Spatial and Temporal Variations of Atmospheric Angular Momentum and Its Relation to the Earth Length of Day

The characteristics of atmospheric-angular-momentum(AAM) and length-of-day(LOD) on different timescales are investigated in this paper,on the basis of the NECP/NCAR reanalysis data and an LOD dataset for 1962-2010.The variation and overall trend of the AAM anomaly(AAMA) at different latitudes are presented,and the relationship between AAMA and LOD is discussed.The AAMAs in different latitude regions exhibit different patterns of variation,and the AAMA in the tropics makes a dominant contribution to the global AAMA.In the tropics,the AAMA propagates poleward to the extratropical regions.It is confirmed that a downward propagation of the AAMA occurs in the lower stratosphere.Correlation analysis shows that the relationship between AAMA and LOD varies significantly on different timescales.Specifically,the tropical AAMA is positively correlated with LOD on short timescales,but they are not obviously correlated on long timescales.This indicates that the interaction between AAM and the earth's angular momentum follows the conservative restriction on short timescales,but the influence of the earth angular momentum on that of the atmosphere depends on the interaction process on long timescales.     

大气角动量平衡的研究进展

重点分析了20世纪80年代以来国内外关于大气角动量平衡研究的一些代表性工作。总结了地气系统角动量交换、角动量输送及其与山脉和摩擦力矩异常、地转异常、ENSO等关系的研究结果。指出了一些应当深入研究的方向。     

中国区域大气加权平均温度的时空变化及模型

大气加权平均温度Tm是地基GPS水汽遥感的关键参数,决定了水汽反演的精度。利用2008—2011年全国123个探空站点资料,分析了Tm与其影响要素纬度、海拔、地面气温、水汽压及大气压之间的关系,结果表明：Tm与纬度和海拔随季节变化呈周期性负相关,与地面温度和水汽压的自然对数呈正相关,与大气压呈负相关;Tm的空间变化具有纬度地带性和明显的气候分布特征,其变异程度在空间分布上有显著差别,不同地理位置的Tm受季节性影响程度不一,Tm也具有明显的年际周期性变化,年内Tm的每日变化符合二次函数分布规律。按照全国、气候分区和季节分区方法,分别建立了Tm单因子和多因子回归模型,并利用2012年1—5月数据对所建模型进行验证,Tm的估算误差能满足GPS水汽遥感2%的精度,模型普遍适用于我国地基GPS水汽遥感中Tm的估算。     

中国南方春季大尺度大气水汽汇时空变化特征

用1958-2004年NCEP/NCAR再分析资料分析了中国南方春季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明：华南中东部、广西北部-湖南西部-贵州东部地区是中国南方春季水汽汇的两个主要变异中心区。华南中东部春季水汽汇具有明显的年际和年代际变化特征,并以年代际方差占优;广西北部-湖南西部-贵州东部地区春季水汽汇以年际变化为主。华南中东部以及广西北部-湖南西部-贵州东部地区水汽汇的强度异常与东亚上空水汽输送异常导致上述地区垂直积分的水汽通量辐合的异常密切相关,当中国南方上空有西南（东北）风水汽通量距平,即西南风水汽输送增强（减弱）时,则上述地区上空的水汽汇偏强（偏弱）。     

亚洲冬季大气动能的时空演变特征及其与中国冬季降水和温度的关系

利用1968～2008年NCEP/NCAR再分析资料、中国测站的降水量和温度资料,分析亚洲冬季大气动能的时空演变特征,探讨与其对应的大气环流异常特征以及大气动能的变异与我国降水量和温度异常的联系。结果表明:亚洲冬季大气动能的主要变异中心在东亚西风急流区,该地区的冬季大气动能存在明显的年际和年代际变化。冬季,我国中东部至日本以东到西北太平洋上空大气动能的减弱(增强)与对流层中高层东亚西风急流的减弱(增强)密切相关,并可导致我国东部大部分地区降水量的偏多(偏少)和我国东北地区温度的偏高(偏低)。青藏高原西南侧大气动能的增强(减弱)则与该地区对流层中高层南亚西风急流的增强(减弱)有关联,并导致冬季我国东南地区降水量的偏多(偏少)和我国广西、贵州和四川一带温度的偏低(偏高)。在冬季,亚洲大气动能的变化可能主要通过影响亚洲西风急流的变化来造成我国冬季气候的变异。     

华南夏季大气水汽汇时空变化特征

用1958~2004年NCEP/NCAR再分析资料,分析华南夏季大尺度大气水汽汇的时空变化特征。结果表明:西南地区东部至华南北部地区、华南沿海地区是我国南方夏季水汽汇的2个主要的变异中心区。西南地区东部至华南北部地区夏季水汽汇具有明显的年代际变化特征。华南南部沿岸地区夏季水汽汇则以年际变化为主。西南地区东部至华南北部附近地区以及华南南部沿岸地区水汽汇的强弱异常变化,与东亚上空水汽输送异常而导致上述地区的垂直积分的水汽通量辐合的异常是密切相关:如果向华北或者长江流域的水汽输送增强(减弱),则华南地区得到的水汽减少(增加),导致上述地区上空的水汽汇偏弱(偏强)。     

Atmospheric Angular Momentum Transport and Balance in the AGCM-SAMIL

NCEP/NCAR reanalysis data and the spectral atmospheric general circulation Model (AGCM) of IAP/LASG (SAMIL) are employed to investigate the transport and balance of atmospheric angular momentum (AAM). It is demonstrated that SAMIL depicts the general features of the AAM transport and balance reasonably well. The AAM sources are in the tropics and sinks are in the mid-latitudes. The strongest meridional transport occurs in the upper troposphere. The atmosphere gains westerly momentum and transports it upward in the areas of surface easterlies, and downward into the areas of surface westerlies. Consequently, AAM balance is maintained. Systematic biases of the model compared to the reanalysis and observations are revealed. Possible mechanisms for these biases are investigated. In SAMIL, the friction torque in the tropics is stronger compared to the observations, which is probably due to the excessive precipitation along the Inter-tropical convergence zone (ITCZ) in the model, since the simulated Hadley circulation is much stronger than observed. In the winter half of the year, the transport center is in the lower troposphere in the SAMIL model, but it is in the upper troposphere in the reanalysis and observations. These discrepancies also suggest that simulations of convection and tropical precipitation need to be improved and that higher resolution is necessary for a quantitative simulation of AAM transport and balance. Results also demonstrate that the analysis of the transport and balance of atmospheric angular momentum is a powerful tool in diagnosing climate models for potential improvement.     

横断山脉地区霜冻时空分布变化特征分析

以小于等于0℃的地面气温作为霜冻的指标,利用1961～2007年横断山脉27个气象监测站逐日温度资料分析了横断山脉初、终霜期和无霜期的变化特征.结果表明,该地区平均初霜期以1.09d/10a气候倾向率推迟,终霜期以4.02d/10a的气候倾向率提早,无霜期以4.08d/10a的气候倾向率延长,存在较明显的地域差异.从年代际变化来看,自20世纪90年代开始,初霜冻日期20世纪90年代明显推迟,终霜冻日期明显提早,无霜冻期明显延长。     

青藏高原东侧四川地区夜雨时空变化特征

本文利用四川地区1971～2012年29个气象站逐小时降水资料,计算四川地区雨季(5～9月)夜雨比例、夜雨强度和夜雨频次,并通过区域平均与趋势分析等统计方法,分析了其空间差异与时间变化特征,结果表明:(1)四川地区雨季夜雨占日降水量的比例较大,且具有显著的区域性差异,盆地西南部的夜雨占日降水量的比例最大,川西高原东北与川东北则为明显的两个低值区;(2)川东北地区雨季具有夜雨占日降水量的比例较小、夜雨发生概率也较低、但其夜雨强度却较大的特征,川西高原则与之相反,而盆地西南部的夜雨发生频次虽然不是很高,但夜雨强度和夜雨比例都较大;(3)42年平均四川地区雨季逐日变化,夜雨占日降水量的比例表现为先下降、后上升的特征,夜雨强度与夜雨比例相反,呈先上升、后下降的波动趋势,而夜雨频次的逐日变化呈现出明显的双峰特征;(4)四川地区夜雨比例、夜雨强度和夜雨频次的年变化具有一定差异。20世纪70、80年代,其夜雨频次和夜雨比例均较大,但呈减少趋势,而夜雨强度20世纪70年代较小,80年代较大,呈增大趋势。20世纪90年代,夜雨强度、频次和比例都处于较低状态;21世纪,夜雨强度和夜雨比例都开始明显增大,而夜雨频次增大相对滞后,其中,21世纪夜雨频次和夜雨比例波动明显。     

近40年高层温度场和高度场的时空变化特征

用4种方式对NCEP／NCAR全球再分析资料中1958－1997年300hPa月均温度、100hPa月均高度资料序列进行对比分析，发现300hPa温度资料可靠性高于100hPa高度资料；详细考察近40a高层温度场、高度场的时空变化特征，并通过Morlet小波进一步分析两要素场的周期变化发现，温度场和高度场的EOF第1模态具有很好的空间整体民生和明显的年际和年代际变化，以10a左右和3a左右的周期为主要周期。     

Spatial and Temporal Variations of Tropical Cyclones at Different Intensity Scales over the Western North Pacific from 1945 to 2005

The tropical cyclone （TC） track data provided by the Joint Typhoon Warning Center （JTWC） of the U.S. Navy over the western North Pacific （including the South China Sea） from 1945 to 2005 are employed to analyze the temporal and spatial variations of TCs of different intensity scales. Most of the TCs occurred between 15° and 25°N, from the northern part of the South China Sea to the eastern part of the Bashi Channel until near 140°E. Most of the severe and super typhoons occurred over waters from the eastern part of the Bashi Channel to about 140°E. The TCs in a weakening or steady state take up a weak majority in the area west of 123°E and north of 20°N; those in an intensifying or steady state are mostly found in the area east of 123°E and south of 20°N. For severe tropical storms, typhoons, severe typhoons, and super typhoons, their average decaying rates are all greater than the respective average growing rates; for tropical storms, however, the average decaying rate is smaller than the average growing rate. Generally speaking, the stronger the TC, the faster the intensification （weakening） is. The percentage of weak TCs is higher in June to August while that of strong TCs is higher in September to November. There are annual, interannual, and interdecadal variations in the observed number （every 6 h） and frequency of TCs at different intensity scales. As far as the long-term trend is concerned, the frequency and observed number of tropical storms have a significant linear increase, but the averaged intensity and number of TCs of other intensity categories do not exhibit such a significant linear trend. In E1 Nifio years, the number and percentage of super typhoons are significantly higher, while the total number of tropical storms, severe tropical storms, typhoons, and severe typhoons is significantly lower, and the mean intensity of TCs is prominently stronger; in La Nifia years, however, the opposite comes true.     

郑州市大气气溶胶数浓度和质量浓度时空变化研究

利用激光粒子计数器和颗粒物自动测定仪测量的郑州市大气气溶胶粒子的数浓度和质量浓度,分析了局地气溶胶的干沉降和湿沉降以及郑州市大气气溶胶数浓度和质量浓度的时空变化,结果表明:郑州市局地区域大气气溶胶中粒径≥2μm的粒子,沉降速度随粒径的增大而增大,而粒径≤0.3μm的粒子,沉降速度变化不大;湿沉降率大于干沉降率。气溶胶浓度有明显的日变化特征,17:00-19:00为最高峰,6:00-9:00为次高峰,这是早晨及下午上下班汽车运行高峰期向大气排放的尾气和汽车扬尘所致。在垂直分布上,45-80 m处的粒子数多于1.5 m处的粒子数;在水平分布上,交通建筑区内的浓度高于其他功能区的浓度。     

西风角动量输送的气候特征及其与急流关系研究

利用1958～1997年NCEP/NCAR一日四次的风场再分析资料,系统地分析了季节平均西风角动量（即u角动量）经向、垂直输送通量及其三个分量（平均经圈环流、定常波、瞬变涡输送通量）的气候特征,特别是讨论了12～2月、6～8月它们与东、西风带、副热带西风急流、极夜急流之间的联系。结果表明:（1）包含纬度因子的角动量通量与动量通量在高纬地区存在显著差别,高纬对流层上部的强动量输送中心在角动量通量中不明显。而u角动量强经向输送主要在中低纬对流层顶附近和冬半球高纬平流层顶附近,副热带西风急流和极夜西风急流均位于u角动量强向极输送中心及其高纬一侧的辐合区中。（2）发现三个输送分量对急流维持的作用随纬度、季节不同。北半球冬季（夏季）的副热带西风急流主要由平均经圈环流（强度相当的定常波和瞬变涡）强经向输送及辐合维持;南半球西风急流全年均由平均经圈环流和瞬变涡旋输送及辐合维持;冬半球中平流层极夜急流主要由定常波、瞬变涡旋输送及其辐合共同维持。（3）热带东风区是牵连角动量（即Ω角动量）的高值区,它主要由平均经圈环流向对流层上部输送;冬半球副热带及中纬西风区存在u角动量垂直输送的切变区,它主要由平均经圈环流和瞬变涡旋完成;热带对流层顶附近有u角动量的定常波弱向下输送。     

Temporal and Spatial Variations in the Climate Controls of Vegetation Dynamics on the Tibetan Plateau during 1982–2011

The ecosystem of the Tibetan Plateau is highly susceptible to climate change. Currently, there is little discussion on the temporal changes in the link between climatic factors and vegetation dynamics in this region under the changing climate.By employing Normalized Difference Vegetation Index data, the Climatic Research Unit temperature and precipitation data,and the in-situ meteorological observations, we report the temporal and spatial variations in the relationships between the vegetation dynamics and climatic factors on the Plateau over the past three decades. The results show that from the early 1980s to the mid-1990s, vegetation dynamics in the central and southeastern part of the Plateau appears to show a closer relationship with precipitation prior to the growing season than that of temperature. From the mid-1990s, the temperature rise seems to be the key climatic factor correlating vegetation growth in this region. The effects of increasing temperature on vegetation are spatially variable across the Plateau: it has negative impacts on vegetation activity in the southwestern and northeastern part of the Plateau, and positive impacts in the central and southeastern Plateau. In the context of global warming, the changing climate condition(increasing precipitation and significant rising temperature) might be the potential contributor to the shift in the climatic controls on vegetation dynamics in the central and southeastern Plateau.     

近51年陕西雾时空变化及大气环流特征

利用1960-2010年陕西76个台站地面观测中的天气现象(雾)资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,基于EOF、小波分析、回归分析方法探讨了陕西雾的时空变化特征以及与雾日多发季节相联系的大气环流异常,主要结论如下:①陕西雾地域性分布特征明显,空间上呈“三高三低”态势,河流或水域对雾的空间分布有重要影响,但不起决定作用;②年际上,陕西平均雾日数在20世纪80年代中后期至90年代雾日达到峰值,季节上,秋冬季雾日数占全年雾日数的66.5％以上;③SEOF分析表明陕西不同区域雾多发季节具有明显差异,8-10月关中北部雾明显偏多,峰值出现在9月,10-12月陕南、关中雾偏多,峰值出现在11月;④年际变化的时间尺度上陕西雾主要表现为东西振荡(EOF1)和南北振荡两个主模态(EOF2);⑤与雾日多发季EOF1相联系的环流异常表现为东亚中低纬度大陆上海平面气压(SLP)、500 hPa位势高度异常偏高,陕西位于850 hPa平均风场上反气旋性环流中心附近;当反气旋性异常环流位置偏西偏北(EOF2),北风异常分量偏强时,从海上来的水汽输送偏南,从而导致陕北雾偏少,关中、陕南雾偏多.     

2015年喀什市大气颗粒物的时空分布规律

本文主要针对塔里木盆地西侧喀什市的大气污染问题,采用多站点、多种污染物数据,分析2015年大气污染物的时空分布规律,揭示其大气污染物的主要特征。总体来看,喀什市主要以颗粒物污染为主,即PM10、PM2.5污染严重。从季节上来看,喀什PM10 平均浓度为春季最高、秋季次之,冬季最低的特点,而PM2.5则呈现冬季最高,夏季最低的特点。如PM10平均浓度春季最高,为504.2μg/m3,这与喀什春季气候特征有关。从日变化来看,PM10的日变化曲线四季除春季外都为双峰结构,春季为多波动型;PM2.5的日变化曲线秋、冬季为双峰结构,春、夏季为波动型结构。总体来看,两类污染物浓度全天的较大值都出现在午夜1:00与下午13:00左右。从空间分布来看, PM10浓度总体上是城市北部低、东南部高的特点;PM2.5浓度四季呈现城市西北部低、南部高的特点。     

中国东部北方地区冬季降雪的时空特征及其与全球异常海温的联系

基于中国东部北方地区279个气象台站1961-2008年的观测资料,以及1°×1°的全球海表温度资料,运用主成分分析、小波分析、相关分析等方法探讨中国东部北方地区冬季降雪的时空特征及同期全球海温与其的相关性。研究发现：中国东部北方区域（以下简称研究区）冬季降雪量存在2-3a、7-8a的高频振荡周期,及一个准16a的年代际尺度的低频振荡周期。在1961-2008年间,研究区域冬季降雪量总体呈现上升趋势,特别是45°N以北的研究区北部区域冬季降雪量在48年问增加显著,而45°N以南的研究区南部区域冬季降雪量变化并不明显。分析发现,位于北大西洋上30°-50°N,10°-40°W海区的海温与研究区域降雪的第一、二特征向量均为显著的正相关,研究区北部冬季降雪量与海温关系密切,南部区域冬季降雪量与全球海温的相关性不明显,海温变暖可能是导致研究区北部降雪显著增加的重要因素。     

中国雷电事件的时空分布特征

根据1970-2006年全国847站逐日雷暴日资料,统计分析了中国雷电事件的时空分布特征及雷电在发展阶段和消退阶段的路径变化.结果表明:全国雷电主要有4个多发区:南方区、高原区、北方区和新疆区;全国雷电日数呈下降趋势,高原区和南方区的下降趋势更明显;南方的雷电最早是3月份从江南中部往西往南辐射,然后再往北发展,高原的雷电由四川南部往北往西发展,而北方的雷电从华北东北部往东往南扩展.随着副高的季节性北跳三个区域的雷电在7月份连成一片,全国雷电范围达到最大,8月第2旬随着副高南撤各雷电区开始逐渐撤退,直到10月第1旬.全国雷电大都发生在4-9月午后到深夜(12-24时),其中15-17时和19-20时存在两个峰值,南方雷电发生时间最长,尤其是华南区雷电发生在3-9月,并有三个峰值,而北方区(包括新疆)雷电发生时间较短,主要集中在夏季,发生时段较晚,发生频次也明显偏低.雷电的时空分布及演变特征为雷电的落区预报提供了宏观的气候背景.     

四川省大雾时空分布特征研究

采用1986~2007年四川省157个站22年大雾资料,初步统计分析了四川省大雾时空分布特征。结果表明:年平均雾日数最多的主要在四川盆地;雾日有明显的季节和月际变化,春、夏季年均雾日数较少,分布范围较小,秋、冬季年均雾日数较多,分布较广;雾大多开始于晚上20时~次日早上8时,结束于8~12时;其中持续0~3小时的大雾所占比例最大。近22年雾日年际变化趋势:约40%的观测站呈显著下降趋势,且分布集中在四川盆地,有少数的站点呈显著上升趋势。     

宁夏降雪日数的气候特征和环流结构

选取常规气象观测资料和大气环流特征量,运用统计分析、最大熵谱法和相关分析方法,分析了1961-2010年50a期间宁夏降雪日数的气候特征和影响的大气环流。结果表明：宁夏各等级降雪日数,在季节上均呈现双峰型分布,峰值点出现在春季和秋季,冬季时,降雪等级越高,出现的概率越低;地理分布型基本一致,自北向南明显增加,高发中心与地形特征关系密切;以非持续性1d的出现频率较高,随降雪量级的增大,持续时间缩短;降雪总日数减少,小雪、大雪和暴雪的降雪贡献减少,中雪的降雪贡献增加;具有短中长不同时间尺度的周期变化。影响宁夏降雪日数的大气环流系统主要是北半球极涡、西藏高原指数、大西洋欧洲环流型和欧亚（亚洲）环流型。与宁夏降雪日数显著相关的大气环流特征量是随季节变化的,相应的大气环流特征也不同,但影响机制相同,均为宁夏降雪天气提供了冷空气条件和水汽条件。