2022年夏季中国高温干旱气候特征及成因探讨

2022年夏季,中国中东部发生了极端高温干旱气候异常,给经济、农业、人民生活造成了严重影响。本文回顾了此次高温干旱气候异常的时空特征,分析了其主要成因。2022年夏季,中国中东部区域平均的极端高温频次、日最高温度平均值、高温日数等指标均达到了1979年以来的最大值,区域平均降水则达到了1979年以来的最低值。此次气候异常主要是由于夏季中国中东部受强大的高压系统控制,与偏强的西太副高、中纬度的西风带扰动以及热带海温的影响有关。此外,本文探讨了全球增暖趋势对极端高温事件增多的影响,以及未来中国地区高温和干旱事件的可能变化。     

梅雨准双周振荡的年际变化及其前期强信号分析

利用1954—2005年中国740站逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了江淮梅雨准双周振荡的年际变化,并讨论了异常年的海气背景特征。将滤波后的每个降水周期划分为8个位相,其中第3位相对应准双周降水正距平最大,而第7位相对应准双周降水负距平最大,在此基础上的诊断结果表明：1）振荡强弱偏差场,在梅雨降水偏多的第3位相,低层大气中类似Rossby波列从南海经日本海、鄂霍次克海和阿留申群岛延伸至阿拉斯加地区,其中南海上空的反气旋和日本上空的气旋相互配合,造成冷暖空气在江淮地区交汇,有利于准双周降水正距平的产生。在降水偏少的第7位相,波列位相基本反向,传播路径偏南。2）第3位相时高层环流显示,鄂霍次克海地区高度场正异常明显,和我国东北地区的负距平共同作用为梅雨降水提供了足够的干冷空气。第7位相分布相反。3）前期3月至同期的黑潮及其延伸区海表温度和梅雨的准双周振荡强强度之间呈很好的正相关关系。黑潮及其延伸区持续的正海温异常,通过影响西太平洋副热带高压的位置和强度的变化,进而增强梅雨降水的准双周振荡     

气候系统预测:基础创新和集成应用

随着全球变暖,极端天气气候事件增强,天气气候灾害造成的损失也愈发严重。当前气候预测的准确性远远不能满足社会需要,气候系统预测理论和方法面临着众多挑战性问题。为提档气候预测科学水平和准确率,由南京信息工程大学和中山大学承担的“气候系统预测研究中心”获得国家自然科学基金基础科学中心项目支持(2021年1月—2025年12月)。在该项目执行的前三年,项目团队开展了大量深入系统的研究,并取得了若干重要进展:1)揭示了气候系统的若干关键变化、驱动力和机制;2)剖析了海-陆-冰-气相互作用对我国重大极端气候事件的影响;3)在气候系统数值模式研发和预测系统集成方面取得重要进展;4)发展了延伸期-S2S-年代际的气候系统预测理论和方法。本文对这些进展作了扼要介绍,并针对气候与环境变化归因、古今气候环境研究融合、跨时空气候系统变异和极端气候、人工智能与气候科学、年代际预测和风险应对体系等关键科学问题做了展望。     

触发2023年春季中国北方沙尘暴的沙源累积和天气扰动机制

2023年3—4月,我国共出现10次沙尘天气过程,其中3月19—24日和4月9—13日的沙尘过程分别达到强沙尘暴和沙尘暴等级,给人群健康、生态环境和交通运输带来了严重不利影响。后冬至前春的欧亚大气环流异常呈纬向带状分布,导致沙源地的地表气温以及土壤温度持续偏暖、降水整体偏少、蒸散发效应显著。疏松的沙源为春季沙尘天气提供了丰富的物质基础。触发3月19—24日和4月9—13日沙尘暴过程的天气扰动系统都是蒙古气旋,但两次蒙古气旋及其与后部冷高压的配置存在差异,这也直接造成两次沙尘暴过程在强度、路径和持续时间上的差别。此外,本文也从气候累积效应和天气扰动机制两个方面分析了沙尘事件的研究重点,并侧重讨论了开展沙尘次季节-季节以及年代际预测的必要性和关键点。     

RELATIONSHIP BETWEEN TROPICAL ISO AND TROPICAL CYCLONE ACTIVITY OVER THE SOUTH CHINA SEA

The relationship between the tropical intra-seasonal oscillation (ISO) and tropical cyclones (TCs) activities over the South China Sea (SCS) is investigated by utilizing the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) global reanalysis data and tropical cyclone best-track data from 1949 to 2009. The main conclusions are: (1) A new ISO index is designed to describe the tropical ISO activity over the SCS, which can simply express ISO for SCS. After examining the applicability of the index constructed by the Climate Prediction Center (CPC), we find that the convection spatial scale reflected by this index is too large to characterize the small-scale SCS and fails to divide the TCs activities over the SCS into active and inactive categories. Consequently, the CPC index can’t replace the function of the new ISO index; (2) The eastward spread process of tropical ISO is divided into eight phases using the new ISO index, the phase variation of which corresponds well with the TCs activities over the SCS. TCs generation and landing are significantly reduced during inactive period (phase 4-6) relative to that during active period (phase 7-3); (3) The composite analyses indicate distinct TCs activities over the SCS, which is consistent with the concomitant propagation of the ISO convective activity. During ISO active period, the weather situations are favorable for TCs development over the SCS, e.g., strong convection, cyclonic shear and weak subtropical high, and vice versa; (4) The condensation heating centers, strong convection and water vapor flux divergence are well collocated with each other during ISO active period. In addition, the vertical profile of condensation heat indicates strong ascending motion and middle-level heating over the SCS during active period, and vice versa. Thus, the eastward propagation of tropical ISO is capable to modulate TCs activities by affecting the heating configuration over the SCS.     

“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。     

THE NORTH-SOUTH ANTI-PHASE DISTRIBUTION OF RAINFALL IN MEIYU PERIODS AND ITS RELATIONSHIP WITH QUASI-BIWEEKLY OSCILLATION IN THE ATMOSPHERE

Based on the daily rainfall datasets from 740 stations in China from 1954 to 2005 and the NCEP/NCAR reanalysis data, the relationship between the north-south anti-phase distribution(APD) of rainfall during Meiyu periods and the Quasi-Biweekly Oscillation(QBWO) in the atmosphere was analyzed. Diagnostic results are as follows:(1) there was significant north-south oscillation of Meiyu rainfall during the 16 years from 1954 to 2005. Since the 1990 s, the APD enhanced significantly and showed 2- and 4-6-year period. In the region with more rainfall, the QBWO was always more active.(2) The APD of Meiyu and north-south movements of precipitation in eastern China belong to the same phase.(3) The 10-25 day filtered water vapor flux could spread to the area north of 30°N in 1991. The divergence of the water vapor flux which propagated from middle- and higher- latitudes to the of Yangtze-Huaihe River Basins(YHRB) was significant in 1991, but the latitudes that the water vapor flux could reach were further southward and there was no southward propagation of divergence in 1993.(4) The locations of Western Pacific Subtropical High(WPSH) and 10-25 day anti-cyclone, which modulated WPSH's advancement in and out of the South China Sea, were relatively northward in 1991. Furthermore, the vertical circulation showed north-south deviation between 1991 and 1993, just as other elements of the circulation did.     

SRES B2气候情景下东北玉米产量变化数值模拟

采用区域气候模式PRECIS与东北玉米模拟模型相耦合的方法, 模拟了基准气候 (BS, 1961—1990年)、B2气候情景下考虑和不考虑CO₂直接影响 (肥效作用) 未来40年 (2011—2050年) 我国东北玉米生育期和产量的变化状况。结果表明:不考虑CO₂直接影响时,未来40年的平均变化情况以减产为主,幅度和熟性密切相关。在松嫩平原部分地区减产幅度最大,超过20%,但21世纪20年代的10年间东北玉米减产面积小,大部分地区表现为20%以内的增产。不考虑CO₂直接影响,玉米产量变化是由气象条件变化引起的,温度过高和降水减少是玉米减产的主要原因; CO₂直接影响对玉米产量的补偿效应不可忽视。与不考虑CO₂直接影响的情况相比,未来40年平均的产量变化地理分布形势相似,但产量变化的幅度减小,减产幅度达到10%以上的范围缩小。研究气候变化对东北玉米产量的影响时,必须同时考虑CO₂肥效作用和气象条件的变化, 在B2情景下未来40年内,各年代东北玉米生育期变化的地理分布相对比较稳定,和玉米熟性关系紧密。     

长三角地区冬季霾污染日数的季节预测

将霾日数年际增量作为预测对象、前期外强迫因子作为自变量,分别运用多元线性回归方法和广义相加模型建立长三角地区冬季霾日数预测模型。综合考察"去一法"交叉验证和循环独立样本实验的结果,选出适用于各个模型较优的建模方法,并对比长三角地区冬季霾日数预测模型(MODEL1)和长三角地区冬季霾日数分月预测模型(MODEL2)。MODEL1、MODEL2的均方根误差(解释方差)分别为2.69(80.01%)、2.76(79.04%),两类模型均能成功捕捉霾日数的年际-年代际趋势和极值。MODEL2预测的霾日数距平同号率(97.3%)优于MODEL1(86.49%),具有良好的距平符号捕捉能力。MODEL1采用11月之前的外强迫因子,可提前一个季度预测冬季霾日数;MODEL2采用更新的外强迫因子,可不断预测每月霾污染状况。通过两类模型组合使用,可更准确预测长三角地区冬季霾日数,为霾污染治理提供可靠的科技支撑。     

高速公路气象监测站的宏观适用性

在大量调研和数据分析的基础上建立了客观的宏观适用性分析指标体系,并进行了交通气象监测设备在我国高速公路上的宏观适用性分析,得到以下结论:(1)我国高速公路交通气象监测设备在全国各省的分布极不均匀,除江苏,北京和海南的测站分布较为密集外,大部分省份高速公路的专业交通气象监测处于空白状态.(2)有特殊要素观测能力的站点和当地交通气象灾害种类基本匹配,但特殊观测要素的设置需要向精细化发展,不能一味布设全要素监测站.(3)目前国内的交通气象站布设指南没有充分考虑交通气象监测特点,缺乏可行的布设规范.(4)我国疆域辽阔,高速公路通车里程高,而交通气象监测设备的仪器成本、维护成本和人力成本太高,单纯依靠交通气象监测站不是解决交通气象服务的最佳途径.(5)虽然气象部门的监测数据能够保持一定的准确性,但雨强和能见度等的观测主要通过光感应或遥感,很容易受周围环境的影响,道面状态的观测很难避免周围车辆,环境的影响.(6)监测数据的应用主要在三个方面:实况监测,开发初级产品和科研项目.监测数据没有充分共享,缺少实际应用和深度挖掘,没有针对交通用户生成专业指导产品.还对交通气象监测设备的布设提出了切实可行的建议,如引入数据同化反演技术、加强预报预警技术研究和明确部门分工等.