南极对流层-平流层下部气候变化特征及其原因

利用南极16站30余年地面至30hPa10层月平均气温距平序列资料,采用最大熵功率谱方法,研究了南极对流层至平流层下部气候变化的长期趋势和周期性特征,并讨论了平流层(对流层)气候变化与南极臭氧总量(南半球500hPa环流)变化之间的联系。指出:南极气温具有明显的长期趋势和周期性变化;平流层下部显着变冷、对流层增暖,变化最大层高度在100、700hPa,最大降冷速率远大于增暖速率,气层稳定度趋于减弱;30、50hPa气温具有准两年周期,100hPa上下具有显着的年周期,对流层是以3.5年甚低频周期为主;对流层顶气温无显着趋势变化和周期性变化;南极最大臭氧层高度显着变冷与近15年来臭氧层损耗有关。南半球对流层中部极涡及绕极气流减弱是南极对流层气候变暖的直接原因。     

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点, 间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子, 也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标, 减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明: 70%作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率, 选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明: 1958-2005年, 平流层下层和对流层上层降温, 对流层中、低层升温; 高空温度变化趋势与研究时段明显相关, 1958-1978年我国高空大气整层均为降温; 1979—2005年, 对流层中低层升温最为明显, 增暖的幅度随高度增加而减小, 400 hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代, 升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。     

1961—2017年中国华东区域高空温度变化特征

利用中国华东六省一市13个探空站1961—2017年高空温度数据,对850 hPa、500 hPa、200 hPa高空温度的时间变化特征和空间变化特征进行分析,结果表明:1961—2017年中国华东区域对流层中下层增温趋势明显,向上增温趋势减弱,对流层顶增温趋势有所增强.850 hPa、500 hPa温度的年代际变化均...     

近60年中国探空观测气温变化趋势及不确定性研究

基于118站探空资料研究了近60年中国850—100 hPa气温变化趋势及季节和区域特征,并通过与1979—2017年卫星微波气温的对比研究了中国探空气温均一化的不确定性。研究表明,1958—2017年中国平均对流层气温呈上升趋势,300 hPa升温最为显著,平流层下层（100 hPa）为降温趋势。冬季对流层上层升温趋势和夏季平流层下层降温趋势较强。1979—2017年较整个时段对流层升温趋势较强,平流层下层降温趋势较弱。青藏高原和西北地区对流层上层升温趋势较强。通过与卫星微波气温和邻近探空站探空气温的对比以及均一化前后日夜气温差值检测出中国探空均一化气温仍残存非均一性问题。由于参照序列的局限性,均一化未能完全去除21世纪最初10年中国探空系统变化造成的对流层中、上层至平流层下层气温系统性下降的影响,导致中国对流层上层升温趋势被低估和平流层下层降温趋势被高估。未来可通过参考卫星微波气温和邻近探空站序列调整非均一性订正顺序并增加合理性检验等方法改进中国探空气温均一化方案。      

呼和浩特高空气温的统计特征

文章基于呼和浩特市1957—2012年自地面至高空20hPa的气温资料,统计分析了高空气温的季节变化、垂直分布、高空各层温度与地面温度变化的相关关系、长期变化趋势。结果表明:以150hPa层为界,其上部和下部的温度变化有着不同的特征,如在该层以下各层上的温度年较差为正值,而其上则为负值;近56a来,对流层下层温度显著增加,对流层上层和平流层的温度在降低,对流层温度直减率加大。     

探空资料中的人为误差对中国温度长期变化趋势的影响

利用1958～2005年探空温度序列, 通过质量控制、均一化处理和序列缺测率分析, 探讨了探空资料中人为误差对中国高空气温变化趋势的影响。中国探空温度序列存在明显的间断点, 72%的序列包含2～4个间断点。相应的订正总体上降低了1958年以来平流层低层降温和对流层升温趋势, 如700 hPa和100 hPa平均趋势值分别降低0.12 K/10 a和0.04 K/10 a。缺测率是气温区域平均趋势估算的重要参数, 30%作为最大缺测率是中国探空温度序列适宜的取样标准。提高取样标准 (台站数减少) 使1958～2005年间对流层上层和平流层下层的降温趋势减弱。中国高空气温变化趋势与全球或北半球大体一致, 但也有不同特点: 500 hPa以下大气趋于升温, 以上则趋于降温, 最大降温趋势位于对流上部的300 hPa, 而且各气候区间区域差异性十分明显。     

近40年中国高空温度变化的初步分析

为了了解高空气温的长期变化趋势,利用中国28个高空探空站1961—2000年间地面至高空10hPa的温度资料进行了统计分析,结果表明:从地面到高空200hPa最冷在1月,最热在7月;但是在最冷的100hPa层以上,其气温年变化位相相反,即1月最热,8月最冷;50hPa层以上温度的年变化不大。近40余年来,年平均气温变化趋势自地面至700hPa,绝大部分地区温度上升,尤其是地面增温最为显著,而西南地区有降温趋势;对流层上层至50hPa的平流层的温度在降低,尤其是50hPa降温最为显著。北半球的较强火山喷发对中国32°N以南的低纬与32°N以北的中高纬地区高空温度的影响不同。火山喷发后,低纬地区平流层第1~26个月温度均有不同程度增温,其中在第7~8个月增温最明显;在对流层以下,第6~11个月、第16~27个月出现2次明显降温时段,第1次降温最明显。中高纬地区平流层在第1~16个月、第20~29个月出现2段增温,第1段增温时间跨度长、强度大,第17~19个月出现了降温。在对流层以下第2~5个月、第14~18个月、第21~30个月出现3次明显降温时段,第3次降温持续时间长,整体降温强度较大。     

Spatial / temporal features of antarctic climate change1

Based on January 1962–October 1993 mean value series of monthly mean temperature anomalies of 16 Antarctic stations on 10 standard isobaric surfaces from the surface to the 30 hPa, long term trends and periodic features of climate changes from the troposphere to the lower stratosphere over the Antarctic region are investigated by maximum entropy power spectrum analysis, and the relation between climate change of the stratosphere (troposphere) and total ozone (southern 500 hPa circulation) is discussed. This work is supported by the research item on the Theory and Method of Long Range Weather Forecasts.     

Spatial / Temporal Features of Antarctic Climate Change

Bused on January 1962-October 1993 mean value series of monthly mean temperature anomalies of 16 Antarctic stations on 10 standard isobanc surfaces from the surface to the 30 hPa,long term trends and periodic features of climate changes from the troposphere to the lower stratosphere over the Antarctic region are investigated by maximum entropy power spectrum analysis,and the relation between climate change of the stratosphere (troposphere) and tolal ozone (southern 500 hPa circulation) is discussed.     

中亚和南亚热力差异对塔里木盆地夏季降水的影响

利用美国国家环境预测中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均资料和新疆83站降水资料,分析了1961~2010年南亚和中亚对流层中低层热力差异对塔里木盆地夏季降水的可能影响机制。研究结果表明,塔里木盆地夏季降水与中亚和南亚对流层中低层温度密切相关。当南亚对流层中低层偏暖,中亚偏冷时,500 h Pa中亚上空和蒙古上空分别为异常气旋和反气旋环流,在二者共同作用下,塔里木盆地上空盛行异常的偏南气流,有利于低纬海洋的暖湿气流北上,形成有利于降水的环流条件。同时阿拉伯海上空为异常反气旋环流,中亚上空为异常气旋环流,形成塔里木盆地夏季降水水汽的两步型输送,阿拉伯海水汽被输送至中亚和新疆地区。中亚对流层中低层温度变化主要影响500 h Pa环流,南亚对流层中低层温度变化在低纬水汽向北输送过程中扮演主要角色。青藏高原夏季风偏强时,600 h Pa高原北侧对应异常反气旋环流,异常偏北风引导高纬度冷空气南下,导致中亚区域对流层中低层偏冷,而南亚对流层中低层偏暖则与热带印度洋显著增暖密切相关。     

近30 a华北地区高空温度时空演变特征

根据华北地区12个探空站近30 a(1979-2008年)的各标准等压面月平均气温资料,对该地区高空年、季气温时空演变特征进行了分析.结果表明:华北地区高空年、季平均气温变化均具有非常高的空间一致性,其中冬季的一致性特征最明显;华北地区高空年、季平均气温大致以150-100 hPa层为界,以上(平流层下层)和以下(对流层)的气温存在着不同的变化特征:从近地面到200 hPa冬(夏)季最低(高),但在年平均气温最低的100-70 hPa,气温季节变化位相与对流层相反,50 hPa层以上气温的年变化不大;近30 a来华北地区对流层中下层的年、季平均气温变化以上升为主,而对流层上层至平流层下层则以下降为主.低层的变暖始于20世纪80年代后期,高层的变冷普遍始于20世纪90年代.     

1980—2009年中国东部上空温度变化特征

采用中国地区137个探空站及地面160站资料,分析了1980—2009年中国东部上空温度变化特征。近30年来中国东部对流层上层至平流层中下层的降温幅度大于对流层中下层的增温幅度。东北地区上空温度季节变化幅度较大,东南地区上空温度季节变化幅度较小。中国东部中低空（近地面至500 hPa）温度在不同区域、不同季节对全球变暖的响应不同：35°N以北无降温,以南有降温;冬季均升温,夏季有降温。     

利用GPS的倾斜路径观测暴雨过程中的水汽空间分布

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线WetPrf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示：(1) COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2 ℃、1.7 hPa和0 hPa,均方差为1.8 ℃、1.6 hPa和0.4 hPa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2) COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。

     

全球变暖背景下对流性降水变化特征及影响 因子分析

根据NCEP/NCAR逐日、逐月温度资料和相对湿度资料,及长江中下游60个气象站逐日降水资料,采用趋势分析、突变检验等方法,研究了近60年来全球和北半球地表温度变化趋势,分析了温度增加前后,夏季(6～8月)对流性降水的变化特征及其部分影响因子.结果表明:近60年来,北半球年平均及夏季平均地面温度为增暖趋势,1998年为增暖突变年份;变暖后,长江中下游地区夏季对流性降水事件的发生频率呈增多趋势且强度增强;全球增暖后,对流层中、高层水汽含量呈下降趋势,对流层低层水汽含量呈上升趋势;热含量除个别月份外,在700、850、1000 hPa均有明显增长;大气中不稳定性也显著增强.这些与对流性降水事件发生频率的增加和强度的增强有很好的对应关系,说明全球变暖导致的大气中水汽含量变化、湿空气热含量增加和不稳定性增强对对流性降水事件可能有重要影响.     

Connection of stratospheric QBO with global atmospheric general circulation and tropical SST. Part I: methodology and composite life cycle

The stratospheric quasi-biennial oscillation (QBO) and its association with the interannual variability in the stratosphere and troposphere, as well as in tropical sea surface temperature anomalies (SSTA), are examined in the context of a QBO life cycle. The analysis is based on the ERA40 and NCEP/NCAR reanalyses, radiosonde observations at Singapore, and other observation-based datasets. Both reanalyses reproduce the QBO life cycle and its associated variability in the stratosphere reasonably well, except that some long-term changes are detected only in the NCEP/NCAR reanalysis. In order to separate QBO from variability on other time scales and to eliminate the long-term changes, a scale separation technique [Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD)] is applied to the raw data. The QBO component of zonal wind anomalies at 30?hPa, extracted using the EEMD method, is defined as a QBO index. Using this index, the QBO life cycle composites of stratosphere and troposphere variables, as well as SSTA, are constructed and examined. The composite features in the stratosphere are generally consistent with previous investigations. The correlations between the QBO and tropical Pacific SSTA depend on the phase in a QBO life cycle. On average, cold (warm) SSTA peaks about half a year after the maximum westerlies (easterlies) at 30?hPa. The connection of the QBO with the troposphere seems to be associated with the differences of temperature anomalies between the stratosphere and troposphere. While the anomalies in the stratosphere propagate downward systematically, some anomalies in the troposphere develop and expand vertically. Therefore, it is possible that the temperature difference between the troposphere and stratosphere may alter the atmospheric stability and tropical deep convection, which modulates the Walker circulation and SSTA in the equatorial Pacific Ocean.     

基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布,随高度增加而减小分布特征,新疆比湿远小于东亚季风区;新疆夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大,而700hPa各站比湿差异较小;对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势,并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征,1987年为突变点;对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2—3倍,春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

一次晚春暴雪天气成因分析

利用常规气象观测资料、山东省123个自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料,对2013年4月19—20日山东晚春极端暴雪天气过程的成因进行分析,重点分析了产生暴雪的温度条件。结果表明:前期气温偏低是晚春暴雪发生的气候背景,回流天气形势为暴雪发生提供了天气背景,低空西南风急流和山东北部纬向切变线是导致暴雪发生的直接原因。回流型暴雪天气过程的水汽及水汽的辐合均集中于700~500hPa。高低空急流的动力耦合以及与纬向切变线相应的对流层中的正涡度柱为暴雪的产生提供了动力条件。回流暴雪发生在对流稳定性大气中,暴雪区上空有θse能量锋锋生。受阻于太行山东麓的东北风形成的冷池,是气温骤降的温度环境背景,暴雪发生前,存在于850~700hPa冷空气团中的弱下沉运动导致了0℃等温线呈"漏斗状"向下延伸,造成了暴雪区地面气温的骤降,是降水相态由雨迅速转为雪的直接原因。0℃等温线呈"漏斗状"向下延伸区对未来降水相态由雨转雪区和暴雪出现区有指示意义。     

上对流层/下平流层水物质分布与输送特征

基于Aura卫星微波临边探测仪（MLS）探测的水汽、冰水含量和温度等资料,对比分析了夏季亚洲季风区与北美季风区、暖池区以及伊朗高原上对流层/下平流层水汽、冰水含量以及水物质总含量（水汽和冰水含量之和）的分布特征,并探讨了不同区域水汽的输送过程。结果表明：在215-83 hPa高度上水物质总含量在亚洲季风区均出现了高值中心,且亚洲季风区水物质总含量明显大于北美季风区;在215 hPa高度水汽对水物质总含量起主要的贡献,而到了147-83 hPa高度,冰水含量与水汽对水物质总含量的贡献大致相当,亚洲季风区上对流层/下平流层水汽的高值中心揭示了反气旋对水汽的隔离作用。水汽混合比在147 hPa和100 hPa高度不同的概率密度分布反映出不同高度影响水汽输送的不同因素。北半球冬季暖池区100 hPa上空温度极低,水汽混合比峰值概率仅为2 ppmv;而在147 hPa高度上,亚洲季风区频繁的深对流使得大量水汽被输送到对流层上层,这是亚洲季风区水汽概率“长尾”分布的主要原因。在100 hPa和147 hPa高度,冰水含量主要集中在小值,可能是由冰晶粒子消耗水汽而增长到一定尺度后沉降造成的。     

上合组织青岛峰会期间海雾维持和消散阶段的环境场特征

利用常规观测、地面加密自动站及NCEP再分析资料,针对上合组织青岛峰会的气象服务过程,对海雾维持和消散两个阶段的气象要素特征进行了分析。结果表明：1）当能见度低于1 000 m时,相对湿度为99%,能见度介于1 000～2 000 m之间时,相对湿度为95%～99%。2）近地面层30°N以北黄海海域持续吹东南风,并在青岛形成水汽辐合中心,有利于青岛形成海雾;当东南风转为东北风,水汽辐合中心减弱或消失时,海雾趋于消散。3）在海雾维持阶段,逆温层最低高度稳定在980 hPa以下,总逆温差逐渐增强,逆温梯度跃升与海雾强度增强同步;最大逆温层厚度和逆温层总厚度下降12 h后海雾逐渐减弱,逆温层最低高度上升时能见度也随之上升。4）白天逆温层之上为下沉运动,之下为上升运动,夜间700 hPa之下均为上升运动,且上升运动中心位于逆温层之下,这种垂直结构有利于逆温层和海雾的维持;当逆温强度减弱,垂直运动穿越逆温层贯穿700 hPa以下对流层时,海雾趋于消散。     

Synoptic analysis of sea level pressure patterns and Vertically Integrated Moisture Flux Convergence VIMFC during the occurrence of durable and pervasive rainfall in Iran

To carry out this research, interpolated data of daily rainfall from Iran’s Asfazari data base during 1/1/1979–31/12/2013 is used. The day along with pervasive rainfall considered a day that at least 50% of Iran’s territory has received more than 1 mm for at least two consecutive days. Based on mentioned thresholds, 224 days selected for statistical analysis. The sea level pressure data, zonal and meridional wind components and specific humidity with spatial resolution of 0.25*0.25 Gaussian degree in spatial domain of 10 °N to 60 °N and 15 °E to 75 °E obtained from the European Center for Medium range Weather Forecasting (ECMWF) ERA-Interim for selected days. Then on the data matrix of sea level pressure, the cluster analysis by Ward linkage method done and 4 sea level pressure patterns with different configuration of synoptic systems were identified. The findings showed that in the sea level, the interaction between southern thermal low pressure systems (Arabia low pressure) with Europe and Siberia cold immigrant high pressure both by individual and integration and anticyclone circulation of Arab sea from the low level of 1000–500 hPa of troposphere have the most role on occurrence of durable and pervasive rainfall of Iran. The most Vertically Integrated Moisture Flux Convergence in the first layer of troposphere (1000–850 hPa) observed in low height regions, in the second layer of troposphere (775–700 hPa) on Zagros Mountains and in third layer of troposphere (600–500 hPa) is seen in mountains leeward of Iran. Also the results showed that the maximum rainfall cores has the most coordination with Vertically Integrated Moisture Flux Convergence (VIMFC) in the second layer of troposphere (775–700 hPa) on the Zagros heights in the southwest of Iran.