末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的模拟研究

利用国际古气候模拟对比计划第四阶段的多模式结果,分析了末次间冰期亚洲中部干旱区的干湿变化及机制。多模式集合平均结果表明,末次间冰期亚洲中部干旱区年降水减少0.7%,其中中亚地区的年降水减少2.8%,新疆地区年降水增加1.8%。水汽收支方程表明,末次间冰期中亚地区在雨季(冬春季)的降水变化主要与垂直动力项有关,新疆地区在雨季(夏季)的降水变化主要与垂直动力与热力项有关。此外,基于Penman-Montieth方法计算的亚洲中部干旱区的干旱指数在末次间冰期减小约10.2%,表明末次间冰期亚洲中部干旱区气候明显变干且存在旱区扩张的现象,这主要受到潜在蒸散变化的调控。潜在蒸散的增加进一步受到有效能量增加与地面风速增大的调控。本研究从模拟的角度揭示了末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的可能特征及机制,在一定程度上有助于理解旱区气候在增暖情景下对轨道参数的响应特征。     

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变?

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料 (1951年1月～2005年12月), 研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡 (TBO) 的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明, 中国东部地区夏季降水TBO信号显著, 高值区基本呈带状分布, 方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开 (REOF), 将东部地区划分为东北地区、 河套地区、 淮河流域、 长江流域、 华南西部、 华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明: (1) 东部夏季降水振幅变化TBO信号明显; (2) 各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征, 表现出不同的年代际变化。淮河流域、 长江流域和华南中部降水TBO特征较明显; 华南西部和东北地区降水TBO特征较弱; 河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征, 但1990年代后, TBO特征趋于不明显; 华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显, 以后TBO特征减弱; (3) 淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带, 是夏季降水TBO的敏感地区。     

中亚区域干湿及极端降水研究综述

中亚区域是全球最大的非地带性干旱区,是我国天气上游关键区,对中国西北及东部地区的灾害性天气发生和区域气候变化具有重要影响。中亚干湿气候环境表现出明显的"西风模态"特征。在亚轨道时间尺度上,太阳辐射等外部驱动对中亚区域水热变化起主导作用,而在百年-年代际尺度上,内部变率对中亚降水变化更为重要。高、中、低纬系统和中亚低值系统的活跃,共同造就了中亚东部(新疆)降水年代际和年际异常增多。西亚西风急流是联系高、中、低纬环流系统相互作用的纽带。中亚区域干湿变化总体不显著,但进入21世纪后有明显的下降趋势。在现有气象业务观测网和移动观测设备的基础上,在伊犁河谷开展了针对中尺度系统和云微物理特征的强化观测试验,建立规范易用的观测数据共享平台,为进一步研究干旱区极端降水的精细化结构和触发机制提供数据支持。     

全球不同空间尺度陆地年降水的年代尺度变化特征

基于1951~2010年GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）的逐月降水数据,利用集合经验模分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,简称EEMD法）对全球、东西半球、五个大陆和四个典型干旱半干旱区等不同空间尺度年降水量的年代尺度特征进行了研究,区分了不同空间尺度上降水的年代际变化及其长期趋势。结果发现:（1）全球陆地平均降水既存在年代际的周期振荡,又存在长期变化的趋势,降水的年代际周期振荡的强度远大于降水的长期趋势,两者的共同作用使得全球陆地平均降水呈现以年代际周期振荡为主的特征。（2）在半球尺度,2000年以前,东、西半球具有明显相反的年代尺度变化特征,东半球变干（降水减少）,西半球变湿（降水增加）。（3）1951~2010年,欧亚大陆和非洲大陆与北美、南美和澳洲大陆的年代际振荡和趋势存在着一个近似反位相的关系;干旱化与干旱时段是完全不同的两个过程,两者所处的时段也不同;近10年（2001~2010年）全球五个大陆可能将进入一个相对湿润的时段。（4）四个典型干旱半干旱区降水的年代尺度变化具有明显的区域差异。总体来说,华北和北非与北美和中亚降水在长期趋势及年代际振荡上具有反位相的特征。华北和北非的年代际振荡具有近似的位相。在最近几十年,北美和中亚同处于湿润时段,但前者开始于1975年,后者开始于1985年。此外,中亚的第一个湿润时段（1959~1968年）却对应北美的干旱时段。     

丹东冬季降水相态判据研究

利用丹东1979-2012年10月至翌年4月逐日降水、天气现象、高空探空资料及NCEP0.5°×0.5°（部分2.5°×2.5°）再分析资料,对丹东地区冬季不同相态降水气候及大气层结特征进行了统计分析, 并对不同相态降水典型个例进行了分析。结果表明：丹东地区虽地处北方,但冬季降水相态多样。在秋冬、冬春过渡和严冬不同时段,大气不同层结不同相态降水气温阈值范围不同,建立了丹东冬季不同大气层结降水相态判据。大气不同层结前期特别是近地面层气温背景与不同相态降水的发生与转换关系密切,可为动态预报降水相态提供了参考。850 hPa及以下中低空温度条件对冬季降水相态形成至关重要,850 hPa的0℃线能较好区分雨和雪区大致范围,925 hPa的0 ℃线能较好区分雨夹雪和雪以及雨夹雪和雨大致范围。     

东北亚近100年降水变化及未来10～15年预测研究

利用中国北方22个站点降水观测资料,检验了英国东英格兰大学气候研究中心的CRU05降水资料的可信度,与同类资料相比,该套资料具有较高的时间和空间分辨率。分析发现,20世纪中国东部地区和20世纪中后期西部地区的降水资料具有较高的可信度。利用这套资料分析了东北亚地区近100年降水变化规律,发现中国北方年降水量普遍存在3年、10年和30年左右的周期振荡,20世纪的几个主要干旱时期和多雨时期是由于降水的年际变化和年代际变化共同影响的结果,特大干旱都是发生在降水年代际变化的少雨时期和年际变化的少雨时期同时出现的阶段。将东北亚降水划分为10个主要区域,即中亚及北疆区、华北及西北东部区、蒙古中北部区、河西走廊及蒙古西部区、黑龙江东部区、大兴安岭西部区、中亚北部区、南疆及柴达木盆地区、东北南部区和阿尔泰山北部区。分析还发现,中国北方的干旱半干旱区不是孤立的,它与蒙古干旱区和中亚干旱区连在一起。在主要振荡周期分析的基础上,对中国北方未来10～15年降水变化趋势做了预测研究。     

全球变暖背景下亚非典型干旱区降水变化及其与水汽输送的关系研究

分析比较了中蒙(35°N~50°N,75°E~105°E)、中亚(28°N~50°N,50°E~67°E)和北非(15°N~32°N,17°W~32°E)三个典型干旱区水汽输送特征的异同,及其1961~2010年间的降水时空变化,分析了水汽来源和输送变化及其可能原因。结果显示,由于受不同的气候系统影响,中蒙、北非和中亚干旱区的降水在年内变化上有着显著不同。中蒙和北非干旱区降水呈现夏季风降水的特征;而中亚干旱区降水则为更多受到冬季风的影响。1961~2010年,随着全球气温上升,中蒙干旱区冬季纬向水汽输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加;中亚干旱区冬季纬向输送减少而经向增加,总水汽输送减少;北非干旱区冬季纬向输送增加而经向输送减少,总水汽输送增加。夏季中蒙和北非干旱区经向、纬向输送均减小,中亚干旱区夏季纬向输送减少而经向减少,总输送增加。相应的,中蒙干旱区年、冬季和夏季降水分别以4.2、1.3和1.0 mm/10 a的趋势增加;而中亚干旱区冬季(1.2 mm/10 a)和夏季(0.1 mm/10 a)降水增加,年降水则呈减少趋势(-0.8 mm/10 a);北非干旱区年降水和夏季降水分别以0.5 mm/10 a和0.1 mm/10 a的速率增加。冬季中蒙干旱区主要水汽来源是水汽经向输送,而中亚干旱区水汽主要为纬向输送,经纬向水汽均为净输出是北非干旱区降水极少的主要原因,平均总水汽输送量约为-9.48×104 kg/s。冬季低纬度和高纬度环流通过定常波影响干旱区冬季降水。中蒙和中亚干旱区冬季降水主要受西太平洋到印度洋由南向北的波列影响,北非干旱区冬季降水主要和北大西洋上空由北到南的波列相联系。各干旱区的降水对海温变化有着不同的响应:中蒙干旱区冬季降水与冬季太平洋西海岸和印度洋海温呈显著正相关,夏季与海温相关不显著;中亚干旱区与地中海和阿拉伯海温相关,且与阿拉伯海温为正相关。     

中国东部夏季降水与同期东亚副热带急流年代际异常的关系

利用中国738个台站的降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了我国降水和200 hPa东亚副热带西风急流轴的年代际变化特征, 揭示了东亚副热带西风急流位置的南北移动与我国长江流域和华北降水异常之间的联系。结果表明, 我国东部地区夏季（7、 8月）降水异常主要表现为长江中下游地区多（少）雨, 华北及华南地区少（多）雨, 20世纪70年代末80年代初是这种异常分布型发生转折的时间。与此同时, 东亚高空副热带急流轴位置从70年代末开始逐渐偏南, 急流轴位置的变动将引起对流层低层水汽辐合区和高层散度分布以及垂直环流相应的变化, 进而引起降水区域的变化。相关分析发现, 当急流位置偏南时, 25°~35°N西风增强, 42°~50°N西风减弱, 华北夏季降水减少, 长江中下游地区夏季降水增多; 反之, 当急流位置偏北时, 华北夏季降水增多, 长江中下游地区夏季降水减少。与70年代末开始的我国东部地区急流轴位置逐渐南移相对应, 华北地区夏季降水呈现逐渐减少、 长江中下游地区夏季降水呈现逐渐增多的变化趋势。分析低层水汽通量和高层的散度分布以及垂直环流的差异发现, 1980年以来华北地区对流层中低层水汽通量辐合减弱, 水汽供应减少, 垂直上升运动减弱, 造成了华北夏季降水减少, 而长江中下游地区水汽通量辐合增加, 水汽供应增多, 垂直上升运动增强, 导致该地区降水增加。     

东亚典型干旱、半干旱区夏季感热通量的年代际变化特征

基于1901—2010年ERA-20C地表感热通量和其他气象要素逐月资料,利用Lanczos低通滤波、多元逐步回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,分析东亚典型极端干旱区、干旱区、半干旱区和湿润偏干区4个区域夏季感热通量的变化趋势及年代际变化特征。结果表明:(1)近110 a,东亚干旱、半干旱区4种类型区域的夏季感热通量变化趋势不尽相同,极端干旱区无明显变化趋势,而其他3个区域均呈显著上升趋势,且随着地表湿润度的增加上升趋势越大;半干旱区和湿润偏干区夏季感热通量在显著上升趋势上还叠加了明显的年代际特征,均在1960年代发生由偏低向偏高的突变,而干旱区夏季感热通量突变时间在1950年代中期。(2)各气象要素对夏季感热通量变化的贡献在东亚干旱、半干旱区不同区域有显著差异。极端干旱区和干旱区夏季感热通量的变化主要由地表净辐射和降水贡献,而半干旱区和湿润偏干区则主要由地气温差和10 m风速贡献,且突变后期的贡献均高于突变前期。(3)大气环流异常对东亚夏季感热通量变化有重要作用。突变前期,东亚干旱、半干旱区大部高空200 hPa为东风异常,低层850 hPa为东南风异常,配合500 hPa正涡度异常,导致辐合上升气流偏强,有利于维持夏季感热通量偏低;反之突变后期,200 hPa为西风异常,500 hPa为负涡度异常,低层850 hPa为西北风异常,导致辐合上升气流偏弱,有利于维持夏季感热通量偏高。     

全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征

利用西北干旱区1961—2007年77个观测站的逐日降水资料序列,将西北干旱区分为5个主要气候区,分析了全球变暖背景下西北干旱区雨季的降水时空变化特征,并预测降水的未来变化趋势。结果表明：西北干旱区降水存在显著的年际和年代际变化,其西部降水量呈显著上升趋势,尤其在新疆北部与伊犁河谷地区。降水具有5～6年或2～3年的年际周期与8～11年的年代际周期,但河西走廊地区例外。干旱区降水转型时期的空间差异显著,最早在1980年代初期从南疆开始,1980年代中期新疆北部降水出现异常偏多,伊犁河谷和河西走廊地区降水突变期则出现在1990年代初,但变化趋势相反;阿拉善高原地区降水没有明显的突变时间。由周期外推方法得到,在未来一个年代际周期中,西北干旱区的西部降水将以偏少的气候特征为主,直到2015年前后才会再次回到偏多的周期中来;阿拉善高原地区在未来8～11年中有可能向着降水增加的趋势发展。     

模糊C均值聚类法在新疆年降水气候分区中的应用

利用新疆98个气象站1960-2011年的年降水量资料,采用模糊C均值聚类法,对新疆年降水量进行分区研究;同时利用线性趋势、累积距平、M-K检验、t检验相结合的方法,对新疆年降水量在不同区域上的变化趋势以及突变时间等进行了对比诊断分析,得到了新疆地区年降水量分布的空间特征。结果表明：（1）新疆年降水的分布大致可分为7个区域;（2）根据模糊C均值方法所分区域能够体现出由于地形差异导致的降水分布不均匀的特点,这一结果与其他研究干旱区降水分布差异产生的原因相同。分区结果合理,说明该聚类方法适用于区域气候区划;（3）新疆大部分区域的降水量在20世纪80年代中后期以前偏少,低于多年平均值,自80年代中后期以后才开始偏多;不同区域的降水量依次从70年代初、80年代中后期、90年代初开始增加;整个南疆盆地、阿勒泰地区、准噶尔盆地降水的突变时间较为接近;（4）新疆降水量整体异常表现为降水一致多（或少）、北多南少、西多东少。     

夏季西北干旱气候形成的数值模拟——高原地形和环流场等的影响

为了进一步检验和修改本文部分作者先前初步提出的影响夏季西北干旱气候形成的因子及如何相互作用形成西北干旱气候的物理图像,本文继续用一全球大气环流谱模式,设计了5组试验,利用ECMWF 的格点分析值资料,进行了数值模拟。结果表明,青藏高原隆升和环流差异是形成西北干旱气候的重要因子,已提出的西北干旱气候形成的物理图像大体是正确的。     

中国格点化日降水极值统计模型及阈值的选取

采用年最大值法（AM）及超阈值峰量法（POT）分别构建基于0.5°×0.5°网格的全国地面日降水极值序列,建立基于广义极值分布（GEV）和广义帕累托分布（GPD）的降水极值统计模型,通过K-S检验评估模型拟合效果,研究全国日降水极值的统计规律及其空间分布特征,提出适用于不同地区极端日降水的极值分布模型与阈值选取标准,结果表明：(1)POT序列比AM序列更符合降水极值序列的要求;(2)为便于比较并提高模型拟合效果,POT序列的阈值由百分位数法确定效果较好;(3)阈值方案优选结果在空间分布上与中国干湿区域的划分有很好的相关性,在湿润地区宜将第90～94百分位数作为阈值,在半湿润和半干旱地区宜将第94～97百分位数作为阈值,在干旱地区则使用第97～99百分位数较为合适。     

南海夏季风降水的区域差异及其突变特征

使用1950~1997年NCAR/NCEP再分析逐日降水资料,采用聚类和相关分析相结合的方法对南海夏季风降水进行了区域划分,分析了南海夏季风降水爆发前后南海降水的突变特征。结果表明:南海 105~120°E,0~20°N区域可划分为 SCS1区、SCS2区、SCS3区和SCS4区4个小区域,每个区域的降水有其各自不同的变化特征。前三个区域的降水变化不显著,不能反映南海夏季风降水爆发的突然性,变化最显著的是SCS4区,它最好地刻画了南海夏季风降水的变化特征,因此,我们选取它作为今后工作中南海夏季风降水的研究范围。突变检验表明,5月17日,南海SCS4区降水发生明显的突变,与5月15日相比,SCS4区降水场形势发生明显变化,其区域平均降水突增超过6 mm/day,标志着南海夏季风降水的爆发。     

东亚冬季风的区域差异和突变特征

使用1957年9月1日\_2002年8月31日共45年ECWMF的温度场、 海平面气压场和风场再分析资料, 采用EOF、 REOF相结合的方法, 对东亚冬季风进行了区域划分, 即蒙古区、 日本区及中国东部区。分析3个分区的区域平均1000 hPa温度、 海平面气压、 风场和降水随时间的变化特征后, 发现各个分区的物理量演变存在非常明显的差异, 认为对冬季风活动进行区划研究是必要的; 同时发现风场中风向在冬季风的建立和撤退时较易出现突变特征。对各个分区的风场进行了气候突变检验, 得到各个分区冬季风建立和撤退的不同日期。     

近41年中国不同季节降水气候分区及趋势

利用中国486个测站1960—2000年逐日降水观测资料,采用分层聚类和相似分析方法,兼顾降水的年内季节变化和年际变化,对中国降水进行了气候区划。利用动态分析分层聚类过程中组内和组间平均相关系数的差异指标法,为不同季节降水研究找到了适合的分区方案。在年降水分区方案中,得到中国降水的三级气候分区:11区、28区和54区。用同样的方法得到各月、季降水的分区方案。在分析过程中发现:在同样相似条件下,夏季(及夏季各月)分区数明显多于其它季(月);11个Ⅰ级分区年降水具有明显的区域性特征。分析结果在一定程度上说明了所用分区方法的客观性。     

Precipitation trends using in-situ and gridded datasets

Six in situ precipitation time series of varying time periods in the northwestern region and the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) v6 0.5° monthly dataset (1901–2010) were statistically examined for monotonic trends in Trinidad. The Pettit test was used to investigate the abrupt changes in the mean while the Mann–Kendall test was employed to assess the monotonic trends. It was found that three in situ stations and the six grids experienced abrupt changes in the rainfall patterns and that there was an apparent shift in the seasons. In addition, for five out of the six in situ stations no monotonic change was detected in the monthly, seasonal, and annual rainfall patterns. Gradual decreases were detected in the calculated weighted area average for five stations, the GPCCv6 dataset and St. Ann’s time series. The GPCCv6 data indicated that the dry season in the southern Trinidad is becoming drier. Results also suggested that the range between the greatest and lowest recorded rainfall values for some months have increased while others decreased. The gridded dataset appears to give a good representation of the dry season (January to May) rainfall compared with the wet season (June to December) and was found to be negatively biased for the north-western region but may not necessarily be so for the entire island. The results suggested that in the north-western region mirco-climates may exist. It is recommended that further investigations are needed using in situ data.     

长江源流量对长江源流域气候年代际变化的响应

利用长江源流域气象站降水、气温资料和源区直门达水文站流量,建立了历年各月、季降水距平百分率和气温距平序列,分析了长江源流量与长江源流域降水、气温的年代际变化.结果表明,长江源流域气候演变存在非常明显的年代际变化.年降水量呈平缓下降趋势,60、80年代年降水量正常或偏多,70、90年代偏少,主要受夏季降水的影响;年气温明显呈上升趋势,60年代最冷,70年代开始回升,80年代暖在冬,90年代暖在秋,目前年、夏、秋、冬季已达到1961年以来的最暖期;年流量与年降水的年代际变化、突变年份对应,60、80年代偏多,70、90年代偏少,目前除春季流量外,夏、秋、冬季已转入上升趋势,1965、1979、1997年二者均发生了突变.