中蒙干旱半干旱区冬、夏季地面气温时空变化特征分析(Ⅱ):7月

为整体地分析中蒙干旱半干旱区(中蒙干旱区)夏季气温的时空变化特征,利用中蒙干旱区内分布相对均匀的104个站点(包括5个“人造站”)1961—1997年7月的平均地面气温资料等,首先分析了该区夏季的平均气温场、气温年较差及日较差等背景;然后,对标准化的7月平均气温距平资料分别作了EOF和REOF分析。结果表明:(1)中蒙干旱区夏季的热量资源充足。夏季气温场分布的区域性特色更明显。(2)受纬度、地形高度及远离海洋等的影响,中蒙干旱区地面气温的年较差大,日较差也大,呈典型大陆性气候(大陆度高)的特色,但是区内的夏季气温年际变化小。(3)根据气温的EOF分析,中蒙干旱区夏季气温异常可粗分为全区一致型、准东西差异型、准南北差异型及准东北—西南差异型等4种常见分布模态;再根据REOF分析,可将该区夏季气温异常进一步细分为青海高原、高原东北侧、南疆、北疆、陕西甘南区、蒙古国西北部及东南部等7个分区。(4)近37年来,中蒙干旱区夏季气温增暖主要出现在高原东北侧和南疆区,强度比冬春季弱;在青海高原及蒙古国东南部气温还在变凉,区内各分区夏季气温变化也约有3~4年的周期。     

东亚夏季风建立前青藏高原地气温差变化特征

利用青藏高原地区112个站1980～2001年和部分站点1960～2000年的气温、地温资料,采用经验正交EOF和旋转经验正交REOF等方法,对东亚夏季风爆发前青藏高原地气温差的变化特征进行分析,并对其与东亚夏季风之间的联系进行了分析.结果表明,青藏高原地气温差一般超前气温、地温1个月达到全年最大值,比中国中东部同纬度...     

用EOF分析黑龙江省42a来气温增暖的时空分布特征

根据黑龙江省分布相对均匀、资料年代较长的16个代表站的1961～2002年春、夏、秋、冬、年平均气温、平均最高气温和平均最低气温资料,用EOF(经验正交函数)展开和趋势法,分析了黑龙江省42a气温变化状况,得出:黑龙江省在近42a间增温趋势明显,其中平均最低气温增高最为显著。从各季来看,冬季升温幅度最大,并且年平均气温增暖分布为由南向北越来越明显。     

亚洲冬季地表气温与北半球海平面气压场的关系

利用NCEP资料对1949～1999年间的地表气温进行经验正交函数分解(EOF),得到的前两个模态均表明,20世纪70年代中期以后,在两个模态迭加的情况下,亚洲大部分区域冬季气温升高,增暖明显,发生了显著的年代际变化.奇异值分解(SVD)冬季亚洲地表气温和北半球海平面气压场得到的结果说明,北极涛动对亚洲冬季气温的年代际变化有显著影响,其次北太平洋海平面气压与陆地海平面气压的反相分布可能对亚洲冬季气温的年际变化有影响.     

环太湖地区气候变化特征研究

根据1971—2010年环太湖地区苏州、常州、长兴等9个气象台站日平均气温和日降水量资料,采用EOF正交经验分析法、线性倾向率法、小波分析法和Mann-Kendall检验法研究了环太湖地区近40 a来的气候变化特征。结果表明:1) 1971—2010年间,环太湖地区整体上呈增暖趋势,环太湖地区的季节性增暖存在空间差异,西北部的气温在春、夏季明显升高,而东南部则在秋、冬季明显增暖,1990年前后该地区的增暖率存在完全相反的空间分布。2)该40 a中,降水表现为北部增加,南部减少。整个环太湖地区的降水在冬季普遍呈现增加趋势,春、夏季降水的空间分布差异性大于秋、冬季。3) M orlet小波分析结果表明,环太湖地区年平均温度存在16～17 a和6 a、26 a左右的变化周期;年降水量存在15～16 a和24 a的强显著性变化周期,各地区在年均温、年降水量周期振荡的强度上存在一定的差异。4) Mann-Kendall突变检验显示,1971—2010年环太湖地区各站点均表现为气温由低向高的突变,突变发生在1992—1993年。     

中国冬季气温的年际变化

利用中国160站1951-2000年的冬季月平均气温资料，用EOF分析、小波分析和合成分析等方法对中国近50年来的冬季气温的年际变化和时空分布特征进行研究。结果表明：中国冬季气温50年来有显著的增暖趋势，在70年代后期增暖幅度开始加大，年际变化以6～9年周期为主。中国冬季气温的空间变化有很好的一致性，全国绝大部分区域呈整体变暖或变冷的趋势，并且气温变化南北有别，从南向北幅度逐渐变大。另一种模态是当东北、华北和西北地区冬季气温较高时，其它地区则偏冷；反之亦然。     

北极涛动对我国冬季同期极端气温的影响研究

使用1955～2004年1月500 hPa高度场和同期我国107个测站最高和最低气温的逐月资料,计算极端气温与北极涛动指数的相关矩场,并对此相关矩场进行经验正交函数分析来研究我国最高和最低气温对北极涛动响应的年际变化.北极涛动指数定义为1月500 hPa标准化高度场经验正交函数分解所得到的第1时间函数.研究过程中对北极涛动一般年份和异常年份两种情况进行比较分析.研究发现北极涛动指数的正负极端异常年份,对我国冬季同期最高和最低气温有十分明显的影响.我国冬季最高气温响应主要表现地域是长江中下游、华北和河套地区,最低气温的响应主要表现地域是东部沿海和长江黄河上游地区.同时分析了不同年份冬季极端气温对于北极涛动响应的不同形势.     

我国东部季风区冬季气温的气候变暖特征

利用我国东部季风区375个测站1961-2006年平均地面气温资料, 采用线性趋势分析、EOF, REOF, MannKendall、小波分析等方法, 分析了季风区冬季气温异常变化规律。结果表明:我国东部季风区冬季气温增温明显, 近46年增温率为0.39 ℃/10a, 增温率从南向北增大, 黄河南部气温的稳定性高于北部, 增温不显著的区域主要在季风区的南部, 川东和云南局部有显著的下降趋势。根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为南、中、北部区3个分区, 各区气温异常变化存在准5年和22年周期, 从20世纪70年代初期开始气温转为上升, 普遍在1986-1987年发生了突变, 在21世纪初气温开始回落。异常偏暖年大部分出现在1990年以后。     

平流层30 hPa月平均高度场的气候特征

采用经验正交函数分解(EOF)方法对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958—1997年共40年,30hPa月平均高度和月平均风场进行了分析,讨论了40年平流层的主要特征向量和相应时间系数的变化特征,发现高度场的EOF第一模态具有很好的空间整体性和明显的季节变化。在平流层中,北半球冬季为一较大的环极冷低压,夏季为一以整个半球为规模的环极暖高压。并以1月和7月代表冬、夏季,选取1月和7月的40年资料作为时间序列,用EOF分析了冬、夏季不同的空问振荡型的特征,运用小波分析方法考察了其年际及年代际变化周期。并据此定义了不同的振荡型指数,为以后分析平流层要素场与气候变化的关系奠定了基础。     

我国冬季气温特征分析

利用我国1951～2007年冬季(12月～次年2月)气温观测资料,采用EOF、REOF展开、Mann-Kendall突变分析、小波分析等方法,分析我国冬季气温的时空分布特征.结果表明:(1)我国冬季气温空间分布可以分为全区一致型、南北反向型;冬季气温场可分为4大区域:东南地区、东北地区、西南地区、西北地区.(2)我国北方地区冬季气温在80年代中期上升明显,而南方则在90年代中期冬季气温才开始明显上升.     

中国华东地区夏季高温的时空特征和年际变化

利用中国华东地区1961-2004年夏季（7-8月）气温观测资料,分析了该区域夏季气温的总体变化特征,指出华东地区夏季气温具有降低的长期趋势。定义3项判别标准,得出该区域44a来有10个异常高温夏季。旋转经验正交函数（REOF）展开表明,华东地区夏季平均气温场可分为3个区域：北区气温在21世纪初有明显上升,中区和南区气温无显著突变;各区域气温以2a、3～4a的周期振荡为主;20世纪90年代以来,异常高温年出现频繁。     

改进的经验正交函数分析方法及其效果验证

基于中国站点网气候资料,简要介绍了经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)与改进的经验正交函数(adjusted EOF,AEOF)分析方法的关系,给出了验证其分析效果的方案;并将EOF、AEOF分析方法应用于中国160站60 a(1951—2010年)夏季气温距平场序列的分析。结果表明:AEOF分析方法前6个模态的模方拟合率和累积模方拟合率均高于EOF分析方法的相应量;AEOF分析方法前3个模态的典型场对夏季气温距平场序列的模方场的拟合效果明显优于EOF分析方法。由此论证了EOF分析方法中资料均匀化订正的必要性,验证了实际分析中AEOF分析方法的较优效果。     

近50a来华北地区负积温变化特征

利用华北地区62个气象站1961-2008年冬季日平均气温资料和NCEP／NCAR再分析资料,运用经验正交函数分解（empirical orthogonal function,EOF）、旋转经验正交函数分解（rotated em—pirical orthogonal function,REOF）、Morlet小波和合成分析等方法,分析了华北地区负积温变化特征及同期环流背景场的变化特征。结果表明,1）华北负积温具有全区一致性增加的特点,其中山西北部增加明显。2）由于华北地区东部和西部负积温增长幅度不同,可将华北地区分为2个区域。两区负积温均有突变,其中Ⅰ区负积温的突变年份为1988年,Ⅱ区负积温的突变年份为1986年,Ⅰ区负积温存在3～6a周期振荡,Ⅱ区负积温存在2～4a周期振荡。3）北半球冬季环流场的变化与华北负积温异常有一定相关关系。合成分析的结果表明,在近地面层,偏冷年西伯利亚高压偏强,华北冬季偏冷,负积温绝对值偏大;在对流层中层,东亚大槽及乌拉尔山高压脊为主要影响系统,东亚大槽较深、乌拉尔山脊偏强,冷空气活动偏强;偏暖年则反之。     

近40年来东亚冬季风的年代际时空变化趋势

利用经验正交函数－奇异值分解（EOF－SVD）综合分析方法和1961～2000年NCEP/NCAR月平均再分析资料对近40年来东亚冬季风和冬季表面气温的年代际变化特征及其相关关系进行了分析。研究结果表明, EOF得到的冬季海平面气压场主成分空间结构（第一特征向量）及其时间系数可以较好地反映出东亚冬季风的变化, 而且可以同时得到东亚冬季风强度和南扩程度的变化, 具有一定的优越性。通过对冬季海平面气压和表面气温年代际分量的EOF－SVD综合分析, 发现了东亚冬季风强度减弱、南扩加强的年代际变化趋势, 冬季表面气温则表现出中高纬地区海陆热力差异减弱、低纬地区海陆热力差异加强的年代际变化特征, 两者之间存在很好的对应关系。另外, 大陆冬季表面气温与海平面气压的年代际对应关系比海洋的更加显著, 表明对温室效应的区域气候响应与东亚冬季风的年代际变化之间可能存在较为密切的联系。     

青藏高原地面气温的分布特征及其与南方涛动、热带有关海域海表温度的关系

本文采用经验正交函数(EOF)展开和波谱分析方法,讨论1957年1月至1977年12月青藏高原地面月气温的分布特征及其演变周期,并讨论了它们同南方涛动指数、赤道东、西太平洋、南海月海表温度的关系。结果表明,青藏高原地面月气温的年际变化异常型主要为广大范围内的偏高(偏低),此异常型具有30和15个月的显著周期。其次是东北——西南走向的东北偏高(偏低)、西南偏低(偏高),该异常型具有40和17个月的显著周期。青藏高原地面月气温的特征向量同它们的关系在不同周期上呈现不同的特征,其中在40和24个月的周期上尤为明显。     

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。     

北疆冬季气温季节内变化及其环流特征

基于新疆北部区域(简称北疆)37个代表气象站1961—2019年逐月平均气温资料和NCEP/NCAR再分析环流资料,通过经验正交函数(EOF)分解和相关分析方法,研究北疆近58 a冬季气温季节内变化的时空演变特征及其对应的大气环流特征。结果表明:(1)北疆前冬和后冬气温EOF分解的前两个模态在空间上均表现为全区一致变化型和偏西偏北地区与中东部反相变化型。前冬和后冬气温全区一致型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著负相关关系区域位于乌拉尔山附近,气温反相变化型的时间系数与同期500 hPa位势高度场呈显著正相关关系区域位于波罗的海附近。(2)北疆冬季气温季节内主要有前后距平一致和前后距平相反两种特征。在北疆冬季气温前后距平相反年份",前冷后暖"时的500 hPa乌拉尔山高压脊减弱消失,欧洲槽东移加深,东亚大槽强度减弱";前暖后冷"时,500 hPa欧洲槽减弱西退,乌拉尔山地区高度场抬升,东亚大槽加深。(3)前冬偏冷时,后冬偏暖的主要原因来自于500 hPa极涡增强,欧洲槽加深;前冬偏暖时,后冬偏冷的大部分原因是受500 hPa欧亚大陆大片的负变高区影响。     

中国近50年气温变化准3年周期的普遍性及气温未来的可能变化趋势

利用全国98个测站的年和冬季气温资料,采用Marr小波分析方法,分析了近50年(1961—2009年)中国8个气候区的年和冬季气温变化,研究了中国气温变化的周期性,并对未来20年(2010—2029年)气温的可能变化趋势进行了预测。结果表明,我国8个气候区气温的年际变化以高频变化为主,普遍存在着准3～4年周期变化,尤其是冬季气温的准3年周期变化显著,而且这种周期变化具有相对的稳定性。而年气温的周期特征存在显著的南北差异。周期叠加外推的结果表明,未来20年,中国将继续保持增暖趋势,北方地区和青藏高原的升温要大于除西南地区外的南方地区。如果按照线性趋势升温,2010-2029年气温上升幅度不会超过1℃。     

近50年冬季中蒙500 hPa高度场与中国北方地面气温的变化及联系

通过对冬季中蒙地区500hPa高度场与我国160个测站月平均地面气温场的分析,对51年来中国北方冬季气温出现年代际变暖趋势的原因进行了探讨。结果表明：1951—2001年期间,蒙古及中国北方地区冬季气温出现明显的正趋势变化;中蒙地区500hPa高度的正趋势变化对应中高纬度强的纬向环流、弱的经向环流,以及弱的冷空气;中蒙地区的正趋势变化与中国北方地区冬季气候变化有较好的关系。     

我国冬季气温异常的空间型及其与500hPa环流的初步研究

对１９５１－１９９６年中国１６０个站点冬季气温距平进行经验正交函数分析,根据前两个特征向量将中国冬季气温异常分成４种主要空间型：冷型、暖型、闪南冷型和北冷南暖型。在此基础上,分析了它们与５００ｈＰａ高度场异常的同时,时滞关系,得到一些对我国冬季气温异常预测有意义的结果。