全球年平均人为热释放气候强迫的估算

利用能源经济领域具有权威性的英国石油公司(BP)世界能源统计资料和联合国人口统计资料,通过一些简单的数值计算,初步估算了人为热释放的全球气候强迫。结果表明:当前(2008年)全球年平均人为热释放的气候强迫还不是很大,约为0.031W/m2;但随着人口及能源消费总量的增加,未来人为热释放产生的全球年平均气候强迫将有可能达0.30W/m2。     

热带西太平洋热状况年代际和年际变化特征分析

采用谐波分析和EOF分析方法,对比研究了暖池区域表层热状况(海表温度距平SST'表征)和浅层热状况(热含量距平HS'和次表层海温距平ST'表征)在1月和7月的年代际、年际尺度时空特征.分析结果表明:⑴不同季节的年代际、年际尺度SST'和HS'都存在两个显著模态,HS'1月的年代际、年际尺度结构最简单,而SST'7月的年代际和1月年际结构最复杂;⑵ 1970年代末和1980年代初发生的年代际跃变HS'晚于SST', 且SST'(HS')呈增温(减少)趋势;⑶ HS'的年际异常与ENSO关系密切,而SST'与ENSO关系不显著.     

人为热释放:全球分布的估算及其气候效应的探索

人类生产和生活中大量消费各种形式的能源,除了向大气里排放温室气体和气溶胶外,还释放大量热量。人为热释放伴随着人类社会发展而长期存在,随着全球人口增长和经济发展,其影响效应不断加剧。人为热释放具有典型地域集中、不均匀分布的特征:虽然全球平均人为热释放通量仅约为0.03 W m-2,在人口密集的城市地区,人为热释放可高达每平方米数百瓦,足以影响局地气候。伴随全球经济的发展,人口的增长及城市化进程的加剧,人为热释放分布更集中,影响气候的范围逐步扩大,其对气候的影响能力逐步增强。全球气候模式的结果表明:人为热释放能够对全球大气环流产生影响,进而影响到全球气候变化。人为热释放可以导致全球地表温度增温约0.06 K,500 hPa温度场平均升温约0.04 K,尤其对北半球中高纬度升温效应明显。研究结果表明,人为热释放虽然没有温室气体如二氧化碳等影响因子对全球气候的影响那么显著,但是其仍然能够对全球气候产生影响,是全球气候变化不可忽视的影响因子。     

中国区域人为热释放的气候强迫

研究了1978～2008年中国地区及各省、市、自治区、特别行政区人为热释放造成的气候强迫与不同地区间的人口、能源消费状况和人为热释放的气候强迫的关系,并试图对未来人为热释放的气候强迫做出预估.结果表明,近30年中国地区平均人为热释放造成的气候强迫迅速增加,1978年其值约为0.07 W·m-2,但2008年则增至0.28 W·m-2.另外,中国人为热释放的气候强迫呈典型地域分布特征,华北、华东、华中和华南等经济发达地区明显高于周围其他地区,而西北地区整体上来说则很小,地区分布很不均匀.这种不均匀分布的特征,可能对区域气候、甚至全球气候造成影响.     

南亚高压的年际和年代际变化

利用1958～1998年NCEP/NCAR再分析月平均100 hPa高度场和风场资料， 依据大气环流观测事实及天气学原理，较客观地定义了描述南亚高压活动的特征参数， 然后对南亚高压的年际及年代际变化特征进行了系统的诊断分析。发现北半球中低纬 100 hPa环流异常具有空间整体性和时间持续性，即北半球中低纬100 hPa环流同时加 强或同时减弱，并且其整体异常具有明显的年代际变化。南亚高压面积和强度的变化 存在3.8年的振荡周期，与ENSO的循环周期一致。南亚高压的中心和脊线在夏季较为稳 定，较大的年际差异出现在春季。高压面积和强度的年际变化最明显，并且面积大、 强度强的年份往往与El Niao年相对应。南亚高压的位置和强度还存 在明显的年代际变化，自1978年以后，冬半年南亚高压脊线南移，中心东移，面积增大， 强度增强，夏半年南亚高压的位置变化不很明显，但是面积和强度也增大增强。这种年代 际异常与低层大气系统及赤道太平洋海温的年代际异常一致。南亚高压强度距平与热带 海洋SSTA密切相关，与印度洋海区的同期相关最好。南亚高压强度异常对印度洋SSTA的 响应时间为0～5个月，对赤道中东太平洋SSTA的响应时间为4～6个月。南亚高压明显的 年际和年代际变化特征表明，可将南亚高压看作气候系统中大气子系统异常的强信号， 通过分析南亚高压的年际及年代际异常可以更直接地研究和预测区域气候异常。     

广州人为热初步估算及敏感性分析

考虑了工业、交通和生活三种人为热排放源,利用广州市工业和生活能源消耗量、汽车保有量、主干道车流量等数据,估算出广州人为热日变化排放通量,全天平均排放通量411 W〖DK〗·m-2,最大排放通量出现在11时,为723 W ·m-2,其中工业排放占总排放量686%。利用耦合到WRF中的单层城市冠层模式(WRF/UCM),对人为热作用进行敏感性试验,包括无人为热、无日变化人为热、有日变化人为热、人为热排放通量翻倍四种方案。结果显示,方案之间冠层感热通量的差异与人为热设置的差异大致相等。试验方案之间冠层内气温差异较小,单倍人为热与双倍人为热的最大差值约只有02℃。另外,人为热使湍流得到发展,双倍人为热比单倍人为热湍流动能增加约01~04 m2 ·s-2。且人为热对白天城市边界层湍涡有增强作用,添加单倍人为热后使气流垂直速度最大增加可达01 m ·s-1,使垂直混合加强。有日变化的人为热对热岛强度的贡献在中午时最大,单倍人为热的平均贡献率159%,双倍人为热为228%;而无日变化的人为热在凌晨时贡献最大,平均贡献率149%。     

我国北方地区夏季极端热应激事件的年际变化特征及影响因子

基于热应激指数,利用1961-2016年全国1814个气象站的日平均气温和相对湿度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析了我国北方地区极端热应激年际变化特征及可能影响因子.结果 表明,北方地区极端热应激事件的年际变化在1990年左右发生了年代际转折,1990年之前极端热应激事件频次的年际变化相对较小,其年际变化主要...     

东亚海陆热力差指数及其与环流和降水的年际变化关系

利用 196 1～ 1999年海温和地温月平均资料 ,定义了一个海陆热力差指数 ,来表示东亚季风环流的纬向和经向海陆热力差异的变化强度 ,研究了夏季指数与东亚夏季风环流场和中国东部夏季降水的年际变化关系。结果表明 :(1)海陆热力差指数可用来表示东亚夏季风的强弱变化。强指数年东亚季风区低空西南夏季风气流和高层的东风气流明显偏强 ,表明这一年夏季风偏强 ,弱指数年反之。 (2 )海陆热力差指数能较好地反映东部季风区夏季降水的异常状况。强指数年 ,雨带偏北 ,江淮流域和长江中下游明显干旱 ,华南、华北降水偏多 ,弱指数年反之。这一降水异常特征可以从强弱海陆热力差指数年的环流场得到解释。 (3)海陆热力差指数所反映的东亚夏季风具有明显的准 2a和 3～ 6a周期的年际振荡 ,但其振幅和周期具有显著的年代际异常     

粤西北霜日的年际变化与大气环流异常的关系

利用1964-2006年测站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料分析了粤西北霜日的年际变化特征,及其与大气环流异常的联系.结果表明:粤西北的霜日主要集中于12月和1月;从1986年之后年霜日呈明显的递减趋势.并且粤西北的西部和南部线性递减较快;粤西北地区12月和1月霜日偏多、偏少年的大气环流异常特征相似;12月和1月...     

季风的季节、年际和年代际变化

区域季风和全球季风的分布依赖于季风的定义。基于“季风是热带大气水汽中心随越赤道气流向赤道外季节扩展”的定义总结并讨论了东亚季风的区域特征、亚洲季风的季节进程和全球季风的分布以及季风的年际和年代际变化。最后对季风研究的潜在方向作了适当的讨论。     

Estimation of the Distribution of Global Anthropogenic Heat Flux

The radiance lights data in 2006 from the National Oceanic and Atmospheric Administration Air Force Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System (DMSP/OLS) and authoritative energy data distributed by the United State Energy Information Administration were applied to estimate the global distribution of anthropogenic heat flux.A strong linear relationship was found to exist between the anthropogenic heat flux and the DMSP/OLS radiance data.On a global scale,the average value of anthropogenic heat flux is approximately 0.03 W m 2 and 0.10 W m 2 for global land area.The results indicate that global anthropogenic heat flux was geographically concentrated and distributed,fundamentally correlating to the economical activities.The anthropogenic heat flux concentrated in the economically developed areas including East Asia,Europe,and eastern North America.The anthropogenic heat flux in the concentrated regions,including the northeastern United States,Central Europe,United Kingdom,Japan,India,and East and South China is much larger than global average level,reaching a large enough value that could affect regional climate.In the center of the concentrated area,the anthropogenic heat flux density may exceed 100 W m 2,according to the results of the model.In developing areas,including South America,Central and North China,India,East Europe,and Middle East,the anthropogenic heat flux can reach a level of more than 10 W m 2 ;however,the anthropogenic heat flux in a vast area,including Africa,Central and North Asia,and South America,is low.With the development of global economy and urban agglomerations,the effect on climate of anthropogenic heat is essential for the research of climate change.     

Estimation of the Anthropogenic Heat Release Distribution in China from 1992 to 2009

Stable light data from Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)/Operational Linescan System (OLS) satellites and authoritative energy consumption data distributed by National Bureau of Statistics of China were applied to estimating the distribution of anthropogenic heat release in China from 1992 to 2009. A strong linear relationship was found between DMSP/OLS digital number data and anthropogenic heat flux density (AHFD). The results indicate that anthropogenic heat release in China was geographically concentrated and was fundamentally correlated with economic activities. The anthropogenic heat release in economically developed areas in northern, eastern, and southern China was much larger than other regions, whereas it was very small in northwestern and southwestern China. The mean AHFD in China increased from 0.07 W m-2 in 1978 to 0.28 W m-2 in 2008. The results indicate that in the anthropogenic heat-concentrated regions of Beijing, the Yangtze River Delta, and the Pearl River Delta, the AHFD levels were much higher than the average. The effect of aggravating anthropogenic heat release on climate change deserves further investigation.     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

人为热源和城市绿化对冬季山谷城市边界层结构影响的数值模拟

为了探讨人为热源和城市绿化对城市边界层的影响,本文在RAMS模式中引入周期性日变化的人为热源和人工改变下垫面状况,初步模拟分析了人为热源和城市绿化对城市边界层结构的影响.结果表明:人为热源具有明显的增温效应,增强了城市的湍流交换,白天增加了大气不稳定度,促进了混合层的发展,夜间降低了大气稳定度,减弱了城市夜间逆温.城市绿化减小了地表反照率,增加了到达地面的净辐射,模拟期间土壤冻结,增加的净辐射其中一部分以感热的形式来加热大气;绿化后地气之间的湍流交换增强,增加了大气不稳定度,减弱了白天高空逆温;本文还讨论了不同绿化布局对白天高空逆温的影响以及人为热源和城市绿化之间的非线性相互作用.     

北京城市热岛效应的昼夜变化特征分析

利用最新获取的1998年3月~2001年12月北京地区自动站资料,对北京城市热岛效应进行了细致、完整的研究。选取城区的官园站和郊区密云站的气温差作为城市热岛效应强度指标。在验证了资料可靠性的基础上,研究了热岛强度昼夜变化的年、季、月及日变化特征,以及几种极端天气事件的逐时及平均热岛强度的变化,最后制作了连续3年的月平均逐时热岛强度变化的三维立体图。     

中国半干旱区草甸草原和典型草原碳通量日变化特征

半干旱草原碳收支对陆地生态系统碳源汇功能变化具有重要影响。本文基于通榆草甸草原站2011～2017年和毛登典型草原站2013~2017年涡动相关法观测数据,分析了生长季碳通量日变化特征,研究了碳通量日变化过程对主要环境因子的响应。结果表明:两处草原7月碳吸收活动最强,草甸草原生长季各月总初级生产力（gross primary production, GPP）、生态系统呼吸（ecosystem respiration, R_e）和净碳交换量（net ecosystem exchange, NEE）的峰值均高于典型草原。NEE的日变化以单峰型为主,但7月、8月饱和水汽压差较高时,GPP在正午前后降低,引起NEE的双峰型日变化。光合有效辐射是草甸草原NEE日变化的主导因子,而在典型草原,浅层土壤含水量（5 cm）也主导了NEE日变化。水分亏缺使草原碳交换速率显著降低,草甸草原固碳速率对水分亏缺的敏感性强于典型草原。同时,水分亏缺也改变了GPP、R_e和NEE对温度和光合有效辐射的响应关系。     

江苏省人为热排放现状及未来变化趋势分析

依据1990~2013年江苏省能源消费统计资料和1990、1995、2000、2005、2010年的人口空间分布数据,估计江苏省人为热排放量、探讨其时空分布特征并预测其未来变化趋势。研究结果表明,20多年来江苏省的人为热排放量持续增长,从1990年全省平均的0.59 W/m~2增加到2013年的2.85 W/m~2。排放的空间分布也不均匀,总体上江苏南部地区的排放通量高于江苏北部。近些年江苏省的人为热排放已成为区域问题,高值区已连接成片,2010年江苏省大部分地区的人为热排放高于2.5 W/m~2,南部主要城市排放通量大于10 W/m~2、北部城市也多大于5 W/m~2。江苏各城市的城区人为热排放通量稳步增长,2002年后增长加速、增量最高可达到2 W m~(-2) a~(-1)。在2030年和2050年江苏省的平均人为热排放通量将分别达到5.7 W/m~2和9.1 W/m~2,可能对中国东部的气候和大气环境产生重要影响。     

我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

利用2009~2017年7~9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015~2017年7~9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1版本)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。     

An Analytical Study of the Diurnal Variations of Wind in a Semi-geostrophic Ekman Boundary Layer Model

A time-dependent semi-geostrophic Ekman boundary-layer model based on the geostrophic momentum approximation is used to study the diurnal wind variation in the planetary boundary layer (PBL) and the evolution of the low-level nocturnal jet (LLJ). The coefficient of eddy viscosity varies periodically with time, varies linearly with height in the surface layer and is constant above the surface layer. The influence of horizontal advection of momentum on the diurnal wind variation in the PBL, the development of inertial oscillations (IOs) and the formation of the LLJ are examined.In comparison with the Ekman solutions, the diurnal wind variation in semi-geostrophic Ekman boundary-layer dynamics has the following features: (1) the phase angle of the diurnal wind wave shifts with height, the rate of shifting is increased in anticyclonic regions and decreased in cyclonic regions, (2) the time of occurrence of the low-level maximum wind speed is later in anticyclonic regions and earlier in cyclonic regions, (3) the height of occurrence of the maximum wind speed is higher in the anticyclonic and lower in cyclonic regions, (4) the wind speed maximum and the amplitude of the diurnal wind variation are larger in anticyclonic and smaller in cyclonic regions, (5) the period of IOs is larger in anticyclonic regions and smaller in cyclonic regions, (6) anticyclonic vorticity is conducive to the generation of LLJ in the PBL. These features are interpreted by means of the physical properties of semi-geostrophic Ekman boundary-layer dynamics and inertial oscillation dynamics.     

北京地区热岛效应及日较差特征

通过对2007～2010年北京地区经质量控制后的123个自动气象站气温数据采用K均值聚类方法分类, 得到城区、郊区、西部和北部山区、西南和东北部山区4个温度分区, 分析了4个分区气温的年变化、日变化和日较差变化特征, 并对北京地区热岛效应的时间变化特征进行了细致分析。结果表明:聚类分析方法可对北京地区温度很好地进行分区, 分区结果与站点的地形和下垫面情况较为吻合;不同分区温度日较差在西部和北部山区最大, 在西南部和东北部山区次之, 郊区再次之, 在城区的日较差最小;在一年中, 各温度分区以2月、5月与10月日较差较大, 其中以5月的日较差为最大;北京地区热岛效应在冬季和夜间较强, 而3～8月热岛较弱, 在夏季的白天比其它季节白天强。