亚洲西风急流纬向非均匀性变化成因及其对东亚夏季气候的影响

利用美国NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）的CMAP（Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation）月平均降水资料、NCEP/DOE（National Centers for Environmental Prediction/Design of Experiments）II的月平均再分析资料和中国气象局国家信息中心提供的中国160站逐月降水和平均气温资料,通过定义一个亚洲急流纬向非均匀性指数（I_Aja）,分析了1979～2019年夏季亚洲西风急流纬向非均匀性的年际变化特征,揭示了夏季亚洲急流纬向非均匀性变化异常的成因及其对东亚夏季降水和气温的影响。结果表明:夏季亚洲西风急流纬向非均匀性具有显著的年际变化特征,并存在6～8年和2年左右的振荡周期。当急流纬向非均匀性典型偏强（弱）年,东亚东部地区从低纬到高纬,降水异常主要呈现出偏多—偏少—偏多（偏少—偏多—偏少）的经向分布;气温则在中国西部地区和日本北部偏高（低）,贝加尔湖地区偏低（高）。引起夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的可能原因如下:由大气非绝热加热异常而引起的热带和中纬度地区辐合/辐散运动造成的涡度源强迫,和来自西风带中波扰动能量的注入,两者共同作用形成并维持了与急流纬向非均匀性强弱变化相联系的异常环流,从而使亚洲急流东、西段强度差异增强（减弱）,进而有利于急流纬向非均匀性异常偏强（偏弱）。而上述西风带中波扰动能量的东传可能与北大西洋海表面温度异常有关。这对于深刻理解夏季亚洲急流纬向非均匀性异常的形成机理提供了有用的线索。     

月平均位势高度场异常持续性初步分析

使用NCEP/NCAR的500hPa月平均位势高度场球函数展开系统资料，分析了北、南半球1、7月具有较大年际异常方差贡献的5种低阶球函数（全波数n=0-4)分量振幅异常的持续性，以及它们与热带太平洋海表温度年际异常的关系。结果表明：振幅异常的持续性随n增大迅速减小，明显的持续性只存在于少数低n值超长波分量；均匀球函数分量振幅异常的持续性显著，且存在季节、半球际差异；北、南半球均匀球函数分量（n=0)振幅异常呈准同步变化，它们与热带太平洋SSTA在ENSO尺度上准同步；南半球n=2的带型球函数分量振幅异常也具有较强的持续性，且其变化与热带太平洋SSTA在年代际尺度上准同步。     

一种站网均匀化方案在中国夏季降水异常分析中的应用

文章利用站网均匀化方案对中国1951—2012年160站夏季(6—8月)总降水量距平场序列作了订正,并对订正前后数据的EOF分析结果进行对比。结果表明:(1)订正后的典型场突出了青藏高原区域的高值区,并使中国东部的高值区集中于华南地区,这与均方差场的异常集中区域一致;订正前资料的主要特征向量的高值区主要集中于中国东部,并未凸显异常区域。(2)订正后资料的时间系数中,线性相关不明显,线性趋势减弱,但1、3模态的年代际分量的方差贡献增大,使年代际变化中有价值信息更加集中于主要模态;其中,第3模态的时间系数突出了华南地区的夏季降水年代际变化。(3)订正后发现,夏季降水的年代际变化中的典型场与年代际均方差的分布异常信息集中区域一致。上述结果说明,站网均匀化订正改进了中国夏季总降水量异常的EOF分析。     

1961—2014年江苏省降水集中度的非均匀性特征

基于江苏省66个站点逐日降水观测资料,利用降水集中度指数PCD和Q,分析了1961—2014年江苏省降水集中度的非均匀性特征。结果表明：1） 江苏省降水集中度指数PCD和Q的历年平均值分别为0416和0353,PCD年际变化较大,多年呈减小的趋势,而Q的年际变化较小,呈增大趋势,但PCD和Q的多年变化趋势均较小。2） 全省从北部到南部降水集中程度逐渐减小,即江苏省北部地区降水比南部地区集中,但前者的降水集中时段较后者略晚。3） 多水年的降水集中度指数PCD比少水年大,即多水年降水比少水年更集中,而Q值在多水年和少水年差别不大,甚至少水年降水更集中。4） 降水集中度指数PCD和Q在多水年和少水年的空间分布均呈现“北高南低”特征,无论多水年还是少水年,江苏省北部地区降水均比南部更为集中。     

降水量水平空间分布非均匀性的普适分布律探讨

以中国区域逐月降水资料(272个测站)为基础探讨降水量场的水平空间概率分布模式的普适性。结果表明，描述中国区域月降水量水平空间分布非均匀性的普适分布律以г分布的PDF(Probability Density Function)最适宜；讨论了其分布参数的季节和年际变化及其气候意义，并用分区拟合结果验证了该分布型的普适性。     

长三角城市群非均匀性对区域热岛效应影响的数值模拟

使用中尺度数值模式WRF3.9/Noah/UCM,对长三角地区无明显天气过程的2013年8月11至17日一周进行数值模拟,采用2013年500 m分辨率的MODIS数据更新土地覆盖资料,依据城镇比例将城市下垫面进一步分类为高中低3种类型,以此研究长三角城市群非均匀性对区域热岛效应的影响。结果表明:长三角城市群近地面气象要素场对城市下垫面的非均匀性比较敏感,平均热岛强度、干岛强度和风速衰减相较于不考虑城市非均匀性分别减小了16.41%、20.04%和6.25%;受背景风场影响,白天城市群的热岛强度弱于夜晚,均有向下游扩展现象,且内陆城市的热岛强度和干岛强度较沿岸区域更强;相比于均匀城市下垫面试验,考虑非均匀城市影响后,整体热岛强度和干岛强度减弱;白天垂直热岛环流结构明显,整体可以伸展至2 km高度,在东南风背景下,热岛上游高密度城市的热岛环流会抑制下游热岛环流发展,考虑城市非均匀性后,上游效应更显著;热岛强度受非均匀性影响在傍晚和夜间最高减弱可达0.2℃,且进入较强热岛的时间会推迟,维持时间也将缩短。因此,忽略城市下垫面的非均匀性,可能会高估区域热岛效应。     

半球月平均位势高度场的若干环流指数及其变化特征

给出了表征半球月平均位势高度场性质的若干环流指数：气候场强度Ic、气候异常场平均强度Ia、气候场不稳定度Ius。用NCEP／NCAR40a再分析月平均位势高度场资料作了计算和分析，结果表明，这些环流指数存在清晰的时空结构和北、南半球差异，它们概括地给出了地球大气位势高度场气候及其异常的基本特点。     

全球大气位势高度场气候变率的球函数分析

为了研究全球大气位势高度场的气候变率, 利用NCEP/NCAR再分析资料, 按照距平高度场平均强度指数 (I_a) 分析发现, 半球距平高度场强度呈年单周振荡, 冬大夏小, 冬季随高度单调增大, 夏季有弱高、低值中心出现, 而北、南半球的差异明显表现在季节变化上; 进一步根据半球大气位势高度距平场球函数谱低维、低阶的基本特征, 将半球环流异常分为半球均匀异常 ( H ′₀₀)、纬向均匀异常 ( H ′₀)、超长波尺度异常 ( H ′_ul) 和长波尺度异常 ( H ′_l) 4种类型, 用波数域0≤m, k≤6上的球函数系数资料求得它们的方差贡献, 给出了4类异常的方差贡献随高度、季节变化的规律以及它们的半球际差异。由此得到异常环流球函数谱结构的总体特征为:对流、平流层之间存在明显变化。从对流层进入平流层, 一般由超长波异常为主转为纬向均匀异常为主 (冬半球) 或半球均匀为主 (夏半球); 半球均匀异常在对流层中不重要, 长波尺度异常在平流层中不重要, 它们拟合异常方差一般均小于10%; 北、南半球最大差异表现在冬季平流层R′₀₀和冬、夏季对流层R′₀南半球大于北半球, 冬、夏季对流层R′_l北半球大于南半球。     

站网均匀化订正前后中国气温年际异常场相似性分析

基于王盘兴等(2011)提出的站网均匀化订正方案,给出一种新的相似系数计算方法,依据两种选择相似个例的方案,研究了中国160站1951—2010年四季气温异常型的年际异常相似特征。结果表明:1)依据方案一,如果一对个例年的气温异常场在东部地区比较相似、西部地区不太相似,则订正前全国整体的相似系数较大、订正后整体的相似系数明显减小;反之,东部地区不太相似、西部地区比较相似,那么订正前全国整体的相似系数较小、订正后整体的相似系数增大。2)依据方案二,如果一对个例年订正前气温异常场相似系数非常大,则该对个例年在东部地区形势非常相似,站网均匀化订正后气温异常场的相似系数明显减小。如果一对个例年订正后气温异常场相似系数非常大,则这对个例年在西部地区的分布形势非常相似。方案一、二均可以说明,站网均匀化订正使东部地区的台站在全国平均中的权重减小、西部地区的台站在全国平均中的权重增加,从而可以更客观地反映气温异常型的年际相似程度。     

下垫面非均匀性的模拟

用美国大气科学中心ＧＥＮＥＳＩＳ模式中的陆面过程方案,我们在一个全球大气模式网格尺度范围内,研究了来自非均匀下垫面的水汽,能量等通量。基于３种不同的模拟下垫面非均匀性的方法,即马赛克法、混合法以及显式次网格法,我们设计了４种不同的试验。模拟结果表明,３种方法计算出的结果有很大的不同：地面吸收的太阳辐射差异达４％;感热通量达１２％;潜热通量达６６％;土壤水分可达３０％。这一结果说明有必要用实测数据来检验不同的模拟下垫面非均匀性的方法以及用区域气候模式来模拟下垫面的非均匀性。     

黑龙江省延迟型低温冷害气候指标研究

针对影响黑龙江省农业生产的延迟型低温冷害,探讨前人提出的东北地区低温冷害气候指标在黑龙江省的适用性,借鉴前人经验,考虑玉米和水稻种植面积不断北扩等因素,确定黑龙江省延迟型性低温冷害气候指标的技术路线、判识临界值和计算方案。利用1961-2012年黑龙江省27个气象台站5-9月平均气温,以热量指数距平冷害判识指标为参照,考虑低温冷害指标与纬度、经度和海拔高度的密切关系,采用逐步回归法建立黑龙江省延迟型低温冷害气候指标;经过验证,表明该指标判识的低温冷害年与黑龙江省低温冷害的实际和发生规律相符,可作为监测指标;该指标所需数据量小,计算简便,具有实用性和推广价值;可采用该指标对黑龙江省低温冷害的历史发生规律进行分析。     

北半球绕极涡的变异及其与我国气候异常的关系

本文利用近50 a大气再分析资料和中国站点观测资料,通过定义绕极涡的总体面积指数,分析了北半球绕极涡的变异特征及其与我国气候异常的关系,通过考虑绕极涡的局地变异和利用SVD分析方法揭示了绕极涡的局地变异与我国气候变异的关系。结果表明:北半球绕极涡的总体面积变异表现为一致性的扩张或收缩变化特征,近50 a来其总体面积具有收缩的趋势,这与全球增暖尤其是极区增暖有密切关系;叠加在这种趋势之上的既有年际变化又有年代际变化,主要周期大约是3~5 a和8~12 a。因此,研究绕极涡与我国气候的相关时分时间尺度来考虑更合理。北半球绕极涡的总体面积变异与我国气候异常的关系主要体现在年代际时间尺度上,当北半球绕极涡总体一致性收缩时,冬季我国大部分地区的气温都会随之变高,而降水偏多;夏季东北、华北、西南和华南地区气温偏高,降水偏少,而江淮流域气温偏低,降水偏多。反之亦然。北半球绕极涡的局地变异主要体现在西风带长波振幅的变异上,而其与我国气候异常的联系主要表现在年际时间尺度上,当东亚大槽减弱时,冬季我国中、东部大部分地区气温偏高,降水偏多;夏季江淮流域和四川盆地气温偏低,其它地区气温偏高,降水变化不明显。反之亦然。     

三种干旱指数在山西省干旱分析中的比较

利用1957-2003年山西省30个测站逐月、逐年降水量、平均气温资料、降水距平百分率、帕尔默指数和Z指数等三种干旱指数的计算方法和判定标准,分别在山西省北部、中部、南部和全省的旱涝状况进行判定的基础上,对三种干旱指数的判定结果进行了比较和相关分析。结果表明：（1）从旱涝年发生频次来看,降水距平百分率判别干旱的趋势可信...     

北半球4月份500hPa月平均场遥相关型及其与我国降水异常的关系

用一点相关法计算了春季４月份北半球５００ｈＰａ遥相关型，得出４月存在５个遥相关型。它们的中心位置与冬季相比已有了较大的改变。计算了１９５１￣１９９０年各遥相关型的逐年强度指数。研究了它们的年际变化，指出４月的西太平洋型（ＷＰ）、欧亚型（ＥＵ）的强、弱是我国４月份大范围旱涝的主要原因。     

江苏冬夏季人体舒适度指数异常的背景场研究

利用江苏地区37个气象观测站1980—2009年逐日资料,及同时段美国NCEP/NCAR再分析资料以及北太平洋海温资料,通过合成和遥相关法,研究了当江苏冬、夏季人体舒适度指数（CIHB）出现异常偏高和偏低时,大气环流与北太平洋海温场的基本特征。结果表明：（1）CIHB偏高年较偏低年,冬季,东亚大槽偏浅,冬季风明显偏弱,尤其是北风分量偏弱最为明显,江苏上空下沉气流偏弱,均不利于冷空气东移南压以及向下入侵;夏季,副热带高压偏西、偏强,南亚高压偏东、偏北、偏强,夏季风明显偏强,尤其是南风分量偏强显著,导致往北的暖湿气流强盛,垂直运动总体偏弱,不利于夏季对流活动的发生。（2）冬季,CIHB偏高年中西太平洋的海温高于偏低年,尤其是在我国东部近海的黑潮区,偏暖幅度最为明显,无论是超前相关还是同期相关,西太平洋海温与冬季CIHB都是以正相关为主,其中暖池区的正相关最为显著。     

我国冬季极端低温指数的年代际变化特征

前人在研究极端气温时,大多关注其长期变化趋势,而对其年代际变化的研究较少。本文利用1961～2016年全国839个台站的逐日最高气温、最低气温和日平均气温资料,重点分析了我国冬季极端低温指数的年代际变化特征。本文采用谐波分解提取了每个台站冬季极端低温指数前四波分量,将其作为年代际变化分量,并将其累计方差贡献大于25%的台站认为发生了明显的年代际变化的台站。结果表明:呈明显年代际变化的台站主要位于长江以北地区、新疆北部以及青藏高原东部地区。其中,长江以北地区及新疆北部地区的年代际变化在1979年后较为一致,据此可将1979年之后的时段大致划分为前冷期（1979～1986年）、暖期（1987～2007年）和后冷期（2008～2016年）三个时期。上述两个地区的冬季极端低温指数的年代际变化与东大西洋/西俄罗斯遥相关型联系在一起,该遥相关型的年代际变化对应着乌拉尔山阻塞型环流频次和东亚大槽强度的年代际变化。     

东亚夏季风对山西省夏季降水的影响

利用NCEP1948～2007年逐日再分析资料、中国600站1960～2007年逐月降水资料和山西省1960～2007年65个测站的逐月、逐日降水资料,确立了850hPa112.5°E上候平均的假相当位温(θse)为340K和候平均的经向风为南风且南风风速≥2.5m·s-1等值线同时通过35°N的日期,将其作为山西省夏季风建立的时间,以θse≥340K的持续候数与平均持续候数相比的标准化值构造为东亚夏季风对山西省影响的强度指数I,可以较好地表征东亚季风区夏季风的强度和降水的空间分布,也可以较好地反映山西省夏季降水的强度和空间分布。该季风指数的年代际变化特征和线性趋势表明,自20世纪70年代以来东亚夏季风对山西省的影响有明显减弱的趋势,并且在1967年季风指数突变性地由强变弱。对山西省夏季风的建立和撤退时间的分析表明,近60年来东亚夏季风对山西省的影响时间越来越短。最后,分析了强弱夏季风指数年大气环流场的异常特征。     

关于ENSO事件监测指数的改进方案

为了改进气象行业标准(国标)推荐的厄尔尼诺/拉尼娜事件监测指数所涉及的异常数据带有趋势、间隔10年的修订所可能引入的额外周期、指数一致性及气候标准值变动所引起的事件属性、强弱的变化等系列问题,本文基于一个可以消除一阶趋势并舍弃气候标准值的异常计算方法用以构建相关指数.结果表明,该方案所计算的指数与原指数具有较好的一致性...     

中高纬环流因子与黑龙江省初夏气候异常分析

利用1954-2010年地面气温、降水观测资料和月环流特征量、NCEP高度场再分析资料等,采用常规气候统计方法,分析了黑龙江省初夏6月气温、降水的气候特点,通过初夏6月气温、降水与北半球500 hPa高度场相关分析,建立起与中高纬度环流因子关系。结果表明：黑龙江省初夏气候异常与中高纬度环流异常有关,影响初夏气候异常的中高纬度环流因子主要有亚洲纬向环流指数,阿留申低压指数,亚洲区极涡面积指数,鄂霍次克海的阻塞高压指数等。在此基础上分析大气及中高纬度环流因子的背景,考虑外强迫因子海温的间接作用,掌握中高纬度环流因子的变化,是准确预测黑龙江省初夏气候的关键前提所在。     

冬季西伯利亚高压变化特征及其与中国气温的关系

客观地定义了表征西伯利亚高压位置和强度变化的4个指数,系统地分析了西伯利亚高压变化特征,并讨论了西伯利亚高压对我国冬季气温异常的影响。结果表明:西伯利亚高压具有明显的年际变化和年代际变化。在年代际尺度上,西伯利亚高压表现出随着时间变化先减弱、缩小,后增强、加大的趋势,位置变化趋势是先西撤、后东进,1999年后又西撤。其面积、强度和中心纬度异常与我国冬季气温关系密切,而经度异常变化对我国冬季气温异常变化影响不大。当冬季西伯利亚高压面积、强度异常大的时候,我国冬季气温异常主要表现为西南地区温度偏高,其它地区尤其是东北南部、新疆北部和华南部分地区温度偏低。