春季北大西洋三极型海温异常变化及其与NAO和ENSO的联系

利用1951—2016年HadISST逐月海表温度(Sea Surface Temperature,SST)资料,NCEP/NCAR再分析资料以及1958—2016年美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)提供的OAFlux数据集,运用经验正交函数分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)和偏相关分析等统计方法,研究了春季北大西洋海温异常的主要特征及其与春季NAO和前期冬季ENSO联系。结果表明:春季北大西洋海温异常EOF的第一模态是自北而南出现的三极结构的海温距平型,其方差贡献率为35.7%。春季北大西洋三极型海温异常的形成主要受到春季NAO主导作用,还受到前期冬季热带中东太平洋海温异常的影响。消除前期冬季Niňo3.4的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与同期北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)指数的偏相关系数分别为0.50,通过了99%置信度水平的显著性检验。消除春季NAO的影响后,春季北大西洋三极型海温异常指数与前期冬季Niňo3.4指数的偏相关系数为-0.26,通过了95%信度水平的显著性检验。春季NAO正(负)位相引起的海表风场和海表湍流热通量的异常,进而激发出正(负)位相的北大西洋三极型海温异常。前期冬季ENSO事件可以引起春季大气环流异常和热带外海温异常,进而调制春季NAO对北大西洋三极型海温异常的影响。     

东北春季极端低温的变化特征及其与大西洋海温的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度场月平均资料和我国东北地区64个测站的春季地面气温资料,分析了我国东北地区春季极端低温的时空变化特征及其与大气环流和海温异常的关系。结果表明：近50a来,我国东北春季极端低温事件频数整体呈减少趋势;极端低温频数主要存在全区一致变化型和南北反相变化型两种模态;极端低温事件频数与北极涛动存在显著负相关关系,同时在极端低温多年,极涡较弱,乌拉尔山阻塞高压偏强,东北冷涡较强,反之亦然;影响我国东北地区春季极端低温的关键海区为中北大西洋海区,极端低温多年,中北大西洋海温较常年偏冷,反之则中北大西洋海温较常年偏暖。这对于预测东北春季极端低温事件的年际变化具有很好的指示意义。数值试验结果表明,中北大西洋海温异常可激发欧亚波列,致使中国东北温度异常。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

利用大气环流模式模拟北大西洋海温异常强迫响应

北大西洋地区的海温异常能够在多大程度上对大气产生影响，一直是一个有争议的问题。作者利用伴随北大西洋涛动出现的海温异常对大气环流模式CAM2.0.1进行强迫，考察了模式在冬季（12月、1月和2月）对三核型海温异常的响应。通过与欧洲中期天气预报中心提供的再分析资料的对比，发现该模式可以通过海温强迫在一定程度上再现具有北大西洋涛动特征的温度场和环流场。在北大西洋及其沿岸地区，模式模拟出了三核型的准正压响应，与经典的北大西洋涛动型大气异常是一致的。模式结果与北大西洋地区大气内部主导模态的差别主要体现在两个方面:一是异常中心位置多偏向于大洋上空，在陆地上的异常响应强度很弱；二是高纬地区对海温异常的响应不显著，没有强迫出与实际的大气模态相对应的异常中心，表明该地区海洋的反馈作用较弱。     

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

利用全球海洋—大气快速耦合模式（Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM）,采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温＂再现＂过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。     

南方涛动与我国夏季降水

本文分析了南方涛动、赤道东太平洋海温与我国夏季降水的关系。分析表明,前一年春季到冬季,赤道东太平洋海温偏高,南方涛动偏弱,夏季我国主要雨带位置偏北,位于黄河流域及其以北地区(即1类雨型),反之,夏季我国主要雨带位置偏南,位于黄河与长江之间(即2类雨型)。由此得出了预报我国夏季1、2类雨型的预报方案。并分析了南方涛动和北半球大气环流的遥相关联系及对北太平洋海温场热源异常的响应。     

中国北方季风区盛夏典型雨型的大气环流背景和海表温度演变特征

利用中国北方季风区46站盛夏降水观测资料,采用经验正交函数分解（EOF）、合成分析和相关分析等方法,将盛夏北方季风区划分为4类雨型:A型全区一致偏多、B型全区一致偏少、C型华北偏多东北偏少和D型华北偏少东北偏多,并对比分析了四类雨型同期大气环流和前期至同期海温演变特征的差异,以探讨其形成机制及前期预测信号。结果表明:四类雨型对应的东亚大气环流和海温演变具有明显的差异。A型年:东亚副热带西风急流（西风急流）和西太平洋副热带高压（西太副高）位置偏北,东亚夏季风偏强,欧亚中高纬以纬向环流为主,北方季风区低层辐合、高层辐散,冷暖空气在北方季风区辐合;从前冬至夏季,赤道中东太平洋类似于东部型La Ni?a发展年的海温异常分布,北大西洋海温三极子模态（NAT）负位相逐渐形成;B型年则基本相反。C（D）型年:西风急流异常偏北（略偏南）,西太副高偏西（东）偏北,华北盛行西南（西北）风,东北盛行东北（东南）风,华北地区对流层低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,东北地区对流层低层辐散（辐合）高层辐合（辐散）,东北冷涡较弱（活跃）;从前冬至夏季,赤道中东太平洋和印度洋逐渐由暖海温向冷海温转变（El Ni?o分布形态逐渐形成）。     

青藏高原夏季旱涝与大尺度环流的关系

利用欧洲中心ERA-40再分析数据和降水观测数据,分析了大尺度大气环流和海表温度对青藏高原夏季极端干旱与湿润的影响。研究指出,该地区的极端干旱和湿润事件与北大西洋／欧洲地区的环流异常以及横跨欧亚大陆的波列有关。西藏地区夏季发生干旱时,在北欧的斯堪的纳维亚上空会产生由北大西洋西南一东北向的风暴轴支配的强高压异常现象,产生沿“大圆路径”跨越欧亚向南传播至亚洲东南部的波列,并通过反气旋一气旋偶极子调整高原北部和东部流场,进而抑制孟加拉湾水汽向高原地区的输送。西藏地区夏季异常多雨时,纬向横跨大西洋的风暴轴引起欧洲中部低压异常,与之相关联的副热带西风急流和热带东风急流向北移动;与此同时,在北大西洋形成了沿着朝赤道方向路径传播的波列,使其更有利于到达副热带急流入口区（而不是进一步向南传播）。然后,当波列穿越地中海和阿拉伯海到达印度时被再次加强,并与（印度）季风的偏西风分支相互作用,为西藏地区带来充足的水汽。海表温度对于由厄尔尼诺（拉尼娜）／南方涛动和印度洋偶极子引发的青藏高原极端和严重干旱（湿润）事件具有指示意义。当热带北大西洋海表温度明显偏冷时,青藏高原同时或者滞后出现干旱。     

基于信息流理论的因果分析在辨析大西洋多年代际振荡物理机制中的应用

大西洋多年代际振荡（AMO）是指发生在北大西洋的海表温度（SST）冷暖异常多年代际（50～80年）振荡的现象。通常AMO被认为是受大西洋经向翻转环流（AMOC）及其对应的海洋动力过程（经向热量输运）的影响。近年来有观点认为,AMO是大气随机热力强迫的产物,大气主导了海气间的热量交换进而影响AMO。弄清AMO和北大西洋海表热通量的因果关系是辨析AMO动力和热力驱动机制的关键。本文利用基于信息流理论的因果分析方法,研究了1880年以来观测的AMO与北大西洋海表热通量间的因果关系。结果表明,在多年代际尺度上,从AMO到海表热通量的信息流要远大于二者相反方向的信息流,这说明AMO是北大西洋海表热通量异常的因,海洋主导了海气间的热量交换。大气随机热力强迫机制无法解释AMO与热通量两者因果分析的结果。对泛大西洋地区的陆地气温和AMO指数进行分析,进一步表明由于海洋主导了海气热量交换,AMO的海温异常加热/冷却控制了绝大多数地区气温的多年代际变化。利用海温驱动的大气环流模式的模拟结果验证了AMO的海温异常对周边陆地气温强迫作用。本文的结果为辨析AMO的动力和热力驱动机制提供了新线索,进一步表明AMO并非是大气随机热力强迫的产物,海洋环流可能是AMO的主要驱动因子。     

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高（低）时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,西伯利亚高压偏弱（强）,导致贝加尔湖以南大部地区受正（负）高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬（经）向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高（低）。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

广西春夏季旱涝的等级划分及时空分布特征分析

利用广西80多个站点1961～2006年的逐月降水资料,采用Z指数定义方法,对广西春夏季的旱涝进行等级划分.利用经验正交函数(EOF)分析方法对春夏季旱涝等级的时空分布进行研究,给出了四个旱涝典型场的分布特征.分析结果表明:全区性偏涝或偏旱是春夏季早涝分布的最主要型态;春季和夏季的前4种分布形态都通过了显著性检验,两个季度的第一、第二分布形态都是全区一致型和南北反向型;春季近5年时间系数多为正值,说明近年来全区春季表现为偏旱;1990年以后,夏季第一特征向量时间系数只有3年为正值,其余均为负值,说明近16年广西夏季降水较多,以偏涝为主,年代际变化也较明显.     

雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

“经济大国能源与气候论坛”进展及前景展望

"经济大国能源与气候论坛"在推动全球主要国家就应对气候变化主要议题达成一致方面取得了进展,已初步显示出其作为联合国气候谈判晴雨表的特征。该论坛的实质是主要发达国家为转移减排责任和压力,降低减排成本,绑架主要发展中国家在全球应对气候变化领域实施的集体强权政治。论坛的核心目标在于推动全球量化减排,目的是借全球量化减排,营造低碳和气候友好技术的广大市场,使得具有技术优势的这些经济大国拥有新的主导全球经济的力量。我国应坚持"共同但有区别的责任"原则,联合与会发展中国家强调气候变化的历史责任,反对为全球温室气体排放设限等不公平提议,团结广大发展中国家,同时抓住论坛力推低碳经济和低碳技术发展的机遇,使我国站在全球新一轮技术革命的前沿。     

Mapping and modelling trade-offs and synergies between grazing intensity and ecosystem services in rangelands using global-scale datasets and models

Vast areas of rangelands across the world are grazed with increasing intensity, but interactions between livestock production, biodiversity and other ecosystem services are poorly studied. This study explicitly determines trade-offs and synergies between ecosystem services and livestock grazing intensity on rangelands. Grazing intensity and its effects on forage utilization by livestock, carbon sequestration, erosion prevention and biodiversity are quantified and mapped, using global datasets and models. Results show that on average 4% of the biomass produced annually is consumed by livestock. On average, erosion prevention is 10% lower in areas with a high grazing intensity compared to areas with a low grazing intensity, whereas carbon emissions are more than four times higher under high grazing intensity compared to low grazing intensity. Rangelands with the highest grazing intensity are located in the Sahel, Pakistan, West India, Middle East, North Africa and parts of Brazil. These high grazing intensities result in carbon emissions, low biodiversity values, low capacity for erosion prevention and unsustainable forage utilization. Although the applied models simplify the processes of ecosystem service supply, our study provides a global overview of the consequences of grazing for biodiversity and ecosystem services. The expected increasing future demand for livestock products likely increase pressures on rangelands. Global-scale models can help to identify targets and target areas for international policies aiming at sustainable future use of these rangelands.     

Henry's law and the behavior of weak acids and bases in fog and cloud

Experimental data from two field experiments on ground based clouds were used to study the distribution of formic acid, acetic acid, ammonia and S(IV) species between liquid and gas phase. The ratio of the concentrations of these compounds between the phases during concurrent measurements was compared to ratios expected according to Henry's law (considering the pH influence). Large discrepancies of several orders of magnitude were seen. Three hypotheses have been investigated to explain the observed discrepancies: The existence of a microscale equilibrium which does not persist in a bulk sample, a thermodynamic shift of the equilibrium due to competing reactions, and nonequilibrium conditions due to mass transfer limitations. Approximate quantitative calculations show that none of these hypotheses is sufficient to explain all of the discrepancies, so a combination of different effects seems to be responsible for this observation. The same theoretical considerations also suggest that mass transfer limitation may be an important factor for highly soluble compounds. The data presented here indicates that it is not possible to simply extrapolate interstitial gas phase composition from measured bulk liquid phase concentrations of a fog or cloud.Notation [r _max] liquid phase molar uptake rate (mol l^–1 s^–1) - [A _g ] concentration ofA in gas phase (atm) - [A _l ] concentration ofA in liquid phase (mol l^–1) - [A _g , 0] concentration ofA in gas phase (atm) at time 0 - LWC liquid water content (g m^–3) - R universal gas constant (0.082 l atm mol^–1 K^–1 - D _g diffusivity (for all gases 0.1 cm² s^–1 was used) - K _H ^* effective Henry's law coefficient (mol l^–1 atm^–1) - t _f lifetime of fog droplet (s) - a droplet radius (cm) - accommodation coefficient - R factor of discrepancy - T temperature (K) - v mean molecular speed (cm s^–1) formic acid: 35 000 acetic acid: 31 000 ammonia: 58 000     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

由中国气象科学研究院主持，江苏农业科学院、广东气候应用研究所、吉林气象科学研究所、国家气候中心科研人员参加的“十五”国家科技攻关项目“农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究”13课题“农业气象灾害预警技术研究”经过近3年的研究取得了大量成果，并于2003年12月顺利通过农业部项目办公室组织的专家验收，得到专家一致好评。     

Historic and Future Perspectives of Storm and Cyclone

In weather sciences, the two specific terms “storm” and “cyclone” frequently appear in literature and usually refer to the violent nature of a number of weather systems characterized by central low pressure, strong winds, large precipitation amounts in the form of rain, freezing rain, or snow, as well as thunder and lightning. But what is the connection between these two specific terms? In this paper, the historic evolutions of the terms “storm” and “cyclone” are reviewed from the perspective of...     

从气旋和反气旋谈正、负阻尼

在定常条件下,利用简化的大气运动控制方程,分析了气旋与反气旋的基本特征。在此基础上,利用常微分方程的定性分析与求解,获得了气旋和反气旋轨道的解析解。接合气旋与反气旋的基本特征,论证了正负阻尼在气旋和反气旋运动中具体体现,并从物理机理上说明产生气旋和反气旋运动中正负阻尼的差异在于水平辐合在低层的不同。