气候及其环流因子对地球自转速度变化的若干响应

本文揭示了一系列事实,说明气候及其环流因子与地球自转速度变化有关,同时阐明了两者相互联系的物理原因。最后,作者论述了地球自转速度变化影响天气气候的空间特征和时间尺度。     

地球自转速率变化对气候的影响

引起气候变化的可能机制包括:由于太阳变化引起地球轨道变化的摄动效应、火山活动、地壳构造的运动、太阳输出的变化、冰川活动以及海洋反馈。而在一个几百万年这样的时间尺度里,对于气候变化有重要影响的因子则是地球自转周期的增长,但这一因子目前尚未受到普遍的重视。这种增长是很小的(～2.5毫秒/百年),并且正在延续着。现在已经知道地球自转速率对于大气和海洋环流有决定性的作用,因此必然会影响到气候变化。所以研究地球自转速率变化对于古气候演变的影响并检验这种推断是否符合已知事实,是很有意义的。     

地球自转速度变化对副高脊线南北进退的作用

众所周知,西太平洋副热带高压脊线位置的南北进退与汛期影响我国的雨带位置南北移动有着密切的关系。江苏的预报员发现脊线位置达20°N左右时苏南梅雨开始。因此,副高脊线稳定通过20°N日期的长期预报是人们所关心的。然而对长期,尤其是以月和季为时间尺度的长期预报尚缺乏有效的方法。     

全球山脉力矩时空变化及其与地球自转的关系

山脉力矩是大气轴向角动量变化的主要外部因子之一,是研究地球运动和大气相互作用的关键变量。利用NCEP/NCAR第一套再分析资料计算了1948—2011年的全球山脉力矩,定量分析了全球山脉力矩的时空变化趋势及其与地球自转速率(以日长表示)的关系。研究表明,近64年山脉力矩变化最为显著的地区集中在青藏高原和南美的安第斯山脉,青藏高原东西两侧的山脉力矩具有不同的变化趋势。滞后相关分析显示,全球山脉力矩与日长的相关系数在日长滞后5年时达到最大(滞后相关系数为-0.482),而南美安第斯山和青藏高原的山脉力矩则分别于日长滞后2年和9年时达到最大(滞后相关系数分别为-0.461和-0.689),因此山脉力矩的变化早于日长变化。从年代际变化看,全球积分的山脉力矩和南亚高压强度指数趋势上基本一致,可以作为表征天气、气候变化的一个强信号。     

地球自转与东北地区夏季温度变化

该文研究了东北地区夏季温度与地球自转速度变化的关系.得到:地球自转减慢时东北温度偏低, 当自转年变量ΔU≤-22时出现典型的低温冷害年; 自转加快时东北温度偏高.东北地区夏季温度与极移振幅的位相也有较好的关系:在极移振幅的峰值年附近容易发生冷夏年, 在极移振幅的谷值年附近容易发生热夏年.     

地球自转速率变异与长期天气变化研究进展

近些年来，随着长期天气预报理论基础的不断完善，人们逐渐认识到地球自转速率的变异是导致长期天气变化的一个重要原因。该文概述了８０年代以来国内外有关地球自转速率变异与长期天气变化相关关系的研究成果，从不同的侧面归纳分析了地球自转速率变异对长期天气变化的影响及其可能机制。     

东亚大气活动中心的多年变化与我国的气候振动

本文根据1873—1934年1月及7月海平面月平均气压图研究了东亚大气活动中心(1月西伯利亚高压,阿留申低压及赤道低压,7月太平洋高压与印度低压)位置的多年变化。计算了1月活动中心的几何中心经纬度及7月活动中心边界经纬度的10年滑动平均值,并将其与我国气候振动比较。主要结果如下: (1)东亚大气活动中心位置的多年变化较复杂,它们的10年滑动平均曲线差异甚大,它们之间相关系数则不大。 (2)东亚大气活动中心位置多年变化的35年周期最明显。 (3)东亚大气活动中心位置多年变化与我国的气候振动有密切关系。我国不少站的气温及降水量10年滑动平均曲线与相应活动中心位置的曲线类似、或同相或反相。活动中心位置与气温及降水量的相关系数大而且地理分布很有规律。     

青藏高原臭氧低值中心的变化与我国气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、GPCP降水资料以及我国160个台站的降水资料, 研究了青藏高原臭氧低值中心偏强年和偏弱年的气候差异。结果表明，5～7月平均的青藏高原臭氧总量变化与我国当年夏季、冬季以及第二年春季的气温和降水等有明显的相关关系:在臭氧低值中心偏强年夏季, 中国绝大部分地区地面气温比多年平均偏高, 长江以南地区降水偏多, 长江以北大部分地区降水偏少, 尤其是长江中下游和黄河中下游之间的地面降水偏少特别明显。在臭氧低值中心偏强年冬季和次年春季, 中国大部分地区冬季风比多年平均弱, 使得绝大部分地区地面气温偏高。臭氧低值中心偏弱年的情况基本上与偏强年相反。因此, 青藏高原上空臭氧低值中心的变化在气候预测中是一个值得重视的因子。     

地球自转的δ效应

在旋转的地球上运动着的大气必然具有旋转地球给它带来的一些特有性质。陈久康在讨论球面行星波螺旋结构时曾对球面的δ效应对波的结构的影响作过讨论,指出:由于β效应的牵连涡度平流对东传波列的减速作用随纬度的差异,使北半球的行星波列成为东北—西南向的曳式波。下面我们推广朗(R.R.Long)和巢纪平等在β平面中对大气KdV波动的研究工作,从另一个角度来说明δ效应(β随纬度的变化)的非线性性质。     

STUDY OF RELATIONSHIP BETWEEN URBANIZATION SPEED AND CHANGE IN SPATIAL DISTRIBUTION OF RAINFALL OVER SHANGHAI

Using daily rainfall data of 11 observatory stations over Shanghai for the period 1960-2007,the spatial differences of rainfall over the Shanghai region during periods with slow and rapid urbanization respectively are investigated based on spatial standard deviation of rainfall and its relative variables.Results show that spatial differences increase with the acceleration of urbanization.Spatial distributions of annual rainfall and rainstorm frequency exhibit distinct urban ’rain-island’ features during the rapid period of urbanization(1960-1983) while it is opposite in the case of slow urbanization(1984-2007).Changes in the spatial distribution of annual rainfall trends also take place during different periods.Specifically,the variation of annual rainfall exhibits consistent trends over the Shanghai region in the slow urbanization periods.However,inconsistent spatial distribution of variations has taken place over the central districts and suburbs of Shanghai during the rapid urbanization stage.Since the speeding-up of urbanization,the annual rainfall amount over central districts of Shanghai tends to increase while that in the suburbs shows a decreasing trend.In addition,as far as different seasons are concerned,the speed of urbanization exerts insignificant influences on the spatial distribution of rainfall during winter and spring.On the contrary,the rainfall during summer and autumn(especially summer) is featured with an island effect during the rapid urbanization period.     

RELATIONSHIP BETWEEN DIPOLE OSCILLATION OF SSTA OF AND TEMPERATURE IN CHINA

The work is a general survey SSTA data of the Indian Ocean and of precipitation at 160 Chinese weather stations over 1951～1997(47years).It reveals that the dipole oscillation of SST,especially the dipole index of March～May,in the eastern and western parts of the ocean correlates well with the precipitation during the June～August raining season in China.As shown in analysis of 500-hPa Northern Hemisphere geopotential height height by NCEP for 1958-1995,the Indian Ocean dipole index(IODI) is closely related with geopotential height anomalies in the middle-and higher-latitudes in the Eurasian region.As a negative phase year of IODI corresponds to significant Pacific-Japan(PJ) wavetrain,it is highly likely that the SST for the dipole may affect the precipitation in China through the wavetrain.Additionally,correlation analysis of links between SST dipole index of the Indian Ocean region and air temperature in China also shows good correlation between the former and wintertime temperature in southern China.     

上海地区城市化速度与降水空间分布变化的关系研究

采用1960-2007年上海地区11个站的逐日降水资料,基于空间标准化相对降水量,研究上海城市化进程不同阶段的降水空间分布变化.结果表明,伴随城郊城市化进程差异的显著加快,上海年降水量的空间差异增大.城市化进程的快速增长期,年降水量和暴雨以上的强降水日数呈现出明显的城市雨岛分布特征;在城市化进程的缓慢增长期,该特征则不...     

RELATIONSHIP BETWEEN SUMMER LOW-FREQUENCY RAINFALL OVER SOUTHERN CHINA AND PROPAGATION OF TROPICAL INTRASEASONAL OSCILLATION

This study investigates the relationship between summer low-frequency rainfall over southern China and tropical intraseasonal oscillation (ISO) in the atmosphere by examining systematically the propagation features of the tropical ISO in terms of focusing on five large-scale low-frequency rainfall regimes in summer over southern China. It is demonstrated that there is a close linkage between the five rainfall regimes over southern China and the northward propagation of the tropical ISO. The moist ISO signals, which influence the low-frequency rainfall events in different regions of southern China, mainly propagate northwestward from the tropical ocean to the southeast of China. The southeast China rainfall regime is intimately associated with the moist ISO signals propagating northwestward from the equatorial mid-western Pacific Ocean. For both the Yangtze River regime and South of Yangtze River regime, the moist ISO signals over the northern South China Sea show an evident northward propagation towards the Yangtze River region, and then propagate westward. It is further found that the interaction between the northward propagation of low-latitude ISO signals and the southward propagation of high-latitude ISO signals can also make a clear influence on the low-frequency rainfall in southern China. For the Southern China regime, the moist ISO signals show a significant northward propagation from the Philippines. Moreover, for the rainless regime, southern China is under dry ISO signals’ control, and the latter shows no clear propagation to southern China. This study may provide insights for the extended-range forecasting of summer rainfall in southern China.     

中国东部区域土壤湿度的变化及其与气候变率的关系

利用中国100°E以东地区98站共11a的旬土壤湿度、降水和气温资料,对不同区域土壤温度、降水和气温的变化趋势、年际变率及它们之间的相互关系进行了详尽的分析。结果表明：土壤湿度、降水和气温有较明显的变化趋势;土壤中各厚度层土壤湿度和降水的关系呈正相关关系,与气温呈反相关关系,且可通过0．01的置信度检验。这也说明现有土壤湿度观测资料在研究气候变化中的有效性。     

南海地区OLR变化与华南汛期降水的联系

用奇异值分解的方法逐月分析了华南汛期（4-9月）降水与南海地区OLR变化的关系，并用合成分析的方法对OLR异常年份的降水进行对比分析，结果表明两者确实有一定的相关关系，后汛期（特别是7、8月）两者的相关程度比前汛期大，但每个月的情况各有不同。     

亚洲夏季风环流的低频振荡与江淮梅雨

根据欧洲中心1980～1983年4～9月的200hpa和850hpa格点资料，利用滤波技术和经验正交函数（EOF）分析方法，研究了亚洲地区夏季风环流低频振荡的特征及其对江淮地区梅雨的影响。结果表明：季风环流的低频变化存在三种主要的空间分布型，其中，第一特征向量与江淮地区梅雨期的大尺度环流形势相似，它们的位相转换与季风系统各主要成员的活动密切相关；江淮地区低频气旋性切变线的活动对梅雨期的长短乃至该区的干旱和洪涝有重要的影响。     

夏季青藏高原位势高度场的长期振荡与气候变化

利用北半球500hPa月平均位势高度场资料,揭示了夏季(6-8月)青藏高原位势高度场的长期振荡及其与两大洋副热带环流的相互联系。并分析了这种长期变化对全球和中国气候的影响。     

中国南方沿海地区城市热岛效应与人口的关系研究

利用中国南方地区不同类型人口城市气温1951～2001年期间资料，按人口数把城市分为6类，分别对它们不同季节和全年的气温特征进行分析，发现不同类型人口城市气温差异较大，气温随人口数增加而增加，其与人口数的关系可以用非线性函数来反映。还提出用人口类型城市的气温变化的主分量趋势与自然变化趋势的差值作为热岛效应的估计。     

冬季亚洲大陆的热力差异和中国气候的关系

最近的一些研究发现,除了海陆之间的热力差异外,大陆内部也存在热力差异。通过合成及t检验方法分析了亚洲大陆内部区域热力差异的变化特征,探讨了年代际尺度上大陆热力状况的季节变化与东亚初夏和夏季环流、季风活动、中国降水变化的关系。结果表明:正指数年代,在经向上从冬至夏东亚大陆由冷变暖,25°N以北中高纬度对流层高层有气温正距平下传,纬向上高原东侧我国大陆地区春夏季迅速增温。相比之下,海洋上的热力变化不明显,一直维持负距平,海陆热力差异偏大,东亚初夏季风建立偏早,夏季风强度偏强,相应地长江流域初夏降水偏多,夏季降水偏少,华北和西南部分地区夏季降水偏多。相反地,负指数年代海陆热力差异的变化将会减弱海陆之间的热力对比,不利于初夏季风的建立和夏季风加强,上述地区降水的变化大致与正指数年代相反。