慢特征分析法在气象上的应用进展

气候系统具有非平稳特征,根本原因在于其外强迫随时间发生改变,因此外部驱动力的分析对于理解气候系统的动力学特征至关重要,而如何有效提取系统外部驱动信息是一个亟待解决的前沿科学问题。最近几年,在生物神经学领域中应用的一种提取非平稳信号中外强迫信息的方法——慢特征分析法(Slow Feature Analysis,SFA),在气象领域中也得到了初步成功的尝试,结果显示出此方法对气候系统的外强迫信息分析及有关动力学机制的探究有较好的应用前景。本文主要介绍SFA方法的理论思想及实施步骤,并通过一个理想的非平稳时间序列检验其提取外强迫信息的能力,结果证明在衰减的Logistic模型中,可利用SFA算法提取出模型中的外强迫,且与真实外强迫的相关系数可达0.99;此外,还介绍将该方法应用于Arosa臭氧时间序列,分析其提取的外强迫信息的动力学特征;并介绍了在气候时间序列建模中引入外强迫因子的预测效果。     

南京市灰霾天气的长时间变化特征及其气候原因探讨

以南京市1954—2012年的逐日气象数据分析南京市灰霾天的长时间变化规律并从气候角度探讨其变化原因。南京市的霾日数近60 a来呈现明显上升趋势,从20世纪50年代的40 d/a已增加至21世纪的230 d/a左右,气象行业标准界定的霾日与人工观测的霾日长期变化趋势一致,前者在南京市具有较好的适用性。南京市雾霾混合日呈现出先增加后下降的趋势,其对应的相对湿度在不断降低,这可能是雾霾日向霾日转换,雾霾日数降低而霾日数增多的关键因素。南京地区能见度不断降低,近30 a里约下降8.4 km,霾日数与能见度相关系数高达-0.91,随着能见度的降低,灰霾天数几乎线性增加。南京地区的年平均相对湿度在1985年以后大幅降低,已从约80%下降至68%左右,湿度与霾日的相关系数为-0.72,随着湿度的降低,霾日呈上升趋势。南京年平均温度1985年后明显上升,升高了1.8℃,其中冬季上升幅度最大,夏季上升幅度最小;年均温度与霾日数呈现出明显正相关,和相对湿度呈现明显负相关,温度的升高将造成相对湿度的降低,进而造成霾日增多。南京的年平均风速1978年后不断降低,到20世纪末约降低1.5 m/s,风速与霾日呈现出显著的负相关,随着平均风速的降低,霾日数不断增多。在全球变暖的大气候背景下,南京市霾的长时间变化受到各种气候因子的影响,能见度、相对湿度、温度和风速都是重要的影响因素。     

全球气候数据集生成及气候变化应用研究

科技部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"全球气候数据集生成及气候变化关键过程和要素监测"研究项目。项目围绕由全球气候观测系统提出的基本气候变量,完善地空天基观测体系,生成中国首套以遥感数据为主体的涵盖大气、海洋和陆表长时间序列、高精度、高时空一致性的产品,即气候数据集,动态监测全球变化关键过程和要素。     

Phylogeography of the pelagic fish Seriola lalandi at different scales: confirmation of inter-ocean population structure and evaluation of southern African genetic diversity

The study investigated the global and regional phylogeography of the yellowtail kingfish Seriola lalandi by examining genetic diversity and population genetic structure of this species at inter-and intra-ocean level and on a regional scale. DNA fragments of two mitochondrial genes, cytochrome b (Cytb) and cytochrome c oxidase subunit I (COI) and one nuclear gene, recombination activating gene 1 (RAG1), were sequenced to investigate the global-scale phylogeography of this species. The population genetic structure within the South Pacific, as well as along the South African coastline, was examined further using six microsatellite markers. Three distinct clades were identified for S. lalandi, which correspond with previously described subspecies of the North-East Pacific, North-West Pacific and the Southern Hemisphere. Within the latter, additional divergence was observed between the South Pacific and the South-East Atlantic regions. Divergence estimates were indicative of a Pacific origin for S. lalandi populations, because of Pleistocene vicariant events. Microsatellite analyses revealed overall significant genetic differentiation between South African and South Pacific samples. This corroborates recent findings on the global phylogeography of the species. No population differentiation was observed within South Africa, indicating high levels of gene flow.     

GPS掩星气压的评估及质量控制

以探空数据为参考,将2014年1月1日—12月31日的COSMIC掩星气压作为GPS掩星试验样本,将中国区域划分为4个气候区,从双权重平均值、双权重标准差及相关系数角度对GPS掩星气压进行评估,并根据其统计结果进行质量控制。结果显示:双权重平均值和双权重标准差相较传统方法统计出的平均值和标准差更不易受异常数据的影响,评估结果更加准确。4个气候区之间气压的双权重平均值差异较小;双权重标准差在亚热带季风气候区的数值较小(小于6 hPa)、在温带季风气候区较大(最大可达15 hPa)。以探空数据为参考,气压偏差的统计表明,亚热带季风气候区从低层到高层都为正偏差(0.8 hPa左右),其他三个气候区在6 km以下多为负偏差、6 km以上为正偏差(0.5 hPa左右)。根据相关系数的统计,将相关系数确定为0.80,并根据各气候区不同的统计结果划分阈值区间;质量控制结果显示,错误点大多分布在GPS掩星气压与探空气压相差较大的区域,两步质量控制的错误数据百分比大部分在5%以内;对比质量控制前后GPS掩星气压与探空气压之间的相关系数表明,质量控制后两者的相关性得到明显改善。     

遵义市袋栽黑木耳最佳栽培期气候条件分析*

为了找出黑木耳在遵义的最佳栽培期,2019年笔者在遵义市气象观测站开展试验,收集并整理黑木耳生长期内逐日气象资料,结合试验数据综合分析,结果显示：（1）平均气温在20℃左右时,对木耳品质形成较为有利,候平均气温＜5℃或≥30℃时不适宜黑木耳生长。（2）除盛夏和初秋相对湿度较低外,其余大部分时段均能满足木耳自然生长,少部分时段需适当浇水。（3）3月至10月候日照时数普遍在10小时以上,适宜黑木耳生长,其中4月4候至9月4候为最适宜期。（4）遵义立体气候特征明显,海拔高度不同木耳适宜生长期时段不同,大部分地区海拔普遍在600～1100米之间,黑木耳生长最佳适宜期为4月3候至6月6候、8月6候至10月5候。     

小冰期时中国南方地区降水模式的差异研究

小冰期是过去一千年中全球气候变化的重要事件之一。关于小冰期时中国季风区和西风影响区气候变化的对比研究众多,但是缺乏中国南方地区降水模式时空差异的研究,难以了解中国南方地区降水变化规律。为了系统地了解小冰期时中国南方地区降水的复杂性,本文将中国南方地区划分为东南—华南沿海地区、中部地区以及西南地区三个区域,总共选取了19条高分辨率的古气候记录进行对比研究,主要有以下几点认识:(1)相对于中世纪暖期而言,小冰期期间中国南方东南—华南沿海地区的气候偏湿,这可能与雨带在中国南方的滞留时间延长和沿海地区受台风的影响增强有关。(2)中国中部地区秦岭南麓和神农架高山林区在小冰期时期主要呈"冷湿"的模式,差异在于秦岭南麓区域主要在小冰期中后期偏湿,这与中部其他区域偏"冷干"的模式不同。这种区域差异可能是由于地形地势和大气环流的复杂性导致。(3)中国西南地区受印度夏季风和东亚夏季风的共同影响,且该区域地形复杂,其气候变化在小冰期时期存在更加明显的空间差异,没有呈现出比较一致的降水模式。与小冰期期间的降水变化不同的是,近30年东南—华南沿海地区除了台湾和雷州半岛,其他区域降水明显减少,可能受气温和人类活动等因素的影响。通过结合高分辨率的古气候记录,我们系统分析了中国南方小冰期的干湿模式在时空上的差异及其可能的影响因子,这对于认识小冰期时中国南方不同区域降水的复杂性及未来旱涝灾害的防控具有一定意义。     

未来东北地区农业气候资源的时空演变特征

研究采用NorESM1-M模式输出的气候情景资料驱动农业生态区模型,分析了21世纪中期在RCP 2.6和RCP8.5典型浓度路径下的东北区域气候资源变化。研究表明:在RCP2.6、RCP8.5两种气候变化情景下,东北区域年平均气温呈现升高趋势,≥10℃积温所反映的热量条件得到显著改善,以黑龙江省和辽中南积温的增加最为明显;受气温升高影响,2050s参考作物蒸散普遍增加。区域内降水总量略有增加,东北西部干旱地区状况略有改善,东部地区更加湿润;趋于暖湿的气候促使作物生长季延长,到21世纪中期,全区最长增加12.4天。     

近56a洛阳地区雾和霾气候特征及其气象要素分析

利用1961—2016年洛阳9个县(市)地面气象观测站的雾、霾日数及相关气象要素资料,采用统计学方法分析了洛阳地区雾和霾日数的时空分布特征及影响其产生的气象要素特征。结果表明:近56a来洛阳市平均年雾日数在20世纪80和90年代较多,21世纪初开始逐渐减少,但在2015—2016年明显增加;平均年霾日数以2013—2016年最多;雾和霾日数在冬季最多,夏季最少。2000—2016年洛阳市雾日数自北向南逐渐减少,霾日数则在西部多、东部少,全区霾日数较1981—2010年明显增加。对雾、霾日气象要素的分析表明,相对湿度越大雾出现的频率越高、能见度越低,浓雾发生时相对湿度一般都在90%以上;中度和重度霾发生时相对湿度主要集中在50%~79%。雾发生时气温主要在-4.0~4.0℃之间,中度和重度霾发生时,气温分别集中在0~15.0℃和0~8.0℃,轻微和轻度霾发生时气温分布范围较大,以0~10.0℃较为集中。雾和霾出现时风速大部分在3.0m·s^-1及以下,并且主要是来自东北、东东北风向区域。     

河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971—2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006—2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。