春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料及1980-2012年中国北方逐月沙尘暴发生日数资料, 研究了春季东亚副热带西风急流(70°-120°E)的变化特征及其与中国春季沙尘天气之间的关系。结果表明:1980-2012年春季中国上空急流轴存在北移的趋势, 急流中心略向东移, 急流相对强度随年份增强, 与春季沙尘暴发生总站日数的年际变化呈显著负相关。春季沙尘暴多发年, 东亚副热带西风急流有所减弱, 而在哈萨克斯坦东部、蒙古国、中国内蒙古大部分地区及南疆地区等沙尘源地, 200 hPa纬向风速增大; 500、850 hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地地面风速增大。在中国沙尘源地, 高层西风风速增大, 动量下传, 引起地面大风, 从而容易产生沙尘暴。     

西藏高原沙尘暴气候特征及成因研究

利用1960—2000年西藏22个台站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西藏沙尘暴日数的时空特征以及沙尘暴异常的气候成因。结果表明：西藏高原年平均沙尘暴日数分布为西多东少,狮泉河、申扎和泽当为年沙尘暴日数超过10 d的中心,它们的年变化特征是1～5月多,7～10月少。年沙尘暴日数的年代际变化特征为中间多、两头少,在20世纪90年代达到最少。青藏高原上空的高空西风急流减弱是导致西藏大风、沙尘暴日数减少的主要原因,影响西风急流偏强（弱）的气候系统是东亚大槽偏浅（深）和青藏高原高压偏强（弱）。沙尘暴日数的年代际异常与高空西风急流、大风日数、降水等要素年代际异常以及沙尘暴区地形地貌等因素关系密切。     

近40 a甘肃河西地区大风日数时空分布特征

 以1951—2000年甘肃河西19个气象站气象记录为主要数据源，运用气候统计学方法，分析了河西地区近40 a大风日数的时空变化特征及其区域差异，结合地形地貌和大尺度天气系统变化，分析了导致大风日数分布特征的自然环境背景。结果表明：大风日数高值区位于河西地区的西部及高山地，从年内分布看，3~6月较多，占全年的60％以上，其次是2月和7月；从年际变化看，河西大风日数年际变化的共同特点是：1963—1976年是大风天气的频发期，之后呈波动式减少趋势，20世纪90年代中期是大风天气的低发期，90年代后期进入新一轮的波动增长期。大风天气受全球气候变化、大尺度天气系统及局地地形和下垫面性质的影响，大风日数多发期与反厄尔尼诺事件和干冷气候期相对应。     

新疆大风集中程度时空特征分析

基于2003—2017年新疆64个气象站点大风资料，以累积大风天数、连续大风天数、大风集中期和集中度为指标，探究该区大风天数的集中程度时空特征。研究表明：（1） 新疆年内大风天气主要集中在4~7月，连续大风天数主要以1~3 d为主。（2） 近15 a来，大风天气发生频率逐渐减少，频次越高递减幅度越大，但有趋向冬季、极端发展的趋势。（3） 空间尺度上，大风天气主要集中在北疆和东疆，而连续3 d以上大风天气主要集中在山谷地区。（4） 2003—2017年新疆地区年内大风天气分布总体在逐渐集中，集中期在逐渐提前。（5） 南疆和北疆西部以及东疆中东部年内大风天气分布较为分散，南疆南部和北部较为集中。（6） 南疆东南、北疆北部和东疆东北大风天气年内集中时段相对较早，南疆西北、东疆西部相对较迟。（7） 新疆地区大风集中度和集中期具有明显的聚集现象，高高聚集区域位于南疆南部和中部，低低聚集区域位于北疆和东疆的北部。     

春季滇东南强对流天气的高空环境场分析

应用云南蒙自探空站2001～2004年的高空风、特性层资料分析了滇东南上空冬、春季副热带急流的时空分布特点及其对大气层结的影响,结合蒙自711数字化雷达站在其春季(3～4月)中观测到的强冰雹云回波进行分析。结果表明,春季高空副热带急流是造成滇东南地区大气不稳定层结的重要因子之一,天气系统触发不稳定大气层结产生强冰雹云,副热带急流具有加强、维持发展的作用。     

近45 a六盘水大风天气气候特征分析

 利用1961—2004年六盘水市各测站逐日风的观测资料,采用统计方法,对六盘水地区大风天气的分布情况、年际变化及大风发生日数的气候变化特征等进行了分析。结果表明,近45 a大风天气西南部最多,北部次之,东部最少;六盘水市一年四季均有大风天气出现,但大风天气的出现有着明显的季节性变化,春季出现频次最高,冬季次之,秋季最小;六盘水市各地大风天气主要出现在每年的2—5月,3月最多,4月次之,9月最少;大风天气20世纪60、70年代持续偏多,进入80年代后,大风日数持续偏少,在1980年附近急剧减少,从总的气候趋势看,大风天气总日数近45 a来呈下降趋势;年总大风日数在1980年附近存在突变现象,表现为日数的急剧减少。     

西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。     

200 hPa高空急流与宁夏春季沙尘暴过程的特征分析

 利用NCAR/NCEP全球再分析资料，首先分析了1955年到2003年宁夏春季沙尘暴过程与200 hPa急流的关系，发现2月、3月200 hPa的U、V风场与宁夏春季沙尘暴关系密切。然后对1970\_1999年66次宁夏强和特强沙尘暴过程发生前200 hPa急流的演变情况进行了分析，结果表明：宁夏强和特强沙尘暴过程发生前后，高空急流主要表现为3种类型：一是西风急流型;二是副热带急流型;三是西风急流与副热带急流振荡合并型。最后以2001年4月8日宁夏特强沙尘暴天气过程为例，对其发生前后高空急流演变与沙尘暴落区、垂直环流特征及其对沙尘暴的作用进行了分析和探讨，得到了一些新的启示。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

近42 年来青藏高原年内降水时空不均匀性特征分析

根据青藏高原1967-2008 年逐日站点降水资料,定义了高原降水集中度(PCD) 和集中期(PCP)。并运用EOF、相关分析等方法分析高原PCD和PCP的时空分布特征、PCD与高原强降水的关系以及PCP前期强影响信号。结果表明：高原大部分地区PCD处于0.4~0.8 之间,PCP则处于36~41 候之间。高原PCD以全区一致型的空间分布为主;而PCP 则以南北反向型分布为主,全区一致型分布次之。整个高原PCD均呈减弱趋势,而PCP均表现为提前特征。除高原南侧个别地区,高原PCD 无论与高原强降水日数还是强降水量均呈显著正相关。同时,高原南北部PCP对应的水汽输送存在显著差异, 高原南部PCP主要受孟加拉湾季风爆发的影响。     

影响中国东北地区气候的关键区、关键时段和关键因子

使用东北地区近50多a(1956~2007年)气温和降水数据及相关研究成果,研究和总结并分析影响中国东北地区夏季气温、夏季降水、冬季气温的关键区、关键时段和关键因子。东北夏季较多降水主要发生在极涡偏心、东亚高纬阻塞高压盛行、副热带高压偏西偏北、青藏高原上空西风急流中心强度偏强的环流系统配置下;东北夏季低温主要出现于伊朗高压和南亚高压区域高度场为负距平、上一年10月极涡中心强度正常或偏强、夏季副热带高压强度偏弱位置偏东、偏南时;西伯利亚高压和阿留申低压均偏强(偏弱)、前期北大西洋海温偏低(偏高)对应东北地区的冷(暖)冬年。     

1971-2000年青藏高原气候变化趋势

Trends of annual and monthly temperature, precipitation, potential evapotranspi- ration and aridity index were analyzed to understand climate change during the period 1971–2000 over the Tibetan Plateau which is one of the most special regions sensitive to global climate change. FAO56–Penmen–Monteith model was modified to calculate potential evapotranspiration which integrated many climatic elements including maximum and mini- mum temperatures, solar radiation, relative humidity and wind speed. Results indicate gen- erally warming trends of the annual averaged and monthly temperatures, increasing trends of precipitation except in April and September, decreasing trends of annual and monthly poten- tial evapotranspiration, and increasing aridity index except in September. It is not the isolated climatic elements that are important to moisture conditions, but their integrated and simulta- neous effect. Moreover, potential evapotranspiration often changes the effect of precipitation on moisture conditions. The climate trends suggest an important warm and humid tendency averaged over the southern plateau in annual period and in August. Moisture conditions would probably get drier at large area in the headwater region of the three rivers in annual average and months from April to November, and the northeast of the plateau from July to September. Complicated climatic trends over the Tibetan Plateau reveal that climatic factors have nonlinear relationships, and resulte in much uncertainty together with the scarcity of observation data. The results would enhance our understanding of the potential impact of climate change on environment in the Tibetan Plateau. Further research of the sensitivity and attribution of climate change to moisture conditions on the plateau is necessary.     

Climatic trends over the Tibetan Plateau during 1971-2000

Trends of annual and monthly temperature, precipitation, potential evapotranspi-ration and aridity index were analyzed to understand climate change during the period 1971–2000 over the Tibetan Plateau which is one of the most special regions sensitive to global climate change. FAO56–Penmen–Monteith model was modified to calculate potential evapotranspiration which integrated many climatic elements including maximum and mini-mum temperatures, solar radiation, relative humidity and wind speed. Results indicate gen-erally warming trends of the annual averaged and monthly temperatures, increasing trends of precipitation except in April and September, decreasing trends of annual and monthly poten-tial evapotranspiration, and increasing aridity index except in September. It is not the isolated climatic elements that are important to moisture conditions, but their integrated and simulta-neous effect. Moreover, potential evapotranspiration often changes the effect of precipitation on moisture conditions. The climate trends suggest an important warm and humid tendency averaged over the southern plateau in annual period and in August. Moisture conditions would probably get drier at large area in the headwater region of the three rivers in annual average and months from April to November, and the northeast of the plateau from July to September. Complicated climatic trends over the Tibetan Plateau reveal that climatic factors have nonlinear relationships, and resulte in much uncertainty together with the scarcity of observation data. The results would enhance our understanding of the potential impact of climate change on environment in the Tibetan Plateau. Further research of the sensitivity and attribution of climate change to moisture conditions on the plateau is necessary.     

青藏高原黑碳气溶胶外源传输及气候效应模拟研究进展与展望

青藏高原毗邻全球大气污染物排放增长最快速的地区,受西风和南亚季风的影响,中亚、南亚等高原周边排放的污染物通过大气环流传输,进入高原并对其气候环境产生重要影响。观测事实表明：近几十年青藏高原东部和南部雪冰中黑碳含量呈显著上升趋势,这可能导致冰川加速融化和积雪持续时间缩短,最终影响青藏高原的水循环过程。前人对青藏高原黑碳的外源输送,特别是南亚大气污染物的贡献及其对高原气候、冰冻圈变化的影响,还没有较清晰和统一的认识。青藏高原污染物定点监测网络的发展及高分辨率区域气候—大气化学模式的应用,为定量评估高原污染物外源输送及气候效应提供了契机。本文在国家自然科学基金青年科学基金项目“南亚黑碳气溶胶跨境传输及其对青藏高原气候影响的数值模拟研究”的资助下,在以下三个方面取得了进展：①系统性论证了高分辨率区域气候—大气化学模式在高原的适用性,模拟了青藏高原及周边区域黑碳时空分布、传输和沉降过程;②揭示了污染物扩散的机制,评估了大气黑碳的气候及雪冰效应,并对比了自然源粉尘和人为源黑碳对青藏高原气候的影响;③定量估算了不同区域排放对高原黑碳外源输送的贡献率,其中来自南亚的黑碳对青藏高原外源输送的贡献率最高,在非季风期为61.3%,季风期为19.4%。本文揭示了外源输送黑碳对青藏高原气候的影响,为提高一带一路核心区冰冻圈与水资源的管理及预测能力,制定应对环境变化策略及国家气候外交谈判提供科学依据。     

1960 年以来青藏高原气温变化研究进展

青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原,它对全球气候系统存在显著影响.本文对青藏高原自1960年以来的气温变化特征及其影响因素的研究进行了概述与总结.近50 年来,青藏高原气温明显上升,经历了一个冷期和一个暖期,气温在20 世纪80 年代发生突变,整体呈现前低后高波动上升的趋势;最低气温和最高气温呈不对称的线性增温趋势,最低气温的上升速率要比最高气温快得多;而极端事件频率、强度也有所变化,其中低温事件大大减少,高温事件则明显增加;各类界限温度的积温以及持续日数等生物温度指标也都显著增加.在空间分布上,青藏高原气温呈现出整体一致增暖,并且有西高东低、南北反相的变化形态.影响青藏高原气温变化的因素有很多,主要包括天文因素、高原内部气象要素以及外部环流影响等.     

青藏高原强降水日数的时空分布特征

 根据青海和西藏48个气象台站近48 a（1961-2008年）的逐日降水和气温资料,分别以日降水量超过5 mm和25 mm作为冬半年（11月～翌年3月）和夏半年（5～9月）强降水的临界值,分析了青藏高原冬、夏半年强降水日数的时空分布特征。结果表明：（1）高原强降水日数与总降水量的空间分布型非常相似,夏半年均表现为由东南向西北递减,而冬半年则为由高原腹地向四周递减。（2）夏（冬）半年强降水主要集中在7月上旬～8月中旬（11月上旬和3月中下旬）。（3）夏（冬）半年强降水存在准6 a（5～6 a）的年际振荡以及准10～11 a（15 a）的年代际振荡。（4）强降水日数变化趋势的空间差异较大,夏半年高原北（南）部强降水日数普遍以增加（减少）趋势为主,而冬半年除雅鲁藏布江流域呈减少趋势外,高原大多数地区均表现出显著增加趋势。     

青藏高原古地理环境研究

本文综述了最近 5 0年青藏高原古地理演化中一些基本问题研究进展。分析了中新世～上新世青藏古地理环境 ,高原在 3 6MaBP海拔不超过 10 0 0m ,此后强烈隆升。青藏高原最近三次冰期年代分别为 72 5～ 5 81、 2 89～ 136、 82～ 10kaBP ,冰期中不存在“大冰盖”。高原晚新生代重大古地理演化阶段和事件为 :38～ 2 2MaBP行星风系控制的热带 亚热带低地、 2 2～3 6MaBP古季风出现与主夷平面发育、 3 6～ 1 7MaBP高原强烈隆升与现代季风形成和现代河谷发育、 1 1～ 0 6MaBP高原抬升进入冰冻圈与大冰期出现、 0 15MaBP以来强烈隆升与高原内部干旱化。本文还讨论了高原古地理尚需深入研究的一些重大问题     

印度洋偶极子中的西极子对西藏高原盛夏降水的影响

利用西藏高原地区1987-2016年的逐月夏季降水资料和印度洋偶极子指数资料分析了两者的关系,结果表明：高原地区盛夏降水与表征西印度洋异常海温的西极子指数表现出良好的相关关系,在西极子指数正异常年时高原降水偏多10%~30%,其中高原中部偏多最为显著,而在负异常年时与之相反。分析其机理研究发现,在正西极子异常年,南海和西太暖池区域的深对流加强、西太副高偏西偏南和印度热低压的减弱使得来自热带的水汽更容易深入高原腹地,其次,南亚高压东体异常增强,配合低空异常辐合,都使得高原降水偏多。同时,高原上空局地纬圈环流在高原中部（90 °E附近）上空（400 hPa以上）有异常辐合上升区,使得高原中部更容易发展暖湿切变线、高原低涡等中尺度涡旋低值系统,造成更多的降水。本研究从高原气候变化响应海洋年际变化的角度分析了区域降水的季节差异,可以为高原气候预测提供新的思路。