冬季东亚大槽强度年际变化及其与中国气候联系的再分析

利用NCEP/NCAR再分析资料以及国家气象局整编的中国160站逐月降水和气温资料,定义了一个北半球冬季500hPa东亚大槽强度指数(I_EAT),并分析了该指数所反映的冬季东亚大槽强度的年际变化规律及其与同期中国冬季降水、气温的关系.结果表明:I_EAT指数反映了对流层中层冬季亚洲大陆高压脊与西北太平洋上空的低压槽系统之间的平均经向风强度,且能够较好地反映冬季东亚大槽的强度.东亚大槽的强度在20世纪80年代之前相对较弱,并存在2-3年和准4年的年际变化周期.冬季东亚大槽强弱变化可能与源自地中海地区的罗斯贝波动能量沿亚洲急流东传有关,且这种西风带中的扰动具有准正压结构.I_EAT指数与青藏高原东部地区的冬季降水和气温相关显着.当I_EAT指数为正(负),东亚大槽偏强(弱),对应着中国华中地区以及华东大部分地区冬季总降水量偏少(多),且华中地区冬季平均气温偏高(低).进一步研究发现,在东亚大槽偏强年,华中地区冬季平均气温异常升高主要是由于异常非绝热加热和下沉运动导致的异常动力增温所致.这些研究结果有助于更好地理解由于东亚大槽强度的变化而导致的中国冬季气候变化特征及其原因.     

三峡地区旱涝多时间尺度变化特征及旱涝年大气环流异常

根据Z指数指标体系,构建了三峡地区旱涝指数时间序列,且利用Morlet小波分析方法研究了指数序列的多时间尺度演变特征和典型夏季旱涝年大气环流特征,结果表明：三峡地区干旱、雨涝有明显不同的年际、年代际特征,年、四季的干旱指数与雨涝指数基本呈反位相特征。三峡地区旱涝指数Morlet小波分析表明,在不同时间和频率域中,有显著的周期振荡,具有较强的局部特征;年旱涝指数主要有准5年、准9年、准15年的周期振荡;旱涝特征周期振荡也具有明显的季节性差异。三峡地区雨涝年的环流背景为乌拉尔山地区、西伯利亚、巴尔喀什湖地区上空位势高度偏高,我国河套地区、华北平原至日本海上空的位势高度偏低;干旱年的环流形式与之相反。     

暴雨发生前AIRS卫星资料适用性检验研究

利用AIRS卫星产品中的气温和水汽资料,计算出K指数(I_K)和沙氏指数(I_S)这两种大气不稳定指数。对暴雨发生前6 h左右这两种大气不稳定指数进行统计分析。统计结果表明:在暴雨发生前6 h左右,80%左右的暴雨发生在I_K >27.5℃或I_S <3℃的情况下。由于I_K的分布与暴雨发生的频率基本呈现出较为明显的递增变化,因此I_K与I_S相比能更好地反映暴雨天气的发生。为了更好地描述暴雨发生前的大气不稳定特征,将AIRS计算的I_K和I_S做了适当的结合,得到KS指数(I_KS)并将其运用到一次暴雨个例进行验证,从验证效果来看:暴雨发生的区域在6 h前基本都处在了I_KS较高的情况下,I_KS对暴雨具有一定的指示意义。通过对暴雨区域像元中AIRS反演的气温和水汽误差分析中可以得出:AIRS计算的I_K和I_S误差主要由AIRS在有效云量较高时850hPa高度上反演的气温以及700hPa和850hPa高度上反演的水汽的误差导致的。     

近49年来河北省干旱时空变化特征研究

基于河北省及邻近地区73个气象站1961—2009年逐季、年降水资料,应用降水Z指数、经验正交函数分解、小波分析等方法分析了河北省干旱的时空变化特征.结果表明:近49年来河北省年、各季的干旱空间分布特征,最常见的是全省一致的干旱(雨涝)型,其次是南涝(旱)北旱(涝)的南北相反分布型;小波分析方法得出年、各季干旱的出现不仅存在明显的年代际尺度变化,而且年际变化也显著;河北省年干旱指数呈下降趋势,1979年后,年干旱指数发生突变,该区域进入干旱期.     

昌吉地区旱涝特征分析

通过Z指数法和降水资料对昌吉地区8个国家级气象观测站37a(1971—2007年)的旱涝变化趋势和时空分布特征研究,发现昌吉州各地降水和旱涝变化具有一致性.20世纪70年代以来,各地具有由偏旱转为偏涝的趋势,其中,西部地区的偏涝速度最快,东部地区的偏涝速度最慢.各地出现干旱的频率高于雨涝的频率,其中,西部出现干旱频率最大,东部最小;相反,西部出现雨涝的频率最小,东部最大.     

京津冀地区GNSS ZTD时序分析及对厄尔尼诺事件的响应

京津冀地区夏季暴雨频发,水汽是影响暴雨形成的关键要素之一.本文利用中国大陆构造环境监测网络（CMONOC）京津冀地区GNSS（全球导航卫星系统）观测资料,开展GNSS天顶对流层总延迟（ZTD）时序分析及对厄尔尼诺事件的响应研究.利用快速傅里叶变换与小波变换方法从频域和时域开展GNSS ZTD时序分析,并对GNSS ZTD不同周期时序与东部型指数（I_EP）、中部型指数（I_CP）进行比较,分析I_EP、I_CP对GNSS ZTD周期变化的影响.研究发现：GNSS ZTD异常时段与厄尔尼诺事件存在对应关系.东部型指数（I_EP）与GNSS ZTD呈正相关;中部型指数（I_CP）与GNSS ZTD呈显著负相关.在东部型厄尔尼诺事件的影响下,GNSS ZTD的季节性周期增大,月周期和半月周期减小;在中部型厄尔尼诺事件的影响下,GNSS ZTD的季节性周期、月周期、半月周期都减小.研究结果可为掌握区域GNSS ZTD预测变化规律提供参考,并为利用水汽感知厄尔尼诺事件提供可行性基础.     

空间分辨率对中国夏季降水时空演变特征的影响

本文使用1979—2021年国家气候中心160站(R₁₆₀)和国家级地面气象观测站2 314站(R₂₃₁₄)逐月降水观测资料,利用EOF (Empirical Orthogonal Function)分解和相关分析等方法,研究两类资料夏季降水时空变化特征及其与海气因素之间物理联系的表征水平差异,并分析了差异的可能原因。结果表明,R₁₆₀在我国西北、青藏高原等地区站点极为稀疏,导致其各EOF模态对上述地区降水的时空变化特征描述失真,中东部地区偏低的空间分辨率会使局地强降水的变化特征信号损失,造成降水的年际变率降低。而R₂₃₁₄主模态能够更为真实地反映我国降水的时空演变特征,特别是在极端降水频发的江淮地区以及降水受局地地形影响较大的山区,其EOF主模态的空间分布和时间系数演变与ENSO (El Niño-Southern Oscillation)、西太平洋副热带高压、青藏高原雪盖等气候强迫信号之间的相关性更为显著。     

近47a华南前汛期旱涝特征

采用华南61站47a（1958-2004年）前汛期（4-6月）逐日降水资料,利用统计方法对华南前汛期的旱涝特征进行了研究。结果表明：47a来华南有12个涝年和12个旱年发生,较严重的旱涝年主要发生在20世纪50年代末至70年代中期以及90年代以后;前汛期旱涝变化以2～4a的年际尺度周期最为显著;4、5月旱涝的年代际变化特征较为一致,而5月与6月在年代际尺度上具有一定的反位相变化特征;地理分布上,可将华南地区前汛期降水分为5个旱涝异常气候区。近47a来桂南、粤西和东南沿海地区呈现旱—涝—旱的变化特征,而桂北区由旱转涝趋于雨涝的趋势明显,东北部山区由涝转旱趋于干旱的趋势明显。     

广西前汛期旱涝特征及成因分析

利用 EOF分解和 Z指数对广西前汛期 (4～ 6月 )降水进行型态分布及旱涝等级的划分 ,研究旱涝的空间分布、年际变化及年代际变化 ,并对旱涝成因进行了分析。结果表明 :广西前汛期降水的一致性较好 ;6 0年代和 90年代为旱涝多发年代 ,70年代以涝为主要特征 ,80年代以旱为主要特征。影响广西前汛期降水的环流因子主要有中高纬环流经向度、北半球极涡、印缅槽及副热带高压 ;中低纬太平洋海区对广西前汛期降水多少的影响亦较明显     

广州空气污染指数特征及其与地面气压型的关系

根据1950～2000年50多年的降水资料,用Z指数作为旱涝等级划分标准,把雨涝情况划分成4个等级,并在此基础上计算了雨涝发生的范围。通过研究雨涝范围覆盖率变化趋势和特征,诊断我国华南雨涝发生发展趋势和变化程度。研究发现我国华南地区近50年来雨涝覆盖范围有轻微的下降趋势并具有明显的年代际变化特征;冬半年雨涝覆盖范围有较大的增长趋势,特别是1990年代以来这种趋势更强烈;夏半年雨涝范围趋于减少,呈下降态势,但夏季的雨涝范围在扩大,特别是1990年代以来,夏季雨涝范围扩大的趋势较为明显;前汛期雨涝范围有减少的趋势,而后汛期雨涝范围有明显的扩大趋势。     

基于FastICA算法和MODIS数据的水稻面积提取

以苏、皖、赣三省为研究区域,采用FastICA算法从MODIS数据中提取2010年水稻种植面积,并验证该算法在混合像元分解中的有效性。在对2010年46景8 d合成地表反射率产品数据进行预处理的基础上,结合MODIS土地利用产品和平滑滤波算法,构建耕地类型像元的I_LSW和I_NDV时相变化曲线。依据I_LSW和I_NDV曲线在水稻移栽期前后的变化规律,并根据由各地区水稻I_NDV时相曲线计算得到水稻相似性指数,从MODIS影像中提取水稻像元。采用FastICA算法对潜在水稻像元水稻生长期内的I_NDV时相曲线进行分解,计算每个像元的水稻丰度,绘制水稻丰度图,获取研究区各省水稻分布和种植面积。利用统计年鉴数据和样方资料对FastICA算法提取的水稻面积进行了验证。结果显示:采用水稻相似性曲线有利于提高稻田识别效率,所获取的水稻分布与实际情况吻合;FastICA算法能够分解不同地区水稻I_NDV时相曲线;与统计资料比较,江苏、安徽、江西三省水稻面积的提取精度分别为86.4%、87.9%、51.5%。江西水稻面积提取误差主要出现在地形起伏较大的山区。     

黄河中游地区汛期严重旱涝气候特征的演变

本文利用黄河中游地区15个台站1951～1995年7～9月降水量资料讨论汛期(7～9月)的严重旱涝气候特征，发现黄河中游地区的严重旱涝年各有8年和7年，严重雨涝主要发生在盛夏7、8月份，严重干旱则多为夏秋连旱。雨涝60年代最多，随之渐少；干旱自20世纪50年代随时间而增多，进入80年代以后，气候呈变干的趋势。严重雨涝和严重干旱表现为年代际的气候振荡。严重雨涝(严重干旱)年份，亚洲范围500hPa距平场呈北负南正(北正南负)分布，副热带高压偏强、偏北且偏西(偏弱、偏南且偏东)。严重干旱年份多发生在ENSO事件的发展阶段，赤道中东太平洋海温异常偏高，西北太平洋漂流区海温明显偏低。严重雨涝年份，赤道中东太平洋海温虽为负值，但信号很弱。     

广西前汛期旱涝特征及成因分析

利用EOF分解和Z指数对广西前汛期（4－6月）降水进行型态分布及旱涝等级的划分，研究旱涝的空间分布，年际变化及年际变化，并对旱涝成因进行了分析。结果表明：广西前汛期降水的一致性较好；60年代和90年代为旱涝多发年代，70年代以涝为主要特征，80年代以旱为主要特征，影响广西前汛期降水的环流因子主要有中高纬环流经向度，北半球极涡，印缅槽及副热带高压，中低纬太平洋海区对广西前汛期降水多少的影响亦较明显。     

华南前汛期雨涝强、弱年的确定及其环流特征对比

用区域性暴雨过程综合强度评估方法,在对1961—2010年华南前汛期逐场暴雨过程评估的基础上,通过定义华南区域雨涝强度指数(RWI),划分和确定了雨涝强、弱年,并对雨涝强、弱年的环流特征进行合成分析。结果显示:(1) RWI存在显著的年际变化和年代际变化特征。雨涝强度在1990s初以后呈现明显的增加趋势,雨涝强年明显增多。(2)雨涝强(弱)年,南亚高压偏南(北),副高位置偏西(东),欧亚中高纬500 hPa位势高度差值场自西向东呈现+ - +的波列分布,则有利(不利)于华南区域降水的发展和持续;(3)华南前汛期雨涝的强(弱)与大气低层来自华中—华南北部的偏北风输送加强(减弱)、高原东南侧的偏西风和经西太平洋—南海进入华南的西南风及水汽输送异常加强(减弱)有着密切的关系。而与来自孟加拉湾进入华南的偏南风及水汽输送强(弱)呈现反相关。(4)雨涝强(弱)年,冷空气活动频率较高(低),持续时间较长(短),强中心偏南(北)。且暖湿空气较早(晚)到达25 °N地区,并在30 °N以南地区维持时间较长(短),季风推进快(慢)。     

东北夏季降水的气候及异常特征分析

采用统计分析的方法对近50 a东北夏季降水的气候及异常特征进行了分析。结果表明:东北夏季降水空间分布很不均匀,除三江平原地区外东北大部7月降水最多;夏季全区出现较重干旱的概率大于较重雨涝,旱灾更为突出,其中辽西是较重旱涝频发的地区;近50 a夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,而是具有阶段性旱涝交替特征,存在27、11 a左右的年代际尺度周期和3~6 a左右的年际尺度周期变化;6月旱灾几率大,易形成6~7月的连续干旱,7月易形成区域性特大涝灾,6月和8月在年代际尺度上具有反位相变化的特征。     

风廓线雷达资料反演雨滴谱和水汽通量的研究

对2010年7月20日南京浦口地区发生的一次强降水过程,用WP-3000风廓线雷达反演了其雨滴谱分布和垂直水汽通量。并对雨滴谱进行了M-P指数拟合,求得了降水前期、中期、后期和即将停止时的浓度参数n₀和尺度参数λ随高度的变化。同时利用该雷达反演了这次降水过程的回波强度、折射率结构常数和信噪比时间序列图,发现三者有很好的对应关系。结果显示:(1)n₀和λ随着降水的发展而发生变化,n₀在降水达到最强之前达到最大值,λ在降水最强时出现最小值;(2)n₀在大气低层波动比高层明显,λ则在整层少有波动;(3)雨滴大小,随雨强的变化而变化,小雨滴数量多于大雨滴,但影响雨强的主要是大雨滴;(4)整个降水过程中近地面垂直水汽通量处在不断变化之中,但在雨后,表现为水汽向上输送。     

山东省汛期降水的变化及其与北极海冰的关系

首先对1951～1999年山东省汛期(7～8月)降水进行了Z指数转换、小波分析和滑动t检验。发现49a来．山东省汛期降水呈明显减少的趋势。在60年代到70年代雨涝出现频繁。而在80年代到90年代以干旱多见。山东省汛期降水在1979年前后发生一次明显的变化．1979年后降水显著减少。山东省汛期降水变化有11a左右的年代际变化周期和2～3a、7a左右的年际变化周期。最后利用相关分析方法分析了山东省汛期降水与北极不同分区海冰面积的相关关系。     

标准化降水蒸发指数在中国区域的应用

利用中国气象局160个站1951～2010年月降水和月平均气温资料,分析了最近定义的一种干旱指数——标准化降水蒸发指数(SPEI)在我国不同等级降水区域的适用性,并与标准化降水指数(SPI)和湿润指数H进行了对比分析。结果表明:1)在我国年均降水量大于200 mm的地区,各种时间尺度的SPEI分析均适用;在干旱区(年均降水量小于200 mm),只有12个月以上的大尺度SPEI分析适用性较好;其中12个月尺度的SPEI分析在各区适用性最好。2)由于干旱区冬季的潜在蒸发量和降水量0值均较多,导致1、3、6个月的小尺度SPEI分析在该区不适用。3)与SPI和H指数相比,SPEI既能充分反映1997年气温跃变以后增温效应对干旱程度的影响,又可作为监测指数识别干旱是否发生和结束,能较准确地表征干旱状况。     

基于Z指数的江西省旱涝指标与时空分布特征

利用1961—2020年江西省逐日降水资料,基于Z指数分析确定了适用于江西省的旱涝指标。运用M-K检验、小波分析和EOF等方法分析了江西省旱涝时空分布特征。结果表明,1961—2020年江西省降水量年际变化大,20世纪90年代出现突变,但未出现显著的持续增加或减少。江西省干旱、雨涝事件存在准20 a主周期,从90年代开始偏涝年份明显增多,且雨涝呈增强的趋势。江西省旱涝主要存在4种空间分布型,分别为全区型、北涝（旱）南旱（涝）型、西涝（旱）东旱（涝）型、中心涝（旱）南北旱（涝）型,累计贡献率为83.61％。Z指数作为表征江西省旱涝指标的方法具有一定的适用性。     

1970—2019年广州市气候舒适度特征分析

【目的】为提升旅客在广州旅游时的舒适体验,并为当地旅游资源产业发展提供参考。【方法】利用广州市5个国家级气象站的常规气象资料计算温湿指数（THI）、风效指数（K）、穿衣指数（ICL）和综合舒适度评价指数（CCI）。揭示广州气候舒适度区域性等级差异、多时间尺度变化和全年舒适期时段的特征。【结果】 从温湿指数（THI）、风效指数（K）和穿衣指数（ICL）来看,广州市北部地区较南部地区的舒适感更高,极闷热持续时间更短,天气转凉的节奏更快;上述3个指数的四季均值年际变化表明广州市有偏热的趋势。综合气候舒适度评级指数分析表明,广州市的春、夏、秋3个季节的舒适度有转差趋势,冬季的舒适度有提升趋势;另外,广州市属于冬适型城市,冬季无寒冷,以舒适到较舒适为主,夏天闷热很不舒适,春秋为过渡季节较舒适。【结论】 广州气候舒适具体时段为10月上旬—5月上旬,舒适至较舒适日数年平均可达205.66 d,且广州市北部地区较南部地区气候舒适时段更长。