前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值

本文研究了前期冬季北极海冰与中国东部春季极端降水频次的联系及其可能机制,并进一步探讨了海冰异常信号对极端降水的预测价值。结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常与中国东部春季极端降水频次经验正交分解第一模态(EOF1)之间存在密切联系。当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,冬季大气环流呈现出类北大西洋涛动(NAO)正位相的异常分布,并伴随经向的北大西洋三极型海温异常。该海温异常可以从冬季持续到春季,进而激发出从北大西洋到欧亚中纬度的纬向遥相关波列,在东亚地区引起气旋型环流异常。该气旋型环流异常会引起中国东部地区湿度显著增加,上升运动增强,从而为该地区极端降水的发生提供了有利的背景条件。相反,当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏少时,其滞后引起的春季环流异常则不利于中国东部地区极端降水的发生。进一步的交叉检验结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常信号对中国东部春季极端降水具有重要的预测价值。     

南半球中纬度偶极模态与亚洲—非洲夏季降水

南半球大气环流第一模态为南极涛动, 它表现出较好的纬向对称结构。本工作利用经验正交分解方法研究发现, 在南半球的东半球, 夏季(6~9月)大气环流还存在一个重要的模态。不同于南极涛动, 该模态表现为显著的纬向偶极分布, 本文定义其为偶极模态。在海平面气压场上, 该模态的解释方差可以达到20%以上, 表现出显著的年际变化特征。进一步的研究发现, 该偶极模态与亚非夏季降水存在密切联系, 尤其与我国华南、南亚以及热带非洲东部地区的夏季降水存在显著的正相关关系。机制分析表明, 南半球这一偶极模态的异常会影响东半球越赤道气流的变化, 从而造成向上述三个地区的水汽输送的多寡, 并最终导致这三个地区夏季降水发生变化。本工作揭示的偶极模态变化独立于南极涛动, 研究结果不但可以深化对南半球环流系统变化特征及影响的认识, 而且对亚非夏季降水的变化特征和机制研究也具有重要意义。     

降尺度方法在东亚气候预测中的应用

东亚气候变异十分复杂,全球动力预测系统对该地气候异常的预测能力偏低,如何进一步提高东亚地区气候异常的预测水平是一个非常重要的科学和现实需求问题。为此,近些年一系列的动力和统计降尺度方法得以发展。本文主要回顾了这些降尺度方法在东亚气候预测研究和实时预测中的应用。首先,文中简要介绍了我国目前应用于实时预测的全球动力预测系统及其性能,这是开展降尺度的科学和技术基础;在此基础上,从区域模式物理过程参数化方案的评估与遴选、区域模式在东亚气候预测中的应用两个方面,对于动力降尺度方法的发展和应用做了回顾;在统计降尺度的综述中,本文主要关注了东亚夏季汛期和冬季气候异常的预测,特别是针对东亚冬季气候异常,本文中提出了新的高效的统计与动力相结合的预测方法。最后,展望了短期气候预测需要进一步深入研究的科学和技术问题。     

我国夏季降水及相关大气环流场未来变化的预估及不确定性分析

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCCAR4)的15个耦合气候模式在不同排放情景下的模拟结果,对我国夏季降水及相关大气环流场的未来时空变化特征与模式之间的不确定性作了研究。结果表明,在全球变暖背景下,我国夏季降水表现出较强的局地特征。其中,我国东部和高原地区的降水在21世纪表现出明显的增加趋势,而且这种趋势随着变暖的加剧而增强,同时模式模拟结果之间的一致性也更好,表明这一结果的可信度较高。在全球变暖背景下,我国新疆南部地区表现为持续的降水减少趋势,而我国西南地区夏季降水的变化则呈现出先减少(21世纪初)后增加的特征,不同模式对降水这些局地特征的模拟也都表现出较好的一致性。其他地区夏季降水在21世纪的变化不大,同时模式模拟的一致性也较差。多模式模拟的我国未来百年夏季降水的这些变化特征在温室气体高、中、低不同排放情景下基本一致,A2情景预估结果变化最大,A1B次之,B1相对最小。东亚夏季大气环流场的预估结果显示,在全球变暖的背景下,大部分模式的模拟结果都表明,东亚夏季风环流有所增强,从而使得由低纬度大洋和南海地区向我国大陆的水汽输送增加,造成该地区大气含水量的增多,从而为我国东部地区夏季降水的增加提供有利条件。此外,随着全球变暖的加剧,西太平洋副热带高压持续增强,其变化对我国东部地区夏季降水的影响程度和范围也明显增大。这些环流场及其不确定性的分析结果进一步加强了我国夏季降水未来变化预估结果的可信度。     

1961-2005年新疆地区夏季气温的时空变化特征及其与大气环流的关系

利用1961—2005年新疆地区最为齐全的整编台站观测资料集,分析了新疆地区夏季气温的时空变化特征,并探讨了引起这种时空变化的大气环流因子.结果表明:新疆地区的夏季气温首先表现出整体一致性的变化,在过去的45a中全疆气温持续上升,这与全球变暖的大背景相一致.影响新疆全疆夏季气温变化的主要大气环流因子为贝加尔湖附近高压脊的异常,当其偏强时,新疆地区夏季气温偏高,反之则偏低.新疆地区夏季气温第二类变化模态为南、北两疆反向的特征,这种变化模态主要表现在气温的年际时间尺度上.新疆南、北两疆气温反相变化主要是由伊朗高压和乌拉尔地区高压脊的变化所控制.当这两个大气环流系统在新疆地区造成中高层位势高度南北向正负异常时,新疆地区以天山为界夏季气温表现出反向的变化特征.     

大兴安岭和长白山地形影响东北夏季降水的数值模拟研究

利用区域数值模式WRF-ARW（V3.9）开展高分辨率数值模拟试验,研究了东北地区大兴安岭和长白山地形对该地区夏季降水的单独和共同影响。结果表明,东北地区两大山脉地形可以显著影响东北及其周边区域的大气环流和降水。大兴安岭和长白山地形的阻挡作用使得夏季偏南气流在两个山脉的迎风坡一侧堆积,引起局地水汽增加并产生上升运动,因此两个山脉的迎风坡一侧降水增加;而在两个山脉的背风坡一侧,局地水汽减少并伴随下沉运动,因此两个山脉的背风坡一侧降水减少。大兴安岭地形的存在使得其东侧到松嫩平原地区夏季降水增加1.09 mm d?1（相较参照试验增幅为30%）,而使其西侧蒙古东部地区夏季降水减少0.69 mm d?1（相较参照试验减幅为24%）;长白山地形的存在使得长白山南侧到朝鲜半岛地区夏季降水增加1.76 mm d?1（相较参照试验增幅为26%）,而使其北侧三江平原地区夏季降水减少0.81 mm d?1（相较参照试验减幅为22%）。当大兴安岭与长白山同时存在时,两者的协同作用会减弱蒙古东部、松嫩平原和朝鲜半岛地区夏季降水的响应,而增强三江平原地区夏季降水的响应。该研究结果对于理解东北地区当代气候的形成具有重要的科学意义。     

几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果

为了热烈庆祝中国科学院大气物理研究所成立80周年(1928～2008年),作者谨就五年来中国科学院大气物理研究所的科学家们完成的关于我国气候变异和气候预测方面的研究工作若干新成果作一些非常概要性的介绍,个中也包含一点所外科学家的工作。不周和不当之处只有请读者海涵和批评指正了。本文介绍的主要进展有三个方面:关于我国气候年际变异的研究、ENSO预测研究和数值气候预测研究。     

北太平洋涛动与台风和飓风频次的关系研究

研究了北太平洋涛动(NPO)和西太平洋台风及热带大西洋飓风频次的联系. 结果表明, 在1949~1998年这50 a间, NPO和西太平洋台风频次的相关系数是0.37, 而和热带大西洋飓风频次的相关系数是-0.28, 都达到了95%的置信度水平. 进一步的研究揭示: 6~9月NPO的变化和西太平洋及热带大西洋区的纬向风垂直切变幅度、海平面气压以及海表面温度、区域大气辐散辐合等存在显著的关联, 而这些气候环境的变化都和台风及飓风生成与发展的热力或动力过程密切相关. 这就是NPO与台风及飓风频次相联系的原因. 还进一步研究了与NPO有关的大气遥相关以及两个区域大气环流的变化, 以便进一步理解NPO和台风及飓风活动频次的联系. 最后分析了一个海气耦合模式的积分结果, 初步印证了由观测资料所得到的结论.     

东北夏季气温变异的区域差异及其与大气环流和海表温度的关系

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料，对东北夏季气温的时空分布进行了研究，发现其变化除具有整体的一致性外，东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同，其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一次显著的气候突变. 另外，剔除夏季气温全区一致变化的年份后，南北两区夏季气温与大气环流和海表温度的关系表明：突变前，影响北部和南部冷/热夏季的大气环流形势存在显著的不同，关键海域亦有很大差异：影响南部的为中纬度西太平洋和印度洋部分海域，影响北部的主要为ENSO事件；突变后，两区的夏季气温及相应大气环流和关键海区都趋于一致. 在整个分析时段内，北部夏季气温与东亚夏季风存在显著负相关，而南部的关系则不明显.     

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。