南极海冰和陆架冰的时空变化动态

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料, 对南极海冰的长期变化进行了研究.结果表明: 20世纪70年代后期是多冰期; 80年代是少冰期; 90年代南极海冰属于上升趋势, 后期偏多; 区域性变化差别大, 东南极海冰偏多, 西南极海冰即南极半岛两侧特别是威德尔海(Weddell Sea)区和别林斯高晋海(Bellingshausen Sea)的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多, 南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩, 有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架(Ronne Ice Shelf)和罗斯海冰架(Ross Ice Shelf)东部崩解和收缩趋势明显, 东南极的冰架也有崩解和收缩, 但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前, 南极冰盖断裂崩解形成的冰山, 向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14 mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少, 而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

南极海冰对大气环流及长江上游水量的影响

本文利用相关分析方法揭示了南极海冰面积变动与大气环流及长江上游水量变化之间的联系,并对这种联系发生的过程作了初步探讨.结果表明,南极海冰面积变动能够改变南印度洋纬向环流强度,并影响赤道西印度洋海温,进而影响印缅地区500hPa位势高度场.分析发现,2～3月南极海冰面积与8～9月长江上游水量有一定联系,这对于探讨长江上游水量变化的物理背景及长期水文预报有一定意义.     

南半球对流层气候年代际变化及其与太阳活动的联系

通过南半球对流层温度场谱分析和逐次滤波分析发现，南半球对流层大气温度场半个多世纪以来呈现明显的持续升温趋势，升温幅度由低层到高层逐步增加，其中地面层1 000 hPa年升温率为0.013℃/a，对流层中部500 hPa年升温率为0.019℃/ a，对流层上部300 hPa年升温率为0.036℃/ a；滤除南半球大气温度场的趋势变化，发现南半球大气温度场从地面层直至对流层顶广泛盛行着十分显著的与太阳磁场磁性22年周期变化相一致的变化周期。太阳磁场磁性周期变化趋势略有超前，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳磁场周期性变化的响应。进一步分析还发现，南半球从地面层1 000 hPa到对流层顶，再到平流层中部10 hPa各层次大气温度变化22年周期分量振荡位相基本一致，周期振幅由低层到高层迅速增大，说明太阳磁场变化对对流层高层比低层影响大，对平流层影响更大。其中地面层1 000 hPa温度场的22年变化周期是在滤除趋势变化和11年周期之后才显现出来的，所以太阳磁场磁性周期变化对地面层气候的影响较小并且经常处于被掩盖状态；南半球地面层1 000 hPa温度场滤除趋势变化之后显示出十分显著的与太阳活动11年周期相一致的变化周期，分析认为，这是南半球对流层大气气候系统对太阳活动11周期性变化的响应。对流层上层300 hPa温度场滤除趋势变化和22年周期之后也显示出11年变化周期，而对流层中部500 hPa则无此周期反应，说明太阳活动11年周期对地面层1 000 hPa大气气候影响最明显，对流层中上层影响较弱。     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

南极海冰增加对全球7月气候的影响

采用了OSU两层大气环流模式进行数值试验, 研究了南极海冰增加的气候效应.试验中海温取为气候平均值, 南极海冰作为外强迫源影响大气, 大气响应完全是环流内部调整的结果.调整的途径首先是对外强迫的局地响应--南极下垫面的温度发生变化, 结果使得冬季南大洋绕极低压带的位置偏北、强度增加, 南半球大气以强经向环流为主, 绕极气旋强大活跃.这种变异主要以Rossby波列的形式影响到南半球的中高纬度, 再通过斜压的越赤道气流, 即经向热交换的变化影响到北半球的大气环流, 导致北半球夏季大气环流呈纬向分布, 极地冷空气活动减弱.大气环流的变异又影响到气候诸要素, 反映明显的是越赤道气流在印度洋上的加强和太平洋上的减弱, 使得西南季风加强, 东南季风减弱; 太平洋副高位置的偏北, 导致中国华北、华东和江淮流域少雨、高温, 北美中高纬度严重多雨和低温.     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

南极海冰对西北太平洋副高影响途径探讨

通过相关分析,揭示了南极海冰影响西北太平洋副热带高压的可能途径,以及南太平洋副高在其间所起的重要作用.认为海冰影响大气环流的实质在于它改变了经向热量交换的强度以适应南极地区大气热损失总量的变动,其作用在于维持整个极冰-海洋-大气系统的平衡.计算了南半球48°S以北地区低层大气中的平均经向热量交换,证实了上述推论.     

三江平原1960-2004年农业气候环境年代际变化

为研究三江平原农业气候环境年代际变化,使用1960-2004年三江平原17个国家气象站和14个农垦气象站观测资料,分析了三江平原气候资源和气候灾害变化特征.结果表明:①≥10℃活动积温20世纪60年代、70年代偏少,夏季低温发生频繁.80年代以后热量资源增加,夏季低温出现次数减少.②作物生长季降水量在20世纪70年代、90年代后期以后偏少,干旱年份偏多;其他时段降雨以偏多年份居多,雨涝年份较多.③1960-2004年三江平原热量资源变化与西风带环流及人类活动关系密切;降水资源多少与西太平洋副热带高压强度有很好的关系,与纬向环流变化也有一定联系.     

20世纪暴雨和洪水极值的年代际变化

利用20世纪100年(特别是后50年)2万多个雨量站和175个大中河流水文站的实测和调查雨量和流量资料,分析了中国大陆(外流区)暴雨和洪水极值的年代际变化,其中包括长期站暴雨的年代均值变化、20世纪50年点雨量极值的前后期平均值对比、最大点雨量发生年代分布和特大洪峰流量的年代分布。分别就5种历时、不同地区的暴雨洪水极值随年代的变化作了分析,揭示了变化的事实,计算了多项年代比率,探讨了影响因子。     

吉林近50a来气候的年代际变化特征及其突变分析

利用吉林省50个地面气象站的观测资料对近50 a来吉林气候的年代际变化进行了诊断分析, 结果表明: 吉林省的年平均气温在20世纪50年代呈下降趋势, 60年代为相对低温期, 70年代开始表现出逐渐增温的趋势; 20世纪50年代降水量逐渐减少, 60-70年代为相对降水少的时期, 80年代降水略有增加, 进入90年代以后, 降水量又表现为逐渐减少的趋势. 近50 a来气候的年代际变化经历了一个"冷湿-冷干-暖湿-暖干"的过程.吉林省的最高、最低气温在近50 a内的总体趋势都是上升的, 但从增温率来看, 最低气温大约是最高气温的2.3倍.采用分段线性拟合的方法对吉林省年降水量和年平均气温进行气候突变的检验, 发现年降水量在1977和1987年各有一次突变, 年平均气温只在1969年发生了一次突变.     

121年梅雨演变中的近期强年代际变化

1885年以来长江中下游梅雨期在70年代末发生了一次强年代际突变:从1958-1978年的弱梅雨时段突变为1979-1999年的强梅雨时段.后21年梅雨量比前21年平均增加了66%,长江中下游夏涝年出现率显著增长.此两时段梅雨由弱转强和出梅/入夏期由偏早转为延迟呈密切联系,这在相当程度上反映中国东部夏季气候-水资源分布的突变.进一步分析,发现两时段内影响梅雨盈亏年际变化的前期因子也很不同.研究了两时段梅雨盛行趋势突变的成因,发现与显著增强的人类活动有关:20世纪70年代末,我国工业开始大发展,大气污染的增长导致地面太阳辐射减少,中国北方沙化土地面积又迅速扩大.同时温室效应的增长也表现在我国暖冬(尤其是2月).此外,长江中下游1月降水量增多;厄尔尼诺事件从20世纪70年代末开始也明显增多.由上述5因子组成的相关点聚图凸显出前后两时段处于截然不同的地-气环境位相.从2000年开始,长江中下游梅雨又进入新的偏少期,中国东部夏季水资源分布正面临新的变化.     

长江黄河源区积雪空间分布与年代际变化

应用长江黄河源区及其周边地区16个气象站逐日积雪资料,分析了长江黄河源区积雪的空间分布和年代际变化特征.结果表明:以巴颜喀拉山主峰为中心的黄河源头和长江源东南部地区是年积雪深度高值中心,黄河源头以西和五道梁以东的长江源东北部和黄河源西北部广大地区是低值中心.冬春累积积雪深度占年累积积雪深度的比例>71.0%,夏半年(6~9月)对其的贡献小,但夏半年的积雪日数占年积雪日数的1/3.曲麻莱达日一线以南地区积雪主要发生在1月份,以北地区一年有两个高值期:前冬10~11月和春季3~5月.长江源和黄河源头地区积雪建立早,积雪季节长,结束晚,消退过程缓慢;而黄河源东部地区,积雪建立稍晚,积雪发展比较缓慢,消退过程迅速.近40 a来长江黄河源区积雪呈确定的增长态势,长江源区冬春积雪增长了62.11%,黄河源区增长了60.18%.但二者积雪变化位相基本相反,变化幅度长江源大起大落,而黄河源比较平缓,多雪年份出现也不一致.整个源区20世纪60年代至70年代初为积雪偏少期,70年代中期至90年代是积雪偏多期.从20世纪70年代中至80年代末,积雪明显增加,90年代积雪增加速度有所放慢,近40 a江河源区平均冬春累积积雪深度增加了60.95%.长江源区对整个源区积雪变化起主导作用,源区平均冬春累积积雪深度变化主要表现长江源的特征.     

SCL与中国东部气候年代际变化

据宇地磁耦合原理,利用太阳黑子周期长度(SCL)的变化及其与地磁场(文中主要考虑地热)的关系,模拟计算并重建了中国东部历史时期的气温序列变化,除了个别时段外,模拟曲线与修正后的竺可桢曲线十分相似;分析了2500a来中国东部气候的年代际变化.结果表明,该曲线能较好地再现2500a来中国东部气候的冷暖变化.对竺氏曲线中有争议的几个冷暖时段,如公元150—350年的温暖期、1050—1150年的小气候适宜期等,模拟结果与后来研究者分析的结果相合.中唐至五代的气候冷暖交替变化不稳定.该曲线也能清晰地反映出小冰期中国东部气候各个时段的变化以及现代气候的变化趋势。     

50 a来我国东北及邻近地区年降水量的年代际异常变化

利用中国东北地区195个和蒙古国6个气象台站的年降水量资料, 利用EOF、 REOF和分段线性拟合等方法, 分析了50 a来东北及其邻近地区年降水量的年代际异常变化. 结果表明: 1)50 a来的降水变化, 东北演变过程为多-少-多; 华北的演变过程为多-少. 自1980年代起, 东北地区由干变湿, 而华北地区则由湿变干. 2)降水主要呈3种分布形式: 全区一致型; 南北反向型; 南北部一致与中部相反分布型. 3)降水量总体呈下降趋势, 但近30 a来东北北部有增湿趋势, 而南部的干旱化一直在加剧. 4)大部分地区的降水量在1970年代中期和1980年代初期经历了一次突变, 但是变化的方向、范围及时间各地不尽一致.     

明末清初华北夏季降水年代际变化的模拟研究

明末清初中国社会动荡加剧, 王朝更迭, 伴随着华北地区较为明显的年代际气候变化。本研究使用CESM-LME(CESM Last Millennium Ensemble)模拟数据, 结合重建证据, 对明末清初华北夏季降水年代际气候变化特征和原因进行了分析。重建证据显示, 1644年华北夏季降水发生由少到多的年代际转变, 中国东部夏季降水呈"南旱北涝"的变化格局。CESM-LME集合试验成员012能够模拟出这样的年代际转变, 但模拟的变化幅度偏弱且转变发生时间略晚。模拟显示, 北太平洋出现类PDO(Pacific Decadal Oscillation, 太平洋年代际振荡)正位相的海温年代际异常, 引起日本海附近低压异常。同时, 热带太平洋呈现类拉尼娜型海温异常, 使得菲律宾以东洋面对流增强、降水增加, 通过北传罗斯贝波激发类东亚-太平洋遥相关, 导致西北太平洋副热带高压增强西伸和日本海附近异常低压的加强。对应于这样的环流异常, 华北有北风异常, 长江以南有南风异常, 华北地区南部水汽辐合增强, 有异常的上升运动, 华北夏季降水年代际增多, 并伴随着东亚副热带西风急流的向南移动。伴随华北夏季降水年代际转变, 华北土地承载力提高, 社会系统逐渐恢复和稳定。