中国近50年严冬和冷夏演变趋势与区划

以中国９３个测站１９５３～１９９５年冬季平均最低气温（Ｔｍ）和夏季平均最高气温（ＴＭ）的长期变化趋势及年际、年代际变率特征为研究对象,利用旋转经验正交函数（ＲＥＯＦ）对冬季Ｔｍ和夏季ＴＭ进行客观区划,揭示了我国近半个世纪冷夏、严冬气候异常的变化规律,为进一步研究短期气候预测方法提供了依据     

欧亚季节环流气候平均态和气候变率：20CR再分析资料在欧亚及中国东部地区的评估

本文评估了美国国家大气海洋局（NOAA）新发布的20世纪再分析资料（20CR）对欧亚季节环流气候平均态和气候变率及中国东部气温降水的刻画能力。结果表明:20CR再分析资料对欧亚地区四季环流气候平均态刻画能力与NCEP2资料的相比,均呈现北部中高纬度系统性偏高,南部中低纬度系统性偏低的特点,导致描绘的东亚冬季风偏弱,夏季风偏强。这可能与20CR资料在极地海岸地区海冰资料处理时产生的差错有关。与中国东部的站点资料对比则显示20CR对我国东部气温的刻画偏低,而对降水的刻画偏高,站点相关性气温好于降水,东南沿海地区优于内陆地区。平均场和空间相关场结合来看,秋季气温和降水20CR与站点观测资料吻合最好。20CR资料较好地刻画近百年北半球冬夏季的气候指数（北极涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动、东亚冬季风、阿留申低压等）的年际变率及年代际变化特征,很好地刻画了阿留申低压1970年代末的年代际增强,西伯利亚高压1970年代末的下降和1990年后的上升趋势及北太平洋涛动、北大西洋涛动和北极涛动指数1970年代末期由负位相到正位相的年代际转变。     

中低纬海气相互作用的耦合型态及其年代际振荡特征研究

采用北半球500hPa高度场和北太平洋海温场月平均资料（1951－1995），借助于SVD分析方法，对北太平洋地区海气相互作用的耦合型态的季节及其年代际变化特征作诊断分析。结果表明：（1）在大气－海洋相互作用过程中，与厄尔尼诺（或拉尼娜）事件有关的SST分布型起着重要作用，而与此耦合的大气则表现为类似于PNA型遥相关的变化。其中冬季（1月）海气相互作作用的耦合程度较高，具体为厄尔尼诺事件对应着高度场的PNA流型。而与拉尼娜相对应的夏季500hPa高度场类似于东亚－太平洋（PJ）流型，但在4个季节中，夏季的海气相关耦合程度相对较差。春秋季同属于过渡季节，秋季海气之间的相关耦合不及春季紧密。（2）1976年前后海气耦合分布型态发生明显变化，冬季500hPa高度场PNA流型加强，阿留申低压加深并向东南移动，1976年后的夏季500hPa高度场的PJ流型表现明显，而1976年前这个遥相关型并不显著。     

1990年代末东亚北部地区夏季水汽输送年代际变化特征及其影响机制

利用1983～2011年降水量、环流和海温的再分析资料,探讨了东亚北部地区夏季水汽输送的年代际变化特征,并分析了前冬北大西洋海温对东亚北部地区夏季水汽输送与大气环流的可能影响。研究结果表明,20世纪90年代末期东亚北部地区夏季整层水汽与降水年代际的变化特征相一致,整层水汽通量的年代际变化主要是由于纬向水汽输送异常作用的结果。东亚北部地区（35°～55°N,90°～145°E）西边界的水汽输送通量由多变少,东边界的水汽输送通量由少变多特征则直接导致了该地区降水由偏多转为偏少的年代际变化。就外强迫海温角度来说,前冬北大西洋海温跟东亚北部地区夏季500 hPa高度场、850 hPa风场和850 hPa比湿均显著相关。同时,在20世纪90年代中后期前冬北大西洋海温也表现出由偏低向偏高转变的年代际变化特征,且由于海温自身的记忆性前冬的海温异常一直延续到夏季。并在夏季激发出横跨北大西洋和欧亚大陆中高纬度地区的大西洋-欧亚（AEA）遥相关结构,并进一步影响东亚北部地区夏季水汽输送。     

中国降水场QBO分布型态及其长期变率特征

采用带通滤波法，奇异谱分析（SSA）和小波分析（WTA）综合研究了近50年中国降水场的准两年周期振荡（QBO）的分布型态及其长期变率特征。结果表明，QBO分量在中国降水场年际振荡中举足轻重，具有显著而稳定的特征：50年代到60年代初期，QBO分量振幅较大，频率较小；60年代中后期到70年代初，振幅有所衰减，频率有所加大；70年代中后期到80年代直至90年代初，频率再次减小，振幅也相对较小；90年代中期，振幅和频率都有增大的趋势。准两年振荡在不同季节主型态中表现有所不同，在冬、夏季表现较强、秋季次之，春季最弱。     

上海气温与太平洋海温的相关关系及年代际差异

利用上海1873—2001年的冬、夏季平均温度和太平洋海温资料，通过计算两者之间的同期和超前相关以及滑动相关系数，讨论了上海冬（夏）季温度与太平洋海温场相关关系的年代际差异。结果发现，上海冬（夏）季温度存在明显的年代际变化的阶段性特征和总体增暖的趋势，而且与太平洋海温场在不同时间尺度和空间区域的相关关系差异显著，这种相关关系的差异可能是造成用统计方法做短期气候预测产生不确定性的主要原因之一，因此应用太平洋海温场进行统计预报的过程中，适当考虑不同时间尺度上的相关差异，将有利于提高预测的准确性和减少统计预测方法中的不确定性。     

近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因

本文利用测站降水观测资料分析过去一百多年中国东部华北、长江流域以及华南夏季降水的年代际变化特征发现,尽管这三个地区的夏季降水具有不同的年代际转折时期,但是均同时在1910年代初期、1920年代初期、1940年代中期、1960年代中期、1970年代末期以及1990年代初期发生了跃变。近一百年间不同年代际时期东部夏季降水的分布型主要以南正北负或者南负北正的偶极型为主,并且无论是偶极型分布还是三极型分布,两个相邻年代际时期中国东部降水分布型发生完全反向变化的概率较高（60%）。此外,夏季的PDO、冬季的AO以及春季的北极海冰也同时在1920年代末期、1940年代中期、1970年代末期以及1990年代中期左右发生了跃变,这几次跃变时期与中国东部三个不同地区夏季降水发生跃变的时期一致,表现出近百年来太平洋年代振荡（PDO）、北极涛动（AO）以及北极海冰这三个因子对中国东部夏季降水年代际变化的协同作用。在年代际时间尺度上,夏季的PDO与华北夏季降水显著负相关。PDO的年代际变化能够在500 hPa位势高度场中激发出太平洋—日本（PJ）型年代际遥相关波列;同时在850 hPa风场中激发出类似于影响华北夏季降水年代际变化的大气环流型,从而影响华北降水的年代际变化。冬半年的AO与长江流域夏季降水存在显著正相关关系。冬季到春季正位相的AO导致亚洲大陆南部处于湿冷状态,土壤湿度的记忆性可将这种状态延续到夏季。因此,夏季海陆热力对比减弱,东亚夏季风发生年代际减弱,相应地长江流域的降水年代际增多。春季北极海冰与华南夏季降水显著负相关,北极海冰的年代际异常能在500 hPa位势高度场中激发出与静止Rossby波异常传播相联系的欧亚—华南年代际遥相关波列,从而影响华南降水的年代际变化。     

江苏气温长期变化趋势及年代际变化空间差异分析

根据江苏省60个气象站1961-2001年的逐月气温资料，研究了江苏气温的长期变化趋势和年代际变化特征的空间差异。结果表明：1）近40a来江苏省年平均气温升高了约1℃，其中冬季3个月（12月一次年2月）升温最明显，夏季7、8月降温明显。各季节和年平均气温年代际变化具有一定的相似性，基本上是20世纪60年代有降低趋势，70年代到80年代前期趋势不明显，80年代后期和90年代气温快速升高，因此，年、春、秋、冬季最高温度出现在90年代。其中夏季气温在90年代后期又有所下降，夏季最高出现在60年代。2）长期变化趋势和年代际变化在空间上也有一定的差异，这种差异主要表现在温度变化幅度上，春、秋、冬和年平均气温在全省都是升高的，其中苏南和江苏北部的徐连地区春、冬季和年平均气温升高最明显，秋季苏南地区升温最明显；夏季大部分地区气温有下降趋势，其中东部沿海和西南部降温最明显，而北部部分地区则有弱的升温趋势。     

四川盆地气温的时空分布变化分析

本文利用正交分解(EOF)方法,对四川盆地气温的时空分布进行研究分析,识别出了盆地气温的主要空间型和时间演变特征。在春夏秋冬不同季节,四川盆地气温场呈一致性的正值,反映四川盆地气温大范围位相一致的变化,表现为全盆地性冷(暖),并且气温场在不同的季节,其分布特征具有较大的相似性和稳定性。从第一特征向量场对应时间系数演变过程来看,冬、夏两季的波动范围较春、秋两季的波动范围小;从第一时间系数年际变化分析,除盆地夏季平均气温没有明显变化外,冬、春、秋季的气温从20世纪90年代后期均持续表现为上升趋势,出现明显的气候变暖突变。冬季与秋季的气温分布及春季与秋季的气温分布具有较为显著的正相关关系。     

四川盆地气温的时空分布变化分析

本文利用正交分解(EOF)方法,对四川盆地气温的时空分布进行研究分析,识别出了盆地气温的主要空间型和时间演变特征.在春夏秋冬不同季节,四川盆地气温场呈一致性的正值,反映四川盆地气温大范围位相一致的变化,表现为全盆地性冷(暖),并且气温场在不同的季节,其分布特征具有较大的相似性和稳定性.从第一特征向量场对应时间系数演变过程来看,冬、夏两季的波动范围较春、秋两季的波动范围小;从第一时间系数年际变化分析,除盆地夏季平均气温没有明显变化外,冬、春、秋季的气温从20世纪90年代后期均持续表现为上升趋势,出现明显的气候变暖突变.冬季与秋季的气温分布及春季与秋季的气温分布具有较为显著的正相关关系.     

Air Temperature Estimation with MODIS Data over the Northern Tibetan Plateau

Time series of MODIS land surface temperature(T_s) and normalized difference vegetation index(NDVI) products,combined with digital elevation model(DEM) and meteorological data from 2001 to 2012,were used to map the spatial distribution of monthly mean air temperature over the Northern Tibetan Plateau(NTP). A time series analysis and a regression analysis of monthly mean land surface temperature(T_s) and air temperature(T_a) were conducted using ordinary linear regression(OLR) and geographical weighted regression(GWR). The analyses showed that GWR,which considers MODIS T_s,NDVI and elevation as independent variables,yielded much better results [R_(Adj)~2 0.79; root-mean-square error(RMSE) =0.51℃–1.12℃] associated with estimating T_a compared to those from OLR(R_(Adj)~2= 0.40-0.78; RMSE = 1.60℃–4.38℃).In addition,some characteristics of the spatial distribution of monthly T_a and the difference between the surface and air temperature(T_d) are as follows. According to the analysis of the 0℃ and 10℃ isothermals,T_a values over the NTP at elevations of 4000–5000 m were greater than 10℃ in the summer(from May to October),and T_a values at an elevation of3200 m dropped below 0℃ in the winter(from November to April). T_a exhibited an increasing trend from northwest to southeast. Except in the southeastern area of the NTP,T d values in other areas were all larger than 0℃ in the winter.     

基于NCEP-GEFS回算资料的我国极端温度变化特征研究

利用美国NCEP全球集合预报系统(GEFS)历史回算资料和中国均一化格点观测数据,分析了我国近30 a来极端温度变化特征,重点考察了该模式预报系统对这一变化特征的刻画性能。通过估算格点观测和模式资料中2 m温度的历史气候百分位,分析了我国冬夏两季极端温度的气候特征以及极端温度日数的气候分布和多年变化趋势。结果表明,我国冬季极端低温和夏季极端高温的空间分布表现出较强区域性特征:东北、华北和青藏高原区域冬季极端低温的百分位阈值对应的温度较低,而华南、西北和长江流域夏季极端高温的阈值温度则较高;近30 a来我国夏季平均温度和极端高温日数几乎都呈现上升趋势,冬季平均温度则在我国大部分区域呈上升趋势、西北和东北部分地区呈下降趋势,相应地冬季极端低温日数在大部分区域呈下降趋势、仅在西北、东北和华南部分地区略有上升。NCEP-GEFS回算资料能较好地再现我国冬夏两季平均气温、冬季极端低温和夏季极端高温日数的气候趋势和年际变化,但在各区域都有不同程度的冷偏差,冬季偏差明显大于夏季,并随着预报时长的增加,冬季冷偏差逐渐增强,而夏季冷偏差则逐渐减弱。因此,本文建议采用基于百分位阈值的相对极端性定义,可自动修正模式分析场和预报场中的系统性偏差。     

1951-2006年南京气温变化特征

利用南京市1951年1月-2007年4月逐日温度观测资料,分析了南京市平均气温、极端气温、冷积温和热积温的变化趋势和特征。结果表明,在全球气候变暖的背景下,56a来南京平均气温明显上升,尤其是春、冬季升温显著,且春季升温大于冬季升温,而年极端最低气温和冷积温显著上升,年极端最高气温和热积温略有下降;冷冬皆分布在20世纪80年代以前,暖冬主要分布在90年代以后;春季提前并略有加长;夏季加长了约4候;秋季延迟并缩短了约2候;冬季缩短了约3候。     

近45年拉萨深层地温变化趋势分析

利用1961—2005年拉萨0.8 m, 1.6 m和3.2 m逐月平均地温, 采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候诊断方法, 分析了近45年拉萨深层平均地温的变化趋势, 以及异常、突变等气候特征。结果表明:近45年拉萨0.8 m和1.6 m年平均地温呈极显著的增温趋势, 倾向率为 (0.58~0.69 ℃)/10a;0.8 m和1.6 m平均地温倾向率春季最大, 秋季最小; 3.2 m平均地温却以夏季升幅最大, 冬季最小; 与同时期平均气温的增温幅度比较, 地温增幅更大; 20世纪60—90年代0.8 m和1.6 m年平均地温呈明显的逐年代升高趋势; 季平均地温20世纪60—70年代均偏低, 80年代大部分季节仍略偏低, 90年代都表现为正距平; 0.8 m, 1.6 m和3.2 m年平均地温均在1999年出现了异常偏暖, 异常偏冷现象仅发生在1.6 m土层上, 时间为1963年; 夏季深层平均地温异常偏暖均发生在1999年; 冬季0.8 m和1.6 m平均地温多异常偏冷年份, 主要发生在20世纪60年代; 1999, 2002—2005年冬季3.2 m平均地温异常偏暖; 夏、秋季和年平均地温的气候突变都出现在1986年, 冬、春季发生在1983年。     

汾渭平原空气质量及气象要素对其日变化和年际变化的影响

汾渭平原因其封闭的地形条件以及煤炭为主的能源结构,大气污染问题一直存在,并于2018年被列入大气污染防控的重点区域。文章利用2015年以来PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂、CO、O₃质量浓度的观测数据和空气质量指数（Air Quality Index,简称AQI）,分析了汾渭平原AQI及大气污染物质量浓度的时空分布特征;使用多元线性回归模型研究了气象条件对冬季PM_2.5和夏季O₃浓度日最大8 h滑动平均值（MDA8_O₃）日变化和年际变化的影响。研究发现,汾渭平原的空气质量在2015～2017年间逐年变差,在2018～2019年有所好转,污染较重的城市为西安、渭南、咸阳、临汾、运城、三门峡、洛阳,集中在汾河平原与渭河平原交界处。汾渭平原的首要大气污染物多为PM_2.5、PM₁₀或O₃,三者占比之和约90%。重污染时期主要集中在天气条件不利及污染物排放量大的冬季供暖期,但夏季O₃浓度的升高趋势使得汾渭平原夏季污染情况越来越严重。影响汾渭平原冬季PM_2.5浓度和夏季MDA8_O₃日变化最主要的气象要素都是2 m高度气温（简称T2M）,相对贡献分别是45.5%、35.3%,都表现为正相关;第二主要的气象要素都是2 m相对湿度（简称RH2M）,相对贡献分别是41.5%（正相关）、25.4%（负相关）。影响汾渭平原冬季PM_2.5浓度年际变化最主要的2个气象要素是T2M和RH2M,其相对贡献分别为43.6%、31.9%,且都呈正相关,2015～2019年汾渭平原冬季气象条件的变化会导致PM_2.5浓度上升,部分削弱了人为减排导致的下降趋势（?8.3 μg m?3 a?1）。影响汾渭平原夏季MDA8_O₃年际变化最主要的2个气象要素是T2M（正相关）和850 hPa风速（WS850,负相关）,其相对贡献分别为71.7%、16.3%。2015～2019年汾渭平原夏季气象条件的变化导致O₃污染呈上升趋势（1.2 μg m?3 a?1）,但O₃污染的总上升趋势（8.7 μg m?3 a?1）中,人为排放变化的贡献更大（7.5 μg m?3 a?1）。本研究表明,汾渭平原大气污染形势严峻,其颗粒物污染问题尚未解决,还面临着新的臭氧污染的挑战,汾渭平原内的11个地级市分属陕西、山西、河南三省管辖,三省交界处又是重污染区域,所以需要三省联合防治防控,协同改善汾渭平原的空气质量。     

1951--2006年南京气温变化特征

利用南京市1951年1月-2007年4月逐日温度观测资料,分析了南京市平均气温、极端气温、冷积温和热积温的变化趋势和特征。结果表明,在全球气候变暖的背景下,56a来南京平均气温明显上升,尤其是春、冬季升温显著,且春季升温大于冬季升温,而年极端最低气温和冷积温显著上升,年极端最高气温和热积温略有下降;冷冬皆分布在20世纪80年代以前,暖冬主要分布在90年代以后;春季提前并略有加长;夏季加长了约4候;秋季延迟并缩短了约2候;冬季缩短了约3候。     

东亚副热带急流的空间结构及其与中国冬季气温的关系

本文利用1950～2012 年NCEP/NCAR 逐月再分析风场资料和中国542 个台站逐日观测资料研究东亚副热带急流(EAJ)的空间结构及其与中国冬季气温的关系。结果表明,东亚副热带急流在空间呈不规则管状结构,冬季急流体积最大,垂直厚度范围自500 hPa 至100 hPa;夏季急流体积最小,仅存在于200 hPa 附近。急流管在秋、冬、春季略呈西南—东北走向,在夏季呈西—东走向。不同高度上的最大风速轴线在南北方向的移动不尽一致,春、秋季低层风速轴比高层偏北。东亚急流管不同区域下方的垂直运动及其年变化存在差异。冬季东亚副热带急流强度与同期中国气温关系密切,特别是高原上空的急流越强时,中国大部分地区冬季气温偏低。     

中国冬夏季气温和降水异常耦合关系的SVD与MEOF分析对比

以揭示中国冬、夏季气温、降水之间的同期耦合时空特征为例,比较了SVD与MEOF分析所得主要正交模的相关关系及均衡性,论证了SVD方法在揭示两个要素场序列互相关关系上的优越性。结果表明:1) SVD的分解对象仅包含反映两种要素场相关关系的信息,而MEOF还包含了两个要素场各自的自相关信息,前者分解对象更纯粹。2) MEOF和SVD揭示的气温和降水空间耦合模态正负异常分布大致相似,但相较SVD所揭示的耦合模态,MEOF分析的冬、夏季气温、降水主要正交模存在不均衡现象,即一个主要MEOF正交模往往侧重描述两种异常要素场中的一种,这种差异在冬季尤为突出。SVD方法揭示了中国冬、夏季同期气温、降水间局域高温少降水或低温多降水是二者主要异常配置,且相关性夏强冬弱。3)比较SVD、MEOF方法同序正交模的相关系数和均衡度发现,SVD多数正交模的相关系数较MEOF的更大、更稳定,且均通过显著性检验,MEOF的冬季部分正交模相关系数未通过显著性检验; SVD主要正交模的均衡性冬季优于MEOF分析、夏季优于(第一模态)或者接近于(第二、三模态) MEOF分析。故SVD方法是揭示两要素之间耦合关系的更好方法。     

中国周边海域海面温度日变化对区域气候的影响

利用区域气候模式,分别以逐时海面温度(sea surface temperature, SST)数据及逐日SST数据作为模式的海表温度进行强迫,开展了1991～2010年共计20年的数值模拟,探讨SST日变化对中国区域气候变化的影响。对比结果表明,两组试验均能合理地再现中国区域气候的主要气候态特征。同时发现,两组试验模拟的气候特征在我国沿海区域以及近海洋面上存在明显差异:考虑SST日变化之后,2 m气温和感热通量差异呈现夏季(冬季)升高(降低)为主的趋势;潜热通量则与之相反;低层风场差异在夏季以海洋吹向大陆的东南风为主,冬季则以陆面吹向海洋的西北风差异为主;另外,水汽输送差异呈气旋式(反气旋式)时,降水出现正差异(负差异)。SST日变化对上述气候因子的影响在夏季更为显著。