1921～2010年天津气温和降水量序列的多尺度分析

基于集成经验模态分解(EEMD)方法,对1921~2010年天津年平均气温和降水量序列进行了多尺度分析。并结合功率谱对年平均气温和年降水量及其本征模态函数(IMF)分量进行周期分析。结果表明:天津年平均气温的变化主要是由第1、第2本征模态分量和趋势项构成,即准5 a和2~3 a的振荡与"先降后升"的长期趋势变化起主要作用。而第4、第5本征模态分量则反映出天津近90年来气温年代际尺度的冷暖变化,它们对1920年代至1940年代的暖期以及1950年代至1970年代的冷期有重要贡献。降水量的变化主要由第1、第2本征模态分量构成,即4.5 a、准9 a和2~3 a的振荡起主要作用。与气温序列相比,降水序列中年代际尺度的变化和长期趋势的贡献明显要小得多,但也反映了1980年代以后降水减少的趋势。     

青藏高原异常雪盖和ENSO的多尺度变化及其与中国夏季降水的关系

对青藏高原积雪和热带东太平洋Nin03区海温进行小波分析,讨论它们的年际和年代际变化。在年际变化中,积雪的主要周期是准两年振荡和准6～7年振荡,海温的主要周期是ENSO振荡和准两年振荡。积雪的年代际变化存在准10～12年和准22～24年振荡,海温存在准14～16年和准34～35年振荡。此外积雪和海温均在20世纪70年代后期发生了一次年代际气候跃变现象。积雪由少雪期向多雪期转化,海温从冷水期演变成暖水期。本文还建立了青藏高原积雪和Nifi03区海温与中国夏季降水各时间尺度的相关模型。不同时间尺度的积雪、海温和降水的相关场具有不同的地域特征。它们在有的地区相互加强,有的地区相互减弱。积雪和海温的年代际气候跃变与中国夏季降水的相关程度在某些地区高于年际变化。个例分析表明,利用青藏高原积雪和Nin03区海温多时间尺度变化可以较好地拟合出中国夏季降水的年际和年代际变化。所以在做中国夏季降水预报时,不同因子、不同尺度的作用府当分开考虑。     

近45a黄冈市气温和降水的变化与异常特征分析

利用线性倾向率、滑动平均、小波分析、异常分析等方法,对黄冈市45a来（1961～2005年）气温和降水变化事实进行诊断分析,着重分析气温和降水的年际变化、年代际变化等基本气候特征。结果表明,黄冈市年平均气温呈上升趋势,特别是自1980年代后期上升尤为明显,冬、春季增温对该市年平均气温贡献最大;平均气温变化阶段性明显;气温周期性变化明显,平均气温主要有4a和6a年际周期、13a和20a年代际周期;45a中没有出现异常偏冷年,异常偏暖年出现过1次（1998年）;年最高气温呈弱上升趋势,阶段性明显,冷暖交替变化;年最低气温呈明显上升趋势;年降水量呈增多趋势,1980年代为降水峰值期;降水量周期性变化明显,主要有6～7a年际周期、13a年代际周期;45a中降水异常偏多和异常偏少均未出现。     

广西前汛期降水年代际变化与南半球印度洋海温的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料对广西前汛期降水年代际变化的环流差异及其与前期南半球印度洋海温的关系进行研究,结果表明:广西前汛期整体一致变化的降水分布型具有20年左右年代际振荡及3年左右的年际周期,桂南、桂北反相变化的降水空间型具有6年和准两年振荡.在前汛期降水偏多期,欧亚大陆地表温度偏高,热力作用增强,造成大陆热低压偏强,海陆差异加大,广西区域气柱不稳定性增强,上升气流显著增强,Hadley环流减弱,西太平洋副高及南亚高压减弱,南北半球越赤道气流增强,高原南侧南支槽气流加强,水汽输送增多,造成广西降水偏多;降水偏少期形势相反.相关分析表明前期2～3月南半球中纬度印度洋海温与广西前汛期降水年代际变化呈明显负相关,意味着南半球海温对广西前汛期降水年代际变化有调控作用,这种作用是通过海温异常影响越赤道气流从而影响亚洲季风的强弱而实现的.     

1951—2016年沈阳气温和降水的多尺度分析

应用集合经验模态分解(EEMD)方法,对1951—2016年沈阳年平均气温和年降水量序列进行多尺度分析,并结合功率谱分析了两要素主要本征模态函数(IMF)分量的周期变化特征。在此基础上,进行了序列重建与对比。结果表明:近66 a来,沈阳年平均气温的变化主要由第1、第2高频分量和趋势项的振荡造成,分别反映了准5 a和准7 a的周期变化以及长期的缓慢增温过程;准14 a的年代际振荡第3分量对沈阳年平均气温变化的作用也不可忽视,而反映更长时间尺度的第4和第5分量在1980年代后与趋势项的变化特征基本一致,表明1980年代后沈阳明显增暖。年降水量的变化主要由第1、第2分量的年际振荡造成,振荡周期分别为准3 a和准5 a,而趋势项则呈现出准64 a的周期变化,总体反映出年降水量在1980年代前后呈现先减后增的变化趋势。与年平均气温序列相比,年降水序列的年代际尺度变化和长期趋势变化的贡献明显偏小。     

过去1500年典型暖期东亚夏季风年代际变化特征对比及其可能成因

利用通用地球系统模式开展的过去1500年气候模拟全强迫试验和对照试验结果,在验证模式模拟性能的基础上,采用多变量经验正交函数分解等方法,对比分析了典型暖期东亚夏季风年代际变化特征及其成因机制。结果表明,两个典型暖期东亚夏季风变化的主周期均为准10 a和准20 a。中世纪暖期黄河流域至日本南部一带降水偏多,长江流域以南和西北太平洋一带降水偏少;现代暖期东亚夏季风降水表现为"南涝北旱"型分布特征。内部变率是影响典型暖期东亚夏季风变化的主控因子之一,其中太平洋年代际振荡起决定性作用。当太平洋年代际振荡处于正位相时,热带西太平洋(东亚大陆)变暖(变冷),东亚地区海、陆热力差减小,对应弱的东亚夏季风。另外,中世纪暖期海平面气压的动态变化对应850 hPa风场在西北太平洋(日本海)一带均出现了经向排列的异常反气旋(气旋),从而导致中国南部(北部)降水偏多(偏少)。     

1953～2017年黄河源区气温变化的多尺度特征

基于黄河源区8个站点的年平均气温序列,利用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法,揭示了以玛多站为代表的黄河源区1953~2017年气温演变的多时间尺度特征,探讨不同时间尺度上的周期振荡对气温变化总体特征的影响程度,分析了黄河源区不同时间尺度的气温变化与海温指数,尤其是与北大西洋多年代际振荡（Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO）间的关系。结果表明:（1）1953年以来黄河源区玛多站年平均气温以0.31 ℃/10 a的变化率表现为明显的增暖趋势,20世纪80年代后期开始转暖,尤其是进入20世纪90年代后期变暖更加明显。（2）1953~2017年,黄河源区年平均气温呈现3 a、6 a、11 a、25 a、64 a及65 a以上时间尺度的准周期变化,其中以准3 a和65 a以上时间尺度的振荡最显著,准3 a的年际振荡在21世纪以前振幅较大,而进入21世纪后年际振荡振幅减弱,65 a以上时间尺度的年代际振荡振幅明显加大。（3）1998年气候显著变暖以前,以准3 a周期为代表的年际振荡在气温演变过程中占据主导地位,1998年气候显著变暖以后,65 a以上时间尺度周期振荡的贡献率增加近5倍,与准3 a周期振荡的贡献相当。（4）气温与Nino3.4指数和PDO（Pacific Decadal Oscillation）指数的同期相关均不显著,但当气温领先PDO指数22 a时正相关最大且显著,不同于PDO指数,气温原始序列及其3个年代际尺度分量滞后AMO指数3~7 a或二者同期时相关性最高,这就意味着AMO对黄河源区气温具有显著影响。（5）AMO的正暖位相对应着包括中国的整个东亚地区偏暖,黄河源区只是受影响区域的一部分,20世纪60年代至90年代初期AMO的负冷位相期、20世纪90年代中后期至今AMO的正暖位相与黄河源区气温距平序列的负距平、正距平相对应,气温在65 a以上时间尺度的变化与AMO指数相关性更高,可见,AMO是影响黄河源区气温变化的一个重要的气候振荡,这种影响主要表现在年代际时间尺度上。     

过去1500年典型暖期东亚夏季风年代际变化特征对比及其可能成因

利用通用地球系统模式开展的过去1500年气候模拟全强迫试验和对照试验结果，在验证模式模拟性能的基础上，采用多变量经验正交函数分解等方法，对比分析了典型暖期东亚夏季风年代际变化特征及其成因机制。结果表明，两个典型暖期东亚夏季风变化的主周期均为准10 a和准20 a。中世纪暖期黄河流域至日本南部一带降水偏多，长江流域以南和西北太平洋一带降水偏少；现代暖期东亚夏季风降水表现为“南涝北旱”型分布特征。内部变率是影响典型暖期东亚夏季风变化的主控因子之一，其中太平洋年代际振荡起决定性作用。当太平洋年代际振荡处于正位相时，热带西太平洋（东亚大陆）变暖（变冷），东亚地区海、陆热力差减小，对应弱的东亚夏季风。另外，中世纪暖期海平面气压的动态变化对应850 hPa风场在西北太平洋（日本海）一带均出现了经向排列的异常反气旋（气旋），从而导致中国南部（北部）降水偏多（偏少）。      

中国西北地区降水的演变趋势和年际变化

将 PCA和 SSA相结合 ,分析了中国西北地区降水量的演变趋势和年际变化 ,结果表明 :西北地区的降水变化的主要趋势是 1 960年代初多雨 ,到 1 970年代初演变为少雨 ,1 980年代又多雨 ,1 990年代少雨。这种趋势在陇南和陕西中南部是最显著的 ,天山北麓区也是相对显著区。西北地区降水主要存在准 8.5a、准 3～ 4a和准 5.1 a的甚低频振荡。甚低频振荡在降水中的重要性依次为准 8.5a、准 3～ 4a和准 5.1 a。准 8.5a振荡的振幅要比准 3～ 4a和准5.1 a振荡的振幅变化大。振荡位相在空间的分布并不完全一致。     

华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征

应用奇异谱（SSA）方法分析了华北地区降水的准周期信号及其阶段性变化特征，结果表明，华北地区月降水序列的年际振荡信号较强，占总方差的44．7％，显著振荡周期分别有17个月（准1～2a）、30个月（准2～3a）、60个月（准5a）和11个月（准1a），不同分区降水的准周期振荡信号各有差异。各种准周期振荡随时间的长期演变亦很明显且各不相同。奇异交叉谱（SCSA）诊断表明，华北地区降水的年际振荡与Nino区海温的准周期信号存在着显著的耦合关系，且这种耦合关系随时间是变化的，表现出耦合振荡强度的阶段性变化和耦合位相随时间的改变。各分区降水与不同Nino区海温的显著耦合周期信号及其随时间的长期演变各具特色，体现了华北地区降水对Nino区海温异常响应的复杂性。     

20世纪上半叶塔里木河流域夏季干湿的演变特征

利用CRU(Climatic Research Unit)的月Palmer干湿指数资料，研究了1901～1950年塔里木河流域夏季干湿的时空演变特征，结果表明：流域干湿的空间分布为正常或轻微干旱，从西南至东北呈“-+”分布；流域干湿变化的线性趋势从西至东呈“+-+-”分布，整个流域50年变干旱趋势显著，但大部分地区的趋势不显著；变率空间分布为东部正变率和西部负变率；干湿指数在1910之前为正，年际变化较为小，之后，则相反；年代干湿指数值呈年代周期性变化，但干湿等级都为正常。在20世纪0年代后期、10年代中期、30年代初期和40年代初期，流域干湿的年代值与50年均值差异显著。年代线性趋势在20世纪10年代中期至30年代初期，正趋势较多，其余两段时期都为负趋势，年代线性趋势在10年代末期正趋势显著，0年代后期至10年代中期、30年代末期和40年代初负趋势显著。流域变率值在20世纪0年代后期至20年代中期，30年代初期和后期与40年代初期达到显著水平。流域干湿的突变点分别出现在1910年、1919年、1927年和1938年。3.5年和7年是此序列显著周期。本文与之前研究得出的流域干湿总体变化特征相似，而由于数据来源、研究区和研究方法存在不同，两者在具体结果方面存在差异；流域干湿变化与海温变化和大气涛动在不同时期存在显著相关关系。     

Climatic regime shift and decadal anomalous events in China

Climatic time series from historical documents and instrumental records from China showed temporal and regional patterns in the last two to three centuries, including two multidecadal oscillations at quasi-20-year and quasi-70-year timescales revealed by signal analysis from wavelet transform. Climatic anomalous events on the decadal timescale were identified based on the two oscillations when their positive (or negative) phases coincide with each other to amplify amplitude. The coldest event occurred in the decade of 1965–1975 in eastern China, while the periods of 1920–1930, 1940–1950, and 1988–2000 appeared to be warmer in most parts of China. For the precipitation series in northern China, the dry anomalous event was found in the late 1920s, while the wet anomalous event occurred in the 1950s. A severe drought in 1927–1929 in northern China coincided with the anomalous warm and dry decade, caused large-scale famine in nine provinces over northern China. Climatic anomalous events with a warm-dry or cold-wet association in the physical climate system would potentially cause severe negative impacts on natural ecosystem in the key vulnerable region over northern China. The spatial pattern of summer rainfall anomalies in the eastern China monsoon region showed an opposite variations in phase between the Yellow River Valley (North China) and the mid-low Yangtze River Valley as well as accompanied the shift of the northernmost monsoon boundary. Climatic regime shifts for different time points in the last 200 years were identified. In North China, transitions from dry to wet periods occurred around 1800, 1875, and 1940 while the transitions from wet to dry periods appeared around 1840, 1910, and the late 1970s. The reversal transition in these time points can also be found in the lower Yangtze River. Climatic regime shifts in China were linked to the interaction of mid- and low latitude atmospheric circulations (the westerly flow and the monsoon flow) when they cross the Tibetan Plateau in East Asia.     

Multidecadal oscillatory behaviour of rainfall extremes in Europe

Many studies have observed changes in the frequency and intensity of precipitation extremes and floods during the last decade(s). Natural variability by climate oscillations partly determines the observed evolution of precipitation extremes. Based on a technique for the identification and analysis of changes in extremes, this paper shows that precipitation extremes have oscillatory behaviour at multidecadal time scales. The analysis is based on a unique dataset of 108 years of 10-minute precipitation intensities at Uccle (Brussels), not affected by instrumental changes. We also checked the consistency of the findings with long precipitation records at 724 stations across Europe and the Middle East. The past 100 years show for northwestern Europe, both in winter and summer, larger and more precipitation extremes around the 1910s, 1950–1960s, and more recently during the 1990s–2000s. The oscillations for southwestern Europe are anti-correlated with these of northwestern Europe, thus with oscillation highs in the 1930–1940s and 1970s. The precipitation oscillation peaks are explained by persistence in atmospheric circulation patterns over the North Atlantic during periods of 10 to 15 years.     

Climate Change in China from 1880 to 1998 and its Impact on the Environmental Condition

The global mean surface air temperature (SAT) or the Northern Hemisphere mean SAT has increased since the late nineteenth century, but the mean precipitation around the world has not formed a definite tendency to increase. A lot of studies showed that different climate and environmental changes during the past 100 years over various regions in the world were experienced. The climate change in China over the past 100 years and its impact on China's environmental conditions needs to be investigated in more detail.Data sets of surface air temperature and atmospheric precipitation over China since 1880 up to the present are now available. In this paper, a drought index has been formulated corresponding to both the temperature and precipitation. Based on three series of temperature, precipitation, and drought index, interdecadal changes in all 7 regions of China and temperature differences among individual regions are analyzed. Some interesting facts are revealed using the wavelet transform method. In Northeast China, the aridification trend has become more serious since 1970s. Drought index in North China has also reached a high value during 1990s, which seems similar to that period 1920s–1940s. In NorthwestChina, the highest temperature appeared over the period 1930s–1940s. Along the Yangtze River valley in central eastern China and Southwest China, interdecadal high temperature occurred from 1920s to 1940s and in 1990s, but the drought climate mainly appeared from 1920s to early 1940s. In South China, temperature remained at a high value over the period 1910s–1940s,but the smaller-scale variation of drought index was remarkable from 1880 to 1998. Consequently, the quasi-20-year oscillation (smaller-scale variation) and the quasi-70-year oscillation (secular variation) obviously exist in temperature and precipitation series in different regions over China.Climate change and intensified human activity in China have induced certain environmental evolutions, such as the frequency change of dust-storm event in northern China, no-flow in the lower reaches of the Yellow River and the runoff variation in Northwest China. On the other hand, frequent floods along the Yangtze River and high frequency of drought disaster have resulted in tremendous economic losses in the last decade in China. The primary reason for these happenings may be attributed to the evolution of the monsoon system in East Asian.     

中亚干旱区降水准两年周期振荡及突变特征

依据东英吉利大学气候研究中心（CRU）1930-2009年0.5°×0.5°分辨率的月降水量及NCEP/NCAR 1948-2009年2.5°×2.5°分辨率再分析逐月位势高度资料,分析了中亚干旱区年降水和季节降水的准两年周期振荡（TBO）特征和突变的时空变化及其可能影响机制。结果发现,中亚干旱区降水具有显著的TBO特征,其I区(哈萨克斯坦西区)、II区(哈萨克斯坦东区)、IV区（吉尔吉斯斯坦区）的年降水TBO相对具有连续性,而III区（中亚平原区）和V区（伊朗高原区）大致以20世纪60-70年代为分界点,存在相反变化。对季节降水而言,除II区年降水的TBO信号主要由夏季的变化决定,其他分区年降水TBO主要由冬季决定。降水突变分析发现,中亚干旱区降水的突变与TBO信号变化有很好的一致性,突变点上降水周期都有向TBO的跃变。另外,对整个亚洲中部干旱区而言,中亚干旱区西部降水突变发生在20世纪50年代初,东部于60年代末发生突变,新疆自80年代末出现气候转型,时间间隔为20年左右。季风区和受西风环流控制的亚洲内陆干旱区降水尽管都表现出TBO基本特征,但其控制因子可能有很大差异,对流层中上层的西风强度TBO可能是导致亚洲中部干旱区降水TBO的重要因子。     

全球气候背景下厄尔尼诺对中国东部汛期降水的影响

对厄尔尼诺事件进行了定义，并详细讨论了不同气候背景下的厄尔尼诺过程对中国东部地区汛期降水的影响。分析发现：20世纪50年代以来共发生了14次厄尔尼诺事件；在70年代末、80年代初，赤道太平洋的海温有一个明显升高的趋势；不同气候背景下的厄尔尼诺过程中对中国东部汛期降水存在不同的影响，但是对长江中下游及江淮地区降水的影响是一致的，一般偏少。     

博州地区1958—2006年的气候变化特征

利用博州地区4个气象观测站1958--2006年的月平均气温和月降水量等资料,通过气候变化趋势、突变检验、小波变换等分析了近50a博州地区气候变化特征。表明,博州年平均气温处于增暖趋势,90年代前期出现突变;年降水量也呈增多趋势,90年代后期出现突变;气温与降水都具有准4a左右周期振荡：     

Variations of Temperature and Precipitation in Italy from 1866 to 1995

Summary Series of annual and seasonal temperature and precipitation representing respectively northern and southern Italy are compared for trend, interannual variability and periodicity in the period 1866–1995. Temperature and precipitation trends are almost always anticorrelated except in winter in the North where an anomalous behavior is evident till about 1980. The result is that the Italian climate has become warmer and drier especially in the South since about 1930.The interannual variability does not present significant maxima, but only minima that cannot be related tothe start of a trend either for temperature or for precipitation. The power spectra of the series show broad significant peaks containing the quasi-biennial oscillation and other well known periodicities probably due to solar cycles or to the North Atlantic ocean-atmosphere oscillation (NAO). Received December 16, 1998 Revised October 21, 1999     

试论厄尔尼诺对广西气候异常影响的物理机制

通过对瓦克环流、哈德莱环流、副热带高压、台风等的分析 ,结合广西降水和气温异常状况 ,认为厄尔尼诺现象发生时 ,赤道东太平洋海温异常升高 ,使瓦克环流和哈得莱环流发生变化 ,引起副热带高压增强 ,台风生成数减少 ,从而产生广西前汛期偏涝 ,后汛期偏旱 ,全年气温偏暖的结果