一种新的气候分型区划方法

从理论上证明统计聚类检验(CAST)与旋转经验正交函数或旋转主分量分析(REOF/RPCA)用于气候聚类分型区划的关联性。研究表明，CAST在一定的意义上可认为是REOF/RPCA用于气象要素场(气候)分型区划的理论基础。由此，作者提出CAST与REOF/RPCA相结合的一种新的分型区划方法，并用仿真随机模拟资料和实例计算验证了理论与实际结果的一致性，从而证实了这种分型区划方法的有效性及其优点。     

京津冀地区冬小麦气候生产潜力的一种动态区划

以京津冀地区的冬小麦农业气候生产潜力为研究对象,根据统计检验聚类方法(CAST)与旋转主分量分析(RP-CA)相结合的气候分类区划新方法,对该区冬小麦气候生产潜力进行了区划试验,计算验证了理论与实际结果的一致性,从而进一步证明该方法的合理性及可靠性。同时也印证了CAST和RPCA用于气象场分类区划具有等价性和互补性的事实;此外,各分区具有不同的年际变化特征,也表明区划结果是合理的,从而较好地佐证了这一新的分区方法。     

我国极端气温指数的时空变化与分区研究

利用1961-2000年全国550个台站的逐日最高气温、最低气温资料计算出热浪指数和暖夜指数并对两个指数分别进行时空变化分析,结果表明极端气温指数的前2种模态基本代表了该指数的空间分布特征.热浪指数和暖夜指数的第一特征向量的荷栽场空间分布基本一致,全区为一致的增加和减少趋势,并且在时间变化上存在着明显年际和年代际变化特征.利用REOF和CAST聚类分析相结合的方法对热浪指数和暖夜指数进行分区,将全国热浪指数和暖夜指数分剐分成11个和10个变化区.经过验证发现该方法既克服了前者确定荷载值界限的主观性,又避免了后者选择气候中心的不确定性,使区划结果更具有客观性.     

黄河源区未来地面气温变化的统计降尺度分析

大气环流模式(GCMs)模拟预测的气候变化情景,必须经过降尺度处理后才能得出次网格尺度上未来气候变化的时空分布细节,才能满足评估气候变化对资源、环境和社会经济等影响的需要.本文在简单介绍了目前降尺度模型的研究现状后,重点分析了统计降尺度方法的优缺点及适用性,并应用黄河源区7个站点1961-1990年的实测地区最高气温和最低气温资料,对统计降尺度模型(SDSM)的应用进行了分析和验证.首先利用SDSM建立大尺度气候要素和地面气温变量间的统计转换关系,确定模型应用的预报因子变量,然后用独立的观测资料验证模型的可靠性,最后把建立好的统计关系应用于英国Hadley中心海气耦合模式(HadCM3 SERS B2)的输出,分别生成了黄河源区7个站点未来3个时段2020s,2050s和2080s的气温变化情景.在此基础上,应用Arc/GIS的Kriging插值方法获得整个区域的气温变化情景进行分析.结果表明,日最高气温模拟值随时间推移增幅很快,3个时段(2020s,2050s和2080s)的平均气温变化情景分别为1.34,2.60和3.90℃,而日最低气温变化相对不明显,3个时段的平均气温变化情景分别为0.87,1.49和2.27℃.表现在每个季节和每个月的变化情景又各不相同,日最高气温以春季和秋季变化最显著,而日最低气温则以夏季和秋季的变化最为明显.     

中国东北地区冬季气温变化特征及其大气环流异常的关系

利用1957-2010年冬季中国东北地区90站气温资料,应用REOF和聚类分析方法将东北划分为南、北两个冬季气温变化子区,分析讨论其冬季气温的变化趋势和冷暖异常特征,及其与主要环流指数之间的同期和滞后关系。使用向后去除变量选择法,选取最优预测因子,并建立了全区和各子区的回归统计模型。结果表明：东北冬季增温较明显,平均上升速率达到0. 45 ℃/ 10 a,北部略高;与同期欧亚纬向环流指数之间存在着较显著相关;前期8月东太平洋副热带高压面积指数、前期10月亚洲区极涡面积指数和前期8月北半球极涡面积指数与东北冬季气温存在着显著相关,复相关系数达到0.70,并且是回归方程最关键预测因子。在对冷、暖冬预测时,可以把选定时段和区域副热带高压和极涡面积指数作为重要的影响因素,且误报率较低。     

陕西苹果主产区日最低(最高)气温的空间插值

分考虑海拔高度对气温的影响和不考虑海拔高度对气温的影响两种情况,用反距离权重法、样条法、普通克里格法对日最低气温和日最高气温空间插值,并对插值的结果交叉检验,结果表明,考虑海拔高度对气温影响下的普通克里格插值法是诸多方法中的最佳选择。     

基于统计降尺度方法的夏季降水精细化预报

利用1999—2009年安徽省淮河以南地区60个县市站夏季逐日降水资料和安庆市探空站逐日资料,研究了中低层不同风向配置下局地降水与大尺度降水场之间的关系,以3种不同预报对象及相应的预报因子分别采用神经网络和线性回归方法设计6种预报模型对观测资料进行逼近和优化,从而实现空间降尺度.分析对比6种预报模型46站逐日降水量的拟合和预报效果,结果表明:采取相同的预报对象及预报因子的BP神经网络模型在拟合和预报效果上均好于线性回归模型,可见夏季降水场之间以非线性相关为主;神经网络模型预报结果同常用的Cressman插值预报相比,能很好地反映出降水的基本分布及局地特征;预报对象为单站降水序列的神经网络模型在以平原、河流为主要地形的区域预报效果较好,预报对象为REOF主成分的神经网络模型则在山地和丘陵地形区域预报效果较好.     

1998-2016年中国PM_(2.5)浓度变化对气温的影响研究

为探讨“人类活动—大气污染—气温变化”的关系反应链,从宏观尺度阐明PM_(2.5)浓度变化对气温的影响,利用1951—2017年中国822个气象站点日最高气温、日最低气温和日平均气温资料,1998—2016年中国年均PM_(2.5)浓度遥感图像数据、地表太阳辐射数据,1998—2016年中国各省(区)逐年能源消耗总量、地区生产总值及夜间灯光指数数据,运用Slope趋势变化分析方法与相关性分析法,分析了中国PM_(2.5)浓度的变化趋势及其影响因素。结果表明:1998—2016年中国黄淮海区、东北区PM_(2.5)浓度上升速度最快,分别为1.42μg·m^(-3)·a^(-1)、1.44μg·m^(-3)·a^(-1),而其他地区相对变化不明显;黄淮海区PM_(2.5)浓度平均值高,地表太阳辐射降低,对该区年最高气温有明显的抑制作用,但对年平均气温和年最低气温的影响不明显。东北区PM_(2.5)浓度增长速率较高,但年平均浓度值低,该地区有着较高的水热配合度,PM_(2.5)对年最高气温的抑制作用不明显;能源消耗总量与PM_(2.5)浓度呈显著的正相关。     

对流层顶气压与气温的年(代)际变率研究:冬季特征

利用NCEP／NCAR再分析月平均对流层顶气压、气温资料，研究了1979-2002年冬季全球对流层顶气压、气温的年际和年代际变率。选取了冬季对流层项变率最大的区域来定义气压指数、气温指数。通过分析得到：（1）全球对流层项气压、气温随纬度的增加而增高，但在整个热带地区和高纬度地区对流层顶气压、气温的分布较均匀。在分析时段内全球平均的对流层顶气压呈下降趋势，气温呈降低趋势。这些从全球资料得到的结果支持了已有的从部分探空资料所得到的结果。（2）对流层顶变率最大值出现在北半球的副热带地区，最小值出现在低纬度地区。气压指数和气温指数显示出准13a及准3～6a的周期。在1992年以前准3a的周期变化较强，1989年后准6a较强，显示出年际变化的年代际差异。对流层项气压与对流层顶气温在全球大部分地区都呈显著正相关，但在热带和副极地的部分地区相关较弱。对流层顶气压与对流层平均气温在全球大部分地区都呈显著负相关，但在极地地区有正相关关系，显示了对流层顶与对流层内部变化关系的复杂性。     

新疆阿勒泰地区地气温差变化特征分析

利用阿勒泰地区7个气象站1963-2004年0 cm地温和气温月平均资料,采用统计法、趋势和突变检验方法,分析了该地区地气温差的时空演变特征及突变.研究表明:该地区地气温差6月最大,12月最小;暖季最大,冬季最小,常年存在随季节变化的高低值区域与海拔和地形有关.地气温差受大尺度气候异常的影响,第一载荷向量场反映全区一致的性质,第二、三载荷向量场具有南北差异和东西差异.线性趋势分析表明,地气温差12月-次年2月呈显著下降趋势,4-9月和年均呈显著上升趋势,过渡季节3月和10-11月趋势变化不显著.突变检验表明,10-11月、12月-次年2月该地区地气温差在20世纪60年代末到70年代初发生了显著的突变,与其他文献的结论不同;3月、4-9月和年均在20世纪70年代末到80年代初发生了显著的突变,与其他文献的结论及新疆气候的突变较为一致.     

近53a中国气温异常分布的非线性特征

运用一种基于神经网络的非线性主成分分析法（nonlinear principal component analysis,NLP-CA）对中国1951—2003年53 a四季气温距平场（surface air temperature anomaly,SATA）进行分析,NLPCA第一模态结果显示中国四季气温异常具有一定的非线性特征,并且具有显著的季节性差异,即春、夏两季的非线性较强,秋、冬两季较弱。一维NLPCA对原始气温距平场的近似比一维PCA（principal component analysis）更好地反映了气温场的实际分布情况。     

基于作物生长模型及CAST分类的华北夏玉米生产力区划研究

利用试验数据校正并验证了机理性的作物生长模型WOFOST,随后模拟了华北42个站点1961—2006年夏玉米的光温和气候生产潜力。并首次运用新型统计检验聚类方法(CAST),对夏玉米光温及气候生产潜力的要素场分别进行了定量化分区。结果表明,华北夏玉米光温及气候生产潜力均分为5个不同荷载中心的区域。与农业气象传统等值线分区方法相比,将作物模型与CAST相结合进行的生产潜力区划可以更客观地反映以荷载中心台站为代表的产量的时空分布特征。这对于指导区域农业气候区划,实现区域农业可持续发展具有重要的理论及现实意义。     

西北干旱区地气温差的时空特征分析

利用西北干旱区55个站1961—2000年0cm地温和气温资料,利用EOF、旋转EOF分析和小波分析方法．分析了西北干旱区地气温差的空间分布及时间演变特征。结果表明：西北干旱区地气温差6月份最大,1月份最小;春、夏、秋三季均为正值,冬季除个别站点外均为负值。西北干旱区春、夏、秋、冬四季地气温差的空问分布前三个特征向量均表现为三种分布型：全区一致型、南北差异型和东西差异型。在过去40年问,西北干旱区的地气温差表现为四种时间演变型：具有极小值的抛物线型、具有极大值的抛物线型、单调递增型和单调递减型。西北干旱区地气温差的周期振荡主要以3～6年和20年为主。这些周期振荡在不同区域不同时期的显著性不同。     

中国冬季地温场变化特征及与夏季降水场的关系

利用我国141个测站1980－1997年间12月－2月3.2m深度地温资料和中国160个测站1951－1997年间6－8月降水资料，采用主成分、旋转主成分分析，对冬季地温的空间异常特征、时间变化规律以及与夏季降水的关系进行分析。结果表明：未旋转的前3个载荷向量场可以较好地反映中国冬季地温整体异常结构，即全区一致的高温或低温；东西相反的东高（低）西低（高）型；南北相反南高（低）北低（高）型。旋转后的前4个载荷向量场可较好地代表中国冬季地温的4个主要异常敏感区：北方区、淮河区、西北区和江南区。旋转主分量和代表站资料反映出90年代以来西北区、华南区冬季地温呈下降趋势，北方区、淮河区、江南区呈明显上升趋势。当北方冬季地温偏高时，有利于7月黄河以北大部分地方降水偏多；当淮河区冬季地温偏高时，有利于7月江淮流域降水偏多，而使黄河以北、长江以南降水偏少；当西北区冬季地温偏高时，有利于7月江淮流域降水偏少；当江南冬季地温偏高时，有利于7月四川－云南南部降水偏多。     

东北及邻近地区夏季气温异常的新特征及对大气环流的响应

利用我国东北及邻近地区（简称东北）123个气象站的逐日地面气温资料和NCEP/NCAR全球再分析月平均500hPa高度场资料,通过EOF和合成分析等方法,对东北夏季气温异常的特征和不同空间型的大气环流进行了分析。结果表明,在全球气候变暖的背景下,我国东北夏季气温异常主要有全区一致型和东北—西南反位相分布型。近60年来气...     

MOS方法在西北地区东部春季干旱预警中的应用与检验

应用西北地区东部40个气象站1982—2005年3—5月逐月气象干旱综合指数(C_i指数)以及同期国家气候中心动力延伸预报1～30天的500 hPa平均高度场,利用MOS方法在数值预报产品释用方面作了应用及检验。结果表明:预报方程预测C_i指数的平均预测准确率仅为66%,但经过订正后,按40个站的序列分析,春季平均预测准确率上升为77%,平均准确率提高11%,3月幅度最大提高15%,5月幅度最小提高了8%,尤其是最小值提高的幅度最大,平均提高25%。