基于敦煌戈壁站观测对几套再分析产品夏季地表感热通量的评估

西北干旱区是欧亚大陆夏季感热输送的高值区,此区域感热输送对东亚季风气候系统的变异有重要影响。然而,再分析资料的感热通量在此区域存在很大的不确定性,影响该地区感热变化对东亚区域气候影响的认识。本文基于敦煌戈壁站2001~2014年夏季的观测数据,评估了NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ERA-Interim和JRA-55这4套再分析产品的感热通量。敦煌戈壁站的感热通量是根据敦煌戈壁站常规观测数据和Y08方案计算得到,代表敦煌戈壁站的实际感热。结果显示,戈壁站夏季感热多年平均约为85.7 W m-2,但受局地降水的影响存在较大的波动;再分析资料的感热通量之间存在很大的不确定性,与观测相比,ERA-Interim的感热通量在大小和变化上好于其他再分析资料,在没有局地性降水的影响时比较接近观测。进一步分析了再分析感热与观测差异的原因。研究表明,再分析资料中的地表风速和地气温差与粗糙度设置和热力参数化方案相关联。各再分析资料均不同程度地低估了敦煌戈壁站的地气温差(观测值约6.5°C),这主要是由于再分析系统中对戈壁下垫面的粗糙度设置偏高以及热力参数化方案不太适用于戈壁下垫面造成的。相对而言,ERA-Interim的参数化方案在戈壁下垫面优于其他再分析产品的参数化方案,使得ERA-Interim的地气温差相对其他再分析资料更接近实际观测,感热通量较为合理。     

近46年中国冬季日均气温及极端温度的变化

应用1961—2006年我国599个站的冬季逐日平均温度资料,分析了冬季各月最低（高）日均温度、低温日数及三种极端温度指数的变化趋势。结果表明冬季各月最低、最高温度的变化均呈明显上升趋势,2月份升温最显著,日均气温低于5℃的冷日数和日均气温低于-10℃的严寒日数在冬季各月都是减少的。全国近46年冬季极端低温日数呈明显减少的趋势,1986年出现一次跃变,2006年最少;极端高温日数普遍增加,1995年出现跃变,1998年达到峰值;霜冻日数在27N-46N间区域显著减少,跃变点在1987年,最低值出现在1998年。     

青藏高原四季划分方法探讨

利用中国气象局国家气象信息中心提供的青藏高原60个测站19612007年逐日气温资料, 分析常用的四季划分方法在高原的适用性, 指出各种四季划分方法的不足和局限, 并根据四季持续时间的合理性、物候特征、海拔高度、气候 (温度) 分布特征等因素提出了针对不同的生产、生活目的而建立的新四季划分方法。探讨认为: (1) 根据高原物候特征和气温相结合的方式得到的“物候四季划分方法”即“4℃-12℃-10℃-1℃”对高原农牧业尤为适合; (2) “海拔季节划分方法”对高原旅游和人们衣着尤为适合, 海拔季节划分方法把高原分成二个区:海拔4000m以上四季划分方法为“5℃-12℃-12℃-5℃”, 4000m以下四季划分方法为“5℃-15℃-15℃-5℃;” (3) “生活季节划分方法”对高原不同区域的生产生活尤为适合, 生活季节划分方法将高原分为三个区:Ⅰ区四季划分方法为“6℃-16℃-16℃-6℃”, Ⅱ区四季划分方法为“5℃-12℃-12℃-5℃”, Ⅲ区四季划分方法“7℃-7℃”划分春冬和秋冬, 不存在夏季。最后, 综合以上各种方法的优缺点, 初步定义“高原普适季节划分方法”即“5℃-15℃-15℃-5℃”为高原总体的四季划分方法, 对高原整体的国民经济和政府活动、旅游、人们的衣着、生活生产、季节类产品的销售具有总体的指导意义。      

青藏高原冬季植被变化与南亚夏季风关系分析

利用1982年1月-2001年12月青藏高原植被归一化指数(NDVI)和NCEP/NCAR再分析月平均资料,应用相关分析、奇异值分解(SVD)和经验正交分解(EOF)的方法,分析了青藏高原冬季的NDVI变化与南亚夏季风的关系.通过分析表明,高原植被与南亚地区850hPa纬向风场和纬向风垂直切变(U850hPa-U200hPa)有比较好的正相关关系.用纬向风垂直切变EOF分析的第一特征向量对应的时间系数定义一个南亚夏季风指数(EOFI),该系数与高原冬季NDVI相关较好,而且能较好地反映南亚夏季风的变化.     

夏季南亚高压与西太平洋副热带高压的相关性分析

利用1951—2010年NCEP/NCAR再分析月平均资料研究夏季南亚高压与西太平洋副热带高压(简称西太副高)的相关性。结果发现,夏季南亚高压与西太副高的联系密切,年际尺度上强度指数之间的显著正相关关系相对稳定,两者同时偏强(简称同强)与同时偏弱(简称同弱)的模态超过70%。当南亚高压与西太副高同强(同弱)时,西风急流偏强(偏弱),高纬度地区大气环流呈经向(纬向)型,太平洋EAP遥相关为正(负)位相。贯穿对流层中上层的中纬度纬向西风与高压强度异常有密切的联系,西风急流可作为中纬度地区连接两者作用的纽带。青藏高原与太平洋地区对流层的温度差异分布对当地的环流系统造成很大影响,高原热力异常和海温异常联系着高压系统的演变。南亚高压、西太副高的异常影响了整体东亚大气环流的配置,是了解不同纬度系统相互作用的又一着眼点。     

青藏高原夏季500hPa纬向风的时空演变特征及其与我国降水的关系

本文利用NCEP/NCAR月平均再分析资料及中国160个测站月降水资料, 采用经验正交函数分解 (EOF)、相关分析、合成分析等方法, 对青藏高原夏季500 hPa纬向风近59年来的年际、 年代际变化趋势及其与我国降水的关系进行了分析。时空演变特征的分析结果表明: 自1950年以来, 青藏高原夏季500 hPa纬向风总体呈现减弱趋势, 其中在1950年代西风偏弱, 1960年代西风明显偏强, 1970年代至21世纪初西风一直处于偏弱阶段; 纬向风变化趋势的空间分布表现为高原大部分区域上空纬向风呈现减弱趋势, 其减弱趋势由东南向西北递增, 高原西北部及中部地区减弱趋势最为明显; 对高原夏季500 hPa纬向风距平时间序列作EOF分解, 得出第一特征向量的空间分布表现为整体减弱型, 其时间权重系数呈现长期正趋势; 时间系数的11年滑动平均分析表明1950年代后期到1960年代中后期纬向西风整体增强趋势比较明显, 1960年代末到21世纪初为西风减弱阶段, 且期间没有出现明显的上升或下降趋势; 时间系数的突变分析表明纬向风在1967年发生了一次较明显的减弱突变; 时间系数的小波分析表明其具有2~4年的周期, 这一周期成分在1950年代前期和1990年代末至21世纪初这两个时段比较显著。年际、 年代际尺度上高原夏季500 hPa纬向风减弱与我国降水关系的分析均表明: 高原纬向风减弱时长江中下游以北的我国部分地区降水偏少, 以东北和华北表现明显, 长江中下游以南地区降水明显偏多, 降水场与大气环流、 水汽通量散度场都有较好的配置关系。     

春季南支槽变化特征及其与降水和大气环流的关系

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料,结合国家气象信息中心提供的1961-2007年4月中国596个测站月降水量资料,采用小波分析、相关分析和合成分析等方法,定义了春季南支槽强度指数和东、西位置指数,讨论了近60年两个指数的变化特征及其与中国同期降水和大气环流的关系。结果表明,春季南支槽总体呈强度减弱、位置逐渐西移的趋势。春季南支槽强度指数值越小(大),则南支槽越强(弱);春季南支槽位置指数值越大(小),则南支槽位置越偏东(西),出现长江中游及其以南部分地区降水越多(少),而西南的部分地区降水越少(多)的现象。另外,对两个指数与大气环流的关系分析表明,强度指数和位置指数与环流的关系比较显著,能够合理地给出中国降水差异的原因。     

气候变化背景下陆地季风与非季风区极端降水特征对比

利用月平均地表气候要素数据集(CRU TS 4.02)的逐月降水和逐月日平均气温资料,采用线性趋势分析、滑动平均和相关分析等方法,研究了1901-2017年气候变化背景下全球陆地季风区与非季风区的极端降水特征。结果表明:我国所处的亚洲季风区的极端降水频率分布较为稳定,仅在变暖减缓时段出现大范围小值区;非季风区在急剧加速变暖时段极端降水频率分布呈现两极化,大范围的小值区与大值区共存,而季风区不易出现这种情况。季风与非季风区极端降水频率均值变化基本趋于一致,只在加速变暖时段有所不同。季风与非季风极端降水频率小值区格点数占比变化趋于一致,仅在两个加速变暖时段有所区别,而对于大值区,除去1921-1949年和1950-1972年,季风区大值区格点数占比均低于非季风区。季风与非季风区极端降水量的分布形式受气候变化影响相对较小,但无论处于哪个冷暖时段,季风区的极端降水量均远远高于非季风区。非季风区的极端降水频率与气温的相关性要好于季风区,叠加温度趋势变化时,中高纬度大部分地区呈正相关的关系,去趋势后,相关性减弱。     

青藏高原年日照时数变化的时空特征

利用青藏高原地区68个测站1973-2007年近35 a的日照时数资料,采用主成分分析、旋转主成分分析、小波分析等方法对年日照时数变化的时空特征进行了分析.结果表明:1.青藏高原年日照时数呈现东南部较少,逐渐向西北地区增加的特征,近35 a青藏高原西部、西藏西南部和青海西南部年日照时数呈增加趋势,其余地区以减少趋势为主.第一载荷向量场反映了全区日照时数较一致的偏多或偏少;第二三载荷向量场分别反映了高原日照时数南北相反变化以及中部与西部、北部相反变化的差异.2.青藏高原年日照时数空间异常区可分为7个,即高原东南区、高原北部区、高原中部区、藏东区、青海北部区、藏西南区和高原西部区.高原北部和中东部年日照时数减少趋势较为显著,高原西部和西南部年日照时数呈增加趋势.3.高原东南区、高原中部区、青海北部区和藏西南区存在显著的16 a周期,其他异常区的显著周期及其年代变化差异较大.     

川渝地区气候与物候的变化特征分析

利用川渝地区44个气象台站的气象资料和2个物候观测站的物候资料分析了该地区的气候与物候变化特征:最近10 a年均温度比前30多a高0.68℃,年均降水量基本无变化。低温主要分布在川西高原,低温天数、低温积温绝对值都在减少。日均最高温度在高原南部、西南山地减少,其它地区都增加;日均最低温度都在增暖。降水在四川盆地下降,在重庆西部、川西高原增加。降水日数在高原西部增加,其它地区都下降。春始期仁寿略微推迟,北碚微弱提前;秋始期都推迟。展叶期的杏树、刺槐、水杉、紫荆、梧桐推迟,紫藤、毛桃提前。落叶期仁寿刺槐提前,北碚的植物全部推迟。