北大西洋涛动变率研究进展

介绍了近年来北大西洋涛动研究的最新进展。 NAO指数序列的建立取得了很多成果 ,包括一些观测气象记录的序列以及利用树木年轮、冰芯等代用资料建立的近 30 0多年的序列 ,这些长的序列显示 NAO不仅有突出的年际变率 ,也有显著的年代际变率。总结了 NAO对地面温度、降水、北大西洋飓风和北半球臭氧等影响的一些研究成果。NAO的低频变率可能与气候系统内部的相互作用以及外部强迫有关。许多模拟研究发现 NAO与温盐环流有密切的联系 ,但是这种关系还有待观测资料的证实。全球气候变暖也可能是影响 NAO变率的一个不可忽视的因素。     

古AO/NAO的研究进展

20世纪90年代中后期北大西洋涛动(NAO)年代际变率的发现与北极涛动(AO)概念的提出,引发了持续至今的古AO/NAO研究热潮。从观测和模拟两方面对多时间尺度的古AO/NAO研究进展做了系统的回顾与总结,包括近千年AO/NAO序列的重建,全新世AO/NAO变化趋势的争议,末次冰盛期AO/NAO振幅的减弱,末次间冰期AO/NAO的异常偏正,以及AO/NAO的气候平均态与振幅2个关键概念的区分。其中对不同时段AO/NAO的变化机理做了简要概括与讨论。在此基础上,建议在今后的古AO/NAO研究中,除了寻找时间更长、与AO/NAO显著相关的代用资料外,还要着力加强气候模拟方面的工作,特别是长时间瞬变模拟及对关键外强迫因子开展敏感性试验。只有将观测与数值模拟相结合,才可进一步增进对AO/NAO与气候背景间动力机制的理解。在过去20年间,气候学界对AO/NAO的广泛研究,对于理解全球变暖背景下AO/NAO的变化过程、并提高其可预报性都具有重要意义。     

年代际气候低频变率诊断研究进展

对近十年年代际气候低为率的诊断研究作了综合评述,指出年代际及以上尺度的变率可能就是气候系统数十年尺度低频振荡或气候基本态的自然表征,控制着更小时间尺度ＥＮＳＯ变率,对这一问题的深入研究不公有助于提高气候变率的认识,而且对检测人为因素在全球变暖中的相对贡献也具有重要的意义。     

大尺度驱动因子对新疆极端冷事件的单一与耦合影响

全球变暖背景下,偶发极端冷事件产生的重大灾害损失不容忽视。探究区域极端冷事件的大尺度驱动因子的耦合影响,对预估和应对气候变化产生的极端灾害具有重要意义。本文基于新疆1961—2016年53个气象站点的逐日气温资料,通过反距离加权等方法对极端冷事件的时空演变特征进行分析;利用交叉小波变换对6个极端冷指数与大尺度驱动因子——北极涛动（AO）、北大西洋涛动（NAO）和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）进行多尺度分析;使用参数假设检验对大尺度驱动因子单一/耦合模态下的冷指数变化进行统计学显著性检验,随后对大尺度环流机制进行距平合成分析。结果表明：年均冷指数在时间尺度上均有显著性变化,新疆气温有明显的变暖趋势;空间尺度上冷指数在北疆、东疆和伊犁河谷地区的变化幅度远大于其他区域,存在空间差异性。AO、NAO与冷指数的相关性较强,ENSO与冷指数相关关系最弱但存在明显的时滞效应,大尺度驱动因子对极端冷指数的总体影响程度为AO>NAO>ENSO。单一模态下,极端冷事件在AO负位相、NAO负位相和La Ni?a事件期间易发生。耦合模态下,EI Ni?o-AO正位相和EI Ni?o-NAO正位相配置下冷日日数偏多;EI Ni?o-NAO负位相配置时极端低温值更小;La Ni?a-AO负位相和La Ni?a-NAO正位相时极端冷事件发生的可能性更大。EI Ni?o（La Ni?a）事件对AO（NAO）有一定的调制作用。新疆极端冷事件更易出现在La Ni?a-AO负位相、La Ni?a-NAO正位相时期,成因与亚欧大陆中高纬度位势异常导致冷空气路径偏西、乌拉尔阻塞加强与偏北气流影响新疆有关。     

气候影响评价中统计降尺度若干问题的探讨

全球气候模式是目前研究未来气候变化的重要工具,然而其较低的空间分辨率使其难以被直接用于区域尺度的气候影响评价中,统计降尺度常常被用于弥补这一不足。对统计降尺度的3种主要方法:转化函数法,天气分型法和天气发生器法的最新研究进展进行了归纳;论述了统计降尺度中的各种不确定性;总结了统计降尺度在中国的发展和应用。统计降尺度与动力降尺度的比较和结合、极端事件的降尺度以及统计降尺度的不确定性将成为未来的主要发展方向。     

内蒙古锡林郭勒盟2012年冬季暴雪过程天气学特征研究

暴雪是冬季雪灾发生的主因,气候变化导致极端天气气候事件频繁发生,准确预报暴雪天气过程对防灾减灾起着重要作用. 以内蒙古锡林郭勒盟地区2012年11月3-5日出现的一次暴雪天气过程为例,对2012年锡林郭勒盟地区冬季出现的暴雪天气过程进行了诊断分析. 结果表明：暴雪天气过程的主要环流背景条件是乌拉尔山长脊和西伯利亚冷涡,而高空蒙古低槽、低空切变线和地面河套气旋是这次暴雪的触发机制. 此次暴雪天气属于强冷空气类蒙古低槽(涡)型,发生在高湿区和水汽通量辐合区内,地面气旋和华北脊对暴雪的产生和落区起到决定性作用. 暴雪天气从降雪前期到结束,整层湿层较深厚,低空急流的建立为暴雪提供了很好的不稳定能量和水汽辐合条件,锡林郭勒盟地区有高空辐散低空辐合强烈的上升运动,为此次暴雪提供了非常有利的动力条件. 乌拉尔山高压脊东移,使强冷空气沿脊前西北气流南下,地面气旋不断发展,而南方暖湿气流强盛,迫使气旋东移;华北脊的阻挡作用使得气旋缓慢移动,影响系统滞留于锡林郭勒盟地区,产生长时间的降雪天气.     

近50年来中国极端降水趋势与物理成因研究综述

对中国近50年来极端降水事件的研究表明,在全球变暖背景下极端降水事件的频率和强度均有升高的趋势,但存在明显的区域差异。观测分析表明长江中下游,东南地区和西北的部分区域极端降水有增加趋势,而华北、东北和西南的部分地区有减少趋势。现阶段不同模式模拟的结果还存在差异,但总的预测结论表明中国极端降水有极化的趋势。首先从统计学角度通过分析均值和极值的关系,探讨了极端降水事件概念的界定,然后分析了不同区域极端降水的变化趋势。在综述中国极端降水研究的基础上,以极端降水变化趋势较为复杂的长江流域作为典型气候区,从海—气相互作用角度对影响极端降水的物理机制和过程进行了总结。分析表明能够反映极端降水本质特性的定义和影响极端降水的物理过程还需要进一步研究,并且随着研究深入,新的影响极端降水的因子也会被逐渐发现。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

干旱区陆面过程和大气边界层研究进展

干旱区陆面过程和大气边界层不仅与气候、生态、水资源密切相关,而且影响我国气候格局和东亚大气环流,是一个十分重要的研究领域,近20多年已取得了比较系统的研究进展.从干旱区陆面热力和水分过程特征、干旱区大气边界层结构特征、干旱区陆面过程参数及其参数化公式、非均匀下垫面大气边界层理论、干旱城市大气边界层特征与污染机理等方面归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分研究进展.并且,认为科学试验的代表性、复杂下垫面的影响、尺度转化、地表能量不平衡、极端天气过程的相互作用、水分过程的复杂性等问题是干旱区陆面过程和大气边界层研究领域的突出问题和未来研究重点.     

热带北大西洋模态年际变率的研究进展与展望

热带北大西洋模态(NTAM)年际变率是北半球春季热带北大西洋的主导变率。它对热带辐合带的南北移动、周边国家的降水以及全球气候都有显著的影响。通过回顾前人的相关研究,归纳了NTAM的几种形成机制,概括了NTAM对气候系统的影响,综述了模式对于NTAM年际变率的模拟能力,总结了以往研究进展中存在的薄弱环节。最后以此为契机,对未来NTAM的研究方向进行了展望。     

大气对流层平流层交换(STE)研究进展

大气平流层对流层交换(Stratosphere-Troposphere Exchange,STE)包括平流层向对流层的输送(Stratosphere-Troposphere Transport,STT)和对流层向平流层的输送(Troposphere-to-Stratosphere Transport,TST)2个过程,通常统称为STE交换过程.其对大气的辐射平衡、化学成分具有重要影响.研究STE对于大气化学、气候变化、平流层对流层耦合模式的发展等领域意义重大.对国内外不同尺度STE的观测、模拟与诊断做了评述,讨论了各种尺度STE的机制,比较了不同诊断方法和模式的性能和特点.着重指出目前天气尺度STE的研究虽然比较充分,但在STE过程中,中小尺度混合、湍流混合等物理过程的机制、诊断以及模拟方法的研究还有待提高.中小尺度强对流引起的TST对对流层污染物向平流层的输送作用和影响越来越受到关注.在全球快速城市化的背景下,研究城市群高污染区域强对流天气引起的TST过程及其影响具有重要的科学意义.     

几类大型天气过程的动力学研究

此项研究就几类对东亚天气有重要影响的环流系统,进行了观测、数值模似和理论研究,主要集中在两个方面: 一是关于行星尺度阻塞形势及其局域结构形成和演变的规律。通过观测和数值模拟输出资料的能量学诊断,指出对一类阻塞形势的形成,包含两个相互联系的过程:天气尺度波的斜压发展和动能增长,以及通过     

对流边界层灰区尺度数值模拟研究进展

随着计算能力的不断提高,数值天气预报模式的水平网格分辨率已经达到公里—次公里量级,这一网格尺度与对流边界层中的湍流特征尺度相当,数值模式可以对有组织对流结构进行解析计算。传统的一维边界层参数化方案（适用于几公里或更粗水平分辨率）和大涡模拟三维湍流闭合方案（适用于几十米以下水平分辨率）的假设条件在这一尺度上均不成立,称为对流边界层的灰区尺度。在讨论传统参数化方法的适用性和局限性的基础上,从理论、方案方法和影响3个方面介绍了对流边界层灰区尺度的研究进展,总结了近20年来国内外发展的各对流边界层灰区尺度模拟方法的特点,探讨了该尺度上边界层过程对数值模式中其他物理过程（如浅/深对流等）的影响,最后展望了未来可能的研究方向和思路。     

北极快速增暖背景下冰冻圈变化及其影响研究综述

北极具有独特的地理位置和战略地位,是当前全球变化研究的热点区域之一。北极增暖是全球平均值的两倍以上,被称为“北极放大”现象。在北极快速增暖背景下,冰冻圈尤其是海冰显著萎缩,对北极乃至中纬度天气气候产生深远影响。对北极快速增暖背景下冰冻圈主要要素（包括海冰、冰盖、冰川、积雪和冻土）时空变化特征及未来预估进行了综述,同时总结了海冰变化对北极气候系统（大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）以及中纬度极端天气气候事件的影响。指出当前北极冰冻圈变化研究受观测资料缺乏及模式模拟不确定等问题限制,其机理及对中纬度天气气候影响机制仍存在争议。未来还需要加强北极地区的综合监测,提高模式对北极气候系统物理过程的模拟能力,进行多模式、多数据、多方法的集成研究。     

全球变暖停滞的研究进展回顾

1998—2012年,全球平均地面增温速率较之前明显趋缓,出现全球变暖停滞现象,该现象的成因与机制是当前气候变化研究的一个热点领域。主要从外部强迫和内部变率2个角度回顾全球变暖停滞产生机制的研究进展。从气候系统外部强迫影响来说,全球变暖停滞主要受到太阳活动、火山爆发、气溶胶以及平流层水汽等的影响。从气候系统内部调控作用来看,全球增温速率减缓主要受到太平洋、大西洋、印度洋和南大洋自然变率以及相应的热量再分配过程的影响。全球变暖停滞期间气候系统内部能量并没有减少,其中一部分能量被转移并储存在了海洋中深层,从而对全球增温减缓产生影响。同时,重点回顾了针对部分耦合强迫作用的"起搏器"试验,该类试验是研究全球变暖停滞的特征、成因及机制的有力手段。此外,也总结了全球变暖停滞现象对气候系统能量收支平衡、资料、模拟以及相关政策制定等方面带来的挑战,展望了未来的研究重点。     

区域尺度生态系统水分利用效率的时空变异特征研究进展

水分利用效率(WUE)是深入理解生态系统水—碳循环耦合关系的重要指标,揭示区域尺度生态系统WUE的时空变异特征及其控制机制,有助于评价和预测全球变化对生态系统水、碳过程的影响。综述了目前区域尺度生态系统WUE的研究进展,结果表明:①目前关于生态系统WUE影响因素的研究多基于站点尺度,区域尺度的研究相对缺乏;②关于不同生态系统WUE的大小及时间变化特征已有较明确的结论,而基于生态模型方法获取的生态系统WUE的空间分布格局尚需进一步验证;③已有研究表明气候变化和土地利用/覆被变化(LUCC)均会显著改变生态系统生产力或蒸散,然而,较少研究关注两者导致的生态系统WUE的改变。因此,区域尺度生态系统WUE时空变异的控制因子及其对气候变化和LUCC的响应可能是未来全球变化研究的热点问题之一。     

扰动位能在东亚夏季风变化中的作用研究现状及展望

东亚夏季风变化对中国气候有显著影响,从能量学角度探讨季风环流的动能来源对认识季风变率及其机制至关重要。在回顾传统有效位能理论的相关研究的基础上,阐述了其在应用于区域环流有效能量转换问题分析上的局限性,介绍了适用于研究区域环流能量循环和转换的大气环流扰动位能(PPE)理论,阐述了PPE理论在研究非绝热加热和局地动能转化的优越性,总结了PPE在区域环流异常与能量转换及其在夏季风变化中的作用相关研究进展,并指出未来利用PPE研究东亚夏季风变化的重要科学问题:东亚季风区季节—年际尺度上PPE的时空变化特征、主导模态及其与东亚夏季风及下垫面强迫的关系;如何建立以PPE为纽带的东亚夏季风环流变化的能量学理论;下垫面加热如何通过PPE转换为东亚夏季风环流的扰动动能;寻找东亚夏季风的前期PPE信号,解释相关机制,探讨可预报性等。     

大尺度大气环流变化及其对北半球冬季温度的影响

近半个世纪来的全球温度的变化表现出有很大的空间尺度和显著的线性趋势 ,许多研究强调温室效应对全球气候变暖的影响。文中的研究表明大尺度的大气环流的变化对北半球冬季温度有很重要的影响。最近一些学者侧重北大西洋涛动 (NAO)和北太平洋涛动 (NPO)的作用 ,而NAO和NPO都是行星尺度大气环流在区域的特殊表现形式。全球西风环流系统可能具有根本性的作用。当西风环流处于高指数时期时 ,则温度偏高 ;当处于低指数时期时 ,则温度偏低。西风强度及NAO和NPO能解释近 50年来北半球冬季温度变化方差的 2 7 2 %。     

太阳活动驱动气候变化空间天气机制研究进展

大量研究表明，从数小时到十年、百年时间尺度上的天气、气候变化受太阳活动影响显著。近年来，全球云量、北大西洋冬季气旋等气候、气象要素与银河宇宙射线通量变化、太阳能量粒子事件等空间天气事件显著的统计相关被陆续发现。在此基础上，提出太阳活动驱动气候变化空间天气机制，其基本观点是：空间天气事件通过改变云物理特性影响气象、气候，其核心是：太阳活动造成的空间天气事件与云微物理过程的联系，目前空间天气理论分化为离子诱导成核机制和全球大气电路—静电云微物理机制（简称Tinsley机制）。主要回顾和总结了近年来空间天气机制研究的发展，包括观测与理论，取得的成果，并对其未来的发展提出展望。      

高强度扰动下海岸动力地貌特征研究进展

海岸带是陆地、海洋和大气相互作用最强烈的地带,也是受全球气候、海平面变化以及人类活动影响最大的地区。海岸带动力过程具有明显的海洋-陆架-海湾-海岸多尺度多物理场特点,动力地貌过程和响应机制极具特色。台风等极端气象事件的频繁发生,工程措施等强人类活动的影响,导致海岸带动力地貌演变规律呈现出更大的不确定性。从高强度扰动下海岸动力条件、极端条件影响下海岸动力地貌特征和强人类活动影响下海岸动力地貌特征等方面,综述了已有研究工作进展。全球气候变化和人类活动共同作用的海岸带多尺度动力过程和海岸地貌响应内在机制极其复杂,在未来海岸动力地貌特征的研究中,需要进一步从大气、海浪、海洋和泥沙等多物理场,海洋、陆架、海湾和海岸等多尺度,动力条件、泥沙输移和地貌塑造等多过程的角度,探究高强度扰动下海岸带动力过程、响应机制和演变规律。