西太平洋-南海地区潜热通量长期变化趋势的南北差异及成因分析

利用1958~2014年美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目(OAFlux)的月平均潜热通量和相关气象要素数据,以及NCEP/NCAR再分析表面气压数据,通过Trend-EOF分析方法,本文研究了西太平洋—南海地区潜热通量的长期变化趋势。发现西太平洋—南海地区潜热通量整体呈上升的趋势,其中冬季上升趋势最强。冬季潜热通量趋势存在明显的南北差异,特别是在南海地区,南海北部为上升趋势而南部为下降趋势。南海北部以及菲律宾海地区冬季潜热通量上升的主要原因是海气比湿差的增大,而南海南部潜热通量呈下降趋势,在东侧主要原因是风速减小,在西侧主要原因是海气比湿差减小。南海潜热通量长期趋势的南北差异是风速和海气比湿差的共同作用造成的。另外,研究发现风速变化趋势受到局地环流变化的影响,在表面气压下降中心线以北地区为上升趋势,在其以南为下降趋势,而海气比湿差的变化趋势则主要取决于海表温度的变化趋势。     

凝结潜热与地表热通量对一次西南低涡暴雨影响分析

利用PSU/NCAR的非静力中尺度MM5V3模式,对2004年9月四川省及重庆市一次特大暴雨过程进行了凝结潜热与地表热通量的敏感性试验,结果表明:凝结加热与地表热通量通过影响中尺度系统环境场的高低空急流、高低层辐合辐散等动力、热力条件,从而影响中尺度系统的发展以及中尺度暴雨的发生。     

西太平洋副热带高压强度和东亚地表热通量的年代际变化特征及关系

利用NCEP/NCAR的月平均再分析资料以及中国国家气候中心的西太平洋副热带高压(副高)强度资料,分析了西太平洋副高强度、500hPa环流场以及东亚地表感热、潜热通量场的年代际变化特征,发现各个季节的西太平洋副高强度及其环流形势均存在一定的年代际变化,变化发生的时间为1978年前后,20世纪70年代中期以后副高强度有所增强。副高强度在季节间的延续性也发生了一定的年代际变化,1978年以后季节间的延续性增强,全时段的延续性受后一时段的影响较大。东亚地表感热、潜热通量场也存在明显的年代际变化,感热通量的变化关键区在大陆上,主要为青藏高原东、西部,其发生年代际变化要早于西太平洋副高强度变化的时间(20世纪60年代中后期),但它们发生差异变化的时间则接近西太平洋副高强度发生年代际变化的时间,在20世纪60年代中后期以前,高原感热通量体现为稳定的西高东低,而20世纪70年代中期以后则转为稳定的东高西低,其中,近10年时间为调整过渡期,因此,它们各自的年代际变化所造成的影响会有所滞后。潜热通量的变化关键区则位于海洋上,主要是西太平洋地区,1978年以前春季地表潜热通量距平为南正北负,之后转为南负北正,而夏季潜热通量距平则...     

太平洋湍流热通量异常与中国夏季降水年代际变化

采用NCEP/NCAR再分析感热、潜热资料,利用EOF方法,分析了夏季太平洋湍流热通量年代际变化的时空特征及其与中国夏季降水的关系。分析结果显示,1951—2003年夏季太平洋湍流热通量距平的年代际分量的EOF前3个模态的方差贡献率分别为32.27%、12.52%、11.10%,且这3个模态分别与中国华北、华南和东北地区夏季降水的年代际关系密切;太平洋湍流热通量年代际异常EOF第1模态的时间系数与东亚夏季风指数年代际变化有显著的负相关。20世纪70年代中期以前,太平洋湍流热通量异常偏多,东亚夏季风偏强,对应华北降水偏多;20世纪70年代中期以后,太平洋湍流热通量异常偏少,东亚夏季风偏弱,对应华北夏季降水减少,干旱化趋势明显。     

南亚高压强度的年代际变化及可能原因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA ERSST海温资料,对夏季南亚高压的年代际变化特征及其可能机制进行了分析。结果表明,南亚高压由弱到强的年代际转折发生在1970年代末,或者说南亚高压强度在1978年前后发生了年代际突变。对南亚高压偏弱和偏强两个阶段的对比分析表明,大气环流(包括风场、温度场和垂直运动场等)的异常形势和特征显著不同,几乎是相反的。夏季地表潜热通量异常的分析说明,夏季高原(特别是高原西北部)的地表热通量异常对南亚高压强度的年代际变化有重要影响;相对而言,地表感热通量异常可能对南亚高压强度的年代际变化起更重要作用。夏季热带印度洋海温的全区一致型模态在1970年代末也发生了明显的年代际变化,与南亚高压强度的年代际异常有很好的一致性,表明夏季热带印度洋海温一致型模态异常对南亚高压年代际变化有影响。      

热带海温影响我国南方冬季降水年际变化的年代际差异及其成因

利用中国740个站逐月降水资料、NOAA月平均海表温度资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了近50 a(1961/1962至2010/2011年冬季)海温异常对我国南方冬季降水年际变化影响的年代际差异及其成因。结果表明:(1)中国冬季降水大致位于长江以南的我国南方地区,降水年际变化较强。1987年后,在El Niňo年中国南方冬季降水偏多。(2)中国南方冬季降水与赤道中东太平洋海温异常以及海洋性大陆西部海温异常密切相关。但相关性存在年代际差异:1987年之前,主要与海洋性大陆西部海温异常相关;1987年之后,主要与赤道中东太平洋海温异常密切相关,海洋性大陆西部海温异常次之。(3)1987年之前,海洋性大陆西部海温通过影响东亚环流形势和水汽条件影响我国南方降水;在1988年之后,海洋性大陆的影响趋于减弱,而赤道中东太平洋海温异常通过改变水汽条件影响我国南方冬季降水强度。     

近50年我国冰雹年代际变化及北方冰雹趋势的成因分析

利用1958-2007年中国755个站的逐日冰雹资料和同期NCEP/NCAR再分析资料及环流特征量,研究了中国近50年冰雹时空变化特征。研究表明,20世纪70年代末、80年代初我国冰雹呈下降趋势,尤其是80年代末以来降雹次数基本低于近50年的平均值,其中我国北方冰雹下降趋势比南方显著,除黄淮、江淮、长江中下游和华南地区外,全国大部分地区冰雹下降趋势都通过了0.05的显著性水平检验,尤其是东北、华北、西北和青藏高原中东部地区。分析表明,20世纪70年代末大尺度环流系统的一系列调整是我国北方冰雹减少的主要原因,200 hPa高空西风急流南移,导致我国北方纬向风场减弱,风速垂直切变减小,对流减弱;850 hPa高度场升高不利于极地冷空气南下和对流系统的建立;同时副高增强,极涡减弱使大气层结稳定,冷空气活动减弱。伴随着大尺度环流的调整,局地垂直温度场结构的变化是影响降雹次数的一个重要原因,局地0℃线和-20℃线之间过冷却水滴累积区距离缩短,不利于雹粒充分地碰并增长,这对东北、华北和西北西部降雹出现显著减少具有十分重要的作用。     

中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因

利用1961—2016年中国160站逐月降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用统计学方法分析了中国南方冬雨与El Niño事件相关关系的年代际差异及其成因。结果表明：1）1961—2016年南方冬雨年际变化显著,且降水量呈现阶段性变化,1961—1988年为少雨期,1989—2016年为多雨期。2）El Niño事件与南方冬雨之间的相关关系存在年代际差异。1961—1988年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向差异很小,不利于冷空气向南推进,850 hPa上中国南方南风距平偏小,来自孟加拉湾和南海的水汽较难向中国南方地区输送,且中国南方地区受下沉运动异常影响,对流发展受抑制,故南方冬雨偏少;1989—2016年El Niño事件冬季,500 hPa上中国东部地区位势高度距平的经向梯度较大,有利于冷空气向南推进,850 hPa上南海北部到中国东部出现异常的西南风,有利于孟加拉湾和南海的暖湿气流向中国南方地区输送,且中国南方地区受上升运动异常控制,有利于对流发展,故南方冬雨偏多。     

西北半干旱区感、潜热通量特征及近50年来的变化趋势

在对比分析2007年兰州大学SACOL测站观测值和NCEP模式产品的感、潜热等变化特征的基础上,用观测资料和NCEP感、潜热通量资料的误差对1961—2008年的NCEP感、潜热通量资料进行了订正。分析了近50年西北半干旱区感、潜热的年际变化趋势。结果表明:平均而言,在半干旱区,4月感热最大,7月潜热最大;在过去的近50年间,年平均潜热通量大于感热通量。近50年来,潜热通量有减小的趋势,感热通量有增加的趋势。     

中国北方干旱区感热及潜热的异常特征

通过对1949—1999年逐月NCEP／NCAR感热通量和潜热通量再分析资料的分析，发现在我国北方干旱区感、潜热通量的年际变化存在着2～3个敏感区，分别位于西北和华北及内蒙一带。其中以东部的华北—内蒙区最为显著。代表上述两个地区通量的平均年际变化表明，在20世纪60年代后期，感、潜热通量存在一个突变；进入70年代以后，上述两个地区的感热通量保持在一个较高的水平上，潜热通量的变化则呈现出相反的变化。     

东海黑潮区潜热变化对中国春季降水的影响及其影响过程

本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m-2与120 W m-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。     

陆气双向耦合模式中全球感热和潜热通量的时空特征模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)含有动态植被过程的海-陆-气耦合模式AVIlVI-GOAIS的积分结果,与ERA-40再分析资料的感热和潜热通量场进行对比分析,结果表明:AVIM-GOALS模拟的感热和潜热通量的气候态、季节变化等特征和ERA-40一致,其中感热通量的纬向分布为双峰型,而潜热通量从1～7月...     

半干旱区农田和草地与大气间二氧化碳和水热通量的模拟研究

集成生物圈模型(IBIS)是目前最复杂的基于动态植被模型的陆面生物物理模型之一。通过应用该模型对国际协调强化观测计划(CEOP)半干旱区基准站之一的吉林通榆观测站(44°25′N,122°52′E)草地和农田生态系统2003年全年的CO2和水、热通量变化进行模拟,并将结果与涡度相关法测定的观测值进行了对比分析,以检验IBIS模型在半干旱区的模拟能力。对比结果表明:除CO2通量模拟结果不够理想外,IBIS模型较好地模拟了通榆观测站的感热通量和潜热通量。模拟与观测比较的相关系数均通过了0.05以上显著性水平的信度检验。总体上看,模型对农田生态系统模拟的偏差小于对退化草地的模拟。     

基于EC观测估算最小冠层阻力分布及其在潜热通量插补中的应用

准确估计水热通量对于认识和理解地气交换与水循环变化过程具有重要意义。利用Penman-Monteith（P-M）模型计算季节尺度水热通量变化的不确定性很大程度上依赖于与冠层变化相关的最小冠层阻力参数,但模型中通常将其设为定值。为此,本文基于多年通量观测采用分段与整体相结合的迭代算法拟合出最小冠层阻力的季节分布。以湖南省宁乡通量观测站为例,针对2012~2015年观测拟合计算最小冠层阻力的季节分布曲线,并利用2016年通量数据进行独立数据验证。结果表明:最小冠层阻力曲线具有鲜明夏低冬高的季节变化特征;利用拟合的具有季节分布的最小冠层阻力改进潜热通量计算,独立数据验证表明其该方法的合理性;相比于原阻力方案得出的潜热模拟结果,其在相关系数、均方根误差和一致性指数都有改进;此外,将该估计方法应用于水热通量的数据插补,较常规统计插补方法,其插补稳定性不随连续缺失数据的增加而降低,而且还能通过模型的微分误差分析量化由于数据输入带来的插补不确定性,在保持通量数据完整性的同时也为数据应用场景提供科学依据。     

淮河流域典型地面水热通量的观测分析

根据1998年淮河流域能量和水循环试验加密观测(HUBEX-IOP)获得的资料,用三种微气象方法计算该地区的感热通量和潜热通量状况,比较了不同方法所估算结果的异同,并以梯度法的资料为主分析了其变化特征.结果表明:(1)梯度法估算的潜热通量与用波文比-能量平衡方法的估算值比较接近,与涡度相关方法估算的值之间有一定的差异.(2)感热通量和波文比在梅雨(6月28日～7月4日)前较大,在后期较小.大部分辐射能用于地面蒸发.     

Role of Solar Radiation and Water Vapour Pressure Deficit in Controlling Latent Heat Flux Density in a Scots Pine Forest

We assessed in absolute and relative terms how solar radiation and water vapour pressure deficit control the latent heat flux density in a Scots pine (Pinus sylvestris L.) forest growing under boreal conditions. The absolute and relative total control can be expressed as sums of the physical and biological forms of control. Physical control is based on the direct effects of solar radiation and water vapour pressure deficit on latent heat flux density, and biological control on the effects of solar radiation and water vapour pressure deficit on latent heat flux density through surface resistance. Measurements based on the eddy covariance method were used in the assessment, which defined the scale adopted in the study. Relative physical control over latent heat flux density was mainly exercised by water vapour pressure deficit, and the role of solar radiation was only marginal. The relative biological control exercised by solar radiation over latent heat flux density was higher in the morning and afternoon, unlike the control exercised by water vapour pressure deficit, which was strongest around noon. The values for the relative total control exercised by solar radiation over latent heat flux density were in general higher than those for relative total control exercised by water vapour pressure deficit. This is inconsistent with expectations based on Omega theory, where a decoupling coefficient () indicates the relative control exercised by surface resistance over latent heat flux density. Solar radiation and water vapour pressure deficit do not necessarily act in opposite directions in the absolute or relative total control that they maintain over latent heat flux density.     

春季黑潮延伸体海洋锋区经向位移与东亚大气环流的关系

采用高分辨率的海表温度资料定义了春季黑潮延伸体北侧海洋锋区的南北位置,并采用EOF分析、相关分析、合成分析、带通滤波等方法,探讨了其南北向位置变动与高空急流、风暴轴以及后期东亚降水之间的关系。结果表明,春季黑潮延伸体北侧海洋锋区位置的南北变动存在明显的年际、年代际变化,其与6月东亚高空急流、太平洋区域风暴轴的南北位置具有很好的对应关系。当春季黑潮延伸体海洋锋区偏北时,6月东亚高空急流、太平洋区域风暴轴偏北,反之亦然。进一步的研究还表明,春季黑潮延伸体海洋锋区经向位置的变动可通过影响东亚大气环流对6月东亚地区的降水产生影响,黑潮延伸体海洋锋区偏北(南)年,6月雨带有显著的北(南)移。