2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋成因分析

利用常规和加密气象观测、NCEP再分析、云图等资料,对2010—2019年春季影响大连的温带气旋特征及爆发性气旋造成的极端天气的物理机制进行分析。结果表明：春季进入到渤海、黄海北部的气旋平均每月2.4个;气旋一般先进入黄海,进入黄海和经渤海进入黄海的温带气旋总计有84.5%进入黄海北部,且春季进入黄渤海的气旋73%会给大连地区带来大风或降水天气,影响大连东部沿海的几率远高于其他地区;产生较强灾害性天气的爆发性气旋多发生在春季,路径基本都是由西南向东北方向移动。爆发性气旋主要是因为温带气旋经过黄渤海后短时间快速降压,到大连陆地发生爆发性发展,这种温带气旋的发展一般从低层开始,具有较强的锋区和斜压性,爆发阶段位于正涡度平流最大的高空急流出口区,对应低空位于低空急流左前方辐合区。较强的冷、暖温度平流是造成极端降水和大风天气的主要因素,暴雨的形成主要是温带气旋带来的暖湿气流持续输送,并伴有较强上升运动促使的水汽垂直输送,整层水汽充沛;当低空急流发展和冷、暖空气交绥时,出现了在高湿、高温的湿斜压锋区上的强降水;而北路强冷空气与黄、渤海上爆发性发展的温带气旋形成极强气压梯度,是出现极端大风的主要原因。     

Interdecadal change in the connection between Hadley circulation and winter temperature in East Asia

Based on NCEP/NCAR reanalysis data, the interdecadal variability of Hadley circulation （HC） and its association with East Asian temperature in winter are investigated. Results indicate that the Northern Hemisphere winter HC underwent apparent change in the 1970s, with transition occurring around 1976/77. Along with interdecadal variability of HC, its linkage to surface air temperature （SAT） in East Asia also varied decadally, from weak relations to strong relations. Such a change may be related to the interaction between HC and the atmospheric circulation system over the Philippines, which is associated with the East Asian winter monsoon （EAWM）. Before the 1970s, the connection between HC and the anticyclonic circulation around the Philippines was insignificant, but after the late 1970s their linkage entered a strong regime. The intensification of this connection may therefore be responsible for the strong relations between HC and East Asian winter temperatures after the late 1970s.     

Uncertainty in projections of the South Asian summer monsoon under global warming by CMIP6 models: Role of tropospheric meridional thermal contrast

本文基于第六次国际耦合模式比较计划共18个模式的工业革命前实验和CO₂浓度突然四倍实验,发现在CO₂四倍强迫下,南亚夏季风环流呈显著减弱趋势,但减弱强度存在较大模式间差异.利用Webster-Yang指数和经向哈得莱环流指数的下降趋势表征SASM减弱强度,发现该下降趋势与欧亚大陆-印度洋之间对流层上层经向温度梯度的变化值(EUTT-IUTT)高度相关.进一步利用气候反馈-响应分析方法进行分析,发现EUTT-IUTT变化的模式间差异主要来自于大气动力过程,其次是云的短波辐射效应的贡献.地表潜热通量和云的长波辐射效应缩小了EUTT-IUTT变化的模式间差异.     

Tropical/extratropical forcing on wintertime variability of the extratropical temperature and circulation

The secular trends and interannual variability of wintertime temperatures over northern extratropical lands and circulations over the northern hemisphere are examined using the NCEP/NCAR reanalysis from 1961 to 2010. A primitive equation dry atmospheric model, driven by time-averaged forcing in each winter diagnosed from the NCEP reanalysis, is then employed to investigate the influences of tropical and extratropical forcing on the temperature and circulation variability. The model has no topography and the forcing is thus model specific. The dynamic and thermodynamic maintenances of the circulation and temperature anomalies are also diagnosed. Distinct surface temperature trends over 1961–1990 and 1991–2010 are found over most of the extratropical lands. The trend is stronger in the last two decades than that before 1990, particularly over eastern Canadian Arctic, Greenland, and Asia. The exchange of midlatitude and polar air supports the temperature trends. Both the diagnosed extratropical and tropical forcings contribute to the temperature and circulation trends over 1961–1990, while the extratropical forcing dominates tropical forcing for the trends over 1991–2010. The contribution of the tropical forcing to the trends is sensitive to the period considered. The temperature and circulation responses to the diagnosed tropical and extratropical forcings are approximately additive and partially offsetting. Covariances between the interannual surface temperature and 500-hPa geopotential anomalies for the NCEP reanalysis from 1961 to 2010 are dominated by two leading modes associated with the North Atlantic Oscillation (NAO) and Pacific-North American (PNA) teleconnection patterns. The diagnosed extratropical forcing accounts for a significant part of the NAO and PNA associated variability, including the interannual variability of stationary wave anomalies, as well as dynamically and thermodynamically synoptic eddy feedbacks over the North Atlantic and North Pacific. The tropical forcing contributes to the PNA related temperature and circulation variability, but has a small contribution to the NAO associated variability. Additionally, relative contributions of tropical Indian and Pacific forcings are also assessed.     

1961-2010年气候变化对天津市采暖期和夏季空调期的影响

根据1961－2010年天津市逐日气象要素,包括平均温度、最高温度、最低温度、相对湿度以及风速,采用统计学方法分析了近50 a天津市的冷暖度日变化以及冬季采暖期和夏季空调期的气候变化特征,探讨了冷暖度日、舒适日数与区域气候变化之间的关系。结果表明：近50 a天津市冷暖度日具有相反的变化趋势,暖度日（HDD）显著下降、冷度日（CDD）显著上升,且暖度日的变化幅度大于冷度日,变化主要集中于80年代之后。冷暖度日与极端温度之间具有显著相关性。采暖期低温日数呈下降趋势、空调期高温日数呈上升趋势。采暖期冷不舒适日数呈显著下降趋势,夏季空调期热不舒适日数呈显著上升趋势,与同期平均气温之间存在显著性相关,且不舒适气候的随机性呈增多趋势。说明在气候变暖背景下,区域气候变化对天津市采暖期和夏季空调期具有重要影响。     

孟加拉湾春季小型暖池对热带气旋的影响研究

本文研究了2017年春季孟加拉湾小型暖池对热带气旋Maarutha（4月14-17日）以及热带气旋Mora（5月27-30日）的影响.利用卫星遥感和现场观测数据分析发现,尽管春季孟加拉湾热带气旋确实能引起海洋上层冷却效应,但是其冷却强度受到暖池强度的影响.本文进一步对比孟加拉湾小型暖池对两个热带气旋的响应情况,发现当春季小型暖池的温度大于31℃（热带气旋Mora期间）,暖池效应能有效抑制海洋上层混合层的加深,降低热带气旋引起的潜热通量损失带来的冷却效应,并在一定程度上加强了热带气旋.     

近百年冬季东亚大气活动中心年际一年代变率及其对中国气温的影响

利用历史海平面气压资料分析了近百年来冬季西伯利亚高压、阿留申低压强度和位置变化特征及与中国不同区域气温的关系。分析发现中国气温，西伯利亚高压和阿留申低压中心强度，西伯利亚高压１０３０百帕等压线南伸纬度和两个大气活动中心之间的气压梯度在过去的１００年中存在１９２０年代和１９８０年代的两次突变，其中以后一次突变更为显著。１００年的大气活动中心变化与中国１００年的气温有着显著的年代际相关。在过去的５０年中，冬季大气活动中心强度及其指数变化与中国北方和东部地区的冬季气温有显著的年际相关。大气活动中心在１９８０年代的显著突变与中国乃至全球气温的突变一致。大气活动中心的多种参数表明，１９８０年代后期以来大气环流正面临着重大调整。这种调整可能预示着中国年代际气温的转变。     

Mechanisms for the land/sea warming contrast exhibited by simulations of climate change

The land/sea warming contrast is a phenomenon of both equilibrium and transient simulations of climate change: large areas of the land surface at most latitudes undergo temperature changes whose amplitude is more than those of the surrounding oceans. Using idealised GCM experiments with perturbed SSTs, we show that the land/sea contrast in equilibrium simulations is associated with local feedbacks and the hydrological cycle over land, rather than with externally imposed radiative forcing. This mechanism also explains a large component of the land/sea contrast in transient simulations as well. We propose a conceptual model with three elements: (1) there is a spatially variable level in the lower troposphere at which temperature change is the same over land and sea; (2) the dependence of lapse rate on moisture and temperature causes different changes in lapse rate upon warming over land and sea, and hence a surface land/sea temperature contrast; (3) moisture convergence over land predominantly takes place at levels significantly colder than the surface; wherever moisture supply over land is limited, the increase of evaporation over land upon warming is limited, reducing the relative humidity in the boundary layer over land, and hence also enhancing the land/sea contrast. The non-linearity of the Clausius–Clapeyron relationship of saturation specific humidity to temperature is critical in (2) and (3). We examine the sensitivity of the land/sea contrast to model representations of different physical processes using a large ensemble of climate model integrations with perturbed parameters, and find that it is most sensitive to representation of large-scale cloud and stomatal closure. We discuss our results in the context of high-resolution and Earth-system modelling of climate change.     

巴楚县冬小麦生长期气候变化特征及其对冬小麦发育期的影响

利用新疆巴楚气象站1983—2012年逐日气象资料及冬小麦生育期资料,采用线性回归、Pearson相关系数方法,分析了巴楚县气候要素和冬小麦生育期的变化特征,以及气候变化对生育期的影响。结果表明:(1)近30 a巴楚县冬小麦生育期内气候变暖趋势明显,月平均气温、月最高气温和月最低气温整体呈上升趋势,日照时数减少,降水量增多。(2)冬小麦播种、抽穗和成熟期提前,越冬开始和返青期延后,全生育期呈缩短趋势。冬前冬小麦生育天数增加,越冬开始—返青期、返青—抽穗期长度缩短,抽穗—成熟期延长。(3)1—2月气温降低是巴楚冬小麦返青期延后的主要原因,而抽穗和成熟期提前则主要受3—4月、4—6月的气温升高影响。     

未来20年中国气温变化预估

利用大约40余个气候模式和模式集合,考虑多种人类排放情景,预估到2025年前相对于1961－1990年中国的气温变化。只考虑未来人类排放增加多模式集成预估结果表明,中国年平均气温自2006到2025年的20 a期间将继续变暖0.55 ℃,至2010年年平均气温平均变暖大约为1.08 ℃（平均变暖范围为 0.73-1.54 ℃）,至2020年年平均变暖约为1.43 ℃（平均变暖范围为1.10-2.09 ℃）,至2025年平均变暖约为1.39 ℃（平均变暖范围为0.94-2.19 ℃）。 对1990－2005年已经出现观测事实的近16 a气候模式预估结果进行检验表明,多模式考虑多种排放情景集成,一致预估出这16 a的明显变暖趋势,但是变暖幅度略低于实际观测值。经检测证实,对2006－2025年中国气温的预估具有一定的可信度。需要指出的是,目前的预估没有考虑未来的自然变化,只考虑人类排放继续增加的影响。     

气候变化对沈阳冬季供暖期的影响

利用1961-2010年沈阳市的年平均气温和供暖期及供暖期前一个月、供暖期后一个月的逐日平均气温资料,采用线性趋势分析方法及度日法,分析近50 a沈阳市年平均气温和供暖期平均气温变化的总体趋势,并对供暖初日、供暖终日和供暖期长度及供暖强度的变化特征进行分析。结果表明：近50 a沈阳市年平均气温与供暖期平均气温均呈上升趋势,近50 a年平均气温上升明显,通过了显著性检验;气候变暖使得供暖初日推迟;供暖终日提前;供暖期长度缩短;气候变暖使实际供暖强度逐渐减弱。     

近15年我国气温的变化趋势

利用1998-2012年635个气象站点的观察数据,对我国气温的时空变化趋势及其区域差异进行了分析和突变检验,结果表明：近15年来我国年平均气温呈现波动式下降的特点,但下降趋势不显著;全国绝大部分地区年均和四季气温在0.05显著水平未检测出显著的变化趋势,但Z值显示,气温存在不显著的变化倾向：青藏高原区年均气温存在上升倾向,而其他地区多呈下降倾向;春季气温呈上升和下降倾向的区域约各占一半,夏季绝大部分地区气温有上升倾向,而秋季和冬季大部分地区气温则呈现不显著下降趋势。典型站点的分析发现,显著变暖的站点气温基本都存在暖突变,而显著变冷的站点只有约27%的站气温存在冷突变。暖突变年份主要分布在于2005-2006年,冷突变年份多在2009-2011年。     

辽宁冬季气温时空分布特征及其预测概念模型

分析了1961—2004年辽宁冬季平均气温的时空分布特征。结果表明：辽宁冬季平均气温具有明显的南高北低、从沿海向内陆逐渐降低的趋势;冬季平均气温呈线性递增趋势,递增率为0.56 ℃/10 a,与全球气候变暖趋势一致。辽宁冬季气温存在3—5 a和24 a的周期,于1986 a前后发生了一次明显突变,突变前气温呈下降趋势,且以5 a左右的短周期波动为主,突变后开始显著的增温变化,并以10 a以上的长周期变化为主。在此基础上,分析了影响辽宁冬季气温异常的物理因子,建立了辽宁冬季冷暖的预测概念模型。     

1961—2008年淮河流域气温和降水变化趋势

利用淮河流域170个地面气象观测站观测数据,统计分析了淮河流域1961—2008年间气温和降水的时空变化趋势。结果表明:48 a间淮河流域年平均气温呈显著上升趋势,冬季平均气温的增温幅度最大,春、秋次之;年极端最低气温亦呈显著上升趋势,年极端低温日数(满足该站极端低温阈值)则呈明显下降趋势;流域西北部年极端最高气温呈显著下降趋势,流域西部年极端高温日数(满足该站极端高温阈值)呈显著下降趋势;降水量总体变化趋势未通过统计检验,但1990s开始,秋季降水量呈下降趋势,2000年之后年降水量明显增加,夏季降水量亦增加;春季和秋季降水日数呈显著下降趋势,夏季和冬季无明显变化。     

中国台站冬夏季气温、降水的气候变化特征及其显著性检验

利用1951—2010年中国160站气温、降水资料,分析中国代表性台站冬季和夏季气温、降水的气候值及气候变率在前后30 a的差异,并对结果使用不同方法进行显著性检验。结果表明,季气温气候平均值的变化总体与全球增暖一致,以升温为主,但夏季在秦岭以南及长江中游地区出现显著局部变冷现象;季气温气候变率的变化相对较小,冬季总体不显著,夏季仅有少数台站显著。降水的气候变化总体不明显,季降水气候值变化的空间分布复杂,冬季南方地区、夏季东部地区总体增加,冬、夏季降水气候变率的变化均不显著。理论检验方法（t检验、F检验）与随机模拟方法（EMC法）的显著性检验结果,对气温的差别较小、对降水的差别较大,这与样本距平序列是否服从正态分布有关。EMC法可在确保样本统计特征不变的情况下,通过多次随机模拟,无需考虑其理论统计分布特征,使检验结果更为可靠。     

下垫面改变导致局地气候变化的理论分析

运用气柱内辐射，相变，对流间的平衡及地表能量平衡条件研究了由于地表状况改变，即植被退化所造成的局地气候变化，结果表明地表反射率的加大及地面热通量的变化造成中国北方降水量的减少和温度的增加。粗糙度的减少也能造成降水量减少和温度增加，这些结果与数值模拟一致。考虑平流作用以后，上述特征不变，但降水及温度改变量发生变化。在全球增暖背景下，降水减少和温度增加要更剧烈些。     

北京逐日气温和降水量的长程变化特征

无标度性广泛存在于自然界系统包括气候系统中,其特征之一是可观测量存在幂函数关系,它揭示了气候系统的复杂性.为探索气候可预测性的客观基础,介绍了去趋势涨落分析(DFA)方法,并应用其对北京2003年逐日观测资料序列进行了分析.结果表明,北京日平均气温和降水量均可划分为多个标度不变区域.在特定的标度域内,它们都表现出正长程相关的性质,为制作这些量的短期气候预测提供了理论基础.     

黑龙江省冬、夏季低温的区域特征

用 REOF法对黑龙江省 1957～2004年冬季和夏季平均气温变化进行分区,并研究了各区低温的变化特征.结果表明,黑龙江省冬季平均气温可以分为 5个区,夏季 4个区.冬季各区各级别低温年份主要出现在 1960年代和 1970年代, 1980年代初期以来出现全省范围的低温仅有 2000年（强低温）.夏季各区各级别低温年份大多出现在 1950年代末期至 1980年代初期, 1980年代中期以来发生的低温都是区域性的,仅 1993年的范围较大,东部区、西部区、东南区出现不同程度低温, 2002年东部区遭受中低温危害.     

中国冬季地面气温10～30d低频变化及其与乌拉尔山环流的关系

基于国家气象信息中心冬季(12月—次年2月)逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,采用非滤波方法提取10~30 d低频成分,分析了1979—2011年中国低频气温及与之关联的大气环流特征,着重讨论了乌拉尔山环流对中国冬季地面低频气温的影响。结果表明:1)全国气温第一模态呈现全国大部偏冷(暖)的空间分布型;典型年气温10~30 d低频方差贡献率占30%以上。2)北大西洋到极地、乌拉尔山及贝加尔湖地区环流异常与中国冬季气温异常显著相关。当极涡偏弱或北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)正异常,乌拉尔山地区高压脊偏强时,有利于地面贝加尔湖附近的冷高压加强,使中国冬季气温偏冷;反之亦然。3)中国冬季低频气温与乌拉尔山环流密切相关,且当乌拉尔山环流异常超前约15 d时,两者相关关系最好。即乌拉尔山高度场的加强有利于乌拉尔山高压脊及西伯利亚高压加强,对应东亚冬季风加强,导致中国冬季气温偏低。     

华北冬季气温年代际变化及大气环流分析

用NCEP/NCAR再分析资料和华北地区冬季气温资料,运用经验正交分解(EOF)和合成分析等方法,分析了华北地区冬季气温年代际异常及同期环流背景场的变化特征。结果表明:华北冬季气温的年代际变化特征明显;北半球冬季环流场的年代际变化是造成华北冬季气温年代际异常的根本原因,在近地面层,西伯利亚高压偏强时,华北冬季偏冷,反之亦然;在对流层中层,东亚大槽及贝加尔湖高压脊为主要影响系统;低空风场分析结果显示,华北冬季偏冷期中、高纬纬向环流减弱,经向环流明显增强,主要盛行偏北风,暖期情况正好相反。另据分析,北极涛动的年代际变化与华北冬季气温异常也有很好的相关性。