近30年青藏高原上空大气温度变化特征

根据青藏高原地区16个探空站近30a (1979~2008年)的月平均温度资料对该地区高空年、季平均温度演变特征进行了分析。结果表明:(1)高原上空年、季平均温度均具有较高的空间一致性,其中夏季的一致性特征最弱;(2)高原上空250hPa层及以下和50hPa层及以上平均温度的季节变化特征为冬季最冷、夏季最热,100~70hPa层与其相反;(3)近30a来高原地区对流层中上层(500~250hPa)年平均温度是上升的,对流层上层至平流层下层(150hPa层及以上)以降温为主,高层的降温普遍始于1984年,且变冷显著。      

亚洲冬季风对强外辐射强迫变化的响应

本文采用NCAR气候系统模式CSM1.4研究了冬季风对强外辐射强迫变化的响应,其中外辐射强迫直接由太阳常数的变化而引入。结果表明：随太阳常数的增加,局地的增温幅度变化很大,中高纬地区比低纬地区增暖幅度强,这在太阳常数增加较大的试验中表现更为明显;随太阳常数增大越大,大气温度升高越高,对流层有强烈增温,对流层高层尤为显著,平流层中上层有降温现象;随太阳常数增大,亚洲冬季风系统的响应越强,系统强度增强明显,但形式不同,500hPa随纬度增高增强幅度变大,100hPa随纬度增高增强幅度变小。     

亚洲冬季风对强外辐射强迫变化的响应

本文采用NCAR气候系统模式CSM 1.4研究了冬季风对强外辐射强迫变化的响应,其中外辐射强迫直接由太阳常数的变化而引入。结果表明:随太阳常数的增加,局地的增温幅度变化很大,中高纬地区比低纬地区增暖幅度强,这在太阳常数增加较大的试验中表现更为明显;随太阳常数增大越大,大气温度升高越高,对流层有强烈增温,对流层高层尤为显著,平流层中上层有降温现象;随太阳常数增大,亚洲冬季风系统的响应越强,系统强度增强明显,但形式不同,500 hPa随纬度增高增强幅度变大,100 hPa随纬度增高增强幅度变小。      

两种再分析资料平流层温度场的对比分析

在Lorenz环流分解基础上,比较了全球平流层低层ECMWF和NCEP/NCAR两种再分析资料月平均温度场的差异。结果表明：（1）纬向的平均温度无论DJF季度还是JJA季度100 hPa,30°S～30°N纬带都是冷中心;在该冷纬带ECMWF资料温度均值显著低于NCEP资料,ECWMF资料的年际方差显著小于NCEP资料。（2）30 hPa以上NCEP资料的定常波比较杂乱,在中纬大陆上出现与事实不符的高低中心,而ECMWF资料反映的气温定常波则比较合理。（3）ECMWF资料在100 hPa和10 hPa上气温异常未能充分地反映近50 a来3次强的火山喷发引起的平流层增温。     

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。     

西安地区高空温度变化特征及突变分析

利用西安探空站1975—2012年规定等压面温度资料统计分析西安地区高空温度垂直分布、年内变化特征及气候变化趋势,并用Mann-Kendall法作突变分析。结果表明:地面至100hPa温度随高度升高而降低,400~300hPa温度垂直递减率最大,100~70hPa温度最低,70hPa以上平流层下层,温度随高度增加而增加;西安高空规定等压面温度年较差变化明显,地面~250hPa温度年较差为27~15℃,200~30hPa为1~8℃,对流层温度年较差较大,而平流层的较小。M-K分析表明,西安地面及850hPa温度在1994年前后发生了突变。     

近50 a北半球和青藏高原地面及其高空温度变化的初步分析

通过分析北半球和青藏高原地面平均气温与它们上空500hPa平均温度、200一500hPa平均厚度在不同时期和不同纬度带的趋势变化特征,了解其地面气温和其对流层中上层温度的年代际变化趋势以及相互关系。可以看到近50a地面气温和500hPa温度年代际变化大致相同,20世纪70年代中期之前都为降温,70年代中期以后为不同程度的升温。200—500hPa厚度代表的对流层上层温度与对流层下层温度变化趋势相反,70年代前明显升温,70年代后明显降温。分析还表明,对流层各层温度在不同纬度和不同季节的变化也不同。     

近30 a华北地区高空温度时空演变特征

根据华北地区12个探空站近30 a(1979-2008年)的各标准等压面月平均气温资料,对该地区高空年、季气温时空演变特征进行了分析.结果表明:华北地区高空年、季平均气温变化均具有非常高的空间一致性,其中冬季的一致性特征最明显;华北地区高空年、季平均气温大致以150-100 hPa层为界,以上(平流层下层)和以下(对流层)的气温存在着不同的变化特征:从近地面到200 hPa冬(夏)季最低(高),但在年平均气温最低的100-70 hPa,气温季节变化位相与对流层相反,50 hPa层以上气温的年变化不大;近30 a来华北地区对流层中下层的年、季平均气温变化以上升为主,而对流层上层至平流层下层则以下降为主.低层的变暖始于20世纪80年代后期,高层的变冷普遍始于20世纪90年代.     

近30a华北地区高空气温时空演变特征

根据华北地区12个探空站近30a(1979-2008年)的各标准等压面月平均气温资料,对该地区高空年、季气温时空演变特征进行了分析。结果表明:华北地区高空年、季平均气温变化均具有非常高的空间一致性,其中冬季的一致性特征最明显;华北地区高空年、季平均气温大致以150-100hPa层为界,以上(平流层下层)和以下(对流层)的气温存在着不同的变化特征:从近地面到200hPa冬(夏)季最低(高),但在年平均气温最低的100-70hPa,气温季节变化位相与对流层相反,50hPa层以上气温的年变化不大;近30a来华北地区对流层中下层的年、季平均气温变化以上升为主,而对流层上层至平流层下层则以下降为主。低层的变暖始于20世纪80年代后期,高层的变冷普遍始于20世纪90年代。     

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。     

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。      

近50年我国探空温度序列均一化及变化趋势

利用1958—2005年我国116个站探空温度序列研究了我国高空温度变化趋势。首先通过静力学质量控制和两相回归法对原始序列进行了均一化处理。我国探空温度序列存在明显的间断点, 间断点的订正对于序列的趋势影响较为显著。缺测率是影响我国探空温度序列应用性的重要因子, 也是区域平均趋势统计中台站取舍的指标, 减少台站总数会削弱我国对流层升温和平流层降温的变化趋势。分析表明: 70%作为最小资料有效率标准最为合理。为满足最小资料有效率, 选取92个站统计我国高空温度变化趋势的区域平均值。结果表明: 1958-2005年, 平流层下层和对流层上层降温, 对流层中、低层升温; 高空温度变化趋势与研究时段明显相关, 1958-1978年我国高空大气整层均为降温; 1979—2005年, 对流层中低层升温最为明显, 增暖的幅度随高度增加而减小, 400 hPa以上各层转为降温。对流层的升温始于20世纪80年代, 升温幅度与全球尺度的平均值有所不同。     

1958—1986年中国对流层和平流层低层的温度变化

北半球地面平均温度变化的总趋势是,1940年左右增暖达到了峰值,继之变冷直到60年代中期,此后从1970年左右又转入了一个新的增暖期。50年代至70年代北半球自由大气,特别是对流层下半部,温度变化趋势大体与地面温度变化趋势一致。由于一些作者使用的是格点资料,对精度有一定的影响,因此各个结果之间有相当差异。J.K.Angell和J.Korshover 1975年以来直接使用探空站资料研究全球各纬带自由大气的温度变化,其近期的研究结果指出,1958年开始的地面和对流层的十年降温已为此后的升温所抵消,1981年的温度已超过了1958—1959年;1960—1985年北半球对流层和地面温度变化的总趋势是增暖的,对流层顶和平流层低层则是变冷的。中国区域内自由大气和地面温度变化如何?本文在这方面作了探讨,发现了一些有意义的结果。     

两类极区平流层异常增温的特征及其与850hPa温度的关系

采用NCEP/NCAR逐日再分析资料,将冬季极区平流层增温分为两种类型:Ⅰ型和Ⅱ型,并分析了两种类型增温的特征、机制及其与850hPa温度的关系。结果表明,波动强迫的强度和对流层的热量能否向上到达平流层是决定两类平流层异常增温的两个主要因素。Ⅰ型平流层增温期间,对流层也表现出了明显的增温特征,850hPa与平流层温度距平场呈现相当正压结构,极区和中纬度异常表现为反位相的振荡,呈现典型的北极涛动的特征;Ⅱ型平流层异常增温期间,增温异常仅局限在平流层范围内,平流层的中低层与高层呈现反位相的距平分布,850hPa温度距平场呈现无规则的分布特征。     

基于微波探测资料的全球大气亮温长期变化趋势研究

本文使用1978—2013年美国大气海洋局NOAA研发的STAR V3.0版本的MSU/AMSUA逐月亮温格点数据,引入集合经验模式分解(EEMD)方法,研究了高空大气亮温的非线性变化趋势,尤其注重亮温气候趋势的时间演变特征,并与传统线性回归(CLR)方法做了对比研究。结果表明,在全球对流层增温、平流层降温的大背景下,基于EEMD的亮温非线性趋势演变特征表现为:近10 a对流层中、高层全球平均增暖趋势放缓,甚至出现轻微的降温趋势;北半球对流层增暖首先出现在北极,随后向低纬度方向延伸。北极对流层增暖向上影响高层大气,最高可以扩展到平流层低层。南半球对流层中低纬度地区受北半球大气影响也出现增温。另外,近10 a南极地区出现显著的独立增温现象。平流层变冷北半球最早从中纬度地区开始发生,变冷逐渐增强的同时向极地和低纬度两侧扩张。南极上空平流层大气早期也出现显著变冷,然而随着2000年以后南极大范围增暖,平流层变冷逐渐转移到中低纬地区。     

中国探空观测与多套再分析资料气温序列的对比研究

为比较中国探空观测与再分析气温的差异,利用中国118站850—30 hPa经质量控制和均一化处理后逐月气温和NCEPv1、NCEPv2、ERA-40、ERA-Interim、JRA55、20CR、MERRA和CFSR等8套再分析月平均气温,通过对比1981—2010年探空观测与多套再分析气温序列的平均偏差、相关系数、标准差和变化趋势,分析两者在数值、年际变率、离散度及长期变化的差异。结果表明,中国探空温度原始序列存在较为显著的非均一性,均一化对原始气温序列总体为负订正,对流层上层至平流层下层(200—100 hPa)订正值最为显著。均一化气温去除了原始序列中由仪器换型和系统升级等因素导致的系统误差,与再分析气温相关较原始序列明显提高。再分析气温与均一化气温偏差约1℃,多数再分析气温较均一化气温在对流层偏低、平流层偏高。再分析与均一化气温年际变率较为一致,正相关达到显著。多数再分析与均一化气温均在对流层中低层呈上升趋势、平流层中层呈下降趋势。对流层上层和平流层下层不确定性较大。总体上,ERA-Interim、JRA55和MERRA与其他再分析相比更相近中国均一化探空气温。