北极增幅性变暖对欧亚大陆冬季极端天气和气候的影响:共识、问题和争议

北极增幅性变暖和北极海冰快速减少不仅使北极气候系统成为国际前沿性问题,且对其导致的中纬度极端天气气候的影响研究也备受关注,这一研究成为目前少数几个最活跃的气候研究领域之一。本文回顾了这一研究领域的早期探索,总结了最新的科学假设和科学问题、研究的进展、目前的共识以及亟待解决的问题和主要争论。最后提出了未来取得新进展的共性问题。     

大气环流与灾害性天气气候研究:黄士松先生学术成就和贡献回顾

黄士松先生出生于1920年10月27日,系我国著名的气象学家和气象教育家、新中国气象事业的奠基人之一。他从事气象科学研究六十余载,始终面向世界气象科学前沿,立足中国天气气候实际,围绕大气环流与灾害性天气气候问题,在大气环流成因、副热带高压变动规律、平流层与对流层环流联系、南北半球环流联系、东亚夏季风体系结构和暴雨台风重大灾害性天气过程等诸多研究领域取得了开创性、前瞻性和系统性成果。他提出了诸多新发现、新理论、新观点和新方法,均具有重大学术与实践指导意义,为丰富天气学、气候学及提高中国天气预报和气候预测水平作出了重要学术贡献。值此黄士松先生百年诞辰之际,本文从大气环流、副热带高压、东亚夏季风及暴雨和台风4个方面对先生的主要学术成就进行了回顾,以此纪念和缅怀他对气象科学的重要学术贡献。     

梅雨季西太平洋副热带高压异常主要模态及其对东亚降水的可能影响

利用近42 a NCEP/NCAR再分析资料,NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）海表温度,CPC（Climate Prediction Center）降水以及中国台站降水观测资料等,对6—7月西太平洋副热带高压（Western Pacific Subtropical High,WPSH）变动的主要模态和形成原因,及其对中国梅雨期降水分布的影响进行了探讨。结果表明,WPSH主要异常模态依次为全区一致型（Ⅰ）,南北异常型（Ⅱ）、东西异常型（Ⅲ）和中心异常型（Ⅳ）。不同异常型的出现受中纬度上游西风带准定常扰动和低纬扰动的不同影响,而后者又与对流层低层大气对不同海温异常型热力强迫响应有关。来自热带中东太平洋的海平面气温异常（Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA）信号有利于副热带高压出现第Ⅰ、Ⅱ型异常;第Ⅲ、Ⅳ型异常则分别受海洋性大陆或西北太平洋下垫面热力影响。长江—黄河—日本沿线以及江南和东北地区降水与副热带高压第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型异常密切联系。     

东亚夏季风与澳洲冬季风强弱互补变化联系及其异常环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心海温资料及CMAP降水资料等,通过亚澳季风联合指数挑选异常年份,对东亚夏季风和澳洲冬季风强度反相变化特征进行研究。结果表明,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,南北半球中低纬地区都出现了复杂的异常环流系统。在热带地区对流层低层,西北太平洋为异常反气旋式环流系统所控制,与南太平洋赤道辐合带的异常反气旋环流在赤道地区发生耦合,形成赤道异常东风,而在南北印度洋上则存在两个异常气旋式环流系统。在这两对异常环流之间的海洋性大陆地区,出现赤道以南为反气旋环流而赤道以北为气旋式环流。在东亚季风区,东南沿海的东侧海洋上存在反气旋异常,中国东南地区受异常反气旋西南侧的东南风影响。此外,澳洲北部受异常西风影响。这就形成了东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱的情形,从而东亚夏季风和澳洲冬季风活动出现了强弱互补的变化特征。当东亚夏季风偏弱、澳洲冬季风偏强时,南北半球的环流特征则出现与上述相反的环流特征。总体而言,当东亚夏季风偏强、澳洲冬季风偏弱时,东亚—澳洲季风区在南北半球呈现出不同的气候异常分布特征,即北半球降水北少南多、气温北高南低,南半球降水西多东少、气温西高东低。     

华北地区“16·7”极端强降水事件之环流及扰动能量变化特征

2016年7月18—22日在华北地区发生了一次极端强降水事件，其中19—20日降水较为集中，20日降水最强。本文利用NCEP/NCAR再分析逐日风场资料和国家级地面气象站基本气象要素日值数据集，研究了本次事件的Rossby波活动及能量变化，结果表明：本次极端强降水事件持续时间约5 d，雨带呈西南—东北走向。华北地区受对流层中低层的气旋性异常环流和对流层上层反气旋性异常环流的控制，水汽则主要源于孟加拉湾和中国南海地区。发生极端降水期间，波扰动能量在对流层低层主要呈经向传播而在对流层上层呈纬向传播，对流层低层的波扰动能量对华北地区的影响比上层更为明显。涡动动能在华北地区的增强和维持主要是涡动非地转位势通量散度项、涡动有效位能和涡动动能的斜压转换项以及其他剩余部分与摩擦耗散引起的能量损耗之和的共同作用，涡动动能在19日增强、20日维持，随后减弱。涡动热量通量变化显示低层有暖湿空气向北输送，高层有干冷空气向南输送，支持了正压和斜压转换，而华北地区上空涡动动量通量的变化则使得基本气流中的涡动动能增强，这些变化影响到极端降水事件的发生发展。     

大气季节内振荡研究进展

在简单回顾大气季节内振荡(MJO)的特征、热带和中高纬MJO的联系及其在半球间相互作用的基础上,较系统地总结了近年来关于MJO的研究进展,涉及MJO和ElNino的关系、MJO的动力学机制及其季节变化和年际异常,并简单讨论了MJO研究中存在的问题及未来的研究前景。     

2018年1月江苏省两次暴雪过程积雪效率差异及其机理

2018年1月3～5日江苏省第一次暴雪过程中降雪量大、积雪效率偏低，而1月24～28日第二次暴雪过程降雪量小、积雪效率高。基于ERA-Interim再分析资料和中国气象局积雪、近地气温等观测资料，利用等熵大气质量环流理论从温度、水汽条件差异对2018年1月江苏省两次暴雪过程积雪效率差异进行了深入分析。研究表明：（1）第一次过程前期，深厚且强盛的向极地暖支将大量暖空气输送至江苏南部，导致该地区整层增温；第二次过程中，低层强大的向赤道冷支输送使地面温度在整个降雪期间均低于0°C，低温条件使得积雪效率偏高。（2）第一次过程，江苏地区深厚、强盛的水汽质量流入层配合大范围上升运动，将水汽携带至高层产生更大降雪量，低层经向水汽质量输送强，纬向水汽质量流出较弱，使得近地面比湿相应增加，积雪效率偏低；第二次过程，低层深厚的水汽质量流出层不利于水汽在江苏省汇聚，低湿条件利于积雪累积，贡献于偏高的积雪效率。因此，异常强的经向干冷空气质量输送和弱的经向和纬向水汽质量输送引起的低温、低湿环境条件是造成第二次暴雪过程比第一次过程积雪效率偏高的主要原因。积雪效率与温度和湿度空间分布型的对比分析还表明：在相对高温、...     

近41年来江南地区暴雨洪涝灾害时空变化特征分析

暴雨和防灾能力建设是影响洪涝灾害发生及其损失变化的重要因素。根据1978—2018年江南地区（沪、浙、闽、湘、赣五省、市）暴雨洪涝灾害数据、气象台站观测逐日降水量资料、社会经济数据，统计分析了近41年江南地区暴雨及其引发的洪涝灾害损失的变化特征及时、空差异，并从降水和社会防治两方面分析其成因。结果表明:近41年来江南地区因暴雨洪涝灾害农作物受灾面积、成灾面积、受灾率和成灾率呈先升后降的波动变化趋势，20世纪90年代为相对高值期，空间分布呈明显的西多东少特点。近41年来江南地区暴雨发生频次及强度呈波动增加趋势，且暴雨在时间、空间上的持续性和集中度呈增加趋势，空间上呈现为江南中东部较高、西部较低的特点，暴雨发生集中期为5—8月，尤以6月最多。暴雨日数、大暴雨日数、暴雨累计降水量与农作物受灾面积、成灾面积、受灾率均呈显著正相关关系，在一定范围内，暴雨强度增强，是农作物受灾面积、尤其是成灾面积增加的重要因素。持续性暴雨日数、每月暴雨日数标准差、每站暴雨日数标准差与农作物受灾面积、成灾面积、受灾率、成灾率均呈显著正相关关系，说明暴雨在时间和空间上的持续性、集中度越强，受灾损失就越大。降水与受灾损失的关系存在年代际差异，近年来它们之间的相关呈降低趋势。暴雨频次、强度与洪涝受灾损失在时间、空间上的分布并不完全一致。暴雨洪涝灾害发生及其影响既受气象因素影响，也受到承灾体和社会因素影响。尽管江南地区灾害防治能力逐渐增强，对减少灾害发生和减轻灾害损失发挥了重大作用，但江南地区防灾能力建设在空间上呈现为东强西弱的特点。因此，整个江南地区，尤其是江南西部，应当继续加强防灾能力建设。