1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料, 定义了中国东北地区秋冬季霾日指数, 分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明: 中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征, 欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区, 该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关, 北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次, 当北极海冰异常偏少时, 东亚冬季风偏弱, 近地面风速偏低, 环境湿度偏高, 中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制, 且受“EUP”负位相模态影响, 东亚大槽减弱, 有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送, 该地区秋冬季霾的发生频次增加。     

冬季和春季印度洋海温异常年际变率模态对中国东部夏季降水的可能影响过程

印度洋热力状况是影响全球气候变化和亚洲季风变异的一个重要的因素,但以往研究更多关注热带印度洋海温的变化,对南印度洋中高纬地区海温变化关注不够,由此限制了我们对印度洋的全面认识.本文研究了年际尺度上整个印度洋海温异常主导模态的特征及其对我国东部地区夏季降水的可能影响过程,以期望为气候变异研究及预测提供理论依据.研究结果表明:全印度洋海温异常年际变率的主导模态特征是在南印度洋副热带地区海温异常呈现西南—东北反向变化的偶极子模态,西极子位于马达加斯加以东南洋面,东极子位于澳大利亚以西洋面;同时,热带印度洋海温异常与东极子一致.当西极子为正的海温异常,东极子、热带印度洋为负异常时定义为正的印度洋海温异常年际变率模态;反之,则为负的印度洋海温异常年际变率模态.从冬至春,印度洋海温异常年际变率模态具有较好的季节持续性;与我国长江中游地区夏季降水显著负相关,而与我国华南地区夏季降水显著正相关.其可能的影响过程为:对于正的冬、春季印度洋海温异常年际变率模态事件,印度洋地区异常纬向风的经向大气遥相关使得热带印度洋盛行西风异常,导致春、夏季海洋性大陆对流减弱,使夏季西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东偏北,造成华南地区夏季降水增多,长江中游地区降水减少;反之亦然.同时,印度洋海温异常年际变率模态可通过改变印度洋和孟加拉湾向长江中游地区的水汽输送而影响其夏季降水.     

北极涛动的年代际变化及其气候影响

北极涛动(Arctic Oscillation,AO)是北半球热带外地区大气环流变率的主导模态,对北半球以及区域尺度气温变化具有重要影响。AO可在没有外强迫条件下通过波流相互作用形成,因此它被认为是全球气候系统内部变率的重要组成部分。研究年代际尺度上AO的变化及其气候影响,可加深对当前北半球气候变化规律的物理理解,也可为预估未来年代际尺度上气候变化及其不确定性提供科学依据。本文从AO影响东亚冬季风年代际变化的物理机制、AO对北半球冬季气温长期趋势的贡献、AO年代际影响的不确定性三个方面出发,简要回顾和总结了近年来有关年代际尺度上冬季AO时空变化及其对北半球气候影响的研究成果,并初步展望一些值得继续深入研究的问题。     

年代际气候变化研究进展

概述了全球尺度、我国大范围区域及长江中下游梅雨的年代际气候变化的一些研究进展,重点介绍了近期我国气象工作者有关这方面研究的一些成果。指出:①全球尺度的大气、海洋及气温变化不仅存在明显的年际变化,而且年代际变化也十分显著;②受全球气候年代际变化的影响,中国气候也存在多时间尺度的变化特征,但气候的年代际变化特征与全球气候年代际变化有不同之处;③长江中下游梅雨气候变异不仅与海-气相互作用密切相关,而且海洋的年代际变化也是梅雨异常变化的重要气候背景;④年代际尺度变化在全球变暖改变区域气候特征的过程中的贡献、年代际气候变化的形成及作用机制,特别是长江中下游梅雨的年代际变化的成因和机制都是仍需继续加强研究的问题。     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

中国不同区域气候条件对冬季雾日形成的差异性分析

雾是一种严重的天气灾害,极大地影响了交通和日常生活,并可能带来巨大的经济损失。利用1958～2007年678个中国地面观测站点的雾日数资料,采用相关系数分析、合成分析等方法分析了冬季雾日数的时空特征,发现冬季多雾地区和年际变率较强地区集中在西南、华北和华南等地区。根据冬季雾日分布特征,将中国划分为3个较为独立的雾区,从水汽条件、大气稳定度及大气环流背景等方面讨论了区域气候条件差异对局地雾形成机制的影响,发现不同区域冬季雾日产生的气候条件有着明显的差异性。结论如下:西南区冬季雾的形成受水汽输送影响较小,受大气稳定度影响较大,且巴尔喀什湖东侧高压脊加强,冷空气南下,西南较易发生雾;华北冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏北,水汽异常大值中心偏北,且西伯利亚高压、东亚大槽以及东北低压减弱,冷空气活动较弱,华北较易发生雾。华南冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏弱,水汽异常大值中心偏南,且东亚大槽减弱,华南较易发生雾。     

东亚季风近几十年来的主要变化特征

本文简要综述了关于东亚夏季风和冬季风近几十年来的主要变化特征的若干研究结果,特别是关于其年代际变化方面.夏季风及夏季气候的主要变化特征有:1970年代末之后东亚夏季风的年代际时间尺度的减弱以及相应的我国夏季降水江淮流域增多而华北减少、1992年之后我国华南夏季降水增多、1999年之后我国长江中下游夏季降水减少而淮河流域夏季降水增多、东亚夏季风和ENSO之间的年际变化相关性存在不稳定性.而关于东亚冬季风与冬季气候的主要变化特征有:1980年代中期之后东亚冬季风及其年际变率减弱、1970年代中期之后冬季风和ENSO的年际变化相关性较弱、近年来的北极秋季海冰减少对北半球冬季积雪增多有显著贡献、东北冬季积雪在1980年代中期以后增多.与上述变化有关的极端气候和物候都发生了多方面的变化.     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅱ.敏感性试验分析

利用NCARCAM3.1大气环流模式,设计了有、无土壤湿度年际异常的两组数值试验,探讨了土壤湿度年际异常对极端气候事件模拟的可能影响。结果表明,模式模拟的极端气候事件对土壤湿度异常十分敏感,土壤湿度异常对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均具有重要影响。当不考虑土壤湿度的年际异常时:(1)模拟的暖夜日数、暖昼日数和热浪持续指数的发生频次在全国范围内均明显减少,而霜冻日数则明显增加。极端降水指标的响应表现出明显的空间差异,极端降水频次在江淮流域明显减小,而极端降水强度则表现为东北减弱、长江流域增强;中雨日数和持续湿期在我国大部分地区减少。(2)极端气温指标的年际变率在我国大部分地区呈减小趋势;而极端降水事件的变化则较为复杂,极端降水频次和极端降水强度的年际变率在长江以南有所增强,而北方地区则有所减弱。中雨日数和持续湿期的年际变率在我国呈现出较为一致的减少趋势。(3)模式对暖夜日数、霜冻日数的年际变化的模拟能力明显下降,并对4个极端降水指标的年际变化的模拟能力在全国多数区域均有不同程度的下降。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

高原东侧川渝盆地东西部夏季降水及其大尺度环流特征

采用我国台站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了高原东侧川渝盆地东、西部夏季降水及其大尺度环流特征。主要结论为：（1）1951-2004年来,盆西夏季降水总体呈减少趋势,盆东则呈增加趋势;盆地东西部夏季降水主要呈反位相变化,20世纪90年代以来最常见的两种雨型是西少东多、东西部一致偏少。（2）位于北半球中高纬度的乌拉尔山高脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽以及亚洲东部高脊的两脊一槽环流型发展、西太平洋副热带高压偏北,是盆西多雨年的环流背景。（3）乌拉尔山、巴尔喀什湖、西伯利亚地区的高脊偏强,贝加尔湖一线以南直到盆东附近地区上空为槽区,东亚中高纬地区以经向型环流为主,西太平洋副热带高压偏南,是盆东多雨年的环流背景。（4）亚欧大陆中高纬环流形势的显著不同,是盆地东西部夏季降水发生年代际变化的主要原因之一。     

气温降水序列时空分布及其相关性分析

本文利用统计模型、线性拟合和相关分析方法,对气温、降水资料的时空分布和相互间的相关性进行了计算,分析了黑龙江省气候特点。结果表明,黑龙江省气温持续显著升高,主要是最低气温和冬季气温显著升高影响;气温、降水在空间上存在正、负相关区域。     

天山北麓植被指数变化特征及其与气温和降水的关系

利用1982-2005年的归一化植被指数(NDVI)和气象资料,研究了天山北麓各地区不同植被类型ND-VI的年际变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:1)近24 a来天山北麓各地区植被指数在波动中有所增长.2)不同植被类型对气候因子的响应不同,但各类型植被NDVI都与气温和降水存在着明显的正相关关系.3)平原区植被指数增幅大于山区植被指数增幅,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响.     

不同硼水平与光照条件的交互作用对春小麦生长发育和结实的影响

用溶液培养法对硼和光照与小麦生长发育及结实率的关系进行了试验研究。结果表明：缺硼小麦株高和干物重下降；光照减弱，小麦干物质和株高明显降低。相反较高硼的供给可以增强小麦的抗逆性。缺硼严重影响小麦结实率，甚至导致小麦不结实；在相同供硼水平下，小麦硼积累量随光照减弱而降低。     

降水与副热带高压位置和强度变化的数值模拟

利用国家气象中心的T63业务数值模式,通过不同的对流潜热加热的敏感性试验,研宄降水对西太平洋反气旋中、短期运动的影响.结果表明,非绝热加热在垂直方向的不均匀将引起加热区附近风场的变化,从而影响到副热带高压位置和强度的改变.而副热带高压的变化又会反过来影响降水区位置的变化.由此证明,在中短期过程中,降水与副高之间存在着相互作用.     

Structure and variability of the Yucatan and loop currents along the slope and shelf break of the Yucatan channel and Campeche bank

Three years (2008–2011) of direct current measurements from a mooring array deployed at the western Yucatan Channel (defined west of 85.6°W) and along the eastern Campeche Bank captured the main characteristics of the Yucatan and Loop Currents and the eddies associated with them. The array was deployed to provide upstream conditions in support of the Loop Current Dynamics Experiment. A substantial portion (60–80%) of the variance at the mooring sections is related to horizontal shifts of the currents due to meanders and eddies. Time-frequency analysis indicates that the velocity time-series are “event dominated”, with higher variability at low-frequencies (40–100 days or longer periods) but with a substantial contribution at higher frequencies (5–25 days periods) particularly strong from October to March. The vertical structure and time evolution of the eddy kinetic energy in a developing Campeche Bank cyclone suggest baroclinic instability dynamics are relevant for its development. Four Loop Current eddies (Cameron, Darwin, Ekman and Franklin) separated during 2008–2011. Ekman and Franklin were particularly dominated by a cyclone associated with a meander trough of the southward flowing branch of the Loop Current (Donohue et al., 2016a, Donohue et al., 2016b) and weaker Campeche Bank cyclones. For Cameron and Darwin, Campeche Bank cyclonic anomalies appear to be nearly as strong as the ones coming from the eastern side of the Loop Current. Eastward shifts of the Yucatan and Loop Currents observed over the sections appear to be linked to vorticity perturbations propagating from the Caribbean and precede several eddy detachments; their significance for the generation of Campeche Bank cyclones and eddy shedding remains to be determined.Time-series of Yucatan Current transport, vorticity fluctuations and Loop Current northward extension during the 3 deployment periods only depict positive correlation in two of them. Given the wide spectrum of variability, much more data are required to determine if a statistically robust relation exists among these variables. Our results clearly illustrate the complexity of the flow in this region and that it is difficult to single out a dominant mechanism that can explain all Loop Current eddy detachments.     

气象水文灾害的防灾减灾教育培训新进展

简要综述了第十届世界气象组织教育与培训大会的主题报告内容.本次大会主要讨论防灾减灾的气象水文教育与培训等问题,集中讨论了"备灾-预防和早期预警"、"减灾-应急、救援和重建"和"跨学科培训"等3个主题,强调集合数值预报系统对于估计出现极端天气事件的风险非常重要,同时必须培训气象、水文工作者使用集合预报中的概率预报信息.中国气象灾害监测、预测和预警已经从单纯提供一般意义上的气象灾害信息提升到有利于社会经济发展的气象灾害服务,既考虑自然因子也考虑经济发展的影响.在跨学科培训方面,将管理知识和气象知识结合起来,可以取得非常好的效果.大会建议提高世界气象组织区域培训中心以及各国气象水文部门培训单位的培训能力,主要通过提供防灾减灾的专门培训单元,对自然灾害风险管理短期课程进行指导,重视各国气象水文部门对于管理和传播领域培训的需求.     

Decadal predictions of the cooling and freshening of the North Atlantic in the 1960s and the role of ocean circulation

In the 1960s North Atlantic sea surface temperatures (SST) cooled rapidly. The magnitude of the cooling was largest in the North Atlantic subpolar gyre (SPG), and was coincident with a rapid freshening of the SPG. Here we analyze hindcasts of the 1960s North Atlantic cooling made with the UK Met Office’s decadal prediction system (DePreSys), which is initialised using observations. It is shown that DePreSys captures—with a lead time of several years—the observed cooling and freshening of the North Atlantic SPG. DePreSys also captures changes in SST over the wider North Atlantic and surface climate impacts over the wider region, such as changes in atmospheric circulation in winter and sea ice extent. We show that initialisation of an anomalously weak Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), and hence weak northward heat transport, is crucial for DePreSys to predict the magnitude of the observed cooling. Such an anomalously weak AMOC is not captured when ocean observations are not assimilated (i.e. it is not a forced response in this model). The freshening of the SPG is also dominated by ocean salt transport changes in DePreSys; in particular, the simulation of advective freshwater anomalies analogous to the Great Salinity Anomaly were key. Therefore, DePreSys suggests that ocean dynamics played an important role in the cooling of the North Atlantic in the 1960s, and that this event was predictable.     

3T测风图的原理及应用

介绍了3T测风图的制作原理及其在2000年7月3－7日河南省连续性大暴雨过程中的应用结果。