Analysis of Energy Balance Components as a Function of Orography and Land Use and Comparison of Results with the Distribution of Variables Influencing Local Climate

Summary During 1992 and 1995 in the Upper Rhine valley between Karlsruhe in the north and Basel in the south 36 energy balance stations were installed to analyze the spatial and temporal behavior of the components of the energy balance. A second aim of the project ‘Regio-Klima-Projekt’ (REKLIP) was to study the dependence of climatic variables on the energy balance. Three main influences on spatial variation in energy balance components were detected: orography, precipitation and land use. Concerning the dependence of the climatic variables on the energy balance it can be stated that the mean diurnal amplitude of temperature shows a good correlation with the mean diurnal sensible heat flux, while the diurnal amplitude of the specific humidity correlates with the mean diurnal latent heat flux. Both these results are in good agreement with theoretical considerations. Consequently, areas with enhanced sensible heat flux values show higher monthly mean temperature maxima and also a greater numbers of summer days, while areas with higher latent heat flux values indicate enhanced monthly mean humidity maxima. Received February 26, 1998 Revised June 5, 1998     

青藏高原冬季平均温度、湿度气候特征的REOF分析

通过对青藏高原123个测站, 1961~1998年冬季 (12月至翌年2月) 平均温度、相对湿度资料做气候特征分析, 得到32°~33°N附近地区可能是高原南北温湿变化的分水岭, 以北主要受干冷空气影响, 以南主要受暖湿空气影响。用方差极大正交旋转EOF (即REOF) 方法对以上资料进行分析, 可以将青藏高原温度、相对湿度进行分型、分区, 并对各区的温度、相对湿度特征进行分析。结果表明, 近40年来, 各区的温度总趋势是在波动中逐步升高的。增温时段主要出现在1978~1981年及1983年至今。1983年开始的增温, 是近40年来最强的一次, 增温幅度大且持续时间长, 但从90年代开始增温幅度及范围出现波动。从温度线性倾向来看, 东部高原增温幅度从南到北存在“大—小—大”的现象。高原大部分地区湿度变化总趋势是在波动中逐步增湿的, 但高原北界以变干为主。从80年代后期至今高原进入显著增湿阶段, 但从90年代中后期开始增湿幅度及范围出现波动。从湿度线性倾向来看东部高原增湿幅度从南到北存在逐步减小现象, 甚至祁连山地区出现变干现象。     

Observations of Diurnal Cycles Over a West African Meridional Transect: Pre-Monsoon and Full-Monsoon Seasons

We document and characterize the climatology of the diurnal cycles encountered along a West African transect during the pre-monsoon and full-monsoon periods. The meridional gradient in low-level properties is fundamental for the monsoon dynamics and here, for the first time, it is studied based on a large set of observations from the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) campaign. A detailed analysis of surface energy budget, boundary-layer structures and cloud occurrence is carried out to investigate the diurnal cycles of the low levels. A relatively weak meridional gradient of net radiation is observed during the pre-monsoon period, and a large gradient in sensible heat flux is found over the transect with values increasing from south to north. This, as well as the boundary-layer structures, partly explains the large contrasts in the diurnal amplitude of potential temperature and specific humidity along the transect. During the monsoon period, the atmospheric regimes drastically change involving strong interactions between the surface, atmosphere and clouds. The maximum in net radiation is shifted northwards, towards the Sahel, which potentially has a significant impact on the monsoon circulation. The sensible heat flux is considerably reduced and the diurnal amplitude is strongly damped, while the daytime boundary-layer growth decreases significantly in the Sahel related to changes in the balance of boundary-layer processes. These results highlight the contrasted diurnal cycle regimes encountered over West Africa under dry, moist and wet conditions. They provide observationally-based diagnostics to investigate the ability of models to handle the representation of the diurnal cycle over land.     

Influence of aerosol-radiative forcings on the diurnal and seasonal cycles of rainfall over West Africa and Eastern Atlantic Ocean using GCM simulations

Effects of aerosol radiative forcing on the diurnal and seasonal cycles of precipitation over West Africa and eastern Atlantic Ocean are investigated for the boreal summer season: June–July–August. An eight year (2000–2007) average of GCM simulated rainfall data is compared with the corresponding TRMM rainfall data. The comparison shows that the amplitude of the diurnal cycles of rainfall over land and ocean are reasonably well simulated. Over land, the phase of the simulated diurnal cycle of precipitation peaks several hours earlier than that of the TRMM data. Corresponding differences over the ocean(s) are relatively smaller. Some of the key features of the aerosol induced model simulated field anomalies are: (a) aerosol direct radiative forcing which increases the atmospheric stability and reduces the daytime moist convection and convective precipitation; (b) the aerosol induced changes in the diurnal cycle of precipitation are out of phase with those of the TRMM data over land, but are in-phase over the ocean; (c) aerosols reduce the amplitude of the diurnal cycle of precipitation over land and enhance it over ocean. However, the phase of the diurnal cycle is not affected much by the aerosol radiative forcing both over land and ocean. During the boreal summer, aerosol radiative forcing and induced circulation and precipitation cool the Sahel and the southern part of Sahara desert more than the adjacent areas to the north and south, thereby shifting the peak meridional temperature gradient northward. Consequently, an anomalous easterly jet is found north of its climatological location. This anomalous jet is associated with increased cyclonic circulation to the south of its axis, resulting in an anomalous monsoon rain belt in the Sahel.     

沈阳冬季供暖指数预报研究

利用2009年11月1日至2010年3月31日沈阳逐日6时次气温、气压、相对湿度、降水、风速、日照和云量等气象资料及同时间、同时次的供、回水温度等供暖资料,采用多元线性回归方法,建立供暖预报方程,制定供暖气象节能预报指数,并根据供暖指数大小确定供热量。结果表明：在确保室温达到18℃时,沈阳的供暖指数可以分为7级;供热量（即供、回水温度值）预报值与气温实况值相似度较高,而供热量实际值与气温实况值相差较大。在151 d的供暖期内,约60 d的供、回水温度与气温变化接近,占供暖日数的40%。采用供暖气象节能预报方法进行供暖,在改善供暖质量的同时也可达到节能减排的目的,可为供暖部门科学供暖、降低能耗提供科学依据。     

The influence of El Niño–Southern Oscillation on boreal winter rainfall over Peninsular Malaysia

Multi-scale interactions between El Niño–Southern Oscillation and the Boreal Winter Monsoon contribute to rainfall variations over Malaysia. Understanding the physical mechanisms that control these spatial variations in local rainfall is crucial for improving weather and climate prediction and related risk management. Analysis using station observations and European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Interim Reanalysis (ERA-Interim) reanalysis reveals a significant decrease in rainfall during El Niño (EL) and corresponding increase during La Niña particularly north of 2°N over Peninsular Malaysia (PM). It is noted that the southern tip of PM shows a small increase in rainfall during El Niño although not significant. Analysis of the diurnal cycle of rainfall and winds indicates that there are no significant changes in morning and evening rainfall over PM that could explain the north–south disparity. Thus, we suggest that the key factor which might explain the north–south rainfall disparity is the moisture flux convergence (MFC). During the December to January (DJF) period of EL years, except for the southern tip of PM, significant negative MFC causes drying as well as suppression of uplift over most areas. In addition, lower specific humidity combined with moisture flux divergence results in less moisture over PM. Thus, over the areas north of 2°N, less rainfall (less heavy rain days) with smaller diurnal rainfall amplitude explains the negative rainfall anomaly observed during DJF of EL. The same MFC argument might explain the dipolar pattern over other areas such as Borneo if further analysis is performed.     

广东“回南天”现象分析及其预报

利用室内地板温度、气温、露点、湿度,以及NCEP 1°×1°分析数据等资料,对2012年广东2—3月冬春过渡季节"回南天"(高湿天气)的5次个例的天气形势、气象要素特征和物理变化过程进行了分析。结果表明:冷空气影响结束后,广东上空迅速转受暖湿空气控制,当室外空气露点高于室内物体温度时"回南天"现象就会产生;"回南天"是出现在冷暖急转的天气背景下的;冬春季节当持续控制广东的冷高压脊快速减弱,同时925hPa上有明显的偏南气流时,预报员就要考虑是否会出现"回南天"现象;气温快速回升,露点高于室内物体温度是"回南天"出现的必要条件,要重点分析未来露点的变化;"回南天"有两种结束方式,即冷性结束和暖性结束。     

近五百年广东的冬季气候

根据近300种方志及其他文献对广东自公元1500年以来的降雪记载,绘出每50年广东降雪南界,与1950-1985年间广东108站气候记录的降雪南界相比较。可以看出,广东东部的降雪南界有些南北迁移,广东中部则均比现代降雪南界更南些,而广东西部变迁较大,南北相差幅度近4纬距之多,十七世纪和十九世纪上半叶,降雪南界都曾推至海南岛北部沿海地区。 比较1950-1985年广东的极端最低气温的分布,发现降雪南界约相当于极端最低气温为-1℃的等值线。由此推算,十七世纪及十八世纪上半叶,广东东部沿海曾出现-1℃的极端最低气温,珠江三角洲北部多数时期极端最低气温达到-1℃或以下,而南部在十七世纪和十九世纪也达-1℃,广东西部除十六世纪下半叶、十八世纪下半叶及二十世纪上半叶外,均较现代为低,尤以十七世纪和十九世纪上半叶为最,雷州半岛及海南岛的极端最低气温要比现代低2-3℃。      

近44a毛乌素沙地西缘气候特征及其未来可能变化趋势

利用1971—2014年毛乌素沙地西缘气象观测资料,分析了该地区的气温、降水、相对湿度的时空变化特征,运用R/S分析法预测未来毛乌素沙地西缘气候要素可能变化趋势。结果表明:(1)近44 a毛乌素沙地西缘气温呈显著上升趋势,降水量呈弱的增加趋势,相对湿度呈弱的下降趋势,但是二者趋势并不显著。(2)近44 a毛乌素沙地西缘气温空间分布呈南高北低,降水和相对湿度均呈东多西少,各地气候倾向率存在明显的差异性,中部气温增幅较大,东部降水增加较多,南部相对湿度减少较多。(3)近44 a来毛乌素沙地西缘各气象要素变化均表现出一定的周期性,年平均气温主要存在4~5、8~10 a的振荡周期,降水量主要存在3~4、6~8 a振荡周期,相对湿度主要存在2~4、6~8 a的振荡周期。(4)毛乌素沙地西缘未来气温仍呈上升趋势可能性较大,未来降水量可能变为减少趋势,未来相对湿度变化不稳定。     

中山市2015—2019年臭氧超标特征及其与气象条件的关系

利用广东省中山市2015—2019年的地面臭氧浓度及气象观测数据,分析了中山市近年来臭氧超标与气象条件的关系。结果表明,中山市2015—2019年臭氧超标天数从22天增加至66天,臭氧年评价值增长36%,中度污染以上天数占超标天数比例从9.1%增长至36.4%。臭氧超标主要集中在8—11月,其中9月超标天数最多。夏秋季节臭氧超标主要发生在气温高、湿度低、太阳辐射强、日间10—14时无明显降水、吹北风的气象条件下,臭氧的污染潜在源区主要位于中山西部到北部的城市。风向和气温是臭氧超标最重要的指标,夏、秋季日间吹北风且日最高气温在33 ℃或以上时超标率分别达到89.1%和78.6%。2017年和2019年在相同的最高温、相对湿度、太阳辐射强度、降水和风速条件下的臭氧超标率均远高于2015年。当臭氧起始浓度在10 μg/m3以下、11~30 μg/m3及30 μg/m3以上时,夏(秋)季从起始浓度达到超标分别用时7.1(6.9) h、6.2(6.2) h和5.8(5.9) h,相应气温上升7.2(7.1) ℃、5.8(5.8) ℃和4.7(5.1)℃,起始浓度增大时,超标耗时和气温变化均呈减小趋势。      

全球热带SSTA与中国7月降水和气温的伴随相关型分析

用伴随相关型（ＡＣＰ）分析了中国７月降水和气温与全球热带ＳＳＴＡ的ＰＯＰ（主振荡型）间的关系,得到当两个典型的传播ＰＯＰ处在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发展相位时中国夏季总体呈南北旱,中间涝的形势,其中江淮流域,华中,东北东部和西北大部为降水正距平,华北,华南为负距平,降水偏多（少）时相应的气温偏低（高）,当两个传播型的典型模态处于ＬａＮｉｎａ事件发展相位时情况则相反。     

1966—2015年天山南北坡空气湿度差异及其影响因素

利用天山地区近50年(1966—2015年)逐日气象资料,采用Mann-Kendall趋势检验法研究了天山南北坡相对湿度(RH)的时空变化特征,分析了天山南北坡RH对平均气温、降水量、平均风速、参考蒸散量、日照时数的敏感性,并探讨了引起RH变化的主导因素。结果表明：(1)整个天山地区RH变化有略微上升的趋势但不显著,北坡RH总体呈下降趋势,南坡RH总体呈上升趋势。(2) RH空间分布呈自北向南递减趋势,南北坡全年及春季以下降趋势为主,而夏、秋、冬三季均以上升趋势为主,且南坡变化趋势的显著性高于北坡。(3) RH对风速、气温、日照时数及参考蒸散量均为负敏感,对降水量为正敏感。北坡RH对各气象因子的敏感程度依次为日照时数>参考蒸散量>风速>气温>降水量,南坡敏感程度依次为日照时数>风速>参考蒸散量>气温>降水量。空间分布上,仅降水量敏感系数高值区位于北坡伊犁河谷,其余要素敏感系数高值区均位于南坡。(4)参考蒸散量是影响天山地区RH变化的主导因子,整个天山地区参考蒸散发贡献率较高,日照时数贡献率高值区集中于北坡伊犁河谷,风速、降水量、气温贡献率高值区均集中于南坡克孜勒苏地区。     

夏季西太平洋副热带高压南北位置变动特征及其影响

使用ECMWF再分析数据集资料中的位势高度场、三维风场、温度场、相对湿度场、海温场以及中国气象局730站地面降水资料和日最高温度资料,对比分析研究了7月份西太平洋副高位置偏南和偏北过程(持续满足南、北位置指标6天以上定义为一次南、北部型过程)所对应的动态气候特征及其演变.分析首先揭示出了西太平洋副高的南北位置变化存在季...     

辽宁地区第一对流层顶高度变化特征分析

本文利用趋势分析、突变分析以及小波分析等方法对近42 a辽宁南部（大连）和北部（沈阳）第一对流层顶高度变化特征进行分析和比较,结果表明：近42 a,辽宁第一对流层顶高度除冬季以外其它三季和年呈下降趋势,南部地区的降幅明显大于北部;多年均值的年变化表现为在夏季最高、春秋季次之、冬季最低,各个季节南部高度值普遍高于北部;年际变化幅度在夏季最大,除冬季外,南部大于北部;发生气候突变的时段基本上都在1970年代中期前后;周期变化特征时空差异较大。     

广州市室内地温的变化规律分析

对2012年2月—2014年2月间广州室内地温进行了分析,同时还分析了其与室外气温的相互关系,结果表明：室内日平均地温随月份的变化呈正弦曲线变化,并且其变化与室外平均气温的变化有很高的相关性,但室内地温的升降幅小于室外气温的升降幅,春夏季室外气温高于室内地温,而秋冬季节相反;室内地温的日较差通常很小,一般小于1℃;当室内地温日较差在1～2℃时,多是室外处于持续的升温或持续降温状态;当室内地温日较差大于2℃时,多是因受冷空气影响。有冷（暖）空气影响时,室内地温下降（上升）较室外气温有一定程度的滞后,室内地温下降（上升）幅度较小但保持一致下降（上升）趋势,二者日平均温度变化趋势较为一致。     

中国东部季风区不同气候带城市热岛效应的差异

选取中国东部季风区长春、北京、武汉和广州市4个代表性城市,利用2012年9月至2014年8月和2016年1月至2017年12月共4年高密度自动站气温资料,比较了南北不同纬度带城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）强度的时空特征。结果表明:1）长春、北京、武汉和广州市建城区年平均UHII分别为0.96°C、1.06°C、0.91°C和0.78°C,北方城市秋、冬季多呈静稳和逆温天气,加上人为热释放量高于其他季节,UHII明显高于春夏季;而南方城市秋季“秋高气爽”,利于热岛的发生发展,冬季和夏季UHII次之,且季节间差异较小;2）4个城市热岛形成机制是一致的,均表现为夜间高于白天,清晨和午后UHII分别开始下降和上升;武汉市内水体较多,UHII日内波动幅度最大,广州市四季温和,UHII波动幅度最小;3）与南方城市比较,北方城市秋、冬季夜间高值时段长,白天低值时段短。本文揭示的南北不同气候带城市热岛强度差异,对于城市规划和城市运行管理具有实际意义。     

青藏高原热力状况异常特征及其与长江中下游地区夏季降水的关系

本文首先对青藏高原热力状况特征进行统计分析，得出高原下垫面热力状况分布具有复杂性和多样性，除具有整个高原一致性外，还具有南北反相关及东西反相关等异常的热力对比分布型，不同的下垫面热力分布型能够对大气环产生不同的影响。并针对南北反相现象进行成因及持续性分析，青藏高原下垫面热力状况南北反相关分布型与大气环流的异常有关，分析表明青藏高原下垫面热力状况南北反相关分布型与大气环流的异常有关，青藏高原下垫面热力状况异常实际上可能是亚洲冬季风异常活动的结果；而高原下垫面热力异常状况具有较强的持续性，其与后期大气环流存在密切的联系，通过影响亚洲夏季风进而影响我国夏季降水的分布型，即当青藏高原下同前冬热力状况为南侧偏暖（冷），北侧则偏冷（暖）分布时，对应长江中下游地区夏季易偏旱（涝），反之亦然。     

青藏高原及周边地区近地层小气候特征分析

利用中国气象局成都高原气象研究所建立的5个边界层站（湄潭、巴中、什邡、曲麻莱、狮泉河）2019年的观测资料，对比分析青藏高原及周边地区近地层大气要素变化和陆—气能量交换特征及异同点，探讨其原因。结果表明：（1）青藏高原及周边地区近地层大气温度、相对湿度、风速、感热通量、潜热通量、动量通量均符合一峰一谷的常规日变化特征，气压具有双峰双谷的日变化特征。（2）高海拔台站近地层温度日变幅（12℃）高于周边低海拔地区（4～6℃），季变幅与海拔高度的关系不显著。（3）相对湿度与温度关系密切，相对湿度的垂直结构和日变化都具有明显的区域差异，其垂直梯度夜间显著高于白天，峰值出现时间随夏、秋、春、冬季呈现季节性滞后，而谷值超前。（4）风速春季较大，夏、秋季次之，冬季小，季变幅略小于日变幅；低海拔区域的风速及其日变幅均显著低于高海拔区域。（5）低海拔区域气压季变幅（>13 hPa）远高于日变幅（2.5 hPa左右），而高海拔区域气压季变幅（>3 hPa）略低于日变幅（2 hPa左右）。（6）感热通量春季大、冬季小；感热通量和动量通量在高海拔区域均较高，二者具有较一致的日、季变化特征，表明大气动...     

本世纪我国气温变化的某些特征

将本世纪以来我国137个站每个站逐月的月平均气温划分为五个等级,绘制了全国范围的历年逐月温度等级分布图。根据图中各月冷暖区范围大小,分为暖月、偏暖月、冷月、偏冷月和正常月五种类型。计算了全国范围和东北、华北、长江中下游、华南、西北(主要指陕西、甘肃、宁夏、青海等四省区。以下同)、西南和新疆等七个区的温度等级值。根据这些资料,统计分析了五类温度月份出现的气候特征及不同季节冷暖月次的多年变化,研究了全国和各区温度等级值的演变规律及其相互联系,以及近30年来我国气温演变的某些特征。     

基于体感温度的中国户外高温风险分布研究

采用657个气象站点2000～2019年气象数据和遥感数据,基于体感温度（Apparent Temperature）指数,以人体热舒适为基础综合考虑气温、湿度、风速和辐射这些气象因素来讨论中国暖季（5～10月）的户外高温风险的分布情况,制成1 km分辨率的户外高温风险地图。与以温度为单一指标的高温分类结果对比,基于体感温度的高温风险区划分的更详细,更符合人的热感知,将帮助易受潜在高温风险影响的户外工作者做好自身防护。结果表明:热风险等级和天数基本符合从南向北,从东向西递减的规律。全国热风险等级最高和热风险天数最长的地区是长江中下游和广东—广西—海南地区,热风险天数可达140 d以上;华北地区在100～120 d之间,北方地区出现热风险的天数在50～90 d之间。其次,各省的热风险等级在6月、7月、8月达到峰值。另外,新疆吐鲁番地区、西藏南部河谷这些地区在整个暖季都面临着不同等级的热风险,属于局部热点地区。本研究充分考虑了影响户外热舒适度的几个要素,划定的风险等级和区域可以为户外工作者提供高温避险指导,使其最大程度的免受高温带来的伤害。还可以为我国不同地区制定更详细的高温补贴措施提供科学依据。