中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。     

基于标准化时间序列加权法的IPCC-AR4多模式集成

采用对标准化时间序列作加权的方法做多模式集成,并以相关系数与均方根误差作为衡量模式模拟预估能力的标准,将IPCC-AR4的 10个气候模式模拟1961-1999年(39a)中国降水的标准化加权集成结果与气候模式修正、Taylor函数加权集成结果进行比较,结果显示前者具有明显优势。为进一步验证这种优化的性能是否具备稳定性,将由控制阶段(1961-1999年)模式与实测数据计算得到的权重系数应用于A1B排放情景下的模式降水数据,预估研究区域2000-2012年(13a)的降水,并与同时间段的模式修正、Taylor函数加权集成进行对比。结果表明,该集成结果在预估阶段(2000-2012年)仍优于模式修正、Taylor函数加权集成结果。     

全球海表温度在不同时间尺度的主模态对比分析

利用1880—2009年HadISST资料,去掉百年全球变暖的信号,研究发现东太平洋、北太平洋和北大西洋都有较强的年际和年代际振荡信号,特别是赤道东太平洋南侧的年代际振荡是不容忽视的。对全球范围的海表温度资料做EOF分析发现,存在3种主要的全球尺度信号,第一模态为太平洋型、第二模态为北大西洋型以及第三模态为赤道中太平洋型。特别指出,第三模态是CP ENSO在全球模态中的表现。这3种模态在年际和年代际尺度都有显著的信号,在无滤波的情况下,3种模态方差贡献之和为34%。在年代际以上时间尺度范围,3种模态方差贡献之和为61%。在各种时间尺度中,这3种信号与全球平均温度都有一定的联系,尤其第一、二模态的影响最为重要,在年代际尺度中,第一、二模态方差贡献之和达到50%。2005年以后全球并没有明显增温,可能与前2个模态同时下降有关。     

贵州地区夏季降水特征及其预测方法

利用贵州地区52个测站1961～2000年夏季(6～8月)降水资料,采用突变分析、小波分析等方法,对贵州夏季降水的时间变化特征进行了诊断分析,并运用均生函数对贵州夏季降水建立预测模型,进行试报和预报检验。结果表明：贵州地区近40a来夏季降水呈上升趋势,具有明显的年际变化特征;夏季降水比较明显的突变点出现在1971年和1994年(没有通过显著水平a=0．05的信度检验),其1971年后到1994年前降水为减少趋势,1994年后降水开始增多;夏季降水在年际尺度上主要存在显著的准2a、准4a和4～6a、8～10a周期振荡;均生函数对夏季降水预测效果较好,尤其对极值的预测,效果更加明显。     

近50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝特征对比分析

利用全国160站逐月降水资料,统计分析了1951～2000年50年华南前汛期降水、江淮梅雨和华北雨季旱涝事件的分布特征,结果表明:近50年无论是华南前汛期降水、江淮梅雨还是华北雨季,旱(涝)事件频率相当,华南和江淮洪涝强度大于干旱强度,华北干旱与洪涝强度相当,华南前汛期降水和华北雨季总体呈趋旱的趋势,而江淮梅雨呈趋涝的趋势;华南前汛期降水年际变化最为显著,江淮梅雨次之,华北雨季最弱,年代际变化的情况正好相反;从同期500 hPa高度场来看,华南前汛期降水多少与其北侧有无低值系统向南发展关系密切,江淮梅雨和华北雨季均与副高相关显著,不同在于前者还和鄂霍茨克阻塞高压呈显著正相关,而后者受其西北侧中高纬地区的环流影响较大;从前期海温来看,华北雨季与大西洋西部和北太平洋海温关系比华南前汛期降水和江淮梅雨更为密切,江淮梅雨与中国近海海温相关关系最为显著,而华南前汛期降水与孟加拉湾附近海温相关最明显.     

长江中下游夏季旱涝并存及其异常年海气特征分析

利用国家气候中心提供的1957～2000年中国720站夏季(5～8月)逐日降水资料,对长江中下游地区夏季旱涝并存现象进行研究,并定义了一个季时间尺度的旱涝并存指数(IDFC),再结合NCEP/NCAR的500 hPa高度场、850 hPa风场等再分析资料以及Reynolds海温资料,对该地区旱涝并存异常年的海气背景特征进行了统计分析.结果表明:近50年长江中下游夏季旱涝并存异常的发生频率呈现上升趋势;夏季旱涝并存异常年,西太平洋副高空间活动范围较大,同期东亚夏季风偏弱;在其前期6个月中,阿拉伯海、孟加拉湾和中国南海海温显著偏高,另外赤道东太平洋海温呈现上升趋势,对应着El Nino的成熟阶段或发展阶段.所有这些为长江中下游夏季旱涝并存现象的预测,提供了有参考意义的前兆信号.     

冬季北大西洋海温年际、年代际变化与中国气温的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料(1951~2001年)海洋表面月平均温度资料、500 hPa月平均高度场以及中国160站月平均气温资料,采用旋转方差极大正交旋转法(REOF)和小波变换等方法研究了冬季大西洋中低纬海表温度分布的主要模态及其与中国冬季气温的关系。结果表明,冬季北大西洋中部海表温度异常主要表现为2个基本模态,其中反映冬季大西洋20°~50°N区域海表温度异常的第二特征模态,在年际、年代际变化关系上与中国冬季平均气温关系非常密切。进一步研究表明,冬季北大西洋中部海表温度异常,可激发欧亚EU型环流,致使中国冬季气温异常。