“中亚低落涡造成新疆降水的预报指标研究”项目介绍

一、立项背景 中亚低涡是自对流层上部向下延伸的中期时间尺度（4d以上）的深厚切断低压系统,它是造成新疆暴雨（雪）、持续低温天气的重要影响系统之一。其形成与所处的地理位置、高中低纬环流和中亚地形有很大关系,目前气象工作者对中亚低涡的认识还停留在天气学特征方面,     

基于SPEI的中国西南地区1961-2012年干旱变化特征分析

利用1961—2012年中国西南地区86个气象站逐月降水量和平均气温资料,引入一个新的干旱指数——标准化降水蒸散指数(SPEI)作为干旱等级划分指标,研究了1961—2012年该地区不同时间尺度干旱的变化特征。结果表明:该地区12个月尺度干旱频率在云贵交界区呈显著增加趋势,其他区域变化不显著且不一致;少雨期(11—4月)6个月尺度干旱频率在全区显著增加,而在多雨期(5—10月)大部分区域干旱频率呈缓慢减少趋势,减少最明显的区域在四川南部;3个月尺度干旱频率在春季变化不明显,在秋季和冬季显著增加,其中2000—2012年的增加趋势尤为显著,干旱化趋势严重。     

相对论框架里的时间尺度

对国际原子时(TAI),地球力学时(TDT)和质心力学时(TDB)的定义和概念作了回顾和阐述。对其中一些有争议的问题进行了介绍和讨论。我们认为,TAI的建立应当与地心坐标系的选择有关,而把TDT看为是在去除地心引力的虚拟时空中的地心处的原时比较恰当。     

试论未来极端气候事件发展趋势的不确定性

极端气候事件是在一定时间尺度上发生的不同于气候系统平均状态的气候突变.早第三纪的最热事件（PETM）,第四纪中国黄土高原古土壤S4、S5记录的暖湿事件,砂黄土L9、L15记录的干冷事件等都是在轨道时间尺度上发生的极端气候事件.末次冰消期的YD冷事件、全新世9次冷事件是在千—百年尺度上发生的极端气候事件.这些极端气候事件出现于地球气候系统不同的冷暖背景下,它们的成因机制和表现形式有很多不确定性.20世纪以来发生的干旱、洪水、飓风、雪灾、沙尘暴等极端气候事件,无法用持续增加的温室气体的变化来解释.关于极端气候事件发生频率和强度随＂全球变暖＂而增加的结论也存在一定程度的不确定性.因此,简单地将现代极端气候事件统统归因于＂气候变暖＂既不科学也不合理.深入研究各个时间尺度上发生的极端气候事件的波动性、周期性和不确定性特征,有助于科学预测未来气候变化背景下极端气候事件的发展趋势.     

花园口站年最大洪峰流量时间序列的HHT分析

Hilbert-Huang变换能够定量描述非线性、非平稳复杂时间序列的时频特性,较传统分析方法更具优势。通过对时间序列进行EMD分解,得到变化过程的内在模态函数和趋势项函数,而后对各内在模态函数进行Hilbert-Huang变换,从而揭示出时间序列的多时间尺度特征。以黄河花园口站1952-2009年的年最大洪峰流量时间序列为例,对其进行多时间尺度分析,得到不同波动周期的振荡分量及趋势分量,具体分析了各分量的变化特征。结果表明,花园口年最大洪峰流量变化过程中存在准3.2a、准6.4a、准11.8a和准31.0a周期的波动,其中准3.2a和准6.4a的周期波动是引起原序列波动的主要原因,近60年来花园口年最大洪峰流量变化呈递减趋势,由此揭示了年最大洪峰流量变化过程的多时间尺度特征。在此基础上,探讨了各波动分量变化的影响因素,其变化与大气低频振荡、ENSO、太阳活动及气候变迁等因素有关。     

基于小波分析的汾河河津站径流与输沙的多时间尺度特征

基于汾河流域19个气象台站1959~2005年的月均降水量、河津站的径流量和输沙量资料,借助小波分析方法研究了降水、径流与输沙序列的多时间尺度特征及它们的耦合关系。结果表明:降水、径流与输沙量具有2~4a、14~18 a左右2个不同尺度的周期变化,且三者的主周期基本一致,即3 a和16 a;3 a尺度上,3个要素曲线的正、负位相交替频繁,突变点较多,且曲线变化除个别时段发生紊乱外基本上保持同步性;16 a尺度上,突变点较少,3条曲线的正、负位相交替相应减少且出现不同步现象。降水、径流与输沙量曲线发生趋势变化及出现不同步现象的原因包括自然因素和人类活动,而后者是其主要影响因素。     

南、北半球环状模月内活动的主要时间尺度

基于“大气环状活动带” 的概念, 利用逐日再分析资料对南、 北半球环状模 (简称SAM、 NAM) 的季节活动特征及月内活动的主要时间尺度 (Submonthly timescales) 进行了研究, 结果表明, NAM具有冬季强、 夏季弱的年循环特征, 而SAM则表现出明显的准半年循环特征。并且, 逐年的功率谱分析进一步显示: NAM的月内活动的主要时间尺度以准1周和准2周为主, 且它们具有共生性, 准3周为相对次要的周期; 而SAM的月内活动周期与NAM相似, 准2周和准1周较强, 准3周次之。NAM和SAM的月内活动在不同特征时间尺度上的空间特征及其时间演变值得进一步研究。     

新余市1959-2005年降水多时间尺度特征

应用一维Morlet小波变换分析方法对新余市降水的多时间尺度进行分析,发现新余市降水除在整个时域中有明显的3—5a的周期变化外,其他尺度周期信号的强弱在时-频域中的分布具有很强的局部特征。但无论是较大时间尺度,还是较小时间尺度,新余市年降水、汛期降水均处于偏少期,且近期偏少趋势仍较明显;伏秋季降水则处于偏少末期,有向偏多转化的趋势。     

微秒时间尺度脉冲活动是K过程的一个必要特征吗?

为了澄清微秒时间尺度脉冲活动是否属于K过程的一个必要特征,分析了16次地闪和12次云闪后期对应电场K变化期间的VLF/LF(磁场)脉冲活动和VHF辐射特征。结果显示,微秒时间尺度脉冲活动是K过程的一个必要特征:(1)绝大多数K过程其VLF/LF脉冲活动表现为一个密集的小幅度脉冲簇,脉冲间隔从几微秒到十几微秒不等,其幅度比同期地闪回击幅度弱一个数量级,偶尔上面叠加了与地闪回击幅度可以比拟的大脉冲;(2)另有一部分K过程VLF/LF脉冲活动则类似于地闪或者云闪初始击穿过程的大双极性脉冲列。K过程同时伴随了准连续的Q噪声形态和分立脉冲形态的VHF辐射,这些VHF辐射倾向于与VLF/LF脉冲活动同时在K阶梯电场变化一开始即启动并伴随着K阶梯电场变化,但是二者之间并不存在固定的强度对应关系。K过程放电期间,这些VLF/LF脉冲源的入射方位演变特征表明,它们产生于一个云内不断扩展的源。K过程微秒时间尺度脉冲活动和VHF辐射特征以及它们与K变化之间的时间对应关系支持K过程是云内流光过程的结论。     

夏季亚洲季风区对流层向平流层输送的源区、路径及其时间尺度的模拟研究

基于NCEP/NCAR分析资料和拉格朗日轨迹输送模式FLEXPART, 通过气块轨迹计算, 对2005年夏季亚洲季风区对流层向平流层输送 (Troposphere to Stratosphere Transport, 简称TST) 的近地层源区、 输送路径及其时间尺度问题进行了一些初步探讨。结果表明: (1) 夏季亚洲季风区TST两个主要的边界层源区, 一个是热带西太平洋地区; 另一个是青藏高原南部、 孟加拉湾以及印度半岛中北部等地区, 上述两个区域与夏季强对流的分布相一致。在对流层顶高度附近 (约16 km高度), 两个近地层源区的垂直输送贡献相当。但进一步分析发现, 穿越对流层顶高度的质量输送只有约10％能够进入20～22 km高度的平流层中, 且主要源于以青藏高原南侧为代表的南亚季风区 (约贡献75%), 这进一步强调了青藏高原及其周边区域在全球TST过程中的重要地位。 (2) 轨迹分析显示, 夏季亚洲季风区对流层进入平流层的 “入口区” 主要在 (25°N～35°N, 90°E～110°E) 区域的青藏高原及其周边区域。TST路径受对流层上层南亚高压闭合环流、 北半球副热带西风急流和赤道东风急流的共同控制。 (3) 亚洲季风区TST两个主要的过程, 一个是和夏季湿对流抬升直接联系的快速输送过程, 它可以使近地层大气在1～2天内输送到平流层中, 贡献了整个TST的10%～30%; 另一个是大气辐射加热所致的大尺度垂直输送, 该输送是一个相对的慢过程, 时间尺度一般为5～30天。此结果意味着, 源于地表的短生命周期的大气污染物可通过光化学反应过程对该区域平流层臭氧及其他大气痕量成分平衡产生重要影响。