江苏冬季霾日数的年代际变化与环流异常和区域增暖的可能联系

近50年江苏冬季霾日数随时间线性增多,其距平变化在1970年代由负位相转变为正位相。这种变化可能与东亚气候突变有关。利用江苏气象站点资料和NCEP/NCAR再分析资料,结合江苏冬季霾日数的年代际变化特征,探讨其与年代际气候变化的联系。结果表明,在江苏冬季霾少发期(1961—1979年),500 hPa高度场在欧亚中高纬地区表现为“正-负-正”的距平分布,即在乌拉尔山附近和阿留申群岛附近表现为正距平,而在贝加尔湖以东地区表现为负距平。这种“两脊一槽型”的分布有利于北方冷空气南下,冬季风较强,使江苏境内地面风速增大,有利于大气污染物扩散,同时大气净化次数有所增多,不利于霾天气发生。而在霾的多发期(1980—2010年),异常的大气环流型则相反。此外,江苏冬季霾日数对气温增暖存在可能的显著正响应。      

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

影响华南汛期持续性强降水年际变化的大气环流和海温异常

利用1961—2017年中国地面观测站日降水资料、全球大气多要素和海表温度月资料,分析华南区域持续性强降水过程的气候特征,诊断并比较与华南前汛期、后汛期区域持续性强降水年际变化相关的大气环流和海表温度异常特征。结果表明,3—12月华南都可能出现持续性强降水过程,其中汛期4—9月的占了94.4%。伴随着区域持续性强降水的年际变化,华南本地垂直上升运动显著异常是前汛期和后汛期的共同点,但前汛期、后汛期在华南及周边环流异常、水汽输送来源以及海温异常分布等方面都存在一定差异。在前汛期华南区域持续性强降水偏重年,赤道西太平洋区域海温偏低,由于大气罗斯贝波响应使西太平洋副热带高压偏强,热带西太平洋向华南区域水汽输送加强,从而有利于区域持续性强降水偏重。后汛期华南区域持续性强降水偏重年的海温异常分布是赤道中东太平洋区域正异常、东印度洋至西太平洋暖池区负异常,海温异常通过西北太平洋副热带高压、南海热带季风强度、水汽输送和垂直环流等多方面,导致后汛期区域持续性强降水偏重。      

东北夏季降水的年代际特征及环流变化

利用1961-2012年中国东北地区91个气象站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料和海温资料,以及经验正交函数分解EOF、显著性检验等方法,分析了东北地区夏季降水的时空分布特征、年代际变化特征及相应的环流分布型变化,探讨了不同年代际背景下东北夏季降水年际变化的环流差异。结果表明,东北夏季降水存在明显的年代际变化特征,在1961 1983年(P1)期间降水偏少,19841998年(P2)期间降水偏多,1999年之后(P3)又进入偏少时段。P2与P1时段相比,东北气旋式环流和蒙古反气旋式环流异常增强,而西北太平洋副热带地区为气旋式环流异常,来自西北太平洋偏东水汽输送贡献明显。P3与P2时段相比,东北冷涡活动偏弱,东北地区东部在850 h Pa为偏北风异常,偏南水汽输送有所减弱。进一步分析证实,北太平洋年代际振荡(PDO)对于东北地区夏季降水及相关环流型的年代际变化有重要的调制作用。P1与P3同为降水偏少时段,PDO都处于负位相,东北地区反气旋式环流都偏强;然而P1时段的多雨年,水汽输送主要来自较强的夏季风偏南气流;P3时段的多雨年,水汽输送可能主要来自西北太平洋地区。     

塔里木盆地夏季降水年代际的变化及联系的大尺度环流[*]

基于1961-2020年夏季塔里木盆地33站逐日降水数据和NCEP/NCAR大气环流再分析数据,分析了塔里木盆地夏季降水的年代际变化特征及影响环流。结果表明,塔里木盆地夏季降水在1986/1987年发生了由少到多的年代际突变,降水显著增加的区域主要位于盆地的西部和北部,主要由降水日数的增加贡献。不同年代际背景下,影响塔里木盆地夏季降水的环流配置存在一定差异。1961-1986年,影响盆地夏季降水的中亚副热带急流位置显著南移,中亚上空的异常气旋位于40°N附近,水汽源于阿拉伯海;1987-2020年,影响盆地夏季降水的中亚上空异常气旋位置位于40°N以南,水汽源于孟加拉湾和西北太平洋。东大西洋—西俄罗斯大气遥相关型在塔里木盆地夏季降水的年代际变化中扮演了重要角色。     

“暖北极—冷欧亚”模态的年代际变化及其与北大西洋海温的联系

本文利用美国航空航天局戈达德空间研究所地表气温、美国国家海洋和大气局—环境科学协作研究所20世纪再分析资料,以及第六次国际耦合模式比较计划的多模式Historical试验结果,去除外强迫影响后,研究1910/1911～2019/2020年冬季（DJF）欧亚中高纬地区“暖北极—冷欧亚”（WACE）模态的年代际变化特征及其物理原因。结果表明:WACE具有显著的年代际变化,在WACE正位相时期,乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于热量向极区输送使得极区出现异常暖平流,且水汽向极区输送导致极区水汽辐合,向下长波辐射增加,另外对流活动增强导致潜热释放,进而极区温度上升。与此同时,极涡及欧亚大陆西风减弱且乌拉尔阻塞发生频率偏高,有利于冷空气侵袭欧亚大陆造成异常冷平流,且欧亚地区水汽辐散,向下长波辐射减少,对流活动减弱进而潜热释放减少,导致欧亚大陆温度降低。最后利用CAM3.0大气环流模式模拟了北大西洋海温正异常对WACE的影响,模式结果与统计结果相符合,进一步说明了北大西洋海温正异常可以通过强迫低层与高层大气环流异常,导致极区水汽辐合,欧亚大陆水汽辐散,进而影响WACE的年代际变化。     

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

基于格点降水场的中国东部冬季降水变化特征

采用1958-2007年国家级2419地面台站0.5°×0.5°格点降水场和NCEP/NCAR月平均再分析资料,对中国东部冬季降水量变化及对应的大气环流变化特征进行研究。结果表明：冬季近50 a降水量时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。20世纪90年代降水较多,大气水汽充足, 60、70年代相反,这种特征反映出水汽在东亚地区输送的强弱及从海洋输入中国大陆水汽的多寡。降水量强弱年差值合成的异常降水量可达40 mm以上。降水量与水汽收支时间序列的相关系数为0.605。水汽收支与降水场的回归系数揭示了长江流域以南地区为异常大值区。降水量强年,冬季风偏弱,对流层低层和高层为异常气旋式环流,低层盛行异常偏南风,孟加拉湾、南海异常暖湿水汽输送到中国东部地区,中国东部近海海温偏高,配合加强的异常垂直上升运动,有利于水汽的增加,造成降水量增加。     

中国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因分析

利用1961--2010年NCEP／NCAR再分析资料和全国753站月平均降水资料,研究了我国西南地区东部秋季干旱的环流特征及其成因。结果表明,西南地区东部秋季降水存在明显的年际和年代际变化。其中,年代际变化主要表现为,在20世纪80年代中后期,降水存在由多转少的突变;降水量年际变化则与苏门答腊一西太平洋和热带东太平洋的海温分布存在很好的关系。当苏门答腊一西太平洋和东太平洋海温呈现“＋-”异常分布时,引起大气热源的异常,加强哈德莱环流,同时,在南海及孟加拉湾附近激发出异常气旋性环流,而西南地区东部则处于南海气旋性环流外围异常偏北气流控制,削弱了孟加拉湾的水汽输送,从而造成西南地区东部的干旱。通过大气环流模式NCARCAM3．0（Community Atmosphere Model3．0）的海温异常试验,验证了上述观测结论。     

太平洋年代际振荡与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系

利用1961年1月至2012年12月太平洋年代际振荡指数(Pacific Decadal Oscillation Index,PDOI)、NCEP/NCAR再分析环流数据集和江苏13个市级观测站点的夏季雷暴日数观测资料,分析了PDO与江苏夏季雷暴日数年代际变化的联系及其可能原因。结果表明,春季PDOI与江苏夏季雷暴日数均具有明显的年代际波动,两者年代际变化的趋势几乎相反:20世纪70年代中期以前和2006年以来,均对应PDO的冷位相和江苏夏季雷暴的多发时期,而20世纪70年代中后期至21世纪初,PDO处于暖位相期,江苏夏季雷暴频数明显偏少。PDO冷期,欧亚大陆和西太平洋地区夏季海平面气压和500 h Pa位势高度呈现大范围的负距平环流异常,近地面亚洲热低压显著增强,对流层中层极涡易于偏向亚洲区,青藏高原北部亚洲中部大槽加深,西太平洋副热带高压偏弱偏东,印缅槽偏强。在此环流形势下,夏季江淮流域上空低层有较强的异常西南水汽输送,江苏上空低层偏湿、中层偏干,上干下湿的垂直分布有利于对流不稳定的产生。同时,PDO冷期,江苏上空低层辐合、高层辐散,有明显的上升运动,并具有较强的低层垂直风切变,为夏季雷暴的发生、发展提供了有利的气象条件;PDO暖期,则情况相反。PDO作为一种比较稳定的年代际尺度的气候变率强信号,其对应的环流异常为雷暴现象这类中小尺度天气现象的发生、发展提供了重要的环境背景和气象条件。     

1961-2006年湖南省霾现象的变化特征

 利用1961-2006年湖南省97个市（县）地面气象观测资料，分析了霾现象的变化特征，结果表明：20世纪70年代以来，湖南年霾日急剧增多，极值不断被刷新，强度增强，重度霾出现范围增大。统计分析表明：46 a来湖南年平均风速线性减小，年降水日数波动性减少，年平均日最小相对湿度≤70%的日数增多。气候变化、城市化进程加快、大气污染物排放量增加是引起霾出现频率增加的可能原因。     

1961-2010年四川盆地霾气候特征及影响因子分析

利用1961-2010年四川盆地122个气象站观测资料,分析四川盆地年平均霾日数时空分布特征及霾日数季节和年变化趋势。探讨近50 a四川盆地大气干消光系数、风速、能源消耗和人口等因素与霾日数之间的关系。结果表明：1961-2010年四川盆地122个站年平均霾日数为62.5 d,最多的站可达100.0 d以上。霾日数有明显季节变化,四川盆地冬季霾日数最多（28.4 d）,春、秋季次之,夏季最少（5.9 d）。四川盆地有104个站霾日数年变化呈增加的趋势,其中有71个站通过了置信度99 %的检验,霾日数增加最多的是四川省内江地区的戚远,气候倾向率为42.0 d/10 a;霾日数增加最少的是成都市的新都,气候倾向率为0.4 d/10 a。四川盆地有18个站霾日数年变化呈下降趋势,仅7个站点通过了置信度99 %的信度检验,霾日数减少最多的是四川北部广元地区的南江,气候倾向率为-16.7 d/10 a。霾日数的年变化与大气干消光系数呈显著正相关,与风速呈显著负相关,与四川盆地的能源消耗和人口增长呈显著正相关。     

近百年来热带太平洋海温年际及年代际时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一 ,通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现 ,2 0世纪 50年代以来的海温升高及频繁发生的 ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变 ,同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

江苏区域性天气气候变化对常见疾病发生的可能影响北大核心

基于2010—2019年江苏省两所具有区域代表性的医院较为完整的10 a常见疾病住院病例数据、区域同期气象资料,从不同时间尺度分析了气象要素与疾病发病的可能关系,探讨了气象条件和气候变化背景下主要疾病病例数的变化特征。结果表明:儿科肺炎、慢性阻塞性肺病等呼吸系统疾病具有明显的季节变化特征,其对气温等气象要素有较强的敏感性,而寒潮等天气过程对此类疾病有诱发作用。作为年际气候变化关键信号的ENSO模态,可以通过调节不同地区的天气频率,间接对疾病发生产生影响。根据天气变化与疾病发病机理的关系和气候模式模拟预估的未来气候变化情景,到本世纪末的气候背景可能有利于减少肺炎和慢性阻塞性肺病的发病率,但也需注意天气尺度气温变率加剧造成相关疾病的多发。     

1981—2019年四川省霾日时空变化特征及成因分析

利用1981—2019年气象观测资料,分析了四川霾日的时空变化特征,并分析了污染物排放量和气象条件变化对霾日的影响。结果表明:(1)四川盆地为霾日高发区,年均霾日达53.7 d,其中轻、中、重度霾日数分别为26.9、24.1和2.7 d,川西高原年均霾日数不足1 d。霾日高值区主要分布在盆地的中部、东部及南部,轻、中、重度霾日高值区分布与霾日基本一致。(2)近39 a盆地霾日总体呈下降趋势,气候倾向率为-0.03 d/10 a,霾日数及霾分布范围在20世纪90年代达到最大,进入21世纪后霾日数和霾范围呈减小趋势。(3)霾在冬季发生频繁,冬季年均霾日数达24.7d,且盆地大部地区超过30 d。(4)近39 a盆地共发生持续性霾12 782次,自贡市、德阳市、内江市、乐山市为持续性霾的高发区;盆地共发生区域持续性霾509次,其中10 d的区域持续性霾发生的次数最多,占比为87.8%。(5)盆地霾天气的主要贡献污染物为PM2.5和PM10。二者排放量在20世纪90年代达到最大,进入21世纪后开始减少,21世纪10年代减少最为明显。21世纪10年代前盆地平均气温升高、相对湿度下降,污染物的排放与气象条件的共同作用,导致霾事件出现频率较高。随着城市生态文明的建设与治理,在21世纪10年代,盆地区域污染物排放减少,区域升温率减小,相对湿度显著升高,霾出现频率有所降低。     

Atlantic tropical cyclones in the twentieth century: natural variability and secular change in cyclone count

The twentieth century record of the annual count of Atlantic tropical cyclones (TCs) is analyzed to develop consistent estimates of its natural variability and secular change components. The analysis scheme permits development of multidecadal trends from natural variability alone, reducing aliasing of the variability and change components. The scheme is rooted in recurrent variability modes of the influential SST field and cognizant of Pacific-Atlantic links. The origin of increased cyclone counts in the early 1930s, suppressed counts in 1950?C1960s, and the recent increase (since 1990s) is investigated using the count data set developed by Landsea et al. (J Clim 23: 2508?C2519, 2010). We show that annual TC counts can be more closely reconstructed from Pacific and Atlantic SSTs than SST of the main development region (MDR) of Atlantic TCs; the former accounting for ~60% of the decadal count variance as opposed to ~30% for MDR SST. Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) dominates the reconstruction, accounting for ~55% of the natural decadal count variance, followed by the ENSO Non-Canonical and Pan-Pacific decadal variability contributions. We argue for an expansive view of the domain of influential SSTs??extending much beyond the MDR. The additional accounting of count variance by SSTs outside the MDR suggests a role for remotely-forced influences over the tropical Atlantic: the Pan-Pacific decadal mode is linked with decreased westerly wind shear (200?C850?hPa) in its warm phase, much as the AMO impact itself. Non-canonical ENSO variability, in contrast, exerts little influence on decadal timescales. Interestingly, the secular but non-uniform warming of the oceans is linked with increased westerly shear, leading to off-setting dynamical and thermodynamical impacts on TC activity! The early-1930s increase in smoothed counts can be partially (~50%) reconstructed from SST natural variability. The 1950?C1960s decrease, in contrast, could not be reconstructed at all, leading, deductively, to the hypothesis that it results from increased aerosols in this period. The early-1990s increase is shown to arise both from the abatement of count suppression maintained by SST natural variability and the increasing SST secular trend contribution; the abatement is related to the AMO phase-change in early-1990s. Were it not for this suppression, TC counts would have risen since the early 1970s itself, tracking the secular change contribution. The analysis suggests that when SST natural variability begins to significantly augment counts in the post-1990 period??some evidence for which is present in the preceding decade??Atlantic TC counts could increase rapidly on decadal timescales unless offset by SST-unrelated effects which apparently account for a non-trivial amount (~40%) of the decadal count variance.     

近45 a浙江连阴雨时空分布的环流特征及成因

利用1973—2017年浙江省63个常规气象观测站的日降水资料及NCEP/NCAR提供的月平均海温场、风场、高度场和湿度场以及射出长波辐射(OLR)场等再分析资料,运用EOF和距平合成以及t检验等方法,分析了近45 a浙江省2—4月总连阴雨日数的时空分布与全省一致连阴雨分布型的大气环流场及海温场,OLR场等的分布特征,并探讨其成因。结果表明:浙江省2—4月总连阴雨日数空间分布主要有全省一致型、南北相异型两种类型。当欧亚大陆中高纬度为乌拉尔山脊偏强(弱),鄂霍次克海地区槽偏强(弱),副高强度偏强(弱),易发全省一致偏多(少)型连阴雨;浙江上空OLR为负距平区易发生全省一致偏多型连阴雨,浙江上空OLR为正距平区易发生全省一致偏少型连阴雨;全省一致偏多型赤道中东太平洋海温明显偏暖,而全省一致偏少型赤道中东太平洋海温明显偏冷;赤道西太平洋海温为反位相。厄尔尼诺次年,全省一致偏多型连阴雨易发生;拉尼娜次年,全省一致偏少型连阴雨易发生。     

北半球冬季阿留申低压－冰岛低压相关关系的年代际变化及其模拟

使用多种长期观测和再分析资料,分析了北半球冬季阿留申低压和冰岛低压相关关系的年代际变化。结果表明,两低压存在显著的负相关关系,使北太平洋和北大西洋海平面气压形成跷跷板式的变化(Aleutian Low-Icelandic Low Seesaw,AIS)。此外,AIS还存在显著的年代际变化,在1935~1949年和1980年后较为显著,其余时期并不显著。对1980年代的年代际转变分析表明,太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)在1970年代末的位相转变是AIS这次年代际转变的主要原因。PDO由负位相转变为正位相,使全球大部分大洋海表温度升高,而北太平洋海表温度降低,两低压显著变深,低压南部西风增强,从而通过Rossby波的频散效应使两低压强度形成显著负相关。1930年代中期的年代际转变与此类似,但强度较弱。同时,年代际背景的变化也影响到两低压的年际变化。在给定海表温度和海冰分布的驱动下,大气环流模式IAP AGCM4能基本模拟出AIS年代际转变的过程和机理,但仍存在一些偏差。     

哈尔滨雾霾天气候特征

利用哈尔滨地面气象观测数据,对1961-2010年哈尔滨雾霾天气候特征进行分析,得出:1961-2010年,哈尔滨的雾霾天经历了一个减少-增多-减少的过程;哈尔滨市雾霾天气出现较频繁,有四到五成的日子会有雾霾天气出现,雾霾天以烟幕和轻雾天为主;雾霾天冬季出现最多,其次秋季,春、夏季较少;雾生多在凌晨3-6时,消多在清晨5-9时;持续时间多4 h(占有记录的雾持续时间81%)。     

1961—2008年银川市灰霾天气的气候特征

对1961—2008年银川市灰霾天气日数资料进行分析。结果表明：银川市灰霾天气呈逐渐增加的趋势2,0世纪80年代前为缓慢增加阶段,20世纪后灰霾天气显著增加2,000年后灰霾天气急剧增加。银川市灰霾日数最多为12月,其次为11月,最少为5月,呈现出冬季大于秋季大于春季大于夏季的季节特征。一般情况下,银川市灰霾日数持续1—3d,持续2d及以上的灰霾天气占17%,持续5d及以上的灰霾天气占1%。持续时间较长的灰霾天气集中出现在冬季11月至翌年2月。灰霾天气持续时间与年代际变化有关,2000年前,银川未出现持续5d以上的灰霾天气过程;2000年后,随着灰霾天气日数增多,灰霾持续时间延长。