地球极移振幅和相位的长期变化特征及预测研究

利用来自国际地球自转参数服务局(International Earth Rotation Service,IERS)的1900—2013年极移数据,计算其振幅和相位序列,基于EMD(empirical mode decomposition)和LS-SVM(least squares support vector machines)方法,分析了极移振幅和相位的长期多时间尺度变化特征,并预测了极移的未来走向。结果表明:极移振幅变化在1900—2013年主要以增加趋势和6.2a的周期为主,而极移相位变化主要以趋势和低频变化为主;采用EMD对原始信号进行分解,对得到的一系列分量进行LS-SVM建模预测,对极移振幅和相位的预测是有效的;未来极移振幅将进一步加大,地极存在向约68°W的长期漂移趋势。     

七十年代全球地面气温的初步研究(三)——我国东北冷、暖夏年全球温度场的分布

本文分析我国东北地区夏季温度与全球温度场的关系。夏季东北地区出现异常的低温或高温现象不是局地的和暂时的现象,它是全球气候异常的反映。全球温度的分布在东北为冷夏或暖夏时有很大的差别。冷夏时中高纬度偏冷、温度经向差异大,低纬度偏暖。暖夏时中高纬度略偏暖,温度纬向差异大,低纬度偏冷。用统计方法分析了全球若干地区与东北地区温度场的相关,并分析了东北冷、暖夏年温度场的演变。     

东北夏季极端低温的变化特征及其与太平洋海温异常的关系

利用1958—2007年全球海温、位势高度月平均资料和中国东北地区64个测站的夏季地面气温等资料,分析了中国东北地区夏季极端低温的时空变化特征,及其与大气环流和海温异常之间的关系,研究结果如下:(1)近50a来中国东北夏季极端低温事件频数在年际变化的时间尺度上主要存在两种模态:全区一致变化型和南北反相变化型;(2)东北夏季极端低温频数与乌拉尔山高压,东亚大槽,阿留申低压,东北冷涡密切相关;(3)东北夏季极端低温与赤道东太平洋海温存在遥相关关系。在1990s初期以前,在E1 Nino发生年或翌年基本都对应东北夏季极端低温年,但1990s初期开始,El Nino发生年与东北地区夏季极端低温的对应关系遭到破坏;(4)东北夏季极端低温事件频数的年际变化与西太平洋暖池海温异常密切相关。进一步研究表明西太平洋暖池海温异常会影响东北地区上空的环流,致使东北夏季极端低温异常。     

我国气候振动与地球自转速度变化的关系

本文分析了我国旱涝36年周期振动与地球自转速度变化的关系,得到结论:地球自转速度加快时,我国东部地区降水偏少;反之,地球自转速度减慢时,我国东部地区降水偏多。本文还对赤道东太平洋海温异常与地球自转速度变化的关系做了分析。      

中国地面气温年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系

利用中国气象局气候中心数据库1958-1994年中国160个测站的月平均温度资料,分析了中国37年气温的年际和年代际变化及其与北冰洋涛动指数的关系.结果表明(1)1958-1994年以来,东北地区全年、秋季和冬季温度上升都很明显,其中冬季最明显;新疆冬季温度升高也很明显;华南夏季温度明显升高.(2)通过对各区温度的年代际变化检验可知,东北全年、秋季和冬季1983年以后温度有非常显著的升高;新疆冬季1976年以后温度也有显著升高;华南夏季1976年以后温度有明显升高.(3)从全国来看,北方各区气候变暖要比南方显著一些,特别是冬季.(4)北冰洋涛动与我国东北温度有十分密切的联系,当AO指数偏小时,冬季冰岛附近海平面气压偏低,西伯利亚高压范围缩小,东亚冬季风比较弱,我国东北冬半年的温度出现明显上升.     

北半球环状模和东北冷涡与我国东北夏季降水关系分析

利用国家气象信息中心提供的1951～2004年全国160个测站月平均降水资料和欧洲中心提供的ERA-40再分析资料,对近50多年东北地区夏季降水、东北冷涡与前期北半球环状模和海温的关系进行了统计分析,定义了一个夏季(6～8月)东北冷涡强度指数(NECVI)。结果表明:NECVI能够较好表征东北低涡的气候效应;夏季东北冷涡强度与降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,降水偏多,前期2月北半球环状模(NAM)偏弱;东北冷涡偏弱年,降水偏少,前期2月NAM偏强。此外,夏季东北冷涡与前期的中国近海海温存在显著的负相关,前期NAM和中国近海海温的异常可以作为夏季东北冷涡异常的一个前兆信号,进而为东北地区夏季降水异常的预测提供参考依据。     

东北夏季气温的大尺度环流影响因子分析

利用1961—2010年东北地区3省53站月平均气温资料及分辨率为2.5°×2.5°的NCEP/NCAR再分析资料,采用统计分析方法,分析了东北夏季气温的大尺度环流影响因子。利用200hPa风场要素定义了一个适于描述东北夏季气温的200hPa纬向风切变指数,并给出了该指数的预测方法,以期为东北夏季气温的预测提供一个诊断工具。结果表明:鄂霍次克海和北太平洋中部海平面气压场偶极子,与东北夏季气温关系密切;同期东北地区上空500hPa位势高度场与东北夏季气温呈正相关关系;同期850hPa、200hPa矢量风场和整层水汽通量场在东北及其以西地区上空呈气旋式环流,对应东北夏季气温偏低,反之则偏高,同时来自孟加拉湾的水汽也是造成东北夏季气温异常的因素之一;200hPa纬向风切变指数与东北全区气温呈显著正相关,该指数偏大对应东北夏季气温偏高,反之东北夏季气温偏低。4月和5月热带印度洋和太平洋海温与夏季200hPa纬向风切变指数关系密切。     

我国东北夏季气温年代际变化特征及与太平洋海温异常关系的研究

利用1951—2008年东北地区夏季平均气温资料,分析了东北地区近58 a来东北地区夏季气温的变化趋势和突变特征,结果表明,东北夏季气温存在明显年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势。对我国东北夏季气温与太平洋海温的相关分析表明,太平洋年代际振荡(PDO)由冷位相转为暖位相后,我国东北夏季气温与同期赤道中东太平洋海温相关减弱、与黑潮区海温相关增强,我国东北夏季气温与前期各季太平洋海温相关分布差异很大,海温关键区及相关强度都有所改变,这种相关关系的转变可能是造成近几年来利用太平洋海温预测我国东北夏季气温不确定性的原因之一。     

东北夏季气温与赤道东太平洋海温的周期振荡及其相互关系

利用功率谱、交叉谱分析方法，研究了我国东北地区夏季气温民赤道东太平洋海温序列的周期振荡及其相互关系。结果发现，东北气温存在３．５年的显著周期，赤道东太平洋海温也有３．５年的振荡周期。二者在２．３年振动周期附近有很好的关系，且赤道东太平洋海温的变化超前于东北夏季气温０．３３年。     

东北地区夏季降水特征及其与大气环流的关系

本文采用中国东北地区1951-2012年降水资料,NCEP/NCAR再分析资料,分析研究中国东北地区夏季(5-8月)降水特征及其与大气环流的关系,并对可能影响途径进行了探讨。结果表明:总体来说,1951年以来,东北地区夏季降水年际变化具有显著性的季节尺度特征,同时利用相关分析得出初夏时节东北地区降水与整个地区成显著性正相关,它的相关中心出现在东北地区中西部;盛夏时节东北地区东南部出现显著的正相关。初夏东北地区的降水异常与东北冷涡活动有关;而东亚夏季风影响盛夏。东北地区5、6月份西北部出现气旋性环流随高度向西倾斜;7、8月份降水异常是因为西太平洋副热带高压西伸北进。随着西太副高西北侧的南风异常加强,向北输送的水汽明显增多,东北地区盛夏时节降水明显增多。经过本文对中国东北地区夏季降水特征的分析及其与大气环流关系的研究,能够为以后防灾减灾工作提供一定的理论依据。     

东北地区夏季低温的气候分析及其对农业生产的影响

本文分析了1881年以来东北地区夏季气温,得到了东北夏季严重低温在空间尺度和时间尺度上都是一种很大尺度的现象。长春5—9月的平均气温和可以很好地代表东北地区的冷暖。东北夏季气温有明显的阶段性,即有明显的110年长周期和3年左右的短周期。东北夏季低温会造成农业严重减产,气温低的地方危害更大,低温冷害年水稻减产最大,其次是高粱。     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

东北夏季气温变化与北半球温度及极涡的关系

利用1961-2002年中国东北地区80个气象站夏季6-8月逐日气温、美国NCAR/NCEP再分析资料和国家气候中心环流因子资料,采用相关分析、SVD分解等方法,对中国东北夏季气温变化与中高纬主要环流系统的关系进行探讨.结果发现:中国东北位于东西伯利亚变温区南缘,其夏季气温年际变化规律和东西伯利亚一致;北极极涡边缘的形态变化影响东北夏季气温,不同的边缘形态对应东北不同的温度分布特征,主要是极涡边缘70 °N左右的150～180 °E和60～90 °W两个关键区,其高度场的变化决定着东北夏季气温的变化.     

东北夏季温度气候振动及其环流特征

本文着重分析了1910—1980年东北夏季气温的气候变化及其环流条件，并进一步探讨了它与赤道东太平洋海温的关系。结果表明:（1）东北夏季气温变化可以分为五个冷暖时期，冷期和暖期的环流特点有很大差别；（2）东北夏季气温和赤道东太平洋海温的长期变化有很好的反相关。     

MM5 Simulations of the China Regional Climate During the Mid-Holocene

Using a regional climate model MM5 nested with an atmospheric global climate model CCM3, a series of simulations and sensitivity experiments have been performed to investigate responses of the mid-Holocene climate to different factors over China. Model simulations of the mid-Holocene climate change, especially the precipitation change, are in good agreement with the geologic records. Model results show that relative to the present day (PD) climate, the temperature over China increased in the mid-Holocene, and the increase in summer is more than that in winter. The summer monsoon strengthened over the eastern China north of 30°N, and the winter monsoon weakened over the whole eastern China; the precipitation increased over the west part of China, North China, and Northeast China, and decreased over the south part of China.The sensitive experiments indicate that changes in the global climate (large-scale circulation background),vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration led to the mid-Holocene climate change relative to the PD climate, and changes in precipitation, temperature and wind fields were mainly affected by change of the large-scale circulation background, especially with its effect on precipitation exceeding 50%. Changes in vegetation resulted in increasing of temperature in both winter and summer over China, especially over eastern China; furthermore, its effect on precipitation in North China accounts for 25% of the total change.Change in the orbital parameter produced the larger seasonal variation of solar radiation in the mid-Holocene than the PD, which resulted in declining of temperature in winter and increasing in summer; and also had an important effect on precipitation with an effect equivalent to vegetation in Northeast China and North China. During the mid-Holocene, CO2 content was only 280×10-6, which reduced temperature in a very small magnitude. Therefore, factors affecting the mid-Holocene climate change over China from strong to weak are large-scale circulation pattern, vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration.     

利用奇异值分解方法预测东北地区夏季气温

利用1961-2002年东北地区80个测站的夏季气温和冬季北太平洋海温场资料,采用奇异值分解技术,探讨了前冬北太平洋海温与东北地区夏季气温之间的关系。结果表明,前冬北太平洋海温场与东北地区夏季气温之间存在着较好的相关关系,并基于SVD(Singular Value Decomposition)分析的结果,建立了用前冬北太平洋海温场预测东北地区夏季气温定量空间分布的方法。从近几年的试报效果看,此方法具有一定的预测能力和较好的稳定性。最后,采用此方法和2002年冬季北太平洋海温场实况资料对2003年东北地区夏季气温做出了预测。     

太阳活动异常与降水和地面气温的关系

利用1951~2000年太阳10.7 cm射电流量、全国160站观测到的降水和气温距平资料,分析了太阳活动异常对中国夏季、冬季降水和气温的影响。结果表明:太阳活动强的年份,夏季南方、东北少雨,黄河中上游流域、黄淮地区以及长江中上游则多雨;冬季全国均多雨。北方(尤其是东北和新疆)冬季气温偏高,夏季气温偏低。太阳活动弱的年份,夏季华南及黄河以北多雨,而长江流域及以北到黄河中上游夏季则少雨;冬季全国均少雨,北方冬季气温偏低。进一步讨论了中国东北地区夏季降水与太阳活动的密切关系。     

东北冷涡及其气候影响

基于自动识别、追踪方法得到的近50年东北冷涡数据集, 本文研究了东北冷涡的年际变率及演变趋势, 并分析了其持续性活动对我国气候的影响及相关联的大尺度环流异常特征。结果表明, 东北冷涡具有很明显的年际变率, 且存在2.5年左右的主振荡周期, 但没有显著的长期变化趋势。东北局地在持续性冷涡控制下, 四季气温均明显偏低, 并在春季和夏季能造成局部降水偏多。在东北冷涡活跃的夏季, 长江流域往往降水显著偏多; 而在冬季东北冷涡频繁活动时, 我国大部分地区往往低温少雨, 这与强盛的东亚冬季风密切相关。研究结果表明, 冬季东北冷涡活动和东亚冬季风强度之间的相关系数达到99%的信度水平。在东北冷涡活跃的夏季, 东亚地区对流层维持着深厚的偶极型位势高度异常, 高空急流向南偏移并略加强, 低层西北太平洋反气旋异常和中纬度地区的东风异常有助于局地的水汽通量的辐合, 进而有利于降水的偏多。