气候及其环流因子对地球自转速度变化的若干响应

本文揭示了一系列事实,说明气候及其环流因子与地球自转速度变化有关,同时阐明了两者相互联系的物理原因。最后,作者论述了地球自转速度变化影响天气气候的空间特征和时间尺度。     

基于地球自转变化和时变重力场研究全球气候变化

全球气候变化引起大气、海洋、陆地水、冰川等地表流体质量在地球表面的重新分布,并引起地球自转变化和地球重力场变化。通过空间大地测量技术,可以高精度获取地球自转变化数据和地球重力场时变数据,反演地表流体质量在全球和区域的变化情况,揭示地表流体质量变化与全球气候变化的关系。地球自转变化也和厄尔尼诺、北大西洋涛动等气候涛动密切相关,并与地表流体质量的长期变化相关。因此,利用地球自转变化和时变重力场变化观测数据,可以更好地研究全球气候变化。     

地球自转速率变化对气候的影响

引起气候变化的可能机制包括:由于太阳变化引起地球轨道变化的摄动效应、火山活动、地壳构造的运动、太阳输出的变化、冰川活动以及海洋反馈。而在一个几百万年这样的时间尺度里,对于气候变化有重要影响的因子则是地球自转周期的增长,但这一因子目前尚未受到普遍的重视。这种增长是很小的(～2.5毫秒/百年),并且正在延续着。现在已经知道地球自转速率对于大气和海洋环流有决定性的作用,因此必然会影响到气候变化。所以研究地球自转速率变化对于古气候演变的影响并检验这种推断是否符合已知事实,是很有意义的。     

我国气候振动与地球自转速度变化的关系

本文分析了我国旱涝36年周期振动与地球自转速度变化的关系,得到结论:地球自转速度加快时,我国东部地区降水偏少;反之,地球自转速度减慢时,我国东部地区降水偏多。本文还对赤道东太平洋海温异常与地球自转速度变化的关系做了分析。      

地球自转速率变化对东亚夏季环流型的可能影响

研究了地球自转速率变化对大气运动影响的纬度效应，讨论了其与副热带高压就度特征影响程度的相关关系，分析了其对中国旱涝时空分布的影响，模拟了其纬向分量偏差场，西风廓线“形变”，西太平洋“附加环流型”。     

相对瞬变气候态的气候异常

极端天气和异常气候的定量分析与预报需要一个确定的参考态。瞬变气候是地球固定点上大气相对太阳的自转和公转所接受到的太阳辐射与地表特征的动力与热力耦合形成的具有24 h日循环和365 d年循环的气候态。相对年循环的逐日气候态,本文首先考察了天气扰动和气候上的季节内异常、年际异常和长期趋势(或年代际异常),回顾了气候态中客观存在于大气经向剖面中的年平均四圈环流及其长期变化,水平空间分布中的环流系统随季节的变化和在季节内的准周期变化。针对大气环流强度的长期趋势,本文综述了与之对应的南北半球气候长期趋势中的不对称分布。     

太阳活动对地球气候和天气的影响

本文介绍近年来太阳活动对地球气候和天气影响方面的主要研究成果。包括四个关键的问题:(1)太阳活动与地球系统的能量收支;(2)太阳活动对地球气候的影响(包含气候变化、温室效应、火山);(3)太阳活动对季风和天气的影响与(4)太阳活动的变化会造成地球的长期寒冷气候吗?通过对上述问题的阐述,可以深入认识太阳活动对地球气候和天气影响的事实与机理,以及对未来地球气候可能变化的前景,从而为认识地球气候和天气变化的原因和驱动力提供更全面、更深刻的认识。     

地球自转与东北地区夏季温度变化

该文研究了东北地区夏季温度与地球自转速度变化的关系.得到:地球自转减慢时东北温度偏低, 当自转年变量ΔU≤-22时出现典型的低温冷害年; 自转加快时东北温度偏高.东北地区夏季温度与极移振幅的位相也有较好的关系:在极移振幅的峰值年附近容易发生冷夏年, 在极移振幅的谷值年附近容易发生热夏年.     

全球山脉力矩时空变化及其与地球自转的关系

山脉力矩是大气轴向角动量变化的主要外部因子之一,是研究地球运动和大气相互作用的关键变量。利用NCEP/NCAR第一套再分析资料计算了1948—2011年的全球山脉力矩,定量分析了全球山脉力矩的时空变化趋势及其与地球自转速率(以日长表示)的关系。研究表明,近64年山脉力矩变化最为显著的地区集中在青藏高原和南美的安第斯山脉,青藏高原东西两侧的山脉力矩具有不同的变化趋势。滞后相关分析显示,全球山脉力矩与日长的相关系数在日长滞后5年时达到最大(滞后相关系数为-0.482),而南美安第斯山和青藏高原的山脉力矩则分别于日长滞后2年和9年时达到最大(滞后相关系数分别为-0.461和-0.689),因此山脉力矩的变化早于日长变化。从年代际变化看,全球积分的山脉力矩和南亚高压强度指数趋势上基本一致,可以作为表征天气、气候变化的一个强信号。     

不同地转速度对季风分布及强度影响的数值模拟

本文利用风场标准化季节变率指数来探讨不同地转速度或自转周期下,全球季风的水平和垂直分布特征以及其随自转周期的不同而发生的规律性变化,同时探讨了经、纬向风的季节反向对季风区显著分布的影响.此外,定义一个新的表征季节变化相对大小的指数来探讨不同自转周期下,风场季节变化相对于地球自转周期条件下的强度的相对大小.结果表明,在水...     

An Experimental Study on the Variation of Atmospheric Magnetic-Field Intensity Related to Dust,Haze, Rain,Snow, and Thunderstorms

Simultaneous measurements of the vertical magnetic field (VMF), three-dimensional electric field, ambient temperature, ambient relative humidity, particle mass concentration, and three-dimensional velocity are conducted during dust, haze, rain, snow, and thunderstorms. The hourly VMF variation (the rate of VMF increment and time increment with a 1-h time interval) is used to evaluate the disturbance level of the atmospheric magnetic field during the abovementioned weather conditions. There is no significant difference in the hourly VMF variations between hazy days and fair weather. However, the hourly VMF variations on dusty, rainy, snowy, and thunderstorm days differ from those in fair weather, implying that these weather conditions significantly affect the atmospheric magnetic field. On hazy days, although the haze particles are charged, the VMF does not change compared with in fair weather, which suggests that the horizontal electric field generated by haze particles is an irrotational field. On dusty and snowy days, the heterogeneity of the charge distribution forms a rotational horizontal electric field, which can induce the VMF to disturb the atmospheric magnetic field. During rain and thunderstorms, the hourly variation in the VMF is larger than in dust and snow, which can be attributed to the rotational horizontal electric field generated by raindrops and clouds. In addition, the hourly variation in the VMF in thunderstorms is one order of magnitude larger than that during days without thunderstorms, indicating that the VMF induced by the cumulonimbus cloud electric field is more significant than that in other weather conditions.

     

数字地球气象应用的基本问题探讨

气象信息的分析处理是以地图作为载体的,平面地图的局限性影响着气象信息的多尺度、多分辨率的集成管理,其结果导致了气象业务、气象研究、气象产品的割裂.文章分析了平面地图作为气象信息载体的局限性,提出了气象信息集成于数字地球所面临的3个基本问题:1)气象信息空间基准统一性;2)面向多尺度气象信息集成的地球椭球剖分技术;3)平面气象信息如何划算到椭球面.并对解决以上问题的技术途径进行了探讨.     

陆面过程模式研发中的问题

陆面过程研究是充分理解天气/气候/地球系统过程不可或缺的重要主题。本文全面梳理了当前用于数值天气/气候/地球系统模式的陆面过程模式研制的问题,建议了当前陆面过程模式研制中需加强和改进完善的关键内容。特别强调在新一代模式研发中建立包含人类活动的高分辨率全球陆面过程模式;特别强调与其他学科相结合,形成不同行业的预报预测系统或研究方法和工具。建议建设中国的集模式发展、数据分析、模拟方法、高性能计算、数据可视化和应用示范为一体的陆面模拟综合集成平台,为天气/气候/地球系统模式提供陆面过程模式,为开展精细化的全球和区域陆面水文-气象-生态的预报预测提供科技支撑。     

一个准稳态的全球大气电路模式

本文用一个全球大气电导率模式和一个全球大气电路模式,计算了地形、大气气溶胶及太阳活动对大气电参量的影响,并估算了它们对地面电流密度和电场的分布影响。结果表明:地形的存在使电离层电势增加,雷暴分布的改变对大气电参量平均值无影响;气溶胶浓度与电离层电势及晴天电阻成正相关。宇宙射线与电离层电势及气—地电流成正相关;气溶胶浓度和宇宙射线的变化也会影响到晴天区电场以及雷暴区地面电流密度和电场;太阳质子流的注入使全球地面电场和电流密度增大,电离层电势不变。     

青海省雪灾气候预测的地气图方法

通过对青海省1960年以来全省各气象站的雪灾资料统计分析,结合青海省南部(下称青南)地区8月份的地气形势,发现二者之间有很好的相关：夏季地热涡和正鞍形场多对应冬季为重雪灾;地冷涡和负鞍形场多对应冬季为轻灾或无灾。春夏季上游的中强地震可加强冬季的雪灾。由此表明,利用地气图方法可以较好地预测青海省的雪灾。     

新一代天气雷达超级单体风暴中气旋特征分析

超级单体风暴常伴随着冰雹、雷雨大风等强对流天气,最本质的特征是有一持久深厚的几千米尺度的涡旋——中气旋。利用2003--2009年福建龙岩新一代天气雷达观测到的32次超级单体风暴,分析了超级单体风暴中气旋的时空分布、结构特征以及旋转速度大小、中气旋顶和底的高度、伸长厚度以及切变值等特征量。结果表明：90％以上的超级单体中尺度气旋是与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气相联系的。统计8次有详细灾情的雷雨大风或冰雹天气过程发现,中气旋强度不断加强,中气旋厚度加大,最强切变中心突降时将产生大风或冰雹等强对流天气。     

浅论大气电过程与天气气候

该文论述了大气电学在天气气候学研究中的渗透，并根据实测资料的对比分析、讨论了晴天大气电过程、雷暴和闪电与天气气候过程之间的相关性和可能的耦合机制。结果表明，区域和全球性雷暴活动是耦合机制的一个关键参量，闪电是直观量，能以参数化形式引入大气环流模式定量地讨论耦合机制；发展的全球电路概念有可能把太阳、大气和地层联结在一起进行整体研究。     

双套自动气象站数据评估及其优势探讨

象站双套运行的结果和优缺点进行了深入分析和探讨。从缺测率上分析了双套站数据的完整性,认为双套站可以明显降低数据的缺测率,具有保证数据完整性的优点。从差值的统计数字特征以及一致率、超差率和粗差率等指标上分析了两套数据的差异性,表明双套站大部分要素 (如气温、气压、相对湿度等) 具有差值小、差值变化幅度小、数据之间有较高的一致率、较低的粗差率和超差率等特点,但个别要素 (草面温度和5 cm地温) 差异略大。运行中通过对两套数据的差值、差值的滑动平均值、差值日变化特征的监控可以及时发现数据异常、探测仪器的系统性误差等情况,从而说明双套站具有保证数据质量的潜在优势,且从一定程度解决了目前自动气象站单套运行的不足之处。     

Fengyun Meteorological Satellite Products for Earth System Science Applications

Following the progress of satellite data assimilation in the 1990s, the combination of meteorological satellites and numerical models has changed the way scientists understand the earth. With the evolution of numerical weather prediction models and earth system models, meteorological satellites will play a more important role in earth sciences in the future. As part of the space-based infrastructure, the Fengyun (FY) meteorological satellites have contributed to earth science sustainability studies through an open data policy and stable data quality since the first launch of the FY-1A satellite in 1988. The capability of earth system monitoring was greatly enhanced after the second-generation polar orbiting FY-3 satellites and geostationary orbiting FY-4 satellites were developed. Meanwhile, the quality of the products generated from the FY-3 and FY-4 satellites is comparable to the well-known MODIS products. FY satellite data has been utilized broadly in weather forecasting, climate and climate change investigations, environmental disaster monitoring, etc. This article reviews the instruments mounted on the FY satellites. Sensor-dependent level 1 products (radiance data) and inversion algorithm-dependent level 2 products (geophysical parameters) are introduced. As an example, some typical geophysical parameters, such as wildfires, lightning, vegetation indices, aerosol products, soil moisture, and precipitation estimation have been demonstrated and validated by in-situ observations and other well-known satellite products. To help users access the FY products, a set of data sharing systems has been developed and operated. The newly developed data sharing system based on cloud technology has been illustrated to improve the efficiency of data delivery.     

<Emphasis Type="Italic">Ua ‘afa le Aso</Emphasis> Stormy weather today: traditional ecological knowledge of weather and climate. The Samoa experience

This paper examines traditional ecological knowledge of weather and climate in Samoa, a Polynesian community in the South Pacific. The research found Samoans have their own unique seasonal calendar. The Samoan seasonal calendar is predominantly based on the observations of local environmental changes, which are in turn influenced by weather and climate. Monitoring changes in plants and animal behaviour, for example, are key indicators used by the Samoans to forecast changes in weather and climate. In addition, their communal and family social activities like hunting, fishing and feasting are driven by the seasonal calendar. The Samoans knowledge of cloud formation, conditions conducive to the formation and onset of severe weather systems and seasonal changes in climate, helped them anticipate, plan and adapt to extreme weather and climate events. The ability and knowledge of the Samoans to forecast the onset of extreme weather and climate events, relying predominantly on local environmental changes are vital tools that should be incorporated in the formulation of human induced climate change adaptation strategies.