华南夏季12-30 d持续性强降水的低频特征分析

利用1982-2011年夏季（5-8月）中国气象观测站点逐日降水资料、NCEP/NCAR逐日再分析资料、NOAA逐日向外长波辐射和海表温度资料集,通过选取低频降水事件的方法,分析了华南夏季12-30 d持续性强降水事件的基本特征,然后利用位相合成法对持续性强降水期间伴随的低频大气环流型以及低频信号的来源和传播情况进行研究,同时也分析了低频海-气耦合过程对持续性强降水的影响。结果表明：（1）华南夏季降水具有显著的12-30 d低频振荡特征,持续性强降水事件在6月发生次数最多,低频降水期间的雨带自东南向西北传播。（2）在持续性强降水发生期间,华南及邻近海域低层受强大的低频气旋式环流控制,低频上升运动显著,而中国南海-菲律宾海一带则是强的低频反气旋式环流,其西侧向北的低频水汽输送不断将中国南海的水汽送至华南及邻近海域进行辐合上升。低层的低频信号来源于热带西太平洋和中国南海-菲律宾海一带低频振荡的西北向传播,同时伴随着西太平洋副热带高压明显的西伸东退过程。（3）在高层,华南北侧（22°-45°N,95°-130°E）区域强大的低频气旋式环流和孟加拉湾-中国南海一带的低频反气旋式环流相互配合,使华南高层处于强大的辐散环境中,从而加强了华南低层的辐合与低频上升运动,造成持续性强降水的增强。高层的低频信号来源于低频罗斯贝波列的东南向传播。（4）低频大气环流异常通过云辐射和热通量过程改变低频海表温度异常,而由大气强迫的低频海表温度异常通过影响低层大气的稳定性来对大气施加明显的反馈作用,该海-气耦合过程有利于大气低层低频信号向华南地区传播,从而影响了华南持续性强降水的发生、发展与结束。     

CMIP5西北太平洋气候变率的模拟评估

利用观测海温资料和CMIP5模式模拟结果分析西北太平洋(120°E~120°W,20~60°N)海表温度的气候态和年代际变化特征。结果表明,所选22个模式可以较好地模拟出西北太平洋海表温度的气候特征及其年际、年代际变化特征;模式模拟的海表温度总体标准偏差在黑潮延伸体区域最大;绝大多数模式能模拟出海表温度的第一EOF模态;西北太平洋海表温度具有较明显的年代际振荡现象,13/22的模式模拟的海表温度存在明显的年代际振荡,同时海表温度气候态的模拟偏差对其周期振荡模拟的影响较大,尤其在黑潮延伸体区域。     

2011年夏季西南极端干旱事件及其成因

利用近30 a中国地面气象台站1 767站的逐月降水资料、同期NOAA的扩展重建（Extended Reconstructed SST V3b）海表温度资料和NCEP/NCAR大气再分析资料,分析了2011年夏季（6—8月）东北太平洋海温异常对西南地区极端干旱事件的影响机理。结果表明：2011年夏季西南地区降水呈现极端偏少的特征,区域平均降水距平为-270 mm,小于负两倍标准差,降水负异常极小值区域主要位于滇黔桂三地交界处。2011年夏季西南地区降水极端负异常与东北太平洋海表温度异常偶极型（NorthEast Pacific SSTA Dipole,NEPD）分布存在联系。将热带东北太平洋[90°～120°W,5°～20°N]海温负/正异常、中纬度北太平洋[150°～170°W,37°～45°N]海温正/负异常定义为NEPD负/正位相。NEPD负位相事件引起了热带中东太平洋对流层低层东风异常,并通过中纬度纬向东传波列引起远东地区位势高度正异常,减弱了西太平洋副热带高压,不利于西南暖湿气流向中国西南地区输送;同时,西南地区对流层低层辐散、高层辐合,受异常下沉气流控制。上述条件共同作用造成了2011年西南地区夏季降水极端负异常。     

海南岛气温年际变化与海温的关系

利用1966～2007年海南岛18个市县逐月平均气温和NCEP再分析海表温度资料,对海南各季平均气温年际变化的时空特征及其与不同海域海表温度的相关关系进行了较细致的分析,结果表明:海南各季节气温年际变化的空间分布呈现出很好的一致性;西北太平洋西部是影响海南省冬季气温年际变化的关键区,受海温影响最显著的是中部山区;热带印度洋是影响海南省春季气温年际变化的关键区,受该海域表面温度影响最显著的是南部地区;南海海域是影响海南省夏季气温年际变化的关键区.受该海域表面温度影响相对较弱的是东南少部分地区;热带东太平洋是影响海南省秋季气温年际变化的关键区,受该海域海表温度影响相对较弱的依然是东南的少部分地区.     

夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI（记为I_EM）。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐月降水资料（CMAP）,通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI（I_EPN）。据此,由I_EPN和I_EM可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_EM处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“负-正-负”的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_EPN处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“西负东正”分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现“西正东负”分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。     

欧亚积雪与京津冀秋季10—11月霾日频数年际变率的联系及其可能机制

基于1980—2017年京津冀地区定时观测资料、欧亚陆面积雪资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-range Weather Forecasts,ECMWF）再分析资料,美国国家环境预报中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料以及英国哈德莱中心提供的海冰密集度资料,分析了秋季10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期欧亚积雪的物理联系,并通过气候统计诊断和敏感性试验探讨了积雪异常影响京津冀10—11月霾日频数年际变率的可能机理。结果表明,10—11月京津冀霾日频数年际变率与同期东欧—西伯利亚平原地区（记为R_Eu;50°~60°N,40°~80°E）积雪厚度和积雪覆盖度均呈现显著的正相关关系。R_Eu积雪正异常与其西北侧的挪威海—巴伦支海海域以及北欧到东欧地区上空大气冷源密切联系,该冷源可激发一个自上述区域途经R_Eu一直到东北亚的准正压大尺度纬向Rossby波列来调制影响京津冀霾日频数年际变率的关键环流系统,即东北亚异常反气旋。上述异常环流背景下,京津冀地区对流层低层为偏南风异常所控制,稳定大气层结易于建立,边界层高度偏低、地面风速偏弱且相对湿度偏高。该环境条件有利于霾天气发生发展,使得同期霾日偏多。作为预测信号,当前期9月楚科奇海—西波弗特海海冰偏少（多）时,10—11月京津冀霾日可能偏多（少）。     

不同海域海表温度异常对西北太平洋副热带高压年代际变化影响的数值模拟研究

采用1950～2000年逐月观测的不同海域(全球、热带外、热带、热带印度洋-太平洋、热带印度洋及热带太平洋) 海表温度分别驱动NCAR CAM3全球大气环流模式, 进行了多组长时间积分试验, 对比观测资料, 讨论了这些海域海表温度异常 (SSTA) 对西北太平洋副热带高压年代际变化的影响。结果表明: 全球、 热带、 热带印度洋－太平洋和热带印度洋海表温度变化均对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化有重要作用, 即在这些海域的海表温度变化影响下, 西北太平洋副热带高压均在1970年代中后期发生了年代际变化, 其后副高面积增大、 强度增强、 位置偏西、 偏南, 这与观测结果较一致; 热带太平洋海表温度变化对夏季西北太平洋副热带高压的年代际变化也有重要作用, 在其作用下, 夏季西北太平洋副热带高压的强度、 面积在1960年代后期发生年代际变化, 南界在1970年代中后期发生年代际变化, 这些时段以后副高强度增强、 面积增大、 偏南; 热带印度洋海表温度驱动模拟的西北太平洋副热带高压变化比热带太平洋海表温度驱动模拟的副高更接近于观测结果, 且年代际变化更显著, 其差异的可能原因在于两区海表温度在1970年代中后期以后的年代际变化能在孟加拉湾〖CD*2〗中国东南沿海区域强迫产生的异常环流不同, 前者强迫产生出反气旋性环流异常, 有利于副高的增强、 面积增大和西伸, 而后者强迫产生出气旋性环流异常, 不利于副高的西伸; 热带太平洋和热带印度洋海表温度在1970年代中后期的冷、 暖年代际背景变化对夏季西北太平洋副热带高压年代际变化有重要作用; 热带外海表温度变化对西北太平洋副热带高压年代际变化作用较小。     

1958—2001年全球海域海表风速变化趋势

基于ECMWF的ERA-40海表10m风场,对1958—2001年全球海表风速的变化趋势进行分析,主要分析了整体变化趋势、变化趋势的季节性差异、区域性差异、变化周期。结果表明:①近44年期间,全球海域海表风速整体上以0.0067m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。1958—1975年全球海域的海表风速变化较为平缓,1975—1983年递增趋势较为强劲,年平均海表风速的峰值出现在1999年,波谷出现在1975年。②全球海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异。递增趋势明显的区域主要分布于:南极、热带大西洋海域、北太平洋西风带海域、印度洋中低纬度海域、南半球60°S附近大面积带状海域;呈显著性逐年递减的区域主要分布于:赤道中东太平洋、胡安·费尔南德斯群岛附近海域、南大西洋西风带的中部海域,以及一些零星海域。③全球海表风速的变化趋势表现出较大的季节性差异。在各月均表现出显著的线性递增趋势,以1月的递增趋势最为强劲,达到0.0103m·s-1·a-1,7月的递增趋势弱于其余月份,约0.0033m·s-1·a-1。④全球海域海表风速存在明显的2.2~4.3年变化周期,以及6.5年以上长周期震荡。     

太平洋区域季内振荡的一种负反馈过程

利用1981—2002年美国国家气象中心（National Meteorological Center,NMC）逐日海表温度（sea surface temperature,SST）、10 m高处风场（V）及逐月混合层厚度（mixed layer depth,mld）资料,研究了太平洋区域海表温度季内振荡的气候及异常特征,重点探讨了北太平洋区域海表温度季内振荡的维持机制。研究发现,太平洋区域海表温度存在3个季内振荡强度气候高值区,即热带东太平洋（终年存在）、西北太平洋（北半球春、夏、秋存在）、西南太平洋（南半球夏季前后存在）,它们出现在气候混合层厚度最小的区域和季节。海表温度季内振荡强度年际异常与混合层厚度年际异常存在显著负相关,在物理上,这种关系比它与海表温度异常的关系更直接。北太平洋区域5—9月地面风场与海表温度季节内振荡的基本耦合模态揭示出以漂流和感热输送为动力的一个负反馈过程,它存在于薄混合层海区,这是该海区强海表温度季内振荡的维持机制。     

太平洋海温年代际变化的垂直结构及传播特征

利用1950—2000年马里兰大学全球海洋同化分析资料分析了太平洋海温年代际变化的垂直结构和传播特征,结果表明,太平洋上层海温存在显著的年代际变化,其最强区为北太平洋中部偏西地区100 m层次,热带东太平洋50 m层次,热带西太平洋150 m层次,热带西南太平洋190 m层次,日本东南沿海443.5 m以上层次;年代际变化的垂直结构与温度层结有关,年代际变化的显著层都对应于温度随深度变化的极大值处;源自北太平洋中部海表的信号向深层延伸,并由窗口地区向西南潜沉,热带西南太平洋的信号越过赤道向东北挺进,在传播过程中,两处信号的走向都是沿着温度随深度变化的极大值即20℃等温线处,并于副热带20℃等温线转折处汇合;北太平洋40°N附近的年代际变化起源于海表,并向深层传播,而低纬度的信号多起源于150~250 m处的系统加深,故其海表和深层的位相往往不一致。     

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。