未来极端降水对气候平均变暖敏感性的蒙特卡罗模拟试验

利用Weibull分布拟合逐日降水的原始分布模式,并基于统计降尺度和蒙特卡罗随机模拟方法,对中国东部区域各站逐日极端降水量在未来气候变暖条件下的响应特征进行统计数值试验.结果表明,在全球变暖背景下,区域平均温度的改变即可导致区域极端降水概率分布特征的变动.从两个典型代表区域的预估结果中可见,长江中下游南部平均降水量对平均温度升高有正响应,模拟得到的区域极端降水概率分布曲线有明显的向右平移,导致大量级的极端降水的再现期缩短即概率增大.山东及渤海湾区域平均降水量对平均温度升高有负响应,模拟得到的区域极端降水概率密度分布尺度参数变小更明显,即方差增大,表现为左右两侧概率密度增加,同样导致大量级的极端降水再现期缩短即概率增大.本文仅考察了气候均值改变条件下,未来区域气候极端值的概率预估的可行性方案.对于未来气候方差的变化并未作试验,但理论上已经证明,未来气候极端值的概率对于气候方差变化的敏感性可能更大.由于目前尚未整卵出考察方差变化的较为完整的实际观测资料,该问题还有待进一步深入研究.     

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Ⅰ.基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上,利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料,从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力.结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好,而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差,模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟.(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力,而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差.(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势,但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差.模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟.模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可,但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差.研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考.     

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 I. 基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上, 利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料, 从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力。结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好, 而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差, 模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟。(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力, 而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差。(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势, 但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差。模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟。模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可, 但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差。研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考。     

Anthropogenic influence on the extreme drought in eastern China in 2022 and its future risk

2022年夏季中国东部地区遭遇了一次持续性极端高温干旱事件.本文利用CMIP6检测归因比较计划(DAMIP)数据,量化了人为强迫对类2022年极端干旱事件发生概率的影响,并基于未来不同增暖情景试验给出了此类极端干旱事件的未来变化预估.通过分析不同外强迫因子作用下此类极端干旱事件的发生概率变化,发现人为强迫使此类极端干旱事件的发生概率提高约56%,这主要与人为强迫下中国东部平均水汽减少和平均上升运动减弱有关.进一步通过分析此类极端干旱事件对不同温室气体排放情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP5-8.5)的响应,发现在低排放情景下类2022年极端干旱事件的发生概率较当今气候显著下降,这主要与中国东部平均水汽的增加和平均环流的变化有关,而在高排放情景(SSP5-8.5)下,此类极端干旱事件的发生概率较当今气候增加约79%,这主要与高排放情景下平均下沉运动增强有关.该研究表明,人为强迫通过调制气候平均背景场从而引起极端事件发生频次的变化是人类活动影响极端气候事件的重要途径之一,极端干旱事件对温室气体排放量的响应可能是非线性的.     

近55年玉树地区气温变化特征分析及其未来趋势预估

利用玉树地区5个气象台站1961—2015年逐月气温资料,采用气候趋势系数等统计方法分析了近55年来气温年代际变化及其异常特征,并结合CMIP5计划21个全球气候耦合模式模拟结果对未来气温变化趋势进行了预估。结果表明:(1)近55年来玉树地区年平均气温、最高和最低气温均显著升高,21世纪上升趋势更为突出;全区增温总体上呈现出"西北高、东南低"的空间分布特征。(2)各季平均气温也在显著上升,其中冬季升温最明显,达0.48℃/10 a,对年气温升高的贡献率最大。(3)气温偏冷年基本出现在20世纪60年代—80年代;偏暖年集中出现在21世纪,进入本世纪气温偏暖频次明显增多。(4)在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下,玉树地区未来的气温变化都以增温为主,其中在中(RCP4.5)、高排放(RCP8.5)情景下增温效应更加显著。     

针对江苏省气温和降水的高分辨率降尺度模拟及预估北大核心

本文利用WRF模式,以25 km分辨率数值模拟结果作为驱动场,对江苏省现代和未来15 a的气候进行5 km高分辨率降尺度模拟及预估。结果显示,高分辨率降尺度模拟对其驱动场具有显著的提高,降水的负偏差和气温冷偏差均有所降低,其模拟的降水与气温概率分布与观测更为接近;对于极端指数,WRF模式能够模拟出其基本分布,除连续湿润日数CWD和极端高温TXx之外,高分辨率模拟对其他指数的模拟均有显著的提升。在RCP8.5排放情景下对未来气候变化的预估表明,江苏降水在夏季以减少为主,在春季则以增加为主,全年平均降水存在减少趋势;未来0~1 mm·d^(-1)的微弱降水发生概率将增加,小雨、中到大雨以及暴雨发生的概率均降低,而暴雨强度的增强导致极端强降水R95显著增加;气温25℃以上高温发生的概率在未来有所增加,而0℃以下的低温发生概率减小,从而导致暖持续日数显著增加,而冷持续日数减小,另外,极端高温和极端低温都有显著的升高。     

不同气候背景下我国冬夏两季极端气温特征分析

利用全国175个测站1960—1999年间的日平均气温资料,分别选取1960—1989年(气候态A)、1970—1999年(气候态B)作为气候背景,采用蒙特卡洛显著性检验法检验了这两个气候态背景下我国冬夏两季季节平均气温的差异显著性。并在此基础上利用气候百分位法分别分析了在这两个气候态背景下2000—2010年间我国冬夏两季的极端气温特征。分析结果表明,相对于夏季,冬季气候态A、B背景下季节平均气温的差异更为显著。冬夏两季,我国大部分地区极端低温事件的发生频率相对较低,而极端高温事件的发生频率相对较高。由于气候态B包含了全球变暖特征最为显著的20a,故在气候态B背景下,冬夏两季极端低(高)温事件的发生频率要高(低)于气候态A,这与全球变暖的趋势相吻合。     

青藏高原极端气温的动力降尺度模拟北大核心CSCD

利用ERA-Interim再分析资料作为边界条件,基于耦合陆面模式Noah-MP的区域气候模式WRF在东亚区域进行了动力降尺度模拟(简称WRF2),对比格点观测资料,评估了动力降尺度对青藏高原极端气温指数的模拟能力,在此控制试验基础上,分别将WRF的陆面模式替换为Noah LSM,边界条件替换为CCSM4,进行了两组敏感性试验(分别是WRF1和WRF3),通过与控制试验的比较,分析了边界条件和陆面模式对极端气温指数模拟的影响。结果表明,WRF2能较好地模拟青藏高原极端气温指数气候态的空间分布,但存在一定的冷偏差;受边界条件影响WRF3模拟的极端气温指数的气候倾向率存在负偏差。同时,尽管采用不同的边界条件,耦合相同陆面过程的两次数值试验对极端气温空间分布的模拟能力相似,相比WRF2,WRF1表现出更强的冷偏差;但边界条件对极端气温指数气候倾向率的影响大于陆面模式,WRF3模拟的极端气温指数气候倾向率与观测结果更为接近。     

PRECIS模拟系统对中国地面气温变化的QUMP集成预估

利用英国Hadley中心QUMP模式(Quantifying Uncertainties in Model Projections)集合的5组敏感性试验产生的全球气候背景场驱动区域气候模拟系统PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)产生的降尺度数据,分析PRECIS对中国地面气温变化的模拟能力,同时对SRES A1B温室气体排放情景下21世纪中期(2021~2050年)中国区域的温度做出预估。模拟能力分析结果显示:PRECIS在5组背景场驱动下都可以较好地模拟出气候基准时段(1961~1900年)中国区域气温的年变化和时空分布特征,但存在暖偏差,高敏感度模拟实验的暖偏差幅度要大于中低敏感度。预估结果显示:5组敏感性试验降尺度模拟的温度均呈增加趋势,其中最低温度的变暖幅度高于平均温度和最高温度。高敏感度试验Q10模拟的升温幅度介于低敏感度模拟和中敏感度模拟之间,其他敏感性试验表现出高敏感度模拟的升温幅度高于中敏感度模拟,而中敏感度模拟高于低敏感度模拟。从模拟的升温空间分布上看,西北地区升温幅度最显著,可达2.08~2.61°C,华南地区升温幅度相对较小,为1.33~1.84°C,但不同敏感度模拟的升温幅度具有一定的区域差异。     

青藏高原极端气温的动力降尺度模拟

利用ERA-Interim再分析资料作为边界条件,基于耦合陆面模式Noah-MP的区域气候模式WRF在东亚区域进行了动力降尺度模拟(简称WRF2),对比格点观测资料,评估了动力降尺度对青藏高原极端气温指数的模拟能力,在此控制试验基础上,分别将WRF的陆面模式替换为Noah LSM,边界条件替换为CCSM4,进行了两组敏感性试验(分别是WRF1和WRF3),通过与控制试验的比较,分析了边界条件和陆面模式对极端气温指数模拟的影响。结果表明,WRF2能较好地模拟青藏高原极端气温指数气候态的空间分布,但存在一定的冷偏差;受边界条件影响WRF3模拟的极端气温指数的气候倾向率存在负偏差。同时,尽管采用不同的边界条件,耦合相同陆面过程的两次数值试验对极端气温空间分布的模拟能力相似,相比WRF2,WRF1表现出更强的冷偏差;但边界条件对极端气温指数气候倾向率的影响大于陆面模式,WRF3模拟的极端气温指数气候倾向率与观测结果更为接近。     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.84,均方根误差分别为0.064和0.071 cm³/cm³;对于植被光学厚度,2018年与2020年的相关系数均为0.98,均方根误差分别为0.079和0.084.研究结果表明,CyGNSS可作为一种新型且独立的泛热带土壤水分与植被光学厚度反演手段.     

数值天气预报中分析同化基本方法的历史发展脉络和评述

数值天气预报中分析同化的基本方法先后经历了多项式函数拟合方法、逐步订正方法、最优插值方法、变分方法和集合卡尔曼滤波方法。本文首先根据相关的经典文献力求本色地介绍这些方法的基本思想和实施的具体要点;然后,着重于它们的上下承接关系,试图阐述同化的历史发展脉络,评述这些方法的显著特征和创新性,以期清晰地理解资料同化的循序渐进的内在发展逻辑。此外,从起源上阐明“主观分析”与“客观分析”、“初猜场”与“背景场”、“分析”与“同化”、以及“更新”、“新息”等基本概念,以期准确地理解和把握“大气资料同化”的由来和内涵。     

Tropospheric transformation products of a series of hydrofluorocarbons and hydrochlorofluorocarbons

The products of the Cl-atom initiated reactions of a series of hydrofluorocarbons (HFCs) and hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) in air have been investigated at 298 K and one atmosphere (740 Torr total pressure) of air. The products observed and quantified and their yields (%) were as follows: from CHF₂Cl (HCFC-22), C(O)F₂ (100%); from CHFCl₂ (HCFC-21), C(O)FCl (100%); from CH₂FCl (HCFC-31), HC(O)F (100%); from CH₃F (HFC-41), HC(O)F (100%); from CH₃CFCl₂ (HCFC-141b), C(O)FCl (100%); from CH₃CF₂Cl (HCFC-142b), C(O)F₂ (100%); from CH₃CHF₂ (HFC-152a), C(O)F₂ (92%); from CHCl₂CF₃ (HCFC-123), CF₃C(O)Cl (98%); from CHFClCF₃ (HCFC-124), CF₃C(O)F (101%); and from CHF₂CF₃ (HFC-125), C(O)F₂ (100%). The reaction mechanisms are discussed.     

不同地区温度变化对缺血性心脑血管疾病影响的比较研究

本文综合探究了日平均气温、24h变温和气温日较差变化对缺血性心脑血管疾病发病人数的影响,采用分布滞后非线性模型(DLNM)与广义相加模型(GAM),分别探析了2015—2016年安徽省阜南县和贵州省锦屏县日平均气温、24h变温和气温日较差与缺血性心脑血管住院病人数的暴露—反应关系。结果表明:气温日较差大于15℃缺血性心脑血管疾病相对风险剧烈升高,并呈现明显的即时效应,且其相对风险随滞后日增加和气温日较差增加达到叠加效应的峰值。当24h内气温下降7℃以上,缺血性心脑血管疾病相对风险开始明显上升,下降10℃以上呈现显著的即时效应。统计分析发现,两县在春季达到上述阈值概率最高,因此缺血性心脑血管疾病住院人数也在春季达到峰值,特别是雨水至清明节气时段为两县住院人数共同最高峰时段;值得注意的是,地处西部的锦屏县夏季缺血性心脑血管疾病发病人数也较多。此外,降温过程与节气转换也是导致两县缺血性心脑血管疾病住院人数阶段性增多的主要天气与气候因素。     

A study of track deflection associated with the landfall of Tropical Cyclone Sidr (2007) over the Bay of Bengal and Bangladesh

In this study, the dynamics of track deflection associated with Tropical Cyclone (TC) Sidr (2007) are explored using a numerical weather prediction model. It is found that (a) the simulated track of Sidr is sensitive to flow, orographic, and model vertical structure that change the environmental steering flow leading to the track deflection. In particular, the track of TC Sidr is deflected northwestward for cases with lower domain height, horizontal domain covering only part of Himalaya mountains, and varying mountain heights; (b) the simulated track of TC Sidr, when compared with GFS reanalysis data, is mainly controlled by its deep-layer environmental steering flow as a point vortex; (c) the northwestward deflection with lower domain height is caused by an artificially larger high pressure at lower levels in the vicinity of the Himalayas, due to the upward propagation of wave energy being reflected by the upper domain boundary; (d) the significant northwestward deflection associated with the varying mountain height cases is due to the cyclone vortex being advected by the northeasterly monsoonal flow, which is blocked by the mountains in the corresponding cases with mountains; (e) the northeastward track deflection after the landfall of Sidr is explained by the addition of the frictional force.In summary, the model vertical domain height and the Himalaya mountain representation play key roles in influencing the accuracy of TC Sidr track simulation, compared with other factors, such as the vertical resolution, at least for TC Sidr.     

TRMM星载测雨雷达和地基雷达反射率因子数据的三维融合

TRMM卫星上的测雨雷达(TRMMPR)探测资料分布均匀且具有很高的垂直分辨率,但灵敏度较低;地基雷达(GR)水平分辨率较高且具有较高的灵敏度,但其垂直分辨率低。通过将TRMM PR与GR反射率因子数据的三维数据融合,得到了更优的反射率因子图像。测雨雷达与地基雷达三维数据融合主要分为以下几步:测雨雷达与地基雷达数据预处理——如去杂波、衰减校正;测雨雷达与地基雷达时空匹配;选取和应用合适的三维图像融合算法;对融合后的图像进行效果评估。试验结果表明:融合后的图像不仅增大了信息量,更好地检测弱降水,还提高了空间三维(3D)分辨率,能更好地反映降水区域细节,且使得数据总体上具有更高的完整性和可靠性。此外,还将基于雷达资料估测的降水数据与地面雨量计数据进行对比,估计反射率因子数据融合在降水测量上的有效性。      

青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)的个例分析及其比较

对1995年7月25—28日高原上连续数日出现MCSs的现象进行了红外云图特征及其演变、大尺度环境背景场和对流有效位能的分析。可以发现，所有这些MCSs有着相似的日变化演变过程；它们的初始对流在中午由于日射加热开始活跃，之后迅速发展，这些MCSs在后下午形成，在傍晚达到最强，之后逐渐减弱。其中26日MCS最为强大，它是在单一的强大的近于圆形的高原反气旋高压背景下受强的低层热力强迫和条件不稳定的驱动而发生的。这些发生条件都与高原本身的热力作用紧密相关，所以它的发生发展主要与高原特有的较为纯粹的热力因子相联系。28日MCS是另一个很强的MCS，它明显地受到中纬度西风槽的斜压区的影响，这二个很强的MCS有着不同的发展机制和显著不同的表现特征。     

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变?

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料 (1951年1月～2005年12月), 研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡 (TBO) 的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明, 中国东部地区夏季降水TBO信号显著, 高值区基本呈带状分布, 方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开 (REOF), 将东部地区划分为东北地区、 河套地区、 淮河流域、 长江流域、 华南西部、 华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明: (1) 东部夏季降水振幅变化TBO信号明显; (2) 各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征, 表现出不同的年代际变化。淮河流域、 长江流域和华南中部降水TBO特征较明显; 华南西部和东北地区降水TBO特征较弱; 河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征, 但1990年代后, TBO特征趋于不明显; 华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显, 以后TBO特征减弱; (3) 淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带, 是夏季降水TBO的敏感地区。