南海夏季风变化及其与全球大气和海温的关系

本文分析了1948～2006年南海夏季风的年际变化, 讨论了南海夏季风与全球气象要素场如环流、相对湿度、海表温度 (SST) 等的关系。结果表明: 南海夏季风与全球各物理量之间有较好的大范围统计相关。选出了10个强南海夏季风年, 8个弱南海夏季风年, 利用合成分析研究了季风强、 弱年的环流和SST特征及其差异, 结果表明南海夏季风强弱年各特征量之间存在显著差异。尤其表现在SST上, 强弱季风年不仅在夏季东印度洋－西太平洋区域有明显差异, 并且前期春季此区域的SST与南海夏季风有持续的显著负相关, 可以作为南海夏季风强度变化的一个预报因子。     

中国夏季风影响过渡区与其他地区蒸发皿蒸发量趋势相反的原因

夏季风影响过渡区是天气和气候的敏感区,随着全球和区域的变暖,该区域特殊的气候环境响应引起人们重点关注。以南昌、定西、乌鲁木齐作为夏季风影响区、夏季风影响过渡区以及非夏季风影响区的代表站,通过对比中国夏季风影响过渡区和其他地区50年来温度、日照时数、相对湿度、降水量、低云量、风速的变化趋势,以及分析各气象因子单独变化对蒸发皿蒸发量的影响,发现在夏季风影响过渡区各个气象因子的变化均使蒸发皿蒸发量增加,而在其他地区,只有温度变化会使蒸发皿蒸发量增加,其他各因子的变化均会造成蒸发皿蒸发量的下降。贡献度更直观的反映各气象因子对不同地区蒸发皿蒸发的作用。结果表明温度变化对夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为48.93%。风速变化对夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为51.54%。降水变化对非夏季风影响区蒸发皿蒸发变率的贡献最大,贡献度为58.57%。此外,低云量的变化对夏季风影响过渡区、夏季风影响区和非夏季风影响区的贡献均达到20%以上。因此,不同地区影响蒸发皿蒸发的最主要的因子是不同的,但低云量对任何地区蒸发皿蒸发的影响都非常重要。     

华北和西北区干湿年间水汽场及东亚夏季风的对比分析

为了更好地理解华北及西北地区的夏季降水气候，我们利用NCEP的再分析格点资料等，对华北和西北两区干，湿年（月）的水汽场及夏季风状况作了对比分析，主要结论是：（1）近50年来华北和西北区东部明显干旱化，这可能与同期内东亚夏季风强度趋弱，大气可降水量逐渐减少有关；（2）两地区干，湿年（月）间气柱可降水量差别明显；（3）两地区干，湿年（月）的夏季风，水汽输送通道的位置及强度，以及水汽通量的辐散辐合情况均不同；（4）高原与太平洋间的海陆温差指数及东亚夏季风指数（SMI）对表征东亚夏季风的季节变化及夏季风强度的年际变化有一定的能力，冬春季高原与太平洋间的海陆温差对其后东亚夏季风的强弱及西北和华北区的干湿状况有部分指示意义；作西北区夏季降水预报时要注意四川盆地的水汽场及广元－汉中一带，以及闽，台和两广的水汽输送状况。     

近30年安徽省地表干湿时空变化及对农业影响

采用FAO Penman-Monteith模型, 并利用安徽省辐射观测资料对其净辐射项进行修正, 计算近30年安徽省的参考作物蒸散量。用此计算值和相应时段的降水量计算干燥度 (I_a), 并进行了基于干燥度指标不同时间尺度的区域地表干湿状况变化分析。分析表明:1971—2000年安徽省年干燥度平均值I_a=1的等值线为湿润区和半湿润区的分界线, 该分界线与1000 mm的年雨量线有很好的一致性, 同时也具有清晰的农业意义。20世纪70—90年代I_a=1的等值线南北波动, 其波动区域正是安徽省江淮分水岭易旱区。在此基础上分析了半湿润区、波动区域和湿润区降水量、参考作物蒸散量和干燥度年代际、年际和半年际的变化趋势及变异率以及逐月干旱频率及其对农业的影响。     

华北水资源年代际变化及其与全球变暖之间的关联

本文利用1951～2011 年期间中国台站资料、东亚地区的探空资料、NCEP/NCAR 和ERA40 等大气再分析资料,通过对水分平衡方程诊断探讨了华北地区过去60 年中水资源和可利用降水量的变化特征及其与大尺度环流变化之间的关系。结果发现,华北地区69%的降水量被蒸发,可利用降水仅仅为降水量的31%。夏季可利用降水是华北水资源的主要来源,华北夏季可利用降水量在80 年代初发生突变减少,进入21 世纪初,伴随蒸发量的增加该地区可利用降水量进一步减少。西风带水汽与东亚夏季风水汽是华北可利用降水的主要来源。NCAR/NCEP 和EAR40 再分析资料的结果均显示贝加尔湖一带的位势高度偏低和西太平洋高压的偏强有利于该地区降水增多。利用探空资料进一步证明,蒙古以及贝加尔湖地区的温度在对流层低层变暖和位势高度场的加强导致了过去几十年华北可利用降水量减少。由于贝加尔湖地区温度变化与全球变暖存在密切关联,监测该地区温度的变化对预测华北水资源和东亚夏季风的长期变化具有重要的意义。     

华北和印度夏季风降水变化的对比分析

 利用华北和印度夏季降水资料，采用趋势分析、小波变换等方法，对两地区夏季风降水进行了对比分析。结果表明：1) 华北和印度夏季风降水量都存在线性减少倾向，但华北更为显著，减少达16 mm/10 a；2) 华北和印度夏季风降水变化都以18 a周期为主，近年都有逐渐缩短的趋势，而印度的这种周期缩短得比华北更快，近年降水变化周期接近15 a；3) 华北和印度夏季风降水变化在1956、1976、1992/1993年发生了趋势转折；4) 华北和印度降水量主要集中在6-9月，夏季风降水特征非常明显，但两地变化特征表现不尽相同。     

海表温度异常影响东亚夏季风年代际变化的数值模拟

采用1950-2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋)海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式,进行了多组长时间积分试验,对比ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料,讨论了这些海域海表温度异常对东亚夏季风年代际变化的影响。数值试验结果表明:全球、热带、热带印度洋-太平洋和热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风的年代际变化具有重要作用,均模拟出了东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生的年代际减弱现象,以及强、弱夏季风年代夏季大气环流异常分布的显著不同,这与观测结果较一致,表明热带太平洋是影响东亚夏季风此次年代际变化的关键海区;利用热带印度洋海表温度驱动模式模拟出的东亚夏季风在20世纪70年代中后期发生年代际增强现象,即当热带印度洋海表温度年代际偏暖(冷)时,东亚夏季风年代际增强(减弱),与热带太平洋海表温度变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反;热带太平洋海表温度年代际背景的变化对东亚夏季风在20世纪70年代中后期的年代际减弱有重要作用。     

末次冰期东亚季风气候的数值模拟研究

利用一个Ｔ４２全球大气环流谱模式模拟了现代及末次冰期极盛时期边界条件下的东亚季风气候，并与中国区域内古气候变化的地质证据了对比，综合分析表明，末次末期时东亚冬季风强盛，夏季风衰退，气候大陆度增加。年平均气温普遍下降，我国华南，西北东部至华北，东北地区分别比现代降温２－４℃、８－１０℃及１０℃以上；季风多降水明显减少，与现代相比，东南沿海，江淮至华北，东北地区年降水量分别减少７０－８０％，６０－７０     

亚洲夏季风建立格局和南海季风爆发特征及其成因初探

使用１９８０￣１９８６年欧洲中期预报中心（ＥＣＭＷＦ）格点资料和１９８０￣１９９２年日本地球静止气象卫星（ＧＭＳ）观测到的黑体辐射（ＴＢＢ）资料，分析了南海季风爆发和亚洲夏季风建立格局及其可能机制。发现亚洲夏季风建立征兆最早出现在中南半岛－南海地区，随后自该地区分别向西、向东扩展；中南半岛地区是东亚季风和印度季风的天然分界线，其两侧夏季风的建立特征和形成机制迥然不同。亚洲夏季风自东向西逐渐建立的格     

中国东部地区降水季内变化的季节锁相

用１９５４－１９８３年５－８月的逐日降水资料分析了中国东部地区降水的气候特征，并讨论了它同东亚季风季节内变化的联系。结果发现，江淮梅雨同华南夏季风降水都具有季节锁相特征，前者呈单峰分布，后者呈双峰分布。同时，降水量的季内变化均具有２０－２５天的周期振荡特征。江淮流域降水的峰值和华南地区的第一个峰值主要受副热带季风影响，同夏季风的季节性北进和加强有关，华南地区第二个降水峰值受南海热带季风影响，与同期     

中国21世纪气候变化的情景模拟分析

利用HadCM2和ECHAM4气候模式比较分析了温室气体排放综合效果相当于CO2浓度逐年递增1％情景下中国区域21世纪地面气温和降水量的变化趋势。结果表明：在温室气体渐进递增情景下，至21世纪末期，相对于1961-1990年的气候基准值，全国地面平均气温增幅可达5—6℃。与地面气温的变化相比，降水量的波动幅度较大，但全国范围内降水量变化的总趋势也是增加的。中国区域地面气温和降水量变化的地理分布显示：降水量的增加主要集中在南方区域，HadCM2预测21世纪末期降水增加可达0．9mm／d，ECHAM4预测可达0．6mm／d；ECHAM4模式模拟的气温增幅比HadCM2高，尤其是在冬季及中国北方和青藏高原地区，而HadCM2模式模拟的降水量的增加较大，但两个气候模式模拟的地面气温和降水量变化的总趋势大体一致。     

The band characteristics of long-term variation of precipitation and water resources in east asia monsoon region

In this paper, by means of the “CWH” (circulation-weather and climate-agricultural harvest) analytical meth-od, drawing from the monthly mean long-term data of the global sea level pressure field and annual precipitation data and grain yield data of some regions in East Asia, the time-space characters of low-frequency fluctuation of East Asian precipitation with band distribution are analyzed.It is revealed that the band of 20-30 years quasi-periodic fluctuation is located in Southeast Asia and the coastal areas of South China. Moving forward to west and north, the period of fluctuation of precipitation tends to become longer, both bands, with about 40-yr and 60-80-yr quasi-periodic fluctuation are respectively situated in the middle-lower reaches of the Yangtze River and North or Southwest China. Furthermore, the relationships between the fluctuations of precipitation bands and large-scale circulations are analyzed. The relationships between precipita-tion and types of water resources are discussed as well. In addition, the tendency of long-term variation in rainfall is predicted.     

东北三江流域夏季旱涝基本特征分析

用美国国家环境预报中心 (NCEP) 再分析的高空月平均资料以及中国范围内160个测站的月降水量资料, 对夏季我国东北地区的降水进行分型并分析其环流形势.结果表明, 我国东北三江地区夏季多雨年和少雨年的环流形势存在明显的差异, 1998年夏季属于典型的多雨年; 鄂霍茨克海阻塞高压的出现和发展, 是造成嫩江、松花江流域夏季降水异常偏多的主要原因; 对流层低层水汽通量辐合加强, 是东北地区降水的重要水汽条件; 12月份或冬季的极涡强度指数与次年8月份或夏季我国东北地区的降水存在密切的正相关, 这种关系可以作为预测我国东北地区夏季持续强降水的一个信号.     

The Significant Relationship between the Arctic Oscillation (AO) in December and the January Climate over South China

Using NCEP/NCAR reanalysis data, the China rainfall and surface temperature data of the China Meteorological Administration, and the Arctic Oscillation (AO) indices of NOAA, the author investigates relationships between the AO and the precipitation and temperature over China. There exists a good relationship between the AO index in December and the succeeding January precipitation over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January precipitation over South China increases (decreases). A remarkable negative correlation between the December AO index and the January surface temperature also exists over South China, indicating that when the December AO index is positive (negative), the January temperature over South China drops (rises). The occurrence of this anomalous climate is related to the anomalies of the atmospheric circulation systems. The December AO greatly influences circulation anomalies in January. A positive phase of the AO is found to lead to a stronger subtropical jet over the south side from the Iran Plateau to the Tibetan Plateau. Consequently, it results in a deepening pressure trough around the Bay of Bengal, which transports the warm and wet air to South China continuously. The Siberian High in January is stronger and extends farther southeastward. It results in continual cold air at 1000 hPa pouring into South China, inducing low temperature. Cooperating with the trough of the Bay of Bengal, anomalous precipitation occurs over South China. For the negative phase of the December AO, the opposite situation is observed.     

Scaling behaviors of precipitation over China

Scaling behaviors in the precipitation time series derived from 1951 to 2009 over China are investigated by detrended fluctuation analysis (DFA) method. The results show that there exists long-term memory for the precipitation time series in some stations, where the values of the scaling exponent α are less than 0.62, implying weak persistence characteristics. The values of scaling exponent in other stations indicate random behaviors. In addition, the scaling exponent α in precipitation records varies from station to station over China. A numerical test is made to verify the significance in DFA exponents by shuffling the data records many times. We think it is significant when the values of scaling exponent before shuffled precipitation records are larger than the interval threshold for 95 % confidence level after shuffling precipitation records many times. By comparison, the daily precipitation records exhibit weak positively long-range correlation in a power law fashion mainly at the stations taking on zonal distributions in south China, upper and middle reaches of the Yellow River, northern part of northeast China. This may be related to the subtropical high. Furthermore, the values of scaling exponent which cannot pass the significance test do not show a clear distribution pattern. It seems that the stations are mainly distributed in coastal areas, southwest China, and southern part of north China. In fact, many complicated factors may affect the scaling behaviors of precipitation such as the system of the east and south Asian monsoon, the interaction between sea and land, and the big landform of the Tibetan Plateau. These results may provide a better prerequisite to long-term predictor of precipitation time series for different regions over China.     

近140年中国、北半球和全球气温的标度律

运用非趋势波动分析方法,有效地消除数据中噪声和非平稳性质的影响,研究全球、北半球和中国近140年气温变化的长程幂律相关性。结果表明：全球气温、北半球气温和中国气温都有由交叉点划分的两个标度不变区域,可能对应两个不同的物理机制。其一,都可以表现出正长程相关的性质,而且全球气温的持续性最强,北半球次之,中国气温最弱;其二,全球气温和北半球气温还可以有几乎是1／f噪声性质的变化,中国气温则可表现出介于1／f和布朗噪声之间的行为。     

1957~2015年我国春季短期温度波动规律

为研究全球变暖背景下我国短期温度波动变化规律,利用全国804个气象站点的逐日气温资料,计算隔日平均温差大于1℃的天数以及隔日温差的变化幅度,分析了1957~2015年我国短期温度波动频率与波动幅度的时空分布与变化规律,探讨了春季短期温度波动与经纬度及海拔之间的关系。结果表明:1957~2015年我国春季短期温度波动大致分为两个阶段:1990年以前我国大部分地区春季短期温度波动频率及幅度没有明显变化趋势,1990年以后我国大部分地区（约70%）春季短期温度波动呈上升趋势。此外,我国春季短期温度波动规律有地域性差异,表现为与经纬度关系密切,波动频率与波动幅度与经纬度等线性相关系数较高。结合波动趋势分布与隔日温度波动的地域分布可知,处于低纬度地区（如广东、广西等地）波动天数和波动幅度均增加,造成人们对于"天气变化无常"的感受强烈。由于生物生长发育等过程与温度密切相关,因此研究结果提示在讨论气候变化对生态系统长期影响时可能还需要关注短期的温度波动情况。     

1.5和2℃升温阈值下中国温度和降水变化的预估

基于CMIP5耦合气候模式模拟结果对1.5和2℃升温阈值时中国温度和降水变化的分析表明,1.5℃升温阈值时,中国年平均升温由南向北加强且在青藏高原地区有所放大,季节尺度上升温的空间分布与其类似,就区域平均而言,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均气温分别升高1.83、1.75和1.88℃,气温的季节变幅以冬季升高最为显著;除华南和西南地区外中国大部分地区年平均降水量增多,降水的季节差异明显,以夏季降水的分布模态与年平均降水量的分布最为相似,区域平均的年降水量分别增加5.03%、2.82%和3.27%,季节尺度上以冬季降水增幅最大。2℃升温阈值时,RCP4.5和RCP8.5情景下中国年平均温度的空间分布与1.5℃升温阈值基本一致,中国年平均气温分别升高2.49和2.54℃,季节尺度上气温的变化以秋、冬季增幅最大;中国范围内年平均降水量基本表现为增多趋势,其中,西北和长江中下游部分地区表现为明显的季节差异,区域平均的年降水量分别增加6.26%和5.86%。与1.5℃升温阈值相比较,2℃升温阈值时中国年平均温度在RCP4.5和RCP8.5情景下分别升高0.74和0.76℃,降水则分别增加3.44%和2.59%,空间上温度升高以东北、西北和青藏高原最为显著,降水则在东北、华北、青藏高原和华南地区增加最为明显。      

北京逐日气温和降水量的长程变化特征

无标度性广泛存在于自然界系统包括气候系统中,其特征之一是可观测量存在幂函数关系,它揭示了气候系统的复杂性.为探索气候可预测性的客观基础,介绍了去趋势涨落分析(DFA)方法,并应用其对北京2003年逐日观测资料序列进行了分析.结果表明,北京日平均气温和降水量均可划分为多个标度不变区域.在特定的标度域内,它们都表现出正长程相关的性质,为制作这些量的短期气候预测提供了理论基础.     

我国东南夏季干旱指数的ECC预测方法

根据中国东南夏季气温和降水显著负相关的特点,构造合适的干旱指数。选取美国NCEP／NCAR再分析月平均海表温度场、北半球500hPa高度场、亚欧大陆表面温度场作为预测因子,取由国家气象中心整理的中国160站月平均降水和温度资料计算出的东南部干旱指数作为预测对象,采用集合典型相关分析方法（ensemble canonical correlation,ECC）预测东南夏季干旱指数。预测与实况之间的空间相关性和时间相关性均表明,该方法优于单因子场典型相关分析（canonical correlation analysis,CCA）预测方法,其中采用超级集合平均法又比等权集合平均法具有更高的预测技巧。