北半球季节性冻融区与北半球夏季降水关系的研究

针对冻融过程引起的土壤湿度异常与北半球夏季降水的关系， 基于1981 - 2010年ERA5的月降水和土壤湿度资料， 采用奇异值分解（SVD）方法， 分析了北半球季节性冻融区春季土壤湿度和北半球夏季降水的年际变化特征以及它们之间的相关关系。结果表明： 北半球季节性冻融区春季土壤湿度年际变化的大值区与北半球夏季降水年际变化的显著区之间存在较好的对应关系； 季节性冻融区春季土壤湿度与夏季降水之间存在着指数函数变化关系， 在北美西部、 西亚以及东亚的大部分地区， 春季土壤湿度与夏季降水呈显著的正相关， 表明季节性冻融区春季土壤湿度的增加会引起该地区夏季降水的增加。     

青海湖区降水序列及其变化的特征研究

利用青海湖区1958-2005年8个降水观测点月资料, 整理出5条(A～E)年、季降水序列, 应用气候诊断方法分析了降水的年代际变化及其突变特征. 结果表明: 5条序列年、季降水量的年际变化趋势大多数年代比较一致, 并且E序列代表青海湖区降水量比较可靠. 多数序列表现出20世纪60年代春季多雨, 70年代秋季多雨, 80年代春夏秋季多雨, 90年代冬春夏季多雨的季节变化特征以及60-70年代少雨、 80年代多雨和90年代少雨的年代际变化特征比较明显, 多数序列年度和冬、夏季降水量增多的趋势与新疆、河西中西部、柴达木盆地相同. 春季降水量在80年代初发生了一次气候突变, 年度和其它季节没有发生突变.     

天山天格尔山南北坡降水特征研究

对新疆天山天格尔山南北坡乌拉斯台河和乌鲁木齐河流域及其山前平原不同高度气象(水文)站近40a降水实测资料的统计分析,研究天山天格尔山南北坡不同坡向及高度的降水特征.结果表明:山区降水远大于山前平原,南北坡降水均呈现为增加趋势,冬季和夏季降水的增加趋势明显;山前平原区降水的年际变化幅度大于山区;冬、春季降水变率大于夏、秋季,南坡降水变率远大于北坡,冬、春季表现地尤为突出.年际降水的减少趋势出现在乌鲁木齐河流域中山峡谷地带的英雄桥水文站,其春季3月份的降水量减少趋势非常显著;乌鲁木齐河源大西沟气象站4～5月和6～8月月降水呈明显的反相关变化.     

我国新疆北部地区夏季极端降水事件的特征分析

基于1961 - 2017年6 - 8月新疆北部47个观测站点的逐日降水资料， 根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值， 分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、 贡献率及其与海拔的关系。结果表明： 新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水量的各个特征量分布存在明显的时空差异， 空间上夏季极端降水事件、 最大日降水量表现为山区高、 盆地低的特点，在海拔2 000 m左右存在一个最大降水带； 夏季极端降水事件和最大日降水量呈增多、 增强的趋势， 并从20世纪90年代前后开始有明显的增加。夏季极端降水事件主要以单日为主， 夏季极端降水贡献随时间呈缓慢增加的趋势， 而夏季极端降水过程贡献和最大日降水贡献随时间变化呈下降趋势。     

近60年淮河流域夏季降水的变化特征

利用淮河流域1961～2017年夏季降水量资料,运用线性回归、滑动平均、Morlet小波、滑动T检验和Lepage检验方法分析了流域夏季降水的周期性特征和年代际变化特征。结果表明:流域夏季降水在大部分时段都具有明显的年际振荡特征,从20世纪90年代开始年代际振荡特征非常突出;流域夏季降水具有2～3a的年际变化周期和18～24a的年代际变化周期,1961～1967年、1997～2006年期间2～3a的短周期振荡非常显著,1990年以后18～24a的周期变得非常明显;在2000年前后,流域33～35°N纬向带状区域发生了显著的年代际突变现象,突变后与之前相比夏季降水增多了40%～60%;在2009年,流域沿淮河一线以北至35°N范围内再次发生显著的年代际突变现象,突变后降水减少了20%以上,此次年代际突变范围更广也更加显著,其物理成因值得进一步研究。     

近百年大连市气温、降水变化特征

利用大连市1914-2013年近100 a气温、降水资料, 应用一元线性回归、小波分析、气候趋势系数等方法, 对大连市气温、降水的季节-年际变化特征进行了研究, 结果表明: 近百年来, 大连市气温的变化趋势与全国增暖的总趋势基本一致, 年平均气温以0.12℃·(10a)^-1的增温率在上升; 以20世纪50年代中期为界, 出现了两个冷暖交替期, 1930年和1982年为两个增暖突变点, 20世纪90年代之后为增暖趋势最显著期; 伴随百年明显的增温趋势, 大连市年降水量有相应微弱的减少趋势, 递减率为4.57 mm·(10a)^-1; 降水量变化具有明显的周期性, 同时又具有多时间尺度特征; 大连市降水的季节变化明显, 降水异常的幅度在雨季最大, 尤其是7-8月, 异常幅度的峰值所在月份也有较明显的年际变化.     

黄土高原降水对气候变暖响应的敏感性研究

利用黄土高原地区1951-2004年实测气象资料,采用小波分析、EOF分解等方法,研究了黄土高原降水诸要素对全球变暖的响应,非降水气候要素对降水响应的敏感性问题.结果表明: 秋季干旱化趋势突出,冬季降水增多,夏季高原西部湿润化、东部干旱化.各季节降水量的区域响应敏感程度和敏感区不同,敏感区从春到冬响应由东向西、由北向南移动.降水诸要素在不同时间尺度上的响应敏感性也不相同,但区域响应的年际变化基本同步,年代际变化的趋势、周期、阶段、转折等存在明显差异.大多非降水要素对降水变化响应不够敏感.     

过去两万年南北半球季风降水反位相变化特征研究

大量古记录表明了近两万年来同一半球内区域季风降水同步变化,而在千年尺度上南北半球间季风降水存在显著的反位相变化关系,但是驱动这一反位相关系的外强迫因子和物理机制尚不完全明确。文章利用基于通用气候系统模式开展的TraCE-21 ka试验资料,发现全强迫试验能够重现与古记录一致的南北半球间季风降水反位相变化关系。并通过分析单一外强迫敏感性试验结果,明确北半球淡水注入强迫是导致千年尺度上南北半球间季风降水反位相变化的主要强迫因子。进一步研究发现,近两万年来冰盖消融带来的北半球淡水注入增强能减弱大西洋经向翻转环流,导致由南半球向北半球热量输送的减少,造成的南北半球间热力差异能够减弱由南半球向北半球的水汽输送,以及通过减弱北半球Hadley环流和向南移动热带辐合带减少北半球季风降水而增加南半球季风降水;当北半球淡水注入减弱时,变化相反。因此,淡水注入量的变化调节了过去两万年来大西洋经向翻转环流的强度和南北半球热力结构,显著影响了千年尺度上南北半球间季风降水的反位相变化关系。     

我国东北地区冬季降水和东亚冬季风的关系研究

利用1961-2011年我国东北地区(包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)的冬季降水资料,分析了东北地区冬季降水量的时空分布和冬季降水日数的时空分布,对比分析了东亚冬季风对我国东北地区冬季降水的影响. 结果表明：东北地区冬季降水量和降水日数分布有明显的区域差异,以内蒙古东南部、辽宁西北部、吉林西部、黑龙江西南部为低值中心,外围辽宁东部,吉林南部,黑龙江东部、中北部、北部,内蒙古东北部等地区为高值区;冬季降水量年际变化呈增加的线性趋势,1980年代中期以后冬季降水量的高值和低值都有明显的增大;年降雪日数年际变化呈线性增加趋势. 1948-2011年东亚冬季风强度指数的结果表明,东亚冬季风呈明显的线性减弱趋势,弱东亚季风主要集中在20世纪80年代中期以后,除内蒙古东南部等少数区域外,我国东北大部分地区的冬季降水量都和东亚冬季风呈负相关. 对应地,东北地区冬季降水量增大,年际变化的幅度变化增大,降水日数增量较小,这可能与东北地区冬季极端降水天气和干旱天气增加有关. 在东亚范围内,我国东北地区冬季降水多年200 hPa U风增强、500 hPa高压减弱、850 hPa东海南风增强,冬季降水少年则相反.     

黄河上游地区气候变化及其对黄河水资源的影响

通过对1961年以来黄河上游地区气候变化的分析,发现黄河源区进入80年代中后期以后,年平均气温上升趋势非常明显,特别是1998年的年平均气温竟达到-2.1℃,是40年来年平均气温最高的一年;进入90年代,春季和夏季温度急剧回升.黄河上游地区年平均降水量及秋季降水量无明显的变化趋势,且其年际间的波动趋于缓和;冬季(12～2月)和春季(3～5月)降水量的变化趋势呈现出逐年增多的趋势;夏季(6～8月)降水量变化趋势却表现出显著的减少趋势.同时,分析了38年黄河上游径流量及其与流域降水、气温的关系,着重分析了干旱气候对黄河水资源的影响.结果表明,黄河上游地区水资源呈减少趋势,其减少趋势进入90年代后尤为明显.这一变化趋势与黄河上游地区夏季降水量变化趋势有着一致性,说明汛期降水量的减少是黄河上游流量减少的最直接的气候因子.     

青藏高原40年来降水量时空变化趋势

利用青藏高原及其周边的97个气象台站1961-2000年的逐月降水量资料,以Mann-Kendall趋势检验方法结合主成分分析,分析了高原降水量40年来的时间变化趋势和空间演变特征,并探讨了其变化趋势的区域分异因素和可能的趋势突变时间。结果发现,高原站点40年年降水量大部分表现为增大趋势,只有青海东南部和南疆及西藏部分站点出现减小趋势,这一时间变化趋势的空间分布则大致表现为高原中东部和南北的反向变化,同时高原站点冷季降水量增大趋势明显;以冷、暖季降水量的第三载荷向量场分异进行的分区在10年年代际和逐年变化中都有明显体现,暖季区域分异因素的主要相关区域降水量变化趋势与相应载荷向量的时间变化相关显著,在1989年出现可信的突变时间点;冷季相关分异区域的降水量变化趋势在1987年出现明显增大趋势,同样与载荷向量的时间变化相关显著,但突变时间点检测不明显。     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

Impact of the Ice-albedo Feedback on Meridional Temperature Gradient of Northern Hemisphere

This paper analyzes the variation of meridional temperature gradient (MTG) over mid-latitude and high-latitude of Northern Hemisphere continents during last 100 years using observational data. It is found that MTG over high-latitude of Northern Hemisphere continents has an increasing trend, but the simulation results of CMIP5 models show a decreasing trend. Results of this study showed the decrease of MTG over the high-latitude continents of Northern Hemisphere calculated by CMIP5 historical simulations mainly because the models of CMIP5 exaggerated ice-albedo feedback over high-latitude regions. A series of simulation results by energy balance climate models showed that ice-albedo feedback amplified the magnitude of warming in the global warming induced only by carbon dioxide, and the magnitude of warming in high latitude was much larger than that in low-latitude regions. Along with global warming, ice-albedo feedback has little influence on MTG in low-latitude, but can induce the decrease of MTG in high-latitude regions.     

BP神经网络在古气候序列重建中的应用

当前小区域的古气候变化研究受模拟资料分辨率和可靠性的严重制约.为了将大区域的气候模拟资料应用到小区域的古气候研究中去,亟待建立有效的降尺度方法.为此以徽鄂地区为例,建立了一个3层BP神经网络拟合模型,利用相关气象要素作为拟合因子,拟合并重建了该地区近千年来1月、7月和年平均的温度和降水序列,通过与观测及模拟资料的对比分析发现,该模型拟合及重建的近千年气候序列有较高的精度和可靠性,能反映小区域气候的年际和年代际变化信号,提高了模拟资料对小区域气候变化的刻画能力.     

Western Indian Ocean marine and terrestrial records of climate variability: a review and new concepts on land–ocean interactions since AD 1660

We examine the relationship between three tropical and two subtropical western Indian Ocean coral oxygen isotope time series to surface air temperatures (SAT) and rainfall over India, tropical East Africa and southeast Africa. We review established relationships, provide new concepts with regard to distinct rainfall seasons, and mean annual temperatures. Tropical corals are coherent with SAT over western India and East Africa at interannual and multidecadal periodicities. The subtropical corals correlate with Southeast African SAT at periodicities of 16–30 years. The relationship between the coral records and land rainfall is more complex. Running correlations suggest varying strength of interannual teleconnections between the tropical coral oxygen isotope records and rainfall over equatorial East Africa. The relationship with rainfall over India changed in the 1970s. The subtropical oxygen isotope records are coherent with South African rainfall at interdecadal periodicities. Paleoclimatological reconstructions of land rainfall and SAT reveal that the inferred relationships generally hold during the last 350 years. Thus, the Indian Ocean corals prove invaluable for investigating land–ocean interactions during past centuries. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

Climate downscaling over southern South America for present-day climate (1970-1989) using the MM5 model. Mean,interannual variability and internal variability

This work focuses on evaluating the ability of the MM5 regional model to represent the basic features of present climate over South America. The spatial distribution of seasonal means and the interannual variability, as well as annual cycles for precipitation and near-surface temperature have been evaluated. The internal variability has also been investigated. The analysis has two objectives: one of them is to quantify the dynamic downscaling ability to represent the current climate and the other is to identify critical aspects of the regional climate model in South America in order to interpret the reliability of future projections for the end of the twenty-first century in the A2 scenario of the IPCC Special Report on Emissions Scenarios. In general, the MM5 model is able to reproduce adequately the main general features, seasonal cycle and year-to-year variability of near surface variables over South America. The spatial distribution of temperature is well represented, but some systematic errors were identified, such as an overestimation in central and northern Argentina and an underestimation in the mountainous regions throughout the year. The general structure of precipitation is also well captured by the regional model, although it overestimates the precipitation in the Andean region (specifically in central and southern Chile) in all seasons and underestimates the rainfall over tropical latitudes. The annual cycle of precipitation is adequately represented in the subregions analyzed, but its representation is better over La Plata basin (LPB), Cuyo (CU) and southeastern Pampas (SEP). The annual cycle of mean temperature is well represented, too. The model systematically overestimates the interannual variability of temperature and underestimates the interannual variability of precipitation. From the analyses of interannual and internal variability, as well as the biases, it can be concluded that regardless the season, the simulated precipitation is reliable at subtropical latitudes, Uruguay, southern Brazil and east-central of Argentina, but is less reliable over areas of complex topography. For temperature, the regional model is reliable over subtropical latitudes, Uruguay and the south of Brazil only during winter, but it is less reliable or it is even in the limit of reliability over central and southern Chile all along the year. Therefore, it is concluded that the MM5 model is a useful tool for the generation of regional climate change scenarios and for the evaluation of regional climate change scenarios over southern South America.     

山西芦芽山地区树木年轮记录的1676 AD以来5～7月温度变化

在山西芦芽山地区采取了符合国际树轮库要求的油松样本,通过交叉定年和应用区域生长模型,建立长度为328 a的标准宽度年表.根据RCS序列所揭示的气候低频变化特征,确定1676 AD以来夏季温度可划分为两个时段:1676—1865 AD和1866—2003 AD.在1676—1865 AD时期,夏季温度变化主要表现为“冷强暖弱”,其中1710—1720s为最冷时段.1866—2003 AD时期,夏季温度呈现出“总体持续变暖,冷暖交替频繁”的变化特征.