未来我国极端温度事件变化情景分析

基于Hadley气候预测与研究中心的区域气候模式系统PRECIS（Providing REgional Climates for Impacts Studies）单向嵌套该中心全球海-气耦合气候模式HadCM3高分辨率的大气部分HadAM3P, 检验PRECIS对我国气候基准时段（1961—1990年）极端温度事件的模拟能力, 分析IPCCSRES（Special Reporton Emission Scenarios）B2情景下未来2071—2100年相对于气候基准时段我国极端温度事件的变化响应。与观测资料的对比分析表明:PRECIS能够较好地模拟我国气候基准时段极端温度事件的局地分布特征。IPCC SRESB2情景下, 预估未来2071—2100年我国大部分地区高温日数出现频率均比气候基准时段高5倍以上; 霜冻日数将呈减少趋势, 我国南方地区的减少趋势大于北方地区; 暖期持续指数整体将呈增加趋势, 我国东北地区、西北地区中西部、华北地区和东南沿海地区增加显著; 冷期持续指数整体将呈减少趋势, 且东北地区、华北地区、西北地区及内蒙古、青藏高原大部地区的减少幅度将达到90%以上。     

华南地区未来地面温度和降水变化的情景分析

利用英国Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,模拟分析基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)2000年发布的<排放情景特别报告>(SRES)中设计的B2情景下华南区域2071～2100年的温度和降水量的可能变化,结果显示:2071～2100年均地面温度相对于气候基准时段(1961～1990年)上升约2～4 ℃;华南区域未来夏季降水量在22°N以北区域较气候基准时段增加,而以南区域减少;冬季降水则表现为华南区域较气候基准时段减少.2071～2100年华南区域的温度气候趋势系数为正值,年均降水气候趋势系数为负值.2071～2100年的高温事件和强降水事件的发生频率均比气候基准时段明显增加.     

北半球50hPa环流异常与厄尔尼诺/反厄尔尼诺事件

本文对近三十年来的厄尔尼诺和反厄尔尼诺事件与北半球50hPa高度距平场的变化进行了分析。结果表明,厄尔尼诺发生的前冬(前一年11月至当年1月,下同),500hPa高度场的距平分布为:在极地附近地区是负距平;中纬地区除北美洲上空是弱负距平外,其余地区是正距平;30°N以南的低纬地区为负距平。反厄尔尼诺出现的前冬,500hPa高度场的距平分布为附近地区是正距平;中纬地区北美洲上空是弱正距平,其余地区为负距平;30°N以南的低纬地区为正距平。此外,厄尔尼诺和反厄尔尼诺事件发生的前冬,50hPa高度距平场的变化比50hPa其它各月高度距平场的变化以及500hPa高度距平场的变化都大。且前冬50hPa高度距平场的变化对厄尔尼诺和反厄尔尼诺事件的发生具有明显的指示意义。      

近48年内蒙古中西部地区高温日数时空特征及其环流特征分析

利用1961--2008年内蒙古中西部地区5—9月逐日最高气温资料和国家气候中心提供的北半球500hPa高度场（5-10网格距）资料。定义了3种不同强度的最高温度日。统计了近48年5—9月各月不同强度最高气温发生频率,进行时空特征分析。分析日最高气温日数高发期的夏季（6—8月）强日最高气温日数典型年北半球500hPa高度距平场分布特征。结果表明：近48年5—9月各月日最高气温日数高发期在夏季（6—8月）;7月最多,9月最少;气候变暖使得日最高气温日数有明显增加;日最高气温日数典型偏多年和典型偏少年的北半球500hPa高度距平场在欧亚大陆出现明显相反的分布特征。     

四川盆地高温热浪时空特征及预报模型研究

利用四川1960~2009年逐日最高气温、欧洲中心ERA Interim1.5°*1.5°再分析资料和ECWMF2.5°*2.5°模式预报场资料,分析四川盆地高温热浪的时空分布特征,归纳出四川盆地高温热浪天气预报模型。结果表明:四川盆地高温热浪天气有三个异常区;区域性高温热浪过程期间100hPa南压高压明显东进,我国至俄罗斯南部地区显著增高;500hPa有青藏高压型、副高型和带状高压型三种环流型。四川盆地高温热浪天气的预报模型为:1)500hPa四川盆地上空为青藏高压或副高或带状高压控制,位势高度达584位势什米以上,其中青藏高压和西太副高需达588位势什米;2)四川盆地上空850hPa上未来三天都为大于24℃的闭合等温线控制。     

基于多模式集合的中国未来热浪趋势研究北大核心CSCD

全球变化导致极端天气事件频发,尤其是高温热浪严重影响我国农业生态系统及人类健康。关于热浪事件的定义一直存在着许多争议,对热浪变化趋势空间分布特征的认识有待进一步提高。本文使用气温日较差、绝对温度与相对温度相结合的热浪指标,基于9个CMIP6气候模式的多模式集合结果,评估了可持续发展情景(SSP1-2.6)、中度发展情景(SSP2-4.5)及常规排放情境(SSP5-8.5)下未来中国高温热浪事件的时空分布及变化特征。结果表明:(1)SSP1-2.6情景下未来热浪事件在2050年前后达到顶峰,之后趋于稳定,而在SSP2-4.5情景下,热浪频次、日数及最长持续时间均呈现上升态势,SSP5-8.5情景下热浪的增长趋势及严重程度均为最高;(2)华南、华中地区未来面临更大的热浪风险,SSP5-8.5情景下的热浪频次及强度约是SSP1-2.6的2倍及以上,SSP2-4.5约是SSP1-2.6的1.5倍;(3)西部干旱/半干旱地区、内蒙古东部干旱地区出现较大范围的热浪,结合本文中热浪定义,预示着夜间变暖是全球变暖的一个重要特征。研究结果有助于理解可持续发展、中等强迫情景下我国未来的热浪频次和强度的变化特征,为区域发展节能减排方案的制定提供有效参考。     

北半球大气环流异常与广西夏季高温天气

利用1951~2003年北半球500 hPa月平均高度场资料,对广西多高温年份和少高温年份的大尺度环流场进行对比分析,发现多高温年和少高温年500 hPa位势高度距平场差异明显,主要表现在:北太平洋阿留申群岛到副热带地区在冬春季和前汛期都呈现相反的南北距平分布结构;盛夏,多高温年在乌拉尔山至贝加尔湖地区及孟加拉湾至我国西南地区是正距平区,而少高温年在上述地区为负距平中心。典型相关分析表明,7~8月500 hPa高度场与前期1月、4~6月的高度场有密切的联系,高空槽脊的强弱分布及西太平洋副高等大尺度天气系统的变化本身具有一定的内相关,从而揭示了高温天气形成的大尺度环流变化的一些事实。     

华南地区21世纪中后期旱涝变化的情景分析

利用区域气候模式PRECIS（Providing Regional Climates for Impacts Studies）,首先选取若干旱涝指标,在验证模式对各旱涝指标的模拟能力的基础上,分析SRES A1B（Special Report on Emissions Scenarios A1B）情景下华南地区21世纪中后期（2040~2099年）各旱涝指标相对气候基准时段（1961~1990年）的变化情况,进而初步探讨华南地区未来旱涝情况的可能变化。研究表明,PRECIS能够较好地模拟出所选取的旱涝指标的年际变化和月变化特征;在SRES A1B情景下,21世纪中后期华南地区极端强降水事件的发生频率和强度都将显著增加,且强降水期将有所延长,从而使得华南地区出现雨涝灾害的可能性大大增加。与此同时,华南地区未来在春季、夏季和秋季发生气象干旱的可能性变化不显著,但在冬季发生气象干旱的可能性却将增加,尤其是在21世纪后30年冬季出现气象干旱的可能性更高。     

未来RCPs情景下珠江流域降水特征的模拟分析

利用全球模式（BCC_CSM1.1）驱动区域模式RegCM4,模拟分析了RCP8.5和RCP4.5排放情景下未来2010—2099年珠江流域降水基本特征、强度分布和极端降水事件的变化特征。研究表明,RegCM4区域气候模式可刻画出珠江流域极端降水的特征。RCP4.5和RCP8.5排放情景下降水变化特征一致,未来不同时段（2020s、2050s和2080s）珠江流域的年平均降水量减少,春季和冬季减少,夏季和秋季增加,而且年平均和四季的降水频率均减少,强度增加（春季除外）。降水基本特征的变化导致降水强度分布改变,春季除外,不同时段的年和四季的降水极值（降水90th和95th分位值）的年平均值均增加,增幅最大为秋季,表明未来时段极端降水强度增加。未来不同时段珠江流域的年最大日降水量的5年重现期值在柳江流域、红水河、桂江流域和珠江三角洲（珠三角）地区增加,增幅30%~45%。RCP8.5排放情景下,未来2080s时段珠三角地区的年最大日降水量5年重现期值相当于现在时段8~10年的重现值,50年值相当于现在时段100年的重现期值,表明未来这些地区的极端降水事件发生频率增加。      

山东伏期旱涝特征与大气环流异常

以山东75个观测站伏期降水资料(1959-2005年)分析得到山东伏期旱涝在演变趋势有其独特性;500 hPa高度场距平分析表明,在中高纬尤其是贝加尔湖地区大气环流的异常对山东伏期的严重旱涝和洪涝形成起着重要作用;500 hPa高度距平场的EOF分析进一步证明,山东上游蒙古地区的冷空气活动和副高的强度是500 hPa高度场上影响山东伏期旱涝的两个最主要因子.     

基于T213集合预报的延伸期产品释用方法及初步试验

基于T213集合预报系统2008年1月中国及附近区域500 hPa高度和850 hPa温度的1~15 d预报资料,构建延伸期产品释用方法,通过对逐日11~15 d预报资料做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均,进而得到延伸期(11~15 d)候平均和候距平预报,并对预报效果进行检验,结果表明:对11~15 d预报场做集合平均和后向衰减权重系数滑动平均均能降低预报误差,改善整体预报效果。由此得到的500 hPa高度场和850 hPa温度场11~1 5 d候平均预报误差与逐日控制预报第5d的水平相当,候距平相关系数均接近0.6,整体而言效果较好,具备一定的应用价值。500 hPa高度场和850 hPa温度场11~15 d候距平预报在中国大陆地区位相准确率均较高,东南沿海和东北部分地区稍差,且850 hPa温度场的位相准确率整体高于500 hPa高度场。候距平预报对延伸期(11~15 d)的大范围持续性异常距平具有较强的捕捉能力,对异常距平出现的范围和分布、强距平中心的位置的预报均较好,但强度整体偏弱。     

江西地区冬季气温异常与北半球500hPa高度场的关系

利用1960—2011年江西省81个台站月平均气温观测资料和NCEP/NCAR北半球逐月500 hPa高度场再分析资料,分析了江西地区冬季(当年12月至次年2月)气温异常的时空特征、冷暖典型年500 hPa高度距平场特征以及气温异常与北半球500 hPa高度场的相关性,并运用奇异值分解(SVD)方法探讨了北半球500 hPa高度场异常与江西地区冬季气温异常之间的耦合关系。结果表明:(1)江西地区省冬季气温以全区一致的变化为主;(2)影响江西地区冬季气温异常的500 hPa高度场关键区为北大西洋(20.0°—42.5°N,10°—70°W)和欧亚地区(25.0°—72.5°N,40°—150°E),影响时段分别为当年7月(前期)和当年冬季(同期);(3)前期7月北大西洋关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温呈显著的正相关关系,其中最显著的区域为赣北地区;冬季欧亚大陆关键区500 hPa高度场与江西地区冬季气温也呈显著的相关关系,其中最显著的区域为赣北、赣中地区。     

河北春秋季降水异常与对流层中低层环流的可能联系

利用河北省及周边73个台站1961—2010年春季、秋季降水资料及NCEP／NCAR再分析资料,应用SVD等多种统计方法探讨了河北春秋季降水异常变化及其与对流层中低层环流的可能联系.研究结果表明：河北省春秋季降水异常存在全省一致和南—北相反两种模态.春季,当500 hPa平均高度场上东西伯利亚海出现负异常,我国东北地区到日本海为正异常时,河北春季大部分地区降水偏多（石家庄表现最明显）;反之,河北春季大部分地区降水偏少.秋季,当欧洲的西北部500 hPa平均高度场为负异常时,河北大部秋季降水偏少（中部表现最明显）;反之,河北秋季降水偏多.春秋季干旱的出现与贝加尔湖阻高（或高脊）及东亚大槽偏强有关.850 hPa偏南风减弱是导致春秋季干旱的重要原因.     

青藏高原冬春季雪盖对东亚夏季大气环流影响的数值试验

利用ＩＡＰ２－ＬＡＧＣＭ进行了青藏高原冬春季雪盖异常对东亚夏季大气环流、加热场和降水影响的数值试验。结果表明，该影响十分显著，持续性很强。当高原冬春季雪盖异常增厚、范围扩大时，夏季（ＪＪＡ）高原地区及我国北方５００ｈＰａ位势高度降低，南方变高，西太平洋副高减弱。大气对雪盖异常的响应呈明显的波列特征。我国北方大部地区土壤温度降低，南方土壤温度升高。夏季各月降水异常分布形势并不完全一致，但与同期５００ｈＰａ高度场异常分布形势有关。     

El Nio事件次年中国东部夏季气温分布特征研究

利用Had ISST和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了1949年以来El Nio事件次年夏季中国东部气温分布特征。结果表明,混合型El Nio次年夏季,中国东部气温距平表现为山东—淮河流域及华南沿海出现负距平,其余地区为正距平;东部型,则表现为中国东部地区整体的负距平气温,且北方降温幅度明显大于长江以南地区;中部型,主要表现为长江以北气温负距平远大于长江以南。结合环流形势分析发现,三类El Nio事件次年夏季的赤道地区(5°S~5°N)异常纬向垂直环流均表现为三圈型,但3类异常Walker环流不仅强度有差异,纬向范围也有所不同。500 h Pa上西太平洋副高的强度和范围,是造成三类El Nio事件次年夏季中国东部地区气温距平分布差异的主要原因之一,850 h Pa上西南暖湿气流的输送对其也存在明显影响。     

新、旧气候态的差异及对东北地区气候业务的影响

选取参与东北地区短期气候预测业务质量评估的53个气象站的月平均气温、降水资料,NCEP/NCAR再分析的月平均500 hPa位势高度场资料,以及由NOAA重构的海温场资料,对比了新、旧气候平均态下,冬、夏季东北地区气温、降水及全球500 hPa位势高度场及海温场差异, 并分析了气候平均值改变对气候变化、影响评价和预测业务的影响。结果表明：就东北大部分地区而言,新气候态（1981-2010年）表征的气候较旧气候态（1971-2000年）更暖湿;新气候态的全球500 hPa位势高度值和海温值较旧气候态均有所增大;新气候态下东亚大槽强度和西伯利亚高压强度变弱是造成东北冬季气温升高的主要原因;西太副高和鄂霍次克海阻塞高压强度增强,是造成东北地区大部分月份降水量增加的主要原因;而东北冷涡强度减弱是造成东北地区6月降水量减少的主要原因;9月和10月降水量减少可能与海温的变化有关。气候平均值的改变会对气候业务产生影响,如需对冷冬事件和ENSO事件重新评估,对极端事件重新分析,及对要素预报量级和趋势产生影响。     

Comparative tests and analyses on monsoon and regional precipitation

Summary Due to the strong variation of the Asian monsoon, many countries in Asia often suffer from serious natural disasters. Droughts and floods appear in East China frequently related to the large anomalies of the two branches of East Asian monsoon. Based on rainfall data recorded by 336 Chinese stations in the 1980s, two distinctly opposite rainfall types over East China in summer (JJA) are discovered. Correspondly, 850 hPa anomalous wind fields in the Eastern Hemisphere are also possessed by two types of converse patterns in spring (MAM) and summer (JJA). The onset time and intensity of the Somali jet and the two branches of Southeast and Indian monsoon are quite different. Furthermore, in the 500 hPa geopotential height anomaly fields in spring and summer, the variations of the previous general atmospheric circulation (in spring) are closely correlated to the two kinds of conversely distributed rainfall in summer. These two types of rainfall are also related to two types of conversely distributed sea surface temperature anomaly (SSTA) in the equatorial Pacific and Indian Oceans. To investigate model capabilities refelecting the above observed features, eight numerical experiments are carried out using the IAP 2-L AGCM, with observed monthly mean global SSTs as external forcing and observed atmospheric data on February 15 as initial conditions. The simulated distributions of rainfall anomalies over East China in summer are in good accordance with observations. With conversely distributed SSTAs in the equatorial Pacific, the simulated 850 hPa anomalous wind fields and the 500 hPa geopotential height anomalies are also conversely distributed, and are closely related to the two types of simulated rainfall anomalies over East China. The cross equatorial wind varies in strength, space and time. The simulated distributions of anomalous 500 hPa geopotential height in spring and the anomalous wind at 850 hPa in spring and summer are quite similar to observations.With 10 Figures     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

 利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

对中国东部夏季降水有重要影响的一种东亚遥相关型

利用重建的1880-1950年500 hPa高度场资料和1951-2004年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了年际尺度上东亚地区夏季大气环流变化特征。结果表明：夏季在东亚沿岸存在一个明显的自北向南的正-负-正环流模态,即鄂霍次克海阻塞高压与副热带高压存在一种同向变化、而它们之间区域的高度场为反向变化的遥相关关系;同时分析了这种大气环流模态与1880-2004年中国东部地区夏季降水的关系。在年际尺度上,正-负-正的环流模态与长江中下游地区和东北的降水有很好的正相关,当夏季的环流处在阻塞高压偏强,且副热带高压偏南偏强、日本及其以东地区上空高度场偏低时,中国长江中下游地区和东北降水偏多。     

中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因

利用1961—2016年中国160站逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因。结果表明：1）1961—2016年南方冬雨年际变化显著,且降水量呈现阶段性变化,1961—1988年为少雨期,1989—2016年为多雨期。2）El Niño事件与南方冬雨之间的相关关系存在年代际差异。1961—1988年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向差异很小,不利于冷空气向南推进,850 hPa上中国南方南风距平偏小,来自孟加拉湾和南海的水汽较难向中国南方地区输送,且中国南方地区受下沉运动异常影响,对流发展受抑制,故南方冬雨偏少;1989—2016年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向梯度较大,有利于冷空气向南推进,850 hPa上南海北部到中国东部出现异常的西南风,有利于孟加拉湾和南海的暖湿气流向中国南方地区输送,且中国南方地区受上升运动异常控制,有利于对流发展,故南方冬雨偏多。