and 0.71 W m^–2, respectively, which increased the average surface air temperature by 0.06 K and the average precipitation by 0.22 mm day^–1 over eastern China during summer. In addition, tropospheric ozone increased the land–sea thermal contrast, leading to an enhancement of East Asian summer monsoon circulation over southern China and a weakening over northern China. The notable increase in surface air temperature in northwestern China, East China, and North China could be attributed to the absorption of longwave radiation by ozone, negative cloud amount anomaly, and corresponding positive shortwave radiation anomaly. There was a substantial increase in precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River. It was related to the enhanced upward motion and the increased water vapor brought by strengthened southerly winds in the lower troposphere.     

东亚与北美东部降水和环流季节演变差异及其可能机理分析

利用NCEP/ NCAR 再分析资料和CMAP、GPCP卫星反演降水资料,对比分析了东亚与北美东部地区降水和大尺度大气环流季节演变特征的差异。结果显示,东亚和北美东部地区冬季环流形势较为相似,而夏季差异则较大,这正是东亚为季风区,北美为非季风区的表现。此外,基于季风的两大特征量“风”和“雨”,分析了两地降水和低空风场季节变化的显著差异：东亚副热带地区降水季节变率大,呈“夏湿冬干”的季风降水特征,低层盛行风向随季节逆转,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,具有显著的副热带季风区特征。北美东部副热带地区全年雨量分配均匀,低层常年盛行偏西风,呈现非季风区特征。进一步的分析发现,作为季风基本推动力的海、陆热力差异在东亚和北美东部地区有着显著的区别：东亚地区的经向和纬向温度梯度随季节反转的特征显著;而北美东部地区虽有纬向温度梯度的季节反转但幅度很小,且经向海、陆热力差异随季节反转不明显。此外,与青藏高原和落基山脉相伴的纬向环流也存在显著差异。鉴于此,提出经向和纬向海、陆热力梯度反转特征的不同以及青藏高原和落基山脉地形的不同作用很可能是造成东亚副热带季风气候而北美东部非季风气候的主要原因,上述结论还有待于数值试验的进一步证实。     

A European pattern climatology 1766–2000

Using monthly independently reconstructed gridded European fields for the 500 hPa geopotential height, temperature, and precipitation covering the last 235 years we investigate the temporal and spatial evolution of these key climate variables and assess the leading combined patterns of climate variability. Seasonal European temperatures show a positive trend mainly over the last 40 years with absolute highest values since 1766. Precipitation indicates no clear trend. Spatial correlation technique reveals that winter, spring, and autumn covariability between European temperature and precipitation is mainly influenced by advective processes, whereas during summer convection plays the dominant role. Empirical Orthogonal Function analysis is applied to the combined fields of pressure, temperature, and precipitation. The dominant patterns of climate variability for winter, spring, and autumn resemble the North Atlantic Oscillation and show a distinct positive trend during the past 40 years for winter and spring. A positive trend is also detected for summer pattern 2, which reflects an increased influence of the Azores High towards central Europe and the Mediterranean coinciding with warm and dry conditions. The question to which extent these recent trends in European climate patterns can be explained by internal variability or are a result of radiative forcing is answered using cross wavelets on an annual basis. Natural radiative forcing (solar and volcanic) has no imprint on annual European climate patterns. Connections to CO₂ forcing are only detected at the margins of the wavelets where edge effects are apparent and hence one has to be cautious in a further interpretation. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

东亚地区人为气溶胶直接辐射强迫及其气候效应的数值模拟

利用耦合化学过程的区域气候模式RegCM3,模拟研究3种主要人为排放气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳)对东亚区域气候的影响.计算分析近20 a来3种气溶胶的时空分布、综合辐射强迫作用及其对地面气温和降水的影响.模拟结果表明:3种气溶胶冬夏季分布有所不同,冬季气溶胶大值区主要分布在南方地区,而夏季大值区北移;气溶胶短波辐射强迫在大气层顶和地面均为负值;气溶胶的加入对东亚地区地表气温有明显影响,冬季降温中心位于四川盆地,夏季降温大值区位于华北地区.气溶胶直接气候效应使得冬季东亚大部分地区降水减少,夏季东亚地区降水与中国南方地区夏季气溶胶浓度有较好的相关关系,中国东部雨带有南移趋势.     

A possible role of solar radiation and ocean in the mid-Holocene East Asian monsoon climate

An atmospheric general circulation model (AGCM) and an oceanic general circulation model (OGCM) are asynchronously coupled to simulate the climate of the mid-Holocene period. The role of the solar radiation and ocean in the mid-Holocene East Asian monsoon climate is analyzed and some mechanisms are revealed. At the forcing of changed solar radiation induced by the changed orbital parameters and the changed SST simulated by the OGCM, compared with when there is orbital forcing alone, there is more precipitation and the monsoon is stronger in the summer of East Asia, and the winter temperature increases over China. These agree better with the reconstructed data. It is revealed that the change of solar radiation can displace northward the ITCZ and the East Asia subtropical jet, which bring more precipitation over the south of Tibet and North and Northeast China. By analyzing the summer meridional latent heat transport, it is found that the influence of solar radiation change is mainly to increase the convergence of atmosphere toward the land, and the influence of SST change is mainly to transport more moisture to the sea surface atmosphere. Their synergistic effect on East Asian precipitation is much stronger than the sum of their respective effects.     

东亚区域气候变化的长期数值模拟试验

文中利用NCAR的中尺度模式MM 5V3对东亚地区进行了 10a的长期积分模拟试验 ,并着重对冬、夏两季东亚区域气候变化特征进行了分析。分析结果表明 :(1)模式能够合理地模拟出 10a冬、夏平均的区域气候特征。模拟的 10a冬季平均降水的分布和强度与实际比较一致 ,对夏季降水分布特征的模拟也比较合理 ,但模拟的夏季华北降水偏多。模式对冬季平均场的模拟要优于对夏季的模拟 ;(2 )模式对降水、地面气温年际变率的模拟较为合理 ,模拟的中高层环流、温度场等要素的距平相关系数都比较高 ;(3)模式对不同ElNi no年对东亚区域气候变化影响的模拟能力有所不同 ,模拟的 1992 ,1995年的结果比较合理 ,但对 1998年模拟得不理想 ;(4)MM5V3模式具备一定的区域气候模拟能力。