海陆气协同作用对华北地区夏季高温热浪的影响

通过统计分析并利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行多组敏感性试验研究发现,华北地区前期土壤湿度异常与夏季高温热浪的关系受到西太平洋副热带高压（西太副高）强度的影响。当西太副高异常偏强时,其西侧南风携带来自热带海洋的大量水汽至华北地区南部并增加该区域降水,不利于前期土壤湿度干异常的维持,从而限制了前期土壤湿度异常对高温热浪的贡献。相反,当西太副高偏弱时,华北地区前期土壤湿度干异常持续能力较强,有利于局地高温热浪的发展。西太副高强度与热带中东太平洋地区海温有关。当夏季热带太平洋海温异常处于暖位相时,西太副高强度相对较弱且华北地区南部降水偏少,有利于前期较干土壤条件的维持。此类情况下前期土壤湿度异常可以作为高温热浪的预测信号。     

湖南省夏季高温热浪时空分布特征及其成因

利用1960~2014年夏季(6~8月)湖南省77个气象站逐日最高气温资料,对该地区高温热浪的时空分布特征进行分析研究。研究结果表明:湖南省大部分地区常年遭受高温热浪袭击,年均发生1.53次,部分地区年均出现2次以上。高频次、高强度的高温热浪主要集中于湘中偏东(衡阳盆地一带)地区,株洲、长沙、益阳等地为次大值区,湘西地区高温热浪的发生频次及强度则低于全省平均值。近年来,湖南高温热浪的影响范围不断扩大,炎热程度不断增强。近55年高温热浪频次及强度具有显著的阶段性特征,20世纪80年代以前呈减少(减弱)趋势,此后呈增多(增强)趋势,21世纪以来高温热浪增多增强尤其明显。对一次持续时间长、影响范围广的极端高温热浪过程研究发现:南亚高压东伸扩展,西太副高异常偏西、偏北且稳定少动,下沉运动强盛等条件的配合有利于湖南省持续性高温的发生。     

Projected changes in the western North Pacific subtropical high under six global warming targets

西北太平洋副热带高压(简称西太副高)是影响东亚夏季天气气候的关键环流系统。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,采用扰动位势高度,流函数等多种变量描述西太副高,分析了西太副高在6个全球变暖阈值(1.5℃, 2.0℃, 2.5℃,3.0℃, 3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。在对流层中层(500 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下几乎没有变化,而在2.0℃阈值下迅速减弱并东退约2.5°。当升温大于2.5℃时,西太副高呈线性减弱趋势,在4.0℃阈值下将东退约6.0°。在对流层低层(850 h Pa),西太副高在1.5℃阈值下增强西伸,但在升温到2.0℃的过程中变化不大。当变暖达到4.0℃阈值时,西太副高将西伸约2.0°。     

1998年夏季西太副高活动与凝结潜热加热的关系

利用1998年南海季风试验逐日再分析资料,分析了1998年夏季梅雨期内凝结潜热加热对西太平洋副热带高压(下称西太副高)中短期活动的影响。结果表明,不同位置的凝结潜热加热对西太副高的作用是不同的:当西太副高西侧的降水在它的边缘发生时,释放的凝结潜热加热可能迫使西太副高东退,离它较远处的降水则可能诱使西太副高西伸;西太副高北侧降水释放的凝结潜热加热将阻止它北进;南侧降水则有推动西太副高北进的作用。当南北两侧的凝结潜热加热等强度时,它原地不动,但强度增强,达到一定强度时西伸;若某一侧加热强度减弱,西太副高则有向该侧移动的趋势。     

杭州湾北岸持续热浪天气特点及城市化发展的影响

伴随21世纪的到来,杭州湾北岸持续热浪事件出现频率高、持续时间长、影响范围广、强度强、出现的气温极值高。使用NCEP资料和天气学方法,对4次持续热浪过程进行分析,在副高持续增强脊线北移至30°N,当高层南亚高压分裂东移,高低空负涡度出现垂直叠加,或因台风外围环流影响,出现强烈的下沉和晴空辐射增温,再加上平流增温、以及前期持续高温的累积效应等综合因素,杭州湾北岸出现持续区域热浪。21世纪以来,持续热浪期间,白天高温和酷热时长都出现延长,且酷热时长延长得更明显。此外,嘉兴日照时数出现减少,而气温仍较快升高的现象可能与城市化快速发展导致的城市＂热岛效应＂有关。目前,杭州湾北岸城市群＂热岛效应＂已经综合影响到热浪期间城市间的温差关系上。     

CMA-GEPS对中国超强梅雨天气过程的预报能力分析

基于中国气象局自主研发的全球集合预报系统CMA-GEPS,针对2020年6—7月的长江中下游地区超强梅雨天气过程,开展了中国梅汛期强降水的预报能力分析。结果表明,西太副高的稳定维持及夏季风的持续增强为梅汛期强降水的发生提供了有利的动力和水汽条件。CMA-GEPS对西太副高各指数的快速调整趋势预报,可提前7～10 d在预报中呈现;对西太副高强度和面积预报技巧与NCEP集合预报相当,表现为偏弱的估计,脊线和西伸脊点预报技巧与ECMWF集合预报相当,表现为脊线位置偏南、西伸脊点偏东的偏差。CMA-GEPS对东亚夏季风指数预报技巧在9 d以上,较控制预报提前2 d。CMA-GEPS的控制预报存在强度偏弱、雨带位置偏南的系统性偏差和漏报现象;基于空间和时间权重修正的邻域方案TSWNP,明显提高了大雨预报的技巧,减少了漏报的发生,优于控制预报和传统的单点概率预报,从而表明,TSWNP方案对梅汛期大雨过程的预报是有效且合理的。     

全球变暖或致海洋热浪更频繁

正《自然》近日发表的一项研究称,全球变暖可能会导致"海洋热浪"(即海洋表面长时间的反常高温)的发生频次更高、袭击范围更广、强度更大。研究人员指出,1982年至2016年期间,海洋热浪天数增加了1倍。瑞士伯尔尼大学的Thomas Frolicher和同事分析评估了海洋热浪特征过去的变化情况和未来的变化趋势。研究者引用了1982年到2016年的全球日均海表温度(SST)数据,以及1861年到2100年期间的12个全球地球系统模型,     

超强与普通厄尔尼诺海-气特征差异及对西太平洋副热带高压的不同影响

利用NCEP/NCAR再分析资料、GODAS海洋资料、哈得来中心海表温度（SST）以及中国国家气候中心（NCC）环流指数数据,依据美国气候预测中心的厄尔尼诺事件标准筛选出1980-2016年的超强与普通厄尔尼诺事件,对比了两类事件的不同生命阶段内海表及次表层温度特征的差异,并探讨了其对西太平洋副热带高压（西太副高）的不同影响。结果表明,对超强厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平发展早且迅速,其大值中心偏东,纬向梯度强,但对普通厄尔尼诺事件而言,海表温度正距平中心偏西,纬向梯度小。厄尔尼诺事件的发展源于次表层海温距平（SOTA）随开尔文波东传并沿温跃层上升到达海表,其波动前部区域异常垂直海流对次表层海温距平的变化起重要作用;当海气激烈耦合时,可在温跃层激发出更强的海洋波动,使得次表层变暖更明显,激发出强的厄尔尼诺事件。海温异常强迫出的大气异常环流的强度与强迫源的强度关系密切。两类厄尔尼诺均能通过异常的沃克环流引起大气Gill型响应,使得西太副高偏强、西伸,且当超强厄尔尼诺发生时,异常沃克环流更强,海洋性大陆区域上空的异常强辐散导致Gill型响应而产生的反气旋更强,对西太副高的影响更甚。印度洋海表温度对厄尔尼诺的滞后变暖所带来的影响在上述亚太大气环流的持续异常中起重要作用。这些结果有利于加深对不同类型厄尔尼诺事件及影响西太副高机理的认识。      

东风带扰动热力特征及其对西太副高东退影响的个例分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年6月22—25日西太平洋副热带高压(下称西太副高)西伸东退时热带东风带扰动附近大气热源的分布和演变特征,以及对西太副高西伸东退的影响和机制。结果表明,高层东风带扰动附近的非绝热效应分布和强度的突变影响西太副高西伸东退,当扰动中心西侧非绝热加热加强,扰动中心东侧西太副高区域冷却加强时,西太副高东退;潜热释放造成的非绝热效应在高层变化最为明显,非绝热变化的主要影响因子是垂直运动。总结了西太副高东退过程与东风带扰动系统热力联系的可能概念模型:东风带扰动处大气热力结构变化引发经向风场异常,使东风带扰动西侧高层有北风发展和强烈的上升运动,扰动东侧有整层的南风发展,有助于西太副高异常东退。因此,西太副高的西伸东退与热带东风带扰动系统的热力作用密切关联。     

东风带扰动影响西太平洋副热带高压短期东西向移动的热力强迫分析

利用NCEP/NCAR 1 000～10 hPa 2.5 °×2.5 °日平均再分析资料,分析2003年6月22—25日热带对流层上空东风带扰动影响西太平洋副热带高压（简称西太副高,下同）短期东西进退的热力强迫过程,并探讨了相应机制。结果表明:东风带扰动附近非绝热效应分布和强度的变化影响着西太副高东西向的运动;西太副高短期东西向移动有趋“冷”的趋势,即西太副高向非绝热加热减弱或者非绝热冷却增强方向移动;在西太副高突然东退前后,东风带扰动东、西侧的非绝热加热效应出现明显的变化,主要体现为东风带扰动东侧非绝热冷却效应增强和东风带扰动西侧非绝热冷却效应减弱东退的特征,而且在对流层300 hPa高度附近表现最为明显;在非绝热加热效应影响因子中,垂直输送项最为重要,其次为局地变化项,水平平流效应最不显著,因此,垂直输送作用和局地变化作用引起的非绝热效应的变化是影响西太副高突然东退的主要原因。      

近54年京津冀地区热浪时空变化特征及影响因素

基于1960—2013年京津冀及周边地区34个气象站逐日最高气温和相对湿度资料,利用高温热浪模型,辅以趋势分析、突变检验及相关分析等方法,研究近54年京津冀地区热浪时空变化特征,探讨城市化对热浪变化的影响,并尝试寻找对热浪异常具有稳定指示意义的环流因子。结果表明:1960—2013年京津冀地区热浪变化具有明显的阶段性,以20世纪70年代中期为转折,热浪呈先减少后增加趋势;京津冀地区热浪空间格局变化整体呈南减北增,东南平原区热浪呈下降趋势,北部生态涵养区呈现增加趋势;在区域尺度上,城市化或迁站影响并未改变北京极端热浪变化趋势,主要影响以轻度和中度热浪变化为主;西太平洋副热带高压和青藏高原反气旋环流与京津冀地区热浪异常关系最为显著,对热浪异常是一种稳定且强烈的指示信号。当青藏高原高空反气旋环流异常偏强,西太平洋副热带高压明显偏北,京津冀地区发生超级热浪可能性较大。     

Projection of heat waves over China for eight different global warming targets using 12 CMIP5 models

Simulation and projection of the characteristics of heat waves over China were investigated using 12 CMIP5 global climate models and the CN05.1 observational gridded dataset. Four heat wave indices (heat wave frequency, longest heat wave duration, heat wave days, and high temperature days) were adopted in the analysis. Evaluations of the 12 CMIP5 models and their ensemble indicated that the multi-model ensemble could capture the spatiotemporal characteristics of heat wave variation over China. The inter-decadal variations of heat waves during 1961–2005 can be well simulated by multi-model ensemble. Based on model projections, the features of heat waves over China for eight different global warming targets (1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, and 5.0 °C) were explored. The results showed that the frequency and intensity of heat waves would increase more dramatically as the global mean temperature rise attained higher warming targets. Under the RCP8.5 scenario, the four China-averaged heat wave indices would increase from about 1.0 times/year, 2.5, 5.4, and 13.8 days/year to about 3.2 times/year, 14.0, 32.0, and 31.9 days/year for 1.5 and 5.0 °C warming targets, respectively. Those regions that suffer severe heat waves in the base climate would experience the heat waves with greater frequency and severity following global temperature rise. It is also noteworthy that the areas in which a greater number of severe heat waves occur displayed considerable expansion. Moreover, the model uncertainties exhibit a gradual enhancement with projected time extending from 2006 to 2099.     

全球变暖与城市效应共同作用下的极端天气气候事件变化的最新认知

近年来,城市气候变化问题引起高度关注.综合IPCC第一工作组第六次评估报告(IPCC AR6)关于气候变暖背景下城市对极端天气气候事件影响的评估,本文得到以下科学认识:城市化加剧了局部气候变暖,全球许多城市都面临更多更强的高温热浪事件;城市化使得诸多城市区域及其下风向极端降水增加,地表径流加强;沿海城市受到日益加剧的与...     

Observed trends in various aspects of compound heat waves across China from 1961 to 2015

Based on combined thresholds of daily maximum and minimum temperatures, a compound heat wave is defined, and then changes in multiple aspects of such heat waves in China are estimated between 1961 and 2015. Our results intriguingly indicate that severe compound heat waves in northern China are characterized by excessively high intensity within short duration, while long duration determines great disaster-causing potential of severe events in the south. In the past few decades, large areas of China have experienced longer, stronger, and more frequent compound heat waves. Northern China has witnessed dramatic intensity increases, with a maximum amplification over 5°C decade^–1; while remarkable lengthening in duration has been mostly recorded in the south, with a maximum trend over 1 day decade^–1. The spatial extent affected by compound heat waves has significantly expanded since the 1960s, with the largest expanding rate over 6% decade^–1 detected in North China and Northeast China. These systematic assessments serve to deepen our understanding of observed changes in compound heat waves across China, and may further shed some light on future adaptations and mitigations against an increasingly warming climate.     

气候变暖背景下西太平洋副热带高压体形态变异及热力原因

采用美国NCEP/NCAR再分析资料,利用相关、合成分析、大气热源的计算等方法,研究了气候变暖背景下西太平洋副热带高压（副高）空间形态的变异及热力原因。结果表明,气候变暖前、后各层副高形态特征有很大的差异,副高体的空间形态从850—700 hPa开始显著西伸南扩,到500 hPa最为明显。各层副高在冷、暖期的形态差异与其周围大气热源和涡度的变化相对应。随着气候变暖,副高西侧和南侧的大气热源在850—700 hPa上开始有明显的加强,500 hPa热源加强最明显,且副高体南侧热源中心有所南移;同时,其西侧和南侧从对流层低层至中高层有反气旋涡度的增大,西侧的反气旋涡度在850—700 hPa增大最明显,南侧的反气旋涡度在500 hPa增大最明显,且反气旋中心整体南移。表明气候变暖后,副高体西侧和南侧大气热源的加强,导致相应区域反气旋涡度增大,副高体向反气旋涡度增大的方向发展,从而使副高西脊点西伸,南边界南扩,整体南移。      

上海城市集群化发展显著增强局地高温热浪事件

上海作为中国城市集群化发展的典型代表,经过30余年圈层式、集群化扩张,城市建设用地面积比例高达47.9%,接近50%的生态阈值。城市群快速扩张诱发了一个以徐家汇为中心覆盖周边40 km的区域性热岛,影响高温热浪的时空分布。基于DMSP/OLS遥感夜间灯光数据构建的城市发展指数,客观地反映出1992—2013年上海西郊嘉定、青浦和东郊的浦东集群化发展特征最凸出。利用Chow检验最优分段建模法,研究发现高温热浪期间城市群热岛突变转折与区县城市发展指数超过60%的年份相对应。城市发展指数超过60%后,近郊城市继续扩张将缩小城、郊气象站的温差,诱发更大范围热岛,增强高温热浪。1977—2000年近郊区县城市发展指数低于60%,高温热浪各要素项城郊差值显著上升,而2000年西郊城市发展指数超过60%后,和市中心差值减小,快速城市化明显增强西郊高温热浪强度和持续时间。1978年以来上海西郊与远郊高温日数差值增加了1.6倍,平均气温差值增加了34.4%,平均最高气温差值增加了41.7%。高温热浪期间遥感数据显示,向西郊伸展的城市群地表温度高值区规模扩大了32.8%,是西郊高温热浪增强的驱动因子。     

滤除ENSO信号前后夏季热带印度洋海盆尺度海温距平对西太平洋副热带高压的不同影响

使用NCEP/NCAR再分析资料、哈得来海表温度和中国国家气候中心的西太平洋副热带高压（西太副高）特征指数,对比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海盆尺度模（Indian Ocean basin mode,IOBM）与独立于ENSO的纯IOBM（pure Indian Ocean basin mode,IOBM_P）对西太副高的影响机理。结果表明,滤除前期ENSO信号后,西北太平洋上为海温负距平,并在其西北侧强迫出Gill型反气旋。另外,印度洋与海洋性大陆间存在西高东低的海温距平梯度,印度洋正、负海温距平激发出的赤道开尔文波影响至海洋性大陆西部地区,强迫出的异常大气环流关于赤道基本对称。加之此时中国南海至西北太平洋地区降水偏弱,潜热释放偏少,从而非绝热冷却,导致西太副高异常偏强、偏南。而在前期厄尔尼诺的影响下,次年夏季印度洋与海洋性大陆地区均有利于出现海温正距平,开尔文波的影响偏强、偏东,强迫出的异常环流偏向北半球,通过“埃克曼抽吸”和非绝热冷却在对流层低层制造出异常负涡度进而影响西太副高,使其明显偏强、偏西、偏南。由于IOBM_P在2和8年周期上对西太副高的影响最明显,而ENSO信号中主要是3—7 a的短周期振荡,因此,ENSO背景下的印度洋变暖对西太副高的遥强迫实际包含了来自热带中太平洋的3—7 a周期信号的滞后影响和印度洋地区局地变化特别是2和8年周期变化的作用。这些结果为人们深入理解西太副高变化规律和做出有效预报提供了线索。      

A Dynamic Method for Quantifying Natural Warming in Urban Areas

In the study of global warming, one of the main issues is the quantification of the urbanization effect in climate records. Previous studies have contributed much to removing the impact of urbanization from surface air temperature by carefully selecting reference stations. However, due to the insufficient number of stations free from the influence of urbanization and the different criteria used to select reference stations, there are still significant controversies about the intensity of the impact of urbanization on temperature records. This study proposes a dynamic method for quantifying natural warming using information on urbanization from every station acquired from remote sensing (RS) data instead of selecting reference stations. Two different spatial scales were applied to examine the impact of urbanization, but little difference was found, indicating the stability of this method. The results showed a significant difference in original temperature data and the homogenized data—urban warming accounted for approximately 64% in the original temperature warming but only approximately 20% in the homogenized temperature records.     

Novel dynamical indices for the variations of the western Pacific subtropical high based on three-pattern decomposition of global atmospheric circulation in a warming climate

Previous studies have often used the 500 hPa geopotential height to define indices of the western Pacific subtropical high (WPSH). However, some studies reported that global warming caused a significant increase in geopotential height, particularly at the middle and lower latitudes, leading artificial results about long-term trend of the WPSH. To avoid the spurious signals resulting from global warming, this study first redefines the area, intensity, westward ridge point and ridge line indices of the WPSH by adopting the stream function R of horizontal circulation in the three-pattern decomposition of global atmospheric circulation (3P-DGAC). Subsequently, the climatic characteristics of the WPSH in summer are investigated by applying the new indices based on four reanalysis datasets. The results show that the circulation features of the WPSH could be revealed by the stream function R in 3P-DGAC. Moreover, the rain belt over East Asia is located at the northwest periphery of the zero-value isoline of the stream function R. We conclude that the climatological average WPSH is contracted and retreated eastward during 1979–2018 relative to 1948–1978. Nevertheless, by analyzing interdecadal changes of the time series of the new indices during 1948–2018, we find that area and intensity indices decrease with time before the end of 1970s and increase slightly with time after the end of 1970s, the western ridge point index moves eastward with time before the end of the 1970s and moves westward slightly with time after the end of 1970s, as well as there is no obvious interdecadal variations in the ridge line index. Because of the evident dynamical meaning, the stream function R in 3P-DGAC can be used as an objective indicator to describe the interdecadal variation of the WPSH under global warming.

     

多种方法分析城市化对保定气温变化的贡献

文章通过三种方法构造不同的背景气温序列,分析近33a(1979—2011年)城市化对保定气温变化的影响。结果表明:(1)对比保定站与郊区背景站气温资料得到城市热岛效应导致的增暖幅度为0.15℃/10a,城市化贡献率为30.3%。(2)用NCEP/DOE的2m气温再分析资料为背景得到的城市化增温幅度为0.238℃/10a,分离出的城市化贡献率为48.08%。(3)比较城市站与山区背景站资料得出年均气温的城市化增暖幅度为0.216℃/10a,贡献率为43.64%。(4)三种方法计算得出的城市化增温幅度及贡献率各不相同,却一致表明城市化对保定年气温的增暖贡献较为显著。