A multi-proxy reconstruction of spatial and temporal variations in Asian summer temperatures over the last millennium

To investigate climate variability in Asia during the last millennium, the spatial and temporal evolution of summer (June–July–August; JJA) temperature in eastern and south-central Asia is reconstructed using multi-proxy records and the regularized expectation maximization (RegEM) algorithm with truncated total least squares (TTLS), under a point-by-point regression (PPR) framework. The temperature index reconstructions show that the late 20th century was the warmest period in Asia over the past millennium. The temperature field reconstructions illustrate that temperatures in central, eastern, and southern China during the 11th and 13th centuries, and in western Asia during the 12th century, were significantly higher than those in other regions, and comparable to levels in the 20th century. Except for the most recent warming, all identified warm events showed distinct regional expressions and none were uniform over the entire reconstruction area. The main finding of the study is that spatial temperature patterns have, on centennial time-scales, varied greatly over the last millennium. Moreover, seven climate model simulations, from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), over the same region of Asia, are all consistent with the temperature index reconstruction at the 99 % confidence level. Only spatial temperature patterns extracted as the first empirical orthogonal function (EOF) from the GISS-E2-R and MPI-ESM-P model simulations are significant and consistent with the temperature field reconstruction over the past millennium in Asia at the 90 % confidence level. This indicates that both the reconstruction and the simulations depict the temporal climate variability well over the past millennium. However, the spatial simulation or reconstruction capability of climate variability over the past millennium could be still limited. For reconstruction, some grid points do not pass validation tests and reveal the need for more proxies with high temporal resolution, accurate dating, and sensitive temperature signals, especially in central Asia and before AD 1400.     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

1971—2017年青海省绝对湿度时空变化特征

为探究青海省绝对湿度变化趋势及分布规律,基于青海省43个地面气象观测站1971—2017年常规观测资料,运用绝对湿度计算公式及线性趋势等方法,分析青海省及4个生态功能区绝对湿度变化趋势,并进一步分析绝对湿度时空变化特征。结果表明：近47a来,全省及4个生态功能区年及逐月绝对湿度变化特征明显;季节、月际变化特征显著;绝对湿度具有较好的经度地带性和海拔地带性;空间分布表现为东高西低的分布格局,变化趋势存在较大的空间差异性。研究绝对湿度的变化规律对青藏高原农作物种植以及气候预报等方面意义重大。     

2014-2017年西安市城市热岛、冷岛精细化时空特征分析

选取1971—2017年7个国家级气象站的气温资料,分析年代际气温变化特征及城郊温差、城县温差;选取2014—2017年103个国家考核区域气象站及7个国家级气象站逐时气温资料,利用标准化相对气温法,研究西安市城市热岛、冷岛的年、季平均空间分布特征,以及逐日热岛、冷岛变化规律。结果显示:1971—2017年城区、郊区和郊县气温均呈上升趋势,城区增温速率最大,郊县增温速率最小,进入21世纪后,城市热岛效应较为显著。西安市城市热岛、冷岛现象明显,且均呈"多中心"特征,热岛中心多为老城区及旅游中心,建筑物面积和人口密度占绝对优势;冷岛中心多为地势较高、水域绿被覆盖较大、非人口密集区的秦岭坡脚线附近。城区代表站的年、春季、夏季、秋季基本处于平稳状态,年、春季、夏季06—07时热岛强度最大,秋季、冬季23时热岛强度最大;郊区代表站和郊县代表站的年及四季热岛、冷岛强度均有明显的日变化特征,且变化趋势相反;郊区代表站10时热岛转为冷岛,春、夏季16—17时转为热岛,年及秋、冬两季19—20时转为热岛;郊县代表站年、春季、夏季06—07时冷岛强度最大,秋季、冬季2时冷岛强度最大,08时后冷岛开始减弱,12—13时为最弱后开始增强。     

Spatial and temporal variations of thunderstorm activity in the Northern Caucasus

Space distribution is considered of thunderstorm activity in Northern Caucasus during 1936–2006. Area distribution is presented of numbers of days with thunderstorm and of thunderstorm duration. Time variations are analyzed of mean numbers of the days with thunderstorms and of the thunderstorm mean duration, which probably represent a part of climate changes at the area under consideration. The largest variations of thunderstorm activity occur in the western part of the Northern Caucasus, where annual number of the days with thunderstorms reaches 70. Minimum changes in the thunderstorm characteristics occur in the eastern part of the area, with annual number of the days with thunderstorms equal to 25.     

青藏高原及周边UTLS水汽时空特征的多源资料对比

利用Aura卫星微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,评估了ERA-I、MERRA、JRA-55、CFSR和NCEP2等5套再分析资料的水汽数据在青藏高原及周边上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)的质量,然后选取其中质量较好的两套水汽数据,分析它们对青藏高原及周边UTLS水汽的时空分布和演变的表征能力。结果表明,与MLS数据相比,5套再分析资料中在UTLS普遍偏湿,最大偏湿在上对流层215 hPa,约为165%,而在下平流层,ERA-I和MERRA与MLS的差异相对较小。总的来看,ERA-I和MERRA表征的水汽与MLS更为接近。进一步的对比表明,ERA-I和MERRA中青藏高原及周边水汽含量的时空分布与MLS较为接近,夏季能够表征青藏高原在纬向和经向上的水汽高值区,冬季能够表征对流层顶、西风急流中心附近的水汽梯度带,而且MERRA的结果要好于ERA-I。ERA-I、MERRA和MLS中青藏高原地区的水汽季节演变都表现为冬季1-2月水汽含量低,夏季7-8月水汽含量高,水汽的季节变化在200~300 hPa最大。MLS资料显示,在青藏高原地区对流层顶附近,存在随时间向上向极的水汽传输信号。相较而言,ERA-I对向上水汽传输信号的表征更好,而MERRA对下平流层(100 hPa)向极水汽传输信号的表征更好。     

1961-2012年江苏省霾日时空变化特征及影响因素分析

利用1961—2012年江苏省69个地面气象站观测资料和2012年苏州市大气气溶胶观测资料,在对霾日进行判识和筛选的基础上,分析江苏省霾日的时空变化特征及霾与气象条件和污染物的关系。结果表明：1961—2012年江苏省各站年总霾日数均呈上升趋势,85％的台站呈极显著上升趋势;江苏省年平均霾日数呈显著上升趋势,其中2011—2012年呈急剧上升趋势;1980年前霾日的空间分布差异不明显,1980年后,沿江和苏南地区为霾的高发区,东部沿海大部地区霾日较少。霾天气主要发生在冬季和春季,以12月和1月发生最多。降水少和风速小有利于霾天气的发生;除SO2外,PM10、PM2.5和NO2等污染物浓度随着霾等级的增加而增大,其中PM2.5浓度增大明显。     

中国南方地区1961-2018年冬春季低温连阴雨过程时空变化分析

基于1961-2018年1 057个地面气象站均一化气温日值数据和通过均一化检验的日降水量资料,统计得到冬春季低温连阴雨过程,分析其时空分布及变化特征。结果表明,湖南、贵州、江西三省为低温连阴雨集中发生地区,连续最长低温连阴雨超过15 d的台站集中在25°~31°N之间的区域。由经验正交函数方法分析表明,南方地区低温连阴雨日数总体上表现为一致偏多或偏少的分布型,且具有东北部与西南部反相变化、东部与西部反相变化的分布型。南方冬春季平均低温连阴雨日数总体呈减少趋势,约为-0.17 d/(10 a)。1960s末期至1990s低温连阴雨日数以偏多为主,从2000年开始以偏少为主。     

藏北高原土壤温、湿度变化在高原干湿季转换中的作用

通过1997年和1999年藏北高原沱沱河观测站土壤温、湿度变化和对应降水变化的分析,表明与高原冻融过程相联系的土壤湿度变化和高原干湿季转换及湿季降水存在联系。土壤融冻引起土壤增湿的时间比高原雨季降水开始的时间约早20天,春季高原土壤温、湿度的增加在高原地表感潜热的变化中有重要贡献。春末夏初高原土壤冻融过程引起的土壤湿度变化,在高原局地尺度的水分循环中为高原湿季开始提供了有利的水汽条件。因此,在青藏高原陆气相互作用过程中,与冻融过程相联系的土壤湿度变化在高原季节转换中是一个不可忽视的因子。     

春夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的时空分布特征及相互联系

伊朗高原和青藏高原热力作用对东亚区域气候具有重要影响。基于1979—2014年欧洲中心ERA-interim月平均再分析地表热通量资料,分析了春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的时、空分布特征以及春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量的关系。结果表明,春、夏季青藏高原与伊朗高原地表热通量在季节、年际和年代际尺度上具有不同的时、空分布特征。对于青藏高原,春、夏季地表感热呈西部大东部小、地表潜热呈东部大西部小;地表感热在春季最大且大于地表潜热,地表潜热在夏季最大且大于地表感热。在年际时间尺度上,春、夏季青藏高原地表热通量异常的年际变化在东、西部不一致,青藏高原西部,地表感热与地表潜热有较强的负相关关系。青藏高原地表感热异常具有很强的持续性,当春季地表感热较强（弱）时,夏季高原地表感热同样较强（弱）。青藏高原东部与西部地表热通量的年代际变化有明显差异,春（夏）季青藏高原东部地表感热呈显著的年代际减弱趋势,1998（2001）年发生年代际转折,由正异常转为负异常;而青藏高原西部地表感热在春季则有显著的增大趋势,2003年发生年代际转折,由负异常转为正异常。青藏高原东部地表潜热仅在春季为显著减弱趋势,2003年出现年代际转折,由正异常转为负异常;青藏高原西部地表潜热在春、夏季都有显著减弱趋势,年代际转折出现在21世纪初,由正异常转为负异常。对于伊朗高原,春、夏季地表热通量的空间分布在整个区域较一致,地表感热在夏季最大,地表潜热在春季大、夏季小,但各季节地表感热都大于地表潜热。相对于青藏高原地表感热,伊朗高原地表感热在各月都更大。在年际时间尺度上,春、夏季伊朗高原各区域地表热通量异常的年际变化较一致;地表感热与潜热有很强的负相关关系;伊朗高原地表感热、潜热异常都具有持续性,当春季地表感热（潜热）通量较强（弱）时,夏季地表感热（潜热）通量同样较强（弱）。伊朗高原北部与南部地表热通量的年代际变化存在差异。其中,春、夏季伊朗高原北部地表感热（潜热）呈显著增强（减弱）趋势,在20世纪末发生了年代际转折,春、夏季北部地表感热（潜热）由负（正）异常转为正（负）异常。而伊朗高原南部春、夏季地表热通量无显著变化趋势,但春季地表感热、潜热与夏季地表感热同样在20世纪末存在年代际转折,地表感热（潜热）由负（正）异常转为正（负）异常。春、夏季两个高原地区地表热通量的关系主要表现为:就春季同期变化而言,伊朗高原地表感热与青藏高原西部地表感热具有同相变化关系,与青藏高原东部地表感热具有反相变化关系,伊朗高原地表潜热与青藏高原东部地表潜热具有同相变化关系;就非同期变化而言,春季伊朗高原地表感热与夏季青藏高原东部地表感热存在反相变化关系。      

Estimation of the Spatial Distribution of Methane Concentration in the Area of the Barents and Kara Seas in Summer in 2016–2017

The problem of estimation of average fields of air pollutant concentration based on local measurement data is stated: the problem of the passive location of the atmosphere by wind, or the problem of the fluid location of the atmosphere. The definitions of new functions are given: the average effective field of concentration and the average effective field of sources. The system of integral equations these functions obey is also presented. The results of numerical estimates of quasi-two-dimensional average fields of methane concentration in the area of the Barents and Kara seas retrieved from data on surface concentrations measured on Belyi Island in the summer of 2016 and 2017 are analyzed. A typical feature of the resulting fields is their mosaic pattern, as well as the higher values of methane concentration on the continent and in the coastal zone.     

青藏高原夏季带状MCSs的分类以及形成原因

利用2007-2011年夏季TBB（black body temperature）资料筛选出夏季青藏高原地区特征比较稳定的带状MCSs加以归类,结合NCEP资料及后向轨迹模型对其成因进行逐类探讨。结果表明,特征稳定的带状MCSs共有37例,可以按形状分为三类：北凸型、南界型和纬向型,其中北凸型发生得最多,纬向型最少。整个夏季有接近30％的时间,特别是在7月有近50％的时间都出现这种稳定的带状MCSs。高层南亚高压以及高空急流和低层500hPa切变线辐合及其南侧的高温高湿是带状MCSs生成的主要原因。500hPa上,纬向型带状MCSs一般发生在高原南北两侧较平直的东、西风气流中;北凸型发生时,高原北部为平直的西风气流,孟湾为较强的槽,高原东、南部受西南偏南气流影响;南界型时高原一般为西北气流,南侧有较强的孟湾气旋控制。围绕高原有4个水汽的辐散源地,带状MCSs对流区的水汽主要通过高原南侧和高原东南部的辐散源地进入对流区。     

基于时空结构指标的中国融合降水资料质量评估

引入空间、时间技巧评分以及结构函数3种指标,通过对比中国国家气象信息中心研制的逐日融合降水资料和美国国家海洋大气局(NOAA)气候预测中心卫星反演降水资料(CMORPH)、热带测雨卫星反演降水资料(TRMM)在中国区域的适用性和误差分布,着重考察融合降水资料的质量。结果表明,中国区域平均的融合降水资料时空精度远高于CMORPH和TRMM卫星降水资料,且融合资料和卫星资料在夏季的质量优于冬季;在中国东南区域的模拟精度普遍好于西部地区,融合降水质量最高的两个区域为江淮和华南,较差的区域则在青藏高原和西北地区。融合后降水资料比融合前CMORPH卫星降水在空间及时间技巧评分均有较大提高,其提高幅度冬季大于夏季。通过计算结构函数,发现在中国江淮、华南、华北和东北等地区,随着网格区域内任意两点距离的增大,融合产品与观测降水的结构函数曲线始终十分接近。在西北、青藏高原等区域,融合产品与观测降水的结构函数则偏离较大。西南地区地形复杂,卫星资料无法精确反映实际降水情况,高密度观测资料尤为重要。江淮、华南、华北地区的融合降水结构函数曲线增长率大于东北,也从侧面反映江淮、华南、华北地区降水分布的非均一性比东北强,降水可能受中小尺度天气系统影响较大。     

1979—2017年南海SSTA时空特征及其与沃克环流异常的相关

利用1979—2017年HadISST月平均海面温度资料、ERA-Interim大气资料以及GPCP Version 2.3集合降水资料,分析了南海海面温度距平（SSTA）场的时空分布特征,并从南海降水异常的角度探讨了在ENSO期间,沃克（Walker）环流异常对南海海面温度异常（SSTA）的影响过程。结果表明,南海SSTA场分别存在全海域一致模态、东西反位相的偶极子模态以及纬向三级子正负位相三个主要模态,且三个模态都具有显著的准2 a及4 a左右的年际振荡周期,反映了南海SSTA与ENSO现象的高度相关性。对Walker环流异常的分析表明,Walker环流异常与ENSO事件及南海SSTA存在较好的相关。ENSO事件发生时,Walker环流异常移动通过“云辐射反馈过程”,使得南海海面温度（SST）发生改变,因此Walker环流在ENSO影响南海SST异常过程中起到“大气桥”的作用。     

Spatial and temporal variations of blocking and cyclogenesis in the 1978 / 79 winter

Complex empirical orthogonal function (CEOF) and Fourier analyses are applied to 500 hPa geopotential height anomaly for two selected latitude belts in the Northern Hemisphere from Dec 1978 through Feb 1979 based on the ECMWF FGGE III-b data. The positive anomalies in the three leading CEOFs for the high-latitude belt mainly show the preferred locations for blocking activity in the North Atlantic, the North Pacific and to the west of the Ural Mountains. The negative anomalies in the three leading CEOFs for the mid-latitude belt mainly show the preferred locations for cyclogenesis in the east coasts of Asia and North America, and the Mediterranean; weak cyclogenesis is also seen in the western United States and off the coasts of Spain and Morocco. The travelling components of the positive anomalies in the high-latitude belt mainly propagate westward, weakening as approaching the east side of some mountain chains while intensifying to the west side. On the contrary, the travelling components of the negative anomalies in the mid-latitude belt mainly propagate eastward, intensifying over the lee side of mountain and / or approaching the east coasts of the two continents. These preferred locations for blocking and cyclogenesis are basically consistent with the climatological results, and related to some teleconnection patterns found earlier. The temporal variation of blocking highs seems to relate with the vacillation of the potential vorticity (PV) index defined by Weng (1992). There are two build-up stages of the PV index during the winter. Each build-up stage corresponds to a westward propagation of a large-scale positive anomaly in the high-latitude belt, resulting in the occurrence of a series of blocking highs over the western Eurasia, Scandinavia, Greenland and the Pacific. In general, the temporal variation of cyclogenesis is less reflected by the PV index than blocking highs. The duration of a PV index cycle of build-up and break-down is about 30-50 days. Within this low-frequency envelope, there is a global quasi-two-week vacillation of the PV index, reflecting one of the preferred time scales of mid-latitude cyclone and anticyclone activity in some preferred locations during the 1978 / 79 winter.     

通辽气象站1971—2017年大风日数的变化特征

利用通辽气象站1971—2017年大风资料,分析了近47a大风的气候特征,结果表明:通辽气象站年大风日数表现为明显的阶段性特征;各年代大风日数也有所差异;大风日数四季均呈明显的减少趋势,减少幅度最大的是春季,秋季减少幅度最小;平均大风日数的各月分布很不均匀,以4、5月居多;各月大风日数的变化速率均呈递减趋势;年大风日数在2004—2005年有一次突变过程,突变后大风日数明显减少,其原因,可能与观测高度和周围环境变化有关。     

1960—2016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析

基于气象台站降水观测资料,本文分析了1960—2016年半干旱区盛夏（7、8月）降水量时空变化特征,探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明,1960—2016年半干旱区7月和8月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示1960—2016年7、8月降水量均呈减少趋势,但8月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示,欧亚遥相关以及中纬度西风气流与7月降水量变化密切相关;而西太平洋副热带高压是影响半干旱区8月降水量变化的主要原因。相较而言,“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显,当北方半干旱区受反气旋性环流控制时,易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。