我国梅雨降水的气候分布,客观分型及周期振荡特征

通过对1954－1987年梅雨区35站梅雨期降水资料的分析,给出了梅雨降水的气候分布特征。利用自然正交函数展开的前三个特征向量场及对应的时间系数将梅雨降水分成三类六型。移动样本序列的极大熵谱分析表明,梅雨降水存在较为明显且稳定的准七年振荡,而准两年振荡则不十分明显,且不稳定。这与已有的研究结果不同。此外,还对这些振荡的地域分布作了研究。     

海雾的准周期振荡特征

根据南海北部海雾外场观测获取的高分辨率液态含水量、长波辐射通量数据,采用小波分析方法分析了2008年3月16—17日和18—19日两次海雾中的液态水含量、净长波辐射通量的变化特征,讨论南海北部海雾发展和维持的冷却机制。结果显示:(1)无论在有云或无云条件下,海雾都可发展和维持;但前者的液态含水量明显小于后者,而风速大于后者;(2)在地面海雾的生成之前和生成初期,净辐射通量都存在准周期振荡现象,无论无云/有云,地面海雾液态水的大幅度发展的阶段都存在含水量的准周期振荡现象;(3)含水量的准周期振荡现象与振荡发生时段的长波辐射通量关系不大,而主要通过湍流对液态水的混合作用与高空海雾液态水大量生成阶段的雾顶长波辐射间接相关。(4)海雾的生成都与雾顶长波辐射冷却密切相关,但发展和维持可通过不同的冷却机制,既可通过海气间湍流热量输送和辐射传输,也可通过雾顶长波辐射冷却。     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 I.资料分析

利用 1 992～ 2 0 0 0年HALOE的观测资料 ,分析了平流层NOx (这里是指NO和NO2 )混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化 ,并与O3混合比的年际变化进行比较。结果表明 :( 1 )在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似 ,从平流层下层向上随高度增加 ,分别在 1～ 2hPa (NO)和 5～ 1 0hPa (NO2 )达到极大值 ,再向上NOx混合比随高度减小。另外 ,NO混合比在 1 0× 1 0 - 5hPa高度附近还有一个极值区。在平流层下层 ,它们的极值区下方 ,NOx混合比基本从热带向两极增大。NO混合比在平流层位于 1～ 2hPa之间有一个高值区 ,在 1 0× 1 0 - 5hPa附近还有一个更大的极值。而NO2 只有一个浓度高值区 ,位置在 5～ 1 0hPa。 ( 2 )NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO)。NO2 的QBO较NO更明显 ,赤道上空的NOx的QBO最明显 ,北半球NOx 的QBO较南半球更明显 ,而 2 0～ 5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显。 ( 3)在热带 30km以上 ,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反 ;而中纬地区及 30km以下的热带 ,它们有一个位相差 ,但不完全相反     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅰ.资料分析

利用1992～2000年HALOE的观测资料,分析了平流层NPx(这里是指NO和NO2)混合比的垂直经向分布结构、季节变化和年际变化,并与O3混合比的年际变化进行比较.结果表明:(1)在各纬度平流层NOx混合比的垂直结构基本相似,从平流层下层向上随高度增加,分别在1～2hPa(NO)和5～10 hPa(NO2)达到极大值,再向上NOx混合比随高度减小.另外,NO混合比在1.0×l0-5hPa高度附近还有一个极值区.在平流层下层,它们的极值区下方,NOx混合比基本从热带向两极增大.NO混合比在平流层位于1～2 hPa之间有一个高值区,在1.0×10-5hPa附近还有一个更大的极值.而NO2只有一个浓度高值区,位置在5～10 hPa.(2)NOx混合比在中低纬的高度分布和经向分布上都存在准两年周期振荡(简称QBO).NO2的QBO较NO更明显,赤道上空的NOx的QBO最明显,北半球NOx的QBO较南半球更明显,而20～5hPa的NOx的QBO又较其他气层更明显.(3)在热带30 km以上,NOx的QBO与O3混合比的QBO位相相反;而中纬地区及30 km以下的热带,它们有一个位相差,但不完全相反.     

关于准40天振荡经向传播机制的讨论

本文讨论了准40天振荡的性质及其传播特性,强调南半球中纬度准周期性冷空气对热带大气准40天振荡的强迫作用及其对北半球夏季风的影响。提出经向环流系统的侧向耦合和相互作用可能是准40天振荡经向传播的机制。     

NO_x的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系 II.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡 (简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验。模拟中 ,输入纬向风QBO的值 ,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布 ,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比。在第I部分HALOE资料分析的基础上 ,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡 ,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系。结果表明 :模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致 ,并且在纬向风场QBO强迫下 ,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡 ;与臭氧的QBO比较 ,发现在2 8km以下 ,NOx的QBO与臭氧QBO同位相 ,而在 2 8km以上 ,它们则是反位相 ,与HALOE资料的观测结果基本吻合。文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析 ,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性     

NOx的准两年周期变化及其与臭氧准两年周期振荡的关系Ⅱ.模拟研究

利用NCAR的包含化学、辐射、动力相互作用的二维模式就纬向风的准两年周期振荡(简称QBO)对平流层微量元素分布的影响进行数值模拟试验.模拟中,输入纬向风QBO的值,计算出NOx、臭氧浓度和各种气象要素的垂直经向分布,并与不考虑QBO强迫的数值模拟结果进行对比.在第Ⅰ部分HALOE资料分析的基础上,进一步讨论了在纬向风QBO的影响下NOx浓度垂直分布的变化及其准两年周期振荡,并研究了NOx的QBO与臭氧QBO的关系.结果表明:模拟六年平均的NOx混合比分布与观测结果基本一致,并且在纬向风场QBO强迫下,NOx混合比扰动有明显的准两年周期振荡;与臭氧的QBO比较,发现在28 km以下,NOx的QBO与臭氧QBO同位相,而在28 km以上,它们则是反位相,与HALOE资料的观测结果基本吻合.文中对模拟得到的由于风场QBO引起的余差环流输送作用做了进一步的分析,并讨论了在不同高度的气层中余差环流的输送作用与NOx破坏作用在臭氧QBO形成中的相对重要性.     

关于海温准三年及半年周期振荡的随机气候模式

本文提出用二次随机振动的海气相互作用的模式解释了关于存在太平洋地区海温准三年及半年周期振荡的物理机制,探讨在模式中各个反馈系数之间的关系和作用。认为云在准三年周期振荡过程中起着重要作用,而在准半年周期振荡中自身反馈过程则是主要的过程。     

东亚和西北太平洋地区气候的准10年尺度振荡及其可能机制

本文基于对气候、大气环流和海表水温的资料分析以及简单的理想化海气耦合模式的分析,研究了东亚和西北太平洋地区气候的准１０年振荡及其可能机制。研究表明,东亚和西北太平洋地区的气候（降水和地面气温等）和大气环流（环流指数和副高活动等）的演变都有明显的准１０年振荡;同赤道太平洋ＳＳＴＡ主要为ＥＮＳＯ循环不同,西北太平洋ＳＳＴＡ主要表现为准１０年尺度的振荡,且同气候和大气环流的准１０年变化密切相关;中纬度海－气相互作用可产生一种甚低频耦合波（１０年左右周期）,它可能是海气系统准１０年振荡的重要机制之一     

气候的多平衡态及其转换

本文利用一个简单的气候模式,求得三个平衡态的全球半均温度值分别为:T_1=248.5K,T_2=271.9K和T_3=288.1K,其中对应于温暖时期和寒冷时期的T_3和T_1是稳定的.若要使现代温暖气候转变为寒冷气候,太阳常数约需比现代值减少3％:若从寒冷气候转变成温暖气候,太阳常数需增加约6.3％.这表明寒冷气候的状态要比温暖气候的状态相对稳定些.然后讨论了随机扰动对气候半衡态之间转换的作用.结果表明:仅通过天气随机扰动的涨落效应不可能使气候系统实现冰期-间冰期之间10~5年周期尺度的转换.     

气候波动对我国亚热带地区杉木、毛竹生态环境影响的研究

文章对我国亚热带地区杉木、毛竹生长发育速度与气候因子的关系作了分析。确定月平均气温２０～２６℃月降水量１１０～２３０ｍｍ为杉木速生期水热指标；日平均气温１５～２５℃、年降水量１２００～２５００ｍｍ为毛竹速生丰产水热指标。指出杉木、毛竹速生丰产的气候生态环境在亚热带丘陵山区优于平原，山区的杉木、毛竹适宜种植海拔高度主北亚热带为２００～７００ｍ、中亚热带为３００～１０００ｍ、南亚热带为４００～１２００ｍ；在水平方向，中亚热带较南，北亚热带地区更具有杉、竹速生丰产的气候优势，同时指出，气候干湿变化对亚热带地区杉木、毛竹生长量、成材年限、材质和布局的影响比气候冷暖变化更具有重要生态意义。     

江淮梅雨期最低气温的气候特征分析

利用江淮地区70个测站1961~2001年历年6月第2侯至7月第2侯最低气温资料,采用旋转经验正交展开(REOF)方法对江淮地区梅雨期最低气温场进行客观分区,并分析了各区域最低气温的长期演变趋势。结果表明:江淮地区梅雨期最低气温场可分为3个区域,各区域的最低气温均具有明显的年际、年代际变化特征,且存在着显著差异,其中东北区明显上升,而南方区和西北区呈降低趋势;各区域存在明显不同的年际、年代际方差构成、突变特征和多尺度振荡周期。     

考虑植被效应的二维地气模式及其对半干旱区域气候的模拟

在土壤-植被-大气统一体内,根据能量平衡、水分平衡、大气辐射传输和热传导方程,建立了一个考虑植被作用的二维地气系统动力模式。模式描述了热量和水分随高度和纬度的变化,并针对陕北地理与气候特征,模拟了该地区的气候平均场,为半干旱地区的沙漠化研究提供了模拟方案和初步计算结果。     

我国春夏季地气温差的时空变化特征及其与夏季降水的联系

利用1960~2006年我国地温、气温逐日4个时次[02:00(北京时间,下同)、08:00、14:00和20:00]的和中国降水台站观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了我国春季(3~5月)和夏季(6~8月)地气温差的时空变化特征及其与夏季降水的联系。分析结果表明:我国春季地气温差主要存在着3种空间模态分布,第1模态表现出我国西部地区地气温差为正值,我国东部地区从南至北呈现出\"-、+、-、+\"空间分布特征;而第2模态则呈现\"+、-、+\"的空间分布特征;第3模态则表现出一致的空间分布特征。我国夏季地气温差同样存在着3种空间模态分布,第1模态表现出我国东部和西部地区夏季地气温差反相的空间分布特征;第2模态则呈现出\"-、+、-\"的空间分布特征;而第3模态则表现出\"+、-、+、-\"的空间分布特征。分析结果进一步表明我国春季和夏季地气温差第1模态与我国长江中下游地区夏季降水均存在正相关关系,而与华北地区出现负相关关系。而且,夏季更加显著。这主要是由于我国东部和西部热力差异增强,有利于在我国东部地区出现西北风异常,这说明东亚夏季风偏弱,不利于水汽向北输送,有利于华北地区降水偏少。并且,在我国东南部地区出现水汽辐合和上升运动,从而有利于我国长江中下游地区夏季降水偏多。     

应用特性系数法求算长时段最大概率降雨强度

应用改进的特性系数法求算了２－２４小时泰安地区各县市１００年,２００年一遇的最大概率降雨强度。计算结果表明,泰安市内２４小时可能最大概率降雨强度,５０年一遇为１５９．９ｍｍ,１００年一遇为１７５．９ｍｍ,２００年一遇为１９１．８ｍｍ,同时也算出了该地区其它县市２－２４小时不同时段的最大概率降雨强度值。     

基于随机重排去趋势波动分析的极端高温事件研究及其综合指标的建立

基于中国气象局公布的1961-2006年中国165个国际交换站无缺测的逐日平均气温资料,利用随机重排去趋势波动分析（S-DFA）方法,计算并分析了中国极端高温事件阈值的空间分布特征,并对S-DFA方法在实际资料中的应用进行了检验。从可预报性的角度给出了极端高温事件强度综合指标的定义。该综合指标将极端高温事件的发生频次和强度综合起来,兼顾不同地区各自特有的区域气候背景,进一步说明综合指标定义的合理性。基于极端高温事件综合指标的空间分布规律,将1961-2006年间中国极端高温事件分为4个不同等级的地区。极端高温事件综合指标在20世纪90年代初期之前一直保持平稳的波动变化,之后则一直处于上升之中,尤其是在90年代中后期开始迅速上升。     

非均匀下垫面局地气候效应的数值模拟

使用美国NCAR非静力平衡模式MM 5V3,模拟了黑河地区非均匀下垫面局地小气候效应 ,再现了山谷风环流及夏季“绿洲效应”、沙漠上的“逆湿”和由于地表热力分布不均匀引起的绿洲—沙漠垂直环流等绿洲—沙漠相互作用的典型特征 ,较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的风、温、湿度场与陆面相互作用的物理机理 ,验证了野外实验的结果     

给定参数条件下海温脉动随机模式的混沌行为

从Ｓａｌｔｚｍａｎ海气随机气候模式出发,得到了海温脉动θ＇的Ｌａｎｇｅｖｉｎ方程以及对应的Ｆｏｋｋｅｒ－ｐｌａｎｋ方程。在给定参数条件下求数值解,得到的概率密度曲线ｐ（ｘ,ｔ）具有多个极大值,并在ｐ（ｘ,ｔ）－ｐ（ｘ,ｔ＋τ）相空间中呈现Ｃａｎｔｏｒ集合图象,表明该随机系统在上述参数条件下出现了混沌行为。     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水。在副高中心盛行大尺度下沉气流的环境中,对流是怎样发生的？降水的水汽来自哪里？本文以2003年8月2日发生在江西、浙江等地区的热对流降水为例,研究了地表的非均匀感热加热对增强对流的贡献和地表蒸发、水汽水平通量辐合对降水的贡献。本文首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;接着利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;再进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献。结果表明,在副高控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动。低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层。同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大。热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合。定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小。