中国区域陆气耦合强度的时空分布特征

使用陆气耦合强度来表征陆面状态对降水、气温或大气其他物理过程的影响程度,可以辨识陆气相互作用的热点地区,加深对陆气相互作用和气候系统的认识。利用ERA5再分析资料,结合Pearson相关系数、Kendall’s Tau相关系数及土壤湿度-潜热通量、潜热通量-抬升凝结高度的陆气耦合指数对中国区域陆气耦合强度进行定量分析。结果表明:(1)我国北方干旱半干旱区土壤湿度增大导致潜热通量增加,为降水提供了所需的水汽条件;潜热通量增大导致感热通量减小,温度降低,对边界层的驱动减弱,不利于气团的抬升凝结,该区域是我国陆气相互作用的热点地区。(2)我国陆气耦合强度存在显著的季节性差异。干旱半干旱区陆气耦合强度在春夏季较强,秋冬季较弱。西南地区春季土壤湿度较低,有显著的陆气相互作用。     

我国夏季东部区域降水异常年代际、年际变化分析

用华南、江淮、华北代表站6—8月降水量标准化距平的区域平均值定义了降水异常指数I，论证了它与常用指数Z、R的一致性。不同区域，的同期相关不显著，表明3区降水年际异常具有独立性。用周期分析将，分解为年代际、年际变化指数，Is、If，方差分析表明，只有华南区域Is在其，的构成中显著，表明区域夏季降水异常是复杂的。对Is、If，曲线的分析表明，3个区域Is均表现出与太平洋年代际振荡(PDO)20世纪70年代的转折有关的相关关系，华北区域If的显著偏少与强El Nino事件的同时性关系密切。     

华南夏季大气水汽汇时空变化特征

用1958~2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析华南夏季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明:西南地区东部至华南北部地区、华南沿海地区是我国南方夏季水汽汇的2个主要的变异中心区。西南地区东部至华南北部地区夏季水汽汇具有明显的年代际变化特征。华南南部沿岸地区夏季水汽汇则以年际变化为主。西南地区东部至华南北部附近地区以及华南南部沿岸地区水汽汇的强弱异常变化,与东亚上空水汽输送异常而导致上述地区的垂直积分的水汽通量辐合的异常是密切相关:如果向华北或者长江流域的水汽输送增强(减弱),则华南地区得到的水汽减少(增加),导致上述地区上空的水汽汇偏弱(偏强)。     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

亚洲东部和南部土壤干湿状态对陆气耦合的影响分析

基于1979—2020年5—8月欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代全球大气再分析产品——ERA5逐日数据计算了3个度量陆气耦合强度的指数,分析了亚洲东部和南部区域陆气耦合的气候态特征及其在不同土壤干湿条件下的差异。结果表明,从气候态看,华北-东北、青藏高原、印度、中国云南-东南亚和中纬度干旱带为较强陆气耦合区。在华北-东北、青藏高原、印度、中国云南-东南亚地区,土壤越干,陆气耦合强度越大,这种因土壤湿度不同而导致的耦合强度的显著差异,存在于从土壤湿度到蒸散发,再从蒸散发到边界层水汽和不稳定度的各耦合过程中,产生这种差异的主要原因是上述区域土壤湿度变率较大。而在中纬度干旱带,由于土壤湿度值及其变率均很小,耦合强度随土壤干湿条件变化无明显差异。华南为弱陆气耦合区,只有土壤偏干时,土壤湿度和蒸散发之间才能发生显著耦合,而蒸散发和边界层在所有土壤干湿条件下均不发生显著耦合。     

太平洋年代际涛动对中国东部季风区夏季降水的影响

利用1951-2013年全国160个基准气象观测台站夏季(6-8月)月降水资料和太平洋年代际涛动(PDO)指数等资料,分析中国东部季风区夏季降水的时空分布及其与太平洋年代际涛动(PDO)的关系。结果表明,中国东部季风区夏季降水的空间分布模态是南、北部与中部的降水呈明显的相反趋势,且太平洋年代际涛动(PDO)与中国东部季风区夏季降水的时空分布关系密切。太平洋年代际涛动(PDO)处于暖位相时,东部季风区北部(华北、西北地区)、南部(华南、东南地区)降水量异常偏少,而中部(华东、长江中下游地区)降水量异常偏多;太平洋年代际涛动(PDO)处于冷位相时,则与上述情况相反。     

中国夏季和冬季极端干旱年代际变化及成因分析

依据1961～2009年中国区域540个气象站的夏、冬季气温和降水数据,首先采用气候变化趋势转折判别模型（简称PLFIM）分析了中国区域8个分区夏、冬季气温和降水的年代际变化,而后利用PDSI干旱指数研究了夏、冬季极端干旱在年代际尺度上的时空变化特征及其成因。结果表明:1961～2009年中国夏季极端干旱发生率北方大于南方,冬季则为在东部多而在西部少。夏季和冬季极端干旱发生概率在最后一次年代际转折后都呈增加趋势。在区域尺度上,夏季东北、华北和西北地区增加明显,冬季东北、华北、华南、西南地区增加显著。其中,降水在20世纪90年代以前的极端干旱变化中起主导作用,而后由于气候变暖所引起的极端干旱增加趋势逐渐增大,与降水变化的作用相互叠加。     

基于CMIP5资料的云南及周边地区未来50年气候预估

利用CRU(Climatic Research Unit)高分辨率观测数据及云南省124站资料,检验了参与IPCC AR5(政府间气候变化专门委员会第5次评估报告)的7个全球海气耦合模式(Coupled Model Intercomparison Program 5,CMIP5)及模式集合平均对云南及周边地区气温和降水的模拟性能,同时进行该区域不同温室气体排放量情景下2006~2055年的气候预估。结果表明:全球海气耦合模式对该区域气温和降水气候场空间分布、气温的线性趋势和春、夏季降水的年代际振荡特征具有一定的模拟能力,且模式集合能力优于单一模式,气温模拟优于降水模拟,但春、夏季的降水好于其他季节,使得全年的总降水好于秋、冬两季。对未来情景预估表明,研究区域未来50年气温呈现显著的线性上升趋势,降水量保持年代际振荡特征并有所增加,2020年之前我国云南及其南部区域将经历相对的干旱时期。     

近一百年中国东部区域降水的年代际跃变

采用均生函数方法对1900～1950年中国东部测站降水资料进行补插, 通过与英国Climate Research Unit (CRU) 的网格点降水资料以及王绍武等 (2000) 重建的降水资料的对比分析, 构造1900～2006年中国东部华北、 长江中下游和华南地区的月平均降水指数序列, 并用一阶矩突变扫描式t检验对这三个区域降水的多时间尺度跃变特征进行分析。结果表明, 最近一百多年来长江中下游降水发生了5次年代际尺度的跃变, 华北以及华南的降水均发生了4次年代际尺度的跃变。各区降水同时在20世纪20年代初期、 40年代中期、 60年代中期以及70年代中期发生跃变。具体而言, 20年代初期长江中下游和华南的降水发生年代际减少, 而此时华北降水年代际增加; 40年代中期, 三个地区的降水都同时增加; 60年代中期, 华北降水减少, 相反地长江中下游和华南的降水发生年代际增加; 70年代中期, 华南和华北地区的降水出现年代际减少, 而长江中下游地区的降水在80年代初发生年代际增加。研究还表明, 降水跃变发生的时间尺度范围可以为我们预测跃变发生以后降水气候平均态的持续时间提供参考。     

东部夏季降水变化及其与北太平洋SSTA的联系

采用REOF分析和小波变换方法对1900-1999年中国东部39站夏季降水资料进行分析，结果表明：华南、西南地区和长江中下游地区及华北、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常3个最主要的区域，都存在显著的年际变化和年代际变化。分析了这3个区域夏季降水的年际、年代变化与北太平洋冬季海表温度异常的关系。     

Interannual and decadal variations of snow cover over Qinghai-Xizang Plateau and their relationships to summer monsoon rainfall in China

Interannual and decadal variations of winter snow cover over the Qinghai-Xizang Plateau (QXP) are analyzed by using monthly mean snow depth data set of 60 stations over QXP for the period of 1958 through 1992. It is found that the winter snow cover over QXP bears a pronounced quasi-biennial oscillation, and it underwent an obvious decadal transition from a poor snow cover period to a rich snow cover period in the late 1970’s during the last 40 years.It is shown that the summer rainfall in the eastern China is closely associated with the winter snow cover over QXP not only in the interannual variation but also in the decadal variation. A clear relationship exists in the quasi-biennial oscillation between the summer rainfall in the northern part of North China and the southern China and the winter snow cover over QXP. Furthermore, the summer rainfall in the four climate divisions of Qinling-Daba Mountains, the Yangtze-Huaihe River Plain, the upper and lower reaches of the Yangtze River showed a remarkable transition from drought period to rainy period in the end of 1970’s, in good correspondence with the decadal transition of the winter snow cover over QXP.     

基于CMIP5模拟的中国区域陆气耦合强度评估及未来情景预估

基于第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)11个模式历史情景的模拟结果计算得到了中国区域夏季的陆气耦合强度并进行集合平均,结果表明,位于半干旱区的华北和内蒙古地区陆气耦合强度相对较强,西部干旱区的陆气耦合强度相对较弱,位于湿润区的中国东北地区东部、长江中下游和西南地区陆气耦合强度最弱。利用上述模式集合平均结果与由NCEP再分析资料和欧洲中心的中期气象预报40年再分析资料(ERA40)计算得到的陆气耦合强度相比较,结果显示这些模式的集合平均与再分析资料NCEP和ERA40的计算结果有较好的一致性。利用历史情景模拟和不同的典型排放路径(RCP),即低排放情景RCP2.6、中排放情景RCP4.5和高排放情景RCP8.5下的模拟结果预估陆气耦合强度未来变化。结果显示:与历史情景相比较,位于湿润区的中国南方地区蒸散发的主要控制因子是温度,在3种排放情景下随着温度上升引起蒸散发增加所导致陆气耦合强度升高;位于青藏高原以及半干旱区的内蒙古大部分地区蒸散发在未来的年际变化幅度减弱导致陆气耦合指数降低;位于西北干旱区陆气耦合强度在RCP2.6和RCP4.5情景上升,然而在RCP8.5情景下陆气耦合强度下降,其原因是在高排放情景下,水汽平流输送明显增强,局地蒸散发异常对空气湿度变化的贡献减弱,导致了陆气耦合强度降低。未来预估结果在中国南方可信度相对较高,从全国来看,在RCP4.5情景下可信度相对较高。     

内蒙古夏季降水变率的优势模态及其环流特征

本文基于1961～2013年的中国气象局降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,针对内蒙古地区夏季降水,利用经验正交函数分解法（EOF）和合成分析法,考察了年际尺度上内蒙古地区夏季降水分布的不同类型,并分析其前两个模态的典型环流形势以及相关的春夏季节转换特征。内蒙古夏季降水在年际尺度上主要分为整体一致型和东西反向型。整体一致型模态以贝加尔湖北侧和南侧对流层中上层环流的反位相变化、源于伊朗北部-中亚地区的中纬度遥相关型波列以及东亚地区“东高西低”或“西高东低”的环流形势为主要特征。而东西反向型模态以东欧平原-乌拉尔山东侧-内蒙古东部及东北地区为异常中心的波状环流以及东亚沿岸中高纬地区偶极子环流异常（“北高南低”或“北低南高”）为主要特征。这两种夏季降水模态的正负位相分别对应着亚洲中高纬环流春夏季节转换提前和滞后的情形。这些结论有助于进一步认识内蒙古地区夏季降水异常及其典型环流特征,从而为其预测提供参考依据。     

Evaluation of Agricultural Climatic Resource Utilization During Spring Maize Cultivation in Northeast China Under Climate Change

Agricultural climatic resources （such as light,temperature,and water） are environmental factors that affect crop productivity.Predicting the effects of climate change on agricultural climatic resource utilization can provide a theoretical basis for adapting agricultural practices and distributions of agricultural production.This study investigates these effects under the IPCC （Intergovernmental Panel on Climate Change） scenario A1B using daily data from the high-resolution RegCM3 （0.25° ×0.25°） during 1951-2100.Model outputs are adjusted using corrections derived from daily observational data taken at 101 meteorological stations in Northeast China between 1971 and 2000.Agricultural climatic suitability theory is used to assess demand for agricultural climatic resources in Northeast China during the cultivation of spring maize.Three indices,i.e.,an average resource suitability index （Isr）,an average efficacy suitability index （Ise）,and an average resource utilization index （K）,are defined to quantitatively evaluate the effects of climate change on climatic resource utilization between 1951 and 2100.These indices change significantly in both temporal and spatial dimensions in Northeast China under global warming.All three indices are projected to decrease in Liaoning Province from 1951 to 2100,with particularly sharp declines in Isr,Ise,and K after 2030,2021,and 2011,respectively.In Jilin and Heilongjiang provinces,Isr is projected to increase slightly after 2011,while Ise increases slightly and K decreases slightly after 2030.The spatial maxima of all three indices are projected to shift northeastward.Overall,warming of the climate in Northeast China is expected to negatively impact spring maize production,especially in Liaoning Province.Spring maize cultivation will likely need to shift northward and expand eastward to make efficient use of future agricultural climatic resources.     

内蒙古夏季降水特征及其与全球海温异常的统计关系

利用1961—2010年内蒙古自治区102个气象站夏季(6—8月)降水量资料,采用EOF、小波分析等方法,对内蒙古地区夏季降水量的空间分布特征和时间演变规律进行了诊断分析。结果表明:内蒙古夏季降水的空间分布既有整体的一致性,也存在东、西部相反变化的差异。近50a来,内蒙古地区夏季降水有减少趋势,并存在6⁸年周期变化;对内蒙古夏季降水与前一年1月到当年8月全球逐月海温求相关,选取影响内蒙古夏季(6—8月)降水的海温关键区(268年周期变化;对内蒙古夏季降水与前一年1月到当年8月全球逐月海温求相关,选取影响内蒙古夏季(6—8月)降水的海温关键区(26⁴2°S,9342°S,93¹40°W)及相应的关键时段(当年1—5月)进行分析,内蒙古夏季降水与关键区海温有很好的负相关关系,关键区海温的异常可预示内蒙古夏季降水异常。     

春夏东亚大气环流年代际转折的影响及其可能机理

本文通过多变量联合经验正交分解(MV-EOF)方法揭示了近30年(1979~2010年) 春季和夏季东亚大气环流所发生的年代际转折及其与中国南方降水年代际季节反相变化的内在联系,探讨了局地性大气热源年代际变化影响东亚大气环流年代际转折的可能机理.结果表明:(1)东亚大气环流春季第一模态和夏季第二模态在90年代中期都发生了明显的年代际转折;(2)与春季大气环流第一模态和夏季大气环流第二模态年代际转折相对应的是中国南方降水明显的年代际季节反相变化,即春季降水年代际减少,夏季降水年代际增多;(3)春季青藏高原和夏季贝加尔湖地区大气热源年代际变化对东亚大气环流年代际转折有一定贡献,是造成中国南方降水年代际季节反相变化的直接原因;(4)春季青藏高原大气热源的年代际减弱,使得高原东南侧的西南风减弱,导致中国南方上空水汽输送不足,春季降水减少.夏季贝加尔湖大气热源偶极型分布由“南负北正”转变为“南正北负”,由此在贝湖上空激发高压异常,使得夏季雨带北进受阻而停滞南方,造成中国南方夏季降水增多.     

Connections between surface sensible heat net flux and regional summer precipitation over China

Using the observed monthly precipitation and NCEP (National Centers for Environmental Prediction)reanalysis surface flux data from 1951-2000, the connections between the seasonal SSHNF (Surface Sensible Heat Net Flux) over the Asian continent and the regional summer precipitation of China were examined.The patterns of collective and individual correlations were identified. The results indicate that the responseof the regional summer precipitation of China to the seasonal SSHNF over the study area varies according to region and season. The interannual variability of summer precipitation anomalies over Xinjiang, the northernmost Northeast China, and the North China Plain are most sensitive to the anomaly of the seasonal SSHNF. There are significant collective correlations between the interannual anomalies of the seasonal SSHNF and summer precipitation over these regions. In contrast, the Southeast Tibetan Plateau,Huaihe River Valley, and surrounding areas exhibit the least significant correlation. Significant individual correlations exist between the summer precipitation over the southernmost Northeast China, East Inner Mongolia, South of the Yangtze River and South China and the seasonal SSHNF in certain seasons over the following areas: near Lake Baikal and Lake Balkhash, near Da Hinggan Mountains and Xiao Hinggan Mountains, as well as the Tibetan Plateau.     

江苏省近50a气候干湿特征研究

根据江苏省1960—2009年54个气象台站常规气象观测资料,利用Penman-Monteith公式计算了全省各地区50 a的逐日潜在蒸散量,结合逐日降水量,推算出了相对湿润度指数值,并采用国家标准《气象干旱等级》(GB/T20481-2006)中的相对湿润度分级指标对全省干湿状况进行了评估,分析其时空变化特征。研究表明:1)就全年而言,江苏省半干旱区与湿润区各占50%左右的面积,其中淮北、江淮北部、苏北沿海的北部为半干旱区,江淮南部、苏北沿海的南部、沿江、苏南地区为湿润区;2)降水量和潜在蒸散量是影响相对湿润度指数的两个关键因子,降水量的变化对相对湿润度的时空分布起着主导作用,潜在蒸散量起着辅助作用。3)江苏省1 a中冬季的南北气候干湿反差最大、夏季最小,湿润区范围夏季最大、秋季最小,半干旱区范围秋季最大、夏季没有,干旱区范围春季最大、夏季和秋季没有。夏季气候最湿润、春季气候最干燥。4)淮北和苏北沿海地区的相对湿润度指数年变化呈"单峰型",江淮、沿江和苏南地区的年变化呈"双峰型",苏北沿海地区相对湿润度年内变化最大,沿江地区最小。     

东亚冬季风指数的分类和比较

在回顾了2009年以前定义过的冬季风指数的基础上,按照定义要素的不同,进行了分类及序列延长计算,并将现有的冬季风指数分为海陆气压差类(4个)、高压特征类(3个)、风场特征类(9个)、环流特征类(4个)和综合类(2个)。研究了这些冬季风指数的年际及年代际变化趋势及其周期变化,分析了各指数之间的相关性,以及冬季风指数对中国冬季大陆气温变化的指示性。结果表明:东亚冬季风存在缓慢减弱的变化趋势,主要呈现出准6a,准11a和准17a的周期振荡特征。同类别指数之间的相关性要优于不同类别的。东亚冬季风指数与中国冬季大陆气温相关性普遍好的地区主要在河套及内蒙古中部、华南和东南沿海、四川盆地等。