近几十年中国小雨减少趋势及其机制的研究进展

小雨的变化是研究降水变化重要且不可忽略的方面,小雨频次和小雨量的减少已成为我国气候变化及干旱化的重要特征。观测资料的分析表明:近几十年来小雨量和小雨频次除了西北地区外均呈现减少趋势,并且这种减少主要集中在中国东部,其中小雨频次的减少比小雨量的减少更为显著。通过对小雨的减少及其机制的研究进行综述,指出目前研究的局限性,并指出未来应着力从增暖、水汽以及气溶胶三个方面,综合运用诊断分析和数值模拟方法,探讨这几种可能影响因素对小雨减少的相对贡献。     

1980～2014年中国生态脆弱区气候变化特征分析

为了全面把握20世纪80年代以来中国生态脆弱区气候变化的特征,利用基于全国2000多个站点的格点化逐月资料,对中国典型生态脆弱区1980～2014年的日平均气温、日最高和最低气温、降水、相对湿度、风速和蒸发皿蒸发量的变化特征进行了分析。结果表明:（1）中国生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温几乎都呈上升趋势;日平均气温增幅北方大于南方;北方生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温、南方生态脆弱区日最低气温的季节增幅多为春季最大,秋季或冬季最小。（2）全区平均降水变化趋势不明显;生态脆弱区降水距平百分率春季多为增长趋势,夏季多为减少趋势,秋、冬季和年北方多为增长趋势,南方多为减少趋势。（3）相对湿度以减少趋势为主,只有黄土高原南部脆弱区秋、冬季和干旱半干旱区脆弱区冬季相对湿度距平百分率的趋势为正,这几个正值区同时也是降水增长大值区。（4）风速基本为减少趋势,春季减少趋势最大。（5）全区平均蒸发皿蒸发量春、夏季和年为减少趋势,冬季为增长趋势;北方生态脆弱区蒸发皿蒸发量四季和年多呈减少趋势;南方生态脆弱区蒸发皿蒸发量春、夏季以减少趋势为主,秋、冬季和年呈增长趋势。     

1980～2017年厦门地区小时尺度极端降水特征分析

利用1980～2017年厦门逐小时降水资料和NCEP再分析资料,分析厦门地区极端降水事件的气候特征,并初步讨论其成因。研究结果表明:1）极端降水事件的年发生频率呈现减少的趋势,厦门岛的减少趋势要比内陆更为显著。2）小时尺度的极端降水事件在较小尺度空间内无论是发生频率还是强度都存在明显的区域性差异,内陆地区在发生频率和强度上均高于厦门岛,但强度的平均值一致。3）造成极端降水事件的天气系统有4类,分别是热带气旋型、冷式切变型、西南风气流型和低槽冷锋型。随着城市抗灾能力的提升,对极端降水预报的要求也不断提高,基于小时值的结论可以为未来厦门地区极端降水事件的预报提供参考基础,进而提升预报的有效性和针对性。     

2000年后中国北方东部地区夏季极端降水减少及水汽输送特征

本文研究了1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率的年代际变化特征,并进一步分析了该地区极端降水和普通降水的大气环流和水汽输送的差异。主要的研究结果表明:1961～2016年中国北方东部地区夏季极端降水日数和极端降水贡献率在2000年前后发生显著年代际变化,2000年后夏季极端降水天数和极端降水贡献率显著减少。与1984～1999年相比,2000～2016年在对流层高层从欧洲大陆、中亚到东北—蒙古地区,位势高度异常呈现出“正—负—正”的大气波列,从而造成北方东部地区上空为正压的位势高度正异常控制,伴随着下沉运动,大气层结趋于稳定,这些环流条件不利于极端降水发生。2000年后负位相的太平洋年代际振荡（PDO）和正位相的北大西洋多年代际振荡（AMO）共同加强了北方东部地区上空的正位势高度异常。进一步研究表明,极端降水与普通降水的水汽输送和收支以及关键的局地大气系统存在着显著差异,较普通降水而言,极端降水在南北向水汽输送和收支上更强;北方东部地区低空为较强的闭合低压控制,并不断受到高层高位涡空气下传的影响。     

1981～2015年华北地区持续霾事件的特征及其环流分类研究

根据1981～2015年华北地区地面基本气象要素定时值数据集和地面气候日值数据集站点资料,分别利用14时实测值法和目标区域极端事件的客观识别方法挑选霾日数和持续霾事件,并分析了它们的特征;,然后对持续霾事件进行了分类研究。结果表明:（1）华北地区霾日数空间分布极不均匀,有4个大值区:吕梁山和太行山之间的河谷地区、沿太行山以东的平原、河南北部、环黄海和渤海地区。（2）华北地区共挑选出111个持续霾事件,其中,持续3～5 d的事件最多,占了总数的86.5%,最长的事件可达12 d。（3）持续霾事件和霾日数的空间分布特征相似,且存在明显的年、季变化。1981～2015年持续霾事件数呈增加趋势,冬季增加最显著,其次是秋季和春季,夏季最少。（4）结合地形、霾日数、持续霾事件的分布和环流特征把持续霾事件分为7类,对发生频次较多的4类（华北地区型,河南北部及太行山以东的平原型,河南北部型,河南北部及环渤海、黄海地区型）的环流进行了对比分析。其环流形势的主要特征包括:对流层的中低层华北地区为纬向西风气流或脊前西北气流,我国南部或东南部地区高压西部的西南气流与华北地区的偏西气流产生弱辐合下沉气流;近地面层由于地形的影响形成垂直环流圈,霾最严重的地区一般出现在地形的东坡和垂直环流圈的下沉支。近地面东南气流和低层的西南气流向该地区输送了暖湿空气和污染物。华北地区霾发生位置的不同,主要由低层我国东部或者南部高压的位置和强度,以及局地垂直环流的下沉支的位置决定。这些研究结果可以为华北地区持续性霾的防控提供参考。     

CMIP5模式降水订正法及未来30年中国降水预估

借助英国气候研究所（Climate Research Unit, CRU）全球陆地格点分析数据集（CRU TS v4.0）月降水资料和24个国际耦合模式比较计划第五阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5）模式历史气候模拟及RCP4.5情景下的降水预估数据,设计了多种回归方案并对模式降水预估偏差进行订正。这些方案包括一元回归、一元对数回归、一元差分回归、一元对数差分回归、多元回归、多元对数回归、多元差分回归、多元对数差分回归和简单移除气候漂移等。2006～2015年中国大陆模式降水预估的订正结果表明,一元回归订正法普遍优于多元回归订正和扣除气候漂移订正法,其中一元对数回归法的效果最好,其降水距平同号率（Anomaly Rate, AR）和降水距平百分率相关系数（Anomaly Percentage Correlation Coefficient, APCC）最高,分别达到69%和0.5;而降水距平相关系数（Anomaly Correlation Coefficient, ACC）最高的是一元对数差分回归法。不同回归订正法所得预估结果的距平同号格点分布显示,一元对数回归法在北方优于南方,而一元差分（年际增量）或对数差分回归法在南方优于北方。这直接导致在中国南方区域（95°E以东,35°N以南）一元对数回归或多元对数回归订正结果的AR、ACC和APCC均低于对应的差分/对数差分回归法,在北方和西部地区则与此相反。因此,模式降水的回归订正方案具有区域性,这可能源于不同区域降水序列统计性质的差异。用区域组合回归订正法,即在南方用一元差分回归订正,其余地区用一元对数回归订正,其降水预估场的AR提高到72%,但ACC和APCC均略有下降,原因是差分回归订正增加了预估降水场的方差。对RCP4.5情景下2016～2045年24个模式集合平均降水预估的组合回归订正结果显示,相对于1976～2005年平均,未来30年降水异常大致呈南北少,中间多的格局,其中长江中下游、江南中西部、西南东北部、华南沿海和海南省等地降水偏少10%～20%,淮河流域、三江源区和台湾省降水偏多10%～40%,西北东部、华北和东北大部降水正常或略偏少。从降水百分率方差看,模式群的离散度（不确定度）呈现东部小,西部大的分布特征,说明模式预估的西北中部和青藏高原西部等降水偏少区的不确定性较大;而河套北部、华北南部和江南东部等地对应于2006～2015年检验期的“盲区”（模式与观测降水距平反号）,其降水预估参考价值可能不大,需要引入他法加以改进。     

1961～2015年中国地区冰雹持续时间的时空分布特征及影响因子研究

本文利用1961～2015年（55年）中国地区577个地面观测站的冰雹资料,应用统计学方法,分析了冰雹持续时间的空间分布、年际变化以及日变化特征,包括站点降雹累积持续时间、平均单次降雹持续时间、区域平均单次降雹持续时间、小时降雹累积持续时间和总降雹累积持续时间。结果表明:（1）1961～2015年中国地区站点降雹累积持续时间与海拔高度呈现较高的正相关关系,相关系数高达0.99。站点降雹累积持续时间的最大值出现在青藏高原地区,累积持续时间高达250分钟,其次为内蒙古中部以及东北部的山区地带,累积持续时间约为150分钟。（2）1961～2015年平均单次降雹持续时间呈现上升趋势,55年冰雹累积持续时间大约增长1分钟,且通过了95%信度水平的显著性检验。（3）西北地区、北部平原地区和东南地区在1961～1980年期间,区域平均单次降雹持续时间都有显著的下降趋势,而在1970～2015年期间西北地区和青藏高原地区呈现显著的上升趋势。1961～1980年期间区域平均单次降雹持续时间在西北地区的长期趋势变化主要受到日最低气温以及温度日较差长期年际变化的影响,在北部平原地区仅与温度日较差相关,而在东南地区与三个对流参数都有较好的相关性;1970～2015年和1961～2015年期间西北地区和青藏高原地区的区域平均单次降雹持续时间的上升趋势分别与这两个区域的区域平均日最高气温、日最低气温呈正相关。（4）单次降雹持续时间的日变化明显,午后至夜间出现的冰雹持续时间长于凌晨和上午的冰雹持续时间,持续时间峰值出现在当地时间17时和18时。本文还利用探空资料分析了对流有效势能和Totals-totals指数与冰雹持续时间的关系,结果表明中国地区20时（北京时）的对流有效势能和Totals-totals指数可能是冰雹持续时间日变化的影响因子之一。     

LPJ-WHyMe模型对1997～2010年中国东北地区潜在植被分布和碳循环的模拟研究

利用一套高分辨率的气候驱动场和全球动态植被模型LPJ-WHyMe(Lund-Potsdam-Jena-Wetland Hydrology and Methane),模拟了中国东北地区潜在植被分布,并对中国东北地区1997～2010年平均净初级生产力（Net Primary Production, NPP）、净生态系统生产力（Net Ecosystem Production, NEP）、燃烧面积、火灾碳排放、土壤温度和土壤湿度进行了估算。LPJ-WHyMe的特点在于能够描述冻融的物理过程以及土壤中多层的湿度和温度。数值结果表明,在LPJ-WHyMe模型提供的植被功能类型（Plant Function Type, PFT）划分的条件下,中国东北地区主要分布了5种植被功能类型,即温带夏绿阔叶林带、北方常绿针叶林带、北方夏绿针叶林带、北方夏绿阔叶林带和温带草本植物。在研究时间段内,中国东北地区NPP的年平均值为376 g(C) m-2,变化范围在324.15～424.86 g(C) m-2之间。火灾机制的引入使得LPJ-WHyMe模型对NEP的模拟能力进一步提高,即NEP年平均值为42.36 g(C) m-2,表明中国东北地区陆地生态系统总体表现为“碳汇”。中国东北地区年平均燃烧面积分数为0.84%,火灾碳排放量为42.41 g(C) m-2,整体上模型高估了燃烧面积值和火灾碳排放量,模型对东北地区火灾的模拟仍然存在一定的局限性。中国东北地区土壤温度与气温呈正相关关系,且各层土壤温度与气温的相关性随着深度的增加而减弱。中国东北地区土壤湿度与降水呈正相关关系,土壤湿度与气温呈反相关关系。上述结果表明LPJ-WHyMe模型模拟中国东北地区潜在植被分布和碳循环是有效的。     

2016年初冬河南区域暴雪过程诊断分析

针对2016年初冬河南省首场区域强暴雪过程，利用常规观测资料、L波段雷达探空资料和NCEP再分析资料等，从影响系统和物理量诊断方面深入分析其发生发展机制，结果表明:宽广的纬向型环流中不断有短波槽东移，东北冷涡深厚且维持时间较长，是暴雪发生的大尺度环流背景；中高层偏南气流，低层偏北气流的流场配置起至关重要的作用:850～925 hPa东北急流迫使暖湿空气抬升为暴雪发生提供“冷垫”的同时，与500～700 hPa西南急流形成强垂直风切变和深厚的锋生区，加强的斜升运动和锋面次级环流，对暴雪起增幅作用；700 hPa作为关键层，西南暖湿急流输送水汽的同时与冷涡后部冷空气交汇于黄淮地区形成的辐合切变线，是暴雪发生的重要动力抬升机制，其南北摆动形成了河南中西部和东南部两个降雪大值中心；暴雪区随着“冷空气楔”逐步南压时，其上层始终存在湿正压项大于零且湿斜压项小于零的湿位涡绝对值高值中心，有利于对称不稳定能量的释放和暴雪的发生。     

1980—2013年大连市能见度的变化特征及影响因子

根据大连气象站1980—2013年的能见度、天气现象、湿度、风等资料,采用趋势分析、相关分析、频率分析等方法,研究了大连市能见度的变化特征及影响因子。结果表明：近34 a来,大连市能见度呈显著（α=0.01）的下降趋势,下降速率为1.4 km/10a。一年中秋季能见度最好,夏季能见度最差; 月最大值出现在10月,最小值在7月; 一日当中14时能见度最好,08时能见度最差;小于10.0 km的低能见度事件显著增加。大连市能见度的下降可能与雾霾天气增多、水汽压增加及风速的减小有关。     

近千年中国东部夏季雨带位置的变化

Based on the variations of geographical locations, the summer rain belts over eastern China were classified in this study into eight types: Inner Mongolia, North China, the Yellow River, the Huaihe River, the Yangtze River, the northern and southern parts of Jiangnan ( to the south of the lower Yangtze River valley), and South China. The file of 8-type rain belts was compiled from 1470 to 2005, and in order to extend the file of rain belts, it was further merged into a file of 4-type rain belts and also completed during the last millennium from 1000 to 1999. At last, the two files show that summer rain belts frequently occur in the Yangtze River valley in warm climate periods, but in the Yellow River or the Huaihe River valley in cold periods.     

我国东北地区夏季暴雨的气候学特征

利用东北三省和内蒙古东部200个测站1961～2005年的逐日降水资料,分析了东北地区夏季暴雨的空间分布特征和时间演变规律,以及各类暴雨与各种影响天气系统之间的气候统计关系。结果表明,在空间分布上,暴雨由东北地区的东南部向西北部递减的地域特征十分明显,绝大多数大范围和区域性暴雨一般都集中出现在东北地区的南部和中部,而局地暴雨的分布范围相对较广,地域差别也较小。在时间分布上,几十年来东北地区暴雨的阶段性变化特征十分明显,多暴雨和少暴雨的出现具有11～12年左右的低频变化周期。20世纪80年代初以来,暴雨日出现的年际变率有明显增加的趋势,特别是20世纪90年代中期以后,东北地区暴雨发生的次数虽然明显减少,但平均每个暴雨日的暴雨量却有所增加。在东北地区出现的局地暴雨中,以北方天气系统的影响贡献最大,而在区域性暴雨和大范围暴雨中,南方天气系统影响的比例明显增加。     

西北区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征

使用1962—2002年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,考察了西北地区东部春季降水及其水汽输送的低频振荡特征。通过定义并计算相对比例系数prpt,并结合统计检验,证实了春季西北地区东部、华北和长江下游地区30~60天周期的相对重要性和显著性。2002年个例分析表明,以银川站为代表的西北地区东部春季降水和水汽通量散度具有显著的20~60天振荡周期,并且在4,5月份季节转换时期显著增强;在降水处于正位相时,低频水汽主要来自东面海上的向西输送和南海北部沿高原东侧的向北输送,低频波表现为明显的向东传播。多年资料分析表明,多雨年季节内振荡较强、反之较弱;主要周期尺度有所不同,低频降水与水汽输送具有很好的对应关系,但也存在一定差异。年代际变化特征突出,表现在从20世纪70~80年代初季节内振荡特征不明显,低频降水与水汽输送之间的一致性相对较差,显示出气候异常对低频振荡的影响。     

冬季中国东部与北极之间近地面温度变化的年际联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和国家气象信息中心整编的425站气温资料,借助经验正交函数分解（EOF）、相关分析和回归分析等方法探讨1956~2015年冬季北极及中高纬度近地面温度、西伯利亚高压的变化特征以及两者与中国东部气温直接和间接的年际联系。为此定义了3个西伯利亚高压指数,即西伯利亚高压中心强度指数（SHCI）、西伯利亚高压面积指数（SHA）和西伯利亚高压东边界指数（SHEB）。结果表明:从1998年开始冬季巴伦支海、喀拉海迅速增温,并在年际尺度上与中国东部气温存在显著的负相关关系,即北极近地面温度与中国东部气温的直接联系。同时,西伯利亚高压的3个指数也与北极地区近地面温度和中国东部气温有较好的年际关系,体现了西伯利亚高压是联系北极和东亚气候的桥梁,当北极近地面温度升高（降低）时,西伯利亚高压中心强度增强（减弱）,面积扩大（缩小）,东边界东伸（西退）,中国东部气温降低（升高）,即北极近地面温度（西伯利亚高压）与中国东部气温的间接（直接）联系。最后,讨论了北极近地面温度变化影响中国东部气温的可能物理机制。     

全球变暖情景下中国东部地区不同等级降水变化特征分析

利用日本东京大学气候系统研究中心、 日本环境研究所和日本地球环境研究中心联合研制的全球海气耦合气候模式MIROC_Hires输出的逐日降水资料, 分析了全球变暖背景下中国东部地区不同等级降水的变化特征。为了检验模式模拟未来中国不同地区降水变化趋势的可信程度, 首先评估该模式对1971-2000年夏季降水的模拟能力, 结果表明, 该模式无论从空间分布还是时间变化上均可以较好地模拟中国1971-2000年的降水情况。在此基础上, 将中国东部地区划分为华南、 江淮、 华北、 东北4个区域, 分析在全球变暖情景下未来（2071-2100年)较近期(1971-2000年)各个地区不同等级的降水量和降水频数的变化特征, 发现华南地区无降水和强降水（≥24 mm·d-1）的频数增加幅度均较大, 分别达到13\^8 d·a-1和4.2 d·a-1, 弱降水（1~12 mm·d-1）的频数减少; 江淮地区年降水量增加, 强降水的频数增加了3\^6 d·a-1, 弱降水的频数减少; 华北地区年降水量增加幅度在4个地区中最大, 达到30\^5%, 无降水频数减少, 8 mm·d-1以上的降水频数增加; 东北地区的降水强度和频数均增加。即中国东部地区降水变化趋势呈现华南地区暴雨频数增加, 江淮、 华北和东北地区降水量增多, 降水强度也增加的情形, 因此, 4个地区极端降水事件发生的频数增加。     

1730年夏季黄淮地区暴雨极端事件研究

1730年（清雍正八年）7—8月,我国黄淮地区连续暴雨17 d,引起黄河、大运河和淮河暴涨、决堤的大范围洪涝灾害。这是小冰期中相对温暖时段气候背景下的极端气候事件。本文依据历史文献记载复原了1730年夏季暴雨时段的天气实况,绘制了暴雨区域图显示强降雨中心移动动态和水灾地域分布图,概述当年气候特点,指出暴雨事件与台风活动的关联。1730年是太阳活动周极小年的前3年、有重大火山活动,是极强的厄尔尼诺事件后的第2年。这些天气特点和背景条件与现代罕见的1975年河南“75?8暴雨”相似。     

华北地区夏季水汽含量变化特征及影响因子

利用1979-2008年华北地区12个探空站的观测资料以及同期的NCEP/NCAR再分析资料,采用线性趋势、Mann-Kendall突变检验和合成方法,分析华北地区上空夏季水汽含量的时空演变特征以及影响水汽含量异常的大气环流等因子。结果表明：华北地区夏季水汽含量在空间上表现出由东南沿海向西北内陆随纬度增高而减少的分布特征,即东南部湿润、西北部干燥。近30 a华北地区夏季水汽含量整体上呈现出增加的趋势,其中在20世纪80年代末由少向多发生了明显突变。华北地区夏季水汽含量偏多（少）年,在南海至西太平洋地区有（无）明显的水汽向华北地区辐合,中纬度西风带有（无）水汽向华北地区输送,地表温度整体上偏高（低）。在500hPa高度场上,华北地区夏季水汽含量偏多年比偏少年副热带高压位置更偏西、强度更强。     

华南前汛期暴雨气候特征的研究

利用华南地区26站1958-2000年逐日降水资料，对华南前汛期暴雨降水的气候特征进行了统计研究。结果表明，华南前汛期暴雨降水量和频次的变化趋势都呈略减少的特征，都有明显的年际、年代际变化的长期演变特征；华南的暴雨近50％集中发生在前汛期，其中又以福建与广东的西北部为甚，华南的西南部较小；华南前汛期的降水有近40％为暴雨，多年平均暴雨百分率的大值中心在广东沿海地区，最大可达44％，有两个小值中心，它们分别位于广西广东西部和福建，最小只有26％。     

新疆西部一次大暴雨过程水汽输送轨迹模拟

在分析2016年7月28日—8月2日新疆西部罕见大暴雨过程环流形势和影响系统的基础上,利用基于拉格朗日方法的轨迹模式HYSPLIT,应用GDAS资料,模拟计算了大暴雨期间不同区域不同高度的水汽输送轨迹、主要通道及不同源地的水汽贡献。结果表明:(1)200 h Pa高空偏西急流、700 h Pa和850 h Pa低空偏东急流及辐合线和500 h Pa稳定"两脊一槽"环流是大暴雨产生的天气背景;(2)大暴雨过程中阿克苏地区北部、伊犁河谷地区和博州地区东部1500、3000和5000 m水汽输送轨迹、主要通道及不同源地的水汽贡献存在差异,其中,阿克苏地区北部1500、3000、5000 m水汽分别主要来自中亚地区、中亚地区、地中海北部,水汽贡献分别占该高度水汽的38%、46%、48%;伊犁河谷地区1500、3000、5000 m水汽分别主要来自哈萨克斯坦、哈萨克斯坦、黑海南部,水汽贡献分别占该高度水汽的100%、50%、68%;博州地区东部1500、3000、5000 m水汽分别主要来自西西伯利亚、中亚地区、东欧,水汽贡献分别占该高度水汽的58%、54%、82%。水汽在输送过程中高度多变,以偏东和偏南路径为主输送到大暴雨区上空;(3)欧洲大陆、西西伯利亚、中亚地区等陆地及黑海、里海等海洋是此次大暴雨水汽主要来源。南疆低层偏东风和辐合线在水汽的聚集及向上输送中发挥了重要作用,高空急流产生的次级环流的下沉气流在将高空水汽向下输送中扮演了重要角色。     

环渤海地区大气低能见度气候特征及影响因子分析

利用环渤海地区地面和高空观测资料,统计分析了该地区大气低能见度出现频率的时空分布特征及各相关气象因子的变化情况。结果表明:该地区大气低能见度出现频率年际变化特征表现为弱的上升趋势和周期振荡,主要周期为2、4和6～8 a;月际变化特征为双峰型,高峰值出现在夏季的7月,次峰值为冬季的12月,一天中的08时刻最易出现大气低能见度,整个地区大气低能见度出现频率的空间分布存在较大的不一致性;根据各季节大气低能见度出现频率空间分布特征的不同将整个地区分为三个区域,Ⅰ区包括渤海湾东北角的辽宁靠近黄海的小部分地区及渤海西北面的辽宁与河北毗邻的一部分地区,Ⅱ区包括渤海北部的辽宁小部分地区和京冀大部地区及南部的鲁北部等地区,Ⅲ区为黄海沿岸地区,各区高湿度、小风速是造成大气低能见度的相对重要的气象条件;大气低能见度出现前期或同时刻,低层基本都会维持一个逆温层或等温层和湿层。