东亚、北非干旱半干旱区边界层高度的特征研究

采用再分析资料ERA-20C对东亚、北非干旱半干旱区一百多年边界层高度(Boundary Layer Height,BLH)的时空变化特征进行比较研究,结果揭示了两个地区不同气候区BLH空间分布和时间变化的差异性。结果表明,BLH的空间分布与气候干湿程度密切相关,同时受海拔以及河流、湖泊分布等的影响;干旱区、半干旱-半湿润过渡区的BLH在东亚和北非均为升高趋势;极端干旱区、干旱-半干旱过渡区、半干旱区的BLH在东亚为升高趋势,在北非为降低趋势;极端干旱区对干旱半干旱区整体BLH年际变化贡献最小,东亚为11. 05%,北非为3. 68%;东亚半干旱区年际变化贡献最大23. 74%,北非半干旱-半湿润过渡区年际变化贡献最大28. 89%。两个地区BLH的变化均包含周期为60年、30年、10年、5～7年和2～4年的振荡,在长时间尺度的周期变化中,两个地区的BLH基本呈反位相关系,在短时间尺度的周期变化中,呈反位相、同位相交替转换的关系; BLH的长期变化趋势,东亚各季节均为升高趋势,北非只有冬季为升高趋势; BLH年际变化,夏季占主导地位,东亚年际变化贡献率是58. 50%,北非年际变化贡献率是57. 52%,北非秋季年际变化贡献率是东亚地区的2倍多。     

近50年西北干旱区极端降水的时空变化特征

利用西北干旱区1961-2010年76个测站的逐日降水量,采用线性趋势,Mann-Kendall（M-K）突变检验等现代统计诊断方法,研究我国西北干旱区极端降水的时空变化特征。结果表明:（1）过去50年北疆地区和天山山区极端降水量总体上呈增加趋势,河西-阿拉善地区变化不明显;（2）除南疆地区外,北疆、天山山区、河西-阿拉善地区极端降水量分别于1982年、1990年、1987年发生显著的上升突变;（3）极端降水量空间分布的区域差异性显著,在研究区西部表现为以天山山区大值为中心,呈现北高南低的特点;研究区的东部主要是自东南向西北递减的特点;（4）极端降水频率与极端降水量的空间分布基本一致。     

近50a西北干旱区极端降水的时空变化特征

利用西北干旱区1961—2010年76个测站的逐日降水量,采用线性趋势,MannKendall(M-K)突变检验等现代统计诊断方法,研究我国西北干旱区极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)过去50 a北疆地区和天山山区极端降水量总体上呈增加趋势,河西—阿拉善地区变化不明显;(2)除南疆地区外,北疆、天山山区、河西—阿拉善地区极端降水量分别于1982年、1990年、1987年发生显著的上升突变;(3)极端降水量空间分布的区域差异性显著,在研究区西部表现为以天山山区大值为中心,呈现北高南低的特点;研究区的东部主要是自东南向西北递减的特点;(4)极端降水频率与极端降水量的空间分布基本一致。     

西北干旱区极端高温时空变化特征分析

利用1961—2010年西北干旱区83个气象观测站的日气温资料,通过线性倾向率、百分位法及Mann-Kendall法得出西北干旱区极端高温的具体变化特征。用百分位法对西北干旱区日气温数据进行处理,确定极端高温指标的阈值,得出极端高温强度和极端高温事件的频率。结论如下:自1989年开始,西北干旱区年极端高温呈显著上升趋势,空间上西部大于东部,局部地区盆地南缘大于北缘;极端高温日数呈明显的上升趋势;四季极端高温均有上升趋势,秋季增长率最高、冬季最低,秋季极端高温日数增长速率最大;季极端高温及高温日数高值区分布在西北干旱区西北和东南部的盆地边缘,干旱区沙漠边缘及戈壁区;西北干旱区年、季极端高温日数均与年平均气温相关性突出。     

浑善达克沙地沙尘暴气候特征分析

利用浑善达克沙地11个站点1961～2000年扬沙和沙尘暴的观测资料,分析研究该地区沙尘暴天气的气候学特征,包括其地理分布、季节变化、年际和年代际变化等时空分布特征.结果表明,近40年来,浑善达克沙地东部沙尘暴出现日数在减少,而浑善达克沙地西部地区沙尘暴出现日数呈波动增加态势.沙尘暴出现日数的变化是特定气候变化的反映,同时下垫面条件的持续恶化是造成浑善达克沙地西部沙尘暴天气持续增加的重要原因.     

1961～2016年中国春季极端低温事件的时空特征分析

利用1961～2016年中国529个台站逐日最低气温资料,研究了中国春季极端低温事件的时空变异特征。旋转经验正交分解结果显示,中国春季极端低温事件的频次在空间上可以分为5个区域,即东北—华北东部地区、江南地区、西北东部—华北西部地区、西南地区和新疆北部地区。小波分析表明,这5个区域春季极端低温事件的频次在年际尺度上呈现出2～4年的振荡周期,其中江南地区、西北东部—华北西部地区和新疆北部地区2～4年的振荡周期在整个研究时段都显著,但东北—华北东部地区和西南地区2～4年的显著周期分别出现在20世纪80年代之前和80年代到90年代中期。在长期变化上,这5个区域春季极端低温事件的频次总体均呈减少趋势,但突变年份具有明显差异。Mann-Kendall和滑动t检验结果表明,东北—华北东部地区春季极端低温事件频次的突变时间为1987/1988年、江南地区为1995/1996年、西北东部—华北西部地区为1990/1991年、西南地区为1987/1988年、新疆北部地区为1997/1998年。伴随着春季极端低温事件频次的降低,5个区域春季极端低温事件的强度在过去半个多世纪也呈现出显著的下降趋势。但近10年来,中国东部地区春季极端低温事件的频次和强度却有所增加,需要引起关注。     

夏季青藏高原大气热源低频振荡与南亚高压东西振荡的关系

利用1983～2012年NCEP/NCAR逐日再分析资料对夏季青藏高原大气热源和南亚高压东西振荡的低频特征以及两者的关系进行了讨论,发现夏季青藏高原东部大气热源与南亚高压纬向运动的主要低频周期都是10～20 d。在高原东部大气热源10～20 d振荡峰值位相,青藏高原上空被低频气旋控制,高原西部被低频反气旋控制,导致南亚高压主要高压中心向西移动呈伊朗高压模态;在大气热源10～20 d振荡谷值位相,低频环流形势完全相反,青藏高原上空被低频反气旋控制,高原西部被低频气旋控制,致使南亚高压主要高压中心向东移动呈青藏高压模态。高原热力场异常导致其上空暖中心变化从而引起的高层风场变化可以解释南亚高压的东西振荡。     

河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的水汽特征分析

利用高空、地面观测资料、加密区域站雨量资料、FY-2D云图、NCEP 1°×1°再分析资料,使用物理量诊断、后向轨迹模型等方法分析了 2011年6月15—16日河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的环流形势、中尺度系统、水汽输送和收支特征。结果表明:河西走廊西部受内蒙古西部到河套地区西北—东南向暖性高压脊西部形成的高原低涡中心影响,200～400 km的低涡中心稳定维持在暴雨区上空超过12 h,形成了良好的动力条件;对流层低层湿度增大气温降低,中层冷空气从低涡南部侵入,大气处于弱不稳定状态,地面风速辐合、地形抬升进一步增强了低涡中心的上升运动,触发局地对流。主要存在随西风气流的西路和绕高原的东路两条水汽输送通道,以绕高原的东路水汽输送为主,其在暴雨期间的贡献率高达84.6%,以对流层中层输入最为显著。甘肃中部500和700 hPa异常偏东气流对东路水汽输送通道的形成十分重要,其能将已到达西北地区东部的暖湿空气继续向西北方向输送从而到达河西走廊西部。暴雨时段内水汽平均净输入强度是前期的2.73倍,对流层中层高原低涡中心、对流层低层风速风向辐合和地形辐合造成暴雨区550、700和800 hPa三层200～400 km的水汽辐合中心,大气可降水量高达34 mm,是夏季平均值的2倍多。     

青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡特征

利用1979—2019年ECMWF提供的ERA-Interim逐日再分析资料,采用Morlet小波分析、滤波及合成分析等方法,探究了青藏高原夏季对流层高层纬向风季节内振荡（IntraSeasonal Oscillation,ISO）的主要周期及其传播特征。结果表明：青藏高原夏季高层纬向风季节内振荡的主要周期为10～30 d,其强度存在明显的年际差异。在纬向风ISO强年,振荡过程持续时间长、振幅强,ISO方差中心从对流层高层向下影响到对流层中层,表现为相当正压结构。其传播在纬向上主要表现为ISO中心从高原东部3次向东传,可达西太平洋地区;经向上分别有4次自中高纬向南传播的10～30 d ISO中心与来自低纬地区的ISO中心在高原南侧汇合,其强度在高原南侧有所加强,强振荡中心可向南传播到达低纬地区。ISO的位相演变主要表现为低频反气旋和低频气旋中心在高原东部交替出现,引起东部地区上空低频东风和低频西风的强度变化。在ISO极端活跃位相,高原东部低频西风达最强。     

中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析

中国干旱半干旱区的洪涝灾害是一个尚未引起人们重视的重大科学问题,这主要是因为干旱半干旱区对洪涝灾害的防范意识比较薄弱。而极端降水事件的次数、强度和持续时间与干旱半干旱区的洪涝灾害有密切联系,直接影响该区域洪涝灾害及其次生地质灾害的次数与严重程度。以干旱半干旱区的极端降水事件为切入点,分析了中国干旱半干旱区的极端降水事件次数和极端降水量的变化特征,旨在为干旱半干旱区的洪涝灾害研究提供科学依据。结果表明,进入21世纪以来,中国110°E以西的干旱半干旱区极端降水事件的日数有所增多,而110°E以东的区域日数都有所减少。干旱半干旱区极端降水量的变化也呈现出西增东减的分布,大部分干旱半干旱区的极端降水量变化占总降水量变化的40%以上,一部分地区能达到50%,甚至100%-200%。从季节变化来看,春季天山以北、新疆南部、甘肃敦煌和内蒙古包头以北地区极端降水量增加较多,夏季110°E以西的干旱半干旱区极端降水量均增大明显,秋季陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯、包头和呼和浩特等地极端降水量增大较明显。     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

近40年东亚季风变化特征及其与海陆温差关系

利用NCEP/NCAR再分析资料, 计算了乔云亭等定义的1957—2000年东亚季风指数, 研究了各指数之间相互关系和年际变化的主要特征, 在此基础上又利用全国194站1957—2000年地面资料分析东亚季风指数的年际变化与各气象要素场的年际变化之间的关系以及我国近40年气候变化特点。结果表明:西南季风、东南季风和偏北季风的年变化有所差异; 夏季, 东部地区降水量与相对应各个海区海陆温差负相关显著, 并且江淮区对应的海陆温差与东北区和华北区夏季降水有较好的正相关关系, 当江淮区对应的海陆温差降低时, 江淮区夏季降水量增加, 华北区和东北区夏季降水量减少; 经过前后两段时期 (1957—1978年和1979—2000年) 对比发现海陆温差变化对我国季风区夏季降水的影响在增强。同时, 发现850 hPa气温变化在前后两段时期也发生了显著变化, 1979年之前我国东部升温最快的区域位于华北西南部和江淮东部, 1979年之后升温最快的区域转移到江淮西部和我国东南部的海面上。     

南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析

青藏高原作为世界第三极,其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要,也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim中1979-2016年3-10月青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料,通过分析得出以下结论:3-5月青藏高原主体由感热占据,感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势,潜热强度较小但随时间而增强。季风爆发后的6-8月,青藏高原感热强度减弱,潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布特征。季风消退后的9-10月,感热与潜热强度相当,但感热呈现出西高东低的分布特征。过去38年,青藏高原地表感热总体呈现微弱下降趋势,潜热呈较弱上升趋势。青藏高原西部地区感热呈微弱下降趋势,潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强,东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势,分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致,通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析青藏高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。      

东亚地区夏季水汽输送特征

利用1950—2002年NCEP/NCAR再分析逐日平均资料,计算全球格点整层水汽输送通量,分析东亚地区夏季水汽输送在推进过程中逐候的气候特征。研究发现：第25—44候是水汽输送变化最为明显的时段,也是水汽输送的集中期;东亚地区各个经度带的偏南风水汽输送在出现时间、北抬进程速度、北界位置、南撤速度等方面均表现出不同的特征;副高边缘的东南风水汽输送具有迂回西扩和快速东撤的特点,并且在强盛期能够到达青藏高原的东南部。     

Interannual variations and future change of wintertime extratropical cyclone activity over North America in CCSM3

Climatology and interannual variations of wintertime extratropical cyclone frequency in CCSM3 twentieth century simulation are compared with the NCEP/NCAR reanalysis during 1950–1999. CCSM3 can simulate the storm tracks reasonably well, although the model produces slightly less cyclones at the beginning of the Pacific and Atlantic storm tracks and weaker poleward deflection over the Pacific. As in the reanalysis, frequency of cyclones stronger than 980 hPa shows significant correlation with the Pacific/North America (PNA) teleconnection pattern over the Pacific region and with the North Atlantic Oscillation (NAO) in the Atlantic sector. Composite maps are constructed for opposite phases of El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and the NAO and all anomalous patterns coincide with observed. One CCSM3 twenty-first century A1B scenario realization indicates there is significant increase in the extratropical cyclone frequency on the US west coast and decrease in Alaska. Meanwhile, cyclone frequency increases from the Great Lakes region to Quebec and decreases over the US east coast, suggesting a possible northward shift of the Atlantic storm tracks under the warmer climate. The cyclone frequency anomalies are closely linked to changes in seasonal mean states of the upper-troposphere zonal wind and baroclinicity in the lower troposphere. Due to lack of 6-hourly outputs, we cannot apply the cyclone-tracking algorithm to the other eight CCSM3 realizations. Based on the linkage between the mean state change and the cyclone frequency anomalies, it is likely a common feature among the other ensemble members that cyclone activity is reduced on the East Coast and in Alaska as a result of global warming.     

夏季水汽输送特征及其与中国降水异常的关系

利用1958－1999年NCEP／NCAR再分析资料研究了水汽输送特征，表明：全球纬向水汽输送在南北半球中高纬度由西向东，在低纬由东向西，分别与中纬度西风带和热带东风带一致，经向输送在夏季由南半球向北半球输送，冬季则刚好相反，就全年来说水汽也是从南半球向北半球输送。南北半球副热带地区是大气水汽源，热带和中高纬是大气水汽汇，夏季中国大部分地区也是水汽汇。讨论了中国夏季3类雨型与异常水汽输送的关系，结果表明中间型雨带对应中国东部有一支东北异常水汽输送和另一支西南异常输送在长江流域辐合；南方型雨带对应一支东北异常输送和另一支来自西太平洋副高西北侧的西南异常输送在华南辐合，北方型雨带对应中纬度西风异常输送与副高西北侧的西南异常常输送在华北辐合。     

基于TRMM数据的秦巴山区降水特征分析

本文利用1998～2015年TRMM卫星3B42的日降水资料，对秦巴山区的年降水量、季降水量、各个等级降雨日数、整个区域降水量的年际变化和季节变化进行了统计，同时还对各个不同降水类型的倾向率进行了统计，再根据他们的时空分布进行分析。结果表明:1)1998～2015年秦巴山区年平均降水量从东南到西北呈现依次递减的变化特征且呈带状分布, 山区南部的降水量明显高于北部，山区东西部降水差别不大；2)四个季节的平均降水均呈现“南高北低”的空间分布特征；3)无雨日数在整个山区呈增大的趋势，小雨日数在整个山区呈减少的趋势，中雨日数除山区东南外呈增大的趋势，大雨日数除重庆、河南、四川北部外基本呈增大的趋势，暴雨日数除山区东西部暴雨日数减少外其他地方都呈增加的趋势；4)整个山区年降水量随着时间的增长在缓慢的增多。      

夏季青藏高原与热带西太平洋下垫面热源异常对中国短期气候的影响

本文利用一个两层全球大气环流格点模式进行了控制试验、青藏高原地表反照率增加及热带西太平洋海温升高等三个数值试验,以研究夏季这两个地区下垫面热源异常对短期气候变化的影响。结果表明,高原地面热源减弱将造成海平面气压场上亚洲大陆低压减弱;高原及其以西地区500 hPa高度下降,黄河以北地区高度升高;同时高原地区、江淮流域以及黑龙江流域降水减少,但从北疆、内蒙到辽河流域以及我国西南局部和东南沿海地区降水增加。热带西太平洋海温异常带来的变化与此不同.文中还就下垫面热源异常在短期气候预测方面的可能应用等问题进行了讨论。     

黄河流域蒸散发与气温和降水以及风速的相关性分析

黄河流经我国干旱半干旱地区,其流域蒸散发变化对当地的生态安全和经济发展尤其重要。本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析产品（ERA5）定量分析了1979-2020年黄河流域蒸散发的时空变化特征,并结合气温、降水和风速数据,对黄河流域蒸散发与3种气候因子进行了相关性分析。结果表明：黄河流域蒸散发在1979-2020年呈波动下降趋势,空间分布差异明显,源区附近蒸散发上升,上游的干旱区附近蒸散发基本不变,而中游和下游地区主要呈现下降趋势。1979-2020年黄河流域气温持续上升,降水呈波动下降趋势,风速呈上升趋势。对黄河流域蒸散发与气候因子的相关性分析表明,蒸散发与气候因子的相关性空间差异较为明显,蒸散发与气温、风速呈负相关,与降水呈正相关的区域占流域的较大部分;而在复相关性方面,黄河流域大部分地区蒸散发与气候因子的相关性较强,其中以流域上游的干旱区附近复相关性最强。研究黄河流域不同地区蒸散发与气候因子的相关性可为黄河流域水资源的开发管理和区域气候调节提供科学参考。     

Interdecadal Variations of the Western Pacific Subtropical High and Surface Heat Flux over East Asia and Their Relationship

The interdecadal variation of intensity of the western Pacific subtropical high(WPSH) during the period 1951-2001 is studied by using data from the National Climate Center(NCC),China Meteorological Administration.The characteristics of the circulations at 500 hPa and the surface heat flux over East Asia are also analyzed based on the NCEP/NCAR monthly reanalysis data.The results reveal that the WPSH and the circulations exhibit interdecadal variations around 1978,with enhancing intensities.The interseasonal persistence of the WPSH intensity alters correspondingly to some extent,which is more significant during 1978-2001 than during 1951-1978.The surface heat flux over East Asia also displays a remarkable interdecadal variation,which leads that of the WPSH intensity.The key variation areas of the surface sensible heat flux(SSHF) are mainly located over the eastern and western Tibetan Plateau around the late 1960s.However,the difference of the SSHF between the eastern and western Plateau exhibits a change in the mid 1970s,close to the time of the abrupt climate change of the WPSH intensity.The SSHF of the Plateau stably increases in the west and decreases in the east before the mid-late 1960s,while it stably increases in the east and decreases in the west after the mid-1970s.On the other hand,the key variation area of the surface latent heat flux(SLHF) is mainly situated over the West Pacific(WP),where the SLHF anomaly in spring changes from positive to negative in the south before 1978,but from negative to positive in the north after 1978;while in summer it turns from positive to negative all over the WP after 1978.The interdecadal variation of SLHF in both spring and summer corresponds well to the interdecadal variation of the WPSH intensity in the same season.The notable correlation between the WPSH intensity and SSHF(or SLHF) maintains without any change although each of these qnantities varies on the interdecadal scale.