长江下游地区汛期暴雨气候特征分析

IPCC(1995)第二次科学评估报告指出了极端气象事件变化研究的重要意义[1].长江下游地区地势低平,往往是我国暴雨洪涝的多发区域,造成严重灾害,因此,研究长江下游地区暴雨的规律具有极其重要的意义.选取了长江下游地区52站1960～2003年逐日降水资料,运用EOF分析将其分为3个分区,采用小波分析,Mann-kendall非参数检验法及趋势系数法等分析方法研究各分区汛期暴雨降水的气候统计特征.结果表明:虽然汛期同为暴雨降水的集中时期,但各分区暴雨降水在汛期降水中所占比重略有差异,暴雨降水量、频次所占比例的空间分布为西区较大、东区和北区略小,暴雨平均强度则西区和北区东部强、其他区域小.同一区域中降水量与频次具有显著的正相关,不同区域间仅暴雨降水量的相关性较好.暴雨降水量44 a中呈现了增加的趋势.各区汛期暴雨具有多重时间尺度的周期变化,暴雨降水量和频次的周期在西区与全区的较为一致,主要是6～9 a的周期振荡.东区和北区有着不同尺度的振荡周期.各区的暴雨降水强度都不同程度地存在着3 a的周期振荡.长江下游地区汛期暴雨降水量除北区外,全区及其他分区的突变时刻均发生在1980年代末～1990年代初这一时期,暴雨降水量在1980年代中期～20世纪末出现了一个增长的过程,北区趋势并不显著.全区暴雨平均强度在突变时刻之后有一个减弱的过程,而西区和北区的暴雨平均强度变化并不显著.     

北非和青藏高原感热振荡特征及与我国东部夏季降水的关系

利用EOF方法,分析了NCEP/NCAR 1948—2002年再分析资料中月平均全球地面感热资料,揭示了北非和青藏高原感热的振荡特征。分析了振荡关键区的感热距平与我国东部51个测站1951—2000年汛期降水距平的相关关系,用SVD方法分析了关键区感热距平场与我国东部51个测站全年各月降水距平场的空间耦合和时滞关系及关键区感热异常对我国东部降水异常的影响。结果表明,北非和青藏高原两个区域的感热变化呈负相关,它们对我国华北、江淮和华南三个区域的汛期降水滞后影响明显。感热对我国降水的影响以年代际为主。     

全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究进展

气候重建工作的深入开展极大地促进了全新世亚洲季风变化的研究,然而当前重建结果对亚洲季风的演变特征和机理存在很大争议,开展古气候模拟对理解全新世亚洲季风演变的时空特征和成因机制具有重要意义。为此,本文主要从气候模式模拟的角度回顾全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究工作,并将从外强迫和气候系统内部变率这两个角度对机制进行探讨。主要有以下进展:全新世瞬变模拟试验结果反映早全新世以来亚洲季风降水呈下降趋势,这主要受到地球轨道参数的影响,并通过改变海陆热力差异和半球间温度梯度来影响亚洲季风降水。在百年尺度弱季风事件上,模拟的8.2 ka BP时期的亚洲季风弱事件主要是由冰川融水触发,引起大西洋经向翻转环流AMOC减弱并通过大气遥相关导致季风降水减少;而4.2 ka BP时期模式模拟的亚洲弱季风事件主要是受内部变率所主导而并非外强迫因子影响。亚洲季风百年尺度变化的模拟研究主要集中在过去2 000年时段,中世纪气候异常期季风明显增强,而在小冰期逐渐减弱,太阳辐射和火山活动是影响其变化的主导因子,它们通过影响海陆热力差异、印—太海温变化来影响季风变化。     

基于PMIP3和CMIP5模拟结果的过去千年特征时段北极涛动的变率特征及成因分析

利用参与第三次古气候模式评估比较计划（Paleoclimate Modelling Intercomparison Project Phase III,PMIP3）过去千年气候模拟试验以及参与第五次耦合模式评估比较计划（Paleoclimate Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）全强迫历史情景试验的9个地球系统模式模拟试验结果,对过去千年3个特征时段（中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期）北极涛动（Arctic Oscillation, AO）的变率及成因进行了分析。通过与NCEP再分析资料的对比发现,模式能够较好地模拟出AO的空间模态及年际变化周期,且大部分模式能够模拟出过去50年AO的增强趋势。过去千年3个特征时段中,不同模式对中世纪气候异常期AO位相的模拟并不一致,但大部分模式显示小冰期AO基本呈现负位相,而现代暖期则表现为显著的正位相,与重建结果一致。基于多模式集合平均的机制分析表明,中世纪气候异常期北极地区海平面气压变化不显著,小冰期北极地区海平面气压显著偏正,现代暖期海平面气压显著偏负,这与现代暖期北极温度偏高而小冰期北极温度偏低有关。过去千年中,小冰期和现代暖期的AO变率分别受自然外强迫和人为外强迫的影响。     

中国年和季各等级日降水量的变化趋势分析

通过对中国554个测站1961—2003年的日降水量数据进行线性回归,对我国全年和各个季节的总降水量和各级降水的线性趋势进行分析,并对两种不同的极端降水定义方法所得的变化趋势进行了比较。结果显示,全年总降水量在西北、长江中下游和华南地区具有明显的增加趋势,而在华北和四川盆地地区具有明显的减少趋势。分析各类降水的季节变化趋势可以发现,西北地区各个季节的日降水都是增加的,长江中下游地区的各类降水的增加趋势主要集中在夏季和冬季,而华北地区的各类降水在各个季节基本都呈减少趋势。极端降水趋势方面,西北、长江中下游、西南部分地区和华南沿海地区具有明显的增加趋势,而华北、四川盆地和东北部分地区则有明显的减少趋势。     

超大口径射电望远镜温度场分析

随着天线口径增大、频率升高,日照热对其性能的影响愈发严重.针对待建的新疆110 m大口径全可动射电望远镜,建立其热分析有限元模型,研究天线在夏至日不同太阳时刻的温度场分布特性.结果如下:一天中,主反射面的最高温度可达42.86℃,出现在14时,同时刻撑腿的温度也达到峰值,为41.74℃.背架水平分区温差在5时、18时、19.5时均超过1℃,会对天线指向性能产生较大影响.夜间天线结构温度分布亦不均匀,俯仰结构的温差明显高于其他构件,最大温差为6.42℃,通过数值模拟与试验相结合的方法,证明了构件的壁厚差异是导致结构夜间温差较大的主要原因.     

全新世暖期鼎盛期与未来变暖情景下东亚夏季降水和气温变化对比

利用通用气候系统模式(Community Climate System Model,简称CCSM)全新世和21世纪气候模拟试验数据,对比分析了全新世暖期鼎盛期和RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5,简称RCP4.5)未来变暖情景下东亚地区夏季地表气温和降水的空间分布特征,并探讨了两个暖期夏季气候变化的成因机制。结果表明:1)全新世东亚地区最暖的夏季出现在9 ka B.P.前后,这与地球轨道参数有关;2)RCP4.5温室气体排放情景下21世纪整个东亚地区的夏季平均地表气温均呈上升趋势,而在全新世暖期鼎盛期东亚地区的夏季地表气温呈现同心圆状分布;3)全新世暖期鼎盛期和未来变暖情景下东亚地区夏季降水的空间分布有明显差异,前者东亚地区的夏季降水呈现"南负北正"的偶极子分布形态,而后者呈三极子形势;前者东亚夏季降水的变化幅度明显强于后者;4)全新世暖期鼎盛期副高偏强,中国东部偏南气流较强;而在RCP4.5未来变暖情景下副高偏弱。     

全新世北半球典型冷事件的模拟研究

全新世冷事件期间的气候格局及其成因是过去气候变化研究的热点问题.利用基于通用气候系统模式开展的TraCE-21ka气候模拟试验资料,在定义和提取典型冷事件的基础上,分析了全强迫试验模拟的全新世北半球多次冷事件的规模及冷事件发生时温度与降水的空间特征,并结合全强迫试验中使用的4个外强迫序列(淡水注入、轨道强迫、大气温室气体、大陆冰盖)及其对应的单因子敏感性试验,初步探讨了部分典型冷事件的成因.结果表明: TraCE-21ka模拟的冷事件年份与重建/集成序列的冷事件年份对应较好,模式较好地模拟出了全新世北半球的冷事件;全新世期间,北半球共发生了 10 次典型冷事件( 9. 7 ka B. P.、 8. 3 ka B. P.、 7. 3 ka B. P.、6. 2 ka B. P.、 5. 2 ka B. P.、 4. 2 ka B. P.、 3. 4 ka B. P.、 2. 1 ka B. P.、 1. 0 ka B. P.和 0. 2 ka B. P.);每次冷事件发生时,北半球大范围降温和变干,温度变化呈现明显的纬度地带性差异,中高纬地区降温最显著,低纬10°N附近降水减少最显著;在 8. 3 ka B. P.、 7. 3 ka B. P.、 6. 2 ka B. P.、 5. 2 ka B. P.、 4. 2 ka B. P.、 3. 4 ka B. P.、 2. 1 ka B. P.和1. 0 ka B. P.共8次冷事件中,北半球温度和降水的空间变化较为相似,北大西洋经圈翻转流( Atlantic Meridional Overturning Circulation,简称 AMOC)变弱导致了冷事件,格陵兰岛南部的北大西洋海域降温和变干尤为显著;9. 7 ka B. P.和3. 4 ka B. P.的冷事件可能与轨道强迫有关,淡水注入造成了8. 3 ka B. P.和7. 3 ka B. P.的冷事件, 0. 2 ka B. P.冷事件可能与大气温室气体波动有关.地球系统内部变率对于冷事件的发生可能也有一定影响.     

过去2000年重大火山喷发对全球和中国气候的影响

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的史实、对气候的影响和机制以及未来的研究方向.主要结论是:过去2000年MVEs密集时期发生在公元530～700、1200～1460和1600～1840年.对温度影响上, MVEs会引起年际-年代际尺度全球和中国的显著降温,但模拟的年际尺度降温幅度明显大于重建结果.对降水影响上,热带MVEs会导致全球季风降水显著减少;在中国区域,长江流域的降水有所增加,但在华北、东北以及青藏高原南部区域,不同数据所反映的结果存在较大差异.频繁的强火山爆发、火山叠加太阳活动极小期、气候系统内部变率叠加火山的作用都可能引起北半球季风区和中国东部的年代际干旱事件.在机制上, MVEs既通过直接辐射效应影响气候,也通过调制气候系统内部变率来间接影响气候,如火山喷发会影响厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和大西洋多年代际振荡(AMO)的变化.然而, MVEs调制ENSO和AMO等...