华北地区春季降水与ENSO的关系

根据1961—2010年华北地区53个气象站降水资料、NOAA海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,采用相关分析和合成分析等统计方法,研究了华北地区春季降水与ENSO的关系。结果表明,华北地区春季降水偏少年份出现的频次高于偏多年份,强度强于偏多年份的,并且呈现出阶段性偏多和偏少特征,尤其是在20世纪70年代呈现出比较突出的偏少特征,一直延续到80年代中期。华北春季降水和前冬Nino3区海温存在显著的正相关关系(相关系数达0.42):当前冬Nino3区海温负异常时,华北春季降水偏少;而正异常时,华北春季降水偏多。因此,前冬海温异常对华北春季降水有较好的指示意义。大气对前冬海温的异常有明显的响应:Nino3区海温正异常可导致次年春季热带和西北太平洋副热带地区的500 h Pa高度场升高(即西太平洋副热带高压偏强、偏西、偏北),东亚大槽偏弱、偏东,巴尔喀什湖至贝加尔湖的高度场降低(即该地区经常有低槽维持),亚洲至西太平洋地区盛行纬向环流;而前冬Nino3区海温负异常则相反。     

东亚夏季风与北太平洋SSTA关系的年代际变化特征及其机制研究

利用NCEP／NCAR提供的40年再分析资料和英国气象局提供的海温资料以及中国气象局整编的160站降水资料，分析了东亚夏季风以及我国华北夏季降水的年代际变化特征及其与北太平洋SSTA的关系，提出了东亚存季风在70年代中期发生显著变化，1976年前东亚夏季风偏强，受其影响华北地区夏季降水偏多，1976年以后，东亚转为弱夏季风阶段，华北地区进入少雨期，研究表明，1976年前北太平洋SSTA对大气作用显著，北太平洋海温异常对大圆波列会产生一种年际尺度的“刺激”作用叠加在年代际背景上，加强或减弱波列强度，造成强夏季风段结北夏季降水偏多气候态下的年际变化，1976年后，北太平洋地区海气温差小，海温对大气加热作用不明显，因此北太平洋海温异常通过大圆波列与东亚夏季风的联系也变得淡漠，对我国华北地区夏季降水的影响不再显著。     

我国夏季降水与全球海温的耦合关系分析

利用我国160个台站从1951~2000年的月降水观测资料和NCEP/NCAR的全球海表温度(SST)资料,分析了我国夏季(6、7、8月)降水的时空变化特征及其与海温的相关,并应用奇异值分解(SVD)方法研究了我国夏季降水分布异常与海温变化的耦合关系。结果表明,我国夏季降水异常的雨型分布主要有3种,这些雨型的时间变化除了有明显的年际变化外,还存在显著的年代际变化。尤其是华北地区的降水从1965年左右开始减少,特别是大约1976年后有显著的减少。SVD分析揭示的我国夏季降水和全球海温异常的耦合关系表明,这种耦合关系最主要的时空变化特征表现在年代际变化的时间尺度上。我国华北和东北南部的夏季降水从1976年前后明显减少,与之显著关联的海温异常的关键区包括太平洋、印度洋以及热带和南大西洋。特别是热带中、东太平洋,印度洋,以及热带和南大西洋海水,从1976年前后也明显增暖。本研究揭示的华北持续干旱与印度洋和大西洋海温的年代际变化的耦合关系,在以往的研究中还未见到,因而有必要在今后的研究中加以重视。我国夏季降水和海温的耦合关系,还表现在长江中下游地区的降水异常与太平洋和大西洋海温异常的显著相关上。当南海和黑潮区域以及相邻的热带西太平洋海区海温为正异常时,热带和北大西洋海温也为正异常;而热带中、东太平洋海温为负异常时,长江中下游地区往往偏涝;反之,该地区则偏旱。     

中国西南汛期降水的振动和分布及其与印度洋海温异常的关系

用自然正交函数展开方法对1961－1995年西南汛期（6－8月）降水大尺度变化特征进行了分析，并在此基础上用典型相关分析方法研究了1－8月印度洋海温距平场与西南汛期降水场的遥相关分布特征，结果表明：西南汛期降水的地域差异显著，年际和年代际变化明显，其变化与印度洋海温变化有一定联系，分析还进一步表明，当印度洋海温呈某种特定的配置时，特别是南印度洋中西部海温的异常变化对西南汛期降水的发觉分布有一定作用，揭示了印度洋海温变化在西南汛期降水异常分布中的信号现象，说明特定的印度洋海温分布可以作为西南汛期旱涝预报的信号因子。     

华北地区夏季旱涝的时空分布特征及其与北极海冰的关系

采用了1951—1999年6—8月华北地区17个站点的降水资料，利用Z指数作为旱涝指标，确定出该区域的严重涝年为1954、1956、1963、1964、1971、1973和1996年；严重旱年为1968、1972、1983、1986、1989、1992、1997和1999年。分析了华北地区夏季旱涝的年代际变化特征，然后对该地区49a的z指数场进行EOF分析，讨论了华北地区夏季旱涝的空间分布特征。最后分析了华北夏季降水与春季北极海冰的关系，结果表明华北夏季降水与春季北极海冰呈正相关关系。春季北极海冰面积偏大(小)，当年夏季华北大部分地区偏涝(旱)。     

Influence of North Pacific SST on heavy precipitation events in autumn over North China

本文主要研究了华北秋季(9月)强降水频次发生年代际变化的可能原因。分析指出,华北秋季强降水频次在2000/01年发生了年代际增强,而它的变化与北太平洋海温变化密切相关。2000/01年之前,影响华北强降水的海温关键区主要位于中国东部海域;2000/01年海温关键区向东偏移,正是这种偏移使得西北太平洋副热带高压增强,向华北地区的水汽输送增加,从而使得华北地区发生强降水的概率增加。进一步研究指出,北太平洋海温年际变率的变化可能是造成海温与华北秋季强降水频次显著相关区发生东移的原因,更多的原因还需要深入研究。     

不同年代际背景下南半球环流变化对中国夏季降水的影响

利用1951～2008年NCEP再分析资料和中国夏季降水观测资料,分析了南半球环流的年代际变化特征以及在不同年代际背景下南极涛动(AAO)对中国东部夏季降水的影响.结果表明,20世纪70年代末,南半球环流发生了年代际变化,东南太平洋和南大西洋副高减弱,而马斯克林高压(南印度洋副高)增强,绕南极低压带加深.在此背景下,AAO由负位相转变为正位相,对中国夏季降水的影响也随之发生改变.在春季AAO偏强的情况下,1976年之前,长江以南地区和华北地区降水偏多,江淮流域降水偏少;而在1976年之后,从华南沿海一直到江淮流域降水都偏多,华北到东北地区降水偏少.这说明AAO对中国夏季降水的影响与年代际背景有关,1976年之后,AAO对中国夏季降水的影响增强,影响范围更加偏北.在当前海温预报因子作用减弱的情况下,AAO有可能成为中国夏季降水预测的一个重要预报因子.     

基于SVD分解的太平洋及印度洋海温与华北旱涝的诊断

利用华北地区26站逐月观测的降水资料和NCEP/NCAR再分析逐月海温资料,运用经验正交函数分解(EOF)和奇异值分解方法(SVD),分析了华北气候区降水的主要空间分布特征,研究了太平洋-印度洋与华北旱涝的耦合特征及年际变化。结果表明:华北降水的空间模态表现为中部型、南北反相和东西反相型。华北旱涝与前期冬季赤道中东太平洋、西太平洋、北太平洋中部和印度洋海表温度(SST)相关。春、夏季太平洋上为拉马德雷(PDO)暖位相,且印度洋增暖,华北全区偏旱,且夏季干旱更为严重。在PDO暖位相影响下,若澳大利亚东部海域SST降低,则华北区西北涝、东南旱,呈反相变化。年际变化上,反映了降水对海洋强信号"厄尔尼诺/南方涛动"(EN SO)振荡的响应。当太平洋为EN SO位相时,华北降水偏少,反之偏多。     

太平洋—印度洋海温与我国东部旱涝型年代际变化的关系

对我国东部各区域的夏季降水的正交小波分解表明,其大于28年的分量可以很好地表示华北和长江中下游地区在20世纪70年代前后旱涝相反的年代际变化特征。合成分析表明,北太平洋、热带印度洋海温和东亚高空急流与我国东部夏季旱涝型的年代际变化密切相关。东亚高空急流和西太平洋副热带高压在70年代前后的年代际差异对旱涝型发生年代际变化起到重要作用;北太平洋和热带印度洋海温的年代际变化近百年来是协同一致的,二者有可能共同对旱涝型的变化产生影响。进一步分析指出,北太平洋—热带印度洋海温的变化与急流和副高的南北位置在年际和年代际尺度上都密切相关。可见,北太平洋-热带印度洋海表温度异常(SSTA)对于我国东部旱型涝的年代际变化确实具有重要的预示作用。     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

城市气象研究进展

中国数十年来在城市气象研究这一新兴学科领域开展了大量研究并获得了多方面的丰硕成果。文中从城市气象观测网与观测试验、城市气象多尺度模式、城市气象与大气环境相互影响、城市化对天气气候的影响等4个方面论述了城市气象的主要研究进展:中国各大城市已建立或正在完善具有多平台、多变量、多尺度、多重链接、多功能等特点的城市气象综合观测网;北京、南京、上海等地开展了大型城市气象观测科学试验,被世界气象组织列入研究示范项目;成功开展了风洞实验、缩尺度外场实验研究;建立了多尺度城市气象和空气质量预报数值模式,并应用于业务;在城市热岛效应、城市对降水影响、城市气象与城市规划、城市化对区域气候及空气质量的影响、城市气象与大气环境相互作用等研究领域取得长足进展。最后指出,未来需要重点从新观测技术及观测资料同化应用、城市系统模式研究、城市化对天气气候的影响机理、城市化对大气环境和人体健康的影响、城市水文气象气候与环境综合服务等方面开展科学研究与应用,为中国城市化、生态文明建设、防灾减灾和应对气候变化等国家需求提供科技支撑。      

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

Trends in Temperature Extremes in Association with Weather-Intraseasonal Fluctuations in Eastern China

Trends in the frequencies of four temperature extremes (the occurrence of warm days, cold days, warm nights and cold nights) with respect to a modulated annual cycle (MAC), and those associated exclusively with weather-intraseasonal fluctuations (WIF) in eastern China were investigated based on an updated homogenized daily maximum and minimum temperature dataset for 1960–2008. The Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) method was used to isolate the WIF, MAC, and longer-term components from the temperature series. The annual, winter and summer occurrences of warm (cold) nights were found to have increased (decreased) significantly almost everywhere, while those of warm (cold) days have increased (decreased) in northern China (north of 40°N). However, the four temperature extremes associated exclusively with WIF for winter have decreased almost everywhere, while those for summer have decreased in the north but increased in the south. These characteristics agree with changes in the amplitude of WIF. In particular, winter WIF of maximum temperature tended to weaken almost everywhere, especially in eastern coastal areas (by 10%–20%); summer WIF tended to intensify in southern China by 10%–20%. It is notable that in northern China, the occurrence of warm days has increased, even where that associated with WIF has decreased significantly. This suggests that the recent increasing frequency of warm extremes is due to a considerable rise in the mean temperature level, which surpasses the effect of the weakening weather fluctuations in northern China.     

Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

夏季全国降水EOF展开与黑龙江省降水的关系

用EOF对全国160个站夏季降水展开，取前5个特征向量进行分析，发现全国主要有4种雨型分布，依次呈“＋－＋”、“＋－”、“－＋－”、“－“型。与黑龙江省降为第1种，即东北区及黄河下游多雨，江浪少雨， 长江中下游流域多雨；夏末雨带南退至长江以南，华南多雨，而中国中部为广大的少雨区。     

Quantile Trends in Temperature Extremes in China

A number of recent studies have examined trends in extreme temperature indices using a linear regression model based on ordinary least-squares. In this study, quantile regression was, for the first time, applied to examine the trends not only in the mean but also in all parts of the distribution of several extreme temperature indices in China for the period 1960-2008. For China as a whole, the slopes in almost all the quantiles of the distribution showed a notable increase in the numbers of warm days and warm nights, and a significant decrease in the number of cool nights. These changes became much fas- ter as the quantile increased. However, although the number of cool days exhibited a significant decrease in the mean trend estimated by classical linear regression, there was no obvious trend in the upper and lower quantiles. This finding suggests that examining the trends in different parts of the distribution of the time-series is of great importance. The spatial distribution of the trend in the 90th quantile indicated that there was a pronounced increase in the numbers of warm days and warm nights, and a decrease in the number of cool nights for most of China, but especially in the northern and western parts of China, while there was no significant change for the number of cool days at almost all the stations.     

1956-2007年河南省降水和水资源变化及评估

利用河南省103个气象站的降水量和各省辖市的水资源资料,分析了河南省1956-2007年降水和水资源变化特点,对降水资源量和水资源量进行了丰枯评估;分别采用线性相关法和产水系数法以降水量估算水资源量,并对估算效果进行了对比分析。结果表明：1) 52年来河南省年降水资源量呈不明显的减少趋势,减少速率为2.32亿m3/10a;省内不同区域降水资源量的变化趋势不太一致,豫北、豫西和豫中为减少趋势,豫东、豫西南和豫南呈不同程度的增加趋势。2) 52年来全省水资源总量呈减少趋势,减少速率为10.85亿m3/10a,大于降水资源量的减少速率,省内各区域水资源量均呈弱减少趋势,减少速率为豫西最大,豫北次之,豫中最少;全省水资源总量的年代际变化特点与降水资源量基本一致。3) 水资源总量与降水量关系密切,用年降水量估算水资源总量,平均相对误差为10%～22%;将线性相关法和产水系数法两种估算模式分别用于不同丰枯程度年景的估算,可减小估算误差。