中蒙干旱半干旱区冬、夏季地面气温时空变化特征分析(Ⅰ):1月

为了整体地分析中蒙干旱半干旱区冬季气温的时空变化特征,首先利用1961—1997年1月的实测气温资料,分析了平均场和标准差场,然后再选取区内104个分布相对均匀的站点,对1月气温作了经验正交函数（EOF）和旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：纬度、地形及西伯利亚高压是影响冬季气温的3个主要因子;区内绝大部分地区冬季气温的年际变化〉2℃以上。根据EOF分析,区内冬季气温异常有“全区一致型”、“蒙古中东部及西部6个分区。区内冬季增暖明显,增暖中心在中蒙南边界的临河一富蕴及拐子湖东西差异型＂和＂南北差异型＂三种模态;根据REOF分析,区内的冬季气温可划分为高原东北侧、南疆、北疆、青海高原、一带,近20年平均增温达2．5℃以上,1977年是由冷转暖的突变年;区内大部分地区冬季气温变化有3～4年周期,部分地区还有8年的变化周期。     

中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征(Ⅰ):年降水特征及5～9月降水的REOF分析

此系姐妹篇文章的上篇,利用中蒙地区106站1954—2005年间的实测降水资料,使用EOF及REOF等统计方法,整体地分析了中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征。结果表明:(1)中蒙干旱区的降水分布很不均匀(我国西北区尤甚),从该区东南侧最湿的陕南向南疆盆地东端极端干旱区过渡,年雨量从922mm锐减到25mm以下,最干的托克逊仅6.9mm;蒙古国以中北部最湿,年雨量达400mm以上,到南部仅100mm左右,再到西南角仅30mm左右。(2)该区降水分布受不同尺度地形影响大,降水的年及年际变化也大。约80%的降水集中在夏半年(5～9月),南疆盆地东端干中心区的年降水相对变率最大,接近0.80,远高于蒙古国和我国其他地区,也高于全球明显增暖前。其干旱程度及降水变率居世界8大干旱区前列。(3)该区降水异常分布的局域特征明显。区内夏半年的降水异常分布常出现河东、南疆、汉中关中、北疆、蒙古国中北部、河西阿拉善,以及柴达木等7个模态。(4)过去50余年来,中蒙地区东北部的降水总体呈线性减少趋势,而西南部则呈增加趋势。     

中蒙干旱半干旱区降水的时空变化特征(Ⅱ):综合气候分区及各分区降水周期变化的进一步分析

利用中蒙干旱半干旱区106站1954-2005年降水资料和1961-1997年气温资料,本文在文献[1]的基础上进一步分析了该区的综合气候分区及各分区降水周期变化的特征.结果表明,(1)主要根据降水REOF分析的各异常模态等,将全区综合划分为关中汉中、河东、河西及蒙古戈壁、北疆、南疆、柴达木、青海高原南部、以及蒙古国中...     

中蒙干旱半干旱区冬、夏季地面气温时空变化特征分析(Ⅱ):7月

为整体地分析中蒙干旱半干旱区(中蒙干旱区)夏季气温的时空变化特征,利用中蒙干旱区内分布相对均匀的104个站点(包括5个“人造站”)1961—1997年7月的平均地面气温资料等,首先分析了该区夏季的平均气温场、气温年较差及日较差等背景;然后,对标准化的7月平均气温距平资料分别作了EOF和REOF分析。结果表明:(1)中蒙干旱区夏季的热量资源充足。夏季气温场分布的区域性特色更明显。(2)受纬度、地形高度及远离海洋等的影响,中蒙干旱区地面气温的年较差大,日较差也大,呈典型大陆性气候(大陆度高)的特色,但是区内的夏季气温年际变化小。(3)根据气温的EOF分析,中蒙干旱区夏季气温异常可粗分为全区一致型、准东西差异型、准南北差异型及准东北—西南差异型等4种常见分布模态;再根据REOF分析,可将该区夏季气温异常进一步细分为青海高原、高原东北侧、南疆、北疆、陕西甘南区、蒙古国西北部及东南部等7个分区。(4)近37年来,中蒙干旱区夏季气温增暖主要出现在高原东北侧和南疆区,强度比冬春季弱;在青海高原及蒙古国东南部气温还在变凉,区内各分区夏季气温变化也约有3~4年的周期。     

长江流域极端降水过程事件的年内分布特征

挑选2018年发生在长江流域的8次大范围降水过程,对国家信息中心二源降水融合产品和多源降水融合产品进行适用性评估。结果表明：（1）降水融合产品对长江流域降水的估算结果平均较实况数值偏小,降水量级越大估算误差也越大,多源降水融合产品与二源降水融合产品相比,估算误差绝对值平均偏小2~3 mm。（2）与二源降水融合产品相比,多源降水融合产品对5 mm以下量级降水的估算准确率提高最显著,其次对40~49.9 mm量级降水估算准确率提高较大。（3）降水融合产品对嘉陵江、岷沱江、长江中游干流区域的估测降水误差相对较小。

     

中国区域1961~2010年降水集中指数(PCI)的变化及月分配特征

降水的年内变化(月分配和季节变化)对农作物生长、水资源利用及管理具有重要意义,同时也是增暖背景下水循环发生变化的关键过程之一。降水集中指数(PCI,Precipitation Concentration Index)能较好的表征降水的年内集中程度,被广泛应用于相关研究。本文利用中国583个站点1961~2010年的逐月降水和气温观测资料,对中国及各典型区域的PCI进行了计算分析,研究了PCI的气候特征、变化趋势、降水月分配变化及PCI与气温季节较差的关系。结果表明,我国PCI的气候态呈现出由东南向西北逐渐递增的空间分布格局。湿润区PCI在11~17之间,年内降水较为均匀;半湿润区PCI为17~24;半干旱区PCI在24~27之间;而干旱区PCI则由27至47不等,降水集中程度较高。除华南地区外,1961~2010年间全国大部分地区PCI均呈现显著的下降趋势,并于1980年前后发生跃变,降水集中程度大幅降低,其中西北西部地区PCI 下降速率最大,为－2.47 (10 a-1)。华南地区PCI的变化则具有明显的阶段性特征,2003年以前呈弱的下降趋势,但2003年PCI发生突变,降水集中程度大幅增加。对典型区域的比较发现,干旱半干旱区和青藏高原降水集中程度的降低主要表现在夏季降水占全年总降水量比例的减小;而湿润区PCI和降水月分配的变化则存在明显的区域性差异,其中西南地区8~12月降水占全年降水的比例减少,而长江中下游及华南地区春秋季降水占全年降水的比例减小,冬夏季降水所占比例增大。     

Humidity Effect and Its Influence on the Seasonal Distribution of Precipitation δ18O in Monsoon Regions

The humidity effect, namely the markedly positive correlation between the stable isotopic ratio in precipitation and the dew-point deficit △Td in the atmosphere, is put forward firstly and the relationships between the δ18O in precipitation and △Td are analyzed for the Urumqi and Kunming stations, which have completely different climatic characteristics. Although the seasonal variations in δ18O and △Td exhibit differences between the two stations, their humidity effect is notable. The correlation coefficient and its confidence level of the humidity effect are higher than those of the amount effect at Kunming, showing the marked influence of the humidity conditions in the atmosphere on stable isotopes in precipitation.Using a kinetic model for stable isotopic fractionation, and according to the seasonal distribution of meanmonthly temperature at 500 hPa at Kunming, the variations of the δ18O in condensate in cloud aresimulated. A very good agreement between the seasonal variations of the simulated mean δ18O and themean monthly temperature at 500 hPa is obtained, showing that the oxygen stable isotope in condensateof cloud experiences a temperature effect. Such a result is markedly different from the amount effect atthe ground. Based on the simulations of seasonal variations of δ18O in falling raindrops, it can be foundthat, in the dry season from November to April, the increasing trend with falling distance of δ18O in fallingraindrops corresponds remarkably to the great ATd, showing a strong evaporation enrichment function infalling raindrops; however, in the wet season from May to October, the δ18O in falling raindrops displaysan unapparent increase corresponding to the small ATd, except in May. By comparing the simulated meanδ18O at the ground with the actual monthly δ18O in precipitation, we see distinctly that the two monthlyδ18O variations agree very well. On average, the δ18O values are relatively lower because of the highlymoist air, heavy rainfall, small △Td and weak evaporation enrichment function of stable isotopes in thefalling raindrops, under the influence of vapor from the oceans; but they are relatively higher because of the dry air, light rainfall, great △Td and strong evaporation enrichment function in falling raindrops, under the control of the continental air mass. Therefore, the δ18O in precipitation at Kunming can be used to indicate the humidity situation in the atmosphere to a certain degree, and thus indicate the intensity of the precipitation and the strength of the monsoon indirectly. The humidity effect changes not only the magnitude of the stable isotopic ratio in precipitation but also its seasonal distribution due to its influence on the strength of the evaporation enrichment of stable isotopes in falling raindrops and the direction of the net mass transfer of stable isotopes between the atmosphere and the raindrops. Consequently, it is inferred that the humidity effect is probably one of the foremost causes generating the amount effect.     

全球变暖背景下江淮地区降水强度分布结构变化的特征分析

利用1961～2006年江淮地区80个站点的逐日降水资料,根据百分位数确定极端降水阈值的方法,比较了全球气候变暖背景下该区域降水强度的分布结构特征。结果表明,在全球气候典型暖异常的年份里,江淮地区极端降水日数占总降水日数的比重比冷年增加30%以上,极端降水总量的比重增加13%左右;而微量降水日数所占比重比冷年减少近60%,微量降水总量减少了80%,说明全球变暖后江淮地区降水强度分布结构呈现弱降水减少,强降水增多的显著两极分化特征,且该特征在江淮地区基本一致。冬、夏季对比表明,冬季的变化幅度比全年和夏季更大。可见全球变暖背景下未来江淮地区降水强度分布结构出现两极分化趋势可能性增加。     

全球气候模式对中国降水分布时空特征的评估和预估

使用观测和多模式集合平均的降水资料,评估全球气候模式对中国降水时空分布特征的模拟能力,并给出21世纪的预估。结果表明：全球气候模式在一定程度上能够再现中国地区降水的分布型,也能模拟出降水的区域性差异。对年降水10年、20年尺度上的周期变化模拟效果较好。21世纪SRES A1B情景下中国年及夏季降水主要模态以全国一致型为主,2045年前后由少雨型转为多雨型;冬季降水为少雨型与多雨型交替出现。     

全球典型干湿变化区域水汽收支与降水变化的对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和CRU降水数据,分析了1948-2009年全球典型干湿变化区域水汽收支的时间变化特征,并比较了这些区域净水汽收支、可降水量与降水的变化关系。结果表明:(1)亚洲大陆东部、非洲大陆年水汽收支显著减少,而北美大陆显著增加,三个地区的净水汽收支变化与区域的干、湿变化特征相一致;(2)对于亚洲大陆东部,春、夏、秋季和年水汽收支状况较一致,即经向收支和净收支均呈显著减少趋势,纬向收支均呈增加趋势。冬季与年平均状况有所不同,三种收支都增加;(3)在北美大陆,夏、秋和冬季的水汽收支趋势与年水汽收支趋势基本一致,即经向收支增加,纬向收支减少,净收支增加;仅春季经向收支减少,纬向收支增加;(4)在非洲大陆,四个季节的纬向收支和净收支均减小,纬向水汽的变化主导着净水汽的变化;与年变化特征不同的是,春、夏季的经向收支减少;(5)近几十年来,在亚洲大陆东部和非洲大陆,伴随着各季及年降水的减少,同期净水汽收支和可降水量也随着减少,且相关显著。在北美大陆,伴随着各季及年降水的增加,同期净收支也随着增加,且相关也较显著。值得注意的是,北美大陆的可降水量与降水没有很好的相关性。     

西北区西部夏半年强降水分布与变化特征

利用国家气象信息中心西北区西部104个测站1961—2007年5-10月逐日降水量资料,分析了近47年该区夏半年强降水的时空分布特征与变化趋势。结果表明:(1)西北区西部强降水日数东多西少。最多出现在半湿润的青海高原东缘,次多出现在半干旱区的天山和祁连山区,位于干旱和极端干旱区的南、北疆盆地边缘及柴达木盆地西部,很少或从未出现过强降水日。(2)更干旱的该区西部比青海高原似更易出现强降水极大值,特别是位于峡谷、山口及冷空气通道的巴仑台、乌鲁木齐、阿合奇、若羌及阿左旗等地。(3)该区强降水日出现的最早时间呈"东、西两头早,中间晚"的格局,而最迟时间则反之。(4)该区强降水日出现频数虽呈增长态势(特别是中天山地区),但增长趋势并不显著。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

短中期降水温度天气过程区域分布的研究

运用旋转主分量方法对分布于全国621个站点的候降水量和2214个站的逐日最高最低气温进行分析。得到4个季节的降水气温主特征模态及其相对应的时间变率。分析结果表明，该方法所分解得到的特征模态较好地反映了全国不同区域降水温度演变的差别，依据各模态的相关系数将全国划分为不同的降水温度天气区。最后。获得表征全国不同天气特点的252个代表站，这些站的资料可作为提高要素客观预报、扩展服务领域的基本资料。     

A Diagnostic Study of the Global Distribution of Contrails Part II: Future Air Traffic Scenarios

Summary  The global distribution of the contrail coverage is computed for several scenarios of aviation in the years 2015 and 2050 and compared to 1992 using meteorological analysis data representative of present temperature and humidity conditions and assuming 0.5% cover in a reference region 30° W–30° E, 35° N–75° N covering parts of western Europe and the North Atlantic. The mean contrail coverage of the Earth is computed to increase by a factor of about three compared to 1992 and to reach 0.25% in 2015. For three different scenarios of aviation and for constant climatic conditions, the global mean contrail coverage reaches values between 0.26% and 0.75% for 2050. Contrail coverage increases more strongly than total fuel burn mainly because of more traffic in the upper troposphere and because of more efficient engines with cooler exhaust. The overall efficiency of propulsion is expected to grow from about 0.3 in the fleet average of 1992, to 0.4 in 2015, and to 0.5 in 2050. The expansion of air traffic makes Canada, Alaska, the North Pacific route from North America to Japan and most of the Asian continent new regions where contrails are expected to cover more than 0.5% on average. Received September 7, 1998 Revised January 4, 1999