东北地区夏季干旱的年际—年代际变化特征

利用国家气候中心提供的1951—2012年160个标准站的逐月降水和温度资料,计算了表征东北地区干旱的SPEI指数,并对该指数进行EMSD分解,研究了东北地区干旱的年际—年代际变化特征。结果表明,东北地区夏季干旱年际—年代际变化特征明显,年际变化中具有显著的准2 a、准5 a和准7 a振荡周期;年代际变化中则具有显著的准17 a和22 a振荡周期。进一步分析发现,1975—1984年和1994—2008年为相对干旱阶段,其中1994—2008年旱情比较严重,1953—1975年、1984—1994年以及2009—2012年为相对湿润阶段。Mann-Kendal检验结果表明,东北地区夏季旱涝突变发生在1975年和1994年。     

季风指数及其年际变化II·南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度。指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关。绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变。季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度。最后分析指出,南海850 hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化。     

季风指数及其年际变化Ⅱ.南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度.指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关.绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变.季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度.最后分析指出,南海850hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化.     

西北地区东部降水量年际和年代际变化的若干特征

在西北地区东部,降水量具有清楚的年代际变化;90年代以来,干旱区域的面积扩大,强度加强,并向东南方向推移,显示出干旱化的趋向.     

北半球冬半年遥相关型强度指数的年际变化特征及其与厄尔尼诺的遥响应

计算了1951—1990年冬半年逐月以及冬季的PNA、WA、WP、EA、EU型的遥相关强度指数。在此基础上,研究了它们的气候变化特征以及这5个遥相关型强度指数与厄尔尼诺的关系。指出,厄尔尼诺发展的盛期(冬季),以北半球西太平洋型(WP)明显偏弱为主要特征,其次才是太平洋北美型(PNA)偏强。1991年发生的一次厄尔尼诺,在盛期是弱PNA型,弱WP型。此外,还研究了遥相关强度指数用于天气预报的问题。     

厄尔尼诺事件年际变化与我国华北夏季干旱的关系

厄尔尼诺(El Niño)事件对全球气候尤其区域旱涝有重大影响,是开展气候预测的重要信号来源。为认识厄尔尼诺对华北夏季旱涝的影响规律和改进预测技术,基于1961—2022年2400多测站月降水量、NOAA重构的月海表温度数据和NCEP/NCAR再分析环流数据等,采用季节演变经验正交函数分解(SEOF)、环流异常回归重构、环流合成分析等方法,综合分析厄尔尼诺事件年际变化与华北夏季旱涝的关系及其影响机制。结果表明:(1)华北夏季降水与当年夏季El Niño状态呈显著负相关,即当年春季El Niño开始出现,夏季发展且强度较强,则华北夏季降水显著偏少,易发生干旱。进一步分析发现,海表温度从上年春、夏、秋、冬La Niña型转为当年春、夏、秋、冬El Niño型时,华北地区夏季降水显著偏少,易发生干旱。(2)El Niño主要通过调节高、低空环流影响华北夏季降水,其诱发的当年夏季200、500、850 hPa环流型与华北夏季干旱年环流型一致。(3)当200 hPa华北地区及北侧西风急流偏弱时,由高空扰动造成的上升运动会明显偏弱;500 hPa西太平洋副热带高压位置偏南,华北处于“东低西高”环流型控制下,低槽系统东移速度快,不利于华北维持长时间降水过程;850 hPa热带印度夏季风、东亚副热带夏季风偏弱,华北缺乏有效的水汽输送。这种高、低空环流配置会造成华北夏季降水偏少,易发生干旱。     

中国西北东部近50 a降水异常分布及变化特征

基于主成分分析和旋转主成分分析方法,应用陕、甘、宁、青4省（区）170个测站的降水量观测资料,分析了西北东部1961-2010年降水量区域分布、地域相关和年际变化特征。结果表明：西北地区东部降水异常在空间上主要表现为较高的整体一致性,其次表现为东西相反和南北相反的变化趋势。西北地区东部降水异常存在4个基本相关的区域：陇东南和陕西中南部区、陇中宁夏和陕北区、青海高原区和河西走廊区。近50 a来,陇中宁夏和陕北区、河西走廊区各年代降水呈反位相变化;陇东南和陕西中南部区、青海高原区1961年以来的前40 a各年代变化趋势一致,本世纪初的10 a变化相反。河西走廊区、青海高原区则向湿转变,陇中宁夏和陕北区、陇东南和陕西中南部区干旱程度更为明显。     

东亚季风指数及其与大尺度热力环流年际变化关系

将东西向海平面气压差与低纬度高、低层纬向风切变相结合 ,定义了东亚季风指数 ,该季风指数较好地反映了东亚冬、夏季风变化。其中 ,夏季风指数年际异常对西太平洋副热带高压南北位置变化和长江中下游旱涝具有较强的反映能力。分析表明 :东亚夏季风年际变化与印度洋 -西太平洋上空反 Walker环流及夏季越赤道南北半球间的季风环流呈显著正相关关系。在强、弱异常东亚夏季风年份 ,异常的 Walker环流在西太平洋上的辐合 (辐散 )中心在垂直方向不重合 ,高层 ( 2 0 0 h Pa)速度势与东亚夏季风显著相关区域位于西北太平洋上 ,该异常环流的高层的辐合 (辐散 )通过改变低层空气质量而影响夏季 50 0 h Pa西北太平洋副热带高压。采用 SVD分析进一步发现 :与海温耦合的异常 Walker环流在西太平洋上空的上升支表现出南北半球关于赤道非对称结构 ,亚澳季风区受该异常 Walker环流控制。因而 ,东亚季风与热带海气相互作用可直接通过这种纬向非对称的 Walker环流发生联系。     

东亚冬季风指数的定义及其年际年代际异常

利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。     

北半球春季大气臭氧年际变化特征及其对大气温度和环流场的影响

北半球春季中高纬地区大气臭氧总量具有明显的年际变化，正（负）异常时，与其相应对的流层平均温度、位势高度场均为负（正）异常，平流层异常情况相反，北大西洋地区大气臭氧年际异常与其他地区正好相反，这是区别大气臭氧与其他温室气体影响的重要标志。     

冬春季东亚气溶胶流出通量年际变率的相关环流异常分析

本文使用戈达德对地观测系统（Goddard Earth Observing System,GEOS）全球三维大气化学传输模式GEOS-Chem模拟了气象场驱动下1986~2006年冬春季东亚到太平洋区域气溶胶的流出通量,分析了流出通量的年际变率及其相关的环流异常。结果表明,偏多（少）的东亚气溶胶流出对应东北亚-西太平洋区域（Northeast Asia-western Pacific,NAWP）500 hPa定常波负值中心强度变强（弱）。NAWP区域500 hPa位势高度场负（正）异常还可能造成气溶胶流出路径的变化,即更多（少）的气溶胶相对于气候态偏北5~10个纬度的路径向太平洋区域传输。这种位势高度场上的异常伴随着对流层中低层西风和大气斜压性异常,从而引起东亚到太平洋区域气溶胶流出通量及其路径的年际变化。     

华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。     

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数 （EOF,empirical orthogonal function）分解和依赖于季节的EOF（SEOF,season-reliant EOF）分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖（冷）或北冷（暖）南暖（冷）的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态（SEOF1）为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖（冷）时后冬亦全国一致偏暖（冷）,该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态（SEOF2）表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷（暖）而后冬全国一致偏暖（冷）,该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。     

中国西部冬季降水年际与年代际变化的水汽输送差异

中国西部地区是著名的气候脆弱区,降水的多寡对其影响十分巨大。尤其是在全球变暖的背景下,西部地区的增暖、增湿异常显著,随之而来的西部地区气候变化也越来越受到关注。本研究主要分析了中国西部地区冬季降水的时空变化特征,结果表明:该地区冬季降水的最主要模态具有全区一致变化的特点,并且在20世纪80年代中期出现了一次显著的年代际突变,突变之后中国西部地区冬季降水明显增多。大气环流和水汽输送的分析结果显示,引起西部地区冬季降水年际和年代际变化的因子有着明显的差异。其中西风带水汽输送是影响西部地区冬季降水年代际变化的主要原因;而影响西部地区冬季降水年际变化的水汽则主要来自于阿拉伯海西南向的水汽输送;而且在不同年代际背景下,影响中国西部地区冬季降水的主要水汽输送通道是一致的。这些说明西部降水的预测必须要分不同时间尺度进行研究,短期气候预测需要综合考虑年际变化、年代际变化以及气候长期变化背景才会更为合理和可行。另外,西部降水年际变化因子在不同年代际背景下的稳定性,为建立该地区持续稳定的年际预测模型奠定了科学基础。     

Interannual heat content variability in the South China Sea and its response to ENSO

The interannual variability of upper ocean heat content (OHC) in the South China Sea (SCS) for the period of 1987–2006 and its response to ENSO events are investigated. It is found that the variability has a good correspondence with ENSO events, but with opposite phase. Negative OHC anomalies appear during ENSO warm phases, while positive OHC anomalies occur during ENSO cool phases. In addition, negative (positive) OHC anomalies propagate westward obviously during ENSO warm (cool) phases in the northern SCS. In contrast, OHC anomalies in the southern SCS do not exhibit distinct westward propagation during ENSO events. To explore why the OHC anomalies cannot propagate westward in the southern SCS, the interannual variability of oceanic and atmospheric anomaly fields including wind stress curl (WSC), horizontal wind stress, latent heat flux (LHF) and sea level pressure (SLP) is investigated. The results show that after a mature phase of ENSO warm (cool) event, negative (positive) OHC anomalies first appear in the northern SCS, which comes from the western Pacific through Luzon Strait. Then cyclonic (anticyclonic) wind stress anomalies occur in the northern SCS, which leads to positive (negative) WSC anomalies. Meanwhile, positive (negative) LHF anomalies which correspond to oceanic heat loss (gain) occur in this region. The effects of WSC and LHF, combined with the westward propagating negative (positive) OHC anomalies from the western Pacific, may contribute to rapid growth and propagation of the OHC anomalies in the northern SCS. On the contrary, the negative (positive) WSC and LHF anomalies associated with positive (negative) SLP in the southern SCS seem to be the important processes responsible for the weakening and non-propagation of the OHC anomalies in the southern SCS after a mature phase of ENSO warm (cool) event.     

中国东部夏季风北界年际变化的东西差异及其影响因子

采用1958～2016年JRA-55（Japanese 55-year Reanalysis）月平均再分析资料,利用夏季平均的可降水量定义了东亚夏季风北界,通过谐波分解、回归分析、合成分析、波活动通量等分析方法,研究了东亚夏季风北界位置的年际变化特征和东西差异。根据各经度上夏季风活动北界位置年际变化的一致性可划分为华北区域（107.5°～115°E）和东北区域（122.5°～130°E）两个区域,两个区域夏季风北界位置的年际变化具有明显差别。两个区域的夏季风北界位置的异常偏北都与东侧的异常反气旋式水汽环流密切相关,与华北区域北界位置密切联系的异常反气旋式水汽环流位于黄海附近,与东北区域北界位置相关的异常反气旋式水汽环流则位于日本海北部。两个区域分别位于反气旋式环流西侧,受偏南风水汽输送影响,区域水汽输送以及辐合增强。影响华北区域的反气旋式异常与中高纬度波列的传播有关;影响东北区域夏季风北界位置偏南年与偏北年的反气旋式环流的可能成因存在非对称性,偏南年对应西北太平洋低纬度正异常高度场以及中纬度负异常高度场,可能受东亚—太平洋遥相关波列的影响;偏北年则对应着东北亚的正异常高度场,可能与局地增温有关。     

我国夏季气温、降水场的时空特征分析

本文用主分量及转动主分量分析方法对我国夏季气温及降水量场(1951—1985年期间)的时空特征进行了研究。从所提取的空间模式中发现气温的解释方差较降水的大,且具有较好的均匀性;从对应的时间分量分析发现气温与降水均具有2—3年的主要变化周期,与东亚大气环流的关系分析中以气温表现较为密切。 对气温和降水场时空特征的稳定性分析表明,无论在持续性、周期性及与东亚大气环流的关系上,进入70年代后均有较明显的变化。比较表明气温场的稳定性较降水为好。 气温场与降水场相互关系分析发现它们有显著的反相关,表现显著的地区为长江中下游、华南及华北等。     

婺源县空气负离子分布规律初步分析

在婺源大鄣山卧龙谷景区、鸳鸯湖景区、月亮湾景区、城区和部分村庄选取7个能够代表当地生态环境特征的监测点,进行为期2 d的负离子浓度、温度、风向、风速、空气相对湿度和气压流动监测,并与南昌城区负离子浓度观测资料进行对比,初步分析了负离子分布规律,以及负离子与首要污染物(PM10)的关系.分析结果认为,负离子浓度与植被覆盖率、海拔高度呈正相关,与首要污染物浓度呈负相关;风景区的负离子浓度高于城区:植被状况与瀑布对负离子的空间分布影响最大.     

夏季菲律宾低空越赤道气流与南半球大气环流的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料,定义了1950-2009年菲律宾越赤道气流强度指数,并研究其与南半球大气环流的关系。结果表明,菲律宾越赤道气流受南半球低层极地高压、绕极低压带和中纬度副热带高压,以及高层巨大的绕极低压影响;南半球环流对菲律宾越赤道气流的影响主要是通过南极涛动的调整,对澳大利亚高压产生影响来发挥作用,从南极涛动发生调整到对越赤道气流及北半球环流产生影响,有约4a的时滞;澳大利亚高压强度和位置的变化对菲律宾越越赤道气流有重要影响,关键区位于澳大利亚高压西北方向的洋面上。