不同热盐环流平均强度下北大西洋气候响应的差异

基于美国大气研究中心的CCSM3（Community Climate System Model version3）模式,对淡水扰动试验中不同热盐环流（thermohline circulation,THC）平均强度下,北大西洋气候响应的差异进行研究。结果表明：1）在不同平均强度下,北大西洋海洋、大气要素的气候态差异显著。相对于高平均强度,在低平均强度下,北大西洋地区海表温度（sea surface temperature,SST）、海表盐度（sea surface salinity,SSS）、海表密度（sea surface density,SSD）、表面气温（surface air temperature）异常减弱,最大负异常位于GIN（Greenland sea--Iceland sea--Norwegiansea）海域;海平面气压（sealev—elpressure,SLP）异常升高,相应于北大西洋海域降温,表现为异常冷性高压的响应特征;海冰分布区域向南扩大;北大西洋西部热带海域降水减少,导致热带辐合带（intertropical convergence zone,ITCZ）南移。2）在不同THC平均强度下,SST、SSS和SSD年际异常最显著的区域不同;在高平均强度下,最显著区域位于GIN海域,而在低平均强度下则位于拉布拉多海海域。3）在高平均强度下,北大西洋SST主导变率模态的变率极大区域位于GIN海,而在低平均强度下该极大区域不存在;北大西洋SLP的主导变率模态表现为类NAO型,但在高平均强度下,类NAO型表现得更明显。     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

中国各季节气候对热盐环流减弱的不同响应

使用CCSM3（community climate system model version 3）模式的＂淡水扰动试验＂结果,对热盐环流强度减弱后中国区域冬、夏气候的不同响应特征进行了研究。结果表明：CCSM3可较为准确地再现中国附近区域表面气温及降水量的量值和分布形态。当热盐环流年平均强度减弱约80%之后,中国区域冬、夏季的表面气温与降水量显著降低,但冬、夏季的降低幅度与空间分布形态存在显著的差异。冬季的降温幅度较大且分布较为一致,平均降温幅度可达2.2℃,最大的降温幅度可达4℃;夏季的降温幅度相对较小且南北差异较大,平均降温幅度为1.3℃,最大的降温幅度为3℃。冬、夏季降水量的降低幅度都在6%左右,但其成因及其分布形态都存在显著差异。     

全球海气耦合模式中热盐环流对大气强迫的响应

大气环流与热盐环流(THC)变化之间的因果关系,是海气相互作用研究领域的一个悬而未决的问题。作者利用一个全球海气耦合模式-挪威卑尔根气候模式(BCM)的300a积分结果,讨论了冬季北大西洋涛动(NAO)对海洋的强迫与热盐环流的年际调整之间的关系。结果发现,在NAO活动的正位相,伴随着中纬度西风带的加强,北大西洋拉布拉多海热通量损失剧增,同时海表盐度出现正距平,二者的共同作用,令表层海水变沉、密度增大,海洋层结出现不稳定,导致深对流发生。在NAO活动达到最强劲状态之后3个月,拉布拉多海对流也达到最深。北大西洋热盐环流强度变化对拉布拉多海对流活动的响应,要滞后3a左右。而在年际尺度上,大西洋的极向热输送变化和热盐环流的变化则基本是同步的。对流活动对大气存在明显的反馈作用。在对流活动深度达到最大之后1～4个月,对流热释放令拉布拉多海表层气温明显升高。     

不同大西洋经圈翻转环流平均强度下中国气候的年代际响应特征

基于美国大气研究中心的CCSM3(Community Climate System Model version 3)模式,对淡水扰动试验中不同大西洋经圈翻转环流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)平均强度下,中国气候的年代际响应特征进行研究。结果表明:在年代际尺度上,中国区域地表气温和降水强度变化与AMOC强度变化的关系紧密,然而,不同平均强度下,中国气候的年代际响应特征不同。高平均强度下,中国区域地表气温升高,中国北部降水增多、南部降水减少;低平均强度下,则反之。不同平均强度下,中国区域年平均地表气温和降水EOF第一特征向量的空间分布存在显著差异:高平均强度下,地表气温呈现中国全区域一致的分布型,降水呈现自北向南的"-+-"型的雨带分布;低平均强度下,地表气温呈现中国区域南北反相的偶极子分布型,降水呈现自北向南的"-+"型的雨带分布。与低平均强度相比,在高平均强度下,EOF第一模态的时间系数的年代际变化尺度均更长。     

从地球系统的观点看气候突变

在地球的气候史中,经历了许多次气候突变事件。这些突变对地球表层系统的演变与进化产生了巨大影响。随着全球气候变暖的持续发展,人类赖以生存的气候环境正在经历重大变化。如何科学地理解和认识这些变化,尤其是气候突变。是人类寻求对策,应对气候变化,保护自己持续发展的科学基础。文中从地球系统的角度对气候突变的科学问题进行了探讨,认为对气候突变的研究不应仅局限于大气圈,而应该对地球系统的整体变化进行研究。     

本世纪青藏高原气候的三次突变及与天文因素的相关

用给出了的划分气候阶段的标准对本世纪高原的气温,降水和季风的阶段性变化进行了分析,发现本世纪高原气候在２０年代初,５０－６０年代和８０年代初发生了三次突变,与北半球的气候变化一致。高原气温突长数年后我国和北半球温度突升,接着高原季节增强,高原“季风多雨区”变温,“季风少雨区”变干,反之则相反,进一步分析表明,地球自转速度和太阳黑子周期长度的变化对高原及北半球本世纪气候的突变和阶段性变化起着重要的作     

70年代末大气环流及中国旱涝分布的突变

使用小波分析方法检测了副高脊线位置在１９７９年发生的突变,检验结果与Ｍ－Ｋ方法检验结果一致,进一步分析指出,东亚乃至全球大气环流在１９７９年也发生了突变,相应地中国降水分布也从中间旱,南北涝转变成中间涝,南北旱的分布,旱涝分布型同时发生突变。     

2018年7月北半球极端天气气候事件及环流特征分析

2018年7月北半球天气气候显著异常,极端事件高发。欧洲、北非、东亚以及北美的大部分地区均遭受严重的高温热浪侵袭;印度、东南亚、中国西南部以及日本西部等地出现极端降水;西太平洋台风活动异常活跃,移动路径偏北。初步诊断表明,北半球中高纬度,由低层到高层稳定维持的异常高压系统是导致北半球中高纬度大部分地区高温热浪持续发生的直接原因。其中异常偏强、偏北的副热带高压,以及增强、东伸的南亚高压与东亚地区持续高温和极端降水事件直接相关;低层菲律宾周围异常活跃的对流活动和强盛的西南水汽输送共同导致南亚、东南亚地区极端降水发生。热带太平洋大部分地区偏暖的海温条件和菲律宾附近异常气旋性环流则与异常活跃的台风活动有关。更需要关注的是,北半球尤其是东亚地区大气环流的异常主要受海洋表面热力状况以及其他区域大气环流遥相关的影响。     

北半球50 hPa平均环流场的气候特征及其与我国夏季降水关系的初步分析

通过分析北半球５０ｈＰａ平均环流场及其月际差、方差分布,得出５０ｈＰａ平均环流场以季节变化最显著,同时计算了我国东部华北、淮河、长江中下游、江南和华南等５个区夏季降水指数与前期冬季１２～２月、春季３～５月、同期６～８月北半球５０ｈＰａ环流的相关,其中以屯前期春季３～５月５０ｈＰａ平均环流的关系最显著。     

Abrupt Climate Change around 4 ka BP:Role of the Thermohaline Circulation as Indicated by a GCM Experiment

A great deal of palaeoenvironmental and palaeoclimatic evidence suggests that a predominant temperature drop and an aridiflcation occurred at ca. 4.0 ka BP. Palaeoclimate studies in China support this dedution. The collapse of ancient civilizations at ca. 4.0 ka BP in the Nile Valley and Mesopotamia has been attributed to climate-induced aridification. A widespread alternation of the ancient cultures was also found in China at ca. 4.0 ka BP in concert with the collapse of the civilizations in the Old World. Palaeoclimatic studies indicate that the abrupt climate change at 4.0 ka BP is one of the realizations of the cold phase in millennial scale climate oscillations, which may be related to the modulation of the Thermohaline Circulation (THC) over the Atlantic Ocean. Therefore, this study conducts a numerical experiment of a GCM with SST forcing to simulate the impact of the weakening of the THC. Results show a drop in temperature from North Europe, the northern middle East Asia, and northern East Asia     

Abrupt Climate Change around 4 ka BP： Role of the Thermohaline Circulation as Indicated by a GCM Experiment

A great deal of palaeoenvironmental and palaeoclimatic evidence suggests that a predominant tem-perature drop and an aridification occurred at ca. 4.0 ka BP. Palaeoclimate studies in China support thisdedution. The collapse of ancient civilizations at ca. 4.0 ka BP in the Nile Valley and Mesopotamia hasbeen attributed to climate-induced aridification. A widespread alternation of the ancient cultures was alsofound in China at ca. 4.0 ka BP in concert with the collapse of the civilizations in the Old World. Palaeo-climatic studies indicate that the abrupt climate change at 4.0 ka BP is one of the realizations of the coldphase in millennial scale climate oscillations, which may be related to the modulation of the ThermohalineCirculation (THC) over the Atlantic Ocean. Therefore, this study conducts a numerical experiment ofa GCM with SST forcing to simulate the impact of the weakening of the THC. Results show a drop intemperature from North Europe, the northern middle East Asia, and northern East Asia and a significantreduction of precipitation in East Africa, the Middle East, the Indian Peninsula, and the Yellow RiverValley. This seems to support the idea that coldness and aridification at ca. 4.0 ka BP was caused by theweakening of the THC.     

20世纪北大西洋温盐环流的年代际变化试评估

根据相对丰富的大气器测资料,综合前人对有限的海洋资料的诊断分析,从北大西洋涛动(NAO)变率、表层海温(SST)变率、格陵兰海和拉布拉多海的深对流活动长期变化等不同角度,对20世纪大洋温盐环流(Thermohaline Circulation,THC)变率进行了试评估.结果表明:(1)19世纪末以来,大西洋温盐环流的变化可分为4个时期:1900年以前的一段时期,THC较强;1904年到1930年,THC较弱;1931年到1972年,THC较强;1973年至1995年,THC较弱,目前则又有所增强.(2)与THC的变化相联系,大西洋主要气候要素的变化,相互间存在着某种协调关系,THC强,NAO弱,北大西洋北部SST升高,格陵兰海的对流活动增强,拉布拉多海的对流活动则减弱.     

Evolving Perspectives on Abrupt Seasonal Changes of the General Circulation

Professor Duzheng YE(Tu-cheng YEH) was decades ahead of his time in proposing a model experiment to investigate whether abrupt seasonal changes of the general circulation can arise through circulation feedbacks alone, unrelated to underlying inhomogeneities at the lower boundary. Here, we introduce Professor YEH's ideas during the 1950 s and 1960 s on the general circulation and summarize the results and suggestions of Yeh et al.(1959) on abrupt seasonal changes. We then review recent advances in understanding abrupt seasonal changes arising from model experiments like those proposed by Yeh et al.(1959). The model experiments show that circulation feedbacks can indeed give rise to abrupt seasonal transitions.In these transitions, large-scale eddies that originate in midlatitudes and interact with the zonal mean flow and meridional overturning circulations in the tropics play central roles.     

冬季NPO突变前后大气环流和我国天气气候的变化

用Mann-Kendall突变检验方法对北太平洋涛动10a际气候突变进行的研究指出，在1976年左右存在着一次明显的气候突变，而突变前后大气环流场及遥相关型均发生了显著的变化。进而研究了北太平洋涛动突变前后我国冬季天气气候的变化特征。结果表明，突变前(后)，我国冬季气温一致性偏低(高)，且北方地区的变化明显大于南方；而降水则呈现出长江中下游地区偏多(少)和华南偏少(多)的反相特征。此外，冬季NPO突变前，北太平洋涛动以3a和6～7a的周期为主；突变后，3a周期仍然存在，但5a和10a左右的周期开始占主导地位。     

近42年日照市气候变化分析

根据日照市1961-2002年的年降水量、年平均气温以及季降水量、季平均气温资料，利用Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法，分析了日照市近42年的气候变化特征。结果表明：年平均气温、年降水量均存在突变，其中，冬季气温突变最为明显，秋季略有突变但不明显，春、夏季气温没有突变现象；夏季降水量突变最为明显，秋季不明显，冬、春季没有突变现象。     

论大气环流的季节划分和季节突变 II. 个别年份的分析

根据本文第一部分提出的概念、理论和方法,利用ECMWF客观分析的几个特定等压面上的位势高度场和东西风场资料,计算和分析了个别年份（1981年）北半球大气环流的季节变化,尤其是对亚洲西太平洋地区季节突变进行了详细的研究。（1）首先给出了1981年大气环流各季的一些基本特征。减去年平均后,发现冬季和夏季环流型相反,而春、秋季环流型则与冬季环流型几乎正交。（2）计算了各候平均场偏差和典型的冬季偏差场F'w的相似性系数Rw(t),分析它们的特征并加以比较,结果是半球尺度的大气环流过渡季节（春、秋）虽然短些,但突变性不很明显。（3）为了研究与行星尺度相联系的南北向季节推移,本文给出了纬圈平均偏差场的Rw(t)分布,发现在大多数纬度中,对流层大气环流的季节变化都有突变性,纬度越低,春季来临越早,秋季来临越迟。（4）为了研究大气中行星波,东西向环流结构的季节变化及调整,本文给出了按经圈平均偏差场的Rw(t)分布,发现在低空和对流层高层及平流层低层季风区内季节突变十分显著,鲜明地反映了季风环流和季节变化的关系。（5）最后,本文计算了北半球各个20o×10o经纬距分区域中的Rw(t)分布,发现在许多分区域中,季节突变都很明显,尤其是在亚洲和西太平洋季风区里,但突变的早晚随高度和区域而变,即有时空四维结构。总之,本文第一部分所提出的参数Rw(t)及其他一些概念和方法确能很好地描述大气环流的季节变化及其突变性。     

Climate Comparisons and Change Projections for the Northwest Atlantic from Six CMIP5 Models

Abstract

Key physical variables for the Northwest Atlantic (NWA) are examined in the “historical” and two future Representative Concentration Pathway (RCP) simulations of six Earth System Models (ESMs) available through Phase 5 of the Climate Model Intercomparison Project (CMIP5). The variables are air temperature, sea-ice concentration, surface and subsurface ocean temperature and salinity, and ocean mixed-layer depth. Comparison of the historical simulations with observations indicates that the models provide a good qualitative and approximate quantitative representation of many of the large-scale climatological features in the NWA (e.g., annual cycles and spatial patterns). However, the models represent the detailed structure of some important NWA ocean and ice features poorly, such that caution is needed in the use of their projected future changes. Monthly “climate change” fields between the bidecades 1986–2005 and 2046–2065 are described, using ensemble statistics of the changes across the six ESMs. The results point to warmer air temperatures everywhere, warmer surface ocean temperatures in most areas, reduced sea-ice extent and, in most areas, reduced surface salinities and mixed-layer depths. However, the magnitudes of the inter-model differences in the projected changes are comparable to those of the ensemble-mean changes in many cases, such that robust quantitative projections are generally not possible for the NWA.     

华北区域环流型与河北气候的关系

利用Lamb-Jenkinson方法和NCEP/NCAR再分析的1951—2006年月平均海平面气压场资料,对华北区域环流进行分型并分析了对河北气候的影响。结果表明,影响华北的主要环流型有8种（A、SW、NE、W、C、N、ANE、AN）,占全部环流型的64.43%。冬季主要盛行A、NE环流型,夏季主要盛行SW、C环流型,冬季最主要的环流型A和夏季最主要的环流型SW出现次数呈反相变化。河北夏季降水量与SW出现次数呈明显的同相变化,而与A型出现次数呈非常好的反相变化,即冬季A环流型出现多,夏季SW环流型出现就少,夏季降水量就少,反之亦然。冬季的主要环流型在20世纪60年代中期发生了明显改变,夏季环流型在60年代和70年代发生了两次明显改变,之后基本维持改变后的环流型。河北气候与区域环流型变化有很好的对应关系。