祁连山近45a5～9月日降水气候特征

应用祁连山地区17个测站1960～2004年5～9月逐日降水资料,统计逐年5～9月不同量级的雨日数及对应的降水量,进而得到各站小雨和中雨以上日降水雨强,用区域平均值来代表祁连山地区整体的不同降水量级雨日数和雨强,用线性趋势系数及5阶主值函数分析不同量级降水日数和雨强的变化趋势。用墨西哥帽状连续小波变换方法分析其周期变化情况。结果表明:祁连山地区5～9月降水量与不同量级的雨日数的气候平均分布具有地理分布上的相似性,无论年降水量还是不同量级的雨日数,同纬度地区西侧明显多于东侧,祁连山东段多于西段,等值线呈西北—东南走向。近45a,祁连山地区小雨日数呈下降趋势,中雨以上降水日数则呈上升趋势,而小雨雨强与中雨以上降水的雨强均呈增强态势,不同量级降水日数与雨强的共同作用使得5～9月降水量与总雨日数呈相反变化趋势,即5～9月降水量呈上升趋势,而总雨日数呈微弱下降趋势。小波分析发现,祁连山地区小雨日数有5a左右的变化周期,而中雨以上降水日数的周期变化较小雨日数周期变化明显复杂。     

我国降水振荡周期特征的初步分析

本文采用詹金斯的谱分析方法,计算了我国160个代表站月降水量资料的自谱值,揭示出我国近30年来降水振荡主要周期及其分布特征.结果表明:我国西部地区(110°E以西),主要周期相对地集中在31.4—39.0个月之间,表现出以准三年振动为主;而我国东部地区(110°E以东),主要周期集中在21.2一29.2个月之间,表现出以准两年振动为主.特别是通过对青藏高原以东地区降水振荡主周期及其分布特征的分析,为我国雨带类型的区域划分范围提供了比较充分的依据,并为长期预报提供重要的气候背景.     

中国年降水气候振动的非线性动力学特征

从观测资料出发,利用反演方法,获得了描述我国17个站年降水气候振动的二阶非线性动力学方程组中的系数,并在无外源强迫的情况下对该非线性动力学方程组作了定性的分析,对17个站的年降水气候振动进行气候模拟试验。结果表明:我国大部分地区的年降水气候振动存在弱的非线性振动特征,17个站的年降水气候振动都可以看作是一个正阻尼的动力系统,在运动变化过程中,自身能量的变化dEdt<0,17个站年降水气候振动的固有频率的变化范围为0.6≤ω0≤1.417,其固有周期的变化范围为10.4≥T≥4.4年。从空间分布特征上可以看到,其固有周期的长短分布有明显的东西向特征。在17个站中,兰州、成都、重庆、南宁、福州、上海、温州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐软弹簧特性的非线性动力系统,而昆明、长春、哈尔滨、北京、广州、西安、厦门、长沙、南京、杭州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐硬弹簧特性的非线性动力系统,从其空间分布特征上看也有东西向特征。全国17个站年降水气候振动的动力系统都存在一个稳定的焦点,在无外源强迫作用时,各站的年降水气候振动将逐渐趋向于各自的稳定的焦点,但都不存在极限环。在仅考虑降水自身振动的情况下,利用我们反演得到的非线性动力学方程对年降水气候振动做模拟,位于内陆地区的模拟情况可以通过显著性水平检验,而靠近海洋的地区模拟效果没有内陆好。这一结果说明在降水气候振动中,靠近海洋地区的外源强迫影响作用比位于内陆地区大。     

近50 a南京夏季降水的气候特征

利用南京6站近50 a(1960—2009年)的夏季逐日降水资料,应用累积距平、趋势系数、小波分析等方法,分析了南京地区夏季降水和旱、涝年的时空特征。结果表明,南京地区夏季降水量、雨日、暴雨日和暴雨日降水强度均有明显的年代际变化特征,其中降水量和暴雨日数的年代际变化基本一致;各站夏季降水量、雨日和暴雨日均呈增加趋势,总降水量的增加趋势主要是大雨及以上量级降水的贡献;夏季降水量存在2～8 a的周期变化;南京地区旱、涝年的夏季降水量与长江中下游地区有较好的一致性,与华南地区呈相反关系。     

毛乌素沙区近期气候振动的研究

本文利用毛乌素沙区近40年的气象资料，论述了促使毛乌素地区沙漠化的气候条件。分析该沙区边缘地带与沙化有关的降水量、蒸发等因子的气候变化趋势及期振动所具有的准周期性，建立它们与各环流因子之间的多元线性回归模型。发现年降水量和年干燥度的3年和8—9年周期在该沙区普遍存在，且准3年周期与北半球冷空气活动、西太平洋副高及赤道东太平洋海温的周期振动有关。利用鄂托克1955—1989年的年干燥度序列可以建立AR（2）模型，并依此预测该地1990和1991年的气候可能较常年干燥，1992年气候可能转变为较常年偏湿。     

阿勒泰地区暖季昼夜降水气候特征分析

利用阿勒泰地区7个气象站1961—2013年5—9月逐日降水量资料,采用数理统计方法分析了阿勒泰地区暖季昼夜降水的气候统计特征及其变化。结果表明:1近53 a阿勒泰地区暖季昼夜雨量空间分布基本一致,总体表现为由山麓丘陵向河谷平原减少的特征。各站暖季昼夜雨量差和雨日差值均呈昼雨量多于夜雨量,昼雨日多于夜雨日的分布。2全地区昼、夜降雨日数的月际分布均表现为单峰式分布,峰值为7月。3全地区昼夜降水量均呈增多趋势,日数均呈减少趋势,夜雨量的增加速率大雨昼雨雨量,夜雨日数的减少速率小雨昼雨日数,表明该地区暖季昼夜降水的雨强增大,极端降水事件有所增加,并且这种变化在夜间表现得更为明显。4夜雨量和夜雨日数和昼雨量的年代际变化一致,均在20世纪90年代最多,70年代最少;昼雨日数在80年代最多,21世纪第一个10 a最少。暖季昼夜降水日数均在1972年发生了突变,夜雨量和昼雨量分别在1983年和1991年发生了突变。5暖季昼夜降水的Morlet小波分析表明虽然昼夜雨量和日数各自有其周期变化特征,但也有共性,目前夜雨量、夜雨日数、昼雨日数均处于偏少时期。     

北半球月平均加热场在长期天气预报中的某些应用

本文应用计算得到的1956—1975年北半球多年月平均的对流层平均大气加热场、历年逐月距平场及波谱的振幅等资料,与我国若干地区的气候异常进行了对比分析。指出:在某地区出现气候异常的前期,北半球月平均和热场、流场或加热场的谱振幅,表现出一定的异常特征,而且相同类型异常年的特征是一致的,因而这些特征具有先兆意义。     

近50年影响内蒙古汛期降水的气候因子分析

利用1951—2000年内蒙古地区11个站的月降水资料，总结了该地区汛期(6—8月)降水的年代际和年际变化特征，分析了汛期降水变化与各气候因子的关系。结果表明，内蒙古中西部地区汛期降水存在10年尺度的气候振动，东部和呼和浩特地区存在20年尺度的气候振动。西太平洋副热带高压、夏季东亚季风、青藏高原位势高度、ENSO事件对内蒙古地区汛期降水均产生不同程度的影响。     

贵州雾的时空分布特征

采用贵州84个测站累计44a的雾资料,分别从各站多年平均雾日、各站累年出现雾日最多的月份及日数、各站雾最长持续时间、白天雾与夜间雾的概率分布等要素入手,分析贵州雾的时空分布气候特征.     

甘肃省近五百年旱涝周期特征

甘肃系干旱气候,旱涝演变直接关系到农业生产的发展。因而,不少台站,为弄清当地旱涝变化的气候规律做了大量的分析工作,找到了各种不同的降水量周期特征。由于各站所用的分析方法和资料时段不同,其结果难以互相比较。早在六十年代,省台用周期分析的方法,计算了兰州、西峰以及甘肃省东部区域春季和初夏降水量的周期。并指出:在甘肃东部地区,春季三—四年周期     

北半球500毫巴月平均环流特征及演变规律的研究——超长波

本文是作者研究近10年大气环流特征的第二部分。应用1951—1960年北半球500毫巴月平均图,用谐波分析方法计算了历年逐月55°N及35°N上波数1到4(第1到第4)波的振幅及位相角。由此分析了大气环流的季节变化。主要结果如下: 1.第1波及第3波的振幅均有明显的年变程,但趋势彼此相反。另外,第1波或第3波振幅本身在55°N及35°N年变程也相反。第2波振幅年变程不明显。 2.各波的位相角亦有明显而规则的年变程,只有55°N第2波的位相角季节变化不大。 3.从逐年波谱及位相来看,大气环流的季节变化各年虽有不同,但季节的趋势却是每年都一致的。 4.过渡季节的波谱与冬夏截然不同。因此一年可分为4个自然天气季节,但每年季节早晚、长短及特征均有一定差异。 5.北半球超长波特征与我国天气有密切关系,这可以从一些例子来说明,如1954年7月与1959年7月,1957年2月与1960年2月。     

大气横波型扰动连续谱的结构

采用数值方法计算了当基本气流有垂直线性切变、 层结参数为常值时横波型扰动的谱点和谱函数, 并将数值计算的结果与理论分析作了对照和讨论。当三支波动连续谱区相互不重叠时该计算结果与理论分析完全一致, 但当发生连续谱区重叠时则须采用谱函数重组的方法来得到连续谱的结构。重组的基本原则是在波谱重叠区对计算得到的谱函数作预处理后, 再对频率相邻的谱点和谱函数进行滑动平均, 并将该滑动平均后的结果作为重组后的谱点和谱函数。分析该重组后的谱函数可知, 此时扰动结构呈现涡旋－重力惯性混合波的形式, 出现了新波型。在连续谱三波重叠区域, 该混合波的谱函数在对流层中层有涡旋波的临界层并体现了涡旋波的性质, 在对流层的上、 下层则分别有顺、 逆传重力惯性波的临界层并体现了重力惯性波的性质。     

Projection of heat waves over China for eight different global warming targets using 12 CMIP5 models

Simulation and projection of the characteristics of heat waves over China were investigated using 12 CMIP5 global climate models and the CN05.1 observational gridded dataset. Four heat wave indices (heat wave frequency, longest heat wave duration, heat wave days, and high temperature days) were adopted in the analysis. Evaluations of the 12 CMIP5 models and their ensemble indicated that the multi-model ensemble could capture the spatiotemporal characteristics of heat wave variation over China. The inter-decadal variations of heat waves during 1961–2005 can be well simulated by multi-model ensemble. Based on model projections, the features of heat waves over China for eight different global warming targets (1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, and 5.0 °C) were explored. The results showed that the frequency and intensity of heat waves would increase more dramatically as the global mean temperature rise attained higher warming targets. Under the RCP8.5 scenario, the four China-averaged heat wave indices would increase from about 1.0 times/year, 2.5, 5.4, and 13.8 days/year to about 3.2 times/year, 14.0, 32.0, and 31.9 days/year for 1.5 and 5.0 °C warming targets, respectively. Those regions that suffer severe heat waves in the base climate would experience the heat waves with greater frequency and severity following global temperature rise. It is also noteworthy that the areas in which a greater number of severe heat waves occur displayed considerable expansion. Moreover, the model uncertainties exhibit a gradual enhancement with projected time extending from 2006 to 2099.     

一次东移西南涡过程的平流层重力波特征研究

基于WRF模式对2011年6月16—19日一次东移西南涡过程的模拟,开展了西南涡激发平流层重力波的特征研究。东移西南涡可以分为发展、强盛和减弱3个阶段,每个阶段均伴随着强降雨天气,但由于降水位置和强度的不同,平流层重力波的分布和强度也不同。西南涡发展阶段,平流层重力波主要位于低涡的东侧,并向东北传播;西南涡强盛阶段,伴随对流降水的强度和范围明显增大,平流层重力波的振幅和范围也显著增大,且围绕西南涡的东侧和南侧呈现出半环状的重力波分布特征可分为两支,东侧波动波列表现为东北西南向分布,南侧的波列表现为东—西向分布;西南涡减弱阶段,重力波的振幅和范围均减小。波谱分析表明,重力波的纬向波数频率谱关于零频率呈非对称分布,且随着西南涡的增强,波谱在小尺度范围显著增大,即强对流更容易激发出小尺度的高频波;经向波数频率谱在波数较小谱段关于零频率基本呈对称分布,但在波数较大谱段,也呈非对称分布,这说明受平流层东风气流的影响,重力波主要向东传播。     

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组，并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后，可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解，这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时，可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态，且各模态均是简谐波；模态越高，垂直波数越大则波动传播得越慢，所有的模态均为离散谱，并存在聚点。对此作者用数值解作了验算，结果表明，该数值求解方案合理可行，对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后，则一般无法求取解析解，为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态，不过由于层结参数的变化，各模态结构与简谐波出现了偏差。     

近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因

利用1951～2004年中国740站逐日温度资料, 对中国寒潮频次的气候特征及其变化进行了分析, 并在此基础上对中国寒潮频次减少的可能原因进行了讨论: 冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度与中国寒潮频次呈显著的正相关.秋冬季节西伯利亚上空低层冷堆温度和中国寒潮频次呈显著的负相关.在气候变暖的大背景下, 西伯利亚高压和冬季风强度的减弱使得冬季中国地表温度持续升高, 而温度的这种变化与中国寒潮频次及其相伴随大风频次的减少均有密切的联系.西伯利亚高压和冬季风强度的减弱, 西伯利亚上空低层冷堆温度和中国地表温度的显著升高是中国寒潮及其相伴随大风频次减少的可能原因.     

Nonlinear harmonic generation by diurnal tides

Recent observations from the South China Sea have demonstrated that semi-diurnal tides sometimes generate a double-frequency harmonic. Similar harmonic generation has been found in laboratory experiments and numerical simulations of internal wave beams refracting into a pycnocline. Here, a weakly nonlinear theory of internal wave refraction is applied to oceanic internal tides in an idealized stratification profile. The steady state harmonic amplitude is calculated as a function of the tidal frequency and the pycnocline characteristics. The results indicate that harmonic generation by nonlinear refraction of semi-diurnal tides is consistent with the South China Sea observations.     

纬圈谱在中期数值预报产品统计释用中的应用

本文对ECMWF输出的500hPa高度的72,96及120小时预报值,用谐波分析的方法将高度场的扰动分解成纬图谱,并由不同简谐波的扰动叠加得到合成波。以波参数谱,物理量谱及合成波高度为预报因子,对浙江省春季中期天气过程作相关分析,并用逐步回归的方法建立中期MOS预报方程。业务使用表明,由波谱因子组成的预报方程对中期天气过程有一定的预报能力。     

Interannual and Interdecadal Variability of Winter Precipitation over China in Relation to Global Sea Level Pressure Anomalies

Based on the method of rotated principal component (RPC) analysis and wavelet transforms, the win-ter precipitation from 36 stations over China for the period 1881-1993 is examined. The results show thatthe three leading space-time modes correspond, in sequence, to winter rainfall anomalies over the reaches ofthe Yangtze River, the bend of the Yellow River, and the northeastern region of China. The three modes ex-hibit interannual oscillations with quasi-biennial and 8-year periods as well as interdecadal oscillationswith 16- and 32-year periods. The interannual oscillation (＜ 10 years) occurs in phase over the differentareas, and its maximum amplitude migrates northward considerably with prominent interdecadal variations.However, the interdecadal oscillations (10-32 years) are out of phase over the different regions, and theamplitude variations have the characteristics of stationary waves.The rainfall anomalies appear to be closely re lated to the anti-phase changes of mean sea-level pres-sure (SLP) over the Asian mainland and the North Pacific. When the SLP rises over the North Pacific anddecreases over the Asian mainland, the precipitation over East China increases noticeably. The linkage be-tween the rainfall over China and the SLP anomalies apparently results from the strength of the East Asianwinter monsoon and its associated temperature and moisture advection.     

基于FMM算法的我国寒潮路径分类及气候特征分析

利用1965—2015年冬半年寒潮过程数据和NCEP/NCAR再分析资料,通过FMM算法聚类分析,将影响我国寒潮路径确定为4类,并统计分析了不同类型路径寒潮的活动变化趋势以及环流特征。研究结果表明:各类路径寒潮的频数、强度、季节分布和年际变化存在显著差异,第一类西路转向型寒潮频数最多且逐年减少趋势最大,第三类西北型寒潮强度最大,第四类西路型寒潮在春季频发且变化趋势平缓;在寒潮爆发时刻,500 h Pa温压场配置、风场转变、高层涡度平流和冷暖平流以及地面冷高压分布与寒潮路径的选择密切相关,其中第二类北路型寒潮的低槽、负涡度区和冷平流区偏东分布,第三类则相应偏西。