冬季北太平洋与北大西洋上空风暴轴特征比较与分析

采用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料,选取850,700,600,500,250hPa层风场(u,v)、垂直运动场(ω)、位势高度场(H)和温度场(T),对北半球冬季(12、1、2月)太平洋和大西洋上空风暴轴的特征及影响因素进行了分析和比较。结果表明,北半球冬季风暴轴最强中心位于北大西洋上空,北太平洋高空急流的强度明显大于大西洋高空西风急流的强度。通过诊断分析北太平洋与北大西洋上空风暴轴的影响因素,发现北太平洋和北大西洋上空风暴轴强度的影响因素具有明显的差异:在北太平洋上空,涡度平流随高度的变化和厚度平流项对风暴轴的作用较大西洋而言更明显,而涡动能量的向上输送对北大西洋风暴中心的作用更大。对风暴轴年际变化的分析发现,两大洋风暴轴在1980年代之后均有明显的增强现象,而在空间分布的时间演化上,两大洋风暴轴有着相反的演化:太平洋风暴轴有向西南方向移动的趋势,而大西洋风暴中心则略微向东北方向移动。     

冬季赤道中东太平洋海温异常对北半球两大洋风暴轴协同变化的可能影响

利用NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)提供的再分析资料和CPC(National Climate Prediction Center)提供的Nino3.4指数,研究了与赤道中东太平洋海温异常相对应的ENSO(El Nio-Southern Oscillation)不同位相对同期北半球海气耦合关系及两大洋风暴轴协同关系的影响,具体结论如下:1)赤道中东太平洋海温异常与冬季北半球两大洋风暴轴协同变化关系密切,具体表现为海温正异常时对应北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴同时增强,且大西洋风暴轴整体和太平洋风暴轴东部位置南压,海温负异常时则相反。2)海温正异常(El Nio)年时,对流层中层极涡向北太平洋地区伸展,西北太平洋副热带高压增强西移,东亚大槽减弱,高度场异常对应WP(Western Pacific pattern)、EA(Eastern Atlantic pattern)型遥相关的负位相和PNA(Pacific-North American pattern)型遥相关正位相,对流层低层加拿大高压增强,阿留申低压强度增强并向东南方向移动,东亚急流增强东伸,北美急流强度增强,欧亚大陆50°N附近西风增强,经向环流减弱,北半球的斜压异常分布有利于北太平洋东部风暴轴南侧以及中西部风暴轴的有效位能向扰动动能转换,使得风暴轴增强东部南压,北大西洋风暴轴南部斜压增强,使得风暴轴整体偏南,中、西部强度增强。海温负异常(La Nia)年时,海温和环流异常在两大洋基本与El Nio年相反,对应两大洋风暴轴强度同时减弱,同时北大西洋风暴轴整体和北太平洋风暴轴东部北抬。3)海温正异常(El Nio)年时,北美大陆为北暖南冷的异常分布,60°N以南的东亚地区除我国西南外基本为温度异常升高。海温负异常(La Nia)年时,由于高度场和风场异常在欧亚大陆和北美大陆上的异常分布与El Nio年时并不是完全相反,使得温度场异常主要表现在北美南部和东亚北部异常升高。     

全球变暖背景下基于Non-Boussinesq POP模式对海平面高度的模拟和预估

用Non-Boussinesq POP模式和1986—2005年SODA再分析资料的海表面温度、盐度和风应力,模拟了1986—2005年间的全球海平面变化,并根据RCP4.5和RCP8.5两种代表性浓度排放情景下未来气候变化趋势的预测,对未来一个世纪的海平面变化进行预估,在仅考虑热膨胀的前提下,得到了如下结论:(1)在过去20 a间,全球平均海平面高度上升了56 mm,上升较大的海域主要为西北太平洋、南太平洋中部和南大西洋;(2)到2100年,RCP4.5情景下全球平均海平面上升0.36 m,RCP8.5情景下全球平均海平面上升0.43 m;(3)未来海平面变化较大的海域包括西北太平洋、西南太平洋、西南大西洋和印度洋,南大洋、北大西洋和赤道太平洋海平面变化相对较小。     

冬季鄂霍次克海海冰对北太平洋风暴轴年际变化的影响

利用北极海冰密集度资料和NCEP＼NCAR再分析资料，运用统计方法讨论了冬季鄂霍次克海及其邻近海区海冰异常与同期北太平洋风暴轴的联系。结果发现，冬季鄂霍次克海西南部海区海冰面积异常与北太平洋海温异常共同作用对北太平洋风暴轴在西北一东南方向的伸缩及强度的年际变化有重要影响，而在海温异常的共同作用下，鄂霍次克海东北部及舍列霍夫海海区海冰面积异常则主要影响风暴轴的南北位移和强弱。     

水温变暖对西北太平洋柔鱼潜在栖息地分布的影响

根据影响西北太平洋柔鱼栖息地分布的主导环境因子—海表面温度,基于最大熵模型,利用1996?2005年气候历史数据和两种不同情景（RCP4.5和RCP8.5）下的气候预估数据,分析了1996?2005年、2021?2030年、2051?2060年、2090?2100年主要捕捞月份（7?10月）柔鱼潜在栖息地变化。结果表明,柔鱼渔场纬度方向空间分布呈季节性南北移动;随着未来气候变化,在RCP4.5和RCP8.5两种情景下,2021?2030年、2051?2060年、2090?2100年7?10月柔鱼潜在栖息地分布较1996?2005年7?10月均呈现向北极移动趋势,适宜面积增加。推测柔鱼渔场季节性南北移动可能受各月适宜海表面温度范围变化的影响,在RCP4.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动1°～2°,适宜面积增加3%～13%;在RCP8.5情景下,到21世纪末,各月柔鱼潜在最适宜生境向北移动3°～5°,适宜面积增加42%～80%。     

CMIP5模式对登陆中国热带气旋活动的模拟和预估

基于中国气象局热带气旋最佳路径数据集,结合7个全球耦合模式在4个气候情景(Historical、RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下的模拟场,对比分析了模式模拟1986—2005年登陆我国热带气旋(LTC)活动的气候特征,并评估了未来(2026—2045年)不同气候情景下LTC活动的频数和强度变化特征。结果表明:在Historical情景下虽然各模式模拟的1986—2005年LTC均少于观测值,但仍然较好的再现LTC的季节分布、地理位置分布和强度分布特征。未来气候情景下不同强度LTC的频数预估则显示,相对于Historical情景,RCP2.6和RCP8.5情景下较弱的LTC有减少的趋势,而较强的LTC则表现为略微的增加。另外,对比不同模式的结果可以发现,模式中若中国大陆近海区域平均垂直风切变和海平面气压较大,则其对应的LTC活动较少;若模式中海表温度较高,则LTC的平均登陆强度较大。     

未来中国近海海冰变化特征的预估研究

基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的全球气候预估数据,分析了黄、渤海区域内海表面2m气温的增量,并将该增量叠加在1978—2008年的再分析气象场上,驱动海冰-海洋耦合模式,对2015—2045年黄、渤海的海冰变化特征进行了预估。结果显示:在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5 4种排放情景下,辽东湾、渤海湾、莱州湾和黄海北部4个海湾的海冰均呈现显著减少的趋势。但随着排放增多,4个海湾的海冰并非单调的减少,而在RCP4.5下减少最多,RCP6.0和RCP8.5次之,RCP2.6最少。对4种情景下的海冰冰情进行平均,可以发现4个海湾结冰面积依次减少438、121、23和84 km2;结冰范围依次减少9、7、2和7 nmi(海里,1 nmi=1.852 km)。就整个黄、渤海而言,未来31a内结冰面积减少24%,结冰范围减少19%,持续天数缩短10%。     

基于PMIP2气候模式模拟的中全新世北大西洋涛动

根据PMIP2中的4个海气耦合模式对中全新世气候的模拟结果,利用现代和中全新世两个时间段的冬季海平面气压场(SLP),分析了北大西洋海平面气压的变化情况并计算了这两个时间段的北大西洋涛动(NAO)指数。结果表明,中全新世亚速尔高压加强,冰岛低压加深,南北气压差增加,NAO强度显著增强。对中全新世北大西洋地区SLP进行经验正交函数(EOF)分析显示,4个模式均能捕捉到了NAO的主要结构。中全新世NAO处于正位相的时间较现代提高了10%~30%,其中MIROC3.2提高了29.3%;虽然NAO指数振幅变化不大,但还是能显示中全新世NAO显著强于现代,这与地质资料恢复的结果相一致。对NAO指数的多窗谱分析显示,现代NAO指数存在3~5 a的准周期变化,中全新世NAO指数存在3 a的准周期变化。NAO对中全新世亚洲地区冬季增温有重要影响。北大西洋地区中纬度海面温度(SST)的增温可能是导致中全新世NAO强度增强的一个重要因素。     

变化环境下中国东南沿海致灾气旋及其人口暴露度研究

本文基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM (CCLM)输出,研究中国东南沿海地区2021—2050年RCP2.6、4.5、8.5情景下致灾气旋的时空变化特征。并采用人口-发展-环境分析模型(PDE),预测共享社会经济路径SSP2下东南沿海地区人口发展趋势,揭示了致灾气旋人口暴露度演变。研究表明:(1) RCP2.6情景,东南沿海地区平均每年发生致灾气旋6.3次,风速和降水量较基准期(1986—2005年)分别增加9%和15%,72%区域致灾气旋人口暴露度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.1亿和0.1亿。(2) RCP4.5情景,致灾气旋年均发生7次,风速和降水量较基准期分别上升16%和32%,89%地区致灾气旋暴露人口增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.6亿和0.5亿。(3) RCP8.5情景,致灾气旋年均发生5.8次,风速和降水量较基准期分别增加32%和50%,65%区域致灾气旋暴露人口度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加5.7亿和1.9亿。(4)相比RCP2.6,RCP8.5情景致灾气旋风速和降水量高出23%和35%,暴露于超基准期最大影响面积和最强风速的致灾气旋人口分别多3.6亿和1.8亿。控制温室气体浓度对降低致灾气旋的不利影响具有重要意义。     

基于SLAMM模型的海平面上升对广西沿海红树林影响研究

本文基于SLAMM模型分析了不同情景下海平面上升对广西沿海红树林分布面积的影响及其空间差异,通过对比实验定量分析了潮差和沉积速率的作用。结果显示,与基准年2007年相比,2100年广西红树林面积在当前海平面上升速率、典型浓度路径RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下分别减少0.57%、4.99%、7.99%和17.39%,珍珠港、茅尾海、丹兜海和英罗港受影响程度较大。当地潮差与红树林面积减少率呈负相关关系。需维持红树林生长区域的沉积速率以应对未来的海平面加速上升。     

冬季北美大西洋地区温带气旋的活动特征及与NAO的关系

基于气旋识别追踪算方法和ERA-Interim再分析数据,提取获得了北美北大西洋地区(20°N-80°N,130°W-0°W)1979-2012年冬季的温带气旋数据集。经统计分析表明,温带气旋的生成源地和活动范围有向西南方向漂移的趋势,且温带气旋生成源地的平均纬向、经向位置,以及其活动范围的平均经向位置与冬季NAO指数具有显著相关性。通过进一步合成分析发现,冬季NAO正位相事件期间700 h Pa强斜压性区域较负位相事件期间偏北、偏东,这在一定程度上解释了不同位相事件期间温带气旋生成源地的分布差异。NAO正位相事件期间500 h Pa的西风带位置较负位相事件期间偏北则是NAO正位相事件期间温带气旋活动范围偏北的原因。而冬季NAO正(负)位相显示出减少(增加)的趋势,进而导致了研究区域内温带气旋的生成源地向西南偏移,活动范围向南偏移。     

大西洋海表温度异常与中国东北地区夏季降水的关系

本文利用1950～1992年全球海温月平均(2°×2°)和NCAR／NCEP提供的1950～1997年全球500hPa月平均高度(2．5°×2．5°)资料,分析了大西洋海表温度异常的特征及其与中国东北地区夏季降水的关系。结果指出北大西洋冬季海表温度经验正交展开的第二特征向量表明海表温度的距平分布有南北差异的异常特征其中心位置和中国东北地区夏季降水与冬季大西洋海表温度相关显著区中心基本重合;北大西洋冬季海表温度出现南暖北冷异常时,北大西洋中高纬度地区的阻塞形势偏强,与之相对称的北太平洋北部的阻塞高压也偏强,对应夏季东亚西风环流指数偏低,造成东北地区夏季降水偏多。     

大西洋海表温度异常与中国东北地区夏季降水的关系

利用1950～1992年全球海温月平均(2°×2°)和NCAR/NCEP提供的1950～1997年全球500hPa月平均高度场(2.5°×2.5°)资料，分析了大西洋海表温度异常的特征及其与中国东北地区夏季降水的关系。结果指出北大西洋冬季海表温度经验正交展开的第二特征向量表明，海表温度的距平分布有南北差异的异常特征；其中心位置和中国东北地区夏季降水与冬季大西洋海表温度相关显著区中心基本重合北大西洋冬季海表温度出现南暖北冷异常时，同期北大西洋中高纬度地区的阻塞形势偏强，与之相对称的北太平洋北部的阻塞高压也偏强，对应来年夏季东亚西风环流指数偏低，造成东北区夏季降水偏多；反之亦然。     

中美洲古地理制约了上新世北冰洋软体动物的迁移

白令海峡首次张开和中美洲航道关闭是新生代晚期两个最重要的古地理和海洋事件。除了其区域生物地理效应外 ,这些事件改变了北太平洋和北大西洋航道的形态 ,对北半球大洋环流和气候产生了重要影响。白令海峡首次张开所产生的最引人注目的结果是软体动物在北太平洋、北冰洋和北大西洋之间的交流。这一事件被称为“横越北冰洋的交流” ,涉及２９５个软体动物种 ,其中源于太平洋的２６１个 ,源于大西洋—北冰洋的３４个。由于新第三纪晚期的这种交流 ,现今北冰洋软体动物的大部分源于北大西洋 ,尤其表现在北美北冰洋和西伯利亚东北部海岸 ,而大…     

海平面上升对海岸侵蚀影响评估:平衡剖面模型（英文）

评估了海平面上升情景和共享社会经济发展路径下辽东湾砂质海岸潜在侵蚀状况及其社会经济影响。结果显示,2100年辽东湾海平面将上升20～43厘米。在所有海平面上升情景下土地损失均增加,2100年RCP8.5情景下土地损失最大达到32.1平方千米。受海岸侵蚀影响,沿海人口将被迫迁移,SSP3情景下人口增长较快且迁移人数最多,2100年SSP3/RCP8.5情景下将达到3.1万人。2050年后,不同情景下的迁移人口差别将增大,在RCP2.6和RCP4.5情景下人口迁移速率将逐渐减小。2100年,SSP5/RCP8.5情景下海岸侵蚀经济损失最大将达到80.5亿元,而在海岸侵蚀造成的经济损失中,土地损失比人口迁移损失小两个数量级。在所有情景下,海岸侵蚀经济损失占当地GDP的份额约为1.12‰～4.76‰,这值得当地管理部门关注,并采取减缓海岸侵蚀的措施,尤其是加强对旅游沙滩的保护。建议采取最优的海岸防护方案,重点对价值较高的沙滩进行养护,在海岸侵蚀影响较小的区域可不采取养护措施。     

格陵兰冰心记录的北大西洋振荡动力学

北大西洋振荡（ＮＡＯ）是北半球多年气候波动之一,而且一般是根据冰岛和亚速尔群岛间的压力差用指数来描述的。就多年的时间尺度来说,ＮＡＯ的变化对北大西洋和欧洲气候有巨大影响,并且对北半球最近表面温度变暖趋势也有巨大影响。在最近的几十年间,冬季指数主要处于...     

冬季北极涛动异常对北太平洋风暴轴的可能影响

基于美国国家海洋和大气局气候预测中心公报的北极涛动(Arctic Oscillation,AO)指数逐月数据以及美国国家环境预报中心和大气研究中心的1986—2017年逐日再分析资料等,运用回归和合成分析等方法,分析了北极涛动与北太平洋地区风暴轴的时间演变特征、两者之间的联系及AO异常影响风暴轴的可能机制。结果表明:1)风暴轴经度指数与纬度指数有显著正相关性,两者具有同步变化的特征,而这两者与风暴轴强度指数都呈负相关,但不显著。AO指数与北太平洋风暴轴强度呈显著正相关,且AO指数与风暴轴经度、纬度指数也呈正相关,但并不显著。2)在北极涛动强正(负)位相年份,风暴轴区域天气尺度滤波方差强(弱)、500 h Pa高度场上东亚大槽减弱(加深)、急流偏北偏强(偏南偏弱)、扰动动能增强(减弱)、斜压性增强(减弱)。可能影响机制是,异常变化的AO影响东亚大槽,改变急流强度,使斜压性发生变化,进而对风暴轴产生影响。     

渤海、北黄海冰情与太平洋副热带高压的统计关系

对1975—2006年逐月太平洋副热带高压面积和强度指数序列与渤海、北黄海冰情等级序列进行了统计分析,计算结果表明,8月和12月太平洋副热带高压面积和强度指数与冰情等级具有良好的相关关系。利用回归方法得到它们之间的统计关系,回归结果表明,太平洋副热带高压面积和强度指数越大,当年冬季冰情越轻,该统计关系对中国冰情预报具有一定的参考意义。     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。     

晚春北极涛动对夏季西北太平洋热带气旋生成频数的影响

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心 (NCEP/NCAR)再分析资料以及中国气象局发布的热带气旋(TC)最佳路径数据集,本文探讨了1950–2018年期间晚春(5月)北极涛动(AO)与随后夏季(6–9月)西北太平洋上空热带气旋生成频数的关系。研究表明,晚春AO对夏季西北太平洋TC生成有明显的预报指示意义,二者之间存在显著的正相关关系。对应晚春AO指数偏高年,夏季西太平洋副热带高压主体位置偏东偏北、强度偏弱,西北太平洋上空大气低层有较强的辐合、高层辐散增强、中层水汽充足、垂直风切较弱,这些大尺度环境因子均有利于TC的生成。而在晚春AO指数偏低年,西北太平洋上空的大气环流特征与上述特征相反,造成TC生成频数偏少。进一步的分析揭示:与AO变化密切相关的北太平洋风暴轴位置的南北移动,在晚春AO与夏季西北太平洋TC生成频数二者关系中起到了关键作用。AO正位相(负位相)年,北太平洋风暴轴向北(向南)偏移,通过天气尺度波动和平均流之间的相互作用,造成后期夏季西北太平洋上空低层形成气旋性(反气旋性)涡度异常,在局地经向环流的调整作用下,西北太平洋副热带高压的位置及强度发生改变,对西北太平洋TC的形成起到了促进(抑制)作用。