高空大气温度变化研究

近年来高空大气温度变化方面的研究取得了长足的进展,内容涉及高空温度序列不同数据集、温度序列的均一化、最新观测研究结果及其温度变化趋势的分歧等。较为一致的结论是：自1979年以来,全球平流层温度趋于下降,对流层温度趋于上升,但升降的幅度仍然存在一定的差异。     

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。     

中国探空观测与第3代再分析大气湿度资料的对比研究

为评估中国探空观测与第3代再分析大气湿度资料的差异,基于ERA-Interim、JRA-55、MERRA和CFSR再分析和中国118探空站1979-2015年逐月850-300 hPa大气比湿和相对湿度的原始值及均一化序列,通过分析探空与再分析资料的相对偏差、相关系数、标准差比和变化趋势,研究了两者在多年平均值、年际变率、离散度及长期变化趋势等方面的差异。结果表明,中国探空原始湿度序列存在显著的非均一性问题,均一化提高了序列的连续性,但存在显著的低偏差,总体较原始湿度偏低5%-43%。再分析中国平均对流层大气比湿和相对湿度较探空观测偏高,相对湿度的偏差幅度（7%-48%）较比湿大（4%-13%）,对流层高层较低层大,春秋季偏差较夏季显著。各再分析资料间的差别较小,JRA-55在对流层高层较其他再分析资料偏低,与探空观测较接近。再分析与均一化后中国探空比湿和相对湿度年际变率和离散度在对流层低层较为一致,对流层中高层再分析资料的离散度明显高于探空。再分析与均一化探空中国平均比湿在对流层低层一致呈上升趋势;对流层中层探空为上升趋势,再分析资料为下降趋势。再分析与均一化探空相对湿度变化趋势差异较大,探空为上升趋势且对流层中高层上升显著,对流层再分析为下降趋势。      

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。     

风廓线雷达反演大气比湿廓线的初步试验

基于湍流散射理论,运用边界层风廓线雷达 (WPR) 联合RASS (Radio Acoustic Sounding System), GPS/PWV (Global Position System/Precipitable Water Vapor) 进行全遥感系统的大气比湿廓线反演试验,并对影响因子进行分析。利用2011年8—9月云南大理综合探测试验数据的反演结果与探空数据进行比较分析,结果表明:WPR联合探空的温度廓线和起始边界比湿 (q₀) 反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线相比具有相同的变化趋势,标准差为0.84 g·kg-1,误差随高度增加呈递增趋势;WPR联合RASS, GPS/PWV数据反演大气比湿廓线,与探空大气比湿廓线的标准差为0.85 g·kg-1。参加反演的数据中,折射指数结构常数C_n2与谱宽σ_turb2对反演影响最大,反演算法中大气折射指数梯度M符号的判断对反演精度也有较大影响。     

利用MSU序列研究高空大气温度变化的进展

美国NOAA卫星上搭载的微波大气探测仪MSU以及后续继承改进仪器AMSU,自1978年投入运行以来,已经积累了超过30年的全球大气温度的观测资料。近年来,国外学者通过仪器定标误差订正、卫星轨道衰减订正、观测时间差异导致的温度日变化订正、仪器间的相互定标处理等技术,发现并剔除了一些影响较大的非气候因素,提高了该序列资料的质量,并用于全球气候变化研究,特别是对流层和平流层近30年的温度变化研究,研究结果是对常规地面和探空资料分析结果的重要补充。本文对目前国际上3种常用的MSU序列资料集的定标误差、偏差订正和不同卫星上仪器观测序列的一致化处理方法进行了综合介绍,并比较分析了3种资料用于30年高空大气温度变化趋势分析的异同。     

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。     

中国大气水分气候变化研究

该文对我国逐日两次探空资料,经过综合静力学质量控制系统（CHQC）和序列均一性检验后,计算分析了中国大气水分的气候分布特点及近20年来气候变化趋势,讨论了大气水分变化与地面气温、夏季大气水分与我国东部降水异常之间的关系。     

浅析影响高空探测高度的因子

1引言随着科技的发展和社会的进步,人们对气象信息的需求日益增加。探空工作的目的就是为了测定自由大气中不同高度的气象要素以了解大气结构,为做天气预报提供重要参考资料。所以对探空资料的完整性就有了更高的要求,探测高度越高为服务对象提供的资料就越多,如何提高探测高度确保探空质量是探空工作的首要任务。了解到影响探测高度的主要因素,才能够知道如何提高探空高度。     

中国东部地区冬夏季相对湿度变化特征

利用中国东部315个台站近50a（1963-2012年）月平均地面相对湿度和降水量资料,对中国东部地区冬夏季相对湿度的变化特征进行了分析和比较,并讨论了相对湿度与降水的空间耦合关系。结果表明：1）冬季相对湿度的低值区集中在黄淮北部、华北和东北南部,高值区出现在35°N以南地区和东北北部,呈现出中部小、南北大的空间分布特征;夏季相对湿度较冬季明显增大,低值区主要集中在内蒙古中东部,表现出从东部沿海向内陆地区递减的特征。2）冬夏季相对湿度的高（低）值区,其相对变率偏小（大）,即湿润（干旱）区的相对湿度较为（不）稳定。3）近50a来,东部大部分地区冬夏季相对湿度普遍表现为下降趋势,其中冬季东北北部及夏季东南部沿海、内蒙古中东部及东北西部相对湿度的下降趋势最为显著。4）东部地区冬夏季相对湿度与同期降水存在很好的同位相对应关系：相对湿度高（低）湿区对应多（少）雨区。其中冬季显著耦合区位于40°N以南地区;夏季相对湿度与降水的关系较冬季复杂,显著耦合区首先位于35°N以北地区,其次位于35°N以南地区,但江淮和华南存在反向的空间变化。     

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。      

中国东部地区冬季和夏季地面湿度空间分布特征的对比分析

利用中国东部地区315个台站1963~2012年月平均地面观测资料,揭示了东部地区冬季和夏季地面比湿(SH)和相对湿度(RH)多年平均值及其变率的空间分布特征,并分析和比较了地理因素(经度、纬度和海拔高度)对其空间分布的影响。结果表明:1)在冬季,SH(0.4~7 g kg-1)以秦岭-淮河线为界,呈现出"北低南高"的分布特征;RH(41%~82%)则呈现出"南北高、中间低"的分布特征;一般冬季地面湿度相对较低的地区其变化幅度相对较大。2)在夏季,SH(7~20 g kg-1)整体上明显大于冬季,RH(44%~89%)则与冬季差异不大,均呈现由东南部沿海向西北内陆递减的分布特征;同样夏季地面湿度较低的地区通常其变化幅度也相对较大。3)东部地区冬季地面湿度空间分布受地理因素影响,其中纬度是最主要的影响因素,经度次之,海拔高度对其整体分布影响不明显,且地理因素对冬季SH的回归效果明显好于对冬季RH的回归效果。4)东部地区夏季地面湿度空间分布受地理因素影响较冬季显著,纬度同样是影响夏季地面湿度最主要的因素,但海拔高度对夏季SH、经度对夏季RH的影响程度较冬季增大,且地理因素对夏季SH的回归效果同样好于对RH的回归效果。     

中国地面相对湿度非均一性检验及订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred和PMFT方法,选取均一的邻近站为参考站,使用相关系数权重平均构建参考序列,结合元数据信息,对1951-2014年中国2400多个国家级地面站月平均相对湿度进行了非均一性检验与订正,并分析了造成相对湿度序列非均一的主要原因。结果表明,中国地面相对湿度资料存在较严重的非均一问题,68%的台站存在断点,人工观测转自动观测、迁站和时次变化是造成序列非均一的主要原因。整套资料负订正量所占比例较高,订正范围主要集中在-5%～0之间,这种负订正量与人工转自动观测后相对湿度观测值偏低有密切关系。这也使得订正后中国平均相对湿度趋势与订正前存在明显差异,订正前中国平均相对湿度呈下降趋势,订正后相对湿度没有趋势性变化。     

Homogenized Daily Relative Humidity Series in China during 1960?2017

Surface relative humidity(RH)is a key element for weather and climate monitoring and research.However,RH is not as commonly applied in studying climate change,partly because the observation series of RH are prone to inhomogeneous biases due to non-climate changes in the observation system.A homogenized dataset of daily RH series from 746 stations in Chinese mainland for the period 1960–2017,ChinaRHv1.0,has been developed.Most(685 or 91.82%of the total)station time series were inhomogeneous with one or more break points.The major breakpoints occurred in the early 2000s for many stations,especially in the humid and semi-humid zones,due to the implementation of automated observation across the country.The inhomogeneous biases in the early manual records before this change are positive relative to the recent automatic records,for most of the biased station series.There are more break points detected by using the MASH(Multiple Analysis of Series for Homogenization)method,with biases mainly around?0.5%and 0.5%.These inhomogeneous biases are adjusted with reference to the most recent observations for each station.Based on the adjusted observations,the regional mean RH series of China shows little long-term trend during 1960–2017[0.006%(10 yr)^?1],contrasting with a false decreasing trend[?0.414%(10 yr)?1]in the raw data.It is notable that ERA5 reanalysis data match closely with the interannual variations of the raw RH series in China,including the jump in the early 2000s,raising a caveat for its application in studying climate change in the region.     

近30年我国高空风速变化趋势分析

1980-2006年间采用全国119个探空站14个等压面的月平均风速资料,分析了我国高空对流层和平流层下层风速变化的时间和空间特征,并和同期地面风速变化进行了对比.结果表明,我国近27年对流层中下层和对流层上层风速呈下降趋势,年平均风速线性变化速率分别为-0.10 m·s-1·(10a)-1和-0.17 m·s-1·(10a)-1,均未通过0.05显著性水平检验;平流层下层全国年平均风速呈上升趋势,上升速率为0.24 m·s-1·(10a)-1,亦未通过O.05显著性水平检验.同期全国地面风速则呈现更显著的降低趋势,年平均风速线性变化速率为-0.16 m·s-1·(10a)-1,通过了0.05显著性水平检验.我国地面气象站记录的平均风速减弱可能受到大尺度大气环流变化的影响,更可能与台站附近观测环境变化和城市化等人为因素影响有密切关系.     

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。     

1980～2014年中国生态脆弱区气候变化特征分析

为了全面把握20世纪80年代以来中国生态脆弱区气候变化的特征,利用基于全国2000多个站点的格点化逐月资料,对中国典型生态脆弱区1980～2014年的日平均气温、日最高和最低气温、降水、相对湿度、风速和蒸发皿蒸发量的变化特征进行了分析。结果表明:（1）中国生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温几乎都呈上升趋势;日平均气温增幅北方大于南方;北方生态脆弱区日平均气温、日最高和最低气温、南方生态脆弱区日最低气温的季节增幅多为春季最大,秋季或冬季最小。（2）全区平均降水变化趋势不明显;生态脆弱区降水距平百分率春季多为增长趋势,夏季多为减少趋势,秋、冬季和年北方多为增长趋势,南方多为减少趋势。（3）相对湿度以减少趋势为主,只有黄土高原南部脆弱区秋、冬季和干旱半干旱区脆弱区冬季相对湿度距平百分率的趋势为正,这几个正值区同时也是降水增长大值区。（4）风速基本为减少趋势,春季减少趋势最大。（5）全区平均蒸发皿蒸发量春、夏季和年为减少趋势,冬季为增长趋势;北方生态脆弱区蒸发皿蒸发量四季和年多呈减少趋势;南方生态脆弱区蒸发皿蒸发量春、夏季以减少趋势为主,秋、冬季和年呈增长趋势。     

巴里坤绿洲1961-2006年湿润指数变化

地表湿润指数能较客观地反映某一地区的水热平衡状况,是判断某一地区气候干旱与湿润状况的良好指标。通过计算巴里坤1960--2006年逐旬的地表湿润指数,得出：（1）巴里坤历年月平均湿润指数介于0．2与0．5之间,较为干旱,尤其是在植物生长季节,湿润指数较低。对当地农作物和牧草的生长发育造成一定影响;（2）自90年代以来,该区气温和降水增幅明显增大,但湿润指数却呈现逐渐减小的趋势,表明该区域干旱程度随着气温的升高在逐渐加大,增温效应大于降水效应;（3）湿润指数时间分布不均,春夏季较低,秋冬季较高;（4）湿润指数可以作为反映生态环境变化的指标,为科学合理的进行生态环境变化监测提供服务。